CN111929973A - 用于投影机的五通道led光路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于投影机的五通道LED光路结构，主要涉及投影机技术领域；包括第一通道LED光源、第二通道LED光源、第三通道LED光源、第四通道LED光源、第五通道LED光源；第一透镜组；第二透镜组；第三透镜组；第四透镜组；第五透镜组；第一二向色镜；第一反射镜；第二二向色镜；复眼透镜；第二反射镜；第一中继透镜和第二中继透镜；DMD芯片；TIR棱镜；本发明具有结构紧凑、亮度高、色彩饱和度和光线均匀性好、成本低廉的特点。

Description

用于投影机的五通道LED光路结构
技术领域
本发明涉及投影机技术领域，具体是用于投影机的五通道LED光路结构。
背景技术
众所周知的，LED光源投影机具有较长的使用寿命、便携的机身构造、较强的价格优势，但与激光光源投影机相比，在色彩饱和度、亮度、对比度方面还是具有一定差距，此外，LED光源光线的高离散度也对投影机的性能产生了一定影响。
为了获得较好的色彩表现，目前常用的LED投影光路一般采用RGB合光的方式，但是不同颜色LED的光效不同，通常红色LED和绿色LED的光效比较低，这样不仅会造成画面整体亮度不足，还会影响画面的色彩表现。红色LED对投影画面画质、色彩饱和度影响较大，绿色LED对投影画面整体亮度的影响较大，但是，单纯提高投影光路中红色LED和绿色LED的比重，会导致单色光源各自的光斑不一致，单色光源合光后的合成色光的颜色均匀性差。
因此，开发一款亮度高、色彩饱和度高、光线均匀性良好的LED投影光路，是现在亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种结构紧凑、亮度高、色彩饱和度和光线均匀性好、成本低廉的用于投影机的五通道LED光路结构。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
用于投影机的五通道LED光路结构，包括：第一通道LED光源、第二通道LED光源、第三通道LED光源、第四通道LED光源、第五通道LED光源；
用于将第一通道LED光源的出射光汇聚成近似平行光的第一透镜组；
用于将第二通道LED光源的出射光汇聚成近似平行光的第二透镜组；
用于将第三通道LED光源的出射光汇聚成近似平行光的第三透镜组；
用于将第四通道LED光源的出射光汇聚成近似平行光的第四透镜组；
用于将第五通道LED光源的出射光汇聚成近似平行光的第五透镜组；
用于对第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组出射的近似平行光进行合光的第一二向色镜；
用于对第五透镜组出射的近似平行光进行反射的第一反射镜；
用于将第一二向色镜的合光、第四透镜组出射的近似平行光和第一反射镜的反射光进行合光的第二二向色镜；
用于接收第二二向色镜的出射光并透射出均匀光强光线的复眼透镜；
用于反射复眼透镜出射光的第二反射镜；
用于将第二反射镜出射的反射光进一步转化为平行光并传递至后续光路的第一中继透镜和第二中继透镜；
用于成像的DMD芯片；
用于将第二中继透镜的出射平行光进行全反射并传递至DMD芯片的TIR棱镜；
所述第一通道LED光源、第三通道LED光源、第一透镜组、第三透镜组的光轴在同一直线上，所述第二通道LED光源、第二透镜组的光轴在同一直线上，所述第二通道LED光源的光轴与第一通道LED光源的光轴垂直，所述第四通道LED光源、第四透镜组、复眼透镜的光轴在同一直线上，所述第四通道LED光源的光轴与第一通道LED光源的光轴平行，所述第五通道LED光源、第五透镜组的光轴在同一直线上，所述第五通道LED光源的光轴与第一通道LED光源的光轴平行，所述第一中继透镜和第二中继透镜的光轴在同一直线上，所述第一中继透镜的光轴与第二通道LED光源的光轴平行。
进一步的，所述第二二向色镜位于第一二向色镜与第一反射镜之间；所述第一二向色镜倾斜布置在第一透镜组与第三透镜组之间；所述第二透镜组位于第一二向色镜远离第二二向色镜的一侧；所述第二二向色镜倾斜布置在第四透镜组与复眼透镜之间；所述第二反射镜倾斜布置在复眼透镜远离第二二向色镜的一侧。
进一步的，所述第一通道LED光源、第三通道LED光源、第五通道LED光源均为相同参数构造的蓝色LED光源，所述第二通道LED光源为绿色LED光源，所述第四通道LED光源为红色LED光源。
进一步的，所述第一二向色镜为透绿反蓝二向色镜，所述第二二向色镜为透红反蓝、绿二向色镜。
进一步的，所述第一二向色镜放置于第一通道LED光源的光轴与第二通道LED光源的光轴的交叉点位置，所述第一二向色镜的镜片法向分别与第一通道LED光源的光轴、第二通道LED光源的光轴呈45°夹角。
进一步的，所述第二二向色镜放置于第二通道LED光源的光轴与复眼透镜的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二通道LED光源的光轴、复眼透镜的光轴呈45°夹角。
进一步的，所述第一反射镜放置于第二通道LED光源的光轴与第五通道LED光源的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二通道LED光源的光轴、第五通道LED光源的光轴呈45°夹角。
进一步的，所述第二反射镜放置于第四通道LED光源的光轴与第一中继透镜的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第四通道LED光源的光轴、第一中继透镜的光轴呈45°夹角。
进一步的，所述第二通道LED光源上配有可以被蓝色LED光束激发出绿色光束的荧光粉，所述第四通道LED光源上配有可以被蓝色LED光束激发出红色光束的荧光粉。
进一步的，所述蓝色LED光源发出的蓝色光束的光路短于绿色LED光源发出的绿色光束的光路，所述绿色LED光源发出的绿色光束的光路短于红色LED光源发出的红色光束光路。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明在传统RGB三色LED光路的基础上增加了红色光束和绿色光束的补充通道，增加了系统中红色光束和绿色光束的效率，对系统的亮度和色彩有较大的提升，同时通过在光路设计中合理规划各透镜组和中继透镜的焦距，布置复眼透镜的位置，保证了系统各色色光的光斑一致性和均匀性，提升了投影系统的色彩表现和亮度表现。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的光路图。
附图中标号：1、第一通道LED光源；2、第二通道LED光源；3、第三通道LED光源；4、第四通道LED光源；5、第五通道LED光源；6、第一透镜组；7、第二透镜组；8、第三透镜组；9、第四透镜组；10、第五透镜组；11、第一二向色镜；12、第二二向色镜；13、第一反射镜；14、复眼透镜；15、第二反射镜；16、第一中继透镜；17、第二中继透镜；18、TIR棱镜；19、DMD芯片；20、第一光轴；21、第二光轴；22、第三光轴；23、第四光轴；24、第五光轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例：如附图1-2所示，本发明所述是用于投影机的五通道LED光路结构，包括：第一通道LED光源1、第二通道LED光源2、第三通道LED光源3、第四通道LED光源4、第五通道LED光源5；
用于将第一通道LED光源1的出射光汇聚成近似平行光的第一透镜组6；
用于将第二通道LED光源2的出射光汇聚成近似平行光的第二透镜组7；
用于将第三通道LED光源3的出射光汇聚成近似平行光的第三透镜组8；
用于将第四通道LED光源4的出射光汇聚成近似平行光的第四透镜组9；
用于将第五通道LED光源5的出射光汇聚成近似平行光的第五透镜组10；
用于对第一透镜组6、第二透镜组7、第三透镜组8出射的近似平行光进行合光的第一二向色镜11；
用于对第五透镜组10出射的近似平行光进行反射的第一反射镜13；
用于将第一二向色镜11的合光、第四透镜组9出射的近似平行光和第一反射镜13的反射光进行合光的第二二向色镜12；
用于接收第二二向色镜12的出射光并透射出均匀光强光线的复眼透镜14；
用于反射复眼透镜14出射光的第二反射镜15；
用于将第二反射镜15出射的反射光进一步转化为平行光并传递至后续光路的第一中继透镜16和第二中继透镜17；
用于成像的DMD芯片19；
用于将第二中继透镜17的出射平行光进行全反射并传递至DMD芯片19的TIR棱镜18；
所述第一通道LED光源1、第三通道LED光源3、第一透镜组6、第三透镜组8的光轴在同一直线上，将第一通道LED光源1、第三通道LED光源3、第一透镜组6、第三透镜组8的光轴定义为第一光轴20(如附图1中点划线)；所述第二通道LED光源2、第二透镜组7的光轴在同一直线上，将第二通道LED光源2、第二透镜组7的光轴定义为第二光轴21(如附图1中点划线)，第二光轴21与第一光轴20垂直；所述第四通道LED光源4、第四透镜组9、复眼透镜14的光轴在同一直线上，将第四通道LED光源4、第四透镜组9、复眼透镜14的光轴定义为第三光轴22(如附图1中点划线)，第三光轴22与第一光轴20平行；所述第五通道LED光源5、第五透镜组10的光轴在同一直线上，将第五通道LED光源5、第五透镜组10的光轴定义为第四光轴23，第四光轴23与第三光轴22平行，且垂直于第二光轴21；所述第一中继透镜16和第二中继透镜17的光轴在同一直线上，将第一中继透镜16和第二中继透镜17的光轴定义为第五光轴24，第五光轴24与第二光轴21平行，且与第一光轴20垂直。
进一步的，所述第二二向色镜12位于第一二向色镜11与第一反射镜13之间；所述第一二向色镜11倾斜布置在第一透镜组6与第三透镜组8之间；所述第二透镜组7位于第一二向色镜11远离第二二向色镜12的一侧；所述第二二向色镜12倾斜布置在第四透镜组9与复眼透镜14之间；所述第二反射镜15倾斜布置在复眼透镜14远离第二二向色镜12的一侧。
进一步的，所述第一通道LED光源1、第三通道LED光源3、第五通道LED光源5均为相同参数构造的蓝色LED光源，所述第二通道LED光源2为绿色LED光源，所述第四通道LED光源4为红色LED光源。
进一步的，所述第一二向色镜11为透绿反蓝二向色镜，所述第二二向色镜12为透红反蓝、绿二向色镜。
进一步的，所述第一二向色镜11放置于第一通道LED光源1的光轴与第二通道LED光源2的光轴的交叉点位置，所述第一二向色镜11的镜片法向分别与第一光轴20、第二光轴21呈45°夹角。
进一步的，所述第二二向色镜12放置于第二通道LED光源2的光轴与复眼透镜14的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二光轴21、第三光轴22呈45°夹角。
进一步的，所述第一反射镜13放置于第二通道LED光源2的光轴与第五通道LED光源5的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二光轴21、第四光轴23呈45°夹角。
进一步的，所述第二反射镜15放置于第四通道LED光源4的光轴与第一中继透镜16的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第三光轴22、第五光轴24呈45°夹角。
进一步的，为了提升投影机系统的色彩和亮度表现，提升系统中绿色和红色光束的能量，本发明中引入了第三通道LED光源3、第五通道LED光源5分别作为绿色LED和红色LED光源的补充光源，第二通道LED光源上2配有可以被蓝色LED光束激发出绿色光束的荧光粉，第四通道LED光源4上配有可以被蓝色LED光束激发出红色光束的荧光粉。
进一步的，为了保证光路系统中蓝色、绿色、红色光束色彩和亮度的匹配性，保证最终成像在DMD芯片上不同颜色光束光斑的一致性和均匀性，并在一定程度上控制系统成本，本光路系统设计的蓝色光束的光路短于红色和绿色光束光路，绿色光束光路短于红色光束光路，同时需要根据光路结构合理设计第一透镜组6、第二透镜组7、第三透镜组8、第四透镜组9、第五透镜组10的焦距，以及第一中继透镜16和第二中继透镜17的焦距。
如附图2所示，本实施例的工作原理是:第一通道LED光源1发出蓝色LED光束，蓝色光束通过第一透镜组6后被会聚成近似平行光，近似平行的蓝色光束照射到第一二向色镜11上，因为第一二向色镜11为透绿反蓝二向色镜，蓝色光束被第一二向色镜11反射至第二二向色镜12，第二二向色镜12为透红反蓝、绿二向色镜，蓝色光束进一步被第二二向色镜12反射至复眼透镜14；
由于绿色LED的光效率较低，绿色又对投影机画面亮度表现影响较大，本实施例中除了设计单独的绿色LED通道外，又额外增加了绿色LED补充通道，第二通道LED光源2直接发出绿色LED光束，同时第二通道LED光源2上配有可以被蓝色LED光束激发出绿色光束的荧光粉，第三通道LED光源3发射出的蓝色LED光束通过第三透镜组8后被会聚成近似平行光，近似平行的蓝色光束照射到第一二向色镜11后被反射至第二透镜组7，第二透镜组7将近似平行光束进行会聚后出射至第二通道LED光源2的荧光粉上，激发出绿色光束，激发出的绿色光束与第二通道LED光源2直接发出的绿色光束一起进入第二透镜组7，被会聚成为近似平行的绿色光束，绿色光束出射至第一二向色镜11，绿色光束透过第一二向色镜11，经过第二二向色镜12反射后，出射至复眼透镜14；
由于红色LED的光效率较低，红色又对投影机的色彩饱和度影响较大，本实施例中除了设计单独的红色LED通道外，又额外增加了红色LED补充通道，第四通道LED光源4直接发出红色LED光束，同时第四通道LED光源4上配有可以被蓝色LED光束激发出红色光束的荧光粉，第五通道LED光源5发射出的蓝色LED光束通过第五透镜组10后被会聚成近似平行光，近似平行的蓝色光束照射到第一反射镜13后被反射至第二二向色镜12，第二二向色镜12将蓝色光束再次反射至第四透镜组9，第四透镜组9将近似平行光束进行会聚后出射至第四通道LED光源4的荧光粉上，激发出红色光束，激发出的红色光束与第四通道LED光源4直接发出的红色光束一起进入第四透镜组9，被会聚成为近似平行的红色光束，红色光束出射至第二二向色镜12，红色光束透过第二二向色镜12，出射至复眼透镜14；
以上出射至复眼透镜14的蓝色、绿色、红色光束通过复眼透镜14进行合光，通过复眼透镜14后可获得亮度一致，色彩均匀的方形蓝色、绿色和红色光束，由复眼透镜14出射的均匀光束照射至第二反射镜15并被反射进入第一中继透镜16和第二中继透镜17，光束被进一步均匀化和会聚，最后出射至TIR棱镜18并被全反射进入DMD芯片19，进入后续的成像光路。
本发明在传统RGB三色LED光路的基础上增加了红色光束和绿色光束的补充通道，增加了系统中红色光束和绿色光束的效率，对系统的亮度和色彩有较大的提升，同时通过在光路设计中合理规划各透镜组和中继透镜的焦距，布置复眼透镜的位置，保证了系统各色色光的光斑一致性和均匀性，提升了投影系统的色彩表现和亮度表现。虽然补充通道的引入一定程度增加了系统的复杂性，但是相比单纯提升光源功率带来的散热风险和成本提升，还是具有较大优势的。

Claims (10)

1.用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于，包括：第一通道LED光源(1)、第二通道LED光源(2)、第三通道LED光源(3)、第四通道LED光源(4)、第五通道LED光源(5)；
用于将第一通道LED光源(1)的出射光汇聚成近似平行光的第一透镜组(6)；
用于将第二通道LED光源(2)的出射光汇聚成近似平行光的第二透镜组(7)；
用于将第三通道LED光源(3)的出射光汇聚成近似平行光的第三透镜组(8)；
用于将第四通道LED光源(4)的出射光汇聚成近似平行光的第四透镜组(9)；
用于将第五通道LED光源(5)的出射光汇聚成近似平行光的第五透镜组(10)；
用于对第一透镜组(6)、第二透镜组(7)、第三透镜组(8)出射的近似平行光进行合光的第一二向色镜(11)；
用于对第五透镜组(10)出射的近似平行光进行反射的第一反射镜(13)；
用于将第一二向色镜(11)的合光、第四透镜组(9)出射的近似平行光和第一反射镜(13)的反射光进行合光的第二二向色镜(12)；
用于接收第二二向色镜(12)的出射光并透射出均匀光强光线的复眼透镜(14)；
用于反射复眼透镜(14)出射光的第二反射镜(15)；
用于将第二反射镜(15)出射的反射光进一步转化为平行光并传递至后续光路的第一中继透镜(16)和第二中继透镜(17)；
用于成像的DMD芯片(19)；
用于将第二中继透镜(17)的出射平行光进行全反射并传递至DMD芯片(19)的TIR棱镜(18)；
所述第一通道LED光源(1)、第三通道LED光源(3)、第一透镜组(6)、第三透镜组(8)的光轴在同一直线上，所述第二通道LED光源(2)、第二透镜组(7)的光轴在同一直线上，所述第二通道LED光源(2)的光轴与第一通道LED光源(1)的光轴垂直，所述第四通道LED光源(4)、第四透镜组(9)、复眼透镜(14)的光轴在同一直线上，所述第四通道LED光源(4)的光轴与第一通道LED光源(1)的光轴平行，所述第五通道LED光源(5)、第五透镜组(10)的光轴在同一直线上，所述第五通道LED光源(5)的光轴与第一通道LED光源(1)的光轴平行，所述第一中继透镜(16)和第二中继透镜(17)的光轴在同一直线上，所述第一中继透镜(16)的光轴与第二通道LED光源(2)的光轴平行。
2.根据权利要求1所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第二二向色镜(12)位于第一二向色镜(11)与第一反射镜(13)之间；所述第一二向色镜(11)倾斜布置在第一透镜组(6)与第三透镜组(8)之间；所述第二透镜组(7)位于第一二向色镜(11)远离第二二向色镜(12)的一侧；所述第二二向色镜(12)倾斜布置在第四透镜组(9)与复眼透镜(14)之间；所述第二反射镜(15)倾斜布置在复眼透镜(14)远离第二二向色镜(12)的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第一通道LED光源(1)、第三通道LED光源(3)、第五通道LED光源(5)均为相同参数构造的蓝色LED光源，所述第二通道LED光源(2)为绿色LED光源，所述第四通道LED光源(4)为红色LED光源。
4.根据权利要求1所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第一二向色镜(11)为透绿反蓝二向色镜，所述第二二向色镜(12)为透红反蓝、绿二向色镜。
5.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第一二向色镜(11)放置于第一通道LED光源(1)的光轴与第二通道LED光源(2)的光轴的交叉点位置，所述第一二向色镜(11)的镜片法向分别与第一通道LED光源(1)的光轴、第二通道LED光源(2)的光轴呈45°夹角。
6.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第二二向色镜(12)放置于第二通道LED光源(2)的光轴与复眼透镜(14)的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二通道LED光源(2)的光轴、复眼透镜(14)的光轴呈45°夹角。
7.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第一反射镜(13)放置于第二通道LED光源(2)的光轴与第五通道LED光源(5)的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第二通道LED光源(2)的光轴、第五通道LED光源(5)的光轴呈45°夹角。
8.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第二反射镜(15)放置于第四通道LED光源(4)的光轴与第一中继透镜(16)的光轴的交叉点位置，镜片法向分别与第四通道LED光源(4)的光轴、第一中继透镜(16)的光轴呈45°夹角。
9.根据权利要求1或2所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述第二通道LED光源(2)上配有可以被蓝色LED光束激发出绿色光束的荧光粉，所述第四通道LED光源(4)上配有可以被蓝色LED光束激发出红色光束的荧光粉。
10.根据权利要求3所述的用于投影机的五通道LED光路结构，其特征在于：所述蓝色LED光源发出的蓝色光束的光路短于绿色LED光源发出的绿色光束的光路，所述绿色LED光源发出的绿色光束的光路短于红色LED光源发出的红色光束光路。
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