CN109581797A - 一种四通道高亮led微型投影照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种四通道高亮LED微型投影照明系统,属于微型投影显示技术领域,其包括RGB光源系统和蓝光泵浦系统,RGB光源系统包括红色光源、绿色光源和蓝色光源,第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组,第一二向色镜,第四透镜,用于将第一透镜组的近平行光和第四透镜的近平行光进行合光的第二二向色镜,以及用于将第二二向色镜得到的合光汇聚到DMD有效面的第五透镜组,蓝光泵浦系统包括蓝光泵浦,以及用于将蓝光泵浦的输出光准直成近平行光的第六透镜组,经第六透镜组准直成的近平行光依次经过第一二向色镜和第二透镜组到达绿色光源的荧光粉发光面上。本发明用于无屏幕电视,可提升投影画面亮度20%以上。
Description
技术领域
本发明属于微型投影显示技术领域,尤其涉及一种四通道高亮LED微型投影照明系统。
背景技术
随着社会发展,出现了采用数字光处理(Digital Light Procession,DLP)技术、以LED为光源的无屏幕电视。上述的技术方案就是采用微型光学引擎的技术方案来实现。目前,市场上的DLP微型投影机都使用美国TI公司开发的0.33英寸和0.47英寸的DMD(DigitalMicromirror Device)芯片方案,但是作为无屏幕电视来使用,对于产品的亮度、色彩饱和度和对比度等要求进一步提高,目前,大部分的微投无屏幕电视产品给人感受亮度和颜色达不到电视的视觉效果。同时为了保证组装效率与产品的性能稳定,传统采用的是提高设计要求、收严零件加工要求来保证产品性能。这些措施都增加了产品成本,而规模化的生产对成本要求更高,因此,降低成本,保证组装效率与产品性能的稳定性至关重要。
公告号为CN201965317U的专利文献提供了一种可装接大尺寸镜头的微型DLP投影机,由LED光源、集光透镜、分光镜、复眼透镜、场镜、反射镜、楔形棱镜、直角棱镜、DMD及镜头组成,投影机LED光源依次直行经集光透镜、分光镜、复眼透镜、场镜后入射至与主光轴方向成45°角设置的反射镜,经反射镜反射的光线经楔形棱镜入射至DMD上,由DMD反射的光线再经直角棱镜反射后入射至投影机镜头,最后由投影机镜头发出与投影机LED光源经复眼透镜后的出光方向相同的出射光,形成直角“Z”型光路。根据该实用新型光路设计研制的微型DLP投影机可以前方比较容易地安装使用广角镜头或者较大直径的镜头,但是该投影机亮度较低,有待进一步提高。
公开号为CN 101950083 A的专利文献提供了用于投影仪的 LED 照明光路。该照明光路包括:第一、第二、第三 LED 光源,用于分别将第一、第二、第三 LED 光源会聚成近平行光的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组,用于将第一、第二透镜组的近平行光进行合光的第一二向色镜,用于将第一二向色镜得到的合光与第三透镜组的平行光进行合光的第二二向色镜,以及用于将第二二向色镜的到的合光会聚成光斑的第四透镜组,此外,所述第一透镜组和第二透镜组的光路长度相同且采用相同的透镜组,所述第三透镜组的光路长度小于第一或第二透镜组的光路长度,且所述第一、第二和第三透镜组出射的平行光经第四透镜组会聚得到的光斑一致性较好。该发明合光后光斑的颜色均匀性较好,使得投影仪的颜色均匀性得到一定程度的提高。该发明对投影亮度有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种四通道高亮LED微型投影照明系统,提升投影画面亮度。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种四通道高亮LED微型投影照明系统,包括RGB光源系统和蓝光泵浦系统,
所述RGB光源系统包括红色光源、绿色光源和蓝色光源,用于分别将所述红色光源、绿色光源和蓝色光源的输出光准直成近平行光的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组,用于将所述第二透镜组和第三透镜组的近平行光进行合光的第一二向色镜,用于将所述第一二向色镜得到的合光准直成近平行光的第四透镜,用于将所述第一透镜组的近平行光和所述第四透镜的近平行光进行合光的第二二向色镜,以及用于将所述第二二向色镜得到的合光汇聚到DMD 有效面的第五透镜组,
所述蓝光泵浦系统包括蓝光泵浦,以及用于将所述蓝光泵浦的输出光准直成近平行光的第六透镜组,经所述第六透镜组准直成的近平行光依次经过所述第一二向色镜和第二透镜组到达所述绿色光源的荧光粉发光面上。
优选地,所述第二透镜组和第三透镜组的光路长度相等,所述第一透镜组的光路长度分别小于所述第二透镜组和第三透镜组的光路长度。
优选地,所述第三透镜组的光轴为主光轴,所述第一透镜组、第二透镜组和第六透镜组的光轴均与所述主光轴垂直,所述第一二向色镜、第四透镜和第二二向色镜依次设置在所述主光轴上。
优选地,所述第一二向色镜为反绿透红二向色镜,所述第二二向色镜为反红透绿二向色镜。
优选地,所述第二透镜组与所述第六透镜组的光轴在同一条直线上。
优选地,所述第一透镜组和所述第三透镜组分别由第一透镜和第二透镜组成,所述第二透镜组和第六透镜组分别由第一透镜和第三透镜组成。
优选地,所述第一透镜为玻璃球面准直透镜,所述第二透镜为塑料非球面准直透镜,所述第三透镜为玻璃非球面准直透镜。
优选地,所述第四透镜为塑料非球面准直透镜。
优选地,所述第五透镜组包括沿所述主光轴的延伸方向上依次设置的复眼透镜、中继透镜和反光镜、以及沿与所述主光轴垂直且延伸至所述DMD的方向上设置的胶合棱镜。
优选地,所述胶合棱镜为RTIR胶合棱镜。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
首先,本发明提供一种四通道高亮LED微型投影照明系统,用于无屏幕电视,通过增加蓝光泵浦系统,输出蓝色光对绿色LED的激发作用提升绿色亮度40%以上,最终可提升投影画面亮度20%以上。
其次,本发明绿色光源光路中的第三透镜采用玻璃非球面透镜,避免使用塑料材质非球面的方案在亮度提升情况下出现的脱氢化现象,蓝光泵浦光路中的第三透镜采用玻璃材质非球面的方案避免塑料材质非球面的方案在蓝光短波段情况下出现的脱氢化现象。
再次,本发明采用RTIR胶合棱镜的方案,可以缩小产品的厚度和长度,减小了产品的体积;通过合理设计反绿透红二向色镜(GDM)和反红透绿二向色镜(RDM),使亮度提升和颜色饱和度更好。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
图1:本发明一种四通道高亮LED微型投影照明系统的光学系统图;
图2:本发明一种四通道高亮LED微型投影照明系统的结构工艺固定形式图;
图3、图4:基于LightTools软件的光学系统光线图;
图5:基于LightTools软件的光学系统在DMD有效面上整形光斑图;
图6:基于LightTools软件的BP光在绿色光源发光面上的整形光斑图;
图7:基于LightTools软件的光学系统增加投射镜头后投影画面为40英寸时的光斑图;
其中,1-红色光源,2-绿色光源,3-蓝色光源,4-第一透镜组, 5-第二透镜组,6-第三透镜组,7-第一二向色镜,8-第四透镜,9-第二二向色镜,10-第五透镜组,1001-复眼透镜,1002-中继透镜,1003-反光镜,1004-胶合棱镜,11-蓝光泵浦,12-第六透镜组,401,501,601,1201-第一透镜,402,602-第二透镜,502,1202-第三透镜,13-DMD。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容,但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员来说显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
参阅图1-图2,一种四通道高亮LED微型投影照明系统,包括RGB光源系统和蓝光泵浦系统,
RGB光源系统包括红色光源1、绿色光源2和蓝色光源3,用于分别将红色光源、绿色光源和蓝色光源的输出光准直成近平行光的第一透镜组4、第二透镜组5和第三透镜组6,用于将第二透镜组和第三透镜组的近平行光进行合光的第一二向色镜7,用于将第一二向色镜得到的合光准直成近平行光的第四透镜8,用于将第一透镜组的近平行光和第四透镜的近平行光进行合光的第二二向色镜9,以及用于将第二二向色镜得到的合光汇聚到DMD13有效面的第五透镜组10,
蓝光泵浦系统包括蓝光泵浦11,以及用于将蓝光泵浦的输出光准直成近平行光的第六透镜组12,经第六透镜组准直成的近平行光依次经过第一二向色镜和第二透镜组到达绿色光源的荧光粉发光面上。
作为本发明的一种优选实施方式,第二透镜组和第三透镜组的光路长度相等,第一透镜组的光路长度分别小于第二透镜组和第三透镜组的光路长度。
作为本发明的一种优选实施方式,第三透镜组的光轴为主光轴,第一透镜组、第二透镜组和第六透镜组的光轴均与主光轴垂直,第一二向色镜、第四透镜和第二二向色镜依次设置在主光轴上。参阅图1,第一二向色镜相对主光轴倾斜设置,第四透镜相对主光轴垂直设置,第二二向色镜相对主光轴倾斜设置。对于第一二向色镜和第二二向色镜的具体设置角度,本领域技术人员结合本发明意图可常规确定,不构成对本发明技术方案的限制。
作为本发明的一种优选实施方式,第一二向色镜为反绿透红二向色镜,第二二向色镜为反红透绿二向色镜。其中,反绿透红二向色镜(GDM)的功能是反射绿光,透过红光;反红透绿二向色镜(RDM)的功能是反射红光,透过绿光。
作为本发明的一种优选实施方式,第二透镜组与第六透镜组的光轴在同一条直线上。
其中,蓝光泵浦系统中蓝光泵浦(Blue pumping,BP)的输出光为蓝色光,作用是激发绿色光源的荧光粉发光,提升绿色光源亮度。
作为本发明的一种优选实施方式,第一透镜组和第三透镜组分别由第一透镜401,601和第二透镜402,602组成,第二透镜组和第六透镜组分别由第一透镜501,1201和第三透镜502,1202组成。其中,第一透镜401和第二透镜402的光轴在一条直线上,第一透镜601和第二透镜602的光轴在一条直线上,第一透镜501和第三透镜502的光轴在一条直线上,第一透镜1201和第三透镜1202的光轴在一条直线上。
作为本发明的一种优选实施方式,第一透镜为玻璃球面准直透镜,第二透镜为塑料非球面准直透镜,第三透镜为玻璃非球面准直透镜。
作为本发明的一种优选实施方式,第四透镜为塑料非球面准直透镜。
作为本发明的一种具体实施方式,第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的曲率半径R1和R2、圆锥系数K1和K2沿光线入射方向依次为:
曲率半径R1 | 圆锥系数K1 | 曲率半径R2 | 圆锥系数K2 | |
第一透镜 | -24 | - | -7 | - |
第二透镜 | 14 | -59 | -9.33 | -0.7 |
第三透镜 | 15.001 | -28 | -11 | -0.6 |
第四透镜 | 119.56 | -149 | 109.67 | -12567 |
在本发明中,第五透镜组包括沿主光轴的延伸方向上依次设置的复眼透镜1001、中继透镜1002和反光镜1003、以及沿与主光轴垂直且延伸至DMD的方向上设置的胶合棱镜1004。
作为本发明的一种具体实施方式,复眼透镜相对主光轴垂直设置,中继透镜相对主光轴垂直设置,反光镜的受光面与主光轴呈45°角。
在本发明中,复眼透镜为塑料透镜,用于提升光线均匀性及亮度,曲率半径R1=R2=3。中继透镜用于接收复眼透镜输出的光束并将复眼透镜出射端面成像在DMD上,R1为平面,R2=-130.2。反光镜用于改变光路至需要的方向。
作为本发明的一种优选实施方式,胶合棱镜为RTIR(Reverse Total InternalReflection)胶合棱镜,用于将光束的方向调整至DMD工作需要的方向。
本发明中,汇聚到DMD有效面的光线通过DMD5.4微米微镜的处理,进入投射镜头成像。
图2所示的结构工艺固定设计形式,为本发明四通道高亮LED微型投影照明系统的一种具体应用形式,不构成对本发明的限制。
图3、图4所示,在LightTools软件中通过优化函数对系统进行建模优化后的光学系统光线图,结构紧凑,未见明显杂光,符合光学设计的设计结果。
图5:在LightTools软件中对优化后的光学系统采用RGB-3*5M光线进行模拟后在DMD有效面上整形光斑图,图中,曲线表示相应位置上的能量密度,结果显示,光斑形状呈严格的长方形,均匀性高。
图6:在LightTools软件中对优化后的光学系统采用BP-5M光线进行模拟后绿色光源发光面上的整形光斑图,结果显示,BP光源能够很好地对绿色光源发光荧光粉进行二次激发提升绿光光源的光亮度。
图7:在LightTools软件中对优化后的光学系统增加投射镜头采用RGB-3*5M光线进行模拟后在投射40英寸时的画面光斑图。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换,只要不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:
包括RGB光源系统和蓝光泵浦系统,
所述RGB光源系统包括红色光源、绿色光源和蓝色光源,用于分别将所述红色光源、绿色光源和蓝色光源的输出光准直成近平行光的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组,用于将所述第二透镜组和第三透镜组的近平行光进行合光的第一二向色镜,用于将所述第一二向色镜得到的合光准直成近平行光的第四透镜,用于将所述第一透镜组的近平行光和所述第四透镜的近平行光进行合光的第二二向色镜,以及用于将所述第二二向色镜得到的合光汇聚到DMD 有效面的第五透镜组,
所述蓝光泵浦系统包括蓝光泵浦,以及用于将所述蓝光泵浦的输出光准直成近平行光的第六透镜组,经所述第六透镜组准直成的近平行光依次经过所述第一二向色镜和第二透镜组到达所述绿色光源的荧光粉发光面上。
2.根据权利要求1所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第二透镜组和第三透镜组的光路长度相等,所述第一透镜组的光路长度分别小于所述第二透镜组和第三透镜组的光路长度。
3.根据权利要求2所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第三透镜组的光轴为主光轴,所述第一透镜组、第二透镜组和第六透镜组的光轴均与所述主光轴垂直,所述第一二向色镜、第四透镜和第二二向色镜依次设置在所述主光轴上。
4.根据权利要求3所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第一二向色镜为反绿透红二向色镜,所述第二二向色镜为反红透绿二向色镜。
5.根据权利要求4所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第二透镜组与所述第六透镜组的光轴在同一条直线上。
6.根据权利要求5所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第一透镜组和所述第三透镜组分别由第一透镜和第二透镜组成,所述第二透镜组和第六透镜组分别由第一透镜和第三透镜组成。
7.根据权利要求6所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第一透镜为玻璃球面准直透镜,所述第二透镜为塑料非球面准直透镜,所述第三透镜为玻璃非球面准直透镜。
8.根据权利要求7所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第四透镜为塑料非球面准直透镜。
9.根据权利要求3-8任一项所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述第五透镜组包括沿所述主光轴的延伸方向上依次设置的复眼透镜、中继透镜和反光镜、以及沿与所述主光轴垂直且延伸至所述DMD的方向上设置的胶合棱镜。
10.根据权利要求9所述的四通道高亮LED微型投影照明系统,其特征在于:所述胶合棱镜为RTIR胶合棱镜。
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