CN102012616A - 多路绿光光源投影机光学引擎 - Google Patents

Abstract

多路绿光光源投影机光学引擎，涉及便携式微型投影机。多路绿光光源投影机光学引擎，包括光学引擎主体，光学引擎主体包括绿色激光光源，绿色激光光源包括至少两个绿色激光器，各绿色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。本发明通过将至少两个绿色激光器与蓝色激光器、红色激光器射出的光合为一路，增强了系统的绿光强度，避免因绿光能量不足带来的偏色、亮度偏暗等问题；同时由于可采用中等能量强度的绿色激光器进行合成来替代一路高能量强度绿色激光器，可以降低绿光模块难度，提高照明系统稳定性，从而实现高亮度的微型投影光学引擎。

Description

多路绿光光源投影机光学引擎

技术领域

本发明涉及投影机，特别涉及投影机用光学引擎。

背景技术

为了把比手掌还小的微型投影机、可装入笔记本的投影机等便携式微型投影机商用化，需要开发体积小、耗电低的投影机。要实现投影机的微型化需要使用体积小但亮度高的光源。最适合于此类低耗电微型投影机的光源为激光光源或是发光二级管光源。其中，激光光源是已被广泛认为低耗电、亮度高的高效光源。

投影机利用光调制器把从光源射出的光转换为影象画面。目前此种光调制器通常是利用液晶的投射型/反射型液晶显示器、硅基液晶，以及DLP技术中的数字微镜器件。为了表现影象画面，需要绿/蓝/红三种原色的激光。目前蓝色和红色的半导体激光已经存在，但固态的绿色激光技术还不成熟，目前还没有可用产品。

为了克服这个问题可以采用胶合晶体技术将非线性晶体与倍频晶体按一定要求胶合，配以808nm泵浦光源，实现小体积绿光激光光源模块。但是，在这种绿光模块中，受晶体材料、胶合工艺以及出光原理的限制，很难制作出高功率、稳定的绿光模块，尤其当绿光输出功率高于50mw时，输出光的稳定性会大大降低，目前的晶体技术工艺还很难实现。而绿光是影响白光亮度的原色光，所以对光效率有很大的影响。由于人眼对绿光的反应最为敏感，在光学引擎的三色光源中，绿光激光光源所占的强度比例也最大，需占到总功率值的60％以上。因此，在高亮度的微型光学引擎中，提供足够功率强度的绿光激光光源是亟待解决的问题。

现有的光学引擎构造，参照图1，红色/绿色/蓝色激光光源依次照射红色/绿色/蓝色光。三个光源被各自的分色镜反射或是透射到漫射体2。分色镜11起到反射红色激光，通过剩余波长范围的光线的作用；分色镜12起到反射蓝色激光，通过剩余波长范围光线的作用。

漫射体2垂直振动于光轴，通过减少激光光线的连贯性特征来减少激光散斑，激光光线通过漫射体2的时候，光的随机性会得到增加。通过漫射体2的光会通过光束整形器3转变光束形状，以适应于光调制器7的入射面形状，从而提高光效率。

在光束整形器3后方设有将经过光束整形器3整形的光线进行集束的透镜，即物镜4。通过对物镜4镜片的调整，可以达到更加准确的聚焦。现有的光学引擎构造还设有光调制器7和投射透镜8，光调制器7是指将入射的光线进行选择性通过、阻断或改变光径来形成影像图片的元件。投射透镜8由多个透镜构成，将由光调制器7形成的影像图片向屏幕上放大投影。

由此可见，现有的光学引擎构造只采用一路绿光激光光源与红、蓝光源混合，实现彩色照明。这样要实现15lm以上的投影亮度，就必须使用能量强度高于50mw的绿光激光光源，这对于目前的胶合晶体倍频技术而言还较难实现，一方面会降低绿光输出的稳定性，另一方面还会增加晶体的制作成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种多路绿光光源投影机光学引擎以解决上述技术问题。

本发明可以采用以下技术方案来实现：

多路绿光光源投影机光学引擎，包括光学引擎主体，所述光学引擎主体包括绿色激光光源，其特征在于，所述绿色激光光源包括至少两个绿色激光器，各绿色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。

所述光学引擎主体还包括红色激光光源、蓝色激光光源，至少两个绿色激光器射出的光束首先与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过一组光学镜片合成为基础三色合成光，然后其它绿色激光器射出的光束通过另一组光学镜片汇入基础三色合成光中形成三色合成光。各个绿色激光器射出的光束也可以首先通过一组光学镜片合成为一束，然后与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过另一组光学镜片合成为三色合成光。

作为一种优选方案，所述绿色激光光源包括两个绿色激光器，其中一个绿色激光器射出的光，通过分色镜与红色激光光源的红色激光器、蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光首先合成为基础三色合成光；

另一个绿色激光器位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向，并通过透镜组改变光路方向，使其射出的光路与之前已合成的基础三色合成光再次合成为一路三色合成光，从而增强绿光能量。

所述透镜组包括第一棱镜、第二棱镜，第一棱镜和第二棱镜均为直角棱镜，且材质相同；

第二棱镜的斜面与第一棱镜的斜面平行；

透镜组与各光源之间的位置关系需满足的条件为：基础三色合成光只通过第一棱镜，由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光既通过第一棱镜又通过第二棱镜。第二棱镜的一个直角面可以胶合在第一棱镜的一个直角面的上，且靠近第一棱镜的斜面。

第二棱镜的几何尺寸小于第一棱镜的几何尺寸，第二棱镜的几何尺寸优选的可以是第一棱镜的几何尺寸的一半。以保证第一棱镜既能接收到基础三色合成光，又能接收到由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明通过将至少两个绿色激光器与蓝色激光器、红色激光器射出的光合为一路，增强了系统的绿光强度，避免因绿光能量不足带来的偏色、亮度偏暗等问题；同时由于可采用中等能量强度的绿色激光器进行合成来替代一路高能量强度绿色激光器，可以降低绿光模块难度，提高照明系统稳定性，从而实现高亮度的微型投影光学引擎。

附图说明

图1是现有的光学引擎构造示意图；

图2是本发明具体实施例1的光学引擎的示意图；

图3是本发明中用以合成两路绿光的棱镜组的一种结构示意图；

图4是本发明具体实施例2的光学引擎的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

多路绿光光源投影机光学引擎，包括光学引擎主体，光学引擎主体包括绿色激光光源，绿色激光光源包括至少两个绿色激光器，各绿色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。合为一束光线的方式可以是至少两个绿色激光器射出的光束首先与其它激光器射出的光束通过一组光学镜片合成为基础三色合成光，然后其它绿色激光器射出的光束通过另一组光学镜片汇入基础三色合成光中形成三色合成光。合为一束光线的方式也可以是各个绿色激光器射出的光束也可以首先通过一组光学镜片合成为一束，然后与其它激光器射出的光通过另一组光学镜片合成为三色合成光。由于通过光学镜片对光路进行合成是本技术领域的一般工作人员可以轻易实现的，故此处不再详述。

其它激光器的选取可根据实际需要而定。作为一种优选方式，光学引擎主体还包括红色激光光源、蓝色激光光源，绿色激光光源的部分绿色激光器射出的光束首先与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过一组光学镜片合成为基础三色合成光，然后绿色激光光源的其它绿色激光器射出的光束通过另一组光学镜片汇入基础三色合成光中形成三色合成光。绿色激光光源的绿色激光器射出的光束也可以首先通过一组光学镜片合成为一束，然后与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过另一组光学镜片合成为三色合成光。

当然，在需要的情况下，红色激光光源、蓝色激光光源亦可以采用相同的方法来各自的增强能量。即红色激光光源也可以包括至少两个红色激光器，各红色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。蓝色激光光源也可以包括至少两个蓝色激光器，各蓝色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。合成一束的方法可以参考绿色激光器射出的光束合成一束的办法。

参照图2，具体实施例1

绿色激光光源包括两个绿色激光器，其中一个绿色激光器射出的光，通过分色镜1与红色激光光源的红色激光器、蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光首先合成为基础三色合成光；

另一个绿色激光器位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向，并通过透镜组改变光路方向，使其射出的光路与之前已合成的基础三色合成光再次合成为一路三色合成光，从而增强绿光能量。

三色合成光射向漫射体2，通过漫射体2、光束整形器3，到达物镜4，光束整形器3可以是复眼透镜、灯管等。复眼透镜包括透明基板，透明基板上面附有多块球面或非球面的小型透镜。这些小型透镜们可以体现为各种形状，如四角形凸透镜、六角形凸透镜以及圆形等等，但最好是与光调制器7的形状(更加准确地说，是光调制器7的有效画面形状)相一致。例如：光调制器7的有效画面大致为四角形状，那么小型透镜体的形状也最好也为四角形状，从而使光损失最小化。物镜4是将经过光束整形器3整形的光线进行集束的透镜，一般由两片组成，通过调节两片透镜之间的距离可以达到更加准确的聚焦。聚焦后的光再进入光调制器7形成影像图片，光调制器7可以是数字微镜器件、液晶显示元件、或硅基液晶等等。由光调制器7形成的影像图片最后经由投射透镜8向屏幕上放大实现投影。如果光调制器7是反射型光调制器，在反射型光调制器和投射透镜8之间还可以设有偏振分束器6。偏振分束器6和物镜4之间还可以设有用于把往光调制器7入射的光进行线偏振过滤的入射偏振光板5。

为增强绿光能量，用于将两路绿光同红光、蓝光合成一路的关键器件是透镜组。参照图3，透镜组包括第一棱镜91、第二棱镜92，第一棱镜91和第二棱镜92均为直角棱镜，且材质相同。第二棱镜92的斜面与第一棱镜91的斜面911平行。透镜组与各光源之间的位置关系需满足的条件为：基础三色合成光只通过第一棱镜91，由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光既通过第一棱镜91又通过第二棱镜92。第二棱镜92的一个直角面可以胶合在第一棱镜91的一个直角面的上，且靠近第一棱镜91的斜面911。作为一种优选方案，第二棱镜92的几何尺寸小于第一棱镜91的几何尺寸，第二棱镜92的几何尺寸优选的可以是第一棱镜91的几何尺寸的一半。以保证第一棱镜91既能接收到基础三色合成光，又能接收到由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光。

由绿色激光器、红色激光器、蓝色激光器出射的光先经分色镜1合成为一路后，透过第一棱镜91的一个直角面913到达斜面911的下半部分，由于第一棱镜91是直角棱镜，光线在其斜面911上会发生全发射，从而将光轴方向偏转90°从第一棱镜91的另一直角面912出射。由另一路绿色激光器发出的光则首先照射到第一棱镜91的斜面911的上半部分上，在斜面911表面发生折射后首先进入第一棱镜91，再进入第二棱镜92。由于第二棱镜92的存在，与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光类似于穿过一个平行平板，光线的传播方向不变但位置会发生偏移，偏移方向使得出射光与基础三色合成光位置更加靠近，有利于后续的投影成像。

参照图4，具体实施例2

具体实施例2是具体实施例1的一种变化形态。图4的变化形态相对于图2多了一个反射镜10，反射镜10可以是只反射绿光的，也可以是反射所有光的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.多路绿光光源投影机光学引擎，包括光学引擎主体，所述光学引擎主体包括绿色激光光源，其特征在于，所述绿色激光光源包括至少两个绿色激光器，各绿色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。

2.根据权利要求1所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：所述光学引擎主体还包括红色激光光源、蓝色激光光源，至少两个绿色激光器射出的光束首先与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过一组光学镜片合成为基础三色合成光，然后其它绿色激光器射出的光束通过另一组光学镜片汇入基础三色合成光中形成三色合成光。

3.根据权利要求1所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：所述光学引擎主体还包括红色激光光源、蓝色激光光源，各个绿色激光器射出的光束首先通过一组光学镜片合成为一束，然后与红色激光光源的红色激光器射出的光束，以及蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光束通过另一组光学镜片合成为三色合成光。

4.根据权利要求2所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：所述绿色激光光源包括两个绿色激光器，其中一个绿色激光器射出的光，通过分色镜与红色激光光源的红色激光器、蓝色激光光源的蓝色激光器射出的光首先合成为基础三色合成光；

另一个绿色激光器位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向，并通过透镜组改变光路方向，使其射出的光路与之前已合成的基础三色合成光再次合成为一路三色合成光，从而增强绿光能量。

5.根据权利要求4所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：所述透镜组包括第一棱镜、第二棱镜，第一棱镜和第二棱镜均为直角棱镜，且材质相同；

第二棱镜的斜面与第一棱镜的斜面平行，第二棱镜的一个直角面胶合在第一棱镜的一个直角面的上，且靠近第一棱镜的斜面；

透镜组与各光源之间的位置关系需满足的条件为：基础三色合成光只通过第一棱镜，由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光既通过第一棱镜又通过第二棱镜。

6.根据权利要求5所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：第二棱镜的几何尺寸小于第一棱镜的几何尺寸，以保证第一棱镜既能接收到基础三色合成光，又能接收到由位于与基础三色合成光的光轴成90°夹角方向的绿色激光器发出的光。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：蓝色激光光源包括至少两个蓝色激光器，各蓝色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。

8.根据权利要求7中任意一项所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：红色激光光源包括至少两个红色激光器，各红色激光器射出的光束通过光学镜片合为一束光线。

9.根据权利要求2至6中任意一项所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：三色合成光射向漫射体，通过漫射体、光束整形器，到达物镜；

经物镜聚焦后的光再进入光调制器形成影像图片，由光调制器形成的影像图片最后经由投射透镜向屏幕上放大实现投影；

光束整形器是复眼透镜，复眼透镜包括透明基板，透明基板上面附有多块球面或非球面的小型透镜，这些小型透镜们体现出的形状与光调制器的有效画面形状相一致，从而使光损失最小化。

10.根据权利要求9所述的多路绿光光源投影机光学引擎，其特征在于：光调制器是反射型光调制器，在反射型光调制器和投射透镜之间设有偏振分束器；

偏振分束器和物镜之间设有用于把往光调制器入射的光进行线偏振过滤的入射偏振光板。

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