一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統的製作方法
2023-09-13 02:04:10
專利名稱：一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種投影顯示系統，尤其涉及一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統。
背景技術：
投影顯示已經成為大屏幕高清晰動態顯示的主流方式，廣泛應用於商務、教育、科研、娛樂以及家庭等重要環節。近些年，隨著微電子、光學、加工工藝等諸多技術的迅猛發展，以及現代商務移動辦公模式的普及和手持數碼產品的增多，微型化又成為投影顯示技術發展的新方向。微型投影機具有輕巧和使用方便等顯著優點，可與各類消費電子產品相結合，這使得微型投影的應用變得無限廣闊。微型投影機在體積、功耗和亮度方面都有一定的要求，且在某種程度上相互制約。微型投影的總體目標是縮小體積、降低功耗和提高亮度。要達到這三方面的要求，就必須在光源、光調製器件、光學系統和光學器件等多方面做很大的改進甚至革新。目前，微型投影主要以 DLP (Digital Lighting Processor)和 LCoS (Liquid Crystal on Silicon)技術為主。DLP和LCoS技術均為陣列反射式投影技術。DLP技術具有反射率高且無需偏振光等優點，但其晶片DMD (Digital Mirror Device)製程極其複雜， 為TI公司獨家掌控，解析度難以大幅提高，且價格昂貴。LCoS是LCD與CMOS集成電路有機結合的反射式新型顯示技術，可以看作是取LCD和DLP兩家之所長的改良型技術，具備兩者之諸多優點。像素尺寸可以做小到約5 μ m左右，對於解析度高達2048X2048的基板，其大小還不到一英寸。LCoS開口率可高達96%，色彩更加豐富逼真，圖像無像素感，畫面邊緣更自然。LCoS的前道工藝為半導體CMOS製程，技術已經十分成熟，良品率的提高自然導致成本的降低。因此，LCoS技術非常適合微型投影對小體積，高解析度和低成本的苛刻要求。微型投影均採用高亮度LED作為照明光源。LED以其體積小、壽命長、環保、光效高等諸多優點，已經成為微型投影的必然選擇。採用三基色LED作為光源，可以大幅提升投影機的色域表現能力。其快速響應特性，可為時序式彩色投影顯示提供脈衝照明。LED發光光譜中不含紅外成分，屬於冷光源。這些獨特的優點，決定了 LED光源在微型顯示中的重要地位。雖然，目前的LED光通量普遍不高，而且其單位光學擴展量上的光通量要低於傳統投影光源，相信隨著LED本身發光效率的提高和封裝水平的改進，LED光源效率將更為高效。專利CN101713501A就提出對LED採用光學曲面封裝，直接產生小角度的線偏振光，為微型液晶微投提供照明。隨著LCoS和LED技術的不斷提升，要進一步提高微型投影的性能，就需要一個高效的偏振光管理系統——光引擎，傳統的光引擎已經成為微型投影發展的一個瓶頸。為了提高整機亮度和色彩飽和度，現在普遍採用三基色LED作為照明光源。利用LED本身所具有的快速響應特性，為單片式微型投影晶片提供脈衝照明。既然採用三基色LED，就必須將不同基色的光高效地以某一特定的信號順序傳遞給光調製器件。傳統的投影顯示光引擎基本採用X-Cube稜鏡(US6018418)和雙二向分色稜鏡的方法實現。對於X_Cube，三基色光源位於其三個邊，由於三基色光在光譜上的不同，合成為共路光束，從X-Cube的第四邊出射。採用雙二向分色稜鏡，則通過兩次基色合成完成。首先其中兩基色經過第一塊二向分色(稜)鏡後合成為第三種基色的補色，之後再經過第二塊二向分色(稜)鏡而合成為共路光束。無論採用哪種方式合成三基色共路光，都需要經過起偏器產生液晶顯示所需的偏振光， 這意味著在光源部分就有一半的光能量損失掉，使得整機的光學效率大大降低。這對本身亮度就很低的微投光機來說，實不可取。雖然，目前也有一些技術來努力改善，比如採用反射式偏振片，以提高另一種偏振光的利用，但提升幅度有限，始終未能跳出傳統光引擎結構的束縛。鑑於現有的微投光引擎都不能從根本上提高整機效率，以增加亮度輸出，因此一種能有效控制和利用兩種偏振態的光引擎結構對投影顯示是非常必要的。
實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，提供一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，本實用新型將LED光經過偏振器件後的兩種正交偏振光重複利用，以提高整機的光學利用率和整機效率。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，它包括光源模塊，偏振光管理模塊， 圖像信息模塊和投影鏡頭。其中，所述光源模塊包括紅光LED、綠光LED、藍光LED、紅光勻光器件、綠光勻光器件和藍光勻光器件，紅光LED和紅光勻光器件相連，綠光LED和綠光勻光器件相連，藍光LED和藍光勻光器件相連。光管理模塊由偏振合色單元、聚光透鏡、偏振幹涉濾光片、第二 PBS依次同軸排列組成。圖像信息模塊位於第二 PBS的一個直角邊，投影鏡頭位於第二 PBS的出射邊。進一步地，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡、第一 PBS、反射鏡、紅光四分之一波片、綠光四分之一波片、藍光四分之一波片組成。其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，二向分色稜鏡和第一 PBS膠合。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡，最後一個LED發出的光入射第一 PBS，紅光四分之一波片、綠光四分之一波片和藍光四分之一波片分別膠合在二向分色稜鏡和第一 PBS相應的入射面上；反射鏡位於第一 PBS上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。進一步地，所述偏振合色單元由平行四邊形稜鏡、兩個第一直角稜鏡、反射鏡、紅光四分之一波片、綠光四分之一波片、藍光四分之一波片組成，其中，平行四邊形稜鏡的一個合色面上鍍上二向分色膜後膠合一個第一直角稜鏡，平行四邊形稜鏡的另一個合色面上鍍上偏振分束膜後膠合一個第一直角稜鏡。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意兩個LED 發出的光分別入射兩個第一直角稜鏡，最後一個LED發出的光入射平行四邊形稜鏡，紅光四分之一波片、綠光四分之一波片和藍光四分之一波片分別膠合在平行四邊形稜鏡和兩個第一直角稜鏡相應的入射面上；反射鏡位於最後一個LED發出的光的P光的出射面。進一步地，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡、第一 PBS、反射鏡、兩塊寬波段四分之一波片組成。其中，二向分色稜鏡和第一 PBS分別膠合在一塊寬波段四分之一波片的兩面。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡，最後一個 LED發出的光入射第一 PBS，另一塊寬波段四分之一波片膠合在第一 PBS的入射面上；反射鏡位於第一 PBS上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光
重複利用。進一步地，所述偏振合色單元由二向分色鏡、第一 PBS、反射鏡、兩塊寬波段四分之一波片組成。其中，兩塊寬波段四分之一波片分別膠合在第一 PBS 32的兩面。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意兩個LED發出的光通過二向分色鏡和一塊寬波段四分之一波片入射二向分色稜鏡，最後一個LED發出的光通過另一塊寬波段四分之一波片入射第一 PBS; 反射鏡位於第一 PBS上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。進一步地，所述偏振合色單元由第二直角稜鏡、兩個第一直角稜鏡、反射鏡、紅光四分之一波片、綠光四分之一波片、藍光四分之一波片、第二反射鏡組成，其中，第二直角稜鏡的一個合色面上鍍上二向分色膜後膠合一個第一直角稜鏡，第二直角稜鏡的另一個合色面上鍍上偏振分束膜後也膠合一個第一直角稜鏡。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意一個LED發出的光入射第一直角稜鏡，一個LED發出的光入射第二直角稜鏡，最後一個LED 發出的光通過第二反射鏡入射另一個第一直角稜鏡，紅光四分之一波片、綠光四分之一波片和藍光四分之一波片分別膠合在第二直角稜鏡和兩個第一直角稜鏡相應的入射面上；反射鏡位於最後一個LED發出的光的S光的出射面。進一步地，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡、第一 PBS、反射鏡、兩塊寬波段四分之一波片、第二反射鏡組成。其中，二向分色稜鏡和第一 PBS分別膠合在一塊寬波段四分之一波片的兩面。紅光LED、綠光LED和藍光LED中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡，最後一個LED發出的光通過第二反射鏡入射第一 PBS，另一塊寬波段四分之一波片膠合在第一 PBS的入射面上；反射鏡位於第一 PBS上，最後一個LED發出的光的S光的出射面， 使得未進入後續系統的偏振光重複利用。進一步地，所述偏振合色單元由二向分色鏡、第一 PBS、反射鏡、兩塊寬波段四分之一波片組成。其中，兩塊寬波段四分之一波片分別膠合在第一 PBS的兩面。紅光LED、綠光 LED和藍光LED中，任意兩個LED發出的光通過二向分色鏡和一塊寬波段四分之一波片入射二向分色稜鏡，最後一個LED發出的光通過另一塊寬波段四分之一波片入射第一 PBS ；反射鏡位於第一 PBS上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。進一步地，所述偏振合色單元還包括一個第二反射鏡，所述最後一個LED發出的光通過第二反射鏡入射第一 PBS。本實用新型的有益效果是，根據彩色時序顯示的特點，在某一時刻，只有一種基色 LED被點亮。然而，無論哪種基色LED被點亮，其兩種偏振態的光都能在本實用新型的光引擎中被充分利用，從而避免傳統投影系統中，一種偏振光被吸收或者浪費的缺點。在不增加系統複雜性的基礎上，使系統的光利用率達到最大化，提高了整機的光學效率和整體亮度。
圖1是本實用新型的第一個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖2中，(a)是本實用新型的第一個實施例中第一基色的光線軌跡圖；(b)是本實用新型的第一個實施例中第三基色的光線軌跡圖；(c)是本實用新型的第一個實施例中第二基色的光線軌跡圖；圖3是本實用新型的第二個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖4是本實用新型的第三個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖5是本實用新型的第四個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖6是本實用新型的第五個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖7是本實用新型的第六個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖8是本實用新型的第七個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖9是本實用新型的第八個實施例的反射式液晶投影顯示光學系統結構圖；圖10是本實用新型的實例中採用得的綠基色偏振幹涉濾光片的模擬和測量光譜曲線。圖11中，(a)是傳統的四分之一波片的光譜圖，(b)是寬波段四分之一波片的光譜圖；圖中反射式液晶投影顯示系統1、光源模塊2、偏振光管理模塊3、圖像信息模塊 4、投影鏡頭5、紅光LED 21、綠光LED 22、藍光LED23、紅光勻光器件211、紅光光束212、綠光勻光器件221、綠光光束222、藍光勻光器件231、藍光光束232、二向分色稜鏡31、第一 PBS 32、反射鏡33、聚光透鏡34、偏振幹涉濾光片35、第二PBS 36、二向分色鏡37、第二反射鏡38、紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍光四分之一波片323、寬波段四分之一波片324、平行四邊形稜鏡39、第一直角稜鏡40，第二直角稜鏡41。
具體實施方式
本實用新型包括光源模塊，偏振光管理模塊，圖像信號模塊和投影鏡頭。光源模塊提供照明，為了提高投影系統的色彩度和亮度，本實用新型採用三基色(即紅、綠、藍三色) LED。三基色LED本身就產生單色性很好的光，且具有納秒量級的響應速度，可以為時序式顯示提供高效照明。光管理模塊包括一個二向分色稜鏡，兩個PBS (Polarization Beam Splitter，偏振分束器)和一個偏振幹涉濾光片等。二向分色稜鏡將紅光和藍光合成為共路光，經過第一 PBS後，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。第一偏振光直接被反射出去，而第二偏振光透射過第一 PBS，經過反射鏡和四分之一波片後變為第一偏振光，與先前的第一偏振光合併，實現光的重複利用。藍光直接經過第一 PBS後分解成第一偏振態和第二偏振態。第二偏振光直接透射出去，而第一偏振光則被第一 PBS反射，經過反射鏡和四分之一波片後變為第二偏振光，與先前的第二偏振光合併，實現光的重複利用。紅光和藍光的第一偏振光和綠光的第二偏振光，經過偏振幹涉濾光片偏振整合後成為第一偏振光。之後，第一偏振態的三基色光經第二 PBS反射進入圖像信號調製模塊。圖像信號調製模塊為一塊位於第二 PBS —直角邊的反射式液晶圖像調製器件LCoS，根據輸入的圖像信號，對輸入三基色光分時序調製，攜帶圖像信息的調製光偏振態旋轉90度後，透過第二塊PBS進入投影鏡頭。投影鏡頭位於第二 PBS出射邊，以放大投影經圖像調製器件後攜帶對應圖像信息的光於屏幕上。本實用新型的技術內容，特性和優點等，將參照附圖進行詳細描述。在不脫離本實用新型範圍的情況下，可以對其作出結構和其他方面的改變，而作為其他實施例。各個實施例及其每個不同實施例的各個方面可以以任何合適的方式組合使用。所以，附圖和詳敘本質上將被看作是描述性的而非限制性的。應當注意，在不同的示圖中，相同器件採用相同的參考數表示。實施例1圖1給出了本實用新型的第一個用於反射式液晶投影顯示系統1的實施例，包括光源模塊2，偏振光管理模塊3，圖像信息模塊4和投影鏡頭5。光源模塊2包括紅光LED 21、綠光LED 22、藍光LED23、紅光勻光器件211、綠光勻光器件221和藍光勻光器件231，紅光LED 21和紅光勻光器件211相連，綠光LED 22和綠光勻光器件221相連，藍光LED23和藍光勻光器件231相連。紅光LED 21、綠光LED 22、藍光LED23發射的三基色自然光分別經過紅光勻光器件211、綠光勻光器件221和藍光勻光器件231後收集成為照明所需的小角度矩形光束紅光光束212、綠光光束222、藍光光束232。光管理模塊3由偏振合色單元、聚光透鏡34、偏振幹涉濾光片35、第二 PBS 36依次同軸排列組成。本實施例中，偏振合色單元由二向分色稜鏡31、第一 PBS 32、反射鏡33、 紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍光四分之一波片323組成。二向分色稜鏡31將紅光LED21和藍光LED23發出的光合成為共路光束，在二向分色稜鏡31對應紅藍光源的兩邊，分別膠合有紅光四分之一波片321和藍光四分之一波片 323。第一 PBS 32與二向分色稜鏡31膠合在一起，對應綠光LED22的邊膠合有綠光四分之一波片322。第一 PBS 32反射各基色的第一偏振光而透射其第二偏振光。紅光四分之一波片321、綠光四分之一波片322、藍光四分之一波片323的設計波長分別對應於各自基色光的中心波長，當每種基色的線偏振光先後兩次通過各自四分之一波片後，偏振方向旋轉90 度。反射鏡33位於第一 PBS 32的透射光路邊，將透射到其表面的各基色光按原路返回以提高系統光重複利用率。聚光透鏡34和偏振幹涉濾光片35位於第一 PBS 32和第二 PBS 36 之間。偏振幹涉濾光片35可以實現選擇性光譜的偏振旋轉，對於期望波段的偏振光旋轉90 度，而其他波段的偏振光保持偏振態不變，從而實現不同光譜基色偏振光的偏振整合。紅光光束212，綠光222，藍光232分別代表各基色勻光後的傳遞方向和對應的偏振態。圖像信號模塊4為一個反射式液晶投影光調製器件——LCoS晶片，位於第二 PBS 36的一個直角邊，根據外圍控制電路(未畫出)提供的圖像信號，時序地將紅光光束212，綠光光束222和藍光光束232從第一個偏振態調製為第二個偏振態，以形成包含每種顏色成分的彩色圖像。投影鏡頭5位於第二 PBS 36的出射邊，將經過第二 PBS36後的攜帶對應圖像信號的紅光光束212，綠光光束222和藍光光束232投影到屏幕上。在本實例中，二向分色稜鏡31反射藍光LED23發出的藍光232，而透過紅光LED21 發出的紅光光束212。二向分色稜鏡的特性可以根據光源的位置來設計，只要能達到將不同基色的光合成為共路光即可。紅光LED21和藍光LED23具有相同的光程，而綠光LED22光程相對少一個二向分色稜鏡的光學厚度，因此要遠離第一 PBS，以達到三基色具有相同的光程。攜帶各自圖像信號的三基色以3倍於幀數的速度依次通過投影鏡頭5投射出去。由於人眼無法分辨高速的幀數而合成真彩圖像。本實例只給出可行方案中的一種情況，其他光源布置方案也不脫離本實例的精神。在圖1的基礎上，下面再結合圖2 (a), 2 (b)和2 (c)來詳細解釋各基色光從各自光源2出發，如何在光管理模塊3和圖像調製模塊4中反射和透射，最後到達投影鏡頭5。圖2 (a)和圖2 (b)分別給出了紅光光束212和藍光光束232的光路。從紅光 LED 21和藍光LED 23出射的光分別經過紅光勻光器件211和藍光勻光器件231後，進入二向分色稜鏡31。二向分色稜鏡鏡31反射藍光光束232而透過紅光光束212。透過的紅光和反射的藍光進入第一 PBS 32，被分解為相互正交的偏振光束S和P。S光被反射出去經聚光透鏡後到達偏振幹涉濾光片35。P光透過後經反射鏡33沿原路返回，再次透過第一 PBS 32和二向分色稜鏡31。P偏振的紅光和藍光分別透過紅光四分之一波片321和藍光四分之一波片323，返回光源模塊2。經過光源反射後，P偏振的紅光和藍光再次通過紅光四分之一波片321和藍光四分之一波片323。P偏振光兩次通過四分之一波片後，其偏振態從P光變為S光。此時，S偏振態的紅光被二向分色稜鏡31透射，藍光被反射。進入到第一 PBS後， S偏振的紅光和藍光將被反射透過聚光透鏡達到偏振幹涉濾光片35。因此，到達偏振幹涉濾光片的S偏振光可以看成兩部分，一部分是經過第一 PBS反射後的部分，另一部分是本來的P偏振，經過反射鏡和四分之一波片偏振轉換重複利用的部分。總之，達到偏振幹涉濾光片35的紅光和藍光均為S偏振態。圖2 (c)給出了的綠光光束222的行走路線。綠光LED 22經過其勻光器件221 後直接達到第一 PBS，P偏振的綠光直接透射，經聚光透鏡34後到達偏振幹涉濾光片35。而 S偏振的綠光被反射，被反射鏡33反射後第一次通過綠光四分之一波片322，經過光源反射後再次通過綠光四分之一波片322。此時，S偏振將轉化為P偏振，通過聚光鏡片34到達偏振幹涉濾光片35。通過以上分析，達到偏振幹涉濾光片35前的三基色偏振態是不統一的。紅光光束 212和藍光光束232為S偏振態，而綠光光束222則為P偏振態。如果直接經第二 PBS 36 進入圖像調製器件4，則綠光光束222將不會被反射到LCoS晶片上，而是透射出去，顯然色彩是不完整的，亮度也大為降低。因此，本實用新型中必須引入具有選擇性光譜偏振旋轉特性的偏振幹涉濾光片35。偏振幹涉濾光片可以將某一特定光譜範圍內的偏振光實現半波偏振旋轉，而其它光譜範圍內的偏振光則保持偏振態不變。根據本實例的光引擎結構，偏振幹涉濾光片35為針對綠光而設計。圖10給出了綠基色偏振幹涉濾光片的模擬和實測光譜特性。也即，線偏振綠光經過此偏振幹涉濾光片後，偏振態從P旋轉90後成為S，而其補色光譜，紅光和藍光的偏振態則保持不變，仍然為S光。因此，經過偏振幹涉濾光片35，在入射到第二 PBS 36之前的三基色偏振態均為S偏振。為了提高系統的對比度，也可以在第二 PBS 36前加清除偏振片(未畫出)。S偏振的三基色光被第二 PBS 36反射後，進入圖像調製模塊 4。圖像調製模塊4根據輸入的各基色的圖像信號，依次將輸入的S偏振的三基色光轉變為 P偏振的三基色光。P偏振的調製後的三基色光被返回到第二 PBS 36，經過透射後進入到投影鏡頭5。值得注意，對於本實用新型的投影光學系統1可以做各種修改以滿足各種需求。 例如，可以改變三基色的相對位置，採用不同的二向分色鏡來實現光路整合。相對應，偏振幹涉濾光片的選擇性光譜偏轉特性也應該根據光源位置的變化而重新設計。本實例中所採用三基色布局為二向分色鏡反藍光透紅光，綠光直接透過PBS。這是因為藍光和紅光的光譜波段較遠，對分色薄膜的加工要求低，且會避免色彩混疊。而對於相鄰的三基色，這就要求分色薄膜的過渡帶寬要很窄，增加的膜系的設計難度和系統成本。綠光偏振幹涉濾光片的
9光譜帶寬也適中，即不會出現色彩混疊，又不會洩露其它基色，系統配置達到最優。此外，為了進一步縮小光引擎體積，可以將聚光透鏡置於各勻光器件部分，而將偏振幹涉濾光片膠合於第一和第二 PBS之間，實現光學器件集成化，以提高整體的光學特性。 這個改動也可以應用於以下的各個實例中。實施例2圖3給出了本實用新型的第二個實例。其相對於第一個實例，第二個實例的偏振合色單元中，用平行四邊形稜鏡39膠合兩個第一直角稜鏡40的方式，代替二向分色稜鏡31 和第一 PBS，平行四邊形稜鏡39的一個合色面上鍍上二向分色膜後膠合一個第一直角稜鏡 40，平行四邊形稜鏡39的另一個合色面上鍍上偏振分束膜後膠合一個第一直角稜鏡40。優點在於減少了二向分色稜鏡31和第一 PBS 32之間的界面，更有利於光學系統的集成。實施例3圖4給出了本實用新型的第三個實例。該實例不同於圖1實例的地方在於，偏振合色單元中，將紅光四分之一波片321和藍光四分之一波片323用寬波段四分之一波片3M 替代，並膠合於二向分色稜鏡31和第一 PBS，減少四分之一波片的個數。在圖1實例中，每種四分之一波片的設計波長均採用對應光源的中心波長。由於各基色本身的光譜很窄，所以普通的四分之一波片可對單色光實現很高的偏振轉換，如圖11(a)。而在本實例中，如果採用傳統的四分之一波片，由於紅光和藍光的中心波長相距較遠，設計波長以外的光偏振轉換效率會隨著波長偏離而迅速減小。因此在本實例中，應該採用寬波段四分之一波片，如圖11 (b)所示。寬波段四分之一波片在可見光範圍內對所有波長的光都可實現高效偏振轉換。當然，本實例中的綠光四分之一波片322也可採用寬波段四分之一波片324，根據實際的需求和價格判斷。實施例4圖5給出了本實用新型的第四個實例。相對於圖4實例，本實例的偏振合色單元中，採用了二向分色鏡37代替二向分色稜鏡31，這有利於減輕系統的重量和減小成本，使系統簡化。實施例5圖6給出了本實用新型的第五個實例。相對於圖1實例，本實例中的藍光LED23， 藍光勻光器件231和偏振合色單元中的二向分色稜鏡31和藍光四分之一波片323等在水平方向上以二向分色稜鏡31中心光軸為對稱軸作鏡像翻轉。這使得綠光LED22及綠光勻光器件221出射光路通過引入45度放置的第二反射鏡38進行摺疊，使其可以置於二向分色稜鏡31旁，以縮減整個光引擎的尺寸。實施例6圖7給出了本實用新型的第六個實例。相對於圖6實例，本實例中，偏振合色單元的二向分色稜鏡31和第一 PBS32被直角稜鏡40膠合兩個小直角稜鏡代替，減少了二向分色稜鏡31和第一 PBS 32之間的界面，更有利於光學系統的集成。實施例7圖8給出了本實用新型的第七個實例。相對於圖4實例，本實例中，藍光LED23、藍光勻光器件231和偏振合色單元的二向分色稜鏡31、藍光四分之一波片323等在水平方向上以二向分色稜鏡31中心光軸為對稱軸作鏡像翻轉。這使得綠光LED22及綠光勻光器件221可以置於二向分色稜鏡31旁，以縮減整個光引擎的尺寸。實施例8圖9給出了本實用新型的第八個實例。相對於圖8實例，本實例中，偏振合色單元採用了二向分色鏡37代替二向分色稜鏡31，這有利於減輕系統的重量和減小成本，使系統簡化。雖然已經參照所述實施例描述了本實用新型的各種特性和優點，但本領域技術人員將會理解，可以對其部件的形狀，尺寸和布局等作出改變，而不會脫離本實用新型的精神和範圍。實例中，雖然已經顯示了具體的組件類型，但也可以使用其它類似的和合適的替代物。因此，以上描述意在提供本實用新型的示範實施例，而本實用新型範圍並不受此提供的具體範例的限制。
權利要求1.一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5);其中，所述光源模塊(2)包括紅光LED (21)、綠光LED (22)、藍光LED (23)、紅光勻光器件(211)、綠光勻光器件(221)和藍光勻光器件(231)，紅光LED (21)和紅光勻光器件(211)相連，綠光LED (22)和綠光勻光器件 (221)相連，藍光LED (23)和藍光勻光器件(231)相連；光管理模塊(3)由偏振合色單元、 聚光透鏡(34)、偏振幹涉濾光片(35)、第二 PBS (36)依次同軸排列組成；圖像信息模塊(4) 位於第二 PBS (36)的一個直角邊，投影鏡頭(5)位於第二 PBS (36)的出射邊。
2.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡(31)、第一 PBS (32)、反射鏡(33)、紅光四分之一波片(321)、 綠光四分之一波片(322)、藍光四分之一波片(323)組成；其中，第一 PBS (32)與聚光透鏡 (34)同軸，二向分色稜鏡(31)和第一 PBS (32)膠合；紅光LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡(31 )，最後一個LED發出的光入射第一 PBS (32)，紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)和藍光四分之一波片(323)分別膠合在二向分色稜鏡(31)和第一PBS (32)相應的入射面上；反射鏡(33)位於第一 PBS (32)上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。
3.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由平行四邊形稜鏡(39)、兩個第一直角稜鏡(40)、反射鏡(33)、紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)、藍光四分之一波片(323)組成，其中，平行四邊形稜鏡(39)的一個合色面上鍍上二向分色膜後膠合一個第一直角稜鏡(40)，平行四邊形稜鏡 (39)的另一個合色面上鍍上偏振分束膜後膠合一個第一直角稜鏡(40)；紅光LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意兩個LED發出的光分別入射兩個第一直角稜鏡(40)， 最後一個LED發出的光入射平行四邊形稜鏡(39)，紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322 )和藍光四分之一波片(323 )分別膠合在平行四邊形稜鏡(39 )和兩個第一直角稜鏡(40)相應的入射面上；反射鏡(33)位於最後一個LED發出的光的P光的出射面。
4.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡(31)、第一 PBS (32)、反射鏡(33)、兩塊寬波段四分之一波片(324)組成；其中，二向分色稜鏡(31)和第一PBS (32)分別膠合在一塊寬波段四分之一波片(3 )的兩面；紅光LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡(31)，最後一個LED發出的光入射第一 PBS (32)，另一塊寬波段四分之一波片(324)膠合在第一 PBS (32)的入射面上；反射鏡(33)位於第一 PBS (32)上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。
5.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由二向分色鏡(37)、第一 PBS (32)、反射鏡(33)、兩塊寬波段四分之一波片 (324)組成；其中，兩塊寬波段四分之一波片(3M)分別膠合在第一 PBS (32)的兩面；紅光 LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意兩個LED發出的光通過二向分色鏡(37) 和一塊寬波段四分之一波片(324)入射二向分色稜鏡(31)，最後一個LED發出的光通過另一塊寬波段四分之一波片(3M)入射第一 PBS (32);反射鏡(33)位於第一 PBS (32)上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。
6.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由第二直角稜鏡(41)、兩個第一直角稜鏡(40)、反射鏡(33)、紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)、藍光四分之一波片(323)、第二反射鏡(38)組成，其中， 第二直角稜鏡(41)的一個合色面上鍍上二向分色膜後膠合一個第一直角稜鏡(40)，第二直角稜鏡(41)的另一個合色面上鍍上偏振分束膜後也膠合一個第一直角稜鏡(40)；紅光 LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意一個LED發出的光入射第一直角稜鏡 (40)，一個LED發出的光入射第二直角稜鏡(41)，最後一個LED發出的光通過第二反射鏡 (38)入射另一個第一直角稜鏡(40)，紅光四分之一波片(321)、綠光四分之一波片(322)和藍光四分之一波片(323)分別膠合在第二直角稜鏡(41)和兩個第一直角稜鏡(40)相應的入射面上；反射鏡(33)位於最後一個LED發出的光的S光的出射面。
7.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由二向分色稜鏡(31)、第一 PBS (32)、反射鏡(33)、兩塊寬波段四分之一波片 (3M)、第二反射鏡(38)組成；其中，二向分色稜鏡(31)和第一 PBS (32)分別膠合在一塊寬波段四分之一波片(3 )的兩面；紅光LED (21)、綠光LED (22)和藍光LED (23)中，任意兩個LED發出的光入射二向分色稜鏡(31)，最後一個LED發出的光通過第二反射鏡(38) 入射第一 PBS (32)，另一塊寬波段四分之一波片(324)膠合在第一 PBS (32)的入射面上； 反射鏡(33)位於第一 PBS (32)上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。
8.根據權利要求1所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元由二向分色鏡(37)、第一 PBS (32)、反射鏡(33)、兩塊寬波段四分之一波片 (324)組成；其中，兩塊寬波段四分之一波片(324)分別膠合在第一 PBS(32)的兩面；紅光 LED (21)、綠光LED (2 和藍光LED (2 中，任意兩個LED發出的光通過二向分色鏡(37)和一塊寬波段四分之一波片(324)入射二向分色稜鏡(31)，最後一個LED發出的光通過另一塊寬波段四分之一波片(3M)入射第一 PBS (32);反射鏡(33)位於第一 PBS (32)上，最後一個LED發出的光的S光的出射面，使得未進入後續系統的偏振光重複利用。
9.根據權利要求2、4和5所述用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，其特徵在於，所述偏振合色單元還包括一個第二反射鏡(38)，所述最後一個LED發出的光通過第二反射鏡 (38)入射第一 PBS (32)。
專利摘要本實用新型提供了一種用於反射式液晶投影顯示的光引擎系統，該光引擎由光源模塊，光管理模塊，圖像信號模塊和投影鏡頭組成，可以有效利用三基色光的兩種偏振態，在不增加系統複雜度和成本的基礎上大幅提高整機的光學效率和輸出亮度。光源模塊由三基色固體光源和勻光器件組成，為投影提供色彩飽和的三基色照明。光管理模塊包括一個二向分色稜鏡，用於整合來自不同方向的兩種基色光；圖像信號模塊為單片反射式液晶光調製器件，根據各基色對應的圖像信號，時序地調製三基色的偏振光成為攜帶信號的光束。投影鏡頭將攜帶圖像信號的光經第二PBS投影於屏幕上。
文檔編號F21V13/00GK202093307SQ20112021189
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者賀銀波, 陸巍 申請人:賀銀波, 陸巍