CN103034034A

CN103034034A - 一种具有偏轴led光源的数字光处理投影装置

Info

Publication number: CN103034034A
Application number: CN2011103035422A
Authority: CN
Inventors: 高国欣; 程晓辉
Original assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Current assignee: Butterfly Technology Shenzhen Ltd
Priority date: 2011-10-09
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2013-04-10

Abstract

一种具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，包括单色LED光源模组、混合多色LED光源模组、楔形合色镜、数字微镜器件、全内反射棱镜及投影镜头。其中，单色LED光源模组出射单色光，其包括单色发光芯片及第一聚光系统。混合多色LED光源模组出射混合光，其包括发出不同波段光的至少两种发光芯片及第二聚光系统。其中，单色LED光源模组发光面的中心点与其对应的聚光系统的中心轴不同轴。楔形合色镜用于合并单色光、混合光为一束光。本发明的投影装置，通过调节LED光源模组偏离的方式，提高了光能利用率，使屏处的光照场均匀，且调节迅速，具有良好的光学性能可调性。

Description

一种具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置

技术领域

本发明涉及投影显示技术光源，尤其涉及一种具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置。

背景技术

近年来，投影技术已经广泛应用在电化教学、办公、商务以及广告娱乐等方面。其中一种投影技术是数字光处理(Digital Light Procession，DLP)技术，这种技术要先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。它是基于美国德州仪器(TI)公司开发的数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)来完成可视数字信息显示的技术。具体说，就是DLP投影技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。

在常用的DLP投影装置中，往往采用传统的全内反射(Total InternalReflection，TIR)棱镜，将入射的照明光束和出射的成像光束相分离。即，将入射光线(照明光束)导入到数字微镜器件，并导出数字微镜器件产生的影像光线(成像光束)。其中，所采用的TIR棱镜由两个棱镜构成，且，两个棱镜之间具有间隙，以在其中一个棱镜上形成全反射面。然而，在该棱镜的斜面(全反射面)上，由于DMD反射的光线(成像光束)在不同视场角下，并不能全部发生内反射，因此，随着视场不同，从DMD反射的光线的光能利用率也不同，进而导致屏处光照场的不均匀。

发明内容

有鉴于此，须提供一种光照场均匀的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，具有良好的光学性能可调性。

本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，包括照明装置、数字微镜器件、全内反射棱镜以及投影镜头。其中，照明装置用于提供入射光线，其包括单色LED光源模组、混合多色LED光源模组以及楔形合色镜。单色LED光源模组出射单色光，包括单色发光芯片，以及收集并整形所接收到的单色光的第一聚光系统。混合多色LED光源模组出射混合光，包括发出不同波段光的至少两种发光芯片，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系统。其中，单色LED光源模组发光面的中心点与第一聚光系统的中心轴不同轴。楔形合色镜倾斜设置于所述单色LED光源模组和混合多色LED光源模组的出射光路的交汇处，用于合并所述单色光、混合光为一束光。数字微镜器件用于选择性的反射所述入射光线以产生影像光线。全内反射棱镜用于将所述照明装置的入射光线导入到所述数字微镜器件，并导出所述数字微镜器件产生的影像光线。投影镜头用于接收该影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。

本发明的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，通过调节LED光源模组偏离的方式，使不同波长的光束经过楔形合色镜合色后，通过全内反射棱镜照射数字微镜器件时，所产生的成像光束随着视场角的不同，能尽可能的从全内反射棱镜反射出来，提高了光能利用率，使屏处的光照场均匀，且调节迅速，具有良好的光学性能可调性。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明第一实施方式具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置的结构示意图。

图2为图1中部分照明装置的结构示意图。

图3a为图2中楔形合色镜其中一表面尺寸确定方法的示意图。

图3b为图2中楔形合色镜另一表面尺寸确定方法的示意图。

图4为本发明第一实施方式光效与均匀性的模拟示意图。

图5为传统对称结构的光效与均匀性的模拟示意图。

图6为混合多色LED光源模组向楔形合色镜靠近时出现的出射光线分开的示意图。

图7为本发明第二实施方式具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明第一实施方式具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置的结构示意图，同时参阅图2，为图1中部分照明装置的结构示意图。该具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置包括照明装置，数字微镜器件10，全内反射棱镜20以及投影镜头30。其中，照明装置用于提供入射光线。数字微镜器件10用于选择性的反射入射光线以产生影像光线。全内反射棱镜20用于将照明装置的入射光线导入到数字微镜器件10，并导出数字微镜器件10产生的影像光线。投影镜头30用于接收该影像光线，并将该影像光线投影成影像画面。

本发明实施方式中，照明装置包括单色LED光源模组41、混合多色LED光源模组42以及楔形合色镜43。其中，单色LED光源模组41出射单色光，其包括单色发光芯片411，以及收集并整形所接收到的单色光的第一聚光系统412。混合多色LED光源模组42出射混合光，其包括发出不同波段光的至少两种发光芯片421、421’，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系统422。楔形合色镜43倾斜设置于单色LED光源模组41和混合多色LED光源模组42的出射光路的交汇处，用于合并单色光、混合光为一束光。本发明实施方式中，第一聚系统412的结构与第二聚光系统422的结构相同，有利于降低成本。当然，本发明其它实施方式中，第一聚系统412的结构与第二聚光系统422的结构也可以稍微不同。

参阅图2，单色LED光源模组41发光面的中心点与第一聚光系统412的中心轴不同轴，即，单色LED光源模组41为偏轴LED光源。该单色发光芯片411的数量可以为一个，也可以为多个。本发明具体实施方式中，单色发光芯片411的数量为一个，其为绿光LED芯片，即，单色光为绿光。如图所示，绿光LED芯片表面的中心法线偏离第一聚光系统412的中心轴。这种数字光处理投影装置采用这种偏离结构的光源，有利于提高了光能利用率，使屏处的光照场均匀，参阅图4，是本实施方式光效与均匀性的模拟示意图，由图可以看出，相对于传统对称结构(参阅图5，为传统对称结构的光效与均匀性的模拟示意图)，这种偏离结构的均匀性明显比传统的均匀性要好。

此外，混合多色LED光源模组42为传统的轴对称LED光源。即，发出不同波段光的至少两种发光芯片421、421’是以第二聚光系统422的中心轴为中心对称分布。具体实施方式中，发出不同波段光的至少两种发光芯片421、421’为兰红LED芯片，第二聚光系统422罩住兰红LED芯片，混合光为兰红色的混合光。该兰红LED芯片是以第二聚光系统422的中心轴为中心对称分布。当然，本发明其它实施方式中，混合多色LED光源模组42也可以为非轴对称的LED光源(参阅图7)。

又，如图2所示，发出不同波段光的至少两种发光芯片421、421’发出的光经过楔形合色镜43的不同表面反射后重合出射。而单色发光芯片411发出的光(单色光)经过楔形合色镜43折射后与反射光重合后出射。

本发明实施方式中，照明装置还包括复眼透镜组44及中继镜45。其中，复眼透镜44设置于楔形合色镜43的出射光路上，用于对所接收到的光进行均匀化及整形处理。中继镜45设置于复眼透镜组44与全内反射镜20之间。当然，该复眼透镜组44及中继镜45还可以省略。

此外，照明装置与全内反射镜20之间还设置有反射镜46，用于折叠光路，有利于缩小数字光处理投影装置的体积，使结构更为紧凑。

本发明实施方式的数字光处理投影装置，通过调节单色LED光源模组发光面的中心点与其对应的聚光系统的中心轴的偏离的方式，使不同波长的光束经过楔形合色镜合色后，通过全内反射棱镜照射数字微镜器件时，所产生的成像光束随着视场角的不同，能尽可能的从全内反射棱镜反射出来，提高了光能利用率，使屏处的光照场均匀，且，调节迅速，具有良好的光学性能可调性。

本发明中，当单色LED光源模组41、混合多色LED光源模组42以及楔形合色镜43之间合理布置时，各发光芯片发出的主光线经过楔形合色镜43后，合成一束光进入到下一器件(如复眼透镜组44)。当中，楔形合色镜43的尺寸可通过以下方式确认：参阅图3a，当混合多色LED光源模组42的尺寸不变时，以其中的一个发光芯片421(如红LED芯片)为例，其出射光线为L1，理想状态下，该光线经楔形合色镜43反射后的光线为L2应当是垂直入射至复眼透镜组44。由于光线L1、光线L2是已知的，通过两光线相交，以已知的光线L1和光线L2的夹角的一半为反射面法线可得到楔形合色镜43靠近复眼透镜组44的表面431。

而该表面431相对应的另一表面432尺寸的确定可参阅图3b，以另一发光芯片421’(如蓝LED芯片)为例，出射光线为L1’，折射光线为L3，经过楔形合色镜43另一表面432反射后的反射光线为L4，表面431的出射光线为L2’。而光线L1’和光线L2’为已知的，光线L3和光线L4则可以通过折射定律获得，因此，通过光线L3和L4两光线夹角之半的方式同样可以获得楔形合色镜43另一表面432的尺寸。

当单色LED光源模组41、楔形合色镜43的位置不变时，为了使整个投影装置的结构更为紧凑，通常采用拉近混合多色LED光源模组42与楔形合色镜43的距离(即将混合多色LED光源模组42的位置向楔形合色镜43的方向靠近)的手段，此时，从图6可以看出，经过楔形合色镜43后出射的各光线(红光、兰光、绿光)出现错位。

为了使错位的光线(红光、兰光、绿光)能重合，可通过微调混合多色LED光源模组42中的发光芯片来实现，即采用如图7所示的本发明第二实施方式具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置的结构示意图。该投影装置与第一实施方式的投影装置的结构基本相同，区别在于图7所示的混合多色LED光源模组42’为非轴对称的LED光源。详细说，即第二聚光系统422罩住的兰红LED芯片，不是以第二聚光系统422的中心轴为中心对称分布，而是偏离的，这与传统的轴对称的LED光源不同。采用这种偏离的结构，从混合多色LED光源模组42’出射的光线(如兰光、红光)将靠近单色LED光源模组41出射的光线(绿光)，理想状态为完全重合。此外，混合多色LED光源模组的非轴对称的程度，是由错位光线的错位程度所决定的。通常，光线错位越厉害，为了使经过楔形合色镜43后的光线能重合，混合多色LED光源模组42’的非轴对称的程度也就越厉害。

因此，第二实施方式的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，通过调节两个LED光源模组偏离的方式，使不同波长的光束经过楔形合色镜合色后，能重合在一起，且，相对于第一实施方式的投影装置，其结构更为紧凑。

因此，本发明的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，通过调节LED光源模组偏离的方式，使不同波长的光束经过楔形合色镜合色后，通过全内反射棱镜照射数字微镜器件时，所产生的成像光束随着视场角的不同，能尽可能的从全内反射棱镜反射出来，提高了光能利用率，使屏处的光照场均匀，且，调节迅速，具有良好的光学性能可调性。

以上所述之具体实施方式为发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包含本发明的保护范围内。

Claims

1.一种具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，包括：

照明装置，用于提供入射光线，其包括：

单色LED光源模组，其出射单色光，包括单色发光芯片，以及收集并整形所接收到的单色光的第一聚光系统；

混合多色LED光源模组，其出射混合光，包括发出不同波段光的至少两种发光芯片，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系统；

楔形合色镜，倾斜设置于所述单色LED光源模组和混合多色LED光源模组的出射光路的交汇处，用于合并所述单色光、混合光为一束光；

数字微镜器件，选择性的反射所述入射光线以产生影像光线；

全内反射棱镜，用于将所述照明装置的入射光线导入到所述数字微镜器件，并导出所述数字微镜器件产生的影像光线；及

投影镜头，用于接收该影像光线，并将该影像光线投影成影像画面；

其特征在于，单色LED光源模组发光面的中心点与第一聚光系统的中心轴不同轴。

2.根据权利要求1所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，第一聚系统的结构与第二聚光系统的结构相同。

3.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，所述发出不同波段光的至少两种发光芯片是以第二聚光系统的中心轴为中心对称分布。

4.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，所述发出不同波段光的至少两种发光芯片不是以第二聚光系统的中心轴为中心对称分布。

5.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，所述发出不同波段光的至少两种发光芯片发出的光经过楔形合色镜的不同表面反射后重合出射。

6.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，所述单色发光芯片为绿光LED芯片；所述发出不同波段光的至少两种发光芯片为兰红LED芯片，所述第二聚光系统罩住所述兰红LED芯片。

7.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，所述照明装置还包括：

复眼透镜组，设置于所述楔形合色镜的出射光路上，用于对所接收到的光进行均匀化及整形处理；以及

中继镜，设置于所述复眼透镜组与全内反射镜之间。

8.根据权利要求1或2所述的具有偏轴LED光源的数字光处理投影装置，其特征在于，还包括反射镜，设置于所述照明装置与全内反射镜之间，用于折叠光路。