CN110032035B - 一种投影照明系统及其应用的投影机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种投影照明系统，包括：基板；光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源；透镜阵列，对准设置在所述光源阵列上方，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜和所述光源的中心处于同一直线上；衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件及第二衍射光学元件；偏振分光棱镜，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜和所述光源阵列的中心处于同一直线上；显示单元，设置在所述偏振分光棱镜的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜的中心点。

Description

一种投影照明系统及其应用的投影机

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，特别涉及一种投影照明系统及其应用的投影机。

背景技术

LCoS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅或硅基液晶)显示装置是一种新型的反射式投影显示装置，其是采用半导体硅晶技术控制液晶进而“投射”彩色画面的液晶显示装置。与穿透式液晶(Liquid Crystal Display，LCD)和数字微镜技术(DigitalMicromirror Device，DMD)相比，LCoS显示装置具有光利用效率高、体积小、开口率高、制造技术成熟等优点，可以很容易实现高分辨率和充分的色彩表现。由于LCoS显示装置具有上述优点，使得LCoS显示装置在今后的大屏幕显示应用领域具有很大的优势。

目前，LCoS投影机的照明光源一般为超高压汞灯或发光二极管，当采用发光二极管作为照明光源时，LCoS投影机的发光亮度较低，因此极大限制了LCoS投影机的应用。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题，本发明提出一种投影照明系统及其应用的投影机，所述投影照明系统能够提高投影机出瞳亮度，同时也具有功率低、环保、启动电压低等优点。

为上述目的及其他目的，本发明提出一种投影照明系，包括：

基板；

光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源；

透镜阵列，对准设置在所述照明单元上方，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜和所述光源的中心处于同一直线上；

衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件，第二衍射光学元件；

偏振分光棱镜，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜和所述光源阵列的中心处于同一直线上；

显示单元，设置在所述偏振分光棱镜的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜的中心点。

在一实施例中，所述光源包括发光二极管。

在一实施例中，所述透镜包括第一曲面，第二曲面，所述第一曲面的曲率和所述第二曲面的曲率不同。

在一实施例中，所述透镜阵列用于准直所述光源阵列发射的光线。

在一实施例中，所述透镜包括双自由曲面透镜。

在一实施例中，所述显示单元包括硅基液晶芯片。

在一实施例中，所述光源的数量等于所述透镜的数量。

在一实施例中，所述第一衍射光学元件的尺寸等于所述透镜阵列形成的光斑的尺寸，所述第一衍射光学元件将所述透镜阵列形成的光斑汇聚成较小尺寸的光斑。

在一实施例中，所述第二衍射光学元件的尺寸等于所述显示单元的尺寸，所述第二衍射光学元件设置在所述第一衍射光学元件和所述偏振分光棱镜之间，所述第二衍射光学元件靠近所述偏振分光棱镜的入射面。

在一实施例中，所述第二衍射光学元件将所述第一衍射光学元件发出的汇聚光线准直后垂直穿过所述偏振分光棱镜的入射面。

在一实施例中，所述第一衍射光学元件的尺寸大于所述第二衍射光学元件的尺寸，所述第一衍射光学元件的相位不同于所述第二衍射光学元件的相位。

在一实施例中，经过所述偏振分光棱镜反射的光束垂直穿过所述显示单元的表面。

本发明还提出一种投影机，包括：

至少一投影照明系统；

镜头，相对设置在所述投影照明系统上；

其中，所述投影照明系统，包括：基板；光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源；透镜阵列，对准设置在所述光源阵列上方，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜和所述光源的中心处于同一直线上；衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件及第二衍射光学元件；偏振分光棱镜，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜和所述光源阵列的中心处于同一直线上；显示单元，设置在所述偏振分光棱镜的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜的中心点。

在一实施例中，当所述投影机包括一个所述投影照明系统时，所述投影机为单片式投影机，所述单片式投影机包括一个所述显示单元。

在一实施例中，当所述投影机包括三个所述投影照明系统时，所述投影机为三片式投影机，所述三片式投影机包括三个所述显示单元。

在一实施例中，当所述投影机包括三个所述投影照明系统时，所述投影机为三片式投影机，所述三片式投影机中的所述光源包括白色发光二极管，红色发光二级管，蓝色发光二极管或绿色发光二极管。

本发明提出一种投影照明系统及其应用的投影机，通过设置多个发光二极管，能够提高投影机的出瞳亮度，同时也能提高光学利用率，扩大投影机的使用范围，本发明提出的投影机具有启动电压低，环保，功率低等特点。

附图说明

图1：本实施例提出的一种投影照明系统的光线走向示意图。

图2：投影照明系统中的双自由曲面透镜的结构示意图。

图3：投影照明系统的双自由曲面透镜的设计原理图。

图4-5：投影照明系统中的衍射光学元件的设计原理图。

图6：投影照明系统中的偏振分光棱镜的结构示意图。

图7：本实施例提出的一种投影机的简要示意图。

图8：本实施例提出的三片式投影机的简要示意图。

图9：本实施例提出的三片式投影机的简要示意图。

符号说明

1 光源 52 第二直角棱

2 双自由曲面透镜 521 第二斜边

21 第一曲面 6，601，602，603 显示单元

22 第二曲面 7 合色棱镜

3 第一衍射光学元件 8 镜头

4 第二衍射光学元件 901 第一投影照明系统

5，501，502，503 偏振分光棱镜 902 第二投影照明系统

51 第一直角棱镜 903 第三投影照明系统

511 第一斜边 10 反射镜

11 分色元件

12 二向色镜

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-8，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本实施例提出一种投影照明系统，包括：基板，光源阵列，透镜阵列，衍射光学元件，偏分光棱镜5，显示单元6。

请参阅图1，在本实施例中，所述光源阵列设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源1，在本实施例中，所述光源阵列包括多个光源1，所述光源1设置在所述基板上，所述光源1通过螺纹旋合或焊接的方式的固定在所述基板上。在本实施例中，所述光源阵列还可例如包括六或八个所述光源1，然不限于此，所述基板例如为铝基板或其他基板。在本实施例中，所述光源1例如为发光二极管。在本实施例中，所述光源阵列例如包括4×8个所述发光二极管，还例如包括3×3个或5×9个所述发光二极管。

在本实施例中，所述光源阵列包括N_Total-LED个发光二极管，所述N_Total-LED个发光二极管按照M×N阵列设置在所述基板上，其中，N_Total-LED≥L_OUT/L_LED，L_OUT表示设定要求的投影机出瞳亮度，L_LED表示单个发光二极管的额定亮度。

请参阅图1-2，在本实施例中，所述投影照明系统包括一透镜阵列，所述透镜阵列包括多个透镜2，所述透镜阵列对准设置在所述光源阵列上，所述透镜2和所述光源1的中心处于同一直线上，在本实施例中，所述透镜2和所述发光二极管的中心处于同一直线上。所述透镜阵列用于准直所述光源阵列发射的光线，在本实施例中，所述透镜阵列和所述光源阵列具有相同的排列方式，所述透镜阵列包括多个所述透镜2，所述多个透镜2按照M×N阵列进行排列。在本实施例中，所述透镜2的数量等于所述光源1的数量，所述透镜2的尺寸大于所述光源1的尺寸。在本实施例中，所述透镜2例如为双自由曲面透镜，所述透镜2包括第一曲面21，第二曲面22，所述第一曲面21与所述第二曲面22的曲率不同，所述第一曲面21靠近所述光源1，所述第一曲面21用于发散所述光源1发散的光束，所述第二曲面22用于准直所述第一曲面21发散后的光束，形成较大面积的光斑(平行的光束)。

请参阅图2-3，在本实施例中，还提出一种双自由曲面透镜的设计方法，以所述光源阵列包括M×N个发光二极管(LED)为例进行说明：

1、假定所述光源阵列形成的照明面积为W_LED-total×L_LED-total(mm)；

2、计算单个所述LED的照明面积，记为W_LED-single×L_LED-single(mm)，

其中W_LED-single＝W_LED-total/M(mm)，L_LED-single＝L_LED-total/N(mm)；

3、设定单个所述LED所在位置(x₀，y₀)、所述第一曲面21与水平轴交点位置(x₁₀，y₁₀)、所述第二曲面22与水平轴交点位置(x₂₀，y₂₀)；空气的折射率为n₁，透镜的折射率为n₂；

4、设定单个所述LED进入所述透镜2的最大角度θ_Max；在[0，θ_max]范围内，以△θ为分割单位，获得一系列θ_1i，其中θ_1(i+1)＝θ_1i+△θ，i＝1～I_max，I_max＝θ_max/△θ的整数部分；

5、将i＝1、2、3、……、I_max依次带入下列函数组：

在上述函数组中，(x_1i，y_1i)是单个所述LED发出的角度为θ_1i的光线与所述第一曲面21的交点坐标；(x_1i-1，y_1i-1)是单个所述LED发出的角度为θ_1i-1的光线与所述第一曲面21的交点坐标；(x_2i，y_2i)是单个LED发出的角度为θ_1i的光线与所述第二曲面22的交点坐标；(x_2i-1，y_2i-1)是单个LED发出的角度为θ_1i-1的光线与所述第二曲面22的交点坐标；α_1i是光源发出的角度为θ_1i的光线与所述第一曲面21的交点的法线方向与水平方向的夹角；α_2i是光源发出的角度为θ_1i的光线与所述第二曲面22的交点的法线方向与水平方向的夹角；θ_2i是光源发出的角度为θ_1i的光线经过所述第一曲面21后出射光线与水平方向的夹角；

6、获得：(x₁₁，y₁₁)和(x₂₁，y₂₁)、(x₁₂，y₁₂)和(x₂₂，y₂₂)、(x₁₃，y₁₃)和(x₂₃，y₂₃)、……、(x_1max，y_1max)和(x_2max，y_2max)；将(x₁₁，y₁₁)、(x₁₂，y₁₂)、(x₁₃，y₁₃)、……、(x_1max，y_1max)连起来，即获得所述透镜2的第一曲面21；将(x₂₁，y₂₁)、(x₂₂，y₂₂)、(x₂₃，y₂₃)、……、(x_2max，y_2max)连起来，即获得所述透镜2的第二曲面22；

7、将所述透镜2的第一曲面21和第二曲面22相连，形成实体后切割为矩形，矩形的面积记为W_Lens-single×L_Lens-single(mm)，

其中W_Lens-single＝W_LED-single，L_Lens-single＝L_LED-single。

请参阅图1，在本实施例中，所述投影照明系统包括多个衍射光学元件，所述衍射光学元件设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件3，第二衍射光学元件4，所述第一衍射光学元件3靠近所述透镜阵列，所述第一衍射光学元件3的尺寸等于所述透镜阵列形成的光斑的尺寸(光源阵列形成的照明面积)，所述第一衍射光学元件3将所述透镜阵列形成的光斑汇聚成较小尺寸的光斑，所述第一衍射光学元件3形成的光斑尺寸等于所述第二衍射光学元件4的尺寸，所述第二衍射光学元件4的尺寸等于所述显示单元6的尺寸，所述第二衍射光学元件4设置在所述第一衍射光学元件3和所述偏振分光棱镜5之间，所述第二衍射光学元件4靠近所述偏振分光棱镜5的入射面，所述第二衍射元件4将所述第一衍射光学元件3发出的汇聚光线准直后垂直穿过所述偏振分光棱镜5的入射面，所述第一衍射光学元件3的尺寸大于所述第二衍射光学元件4的尺寸，所述第一衍射光学元件3的相位不同于所述第二衍射光学元件4的相位。

请参阅图4-5，本实施例还提出一种衍射光学元件(Diffractive OpticalElements，DOE)的设计方法，以所述光源阵列包括4×8个发光二极管，在W(宽度)方向上包括4行发光二极管，在L(长度)方向上包括8列发光二极管，所述显示单元6为硅基液晶芯片(LCoS)为例进行说明：

1、设定所述硅基液晶芯片的尺寸为W_LCoS×L_LCoS(mm)；

2、设定第一衍射光学元件尺寸为W_DOE1×L_DOE1(mm)，设定第二衍射光学元件尺寸为W_DOE2×L_DOE2(mm)，

其中，W_DOE1＝W_LED-total，L_DOE1＝L_LED-total，W_DOE2＝W_LCoS，L_DOE2＝L_LCoS；

3、设定第一衍射光学元件与第二衍射光学元件的距离为D_DOE1-DOE2，计算光束水平衍射角α和垂直衍射角β，

其中，

4、计算所述衍射光学元件的水平采样间距Δx和垂直采样间距Δy，其中

其中，λ为所述LED所发出光的波长；

5、对于所述第一衍射光学元件3，计算每个采样点的的相位φ_DOE1(x_i，y_j)，其中，

x_i＝i×Δx，i＝1～W_DOE1/Δx，y_j＝j×Δy，j＝1～L_DOE1/Δy，

6、对于所述第二衍射光学元件4，计算每个采样点的的相位φ_DOE2(x_k，y_l)，其中，

x_k＝k×Δx，k＝1～W_DOE2/Δx，y_l＝l×Δy，l＝1～L_DOE2/Δy，

7、将第一衍射光学元件3的相位φ_DOE1(x_i，y_j)和第二衍射光学元件4的相位φ_DOE2(x_k，y_l)进行量化处理，然后通过光刻技术制造衍射光学元件。

请参阅图1，在本实施例中，所述投影照明系统包括一个偏振分光棱镜5，所述偏振分光棱镜5设置在所述光源阵列的轴线上，所述第二衍射光学元件4准直后的光束垂直入射到所述偏振分光棱镜5的入射面，在本实施例中，所述光源阵列，透镜阵列，第一衍射光学元件3，第二衍射光学元件4的中心光轴处于同一直线上，所述中心光轴垂直入射所述偏振分光棱镜5的入射面，在本实施例中，所述偏振分光棱镜5的分光面为反射P偏振光，透射S偏振光或反射S偏振光，透射P偏振光。

请参阅图6，在本实施例中，所述偏振分光棱镜5包括所述第一直角棱镜51和第二直角棱镜52，所述第一直角棱镜51包括第一直角面、第二直角面和第一斜边511，第一直角面和第二直角面表面镀有增透膜；所述第二直角棱镜52包括第三直角面、第四直角面和第二斜边521，第三直角面和第四直角面表面镀有增透膜；所述第一直角棱镜51的所述第一斜边511和所述第二直角棱镜52的所述第二斜边522胶合在一起，且所述第一斜边511和所述第二斜边522至少其中一个表面镀有偏振分光介质膜。在本实施例中，所述第一直角棱镜51和所述第二直角棱镜52例如为重火石玻璃或冕玻璃材质，所述第一直角棱镜51和所述第二直角棱镜52胶合在一起呈立方体形状。

请参阅图6，在本实施例中，经过所述第二衍射光学元件4准直后的光束进入所述偏振分光棱镜5后，所述偏振分光棱镜5将入射的光束分成两束相互垂直的线偏振光，也就是，所述偏振分光棱镜5反射P偏振光，透射S偏振光或反射S偏振光，透射P偏振光。

请参阅图1，在本实施例中，所述投影照明系统包括一显示单元6，所述显示单元6设置在所述偏振分光棱镜5的出射面一侧，经过所述偏振分光棱镜5反射的光束垂直入射到所述显示单元6的中心。在本实施例中，所述显示单元6的中心线与所述第二衍射光学元件4的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜5的中心点。在本实施例中，所述显示单元6用于反射入射到所述显示单元6上的光束。在本实施例中，所述显示单元6例如为硅基液晶芯片(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)。

请参阅图7，本实施例还提出一种投影机，包括，至少一投影照明系统，镜头8，所述镜头8设置在所述投影照明系统一侧，所述投影照明系统包括基板；光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括至少一个光源，所述光源例如为发光二极管1；透镜阵列，对准设置在所述照明单元上方，所述透镜阵列包括至少一个透镜2，所述透镜和所述发光二极管的中心处于同一直线上；衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件3，第二衍射光学元件4；偏振分光棱镜5，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜5和所述光源阵列的中心处于同一直线上；显示单元6，设置在所述偏振分光棱镜5的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜5的中心点，在本实施例中，经所述显示单元6利用后发出显示光束经过所述镜头8在屏幕上显示。在本实施例中，所述投影机包括一个所述投影照明系统，所述投影机为单片式投影机，所述单片式投影机包括一个所述显示单元6，本实施例中，所述投影照明系统中的所述光源1例如为白色发光二极管。

请参阅图8，本实施例提出一种三片式投影机，所述三片式投影机包括三个所述投影照明系统(901，902，903)，合色棱镜7及镜头8，在本实施例中，所述第一投影照明系统901，第二投影照明系统902及第三投影照明系统903具有相同的结构，在本实施例中，所述第一投影照明系统901中的所述光源例如为蓝色发光二极管，所述第二投影照明系统902中的所述光源例如为红色发光二极管，所述第三投影照明系统903中的所述光源例如为蓝色发光二极管。在本实施例中，所述第一投影照明系统901，第二投影照明系统902及第三投影照明系统903的所述光源发射的光线经过显示单元(图中未示出)后射出，射出后的光线经所述合色棱镜7形成彩色图像，所述彩色图像经过所述镜头8在屏幕上显示。本实施例提出的三片式投影机包括三个所述显示单元，所述显示单元例如为硅基液晶芯片(LiquidCrystal on Silicon，LCoS)。

请参阅图9，本实施例提出一种三片式投影机，所述三片式投影机包括一个投影照明系统，多个偏振分光棱镜，多个显示单元，合色棱镜7，镜头8，多个反射镜10，分色元件11及二向色镜12。在本实施例中，所述投影照明系统的所述光源1例如为白色发光二极管，所述白色发光二极管发出的光线经过透镜2，第一衍射光学元件3及第二衍射光学元件4，形成均匀的光线，所述均匀的光线经过所述分色元件11形成其他颜色的光线，例如为红色光线，蓝色光线及绿色光线，所述蓝色光线经过所述反射镜10，所述偏振分光棱镜501及所述显示单元601后反射到所述合色棱镜7中，所述绿色光线经过所述反射镜10，所述二向色镜12，所述偏振分光棱镜502及所述显示单元602后反射到所述合色棱镜7中，所述红色光线经过所述反射镜10，所述二向色镜12，所述偏振分光棱镜503及所述显示单元603后反射到所述合色棱镜7中，经过反射后的所述红色光线，蓝色光线及绿色光线经所述合色棱镜7形成彩色图像，所述彩色图像经过所述镜头8在屏幕上显示。在本实施例中，所述显示单元(601，602，603)例如为硅基液晶芯片(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)，所述分色元件11例如为分光棱镜，所述二向色镜12可允许红色光线穿过，反射绿色光线。

综上所述，本发明提出一种投影照明系统及其应用的投影机，所述投影照明系统能够高效地收集光源阵列发出的各角度光束，极大地提高了投影机的出瞳亮度，扩大了采用发光二极管作为光源的LCOS投影机的使用范围，同时本发明提出的投影机具有启动电压低，环保，功率低等特点。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种投影照明系统，其特征在于，包括：

基板；

光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源；

透镜阵列，对准设置在所述光源阵列上方，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜和所述光源的中心处于同一直线上；

衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件及第二衍射光学元件；

偏振分光棱镜，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜和所述光源阵列的中心处于同一直线上；

显示单元，设置在所述偏振分光棱镜的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜的中心点；

其中，所述衍射光学元件的设计方法包括：

1、设定所述显示单元的尺寸为W_LCoS×L_LcoS，其中，W_LcoS表示所述显示单元的宽度，L_LcoS表示所述显示单元的长度；

2、设定所述第一衍射光学元件尺寸为W_DOE1×L_DOE1，设定所述第二衍射光学元件尺寸为W_DOE2×L_DOE2，

其中，W_DOE1＝W_total，L_DOE1＝L_total，W_DOE2＝W_LCoS，L_DOE2＝L_LcoS，W_LED-total×L_LED-total表示所述光源阵列形成的照明面积，W_DOE1表示所述第一衍射光学元件的宽度，L_DOE1表示所述第一衍射光学元件的长度，W_DOE2表示所述第二衍射光学元件的宽度，L_DOE2表示所述第二衍射光学元件的长度，W_LED-total表示所述照明面积的宽度，L_LED-total表示所述照明面积的长度；

3、设定所述第一衍射光学元件与所述第二衍射光学元件的距离为D_DOE1-DOE2，计算光束水平衍射角α和垂直衍射角β，

其中，

4、计算所述衍射光学元件的水平采样间距Δx和垂直采样间距Δy，其中

其中，λ为所述光源所发出光的波长；

5、对于所述第一衍射光学元件，计算每个采样点的的相位φ_DOE1(x_i，y_j)，其中，

x_i＝i×Δx，i＝1～W_DOE1/Δx，y_j＝j×Δy，j＝1～L_DOE1/Δy，

6、对于所述第二衍射光学元件，计算每个采样点的的相位φ_DOE2(x_k，y_l)，其中，

x_k＝k×Δx，k＝1～W_DOE2/Δx，y_l＝l×Δy，l＝1～L_DOE2/Δy，

2.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述透镜包括第一曲面，第二曲面，所述第一曲面的曲率和所述第二曲面的曲率不同。

3.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述透镜阵列用于准直所述光源阵列发射的光线。

4.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述光源的数量等于所述透镜的数量。

5.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述第一衍射光学元件的尺寸等于所述透镜阵列形成的光斑的尺寸，所述第一衍射光学元件将所述透镜阵列形成的光斑汇聚成较小尺寸的光斑。

6.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述第二衍射光学元件将所述第一衍射光学元件发出的汇聚光线进行准直后垂直穿过所述偏振分光棱镜的入射面，经过所述偏振分光棱镜反射的光束垂直入射到所述显示单元表面。

7.根据权利要求1所述的投影照明系统，其特征在于：所述第一衍射光学元件的尺寸大于所述第二衍射光学元件的尺寸，所述第一衍射光学元件的相位不同于所述第二衍射光学元件的相位。

8.一种投影机，其特征在于，包括：

至少一投影照明系统；

镜头，相对设置在所述投影照明系统上；

其中，所述投影照明系统，包括：

基板；

光源阵列，设置在所述基板上，所述光源阵列包括多个光源；

透镜阵列，对准设置在所述光源阵列上方，所述透镜阵列包括多个透镜，所述透镜和所述光源的中心处于同一直线上；

衍射光学元件，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述衍射光学元件和所述光源阵列的中心处于同一直线上，所述衍射光学元件包括第一衍射光学元件及第二衍射光学元件；

偏振分光棱镜，设置在所述光源阵列的轴线方向上，所述偏振分光棱镜和所述光源阵列的中心处于同一直线上；

显示单元，设置在所述偏振分光棱镜的出射面一侧，所述显示单元的中心线与所述第二衍射光学元件的中心线垂直相交在所述偏振分光棱镜的中心点；

其中，所述衍射光学元件的设计方法包括：

1、设定所述显示单元的尺寸为W_LCoS×L_LcoS，其中，W_LcoS表示所述显示单元的宽度，L_LcoS表示所述显示单元的长度；

2、设定所述第一衍射光学元件尺寸为W_DOE1×L_DOE1，设定所述第二衍射光学元件尺寸为W_DOE2×L_DOE2，

其中，W_DOE1＝W_total，L_DOE1＝L_total，W_DOE2＝W_LCoS，L_DOE2＝L_LcoS，W_LED-total×L_LED-total表示所述光源阵列形成的照明面积，W_DOE1表示所述第一衍射光学元件的宽度，L_DOE1表示所述第一衍射光学元件的长度，W_DOE2表示所述第二衍射光学元件的宽度，L_DOE2表示所述第二衍射光学元件的长度，W_LED-total表示所述照明面积的宽度，L_LED-total表示所述照明面积的长度；

3、设定所述第一衍射光学元件与所述第二衍射光学元件的距离为D_DOE1-DOE2，计算光束水平衍射角α和垂直衍射角β，

其中，

4、计算所述衍射光学元件的水平采样间距Δx和垂直采样间距Δy，其中

其中，λ为所述光源所发出光的波长；

5、对于所述第一衍射光学元件，计算每个采样点的的相位φ_DOE1(x_i，y_j)，其中，

x_i＝i×Δx，i＝1～W_DOE1/Δx，y_j＝j×Δy，j＝1～L_DOE1/Δy，

6、对于所述第二衍射光学元件，计算每个采样点的的相位φ_DOE2(x_k，y_l)，其中，

x_k＝k×Δx，k＝1～W_DOE2/Δx，y_l＝l×Δy，l＝1～L_DOE2/Δy，

9.根据权利要求8所述的投影机，其特征在于：当所述投影机包括一个所述投影照明系统时，所述投影机为单片式投影机，所述单片式投影机包括一个所述显示单元。

10.根据权利要求8所述的投影机，其特征在于：当所述投影机包括三个所述投影照明系统时，所述投影机为三片式投影机，所述三片式投影机中的所述光源包括白色发光二极管，红色发光二级管，蓝色发光二极管或绿色发光二极管。

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