CN102169234A - 采用rgb形式led照明的lcos微型投影机光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜（17）和LCOS芯片（18），光源采用红、绿、蓝三色LED光源，红、绿、蓝三色光通过匀光、准直、会聚、偏振分光后入射到LCOS芯片上。本发明有益效果在于：提高了LCOS微型投影机的亮度，改善了色彩的还原性，同时又减小了投影机的体积，降低了成本。

Description

采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统

技术领域

本发明涉及LCOS微型投影机，特别涉及一种采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统。

背景技术

当前投影机多采用气体光源灯，能耗高，体积大，不适用于微型投影机，即或采用LED照明的微投影机，有的采用DLP芯片，结构复杂、体积较大、成本较高；也有的采用LED照明的LCOS微投影机，但要么采用复眼透镜匀光，要么采用光学系统中部光棒或光锥匀光，都使得微投影机的体积不够小；也有的采用光学系统前部光棒或光锥匀光而使用白光LED照明，虽然体积小，但由于使用白光而使投影亮度低、色彩还原性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种成本相对较低而体积很小的采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜和LCOS芯片，光源由LEDa、LEDb、LEDc组成，匀光器件包括匀光器a、匀光器b和匀光器c，光源准直系统包括准直器a、准直器b、准直器c，分光器件包括分光镜a、分光镜b和分光镜c，场镜a与场镜b的光轴相互重合，场镜a设在分光镜a与分光镜b之间，场镜b设在分光镜b与分光镜c之间，从左至右依次排列的LEDa、匀光器a和准直器a的中心光轴相互重合，且准直器a的中心光轴与分光镜a镜面的夹角为45°，准直器a的中心光轴与场镜a的中心光轴垂直相交于分光镜a上，从左至右依次排列的LEDb、匀光器b和准直器b的中心光轴相互重合，且准直器b的中心光轴与分光镜b镜面的夹角为45°，准直器b的中心光轴与场镜b的中心光轴垂直相交于分光镜b上，从左至右依次排列LEDc、匀光器c和准直器c的中心光轴相互重合，且准直器c的中心光轴与分光镜c镜面的夹角为45°，准直器c的中心光轴与场镜b的中心光轴垂直相交于分光镜c上，场镜c位于分光镜c与PBS棱镜的入射面之间，场镜c的中心光轴与准直器c的中心光轴重合，且场镜c以其中心光轴与PBS棱镜的入射面垂直的方式与PBS棱镜呈光学耦合，场镜d位于PBS棱镜出射面一侧，且场镜d的中心光轴与场镜c的中心光轴垂直相交于PBS棱镜上，LCOS芯片设在场镜d之后，且LCOS芯片与场镜d的中心光轴垂直，五根中心光轴：LEDa、LEDb、LEDc、场镜b以及场镜d的中心光轴位于同一个平面。

所述的匀光器件为实心长方体或锥体光棒，或者是由四面反光镜围成的中空长方体或锥体。

所述的光源准直系统由三片球面玻璃镜片组成或一片球面玻璃镜片与一片塑料非球面镜片组成或两片塑料非球面镜片组成。

所述的场镜a、场镜b、场镜d，根据光源准直系统的准直情况取消其中某个装置或取消全部。

本发明具有以下优点：采用红（R）绿（G）蓝（B）三种LED灯照明，采用相应的分光器件进行分光，并运用PBS棱镜合光，提高了微型投影机的亮度，改善了色彩的还原性；由于LED灯的照明均匀性很差，用于投影机照明必须匀光，为此采用先对LED光源匀光，结构紧凑，成本低，体积小。

附图说明

图1 为本发明的一种结构示意图

图2 为本发明的另一种结构示意图

图中，1- LEDa，2- LEDb，3- LEDc，4-匀光器a，5-匀光器b，6-匀光器c，7-准直器a，8-准直器b，9-准直器c，10-分光镜a，11-分光镜b，12-分光镜c，13-场镜a，14-场镜b，15-场镜c，16-场镜d，17-PBS棱镜，18- LCOS芯片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

实施例1：如图1所示，采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜17和LCOS芯片18，光源由LEDa1、LEDb2、LEDc3组成，其中，LEDa1为红光光源，LEDb2为绿光光源，LEDc3为蓝光光源，匀光器件包括匀光器a4、匀光器b5和匀光器c6，光源准直系统包括准直器a7、准直器b8、准直器c9，分光器件包括分光镜a10、分光镜b11和分光镜c12，其中，分光镜a10反射红光，分光镜b11反射绿光，透射红光，分光镜c12反射绿光和红光，透射蓝光，场镜a13与场镜b14的中心光轴相互重合，场镜a13设在分光镜a10与分光镜b11之间，场镜b14设在分光镜b11与分光镜c12之间，从左至右依次排列的LEDa1、匀光器a4和准直器a7的中心光轴相互重合，且准直器a7的中心光轴与分光镜a10镜面的夹角为45°，准直器a7的中心光轴与场镜a13的中心光轴垂直相交于分光镜a10上，从左至右依次排列的LEDb2、匀光器b5和准直器b8的中心光轴相互重合，且准直器b8的中心光轴与分光镜b11镜面的夹角为45°，准直器b8的中心光轴与场镜b14的中心光轴垂直相交于分光镜b11上，从左至右依次排列的LEDc3、匀光器c6和准直器c9的中心光轴相互重合，且准直器c9的中心光轴与分光镜c12镜面的夹角为45°，准直器c9的中心光轴与场镜b14的中心光轴垂直相交于分光镜c12上，场镜c15位于分光镜c12与PBS棱镜17的入射面之间，场镜c15的中心光轴与准直器c9的中心光轴重合，且场镜c15以其中心光轴与PBS棱镜17的入射面垂直的方式与PBS棱镜17呈光学耦合，场镜d16位于PBS棱镜17出射面一侧，且场镜d16的中心光轴与场镜c15的中心光轴垂直相交于PBS棱镜17上，LCOS芯片18设在场镜d16之后，且LCOS芯片18与场镜d16的中心光轴垂直，PBS棱镜17的分光面为反射P偏振光透射S偏振光或反射S偏振光透射P偏振光，五根中心光轴：LEDa1、LEDb2、LEDc3、 b14以及场镜d16的中心光轴位于同一个平面，匀光器件为实心长方体或锥体光棒，或者是由四面反光镜围成的中空长方体或锥体，光源准直系统由三片球面玻璃镜片组成或一片球面玻璃镜片与一片塑料非球面镜片组成或两片塑料非球面镜片组成，根据光源准直系统的准直情况可取消场镜a13、场镜b14、场镜d16中的某个装置或取消全部。

实施例2：如图1所示，采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜17和LCOS芯片18，光源由LEDa1、LEDb2、LEDc3组成，其中LEDa1为绿光光源，LEDb2为蓝光光源，LEDc3为红光光源，匀光器件包括匀光器a4、匀光器b5和匀光器c6，光源准直系统包括准直器a7、准直器b8、准直器c9，分光器件包括分光镜a10、分光镜b11和分光镜c12，其中，分光镜a10反射绿光，分光镜b11反射蓝光，透射绿光，分光镜c12反射绿光和蓝光，透射红光，场镜a13与场镜b14的中心光轴相互重合，场镜a13设在分光镜a10与分光镜b11之间，场镜b14设在分光镜b11与分光镜c12之间，从左至右依次排列的LEDa1、匀光器a4和准直器a7的中心光轴相互重合，且准直器a7的中心光轴与分光镜a10镜面的夹角为45°，准直器a7的中心光轴与场镜a13的中心光轴垂直相交于分光镜a10上，从左至右依次排列的LEDb2、匀光器b5和准直器b8的中心光轴相互重合，且准直器b8的中心光轴与分光镜b11镜面的夹角为45°，准直器b8的中心光轴与场镜b14的中心光轴垂直相交于分光镜b11上，从左至右依次排列的LEDc3、匀光器c6和准直器c9的中心光轴相互重合，且准直器c9的中心光轴与分光镜c12镜面的夹角为45°，准直器c9的中心光轴与场镜b14的中心光轴垂直相交于分光镜c12上，场镜c15位于分光镜c12与PBS棱镜17的入射面之间，且场镜c15的中心光轴与准直器c9的中心光轴重合，且场镜c15以其中心光轴与PBS棱镜17的入射面垂直的方式与PBS棱镜17呈光学耦合，场镜d16位于PBS棱镜17出射面一侧，且场镜d16的中心光轴与场镜c15的中心光轴垂直相交于PBS棱镜17上，LCOS芯片18设在场镜d16之后，且LCOS芯片18与场镜d16的中心光轴垂直，PBS棱镜17的分光面为反射P偏振光透射S偏振光或反射S偏振光透射P偏振光，五根中心光轴：LEDa1、LEDb2、LEDc3、场镜b14以及场镜d16的中心光轴位于同一个平面，匀光器件为实心长方体或锥体光棒，或者是由四面反光镜围成的中空长方体或锥体，光源准直系统由三片球面玻璃镜片组成或一片球面玻璃镜片与一片塑料非球面镜片组成或两片塑料非球面镜片组成，根据光源准直系统的准直情况可取消场镜a13、场镜b14、场镜d16中的某个装置或取消全部。

实施例3：如图2所示，采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜17和LCOS芯片18，光源由LEDa1、LEDb2、LEDc3组成，其中LEDa1为红光光源，LEDb2为绿光光源，LEDc3为蓝光光源，匀光器件包括匀光器a4、匀光器b5和匀光器c6，光源准直系统包括准直器a7、准直器b8、准直器c9，分光器件包括分光镜a10和分光镜c12，其中，分光镜a10透射红光，反射绿光，分光镜c12反射绿光和红光，透射蓝光，从上至下依次排列的 LEDa1、匀光器a4和准直器a7的中心光轴相互重合，且准直器a7的中心光轴与分光镜a10镜面的夹角为45°，准直器a7的中心光轴与场镜a13的中心光轴重合，从左至右依次排列的LEDb2、匀光器b5和准直器b8的中心光轴相互重合，且准直器b8的中心光轴与分光镜a10镜面的夹角为45°，准直器b8的中心光轴与场镜a13的中心光轴垂直相交于分光镜a10上，从左至右依次排列的LEDc3、匀光器c6和准直器c9的中心光轴相互重合，且准直器c9的中心光轴与分光镜c12镜面的夹角为45°，准直器c9的中心光轴与场镜a13的中心光轴垂直相交于分光镜c12上，场镜c15位于分光镜c12与PBS棱镜17的入射面之间，且场镜c15的中心光轴与准直器c9的中心光轴重合，且场镜c15以其中心光轴与PBS棱镜17的入射面垂直的方式与PBS棱镜17呈光学耦合，场镜d16位于PBS棱镜17出射面一侧，且场镜d16的中心光轴与场镜c15的中心光轴垂直相交于PBS棱镜17上，LCOS芯片18设在场镜d16之后，且LCOS芯片18与场镜d16的中心光轴垂直，PBS棱镜17的分光面为反射P偏振光透射S偏振光或反射S偏振光透射P偏振光，四根中心光轴：LEDa1、LEDb2、LEDc3以及场镜d16的中心光轴位于同一个平面，匀光器件为实心长方体或锥体光棒，或者是由四面反光镜围成的中空长方体或锥体，光源准直系统由三片球面玻璃镜片组成或一片球面玻璃镜片与一片塑料非球面镜片组成或两片塑料非球面镜片组成，根据光源准直系统的准直情况可取消场镜a13、场镜d16中的某个装置或取消全部。

工作原理：

现以实施例1的红光投射光路为例，说明本发明的工作原理：LEDa1发出的红光先通过匀光器a4，红光经匀光器a4均匀化后进入准直器a7，由准直器a7将光转变成准直光，再由分光器分离出红色光，然后红色光经过场镜会聚进入PBS棱镜17，棱镜17将光分成P偏振光和S偏振光两部分，S（或P）偏振光将直接透过PBS棱镜17不予利用，而另一部分P（或S）偏振光将由PBS棱镜反射后通过场镜8会聚后入射到LCOS芯片18上，入射到LCOS芯片18的P（或S）偏振光，经LCOS芯片18表面反射，变成S（或P）偏振光，再经PBS棱镜透射进入投影镜头。

同理，绿光和蓝光以相同的工作方式入射到LCOS芯片18上，经LCOS芯片18表面反射，再经PBS棱镜透射进入投影镜头。

Claims (4)

1.一种采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，其特征在于：它包括光源、匀光器件、光源准直系统、分光器件、场镜、PBS棱镜（17）和LCOS芯片（18），光源由LEDa（1）、LEDb（2）、LEDc（3）组成，匀光器件包括匀光器a（4）、匀光器b（5）和匀光器c（6），光源准直系统包括准直器a（7）、准直器b（8）、准直器c（9），分光器件包括分光镜a（10）、分光镜b（11）和分光镜c（12），场镜a（13）和场镜b（14）的中心光轴相互重合，场镜a（13）设在分光镜a（10）与分光镜b（11）之间，场镜b（14）设在分光镜b（11）与分光镜c（12）之间，从左至右依次排列的LEDa（1）、匀光器a（4）和准直器a（7）的中心光轴相互重合，且准直器a（7）的中心光轴与分光镜a（10）镜面的夹角为45°，准直器a（7）的中心光轴与场镜a（13）的中心光轴垂直相交于分光镜a（10）上，从左至右依次排列的LEDb（2）、匀光器b（5）和准直器b（8）的中心光轴相互重合，且准直器b（8）的中心光轴与分光镜b（11）镜面的夹角为45°，准直器b（8）的中心光轴与场镜b（14）的中心光轴垂直相交于分光镜b（11）上，从左至右依次排列的LEDc（3）、匀光器c（6）和准直器c（9）的中心光轴相互重合，且准直器c（9）的中心光轴与分光镜c（12）镜面的夹角为45°，准直器c（9）的中心光轴与场镜b（14）的中心光轴垂直相交于分光镜c（12）上，场镜c（15）位于分光镜c（12）与PBS棱镜（17）的入射面之间，场镜c（15）的中心光轴与准直器c（9）的中心光轴重合，且场镜c（15）以其中心光轴与PBS棱镜（17）的入射面垂直的方式与PBS棱镜（17）呈光学耦合，场镜d（16）位于PBS棱镜（17）出射面一侧，且场镜d（16）的中心光轴与场镜c（15）的中心光轴垂直相交于PBS棱镜（17）上，LCOS芯片（18）设在场镜d（16）之后，且LCOS芯片（18）与场镜d（16）的中心光轴垂直，五根中心光轴即LEDa（1）、LEDb（2）、LEDc（3）、场镜b（14）以及场镜d（16）的中心光轴位于同一个平面。

2.根据权利要求1所述的采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，其特征在于：所述的匀光器件为实心长方体或锥体光棒，或者是由四面反光镜围成的中空长方体或锥体。

3.根据权利要求1所述的采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，其特征在于：所述的光源准直系统由三片球面玻璃镜片组成或一片球面玻璃镜片与一片塑料非球面镜片组成或两片塑料非球面镜片组成。

4.根据权利要求1所述的采用RGB形式LED照明的LCOS微型投影机光学系统，其特征在于：所述的场镜a（13）、场镜b（14）、场镜d（16），根据光源准直系统的准直情况取消其中某个装置或取消全部。

Images