CN102621791A

CN102621791A - 混合光源液晶投影光引擎系统

Info

Publication number: CN102621791A
Application number: CN2012101171997A
Authority: CN
Inventors: 陆巍; 贺银波
Original assignee: HANGZHOU SHARPVIEW TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU SHARPVIEW TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明提供了一种混合光源液晶投影光引擎系统，该便携式液晶投影光引擎系统由光源模块，偏振光管理模块，图像信号模块和投影镜头组成。光源模块由高亮度激光、非相干性LED固体光源及荧光器件等组成，极大程度地提升了投影系统的输出亮度且安全环保，投影的图像色彩鲜艳，画质清晰。偏振光管理模块由合色棱镜、偏振分束棱镜（PBS）以及偏振合色器件等组成，将不同偏振态的三基色混合光整合为同一偏振光并照向图像信号模块；图像信号模块为单片反射式液晶光调制器件，根据各基色对应的图像信号，时序地将图像信号加载于三基色偏振光；投影镜头将携带图像信号的光投影于屏幕上。

Description

混合光源液晶投影光引擎系统

技术领域

本发明涉及一种投影显示系统，尤其涉及一种混合型三基色照明的便携式液晶投影光引擎。

背景技术

投影显示已经成为大屏幕高清晰动态显示的主流方式，广泛应用于商务、教育、科研、娱乐以及家庭等重要环节。近些年，随着微电子、光学、加工工艺等诸多技术的迅猛发展，以及现代商务移动办公模式的普及和手持数码产品的增多，微型化又成为投影显示技术发展的新方向。微型投影机具有轻巧和使用方便等显著优点，可与各类消费电子产品相结合，这使得微型投影的应用变得无限广阔。

微型投影机对亮度、分辨率、体积、功耗、成本以及散热等都有严格的要求。要实现高亮度、高分辨率、小体积、低功耗和低成本的微型投影系统，就必须在光源、光调制器件、光学系统和光学器件等多方面做很大的改进甚至革新。

目前，微型投影主要以DLP（Digital Lighting Processor）和LCoS（Liquid Crystal on Silicon）技术为主。DLP和LCoS技术均为阵列反射式投影技术。DLP技术具有反射率高且无需偏振光等优点，但其芯片DMD（Digital Mirror Device）制程极其复杂，为TI公司独家掌控。LCoS技术具有高分辨率和低成本等优势，色彩丰富，图像逼真，加之技术上的开放性，非常适合微型投影对小体积、高分辨率和低成本的苛刻要求。但是，LCoS微型投影系统却存在整机输出亮度偏低的问题，用户的视觉体验不够好，这已经成为微型投影发展的瓶颈。

目前的微型投影大多采用LED作为照明光源。LED具有体积小、寿命长、响应快及节能环保等优点，但在微型投影应用上，仍然存在LED光通量不高，且单位光学扩展量上的光通量低于传统投影光源，以及发热量过大等问题。随着市场的发展，各LED厂商也在不断开发适用于微型投影的LED光源。例如，欧司朗(OSRAM)在2011年底研制出电光转换效率高达61%的红光LED（主波长为609nm）。在1mm²的芯片，工作电流为40mA时可实现光效高达201 lm/W，而在350mA的典型工作电流下仍可提供168 lm/W的高光效。发光效率越高，芯片面积越小，这给微型投影光学系统设计带来更大的空间。另外，由于不同单色LED的发光效率差异，LED厂商也采用荧光粉技术，用某些波长LED发光效率高的优点来制备其他波长的LED，以提高该波段的发光效率。通常，绿色波段LED发光效率较低，但绿光在投影系统中占的比重却最大。为解决这个问题，欧司朗(OSRAM)采用波长420nm的LED激发荧光粉产生520nm的绿光，使得绿光输出光通量在相同功率下亮度提升一倍，达到1.4A工作电流下500 lm的高亮度。虽然LED激发荧光粉使得亮度上有明显提升，但也存在不足：1）光谱范围过宽，虽然主波长在绿光范围，但其他波长范围内仍然存在部分能量。荧光粉激发绿光LED的FWHM(半高宽度)增大两倍多到100nm，而普通绿光LED仅为44nm。2)色彩纯度大大降低，且其他基色范围内的能量也不能被系统有效利用。3)荧光粉激发LED的发光角度有所增加，使得光源的光学扩展量增大，给后续系统的设计带来压力。

另一种新兴的光源是激光。激光作为光源的投影系统具有非常高亮度、无需对焦和色域宽广等显著优点，这都是LED投影系统无法比拟的。另外，激光的高偏振单色红绿蓝三基色光，对LCoS微显示系统尤其重要。但是，激光投影也存在难以克服的缺点：1)真绿激光仍未商业化，成本过高。目前的绿激光大多基于倍频技术产生；2)存在安全问题。研究表明，激光扫描投影在Class2时最高只能达到20流明，而基于面板的激光投影系统在Class1就可以达到20流明，在Class2时可达几百流明。可见，基于面板的投影系统较扫描投影系统有优势；3)图像散斑。由于激光的强相干特性，显示图像画面受到干扰而呈现颗粒状，容易产生视觉疲劳，感官舒适度大大降低。因此，在激光投影中去散斑技术非常关键。虽有角多样性，偏振多样性，波长多样性，使用特殊或者移动屏幕等方法消除散斑，但每种方法都有其局限性。

LED和激光光源都各有优点，但其性能和发展速度却滞后于微投市场的需要。若采用单一光源，系统总是存在或亮度不高，或图像散斑，或体积过大等问题。若能将各种LED和激光光源结合起来，利用激光的高亮度特性，又利用到LED的低干涉性来消弱激光图像散斑并提高安全性，这将对微型投影在高亮度、低功耗、小体积和低成本等方面大有裨益。

要将各种光源有效结合起来，就需要一个高效的偏振光管理系统---光引擎，将光源能量传递给光调制器件。最简单的方法是在传统的微型投影光引擎结构上更换新兴固体光源。例如，采用传统的X-Cube微型投影光引擎（US6018418）结构。但这种结构在光源位置摆放时要注意光源本身的物理特性，若两激光光源相对而置，会有残余光射向另一个光源的激光发光芯片，造成激光光源损伤。

申请人申请的专利（专利申请号为201110168636.3）提供了一种全新的反射式微型投影光引擎结构。该结构采用三基色LED照明，利用偏振分束棱镜（PBS: Polarization Beam Splitter）和偏振干涉滤光片组成的偏振整合光路，将不同偏振态的三基色光整合为同一偏振光并照向图像调制器件。同时采用光回收结构，将第一次未进入后续光路的光经偏振旋转后被重复利用，可有效利用三基色光的两种偏振态。该光引擎系统结构紧凑，光利用率高，但由于采用单一LED照明，整个系统的输出量度仍然偏低。为解决亮度低的问题，本专利采用LED、激光和荧光器件相混合的照明模式，在不引起散斑和安全性问题基础上，最大限度提升微型投影光引擎的输出亮度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种混合光源液晶投影光引擎系统。本发明采用不同类型的固体光源------LED和激光，结合高效的光引擎系统，不仅极大提升了整机的输出亮度，而且确保了投影图像质素和安全性等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括混合光源模块，偏振光管理模块，图像信息模块和投影镜头。其中，所述混合光源模块包括红激光器、蓝激光器、绿光LED、红激光扩束整形器、蓝激光扩束整形器、绿光匀光器，红激光器和红激光扩束整形器相连，蓝激光器和蓝激光扩束整形器相连，绿光LED和绿光匀光器相连。光管理模块由偏振合色单元、聚光透镜、偏振干涉滤光片、第二PBS依次同轴排列组成。图像信息模块位于第二PBS的一个直角边，投影镜头位于第二PBS的出射边。

进一步地，所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一PBS、反射镜、绿光四分之一波片组成。其中，第一PBS与聚光透镜同轴，二向分色棱镜和第一PBS胶合。红激光器和红激光扩束整形器、蓝激光器和蓝激光扩束整形器，分别位于二向色棱镜的两侧。绿光LED、绿光匀光器及绿光四分之一波片位于第一PBS相应的入射面上；反射镜位于第一PBS上，绿光LED的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。

进一步地，红激光器和蓝激光器封装在一起成为共路光，再与绿光LED混合照明。所述的光源部分由红激光器、蓝激光器、红蓝扩束整形器、绿光LED及绿光匀光器组成。所述偏振合色单元由第一PBS、绿光四分之一波片和反射镜组成。其中，绿光四分之一波片位于第一PBS的绿光入射面，而反射镜位于第一PBS上，绿光LED的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。

进一步地，采用蓝激光激发绿光荧光粉的方式产生投影所需的绿基色，再与红色LED混合照明。所述的光源部分由双蓝激光器、透蓝反绿滤光片、绿光荧光板、蓝光扩束整形器、绿光扩束整形器、红光LED及红光匀光器组成。所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一PBS、红光四分之一波片及反射镜组成。其中，第一PBS与聚光透镜同轴，二向分色棱镜和第一PBS胶合。红光LED、红光匀光器和红光四分之一波片位于二向色棱镜相应的入射面，一个蓝激光器及蓝激光扩束整形器位于二向色棱镜的另一入射面。另一个蓝激光器、透蓝反绿滤光片、绿光荧光板及绿光扩束整形器位于第一PBS的入射面；反射镜位于第一PBS上，绿光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。

进一步地，采用蓝激光激发绿光荧光粉的方式产生投影所需的绿基色，再与红激光混合照明。所述的光源部分由双蓝激光器、透蓝反绿滤光片、绿光荧光板、蓝光扩束整形器、绿光扩束整形器、红激光器及红光扩束整形器组成。所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一PBS及反射镜组成。其中，第一PBS与聚光透镜同轴，二向分色棱镜和第一PBS胶合。红激光器和红光扩束整形器位于二向色棱镜相应的入射面，蓝激光器及蓝激光扩束整形器件位于二向色棱镜的另一入射面。透蓝反绿滤光片、绿光荧光板、绿光扩束整形器位于第一PBS的入射面；反射镜位于第一PBS上，绿光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。

进一步地，采用二向色棱镜代替第一PBS以进一步降低整机成本。所述的光源部分由双蓝激光器、绿光荧光板、蓝光扩束整形器、绿光扩束整形器、红激光及红光扩束整形器组成。所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第二二向色棱镜组成。其中，第二二向分色棱镜与二向分色棱镜胶合在一起，且与聚光透镜同轴。红激光器和红光扩束整形器位于二向色棱镜相应的入射面，蓝激光器及蓝激光扩束整形器位于二向色棱镜的另一入射面。绿光荧光板、绿光扩束整形器位于第二二向色棱镜的入射面。在实际光学系统中，二向色棱镜的选择应根据各基色光源的摆放位置决定，本发明只给出了一种实现方案。采用双二向色棱镜结构，只要设置各基色的光偏振态一致，而无需偏振整合器件。但为了提高入射于调制器件上的光偏振度，可在第二PBS前加偏振片。采用双二向色棱镜结构无法实现偏振光的重复利用，整机亮度也会因此有所降低，但成本上有一定的优势。

本发明的有益效果是，采用LED和激光混合照明，能充分利用到激光的高亮度、单偏振特点，极大提升了整机的输出亮度，同时又能利用到LED光源的非相干特性，消弱单激光光源引起的散斑现象，且安全性也得到进一步保障。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图2是本发明的第一个实施例中第一和第三基色的光线轨迹和偏振态图；

图3是本发明的第一个实施例中第二基色的光线轨迹和偏振态图；

图4是本发明的第二个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图5是本发明的第二个实施例中第一和第三基色的光线轨迹和偏振态图；

图6是本发明的第二个实施例中第二基色的光线轨迹和偏振态图；

图7是本发明的第三个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图8是本发明的第三个实施例中第二和第三基色的光线轨迹和偏振态图；

图9是本发明的第三个实施例中第一基色的光线轨迹和偏振态图；

图10是本发明的第四个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图11是本发明的第四个实施例中第一基色的光线轨迹和偏振态图；

图12是本发明的第五个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图13是本发明的第六个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；

图中：反射式液晶投影显示系统1、光源模块2、偏振光管理模块3、图像信息模块4、投影镜头5、红激光器21、绿光LED 22、蓝激光器23、红光LED 24、第二蓝激光器25、红蓝激光器26、红激光扩束整形器211、绿光匀光器221、绿激光扩束整形器224、蓝激光扩束整形器231、红光匀光器241、绿光荧光板223、透蓝反绿滤光片323、红光光束212、绿光光束222、蓝光光束232、红蓝激光扩束整形器234、二向分色棱镜31、第一PBS 32、反射镜33、聚光透镜34、偏振干涉滤光片35、第二PBS 36、第二二向分色棱镜37、红光四分之一波片321、绿光四分之一波片322。

具体实施方式

本发明包括光源模块，偏振光管理模块，图像信号模块和投影镜头。光源模块提供照明，为极大提升投影系统的亮度和色彩饱和度，本发明采用LED和激光三基色混合照明。LED和激光固体光源本身就产生单色性很好的光，且具有纳秒量级的响应速度，可为时序式显示提供高效照明。光管理模块包括一个二向分色棱镜，两个PBS（Polarization Beam Splitter，偏振分束器）和一个偏振干涉滤光片等。二向分色棱镜将红激光和蓝激光合成为共路光，进入第一PBS。由于激光的高偏振特性，可设置入射红光和蓝光均为第一偏振态，几乎所有的光可被第一PBS反射出去进入后续系统。而对于绿光LED，直接进入第一PBS后，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。第二偏振光透射过第一PBS，而第一偏振光则被第一PBS反射，经过反射镜和四分之一波片组成的光回收结构后变为第二偏振光，与先前的第二偏振光合并，实现光的重复利用。红光和蓝光的第一偏振光与绿光的第二偏振光，经过偏振干涉滤光片偏振整合后成为第一偏振光。之后，第一偏振态的三基色光经第二PBS反射进入图像信号调制模块。图像信号调制模块为一块位于第二PBS一直角边的反射式液晶图像调制器件LCoS，根据输入的图像信号，对输入三基色光分时序调制，携带图像信息的调制光偏振态旋转90度后，透过第二PBS进入投影镜头。投影镜头位于第二PBS出射边，以放大投影经图像调制器件后携带对应图像信息的光于屏幕上。

在此基础上，可将红激光和蓝激光封装在一起，而无需二向色棱镜合色器件，能进一步缩小体积和减少器件。从红激光和蓝激光发出的第一偏振光，经过扩束整形器件后直接进入第一PBS，被反射进入后续系统。而绿光直接进入第一PBS后，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。第二偏振光透射过第一PBS，而第一偏振光则被第一PBS反射，经过反射镜和四分之一波片组成的光回收结构后变为第二偏振光，与先前的第二偏振光合并，实现光的重复利用。

为极大提升整机亮度，可采用蓝激光激发绿光荧光粉的方式产生绿光，一个蓝激光器直接产生蓝光，而另一个蓝激光器产生的光激发绿光荧光粉产生绿光。红光部分可以采用红光LED或者红激光，前者具有较好的图像质量，后者具有较高的输出亮度。

若亮度满足要求，为降低成本，可采用二向色棱镜替代第一PBS。红激光与蓝激光经第一个二向色棱镜合色后，再与绿光合成为同一偏振态的三基色，通过聚光透镜后，进入第二PBS，而无需偏振干涉滤光片。相对于采用第一PBS的偏振合色单元，双二向色棱镜无法实现偏振光的重复利用，必然导致非第二偏振态的光不能被重复利用，但器件相对较少，成本相对较低。同理，也可将红激光和蓝激光封装在一起，进一步缩小体积，降低成本。这些都有利于投影系统的进一步微型化和市场化。

本发明的技术内容，特性和优点等，将参照附图进行详细描述。在不脱离本发明范围的情况下，可以对其作出结构和其他方面的改变，而作为其他实施例。各个实施例及其每个不同实施例的各个方面可以以任何合适的方式组合使用。所以，附图和详叙本质上将被看作是描述性的而非限制性的。应当注意，在不同的示图中，相同器件采用相同的参考数表示。

实施例1

图1给出了本发明的第一个采用混合光源的反射式液晶投影显示系统1的实施例，包括光源模块2，偏振光管理模块3，图像信息模块4和投影镜头5。

光源模块2包括红激光器21、蓝激光器23、绿光LED 22、红激光扩束整形器211、蓝激光扩束整形器231和绿光匀光器221，红激光器21和红激光扩束整形器211相连，蓝激光器23和蓝激光扩束整形器231相连，绿光LED 22和绿光匀光器221相连。

红激光器21和蓝激光器23发射的偏振光分别经过红激光扩束整形器211和蓝激光扩束整形器231后成为照明所需的矩形光束。绿光LED 22发射的三基色自然光经过绿光匀光器221后收集成为照明所需的小角度矩形光束。其中，红光光束212、绿光光束222、蓝光光束232。

光管理模块3由偏振合色单元、聚光透镜34、偏振干涉滤光片35、第二PBS 36依次同轴排列组成。本实施例中，偏振合色单元由二向分色棱镜31、第一PBS 32、反射镜33、绿光四分之一波片322组成。

二向分色棱镜31将红激光器21和蓝激光器23发出的光合成为共路光束。第一PBS 32与二向分色棱镜31胶合在一起，对应绿光LED 22的边胶合有绿光四分之一波片322。绿光四分之一波片322设计波长分别对应于各自基色光的中心波长，当每种基色的线偏振光先后两次通过各自四分之一波片后，偏振方向旋转90度。由于红激光器21和蓝激光器23发出的光具有高偏振度，可设置为第一偏振入射，会被第一PBS 32全部反射，而对于非偏振的绿光LED 22，则第一PBS反射第一偏振光而透射第二偏振光。反射镜33位于第一PBS 32的绿光反射光路一侧，将反射到其表面的绿色光按原路返回以提高系统光重复利用率。聚光透镜34和偏振干涉滤光片35位于第一PBS 32和第二PBS 36之间。偏振干涉滤光片35可以实现选择性光谱的偏振旋转，对于期望波段的偏振光旋转90度，而其他波段的偏振光保持偏振态不变，从而实现不同光谱基色偏振光的偏振整合。红光光束212，绿光光束222，蓝光光束232分别代表各基色匀光后的传递方向和对应的偏振态。

图像信号模块4为一个反射式液晶投影光调制器件——LCoS芯片，位于第二PBS 36的一个直角边，根据外围控制电路（未画出）提供的图像信号，时序地将红光光束212，绿光光束222和蓝光光束232从第一个偏振态调制为第二个偏振态，以形成包含每种颜色成分的彩色图像。

投影镜头5位于第二PBS 36的出射边，将经过第二PBS36后的携带对应图像信号的红光光束212，绿光光束222和蓝光光束232投影到屏幕上。

在本实施例中，二向分色棱镜31反射蓝激光器23发出的蓝光光束232，而透过红激光器21发出的红光光束212。二向分色棱镜的特性可以根据光源的位置来设计，只要能达到将不同基色的光合成为共路光即可。绿光LED 22即可采用普通的绿光LED，也可采用荧光粉激发的绿光LED以进一步提升输出亮度。携带各自图像信号的三基色以3倍于帧数的速度依次通过投影镜头5投射出去。由于人眼无法分辨高速的帧数而合成真彩图像。本实例只给出可行方案中的一种情况，其他光源布置方案也不脱离本实例的精神。

在图1的基础上，下面再结合图2和图3来详细解释各基色光从各自光源2出发，如何在光管理模块3和图像调制模块4中反射和透射，最后到达投影镜头5。

图2给出了红光光束212和蓝光光束232的光路。从红激光器21和蓝激光器23出射的光分别经过红激光扩束整形器211和蓝激光扩束整形器231后，进入二向分色棱镜31。二向分色棱镜31反射蓝光光束232而透过红光光束212。透过的红光和反射的蓝光进入第一PBS 32。由于激光光源所具有的高偏振特性，可设置红光和蓝光均为S偏振态。S偏振的红光212和蓝光232被反射出去经聚光透镜后到达偏振干涉滤光片35。

图3给出了的绿光光束222的光线轨迹及偏振态。绿光LED 22经过其匀光器221，绿光四分之一波片322后，达到第一PBS 32。P偏振的绿光直接透射出第一PBS 32进入后续光学系统。而S偏振的绿光被第一PBS 32和反射镜33反射后原路返回，通过绿光四分之一波片322和绿光匀光器221到达绿光LED 22。经过光源反射后，S偏振的绿光再次通过绿光四分之一波片322。S偏振的绿光两次通过绿光四分之一波片322，其偏振态从S光变为P光，从第一PBS透射进入后续光学系统。因此，到达偏振干涉滤光片的P偏振光可以看成两部分，一部分是经过第一PBS透射的部分，另一部分是本来的S偏振，经过反射镜和四分之一波片偏振转换重复利用的部分。

通过以上分析，从第一PBS 32出射且达到偏振干涉滤光片35前的三基色偏振态是不统一的。红光光束212和蓝光光束232为S偏振态，而绿光光束222则为P偏振态。如果直接经第二PBS 36进入图像调制器件4，则绿光光束222将不会被反射到LCoS芯片上，而是透射出去，显然色彩是不完整的，亮度也大为降低。必须采用具有选择性光谱偏振旋转特性的偏振干涉滤光片35。偏振干涉滤光片可以将某一特定光谱范围内的偏振光实现半波偏振旋转，而其它光谱范围内的偏振光则保持偏振态不变。根据本实例的光引擎结构，偏振干涉滤光片35为针对绿光而设计。也即，线偏振绿光经过此偏振干涉滤光片后，偏振态从P旋转90后成为S，而其补色光谱，红光和蓝光的偏振态则保持不变，仍然为S光。因此，经过偏振干涉滤光片35，在入射到第二PBS 36之前的三基色偏振态均为S偏振。为了提高系统的对比度，也可以在第二PBS 36前加清除偏振片（未画出）。S偏振的三基色光被第二PBS 36反射后，进入图像调制模块4。图像调制模块4根据输入的各基色的图像信号，依次将输入的S偏振的三基色光转变为P偏振的三基色光。P偏振的调制后的三基色光被返回到第二PBS 36，经过透射后进入到投影镜头5。

值得注意，对于本发明的投影光学系统1可以做各种修改以满足各种需求。例如，可以改变LED和激光的种类和相对位置，采用不同的二向分色镜来实现光路整合。相对应，偏振干涉滤光片的选择性光谱偏转特性也应该根据光源位置的变化而重新设计。但是，基于本实施例的可行方案，激光和非激光光源能量全部被直接或者回收利用。本实例中所采用三基色布局为二向分色镜反蓝光透红光，绿光直接透过PBS。这是因为不仅蓝光和红光的光谱波段较远，对分色薄膜的加工要求低，而且红激光和蓝激光已商业化，效能较高且成本较低。而对于未商业化的绿激光，则采用绿光LED或荧光粉激发的绿光LED，以降低整个系统的成本。此外，绿光偏振干涉滤光片的光谱带宽也适中，即不会出现色彩混叠，又不会泄露其它基色，系统配置达到最优。

实施例2

图4给出了本发明的第二个实施例。第二个实施例将红激光器21和蓝激光器23封装在一起，形成红蓝激光器26。红蓝激光器26发出的红光和蓝光直接产生相同偏振态的共路光，而无需二向分色棱镜31合色。相对于第一个实例，本实例可显著缩小整机的体积且减少了二向色镜等器件，有利于投影系统的小型化。

图5给出了第二个实施例中红光和蓝光的光线轨迹及偏振态。红蓝激光器26发出的红光212和蓝光232经过红蓝激光扩束整形器234后，入射到第一PBS 32。由于红蓝激光器26产生高偏振的S光，经第一PBS 32后，将被全部反射进入后续光学系统。

图6给出了第二个实施例中的绿光的光线轨迹及偏振态。绿光LED 22经过绿光匀光器件221后直接达到第一PBS 32，P偏振的绿光直接透射。而S偏振的绿光被第一PBS 32和反射镜33反射后原路返回，通过绿光四分之一波片322和绿光匀光器221后到达绿光LED 22。经过光源反射后，S偏振的绿光再次通过绿光四分之一波片322。S偏振的绿光两次通过绿光四分之一波片322，其偏振态从S光变为P光，从第一PBS出射进入后续光学系统。

实施例3

图7给出了本发明的第三个实施例。与第一个实施例相比，本实施例的不同之处在于光源模块2由蓝激光23和25、蓝光扩束整形器231、透蓝反绿滤光片323、绿光荧光粉板223、绿光扩束整形器224、红光LED 24和红光匀光器241组成，为系统提供混合的三基色照明。偏振合色单元由二向分色棱镜31、第一PBS 32、反射镜33、红光四分之一波片321、绿光四分之一波片322组成。

二向分色棱镜31将红光LED 21和蓝激光器23发出的光合成为共路光束，在二向分色棱镜31对应红光LED的边，胶合有红光四分之一波片321。第一PBS 32与二向分色棱镜31胶合在一起，对应绿光的边胶合有绿光四分之一322。绿光由蓝激光25激发荧光粉板223产生。红光四分之一波片321和绿光四分之一波片322设计波长分别对应于各自基色光的中心波长。当某种基色的线偏振光先后两次通过四分之一波片，其偏振方向旋转90度。反射镜33位于第一PBS 32的P偏振红光透射光路边，将透射到其表面的基色光按原路返回以提高系统光重复利用率。本实施例采用激光激发荧光粉产生投影所需的绿光，进一步提升了整机的输出亮度。

图8给出了第三个实施例中蓝光和绿光的光线轨迹及偏振态。蓝激光器23经过蓝激光扩束整形器231后，被二向色棱镜31反射进入第一PBS 32。由于蓝激光具有S偏振态，被第一PBS 32反射进入后续系统。而另一个蓝激光器25先透过透蓝反绿滤光片323后照射于绿光荧光粉板223上，绿光荧光粉被蓝激光激发产生绿光，经扩束整形器件224后，进入第一PBS。对于绿光222，本身的高偏振度蓝激光经过绿光荧光粉板223后，其偏振态有一定的影响。其中P偏振的绿光直接经第一PBS出射，而S偏振的光经过第一PBS 32和反射镜33反射后再次返回且透过绿光荧光粉板223，当遇到透蓝反绿滤光片323时，绿光被原路返回，再次经过绿光四分之一波片322后，S偏振的绿光将成为P偏振光从第一PBS透射出去。

图9给出了第三个实施例中红光的光线轨迹及偏振态。从红光LED 24出射的光经过红光匀光器241、红光四分之一波片321和二向分色棱镜31透射后进入第一PBS 32，被分解为相互正交的偏振光束S和P。S光被直接反射进入后续光学系统。P光透过第一PBS 32经反射镜33反射后沿原路返回，透过第一PBS 32、二向分色棱镜31和红光四分之一波片321后，返回到红光LED 24。经过光源反射后，P偏振的红光再次通过红光四分之一波片321。P偏振光两次通过四分之一波片后，其偏振态从P光变为S光。此时，S偏振态的红光透过二向分色棱镜31，进入到第一PBS 32后，被反射进入后续光学系统。

实施例4

图10给出了本发明的第四个实施例。相对于第三实施例，本实施例采用红激光器21和红激光扩束整形器211替代红光LED 24和红光匀光器241，可在此基础上提高红光能量。由于蓝光部分和绿光部分保持不变，因此蓝光232和绿光222的光线轨迹如图8所示。

图11给出了第四个实施例中红光的光线轨迹。从红激光器21出射的光经过红激光扩束整形器211后，透过二向分色棱镜31后进入第一PBS 32。由于激光光源所具有的高偏振特性，可设置红光为S偏振态。S偏振的红光212被全部反射进入后续光学系统。

实施例5

图12给出了本发明的第五个实施例。相对于第四实施例，本实施例采用第二二向色棱镜37代替第一PBS 32。红激光器21经红光扩束整形器211后透过二向色棱镜31，蓝激光器23经蓝光扩束整形器231后被二向色棱镜31反射进入第二二向色棱镜37。二向色棱镜31和第二二向色棱镜37特性由光源位置而定，只要能达到三基色光合成为同路光即可。第二蓝激光器25激发绿光荧光粉板223产生的绿光，与红光和蓝光形成同一偏振态的三基色。通过聚光透镜后，进入第二PBS，而无需偏振干涉滤光片。相对于采用第一PBS的偏振合色单元，双二向色棱镜结构无法实现偏振光的重复利用，必然导致非第二偏振态的光不能被重复利用，但相对成本较低。

实施例6

图13给出了本发明的第六个实施例。相对于第五个实施例，本实施例将红激光21和蓝激光23封装在一起，形成红蓝激光器26，绿光仍采用蓝激光器25激发荧光粉板223产生。这使得整机的体积最小，器件最少，成本最低，有利于投影系统的进一步微型化和市场化。

虽然已经参照所述实施例描述了本发明的各种特性和优点，但本领域技术人员将会理解，可以对其部件的形状，尺寸和布局等作出改变，而不会脱离本发明的精神和范围。实例中，虽然已经显示了具体的组件类型，但也可以使用其它类似的和合适的替代物。因此，以上描述意在提供本发明的示范实施例，而本发明范围并不受此提供的具体范例的限制。

Claims

1.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括红激光器（21）、蓝激光器（23）、绿光LED（22）、红激光扩束整形器（211）、蓝激光扩束整形器（231）和绿光匀光器（221），绿光LED（22）和绿光匀光器（221）相连；偏振合色单元由二向分色棱镜（31）、第一PBS（32）、反射镜（33）和绿光四分之一波片（322）组成，二向分色棱镜（31）和第一PBS（32）相胶合；绿光四分之一波片（322）位于第一PBS（32）上绿光LED（22）的入射面，反射镜（33）位于第一PBS（32）上绿光LED（22）发出的S光的出射面，红激光器（21）发出的光经红激光扩束整形器（211）扩束整形后，入射二向分色棱镜（31），蓝激光器（23）发出的光经蓝激光扩束整形器（231）扩束整形后，也入射二向分色棱镜（31），绿光LED（22）发出的光经绿光匀光器件（221）匀光整形后，入射到第一PBS（32）。

2.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS （36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括红蓝激光器（26）、绿光LED（22）、红蓝激光扩束整形器（234）、绿光匀光器（221），红蓝激光器（23）和红蓝激光扩束整形器（234）相连，绿光LED（22）和绿光匀光器（221）相连；偏振合色单元由第一PBS（32）、反射镜（33）和绿光四分之一波片（322）组成；绿光四分之一波片（322）位于第一PBS（32）上绿光LED（22）的入射面，反射镜（33）位于第一PBS（32）上绿光LED（22）发出的S光的出射面，红蓝激光器（26）位于反射镜（33）在第一PBS（32）的相对侧，红蓝激光扩束整形器（234）位于红蓝激光器（23）和第一PBS（32）之间。

3.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括蓝激光器（23）和第二蓝激光器（25）、蓝激光扩束整形器（231）、透蓝反绿滤光片（323）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器（224）、红光LED（24）和红光匀光器（241），偏振合色单元由二向分色棱镜（31）、第一PBS（32）、反射镜（33）、红光四分之一波片（321）、绿光四分之一波片（322）组成；二向分色棱镜（31）和第一PBS（32）胶合；第二蓝激光器（25）、透蓝反绿滤光片323、绿光荧光板（223）和第一PBS（32）依次同轴排列，第二蓝激光器（25）发出的蓝激光透过透蓝反绿滤光片（323）后激发绿光荧光板223，形成绿光，并入射到第一PBS（32），绿光四分之一波片（322）位于该入射面；反射镜（33）位于第一PBS（32）上绿光的S光的出射面；蓝激光器（23）发出的光经蓝激光扩束整形器（231）扩束整形后入射二向分色棱镜（31），红光LED （24）发出的光经红光匀光器件（241）匀光整形后也入射第一PBS（32）。

4.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括蓝激光器（23）和第二蓝激光器（25）、蓝激光扩束整形器（231）、蓝绿滤光片（323）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器（224）、红激光器（21）和红激光扩束整形器（211），偏振合色单元由二向分色棱镜（31）、第一PBS（32）、反射镜（33）、绿光四分之一波片（322）组成；二向分色棱镜（31）和第一PBS （32）胶合；第二蓝激光器（25）、透蓝反绿滤光片（323）、绿光荧光板（223）和第一PBS（32）依次同轴排列，第二蓝激光器（25）发出的蓝色激光透过蓝绿滤光片（323）后激发绿光荧光板（223），形成绿光，并入射第一PBS（32），绿光四分之一波片（322）位于该入射面；反射镜（33）位于第一PBS（32）上绿光的S光的出射面；蓝激光器（23）发出的光经蓝激光扩束整形器（231）扩束整形后入射二向分色棱镜（31），红激光器（21）发出的光经红激光扩束整形器（211）扩束整形后也入射二向分色棱镜（31）。

5.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括蓝激光器（23）和第二蓝激光器（25）、蓝激光扩束整形器（231）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器（224）、红激光器21和红激光扩束整形器211，偏振合色单元由二向分色棱镜31和第二二向分色棱镜（37）组成；二向分色棱镜（31）和第二二向分色棱镜（37）胶合；第二蓝激光器（25）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器件（224）和第二二向分色棱镜（37）依次同轴排列，第二蓝激光器（25）发出的蓝激光激发绿光荧光板（223），形成的绿光入射第二二向分色棱镜（37）；蓝激光器（23）发出的光经蓝激光扩束整形器（231）扩束整形后入射二向分色棱镜（31），红激光器（21）发出的光经红激光扩束整形器（211）扩束整形后也入射二向分色棱镜（31）。

6.一种混合光源液晶投影光引擎系统，它包括光源模块（2），偏振光管理模块（3），图像信息模块（4）和投影镜头（5）等，光管理模块（3）由偏振合色单元、聚光透镜（34）、偏振干涉滤光片（35）和第二PBS（36）依次同轴排列组成；图像信息模块（4）位于第二PBS（36）的一个直角边，投影镜头（5）位于第二PBS（36）的出射边；其特征在于，所述光源模块（2）包括第二蓝激光器（25）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器（224）、红蓝激光器（26）和红蓝激光扩束整形器（234），偏振合色单元为第二二向分色棱镜（37）；第二蓝激光器（25）、绿光荧光板（223）、绿光扩束整形器件（224）和第二二向分色棱镜（37）依次同轴排列，第二蓝激光器（25）发出的蓝色激光激发绿光荧光板（223），形成的绿光，并入射第二二向分色棱镜（37）；红蓝激光器（23）发出的红光和蓝光经红蓝激光扩束整形器（234）扩束整形后入射第二二向分色棱镜（37）。