CN101101432B - 投影装置的光模块 - Google Patents

Abstract

一种投影装置的光模块，包括发光模组、匀光装置、光调制装置，以及光学投影镜头，所述发光模组包括发出平行光的LED或其它固体光源准直光发生器，用于使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光产生折射和/或全反射改变所述平行光的发射角度使其成为聚合的平行光的光学镜阵列，光学镜阵列为一个或一个以上的使所述光线产生全反射的微棱镜阵列板和一个或一个以上的使所述光线产生折射的微棱镜阵列板的组合。本发明涉及由于本发明的光模组将LED或其它固体光源准直光发生器的光线聚合，使得投影机尺寸小，重量轻，颜色纯的同时其光输出足够，光亮度也能达到要求。

Description

投影装置的光模块 

技术领域

本发明涉及光源装置，更具体地说，涉及一种具有所述光源装置的投影机。

背景技术

传统的投影机一直是以卤素灯、高压汞灯作其光源，这些光源都有其局限性，卤素灯的寿命短，高压汞灯需要高压的电源电路，这样使得投影机大型并且笨重，已防碍投影机的小型、轻量化。高压汞灯的寿命虽然比卤素灯的寿命长，但仍属短寿命，而且启动需要的时间比较长。作为新光源，LED体积小、重量轻，颜色纯，但其存在发光功率不足、光亮度不够的问题，难于满足投影机对光功率的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种投影装置的光模块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种投影装置的光模块，包括发光模组，用于将所述发光模组发出的光线进行均匀化的匀光装置，用于对匀光装置发出的光以每一个像素为单元进行光调制形成光学图像源的光调制装置，用于对光调制装置发出的光学图像源进行放大投射的光学投影镜头，其特征在于，所述发光模组包括发出平行光的LED或其它固体光源准直光发生器，用于使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光产生折射和/或全反射改变所述平行光的发射角度使其成为聚合的平行光的光学镜阵列，所述光学镜阵列为一个或一个以上的使所述光线产生全反射的微棱镜阵列板和一个或一个以上的使所述光线产生折射的微棱镜阵列板的组合。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜阵列也可以由光学镜替代。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜为使所述光线产生折射的光学棱镜。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜阵列包括一个或一个以上的使所述光线产生折射的微棱镜阵列板。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜阵列为一个或一个以上的使所述光线产生全反射的微棱镜阵列板。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学棱镜或微棱镜阵列板使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光线改变光路后形成一束或一束以上的聚合的平行光。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学棱镜或微棱镜阵列板使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光线改变光路后形成第一平行光和第二平行光，还包括将第二平行光反射至与所述第一平行光的出射角度相同的反射装置。

在本发明所述的投影装置的光模块中，还包括用于将经过所述光学棱镜或微棱镜阵列板改变光路后的光线产生反射至设定的方向的反射镜，或折射和/或全反射至设定方向的微棱镜阵列板。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜或光学镜阵列包括使所 述LED或其它固体光源准直光发生器在二维方向的光线改变传播方向的光学棱镜或微棱镜阵列板和/或反射镜。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述发光模组包括红光发光模组、绿光发光模组和蓝光发光模组，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，三组所述蝇眼透镜、重合透镜和液晶光阀分别与所述红光发光模组和绿光发光模组、蓝光发光模组配合。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述发光模组为白光发光模组，还包括用于将所述白光发光模组发出的光分离成三色光的分光装置，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，光调制装置为液晶光阀，三组所述蝇眼透镜、重合透镜、液晶光阀分别与所述三色光相配合。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述发光模组为分别在不同时段发出三色光的三色分时发光模组，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，一组所述蝇眼透镜、重合透镜、液晶光阀与所述三色分时发光模组配合。

在本发明所述的投影装置的光模块中，还包括设置在所述发光模组和蝇眼透镜之间的第一反射镜，设置在所述重合透镜和液晶光阀之间的第二反射镜，所述发光模组的出光角度与所述光阀的入射角度形成180°夹角。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述发光模组为绿光发光模组和红、蓝光发光模组两个发光模组。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光相互平行，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，还包括用于将所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光聚合在一起通过一组所述蝇眼透镜、重合透镜和液晶光阀发射至投影镜头的光 学装置。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学装置包括第三反射镜和第四反射镜、微反射镜阵列板，所述第三反射镜和第四反射镜分别将所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光线反射至所述微反射镜阵列板，所述微反射镜阵列板使两个方向的光线在不同微反射面产生反射后形成一束平行且重合的光线发射至所述蝇眼透镜、重合透镜。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述发光模组采用红色、绿色、蓝色光分时发光工作方式。

在本发明所述的投影装置的光模块中，所述光学镜或光学镜阵列表面设置增加光学透过率的光学薄膜。

本发明的有益效果是，由于本发明的光模组将LED或其它固体光源准直光发生器的光线聚合，使得投影机尺寸小，重量轻，颜色纯的同时其光输出足够，光亮度也能达到要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的投影装置的光模块的LED准直光发生器的剖面结构示意图；

图2是本发明采用光学棱镜实施例中光束口径压缩的原理图；

图3是本发明采用光学棱镜实施例中光束口径压缩的原理图之二；

图4本发明采用光学棱镜实施例中使光束口径在二维方向产生压缩变化的原理结构图；

图5是本发明采用微棱镜阵列板组第一种实施例中使光束口径压缩的光路结构示意图；

图6是图5的局部放大图和微棱镜板组光线折射原理图；

图7是本发明的采用微棱镜阵列板组第二种实施例中使光束口径压缩的光路结构示意图；

图8是图7的局部放大图和微棱镜板组光线折射原理图；

图9是为本发明采用微棱镜阵列板组的第一和第二实施例中光束口径在二维方向产生压缩变化的原理结构图

图10是本发明采用微棱镜阵列板组第三种实施例中使光束口径压缩的光学原理示意图；

图11是图10的局部放大图和微棱镜板组光线折射原理图；

图12是本发明的采用微棱镜阵列板组第三种实施例的光路结构示意图；

图13是图12的局部放大图和微棱镜板光线折射原理图；

图14为本发明采用微棱镜阵列板组的第三种实施例中光束口径在二维方向产生压缩变化的原理结构图

图15是本发明的投影装置的光模块的光学系统的第一种实施方式的结构示意图；

图16是本发明的投影装置的光模块的光学系统的第二种实施方式的结构示意图；

图17是本发明的投影装置的光模块的光学系统的第三种实施方式的结构示意图；

图18是本发明的投影装置的光模块的光学系统的第四种实施方式的结构示意图；

图19是本发明的投影装置的光模块的光学系统的第五种实施方式的结构 示意图；

图20是图19的局部放大图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的投影装置的光模块的LED准直光发生器25的剖面结构示意图，其中LED准直光发生器由LED芯片2501、LED散热板2502、PCB板2503、LED封装2504、透镜2505组成。透镜2505用于将LED芯片2501发出的光变成平行光。

如图2所示，是本发明的第一种实施例为光束经过棱镜折射后口径变小的原理图。平行入射光7经棱镜15折射后出射光8的口径变小。

如图3所示，是本发明的第一种实施例为光束经过棱镜折射后口径变小的原理图之二。平行入射光7经棱镜15折射后出射光8的口径变小。还可以将口径已缩小的光束再次经过反射镜9反射至与入射光束7正交的方向。

为了使LED准直光发生器发出的光束在二维方向进行压缩，可以在两个正交的方向分别设置压缩棱镜和反射镜，使得光束在一个方向聚合后再在其正交方向聚合，从而缩小整个光束口径，使之构成一个完整的平行光束口径压缩装置。如图4所示，为本发明的采用光学棱镜实施例中基于棱镜变换原理的投影装置的光模块的光束口径在二维方向产生压缩变化的原理结构图。图中两个正交方向对应的压缩棱镜分别为15A和15B，两个正交方向对应的反射镜分别为9A和9B，构成一个完整的发光模组5。

为了减小发光模组的尺寸和体积，利用微棱镜板组对光束的折射作用对光束口径进行压缩，如图5所示为本发明的投影装置的光模块中采用微棱镜阵列板组的第一种实施例的光路结构示意图。其中LED准直光发生器25发出的光 束7经过微棱镜阵列板组6后形成聚合，口径缩小后的光束8，然后经反射镜9反射至与光束7正交的方向。

如图6所示，为图5的局部放大图，即微棱镜板组的第一种实施例的原理结构示意图。在本实施例中，微棱镜阵列板组6由三块微棱镜板按序叠加而成，使入射光线7经过三次折射，改变出光的发射角度。

如图7所示为本发明的投影装置的光模块中采用微棱镜阵列板组的第二种实施例的光路结构示意图，图8为图7的局部放大图。与上一实施例不同的是：在本实施例中微棱镜阵列板组采用两块微棱镜阵列板组成，入射光7进入第一块微棱镜阵列板产生全反射和折射，再进入第二块微棱镜阵列板中，在第二块微棱镜阵列中产生折射后射出，从而改变出射光的角度。

如图9所示，为本发明的采用微棱镜阵列板组的第一和第二实施例中光束口径在二维方向产生压缩变化的原理结构图。图中两个正交方向对应的微棱镜阵列板组分别为6A和6B，两个正交方向对应的反射镜分别为9A和9B，构成一个完整的发光模组5。

如图10所示，为本发明的投影装置的光模块中采用微棱镜阵列板组的第三种实施方式的光学原理示意图，图11是图10的局部放大图。与上述实施例不同的是：在本实施例中，微棱镜阵列板组为两块等腰棱镜阵列板，将入射光分成两路平行光束：第一平行光束和第二平行光束。

如图12所示，是本实施例的光路结构示意图，图13是图11的局部放大图。可以在第二平行光束上再加一个反射镜9，将第二平行光反射至与第一平行光的出射角度相同的反射装置，将两路平行光合成一路平行光，最后再通过第二微棱镜阵列板10的折射将出射光束方向变成与入射光束7的方向正交。

如图14所示，为本发明的采用微棱镜阵列板组的第三实施例中光束口径在 二维方向产生压缩变化的原理结构图。图中两个正交方向对应的微棱镜阵列板组分别为6A和6B，两个正交方向对应的反射镜分别为9A和9B，两个正交方向对应的微棱镜阵列板分别为10A和10B，构成一个完整的发光模组5。

在本发明所述的上述投影装置的光模块实施例中，为增加所述光学镜或光学镜的光透过率，以提高系统光学效率，可以在所述光学镜或光学镜阵列表面镀以入射光或出射光的光学厚度相应的增透光学薄膜(未图示)。

如图15所示，为本发明的投影装置的光模块的光学系统的第一种实施方式的结构示意图，在本实施例中，发光模组包括红光发光模组5A、绿光发光模组5B和蓝光发光模组5C，蝇眼透镜1、重合透镜2构成匀光装置，液晶光阀3构成光调制装置，三组蝇眼透镜、重合透镜、液晶光阀分别与所述红光发光模组5A、绿光发光模组5B和蓝光发光模组5C配合。其中绿光发光模组5B发出的光线经过所述蝇眼透镜1、重合透镜2后直接进入光阀3，红光发光模组5A和蓝光发光模组5C发出的光线经过蝇眼透镜1、重合透镜2后再经过反射镜16反射进入光阀3中，图中的校正透镜21为补偿三基色光程差所造成的在液晶光阀上的重合误差之用，由液晶光阀以像素为单位进行光调制形成投影图像源后，由合光棱镜17将红色、绿色、蓝色三个基色图像源合成为一个彩色图像源，再由投影镜头4进行放大投射，在投影屏幕(未图示)上成像形成大尺寸图像。

如图16所示，为本发明的投影装置的光模块的光学系统的第二种实施方式的结构示意图。与上一实施方式不同的是：在本实施方式中发光模组为白光发光模组5，白光发光模组5发出的光经蝇眼透镜1和重合透镜2组成的匀光装置后，先经过蓝光分色镜分解出蓝色光，再经过绿光分色镜分解出绿色光，分解出的蓝色光和绿色光与剩下的红色光共同形成三基色光源提供给上一实施例 相同的液晶光阀和合光棱镜等，图中的校正透镜20为补偿三基色光程差所造成的在液晶光阀上的重合误差之用。

如图17所示，为本发明的投影装置的光模块的光学系统的第三种实施方式的结构示意图，与上述实施方式不同的是：在本实施方式中发光模组5为分别在不同时段发出三色光的三色分时发光模组5，一组蝇眼透镜1和重合透镜2和光阀3与三色分时发光模组5配合，省去了上一实施方式中的两组液晶光阀和合光棱镜等，使光路设计更为简洁。

如图18所示，为本发明的投影装置的光模块的光学系统的第四种实施方式的结构示意图，与上一实施方式不同的是：在本实施方式中，为了使光机设计更为紧凑，在所述发光模组5和蝇眼透镜1之间设有第一反射镜9，在所述重合透镜和光阀之间设有第二反射镜10，所述发光模组的出光角度与所述光阀的入射角度形成180°夹角，发光模组5和光阀3并排设置，缩短了投影装置的光模块的长度。

如图19所示，为本发明的投影装置的光模块的光学系统的第五种实施方式的结构示意图，与上述实施方式不同的是：在本实施方式中所述发光模组为绿光发光模组5B和红、蓝光发光模组5D两个发光模组。因为在实际应用中，为达到彩色平衡，三基色所占比例并不一致，其中大部分为绿色光，次之为红色光，再次之为蓝色光，为提高发光模组的光利用率，采用一个绿光发光模组，红光和蓝光合并成一个发光模组。最后采用第三反射镜12和第四反射镜13分别将红、蓝光发光模组5D和绿光发光模组5B的光束反射至同一反射镜阵列11，如图20所示，由反射镜阵列11上各自对应的微反射面将两者反射至同一出光方向，从而实现绿色光(G)和红、蓝色光(RB)在空间的合成。再者，为了共用一组蝇眼透镜、重合透镜和液晶光阀等，并省略昂贵的合光棱镜，两 个发光模组采用分别在不同时段发出三色光的三色分时发光方式。

本发明的发光模组可以为发出平行光的LED还可以为其它固体光源准直光发生器。

Claims (15)

1.一种投影装置的光模块，包括发光模组，用于将所述发光模组发出的光线进行均匀化的匀光装置，用于对匀光装置发出的光以每一个像素为单元进行光调制形成光学图像源的光调制装置，用于对光调制装置发出的光学图像源进行放大投射的光学投影镜头，其特征在于，所述发光模组包括发出平行光的LED或其它固体光源准直光发生器，用于使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光产生折射和/或全反射改变所述平行光的发射角度使其成为聚合的平行光的光学镜阵列；所述光学镜阵列为一个或一个以上的使所述光线产生全反射的微棱镜阵列板和一个或一个以上的使所述光线产生折射的微棱镜阵列板的组合。

2.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述微棱镜阵列板使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光线改变光路后形成一束或一束以上的聚合的平行光。

3.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述微棱镜阵列板使所述LED或其它固体光源准直光发生器发出的平行光线改变光路后形成第一平行光和第二平行光，还包括将第二平行光反射至与所述第一平行光的出射角度相同的反射装置。

4.根据权利要求1中任何一项所述的投影装置的光模块，其特征在于，还包括用于将经过所述微棱镜阵列板改变光路后的光线产生反射至设定的方向的反射镜，或折射和/或全反射至设定方向的微棱镜阵列板。

5.根据权利要求1中任何一项所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述光学镜阵列包括使所述LED或其它固体光源准直光发生器在二维方向的光线改变传播方向的光学棱镜和/或反射镜。

6.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述发光模组包括红光发光模组、绿光发光模组和蓝光发光模组，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，三组所述蝇眼透镜、重合透镜和液晶光阀分别与所述红光发光模组和绿光发光模组、蓝光发光模组配合。

7.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述发光模组为白光发光模组，还包括用于将所述白光发光模组发出的光分离成三色光的分光装置，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，光调制装置为液晶光阀，三组所述蝇眼透镜、重合透镜、液晶光阀分别与所述三色光相配合。

8.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述发光模组为分别在不同时段发出三色光的三色分时发光模组，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，一组所述蝇眼透镜、重合透镜、液晶光阀与所述三色分时发光模组配合。

9.根据权利要求8所述的投影装置的光模块，其特征在于，还包括设置在所述发光模组和蝇眼透镜之间的第一反射镜，设置在所述重合透镜和液晶光阀之间的第二反射镜，所述发光模组的出光角度与所述光阀的入射角度形成180°夹角。

10.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述发光模组为绿光发光模组和红、蓝光发光模组两个发光模组。

11.根据权利要求10所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光相互平行，所述匀光装置为蝇眼透镜和重合透镜，所述光调制装置为液晶光阀，还包括用于将所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光聚合在一起通过一组所述蝇眼透镜、重合透镜和液晶光阀发射至投影镜头的光学装置。

12.根据权利要求11所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述光学装置包括第三反射镜和第四反射镜、微反射镜阵列板，所述第三反射镜和第四反射镜分别将所述绿光发光模组和红、蓝光发光模组发出的光线反射至所述微反射镜阵列板，所述微反射镜阵列板使两个方向的光线在不同微反射面产生反射后形成一束平行且重合的光线发射至所述蝇眼透镜、重合透镜。

13.根据权利要求12所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述发光模组采用红色、绿色、蓝色光分时发光工作方式。

14.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述光学镜阵列表面设置增加光学透过率的光学薄膜。

15.根据权利要求1所述的投影装置的光模块，其特征在于，所述光学镜阵列包括使所述LED或其它固体光源准直光发生器在二维方向的光线改变传播方向的微棱镜阵列板和/或反射镜。

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