一种投影光学引擎制造技术

本发明专利技术公开了一种投影光学引擎，包括：水平依次设置的第一转折反光镜、导光棒、第一中继透镜、第二转折反光镜，第一转折反光镜下方设有光源；依次设于第二转折反光镜上方的第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片，全反射棱镜的入射面朝向第二转折反光镜倾斜设置，第二中继透镜倾斜设置且倾斜角度与全反射棱镜的入射面配合，第二转折反光镜底端靠近第一中继透镜、顶端朝向全反射棱镜的入射面倾斜设置，数字微镜显示芯片的工作面平行设于全反射棱镜的外侧面且朝向全反射棱镜的全反射面，全反射棱镜的出射面的外侧设有投影镜头。本发明专利技术提出的投影光学引擎的功能布局合理，结构紧凑，能够实现高效率的光利用和较高亮度的光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种投影光学引擎
本专利技术涉及一种投影光学引擎。
技术介绍
传统的采用金属卤化物或高压汞灯灯泡的投影机由于受到灯泡的诸如寿命短、高 压驱动引致辐射大、开关时间延迟长、功耗大和噪音大等缺陷，其进入家庭的应用受到限 制；由于发光二极管具有寿命长、驱动控制无辐射、功耗低、快速响应、色彩组合丰富等技 术特点，且发光二极管行业随着照明市场和汽车灯具市场的庞大市场的需求推动而快速发 展，尤其发光二极管集成半导体级封装技术的快速进步，其逐步取代投影机传统的金属卤 化物或高压汞灯灯泡光源就成为了一种趋势，以发光二极管作为投影机光源的技术日渐成 熟，目前来看，采用发光二极管作为光源实现接近一千流明级别光输出的投影机产品，其技 术已经成熟，在家庭和个人娱乐领域方面具有巨大的市场潜力。 投影机的市场应用领域，传统上仍然主要集中在办公会议、教育行业以及培训市 场等，而将其应用在家庭和个人娱乐领域方面，也要结合这些年来微型投影技术的兴起和 发展，微型投影机主要采用了尺寸相对小些的数字微镜显示芯片或反射式硅晶显示芯片， 并采用集成封装的发光二极管作为光源，由于投影机结合了光源的长寿命、低功耗、环保低 价以及易于控制等特征，集成了最新发展的互联网控制技术、安卓控制和机顶盒模块以及 信号解码模块等电子技术，具备了投影机进入家庭和个人娱乐消费领域的潜质。 采用发光二极管作为光源的投影机，技术来说，其输出亮度受到光源发光面积的 大小和发光功率的限制，而上述二者又与数字微镜显示芯片的尺寸密切相关，但发光二极 管光源面积小输出功率就相对低，投影机的总体输出亮度就不足，若要提高发光二极管的 输出功率，发光面积就要大，大到一定程度时，与数字微镜显示芯片的尺寸就不匹配了，这 样造成的问题是，发光二极管远离中心部分的发光单元的光要么不能照射到数字微镜显示 芯片上而形成照射图像的光，要么能够进入到数字微镜显示芯片上但因为入射角太大不能 被收集到投影镜头里而投射出来，这样一来，发光二极管在发光面积的大小及光密度的高 低上决定了系统的输出亮度，随着集成封装技术的进步，国内外一些公司专门开发了系列 高密度的面发光集成封装的发光二极管模组，并应用在投影机系统里，这些发光二极管模 组若要与数字微镜显示芯片很好的匹配，并达到光的高效利用和相对高的输出亮度，仍然 需要设计专门的光学准直镜、聚焦和匀光系统以及色彩合成系统，并结合设计匹配的投影 镜头来实现；常规而言，若采用复眼镜作为匀光和整形器件，对于相对较大发光面积的发光 二极管模组来说，因为光的偏轴量大，光的收集能力有限；但若采用导光棒作为匀光和整形 器件，虽可收集较大发光面积的发光二极管模组的光，但要保证绝大部分的光通过整个投 影系统，仍然需要要设计合理的照明光路和匹配的投影镜头来实现。 因此，对采用发光二极管作为光源的投影机，采用如何设计一种结构紧凑、光学效 率高、成像质量稳定的投影光学引擎是业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种结构紧凑、光学效率高、成像质量稳定的投 影光学引擎。 本专利技术采用的技术方案是，设计一种投影光学引擎，包括：水平依次设置的第一转 折反光镜、导光棒、第一中继透镜、第二转折反光镜，所述第一转折反光镜下方设有光源，所 述第一转折反光镜顶端靠近导光棒、底端朝向光源倾斜设置；依次设于所述第二转折反光 镜上方的第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片，所述全反射棱镜的入射面朝向第 二转折反光镜倾斜设置，所述第二中继透镜倾斜设置且倾斜角度与全反射棱镜的入射面配 合，所述第二转折反光镜底端靠近第一中继透镜、顶端朝向全反射棱镜的入射面倾斜设置， 所述数字微镜显示芯片的工作面平行设于所述全反射棱镜的外侧面且朝向所述全反射棱 镜的全反射面，所述全反射棱镜的出射面的外侧设有投影镜头；光源发出的光经过第一转 折反光镜反射进入导光棒、第一中继透镜，由第二转折反光镜反射进入第二中继透镜、全反 射棱镜、数字微镜显示芯片后，被数字微镜显示芯片所反射，并将带有图像信号的光折返入 全反射棱镜、通过投影镜头被投射出来。 所述光源包括：水平依次设置的红光二极管、第一红光准直镜、第二红光准直镜、 反绿色分色片、第一聚光镜、反黄色分色片，配合设于所述反黄色分色片上方的第三聚光 镜，以及所述反绿色分色片下方的绿光二极管和反黄色分色片下方的蓝光二极管，向上依 次设于蓝光二极管和反黄色分色片之间的第一蓝光准直镜、第二蓝光准直镜、第二聚光镜， 向上依次设于绿光二极管和反绿色分色片之间的第一绿光准直镜、第二绿光准直镜；所述 第一、二、三聚光镜凸面分别朝向反黄色分色片设置，所述红光二极管和绿光二极管的光轴 垂直，绿光二极管和蓝光二极管的光轴平行。 在一实施例中，所述全反射棱镜由直角棱镜和楔角棱镜粘合而成，直角棱镜的斜 面和楔角棱镜的斜面为粘接面，所述粘接面之间留有空气间隙；所述数字微镜显示芯片设 于全反射棱镜的上方，所述投影镜头水平设于全反射棱镜的出射面的外侧，所述投影镜头 与光源位于全反射棱镜的同一侧。 在另一实施例中，所述全反射棱镜由钝角棱镜与直角棱镜粘合而成，所述直角棱 镜的长边垂直面与钝角棱镜的斜面为粘接面，所述粘接面之间留有空气间隙；所述数字微 镜显示芯片设于全反射棱镜的下方，所述投影镜头垂直设于全反射棱镜的出射面的上方。 所述导光棒为内设矩形通孔的长柱，导光棒的最小长度按照公式L=3* Da/ (2*tan(<i)))计算，其中L为导光棒的最小长度，Da为矩形通孔的长边尺寸，Φ为发光二极 管的光通过准直和聚光镜组合系统后在导光棒入光口形成的会聚光斑的最大发散角，矩形 通孔的长边与光源的发光面长边尺寸比值为2. 82。 所述投影镜头包括：依次水平设置的第一弯月透镜、第二弯月透镜、双胶合透镜 组、三胶合透镜组、第一双凸透镜、第三弯月透镜以及设于双胶合透镜组和三胶合透镜组之 间的光栏，所述第三弯月透镜靠近所述全反射棱镜；所述第二弯月透镜采用塑胶材料制作， 所述第一弯月透镜、双胶合透镜组、三胶合透镜组、第一双凸透镜、第三弯月透镜均采用玻 璃材料制作。 所述第二弯月透镜到双胶合透镜的第一透镜中心距与光栏到双胶合透镜的第二 透镜中心距相同。 所述双胶合透镜及三胶合透镜的胶合面弯曲方向均背离光栏。 所述第三弯月透镜朝外的一面为凹面，凹面的有效口径外圈为磨砂平面,所述磨 砂平面边缘设有倒角，所述第三弯月透镜与投影镜头的镜筒通过一压圈与倒角接触定位。 所述数字微镜显示芯片的显示画面尺寸为0· 45英寸，像素间距为0· 010mm，短轴 方向画面偏移100%，光圈数为2. 1。 本专利技术采用较大发光面积的发光二极管光源模组和导光棒、通过设计独特的准直 镜及聚焦镜组件、分色反光镜组件和投影镜头，达到光利用率的较好匹配，实现高效率的光 利用和较高亮度的光输出。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 1、光学引擎的功能布局合理、结构紧凑、空间尺寸小、易于安装和布置散热及风道装 置。 2、采用三路空间排布分离的红绿蓝三色发光二极管光源，不同于常规的至少两路 光相邻并排布于同一个平面上的方式，三路空间排布分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影光学引擎，其特征在于包括：水平依次设置的第一转折反光镜、导光棒、第一中继透镜、第二转折反光镜，所述第一转折反光镜下方设有光源，依次设于所述第二转折反光镜上方的第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片，所述全反射棱镜的出射面外侧设有投影镜头；光源发出的光经过第一转折反光镜折射进入导光棒、第一中继透镜，由第二转折反光镜反射进入第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片后，被数字微镜显示芯片所反射，并将带有图像信号的光折返入全反射棱镜、通过投影镜头被投射出来。

【技术特征摘要】
1. 一种投影光学引擎，其特征在于包括：水平依次设置的第一转折反光镜、导光棒、第 一中继透镜、第二转折反光镜，所述第一转折反光镜下方设有光源，依次设于所述第二转折 反光镜上方的第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片，所述全反射棱镜的出射面外 侧设有投影镜头； 光源发出的光经过第一转折反光镜折射进入导光棒、第一中继透镜，由第二转折反光 镜反射进入第二中继透镜、全反射棱镜、数字微镜显示芯片后，被数字微镜显示芯片所反 射，并将带有图像信号的光折返入全反射棱镜、通过投影镜头被投射出来。2. 如权利要求1所述的投影光学引擎，其特征在于，所述光源包括：水平依次设置的红 光二极管、第一红光准直镜、第二红光准直镜、反绿色分色片、第一聚光镜、反黄色分色片， 配合设于所述反黄色分色片上方的第三聚光镜，所述反绿色分色片下方的绿光二极管和反 黄色分色片下方的蓝光二极管，向上依次设于蓝光二极管和反黄色分色片之间的第一蓝光 准直镜、第二蓝光准直镜、第二聚光镜，向上依次设于绿光二极管和反绿色分色片之间的第 一绿光准直镜、第二绿光准直镜； 所述第一、二、三聚光镜凸面分别朝向反黄色分色片设置，所述红光二极管和绿光二极 管的光轴垂直，绿光二极管和蓝光二极管的光轴平行。3. 如权利要求2所述的投影光学引擎，其特征在于，所述全反射棱镜由直角棱镜和楔 角棱镜粘合而成，直角棱镜的斜面和楔角棱镜的斜面为粘接面，所述粘接面之间留有空气 间隙；所述数字微镜显示芯片设于全反射棱镜的上方，所述投影镜头水平设于全反射棱镜 的出射面的外侧，所述投影镜头与光源位于全反射棱镜的同一侧。4. 如权利要求2所述的投影光学引擎，其特征在于，所述全反射棱镜由钝角棱镜与直 角棱镜粘合而成，所述直角棱镜的长边垂直面与钝角棱镜的斜面为粘接面，所述粘接面之 间留...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建平，
申请(专利权)人：张建平，
类型：发明
国别省市：广东;44