一种采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采用逆反射微棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎系统，它由光源模块，光管理模块，图像信号模块和投影镜头模块组成，可以有效利用三基色光的两种偏振态，从而大幅提升整机的光学效率；光源模块可将某两种基色光源封装在一起，光引擎体积减小30%，整机结构更加紧凑轻巧，光管理模块采用高效逆反射微棱镜阵列替代传统的平面反射镜，可以实现所有角度入射光线原路返回光源，再偏振旋转后进入后续照明系统，最大限度地收集非正入射光线，在不增加系统复杂度和成本的基础上进一步提高整机的输出亮度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种投影显示系统，尤其涉及一种能极大提升亮度的采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎。
技术介绍
投影显示已经成为大屏幕高清晰动态显示的主流方式，广泛应用于商务、教育、科研、娱乐以及家庭等重要环节。近些年，随着微电子、光学、加工工艺等诸多技术的迅猛发展，以及现代商务移动办公模式的普及和手持数码产品的增多，微型化又成为投影显示技术发展的新方向。微型投影机具有轻巧和使用方便等显著优点，可与各类消费电子产品相结合，这使得微型投影的应用变得无限广阔。微型投影机对亮度、体积、功耗、成本以及散热等都有严格的要求。要实现高亮度、小体积、低功耗和低成本的微型投影系统，就必须在光源、光调制器件、光学系统和光学器件等方面做很大的改进甚至革新。目前，微型投影主要以DLP (Digital Lighting Processor)和 LCoS (LiquidCrystal on Silicon)技术为主。DLP和LCoS技术均为阵列反射式投影技术。DLP技术具有反射率高且无需偏振光等优点，但其芯片DMD (Digital Mirror Device)制程极其复杂，为TI公司独家掌控。LCoS技术具有高分辨率和低成本等优势，色彩更加丰富逼真，图像无像素感，画面边缘更自然。加之技术上的开放性，非常适合微型投影对小体积、高分辨率和低成本的苛刻要求。主流的微型投影均采用高亮度LED作为照明光源。LED具有体积小、寿命长、响应快及环保等诸多优点，已成为微型投影的必然选择。采用三基色LED作为光源，可以大幅提升投影机的色域表现能力。虽然目前的LED光通量普遍不高，且其单位光学扩展量上的光通量要低于传统投影光源，相信随着LED本身发光效率、荧光粉技术以及封装技术的不断发展，LED光源将更为高效。OSRAM已经研制出电光转换效率高达61%的红光LED (主波长为609nm)。在Imm2的芯片，工作电流为40mA时可实现光效高达201 lm/W，而在350mA的典型工作电流下仍可提供168 lm/W的高光效。效率越高，芯片越小，可以给微型投影设计带来更大的空间。此外，OSRAM也已经将最新的荧光粉技术应用到微型投影光源，使得绿光LED在相同功率下亮度提升一倍，达到I. 4A工作电流下500 Im的高亮度。所有这些提升，都预示着LED作为微型投影光源还有很大的潜力，这势必成为微型投影亮度提升的动力之o微显示芯片和光源作为微型投影的重要组成部分，但需要一个高效的偏振光管理系统一光引擎，将光源能量传递给光调制器件。为了提高整机亮度和色彩饱和度，现在普遍采用三基色LED作为照明光源。传统的微型投影光引擎基本采用X-Cube棱镜(US6018418)和双二向色棱镜的方法实现。前者利用X-Cube棱镜将位于其三个边的三基色光合成为共路光束，从其第四边出射，合色效率很低，但结构紧凑。后者采用双二向分色棱镜，通过两次基色合色成为共路光束，合色效率较高，但体积较大。无论采用哪种结构，都需要经过起偏器产生液晶显示所需的偏振光，这意味着在光源部分就有一半的光能量损失，使得整机的光学效率大大降低。这对本身亮度就很低的微型投影系统，实不可取。可见，传统的光引擎已经成为微型投影发展的一个瓶颈。虽然也有一些技术改善，比如采用反射式偏振片，以提高另一种偏振光的利用，但提升幅度有限，始终未能跳出传统光引擎结构的束缚。申请人:申请的专利(专利申请号为201110168636. 3)提供了一种全新的反射式微型投影光引擎结构。该结构采用三基色LED照明，利用偏振分束棱镜(PBS: PolarizationBeam Splitter)和偏振干涉滤光片组成的偏振整合光路，将不同偏振态的三基色光整合为同一偏振光并照向图像调制器件。同时，采用四分之一波片和反射镜构成的光回收结构，将第一次未进入后续光路的光经偏振旋转后被重复利用，可有效利用三基色光的两种偏振态，从而大幅提升整机的光学效率。在该光引擎中，反射镜是一个重要的器件，将第一和第三基色的第二偏振态光反射回去，两次经过四分之一波片而成为第一偏振态，再进入后续照明系统。同理，反射镜也将第二基色的第一偏振光反射回去，两次经过四分之一波片后成 为第二偏振光。该新型光引擎在。在光线正入射情况下，照射于反射镜上的光将原路返回，被偏振旋转后重复利用，达到最佳效果。然而，在实际光学系统中，必然存在非正入射光线，即光线以某一角度入射到光学器件表面。目前，微型投影系统采用LED作为照明光源，其发散角度(2 0)达到120°,很大一部分光能量都是非正入射于光学器件。因此，需要一个大数值孔径(小F/#)的光学系统尽可能多地收集从光源发出的大角度光线。例如，F/#2. 5的光学系统可收集土 11.5°以内的光线，而F/#l. 8的光学系统可收集± 16°以内的光线，后者相对前者具有更高的光能收集率。微型投影系统通常采用大数值孔径(小F/#)的光学系统，以便尽可能多地收集大角度光线，提升系统光能利用率。这些大角度光线遵从折射定律和反射定律在各光学器件中传播。在反射镜上，非正入射角度光线将沿镜面法线对称方向反射出去，而非原路返回，这就会造成部分光无法被回收而造成光能量损失。因此，如何高效地重复利用好大角度入射光线，对微型投影系统亮度的进一步提升是非常重要的。此外，该结构采用三个独立式LED光源来照明，整个结构的体积偏大，制约了整个系统的便携化。
技术实现思路
本技术目的是针对现有技术的不足，提供了一种采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎，本技术重复利用了从光源发出的非正入射光线，从而提升了整机的亮度输出。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎，它包括光源模块、偏振光管理模块、图像信息模块和投影镜头；其中，所述光源模块包括红光LED、绿光LED、蓝光LED、红光匀光器件、绿光匀光器件和蓝光匀光器件，红光LED和红光匀光器件相连，绿光LED和绿光匀光器件相连，蓝光LED和蓝光匀光器件相连；光管理模块由偏振合色单兀、聚光透镜、偏振干涉滤光片、第二 PBS依次同轴排列组成；图像信息模块位于第二 PBS的一个直角边，投影镜头位于第二 PBS的出射边，所述偏振合色单兀由二向分色棱镜、第一 PBS、逆反射微棱镜阵列、红光四分之一波片、绿光四分之一波片和蓝光四分之一波片组成；其中，第一 PBS与聚光透镜同轴，二向分色棱镜和第一PBS胶合；红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜，最后一个LED发出的光入射第一 PBS，红光四分之一波片、绿光四分之一波片和蓝光四分之一波片分别胶合在二向分色棱镜和第一 PBS相应的入射面上；逆反射微棱镜阵列位于第一 PBS上，最后一个LED发出的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。一种采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎，它包括光源模块、偏振光管理模块、图像信息模块和投影镜头，其中，光管理模块由偏振合色单元、聚光透镜、偏振干涉滤光片、第二 PBS依次同轴排列组成，图像信息模块位于第二 PBS的一个直角边，投影镜头位于第二 PBS的出射边；所述光源模块包括红光LED、绿光LED、蓝光LED、绿光匀光器件和红蓝匀光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）；其中，所述光源模块（2）包括红光LED（21）、绿光LED（22）、蓝光LED（23）、红光匀光器件（211）、绿光匀光器件（221）和蓝光匀光器件（231），红光LED（21）和红光匀光器件（211）相连，绿光LED（22）和绿光匀光器件（221）相连，蓝光LED（23）和蓝光匀光器件（231）相连；光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）、第二PBS？（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色棱镜（31）、第一PBS（32）、逆反射微棱镜阵列（37）、红光四分之一波片（321）、绿光四分之一波片（322）和蓝光四分之一波片（323）组成；其中，第一PBS（32）与聚光透镜（34）同轴，二向分色棱镜（31）和第一PBS（32）胶合；红光LED（21）、绿光LED（22）和蓝光LED（23）中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜（31），最后一个LED发出的光入射第一PBS（32），红光四分之一波片（321）、绿光四分之一波片（322）和蓝光四分之一波片（323）分别胶合在二向分色棱镜（31）和第一PBS（32）相应的入射面上；逆反射微棱镜阵列（37）位于第一PBS（32）上，？最后一个LED发出的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺银波，陆巍，
申请(专利权)人：杭州研明光电技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：