CN111367140A - 一种投影机光学系统、投影机光学引擎和投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投影机光学系统，包括按光线行进方向依次设置的LED光源、光棒转偏模组、重叠透镜模组、第一反射镜、聚焦透镜、LCD光阀、场镜、第二反射镜和投影镜头；其中光棒转偏模组对LED光源出射的自然光进行积分和偏振光变换，重叠透镜模组把经积分的光线叠加在LCD光阀上，使得投影机光利用率实现显著地大幅度提升，显著地节约电源功耗，且实现对LCD光阀的均匀照明，显著改善照明均匀度和照明效率低下的不足，同时本发明还公开了一种投影机光学引擎，包括所述的投影机光学系统。

Description

一种投影机光学系统、投影机光学引擎和投影方法
技术领域
本发明涉及投影机领域，尤其涉及一种投影机光学系统、投影机光学引擎和投影方法。
背景技术
近年来，国内众多企业和品牌不断尝试为投影产品和市场进行创新，并取得了显著成绩，为投影机开拓了一个全新的广袤市场即快消数码市场。这类完全有别于传统功能型投影机的创新产品的显著特点是：亮度、像质等性能基本适用，外观精美时尚，功耗、噪音极低、内置电池且续航时间长，业内俗称此类创新产品为“潮品”投影。这些潮品投影以DLP技术为基础，搭配固体光源，其中DMD由德州仪器独家提供，固体光源基本由欧司朗独家供应，这些涉技术核心的材料，本土企业根本性缺乏知识产权。
而单LCD投影机就完全不一样，整个产业链本土都可以自主主导，尤其是性价比竞争力非常明显，如720P、150Lm的单LCD投影机，成本不及同等指标DLP潮品的1/5，同时单LCD投影机的图像效果特别是对比度和聚焦清晰度，已经达到甚至超过了DLP潮品的表现，所以单LCD投影机更是国产潮品投影为数不多的升级出路选择之一。
单LCD投影技术最大的制约是达到这些DLP潮品的亮度指标时，功耗、噪音相对太大、过大；光电效率(η，即投影机输出亮度除以光源输入电功率)过低，对装备电池这个“刚需”和在续航时间方面，暂时还不具备合理实施的可能性；此外，单LCD投影机亮度的均匀性也和上述潮品投影有极大的差距。
现行技术的单LCD投影机η普遍约0.8-4Lm/w，而DLP潮品的η却高达10-17Lm/w，所以期望高耗低效的单LCD投影机成为潮品一族，就必须提升光电效率，使η接近或基本达到DLP潮品的技术水平，以及必须设置光学积分装置，才能实现对LCD光阀的均匀照明。
所以需要对单LCD投影机现有的简单低效的照明技术，进行全面的、彻底的创新以缩小和抹去与DLP潮品的光电效率差距，这就是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种投影机光学系统，有效提升了单LCD投影机的光电效率和LCD光阀照明的均匀性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种投影机光学系统，包括按光线行进方向依次设置的LED光源、光棒转偏模组、积分透镜模组、第一反射镜、聚焦透镜、LCD光阀、场镜、第二反射镜和投影镜头。
所述光棒转偏模组，包括按光线行进方向依次贴合设置的积分棒、偏光调制板和增亮型偏光板。
所述积分棒的入射面上设有允许光线透射的透光部和对光线进行反射的反射部。
所述透光部的尺寸和面积大于等于所述LED光源的发光表面的尺寸和面积。
所述透光部和所述LED光源的发光表面相对。
进一步地，所述积分棒采用玻璃制作的实心的玻璃棒、四个平面内壁具有反光功能的空心的光隧道或内壁为曲面形状且曲面表面具有反光功能的空心的导光管中的任一种。
可选地，所述积分棒的入射面的长宽尺寸和面积小于等于所述积分棒的出射面的长宽尺寸和面积。
可选地，所述积分棒的入射面在LED光源的光线照射下的光学扩展量，小于等于所述LCD光阀在所述投影镜头约束下的光学扩展量。
优选地，所述积分棒的出射面的长宽比例和所述LCD光阀显示窗口的宽高比相等，但不限于绝对相等。
优选地，所述玻璃棒入射面和出射面的长宽尺寸相等。
进一步地，所述偏光调制板采用位相板或宽波长的退偏器。
或者所述偏光调制板采用不改变入射偏振光偏振态的无源旋光器、会改变入射偏振光偏振态的无源延迟器或有源旋光器中的一种或是任意几种的组合。
或者所述偏光调制板采用散射片或扩散片。
优选地，所述位相板采用随机位相板。
优选地，所述退偏器制作成六面体，通光截面和所述玻璃棒的通光截面尺寸相等；所述退偏器的入射面与所述玻璃棒的出射面相贴合后，所述退偏器在光学上等同为所述玻璃棒的一部分，以利于提高所述光棒转偏模组的效率和积分效果。
进一步地，所述无源延迟器采用四分之一波片或八分之一波片中的任一种或是任意几种的组合。
进一步地，所述增亮型偏光板采用具有增亮功能的线栅式偏光片或者具有增亮功能的反射式偏光片。
进一步地，所述重叠透镜模组包括按光线行进方向依次设置的两片以上的透镜。
进一步地，所述重叠透镜模组包括用于固定所述透镜的外筒。
进一步地，所述重叠透镜模组的透镜数量为三片，分别为按光线行进方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜。
进一步地，所述LED光源的基板和所述外筒相贴合。
进一步地，所述积分棒入射面上的透光部和反射部制作于一片透反平板上；所述透反平板的反射部和所述积分棒相贴合。
可选地，所述透反平板采用镜面铝板，所述透反平板上的透光部为在所述镜面铝板上开设的通孔。
本发明还提供了一种投影机光学引擎，包括散热器、风机、防尘装置、光学引擎盒和所述的投影机光学系统；所述投影机光学系统、风机和防尘装置安装于所述光学引擎盒上；所述聚焦透镜与LCD光阀之间、所述LCD光阀与场镜之间形成有抽风通道，且所述防尘装置和所述风机分别位于所述抽风通道的进风口和出风口处；所述散热器用于对所述LED光源散热，且所述风机对准所述散热器的鳍片；所述光学引擎盒除所述防尘装置能进风和所述风机能出风外，其余部位呈密封状态。
本发明还提供了一种所述投影机光学系统的投影方法，包括如下步骤：
所述LED光源出射的光线经所述光棒转偏模组积分和偏振光变换后，通过所述重叠透镜模组将积分的光线经所述第一反射镜反射和聚焦透镜聚焦后叠加在所述LCD光阀上，且所述LCD光阀出射的光线依次经场镜、第二反射镜后从投影镜头投射出去。
进一步地，所述光棒转偏模组使投影机光线利用效率提高的总增加量ηinc为：
ηinc＝ΔψR+ΔψL；
其中：
Figure BDA0002468819260000051
Figure BDA0002468819260000052
其中：
ΔψR为所述反射部对应使投影机光线利用效率提高的增加量；ΔψL为所述LED光源对应使投影机光线利用效率提高的增加量；β为偏光调制板的调制效率；TL为积分棒的透射率；TP、RP分别为增亮型偏光板的透过率和反射率；AS为透光部的面积；AL为积分棒入射面的面积；RM为反射部的表面反射率；LR为LED光源包括的发光表面和基板共同作用的反射率。
本发明的有益效果：
1、本发明通过光棒转偏模组对LED光源出射的自然光进行积分和偏振光变换，通过重叠透镜模组把经积分的光线叠加在LCD光阀上，使得投影机光利用率实现显著地大幅度提升，节约电源功耗，并实现对LCD光阀均匀照明。
2、本发明使用积分棒，积分棒能容易地对LED光源的发光表面外形尺寸和LCD光阀的显示窗口进行形状匹配，故能很好地提高LED光源的利用率。
3、将本发明积分棒入射面的透光部和反射部制作于独立的透反平板上，能降低积分棒的制作难度，且透反平板方便与积分棒匹配。
4、本发明通过外筒将LED光源、光棒转偏模组和重叠透镜模组组合成一个精密的照明总成模块，有利于改善生产工序，提高生产效率。
5、本发明在照明效率综合性的、本质性的提高后，创新性地使单LCD投影机具备装备电池且保持长续航时间所需要的合理光电效率条件，具有极好的创新性、性价比和实用性，使单LCD投影机低耗高效，具有了成为高品质潮品投影的可能，触及更加广袤的市场。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光学系统的结构示意图；
图2为本发明转偏原理示意图；
图3为对应图1中LED光源处的局部示意图；
图4为对应图1中LED光源、光棒转偏模组和重叠透镜模组相装配的剖面立体图；
图5为图4的分解示意图；
图6为本发明光学引擎的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
特别说明，本发明中，由于所述LED光源1的发光表面101与所述积分棒21的入射面之间的距离很近(此距离越小，系统效率越高)，所以在光学设计和分析时，可以认为所述LED光源1的发光表面101与所述积分棒21的入射面在一个面上(后同)；所述积分棒21的出射面，在光学设计和分析时，具体看所述偏光调制板22的厚度，以及所述偏光调制板22的侧面，是否在光学上构成了所述积分棒21等效的侧面反射面的一部分，为便于分析，以下所描述的积分棒21的出射面，并未严肃区分是积分棒21自身的物理出射面，还是包含了所述偏光调制板22参与光学积分后的等效的“积分棒”的出射面。
实施例一
如图1-3所示，本实施方式提供的一种投影机光学系统，包括按光线行进方向依次设置的LED光源1、光棒转偏模组2、重叠透镜模组3、第一反射镜4、聚焦透镜5、LCD光阀6、场镜7、第二反射镜8和投影镜头9。
本实施方式中，所述LED光源1的发光表面101所发出的光线(自然光)，经所述积分棒21的透光部2101射入所述光棒转偏模组2进行积分、转偏后射入重叠透镜模组3，并将所述积分棒21出射面上的多个光源像，叠加到所述LCD光阀6上，实现对所述LCD光阀6的均匀照明；所述聚焦透镜5使所述LCD光阀6的照明光线，对准所述投影镜头9的入射瞳孔，进而实现光线进一步高效率传输。
如图1所示，所述重叠透镜模组3包括依次设置的第一透镜31、第二透镜32和第三透镜33。共轭关系为：所述LED光源1的发光表面101和所述第二透镜32共轭；所述第二透镜32和所述投影镜头9的入射瞳孔共轭；所述积分棒21的出射面和所述LCD光阀6共轭；所述LCD光阀6和投影幕布(图上未画出)共轭。
进而，如图1所示，按光线行进方向依次设置了LED光源1和光棒转偏模组2，其中光棒转偏模组2由依次贴合设置的积分棒21、偏光调制板22、增亮型偏光板23构成。
本实施例所述积分棒21采用玻璃制作的实心的玻璃棒，出射面尺寸和入射面的尺寸相等；所述偏光调制板22采用宽波长的退偏器；所述增亮型偏光板23采用线栅式偏光片；所述退偏器与所述玻璃棒的通光截面尺寸相等，所述退偏器的四个侧面在光学上的全反射效应，等效加长了所述积分棒21的长度；所述LED光源1的发光表面101和所述积分棒21的入射面之间的间隙约为0.05-0.12mm。
如图2所示，自所述LED光源1发光表面101上任一点W点处，任意射出两根光线Wa和Wb，从所述积分棒21的透光部2101射入，穿过所述偏光调制板22后，分别到达所述增亮型偏光板23上的c点和d点。
进而，由所述增亮型偏光板23对光线Wa分离出符合需要的光线L01透射，另一路光线S01被反射，所述光线L01和S01为振幅相等且振动正交的线偏振光；所述光线S01被反射回去穿过所述偏光调制板22后，偏振度发生退化，并从所述积分棒21的出射面射入，进而到达所述积分棒21的入射面上的反射部2102上的W1点产生反射，反射光线W1n再次射入所述积分棒21，并再次穿过所述偏光调制板22，于是偏振度进一步退化并接近自然光；于是所述增亮型偏光板23又一次进行偏振分离，使符合透过轴的光线被透射，而不符合的则被反射回去，进而重复所述被再次退偏，再次反射，再次偏振分离等过程。
同时，在所述增亮型偏光板23上的d点处，同样对所述光线Wb进行偏振分离，使光线L02被透射，S02被反射，所述L02和S02为振幅相等且振动正交的线偏振光，所述光线L02和前述光线L01的偏振面方向相同。
所述光线S02穿过所述偏光调制板22后，偏振度发生退化，进而进入所述积分棒21，经所述积分棒21入射面上的透光部2101，进而到达所述LED光源1的发光表面101上的W2点，并在所述W2点处发生反射和折射，一部分光线W2e被反射而进入所述积分棒21；一部分光线W2W3被折射继续前行，到达所述LED光源1的基板102上的W3点而被所述LED光源1的基板102反射，反射光线W3m进入所述积分棒21；在所述光线W2e和W3m进入所述积分棒21后，类似地重复上述Wa和Wb的过程。
需要特别说明的是，如图3所示，所述LED光源1射出的自然光T，被所述光棒转偏模组2偏振分离并反射回一部分线偏振光S，所述LED光源1的发光表面101的反射率，通常为3-4％；而所述LED光源1的基板102的反射率，尽管通常＞90％，但因为有LED晶片103(LED晶片103的面积和厚度，都对基板102的反射效果产生影响)，以及荧光粉和硅胶104的阻挡，故所述基板102真正能反射的区域视所述LED晶片103的排布而定。尽管如此，所述LED光源1的发光表面101和基板102，对本实施例转偏的贡献仍然是不可忽视的，因为最终计及了所述荧光粉和硅胶104阻挡光线、所述各LED晶片103之间的缝隙等效的有效反射能力、所述光线S里面的短波成分对所述荧光粉和硅胶104中的荧光粉再次激励发光、在所述发光表面101面上光线从光密质到光疏质的全反射损失之后的总效率，对投影机光学系统光电效率的帮助还是可观的。
那些穿过所述LED光源1的发光表面101上的W2点，未被再次反射回所述积分棒21的光线，被所述LED光源1的LED晶片103、所述荧光粉和硅胶104、所述基板102等材料吸收并转化成了焦耳热。
实施例二
如图1-3所示，本实施例所述积分棒21采用玻璃制作的实心的玻璃棒，且玻璃棒的入射面和出射面尺寸相等；所述偏光调制板22选用位相板；所述增亮型偏光板23选用线栅式偏光片。其中，所述位相板的出射面和所述线栅式偏光片的入射面之间留有必要空气间隙。
本实施例中，所述LED光源1出射的光线到达所述线栅式偏光片的过程不再赘述。
参考实施例一，所述光线S01被所述增亮型偏光板23反射，穿过所述偏光调制板22后，所述光线S01的位相发生随机改变并射入积分棒21，进而在所述反射部2102上的W1点反射，而再次射入积分棒21，并再次穿过所述偏光调制板22，所述光线S01的位相进一步发生随机改变，进而射至所述增亮型偏光板23，于是所述增亮型偏光板23从所述光线S01中分离出符合透过轴的光线穿过，余下的光线被再次反射回去。
进一步地参考实施例一，所述光线S02穿过所述透光部2101射到所述LED光源1的过程，不再赘述。
每次自所述偏光调制板22穿过而射入所述增亮型偏光板23的光线、以及自所述增亮型偏光板23反射回所述偏光调制板22的光线，都不可能是沿原路返回(中轴线上的那根光线除外)，即某一根光线射入射出所述位相板时都不可能发生在同一个点，故所述位相板并不需要如单纯的做一次透射用途那样，需要辅以机械运动才能实现更高效的位相改变，这为本实施方式高效简单的转偏打下了基础。
设：射出所述光棒转偏模组2的总光线为Lpo＝L01+L02+L03+，，，+Ln，本实施例由以下公式计算转偏使光线利用效率提高的增加量：
ηinc＝ΔψR+ΔψL
式中：
Figure BDA0002468819260000111
Figure BDA0002468819260000121
式中：
△ψR为所述反射部2102所在区域，对应使投影机光线利用效率提高的增加量；
△ψL为所述LED光源1对应使投影机光线利用效率提高的增加量，也可理解为所述透光部2101所在区域，对应使投影机光线利用效率提高的增加量；
β为偏光调制板22的调制效率，用能量的百分比表示；
TL为积分棒21的透射率；
TP、RP分别为增亮型偏光板23的透过率、反射率；
AS为透光部2101的面积，AL为积分棒21入射面的面积；
RM为反射部2102的表面反射率；
LR为LED光源1包括的发光表面101和基板102共同作用的反射率。
现结合具体数据说明本实施例的成效：
现有的单LCD投影机，在LED光源和前菲镜之间，要么是一个透镜做聚光器，要么是一个方锥形聚光器(V形光漏斗的一种)完成聚光，光学系统依次为：LED光源，聚光器，前菲镜，LCD光阀，后菲镜(场镜)，投影镜头。
通常，自LED光源出射的光线，到达LCD光阀入射侧偏光片位置的效率不超63％，令LCD光阀透过率为6％、场镜效率为92％和投影镜头效率为98％，故上述现有的单LCD投影机光学系统总效率约为3.4％，令LED光源光通量为4000Lm，功率35W。
则投影机输出亮度为136Lm，η＝136(Lm)/35(W)＝3.9Lm/w。
本实施例中，令所述LED光源1光通量为4000Lm，功率35W，所述重叠透镜模组3、所述第一反射镜4和聚焦透镜5合计效率为94％，所述LCD光阀6透过率为6％，所述场镜7、所述第二反射镜8和投影镜头9的合计效率为89.2％；所述积分棒21的入、出射面的光学扩展量≤所述LCD光阀6在所述投影镜头9限制下的光学扩展量。
进一步地，本实施例在不设置所述偏光调制板22和增亮型偏光板23的情况下，在所述积分棒21的出射面，可获得Lnat＞3700Lm的光通量(自然光)，本发明光学系统可以输出186Lm，η＝5.3Lm/w，相比现有技术，η实现了约1.36倍的显著提升。
进一步地，在设置了所述偏光调制板22和所述增亮型偏光板23时，在所述增亮型偏光板23的出射面有约Lpo＝2680-3100Lm的输出(线偏振光)，此所述Lpo为符合所述LCD光阀6需求的偏振光且消光比已足够，故所述LCD光阀6入射面的偏光片可以去掉。结合所述LCD光阀6的透过率构成因素，即所述LCD光阀6的入射偏光片对自然光的效率约为36-42％(按42％计)，剥去入射偏光片后，LCD光阀6的透过率为6％÷42％＝14.3％，得投影机输出342Lm-393Lm，η达9.8Lm/w-11.2Lm/w，已经基本达到DLP潮品水平。
现有潮品投影机，普遍使用普通的18650电池(容量为3.7V/2600mAH左右)以追求性价比，装备数量5节左右。5节18650电池，保持看一部电影的续航(≥2小时)和放电阈值，投影机整机功率不得超18W，光源功率必须限制在15W之内(越小续航越长)，亮度必须要≥100流明，才有在遮光良好环境，投射60寸以上大屏的适用性。使用本实施例光学系统，LED光源1在9-10W左右的功率下，可以输出约100-110ANSILm，在15W功率情况下，可以输出约150ANSILm，且完全超过中低端DLP潮品投影的色彩、对比度和聚焦像质水平，达到其亮度和均匀度水平，基本达到其η水平，而且成本不及其三分之一，也不存在供应链瓶颈，具有非常好的发明创新价值。
实施例三
本实施例需要较为精密的装配，才能产生较好的光学效率，尤其是所述LED光源1、光棒转偏模组2和重叠透镜模组3的装配精度，见图4-6所示。
如图4-5的展示，重叠透镜模组3包含的第一透镜31、第二透镜32和第三透镜33，安装于一个精密的外筒34上；将所述LED光源1、光棒转偏模组2和重叠透镜模组3组合成一个精密的照明总成模块，这样生产时可以有更灵活的流程部署。上述光学材料实现较好的同轴度和精度后，再安装到光学引擎盒13上，这样可降低光学引擎盒13的结构精度要求，降低成本。
进一步地，图5是所述LED光源1、光棒转偏模组2和重叠透镜模组3装配成一个照明总成模块后的分解图。其中，所述积分棒21视选择的类型，当选择玻璃棒时，由于玻璃棒的四个全反射面不能接触到其它材料，此时需将透反平板的入射面和LED光源1的基板102相贴合，透反平板出射面上的反射部和积分棒21相贴合，再和外筒34组装；或者将光棒转偏模组2的出射面即增亮型偏光板23的出射面与第一透镜31的入射面相贴合，以通过第一透镜31组装到外筒34内。
实施例四
如图6所示，本实施例提供的一种投影机光学引擎100，包括散热器10、风机11、防尘装置12、光学引擎盒13和实施例一至三所述的投影机光学系统；所述投影机光学系统、风机11和防尘装置12安装于所述光学引擎盒13上；所述聚焦透镜5与LCD光阀6之间、所述LCD光阀6与场镜7之间形成有抽风通道，所述防尘装置12和所述风机11分别位于所述抽风通道的进风口和出风口处；所述散热器10用于对所述LED光源1散热，且所述风机11对准所述散热器10的鳍片；所述光学引擎盒13除所述防尘装置12能进风和所述风机11能出风外，其余部位呈密封状态。
本实施例中在风机11和散热器10作用下实现LCD光阀6和LED光源1同时散热，并通过防尘装置12防止灰尘进入，提高投影机使用寿命。
本实施例中，LCD光阀6和LED光源1采用同一风机11，节约投影机电源功耗，且整体结构紧凑，降低整体外形尺寸和投影机运行噪音。
本实施例中所述LED光源1、光棒转偏模组2和重叠透镜模组3作为一个光学零件模组，能实现较好的同轴度和精度，安装于光学引擎盒13上时，能够有效降低光学引擎盒13的结构精度要求，降低成本，提高生产效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、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同物界定。

Claims (13)

1.一种投影机光学系统，其特征在于，包括按光线行进方向依次设置的LED光源(1)、光棒转偏模组(2)、重叠透镜模组(3)、第一反射镜(4)、聚焦透镜(5)、LCD光阀(6)、场镜(7)、第二反射镜(8)和投影镜头(9)；
所述光棒转偏模组(2)包括按光线行进方向依次贴合设置的积分棒(21)、偏光调制板(22)和增亮型偏光板(23)；
所述积分棒(21)的入射面上设有允许光线透射的透光部(2101)和对光线进行反射的反射部(2102)；
所述透光部(2101)的尺寸和面积大于等于所述LED光源(1)的发光表面(101)的尺寸和面积；
所述透光部(2101)和所述LED光源(1)的发光表面(101)相对。
2.根据权利要求1所述的投影机光学系统，其特征在于，所述积分棒(21)采用玻璃制作的实心的玻璃棒、四个平面内壁具有反光功能的空心的光隧道或内壁为曲面形状且曲面表面具有反光功能的空心的导光管中的任一种。
3.根据权利要求1所述的投影机光学系统，其特征在于，所述偏光调制板(22)采用位相板或宽波长的退偏器；
或者所述偏光调制板(22)采用不改变入射偏振光偏振态的无源旋光器、会改变入射偏振光偏振态的无源延迟器或有源旋光器中的任一种或是任意几种的组合；
或者所述偏光调制板(22)采用散射片或扩散片。
4.根据权利要求3所述的投影机光学系统，其特征在于，所述无源延迟器采用四分之一波片或八分之一波片中的一种或是任意几种的组合。
5.根据权利要求1所述的投影机光学系统，其特征在于，所述增亮型偏光板(23)采用具有增亮功能的线栅式偏光片或具有增亮功能的反射式偏光片。
6.根据权利要求1所述的投影机光学系统，其特征在于，所述重叠透镜模组(3)包括按光线行进方向依次设置的两片以上的透镜。
7.根据权利要求6所述的投影机光学系统，其特征在于，所述重叠透镜模组(3)包括用于固定所述透镜的外筒(34)。
8.根据权利要求6所述的投影机光学系统，其特征在于，所述透镜的数量为三片，分别为按光线行进方向依次设置的第一透镜(31)、第二透镜(32)和第三透镜(33)。
9.根据权利要求7所述的投影机光学系统，其特征在于，所述LED光源(1)的基板(102)和所述外筒(34)相贴合。
10.根据权利要求1所述的投影机光学系统，其特征在于，所述积分棒(21)入射面上的透光部(2101)和反射部(2102)制作于一片透反平板上；所述透反平板的反射部(2102)和所述积分棒(21)相贴合。
11.一种投影机光学引擎，其特征在于，包括散热器(10)、风机(11)、防尘装置(12)、光学引擎盒(13)和权利要求1-10任一项所述的投影机光学系统；所述投影机光学系统、风机(11)和防尘装置(12)安装于所述光学引擎盒(13)上；所述聚焦透镜(5)与LCD光阀(6)之间、所述LCD光阀(6)与场镜(7)之间形成有抽风通道，且所述防尘装置(12)和风机(11)分别位于所述抽风通道的进风口和出风口处；所述散热器(10)用于对所述LED光源(1)散热，且所述风机(11)对准所述散热器(10)的鳍片；所述光学引擎盒(13)除所述防尘装置(12)能进风和所述风机(11)能出风外，其余部位呈密封状态。
12.一种权利要求1-10任一项所述投影机光学系统的投影方法，其特征在于，包括如下步骤：
所述LED光源(1)出射的光线经所述光棒转偏模组(2)积分和偏振光变换后，通过所述重叠透镜模组(3)将积分的光线经所述第一反射镜(4)反射和聚焦透镜(5)聚焦后叠加在所述LCD光阀(6)上，且所述LCD光阀(6)出射的光线依次经场镜(7)、第二反射镜(8)后从投影镜头(9)投射出去。
13.根据权利要求12所述的投影方法，其特征在于，所述光棒转偏模组(2)使投影机光线利用效率提高的总增加量ηinc为：
ηinc＝ΔψR+ΔψL；
其中：
Figure FDA0002468819250000031
Figure FDA0002468819250000032
其中：ΔψR为所述反射部(2102)对应使投影机光线利用效率提高的增加量；ΔψL为所述LED光源(1)对应使投影机光线利用效率提高的增加量；β为偏光调制板(22)的调制效率；TL为积分棒(21)的透射率；TP、RP分别为增亮型偏光板(23)的透过率和反射率；AS为透光部(2101)的面积；AL为积分棒(21)入射面的面积；RM为反射部(2102)的表面反射率；LR为LED光源(1)包括的发光表面(101)和基板(102)共同作用的反射率。
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