CN113741131B - 尺寸紧凑的多通道光学引擎投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尺寸紧凑的光学引擎设备，包括组合多个R/G/B LED的至少一个楔形二向色镜或二向色X板/二向色合光棱镜、以及用于小型化光学引擎系统的折叠镜或直角棱镜的折叠光路组件。此外，该设备可包括至少一个峰值波长超过630nm的长波长红光光源。还公开了一种2通道/3通道/4通道尺寸紧凑的光学引擎设备，该设备包括至少一个红色光源、蓝色光源和绿色光源，所述光源由楔形二向色镜或二向色X板/二向色合光棱镜组合到同轴光路中而不增加光学扩展量，并且照射DMD微显示器，随后通过投影透镜将来自微显示器的图像投影到屏幕上。

Description

尺寸紧凑的多通道光学引擎投影设备
技术领域
本发明涉及一种光学引擎设备，具体地，涉及一种用于投影光学引擎系统的尺寸紧凑的多通道光学引擎设备，该尺寸紧凑的多通道光学引擎设备可以包括性能卓越的光束组合器，如楔形二向色板、X板二向色镜或二向色合光棱镜。
背景技术
近来，由于投影显示器的便携性和移动性，尤其是随着如激光器和发光二极管(LED)的半导体光源的技术进步，微显示投影获得了很大的吸引力。微显示投影已经广泛地用于微型投影仪(pico-projector)、智能移动投影仪、智能扬声器投影、智能TV以及其他投影显示应用。其中，重要的是：需要具有尺寸紧凑的光学引擎、应用于如小型电器嵌入式投影模块和袖珍微型投影仪所需的良好的热管理解决方案以及高亮度。
使用多个R/G/B LED的多通道光学引擎设备的现有技术可以实现高亮度，但具有多个R/G/B LED的光学引擎的体积通常具有庞大的尺寸，这限制了其作为嵌入式投影模块在智能消费电子装置中的应用。在当前市场上，高亮度微型投影仪通常具有大尺寸，而小型紧凑投影仪通常只能实现低亮度输出。因此，需要一种多通道光学引擎，该多通道光学引擎使用多个R/G/B LED来实现高亮度而且具有最小化的光学引擎体积。
为了在尺寸紧凑的光学引擎中使用多个R/G/B LED，可以将2个LED芯片或3个LED芯片封装在同一个基板上，并且使其光束进入同一个光通道，以便光准直。在投影系统中，为了有效地使用从光源发射的光，光学扩展量匹配是非常重要的，因此为了将通常在LED发射光的65～75度FWHM光束角内的大部分光耦合到具有诸如TI DMD(数字微镜装置)面板，或者反射式液晶微显示面板(LCOS)的微显示器的投影系统中，需要LED光束的最佳尺寸。在投影系统中，将多个光谱的光组合到同轴光路中而不增加光学扩展量是非常关键的。因此，需要将来自封装在同一基板上的2个或3个LED芯片发出的光组合到同轴光路中而不增加光学扩展量。二向色镜组合是一种组合多个波长的光的好方法，该方法可以反射特定波长范围的光，但通过其他波长范围的光。它通常包括在一个二向色镜中镀膜的30～50个电介质层。低通或高通二向色镜的镀膜相对容易，这种二向色镜可以反射或透射蓝光，但通过或反射较长波长的绿光和红光；或者反射红光，但通过蓝光和绿光。单带通二向色镜的镀膜也相对容易，但是多带通滤光片的镀膜难度就比较大。因此，需要设计一种多通道光学引擎配置，该多通道光学引擎配置通过在尺寸紧凑的光学引擎设备中使用简单的低通、高通或单带通二向色镜来将R/G/B光学装置组合到同轴光路中，以便获得高亮度输出。
发明内容
为了解决具有多光谱光学装置的高亮度光学引擎的庞大尺寸的问题，本发明公开了一种具有性能卓越的光束组合器和特定的光路折叠配置的尺寸紧凑的多通道光学引擎设备，该设备使光学引擎系统的围合空间微型化。该尺寸紧凑的多通道光学引擎设备包括至少一个红色波长装置、至少一个绿色波长装置、至少一个蓝色波长装置以及至少一个性能卓越的光束组合器，其中，发射不同光谱的至少两个LED芯片封装在同一个基板上，并且进入同一光准直通道，并且不同光谱的光束将被性能卓越的光束组合器组合，该性能卓越的光束组合器可以是楔形二向色镜或衍射光栅板；此外，红色波长光可以包括发射峰值波长超过630nm的第一红色光束的长波长红光装置和发射峰值波长小于630nm的第二红色光束的短波长红光装置，以便增强红光亮度。本发明公开了单通道/2通道/3通道/4通道光学引擎设备，该设备利用多光谱LED实现高亮度光学引擎输出，而且利用特定的光路折叠配置来实现紧凑的尺寸。将该光学引擎设备中的楔形二向色镜、X板二向色镜以及标准二向色镜的二向色滤光镀膜配置为仅使用高通滤光片、低通滤光片或单带通滤光片，以便于制造。
当至少两个LED芯片封装在同一个基板上时，两个不同的LED光束将进入同一光准直通道中，但将由性能卓越的光束组合器组合到同轴光路中。该性能卓越的光束组合器可以是楔形二向色镜或衍射光栅部件。楔形二向色镜可以是楔形板，并且楔形板的各个侧面具有不同的二向色滤光镀膜。楔形二向色镜可以用两个二向色板(镜)来代替，各个板在一侧上具有不同的二向色滤光镀膜，并且两个二向色板(镜)以一定角度布置。对于由楔形二向色镜组合的光束，将两个不同波长的LED芯片封装在同一个基板上，并且来自两个波长的LED芯片的光将进入同一光通道中进行光准直，但两个波长的光束以不同角度入射到楔形二向色镜上，并且将被楔形二向色镜的不同侧反射，其中，楔形二向色镜被配置为具有楔角和一定的厚度，使得两个波长的光束在被楔形二向色镜的两侧反射后的主轴将重叠到同轴光通道中，而不增加光学扩展量。衍射光栅部件是表面起伏的色散光栅，该光栅根据其光谱含量在空间上分离多色光，并且衍射光栅可以被适当地设计为当在反向光路中使用时用作多光谱光束组合器。
在本发明的几个实施方式中，公开了尺寸紧凑的多通道光学引擎设备，这些尺寸紧凑的多通道光学引擎设备可以包括多个R/G/B LED装置、可以包括楔形二向色镜的性能卓越的光束组合器、以及被配置为使光学引擎投影设备的围合空间最小化的折叠光路组件，该楔形二向色镜可以由两个按楔形角放置的的二向色镜的组合代替，其中，折叠光路组件可以包括光路转折棱镜，该光路转折棱镜可以使用TIR(内部全反射)棱镜来节省光学引擎设备中的空间并提高投影系统的对比度水平，或者可以使用RTIR(反向内部全反射)棱镜来折叠光路，或者可使用用于LCOS投影系统的PBS(偏振分光棱镜)以便使光学引擎围合空间最小化，并且提高图像质量，其中，TIR棱镜和RTIR棱镜可结合数字微镜阵列(DMD)使用，而PBS偏振分光棱镜可结合LCOS反射式液晶微显示面板使用，PBS偏振分光棱镜通过反射一种偏振态的光而透射另外一种偏振态的光，从而实现光路折叠。此外，多个R/G/B LED装置可以包括峰值波长长于630nm的长波长红光装置。通过使用波长长于630nm的深红色峰值波长的长波长红光LED，可以大幅提高绿光/红光的组合效率，而且具有红光对高驱动电流密度和高占空比不太敏感的益处。热管或毛细热管或蒸汽室的解决方案可以用于该尺寸紧凑的投影系统的热管理(散热)。
根据本发明的几个实施方式，在尺寸紧凑的双通道光学引擎设备中，红色LED芯片和蓝色LED芯片封装在同一个基板上，来自红色LED芯片和蓝色LED芯片的光束将进入同一光准直通道中，并且将由楔形二向色镜与绿光一起组合到同轴光路中。在该光学引擎设备中使用了折叠镜和RTIR棱镜，来将光路折叠两次，以便小型化光学引擎设备。RTIR棱镜部件通常包括楔形棱镜和直角棱镜，并且楔形棱镜可以与聚光透镜粘合成胶合中继透镜。在另一双通道尺寸紧凑的光学引擎设备中，封装在一起的R/B LED装置和绿色LED装置可以位于同一平坦表面中，以便用单个热沉或热管进行简单的热管理。
在本发明的其他实施方式中，红色LED芯片、绿色LED芯片以及蓝色LED芯片被封装在同一个基板上并且进入到同一准直通道中。当荧光转换绿色LED芯片与红色LED芯片和蓝色LED芯片一起封装在同一个基板上时，发射平面移位板可以放置在红色LED芯片和蓝色LED芯片的顶部上，以提升红色LED和蓝色LED的发光平面并且与处于荧光粉转换板的顶部上的荧光转换绿色LED芯片的发光平面对齐。发射平面移位板可以是透明玻璃板、顶部具有微结构的玻璃板或与纤维束熔接的光纤面板。在尺寸紧凑的单通道光学引擎设备中，多光谱光将通过将两个楔形二向色镜胶合到同轴光路中来组合，而不增加光学扩展量，其中，胶合的两个楔形镜可以在粘合表面之间具有气隙。来自单个通道的R/G/B光将以不同的角度进入胶合的两个楔形二向色镜中并且在胶合的两个楔形二向色镜的三个表面处反射，其中，R/G/B光束将在离开两个楔形二向色镜之后被组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。RTIR棱镜部件用于折叠光路，以便实现小型化的光学引擎设备，其中，RTIR棱镜部件中的楔形棱镜可以与聚光透镜粘合，以便于容易地组装光学引擎，该聚光透镜是非球面平凸透镜，用作照射微显示面板的胶合中继透镜。在另一单通道光学引擎设备中，可以用以一定楔角放置的三个二向色板来代替胶合的两个楔形二向色镜，或者在另选的另一单通道光学引擎设备中，可以用一个二向色板加一个楔形二向色镜来代替胶合的两个楔形二向色镜。RTIR棱镜部件可以用TIR棱镜部件代替，其中，平凸透镜可以粘合到TIR棱镜的入射表面上。在这些具有3R/G/B LED装置的光学引擎设备中，红色LED装置可以发射峰值波长大于630nm的长波长红光，以使该设备具有很高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空不太敏感的优点。
在本发明的其它实施方式中，尺寸紧凑的双通道光学引擎设备具有可以被封装到两个基板上的四个R/G/B LED芯片，并且R/G/B光束将被两个楔形二向色镜或X板二向色镜组合到同轴光路中。在该光学引擎设备中使用了折叠镜和RTIR棱镜，来将光路折叠两次，以便小型化光学引擎设备。在尺寸紧凑的三通道光学引擎设备中，四个R/G/B LED芯片也可以是其中两个LED芯片封装在同一个基板上，而另外两个LED芯片封装在两个单独的基板上，并且四个LED光束将由楔形二向色镜或X板二向色镜组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。在该三通道光学引擎设备中，TIR棱镜部件可以用于折叠光路，以便实现光学引擎设备的小型化。四个R/G/B LED可以包括峰值波长长于630nm的长波长红色LED。当荧光转换绿色LED芯片与红色LED芯片或蓝色LED芯片一起封装在同一基板上时，发射平面移位板可以放置在红色LED芯片或蓝色LED芯片的顶部上，以提升红色LED或蓝色LED的发光平面并且与处于荧光粉转换板顶部上的荧光转换绿色LED的发光平面对齐。发射平面移位板可以是透明玻璃板、顶部具有微结构的玻璃板或与纤维束熔接的光纤面板。
在本发明的其它实施方式中，尺寸紧凑的三通道光学引擎设备包括五个具有不同光谱的R/G/B LED芯片，这些LED芯片中的四个被分别封装在两个基板上，并且由一个或两个楔形二向色镜或加上X板二向色镜与第五个LED光束组合到同轴光路中，TIR棱镜或RTIR棱镜部件可以用于这种具有5个不同光谱的LED的三通道光学引擎中。在尺寸紧凑的四通道光学引擎设备中，五个LED芯片中的两个LED芯片可以封装在同一基板上，而其它三个LED芯片分别封装在三个分开的基板上，并且它们的光束由楔形二向色镜和普通二向色镜组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。TIR棱镜或RTIR棱镜配置可以用于这种具有5个不同光谱LED的四通道光学引擎中。在尺寸紧凑的五通道光学引擎设备中，五个LED芯片也可以分别封装在五个单独的基板上，并且通过X板二向色镜和常规二向色镜组合到同轴光路中。这五个光谱的LED可以包括峰值波长长于630nm的长波长红色LED。
因此，本发明通过以下方式实现了一种尺寸紧凑的光学引擎设备：将至少两个不同光谱的LED芯片封装在同一个基板上并由性能卓越的光束组合器组合，并且使用特定的光路折叠组件来克服在高亮度投影系统中使用多光谱LED时光学引擎设备的尺寸庞大所带来的挑战。此外，使用了深红色的峰值波长超过630nm的长波长红光装置，或者将该波长的红光装置与红琥珀色的峰值波长小于630nm的短波长红光装置组合，以克服在高电流密度和高占空比下的红色LED光下降的问题、以及在绿色亮度增强的光学引擎设备中的红色LED光亮度遇到瓶颈的问题。利用本发明，可以在实现尺寸紧凑的高亮度光学引擎性能的情况下，达到高达5000lm的系统输出亮度。
本发明的范围由权利要求来限定。将通过考虑一个或多个实施方式的以下详细描述，来给予本领域技术人员对本公开的实施方式的更完全理解、以及本发明另外优点的实现。
附图说明
通过附图以及下面的描述，可以更好地理解本发明的技术方案，其中：
图1例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的第一实施方式；
图2例示了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备的第一实施方式；
图3例示了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备的另选实施方式；
图4例示了根据本发明的尺寸紧凑的单通道光学引擎设备的第一实施方式；
图5例示了根据本发明的尺寸紧凑的单通道光学引擎设备的另选实施方式；
图6例示了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图7例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另选实施方式；
图8例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图9例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图10例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图11例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图12例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图13例示了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一另选实施方式；
图14例示了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的第一实施方式；
图15例示了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的另选实施方式；以及
图16例示了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的另一个另选实施方式。
通过参考下面的详细描述，将最佳地理解本公开的实施方式及其优点。应当理解，同样的附图标记用于识别在一个或多个附图中例示的同样的元件。
具体实施方式
作为根据本发明的尺寸紧凑的高亮度3通道光学引擎设备的第一实施方式，该光学引擎设备包括5个LED装置，其中的四个LED芯片封装在两个基板上，在该尺寸紧凑的3通道光学引擎设备中，四个LED的光束将由性能卓越的光束组合器(如楔形二向色镜和X板二向色镜)与第五个LED光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。如图1所示，尺寸紧凑的三通道光学引擎设备包括：荧光转换绿色(CG)LED 102，在该LED 102中，绿色荧光粉板直接沉积在蓝色LED芯片的顶部；短波长蓝色泵浦(BP)LED 104，该LED 104发射430nm-450nm的峰值波长的蓝光，以从顶侧远程泵浦绿色荧光粉板；显示蓝色(B)LED 103，该LED 103发射440nm-460nm的峰值波长的蓝光；长波长红色LED 105，该LED 105发射640nm-660nm的深红色(DR)峰值波长的红光；以及短波长红色LED 101，该LED 101发射620nm左右的红琥珀色(R)峰值波长的红光。荧光转换绿色(CG)LED 102的荧光转换绿色(CG)LED芯片和短波长红色LED 101的红琥珀色(R)芯片可以封装在同一个基板上，其中，可以在红琥珀色芯片的顶部上放置发射平面移位板(未示出)，以将红光的发射平面提升为与荧光转换绿光的发射平面对齐，并且发射平面移位板可以为透明玻璃板、顶部具有微结构的玻璃板或与纤维束熔接的光纤面板；并且荧光转换绿色光束和红琥珀色光束由透镜101A会聚且然后进入到第一准直光通道中；短波长蓝色泵浦(BP)LED 104的短波长蓝色泵浦(BP)LED芯片和长波长红色(DR)LED 105的长波长深红色(DR)LED芯片封装在同一个基板上，蓝色泵浦光束和深红色光束由透镜104A会聚且然后进入到第二准直光通道中，并且蓝色泵浦(BP)光将从CG LED 102的荧光粉板的顶侧远程泵浦该荧光粉板。荧光转换绿色光束、红琥珀色光束以及深红色光束将由X板二向色镜110与显示蓝色光束组合，该显示蓝色光束从显示蓝色(B)LED 103发射并由透镜103A会聚，以作为第三准直光通道，该X板二向色镜包括普通二向色板110A和楔形二向色板110B，其中，楔形二向色板110B用于将来自荧光转换绿色LED 102的光和来自红琥珀色LED 101的光组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。深红色光的峰值波长需要与红琥珀色光的峰值波长相差不少于25nm，以减少二向色镜切割损失。X板二向色镜110中的普通二向色板110A的电介质二向色镀膜是低通滤光片，该滤光片反射深红光，但通过蓝光、绿光以及红琥珀色光。X板二向色镜110中的楔形二向色板110A的电介质二向色镀膜是单个带通滤波器；其中，楔形二向色镜110B的顶侧电介质镀膜将反射绿光，但是通过蓝光、红琥珀光以及深红光；而楔形二向色镜110B的底侧电介质镀膜将反射绿光和红光，但通过蓝光和深红光。对于封装在同一个基板上的荧光转换绿色芯片和红琥珀色芯片，荧光转换绿色光束和红琥珀色光束将由楔形二向色镜110B组合，两个不同波长的光束以不同的角度入射到楔形二向色镜110B上，并将由被配置成具有一定楔角的楔形二向色镜110B的不同侧反射，使得两个不同波长的光束在被楔形二向色镜110B的不同侧反射之后的主轴重叠到同轴光路中，而不增加光学扩展量。同轴光路R/G/B组合光将在通过聚光透镜130进入TIR棱镜140之前撞击复眼透镜阵列120以便均匀化。TIR棱镜140在此用于折叠来自聚光透镜130的照射光，并且折叠的光束将在从DMD微显示面板150反射之后进入投影透镜160中。热管或蒸汽通道方案(未示出)可以用于该3通道光学引擎设备的热管理，以使光学引擎的围合空间小型化。对于高达3000lm的高亮度光学引擎输出，可以在超过4～6A/mm2的高电流密度下驱动所有LED装置。CG LED 102是具有直接沉积在蓝色LED芯片顶部上的绿色荧光粉板的荧光转换绿色LED装置，并且可以用远程荧光粉转换绿光装置代替，该远程荧光粉转换绿光装置具有沉积在高反射且导热的基板上的绿色荧光粉并且蓝光从顶侧泵浦绿色荧光粉，或者CG LED102可以由具有附接到棒/管的多个蓝色LED芯片的荧光转换绿色棒/管代替，该棒/管的表面上镀膜有绿色荧光粉。
图2示出了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备，该设备包括绿色LED202、蓝色LED 203以及红色LED 205，其中，蓝色LED 203的蓝色LED芯片和红色LED 205的红色LED芯片封装在同一基板上，使得从蓝色LED 203发射的蓝色光束和从红色LED 205发射的红色光束将进入同一准直光通道中，蓝色/红色光束将与从绿色LED 202发射的绿色光束由楔形二向色镜210组合到同轴光路中。此外，红色LED 205可以发射峰值波长超过630nm的长波长深红光，并且该设备还包括折叠镜270，该折叠镜折叠光路，以使光学引擎的围合空间小型化。如图2所示，分别来自蓝色LED芯片和长波长深红色LED芯片的蓝色光束和红色光束将在楔形二向色镜210的两个不同侧处反射，并且进入同轴光路中，而不增加光学扩展量，其中，深红光LED 205可以发射峰值波长为640nm-660nm的长波长红光。组合的红光/绿光/蓝光将通过复眼透镜阵列220，然后被折叠镜270折叠并进入RTIR棱镜组件240中。常规RTIR棱镜包括直角棱镜和楔形棱镜，但是在该配置中，RTIR棱镜组件240包括为非球面平凸透镜的聚光透镜240A、楔形棱镜240B以及直角棱镜240C，其中，聚光透镜240A与楔形棱镜240B胶合为胶合中继光学器件。胶合中继光学器件用于将由复眼透镜阵列均匀化后的混合R/G/B光聚焦到微显示面板上，并且胶合中继光学器件的光轴与同轴光路轴线具有一倾斜角度，以确保混合R/G/B光束的主轴以一预定角度入射到微显示面板平面上。组合的R/G/B光依次通过聚光透镜240A、楔形棱镜240B以及直角棱镜240C，并将复眼透镜阵列(未示出)投影到DMD面板250上，以便均匀地照射DMD面板，然后被DMD面板250反射。从DMD面板250反射的光束将被RTIR棱镜组件240的直角棱镜240C折叠，并且由该小型化光学引擎设备中的投影透镜260将来自DMD面板250的图像投影到屏幕上。该具有折叠镜和胶合中继光学器件的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备可以大大减少光学部件的数量，以便于组装，而且是用于小型化光学引擎投影的低成本解决方案，该小型化光学引擎投影使用TI 0.2”和0.23”DMD面板以在智能电器(如智能扬声器、智能厨房用具、桌面投影仪、机器人等)中的微型投影和嵌入式投影中达到高达2000lm的亮度输出。
图3示出了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备的另一实施方式，该设备包括红色LED 301、蓝色LED 303以及绿色LED 302，其中，蓝色LED 303的蓝色LED芯片和红色LED 305的红色LED芯片封装在同一基板上，使得从蓝色LED 303发射的蓝色光束和从红色LED 305发射的红色光束将进入同一准直光通道中(即，第一准直光通道)。R/B光束将在被透镜301A会聚之后被折叠镜370反射，然后将在楔形二向色镜310的两个不同侧处反射。从绿色LED 302发射且由透镜302A会聚的作为第二准直光通道的绿色光束将通过楔形二向色镜310，并且与反射的R/B光束组合成同轴光束，而不增加光学扩展量。组合的红光/绿光/蓝光将通过复眼透镜阵列320和倾斜的聚光透镜330，进入到RTIR棱镜340中，然后投影到DMD面板350上，以便均匀照射DMD面板。在该小型化光学引擎设备中，倾斜的聚光透镜330的倾斜角被限定为使得混合RGB光束的主轴以一预定角度在微显示面板平面处入射。在被DMD面板350反射之后，反射光束将被RTIR棱镜340的直角棱镜折叠，并且由投影透镜360将来自DMD面板350的图像投影到屏幕上。在该设备中，红色LED 305可以发射长波长深红光，该深红光的峰值波长超过630nm，优选在640nm-660nm的范围内。在该光学引擎设备中使用折叠镜和RTIR棱镜，来将光路折叠两次。该尺寸紧凑的2通道光学引擎设备可以大大减小设备的体积，并且是用于小型化光学引擎投影的低成本解决方案，该小型化光学引擎投影使用TI0.2”和0.23”DMD面板来在智能电器(如智能扬声器、智能厨房用具、桌面投影仪、机器人等)中的微型投影和嵌入式投影中达到高达2000lm的系统亮度。此外，R/B封装的LED装置和绿色LED装置位于同一平面中，以便于用单个热沉或热管就能进行简单的热管理。
根据本公开的尺寸紧凑的单通道光学引擎设备的第一实施方式在图4中示出，该设备包括红色LED 401、绿色LED 402以及蓝色LED 403，其中，红色LED 401的红色芯片、绿色LED 402的绿色芯片以及蓝色LED 403的蓝色芯片封装在同一基板上，并且在被透镜401A会聚之后进入到同一准直通道中。在尺寸紧凑的单通道光学引擎设备中，通过将两个楔形二向色镜410、410’胶合到同轴光路中来组合多光谱R/G/B光束，而不增加光学扩展量，其中，胶合的两个楔形二向色镜410、410’可以在胶合的两个楔形镜之间的粘合表面上具有气隙。来自单个通道的R/G/B光束将以不同的角度射入胶合的两个楔形二向色镜中并且分别在胶合的两个楔形二向色镜410、410'的三个表面处反射，其中，R/G/B光束将在离开两个楔形二向色镜和复眼透镜阵列420之后组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。单通道光学引擎设备还包括RTIR棱镜部件，该RTIR棱镜部件包括楔形棱镜480和直角棱镜440，并且该RTIR棱镜部件用于折叠光路，以便实现光学引擎设备的小型化。RTIR棱镜部件中的楔形棱镜480可以与倾斜的聚光透镜430粘合，以便于组装光学引擎，该聚光透镜是非球面平凸透镜，并且聚光透镜的光轴与光路的主轴倾斜一定角度，作为照射微显示面板450的胶合中继透镜。由微显示面板450反射的光束将被直角棱镜440折叠，并且通过投影透镜460将来自微显示面板450的图像投影到屏幕上。在另一设备中，胶合的两个楔形二向色镜可以被以一定楔角放置的三个二向色板代替。图5示出了的尺寸紧凑的单通道光学引擎设备的另一技术方案，它也包括红色LED 501、绿色LED 502以及蓝色LED 503。然而，胶合的两个楔形二向色镜被一个二向色板511加上一个楔形二向色镜510代替，其中，二向色板和楔形二向色镜被以一角度放置，使得将红光/绿光/蓝光反射成同轴光束，并且RTIR棱镜部件被TIR棱镜部件540代替，其中，平凸透镜530粘合到TIR棱镜部件540的入射表面540A上，以便于组装光学引擎。在这些具有3个R/G/B LED装置的光学引擎设备中，红色LED装置可以发射峰值波长大于630nm的长波长红光，以具有高的绿色/红色组合效率和红光对高驱动电流和高占空比较不敏感的好处。此外，R/G/B芯片被封装在同一基板上，使得R/G/B LED装置可以位于同一平坦表面中，以便仅用单个热沉或热管就可以进行简单的热管理。此外，当绿色LED是在蓝色芯片顶部具有荧光粉板的荧光转换绿色LED时，发射平面移位板可以放置在红色LED芯片和蓝色LED芯片的顶部上，以将发射平面提升为与荧光转换绿色LED的发射平面对齐。发射平面移位板可以是透明玻璃板、顶部具有微结构的玻璃板或与纤维束熔接的光纤面板。
图6示出了根据本发明的尺寸紧凑的2通道光学引擎设备的另一个另选实施方式，该设备包括4个LED装置，即，红色LED 601、深红色LED 605、绿色LED 602以及蓝色LED 603。绿色LED 602的绿色芯片和蓝色LED 603的蓝色芯片被封装到一个基板上，并且绿色光束和蓝色光束将由楔形二向色镜610组合到同轴光路中，而红色LED 601的红色芯片和深红色LED 605的深红色芯片被封装到另一个基板上，并且红琥珀色光束和深红色光束将由楔形二向色镜610'组合到同轴光路中。在R/G/B光束撞击复眼透镜阵列602之后，R/G/B光束将被折叠镜670反射。反射光束将通过倾斜的聚光透镜630，并且进入RTIR棱镜640中，以照射DMD650。在该配置中，在该光学引擎设备中使用折叠镜670和RTIR棱镜640来将光路折叠两次，以实现光学引擎设备的小型化，并且深红色LED可以发射峰值波长长于630nm的长波长红光，以具有高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空比较不敏感的好处。此外，R/G/B芯片被封装在两个基板上，这两个基板可以位于同一平坦表面中，以便仅用单个热沉或热管就能进行简单的热管理。作为另选方案，两个楔形二向色镜610、610’可以用X板二向色镜代替。
图7示出了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另选实施方式，该设备包括4个LED装置，即，红色LED 701、荧光转换绿色(CG)LED 702、蓝色LED 703以及蓝色泵浦LED 704，其中，红色LED 701的红色芯片和荧光转换绿色LED 702的荧光转换绿色芯片被封装到同一基板上。来自蓝色泵浦LED 704的蓝色泵浦光用于从CG LED 702上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 702的LED芯片的反射层处反射并与底部泵浦荧光转换绿色LED的光组合在一起，然后荧光转换绿光将由楔形二向色镜710与来自蓝色LED 703的显示蓝光组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量，该楔形二向色镜可以用X板二向色镜代替。使用蓝色泵浦LED极大地增加了绿光的亮度。组合光束将通过复眼透镜阵列720和聚光透镜730，然后进入到TIR棱镜740的入射表面中，该棱镜740用于折叠光路，以便实现光学引擎设备的小型化。由微显示面板750反射的光束将通过TIR棱镜740，并且由投影透镜760将来自微显示面板750的图像投影到屏幕上。在该设备中，红色LED可以是峰值波长长于630nm的长波长红色LED。图8中示出了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一个另选实施方式，图7的实施方式与图8的实施方式之间的差别在于LED装置的布置方式。如图8所示，红色LED 801的红色LED芯片和蓝色LED 803的蓝色LED芯片被封装到同一基板上。来自蓝色泵浦LED 804的蓝色泵浦光被楔形二向色镜810反射，以便从荧光转换绿色(CG)LED 802上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 802的LED芯片的反射层处反射并与底部泵浦的荧光转换绿色LED光组合在一起，然后荧光转换绿光将由楔形二向色镜810与来自蓝色LED803的显示蓝光组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。组合光束将通过复眼透镜阵列820和聚光透镜830。作为另选方案，楔形二向色镜可以用X板二向色镜代替，如图9至图10所示。具体而言，图9中的3通道光学引擎设备也包括4个LED装置，即红色LED 905、荧光转换绿色(CG)LED 902、蓝色LED 903以及蓝色泵浦LED 904，其中，红色LED 905的红色芯片和蓝色泵浦LED 904的蓝色泵浦芯片被封装到同一基板上。来自蓝色泵浦LED 904的蓝色泵浦光被X板二向色镜910的一个板910A反射，以便从荧光转换绿色(CG)LED 902上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 902的LED芯片的反射层处反射并与底部泵浦荧光转换绿色LED光组合在一起，然后荧光转换绿光将通过X板二向色镜910。来自蓝色LED 903的显示蓝光将被板910A反射，而来自红色LED 905的红光将被X板二向色镜910的另一板910B反射。反射的红光和反射的显示蓝光将与荧光转换的绿光组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。除了LED装置的布置方式之外，图10所示的3通道光学引擎设备的配置与图9所示的3通道光学引擎设备的配置类似。CG LED 702、802、902是具有直接沉积在蓝色LED芯片的顶部上的绿色荧光粉板的荧光转换绿色LED，并且可以用远程荧光粉转换绿光装置代替，该远程荧光粉转换绿光装置具有沉积在高反射且导热的基板上的绿色荧光粉并且蓝光从顶侧泵浦绿色荧光粉，或者CG LED可以由具有附接到棒/管的多个蓝色LED芯片的荧光转换绿色棒/管代替，棒/管的表面上镀膜有绿色荧光粉。如图10所示，红色LED 1001的红色LED芯片和深红色LED 1005的深红色LED芯片被封装到同一基板上。来自蓝色LED 1003的蓝光被X板二向色镜1010的一个板1010A反射，而来自红色LED1001的红琥珀光和来自深红色LED 1005的深红光被X板二向色镜1010的另一个板1010B反射。反射的红光、深红光以及蓝光将与来自绿色LED 1002的绿光组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。深红色LED 1005可以发射长波长深红光，该深红光的峰值波长超过630nm，优选在640nm-660nm的范围内。深红光的峰值波长需要与琥珀色红光的峰值波长相差不少于25nm，以减少二向色镜切割损失。
图11示出了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一个另选实施方式，该设备包括五个具有不同光谱的R/G/B LED装置，即，红色LED 1101、荧光转换绿色(CG)LED 1102、蓝色LED 1103、蓝色泵浦LED 1104以及深红色LED 1105。红色LED 1101的红色芯片和深红色LED 1105的深红色芯片被封装到一个基板上，并且来自红色LED 1101的红琥珀色光束与深红色光束将被楔形二向色镜1110组合到同轴光路中；并且蓝色LED 1103的蓝色芯片和蓝色泵浦LED的蓝色泵浦芯片被封装到另一基板上，并且来自蓝色LED 1103的显示蓝色光束将通过X板二向色镜1111，但来自蓝色泵浦LED 1104的蓝色泵浦光束将被X板二向色镜1111反射，以便从CG LED 1102上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 1102的LED芯片的反射层处反射并与底部泵浦的荧光转换绿色LED光组合在一起，然后荧光转换绿光将由X板二向色镜1111与来自蓝色LED 1103的显示蓝光组合。在由楔形二向色镜1110进一步与红琥珀色光束和深红色光束组合之后，R/G/B光束将通过复眼透镜阵列1120并被折叠镜1170反射。反射光束将通过倾斜的聚光透镜1130，并且进入RTIR棱镜1140中，以照射DMD 1150。在该配置中，在该光学引擎设备中使用折叠镜1170和RTIR棱镜1140来将光路折叠两次，以实现光学引擎设备的小型化，并且深红色LED可以发射峰值波长长于630nm的长波长红光，使得该设备具有高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空比不太敏感的好处。
图12中示出了根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备的另一个另选实施方式，该设备也包括五个具有不同光谱的R/G/B LED装置，即，荧光转换红色(CR)LED 1205’、荧光转换绿色(CG)LED 1202、蓝色LED 1203、第一蓝色泵浦LED 1204A以及第二蓝色泵浦LED 1204B。除了五个R/G/B LED装置之外，其它部件(包括复眼透镜阵列1220、聚光透镜1230、TIR棱镜1240、DMD 1250以及投影透镜1260)与图7所示的部件相同。荧光转换红色LED1205’的荧光转换红色芯片和荧光转换绿色LED 1202的荧光转换绿色芯片被封装到一个基板上，并且第一蓝色泵浦LED 1204A的第一蓝色泵浦芯片和第二蓝色泵浦LED 1204B的第二蓝色泵浦芯片被封装到另一个基板上。来自第一蓝色泵浦LED 1204A的第一蓝色泵浦光将通过楔形二向色镜1210，以便从CG LED 1202上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 1202的LED芯片的反射层处反射，并与底部泵浦荧光转换的绿色LED光组合在一起。CG LED 1202是具有直接沉积在蓝色LED芯片顶部上的绿色荧光粉板的荧光转换绿色LED，并且可以用远程荧光转换绿光装置代替，该远程荧光转换绿光装置具有沉积在高反射且导热的基板上的绿色荧光粉并且蓝光从顶侧泵浦绿色荧光粉，或者CG LED可以由具有附接到棒/管的多个蓝色LED芯片的荧光转换绿色棒/管代替，棒/管的表面上镀膜有绿色荧光粉。来自第二蓝色泵浦LED 1204B的第二蓝色泵浦光将通过楔形二向色镜1210，以便从CR LED 1205’上的红色荧光粉板的顶部远程泵浦该红色荧光粉板，并且顶部泵浦的红光将在CR LED 1205’的LED芯片的反射层处反射，并与底部泵浦转换的红色LED光组合在一起。CR LED 1205’是具有直接沉积在蓝色LED芯片顶部上的红色荧光粉转换板的荧光转换红色LED，并且它可以用远程荧光转换红光装置代替，该远程荧光转换红光装置具有沉积在高反射且导热的基板上的红色荧光粉，并且蓝光从顶侧泵浦该红色荧光粉。荧光转换红色光束、荧光转换绿色光束以及来自蓝色LED 1203的显示蓝色光束将组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。作为另选方案，根据本发明的尺寸紧凑的3通道光学引擎设备可以包括两个楔形二向色镜，如图13所示，即，第一楔形二向色镜1310和第二楔形二向色镜1310’。该光学引擎设备包括具有不同光谱的五个R/G/B LED装置，包括红色LED1301、荧光转换绿色(CG)LED 1302、蓝色LED 1303、蓝色泵浦LED 1304以及深红色LED1305。蓝色LED 1303的蓝色芯片和CG LED 1302的荧光转换绿色芯片被封装到一个基板上，并且红色LED 1301的红琥珀色芯片和深红色LED 1305的深红色芯片被封装到另一个基板上。来自第一蓝色泵浦LED 1304的蓝色泵浦光将通过楔形二向色镜1310，以便从CG LED1302上的绿色荧光粉板的顶部远程泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED1302的LED芯片的反射层处反射，并与底部泵浦转换的绿色LED光组合在一起。CG LED 1302是具有直接沉积在蓝色LED芯片的顶部上的绿色荧光粉板的荧光转换绿色LED，并且可以由远程荧光转换绿光器件替代，该远程荧光转换绿光器件具有沉积在高反射和导热基板上的绿色荧光粉并且蓝光从顶侧泵浦该绿色荧光粉，或者该远程荧光转换绿光器件可以由具有多个附着到棒/管的蓝色LED芯片的荧光转换绿色棒/管替代，该棒/管具有涂覆在棒/管的表面上的绿色荧光粉。荧光转换绿光和显示蓝光将以不同的角度入射到楔形二向色镜1310，并且被楔形二向色镜1310的不同侧反射，该楔形二向色镜被配置为具有一楔角，使得两个不同波长的光束的主轴在被楔形二向色镜1310的不同侧反射之后将重叠到同轴光路中，而不增加光学扩展量。红琥珀色光束和深红色光束将被楔形二向色镜1310’组合，两个不同波长的光束以不同角度入射到楔形二向色镜1310’并将被楔形二向色镜1310’的不同侧反射，该楔形二向色镜被配置为具有一楔角，使得两个不同波长的光束的主轴在从楔形二向色镜1310’的不同侧反射之后将重叠到与组合的G/B光束相同的同轴光路中，而不增加光学扩展量。荧光转换R/G/B光束将通过复眼透镜阵列1320和聚光透镜1330。深红色LED1305可以发射长波长深红光，该深红光的峰值波长超过630nm，优选在640nm-660nm的范围内。
图14示出了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的第一实施方式，该设备包括红色LED 1401、荧光转换绿色(CG)LED 1402、蓝色LED 1403、蓝色泵浦LED 1404以及深红色(DR)LED 1405。蓝色LED 1403的蓝色芯片和DR LED 1405的深红色芯片被封装到同一基板上。显示蓝光和深红光将以不同的角度入射到楔形二向色镜1410以作为第一光准直通道，并且将被楔形二向色镜1410的不同侧反射，该楔形二向色镜被配置为具有一楔角，使得两个不同波长光束的主轴在被楔形二向色镜1410的不同侧反射之后将重叠到同轴光路中，而不增加光学扩展量。作为第二光准直通道的来自红色LED 1401的红琥珀色光束将通过楔形二向色镜1410。作为第三光准直通道的来自蓝色泵浦LED 1404的蓝色泵浦光将被二向色板1310反射，以便从CG LED 1402上的绿色荧光粉板的顶部远程地泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 1402的LED芯片的反射层处反射，并且与底部泵浦的荧光转换绿色LED光组合在一起，以作为第四光准直通道。深色光束、显示蓝色光束、红琥珀色光束将被二向色板1310反射，而荧光转换绿色光束将通过二向色板1310，使得组合的R/G/B光将在不增加光学扩展量的情况下在同轴光路中撞击复眼透镜阵列1420、穿过倾斜的聚光透镜1430、进入到RTIR棱镜1440中以照射DMD 1450，并且由投影透镜1460将来自DMD1450的图像投影到屏幕上。在该配置中，在该光学引擎设备中使用二向色板1310和RTIR棱镜1440来将光路折叠两次，以实现光学引擎设备的小型化，并且深红色LED可以发射峰值波长长于630nm的长波长红光，以具有高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空比不太敏感的好处。
图15示出了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的另选实施方式，该设备包括红色LED 1501、荧光转换绿色(CG)LED 1502、蓝色LED 1503、蓝色泵浦LED 1504以及深红色(DR)LED 1505。该设备还包括复眼透镜阵列1520、聚光透镜1530、TIR棱镜1540以及投影透镜1560，它们具有与图7所示的实施方式相同的布置。红色LED 1501的红琥珀色芯片和DR LED 1505的深红色芯片被封装到同一基板上。红琥珀光和深红光将以不同的角度入射到二向色镜组合件1510(以可称为楔形二向色镜)以作为第一光准直通道，并且将被二向色镜组合件1510的夹角为一楔角的两个不同的二向色镜1510A、1510B反射，其中，所述二向色镜组合件1510的一个二向色镜1510A以相对于光轴成45度的角度放置，并且二向色镜1510A与1510B之间具有一楔形角，使得两个不同波长光束的主轴在分别被二向色镜1510A与1510B反射之后将重叠到同轴光路中，而不增加光学扩展量。作为第二光准直通道的来自蓝色LED 1503的显示蓝色光束将被二向色板1511反射。作为第三光准直通道的来自蓝色泵浦LED 1504的蓝色泵浦光将被二向色镜组合件1510中的按45度放置的二向色镜1510A反射，以便从CG LED 1502上的绿色荧光粉板的顶部远程地泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 1502的LED芯片的反射层处反射，并且与底部泵浦的荧光转换绿色LED光组合在一起，作为第四光准直通道。组合的R/G/B光将在同轴光路中撞击复眼透镜阵列1520，而不增加光学扩展量。深红色LED装置可以发射峰值波长大于630nm的长波长红光，以具有高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空比较不敏感的好处。
图16示出了根据本发明的尺寸紧凑的4通道光学引擎设备的另一另选实施方式，该设备包括红色LED 1601、荧光转换绿色(CG)LED 1602、蓝色LED 1603、蓝色泵浦(BP)LED1604、深红色(DR)LED 1605，以及短波长蓝色泵浦(SB)LED 1606。其中蓝色泵浦(BP)LED1604的峰值波长在445nm～465nm之间，短波长蓝色泵浦(SB)LED 1606的峰值波长在400nm～440nm之间，该设备还包括复眼透镜阵列1620、聚光透镜1630、PBS偏振分光棱镜1640以及投影透镜1660。红色LED 1601的红琥珀色芯片和DR LED 1605的深红色芯片被封装到同一基板上。红琥珀光和深红光将以不同的角度入射到二向色镜组合件1610以作为第一光准直通道，并且将被二向色镜组合件1610的不同二向色镜1610A、1610B反射，具体而言，红琥珀光入射到二向色镜1610A并被二向色镜1610A反射，而深红色光入射到二向色镜1610B并被二向色镜1610B反射，所述二向色镜组合件1610的两个二向色镜1610A、1610B被配置为两者之间的夹角为一楔形角，使得两个不同波长的光束的主轴在被二向色镜组合件1610的不同二向色镜1610A、1610B反射之后将重叠到同轴光路中，而不增加光学扩展量。作为第二光准直通道的来自蓝色LED 1603的显示蓝色光束将被另一个二向色镜组合件1611中的按45度角度放置的二向色镜1611A反射。作为第三光准直通道的来自蓝色泵浦(BP)LED 1604和短波长蓝色泵浦(SB)LED 1606被封装在同一个基板上，其中从BP LED 1604和SB LED 1606发出的两个不同波长的蓝色泵浦光将分别被二向色镜组合件1611中的夹角为一楔角的两个不同的二向色镜1611A、1611B反射，以便从CG LED 1602上的绿色荧光粉板的顶部远程地泵浦该绿色荧光粉板，并且顶部泵浦的绿光将在CG LED 1602的LED芯片的反射层处被反射，并且与底部泵浦的荧光转换绿色LED光组合在一起，作为第四光准直通道。所述二向色镜组合件1611中的二向色镜1611A以相对于光轴成45度的角度放置，并且两个二向色镜1611A、1611B被配置两者之间具有一楔角，使得两个不同波长光束的主轴在分别被二向色镜1611A、1611B反射之后将重叠到同轴光路中。组合的R/G/B光将在同轴光路中撞击复眼透镜阵列1620，而不增加光学扩展量，然后经过聚光透镜1630聚光后入射到PBS偏振分光棱镜1640，PBS偏振分光棱镜1640反射一种偏振态的光，而透射另一种偏振态的光，从而实现光路折叠。被PBS偏振分光棱镜1640反射的光入射到LCOS微显示面板1650，经LCOS微显示面板1650反射后穿过PBS偏振分光棱镜1640，带有显示信息的光入射到投影透镜1660，以用于投影显示。其中，深红色LED装置可以发射峰值波长大于630nm的长波长红光，以具有高的绿色/红色组合效率以及红光对高驱动电流和高占空比较不敏感的好处。作为一个另外的另选实施方式，荧光转换绿色(CG)LED 1602可以用远程绿色荧光粉转换板代替，该远程绿色荧光粉转换板具有沉积在高反射且导热的基板上的绿色荧光粉或荧光片，由BP LED 1604和SB LED 1606发出的两个不同波长的合成泵浦蓝光从顶侧泵浦绿色荧光粉或荧光片，经基板反射后进入第四通道绿色光，与第一通道的红光、第二通道的显示原色蓝光组合在同轴光路中照明复眼阵列1620，而成为微显示面板的均匀照明光束。
上述实施方式例示但不限制本发明。还应理解，大量修改和变更根据本发明的原理是可以的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求限定。

Claims (28)

1.一种光学引擎投影设备，该光学引擎投影设备包括：第一光源，该第一光源包括被配置为发射绿色光束的第一绿光装置；第二光源，该第二光源包括被配置为发射蓝色光束的第一蓝光装置；第三光源，该第三光源包括被配置为发射红色光束的第一红光装置；其中，至少两个光源被封装在同一个基板上；第一光束组合器，该第一光束组合器被配置为组合来自同一光准直通道的所述至少两个光源的至少两个光束，以便形成同轴光路；以及折叠光路组件，该折叠光路组件被配置为使所述光学引擎投影设备的围合空间小型化，其中，所述第一光束组合器包括至少一个楔形二向色镜或衍射光栅板，两个波长的光束以不同角度入射到楔形二向色镜上，并且将被楔形二向色镜的不同侧反射，其中，楔形二向色镜被配置为具有楔角和一定的厚度，使得两个波长的光束在被楔形二向色镜的两侧反射后的主轴将重叠到同轴光通道中，而不增加光学扩展量；所述楔形二向色镜是两个按楔形角放置的二向色镜的组合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一红光装置是红色LED，所述第一绿光装置是荧光转换绿色LED，并且所述第一蓝光装置是蓝色LED；其中，所述LED中的至少两个LED芯片封装在所述同一个基板上并进入同一光准直通道中；并且其中，当荧光转换绿色LED与红色LED的红色LED芯片或蓝色LED的蓝色LED芯片一起封装在所述同一个基板上时，发射平面移位板被配置为放置在所述红色LED芯片或蓝色LED芯片的顶部上，以提升所述红色LED或所述蓝色LED的发光平面，并且与处于荧光粉转换板的顶部上的所述荧光转换绿色LED的发光平面对齐。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述折叠光路组件还包括非球面平凸透镜，并且所述光路转折棱镜是RTIR棱镜，所述RTIR棱镜包括楔形棱镜和直角棱镜，并且其中，所述楔形棱镜被配置为与所述非球面平凸透镜粘合，以作为用于将组合的R/G/B光束聚焦到微显示面板上的胶合中继透镜，并且其中，所述胶合中继透镜的光轴与所述同轴光路的轴线具有一倾斜角，以确保所述组合的R/G/B光束的主轴以预定角度入射到微显示面板的平面上。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光路转折棱镜是PBS偏振分光棱镜，所述PBS偏振分光棱镜反射一种偏振态的光，而透射另一种偏振态的光，从而实现光路折叠。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括：第二光束组合器，该第二光束组合器被配置为辅助所述第一光束组合器形成所述同轴光路，其中，所述第二光束组合器包括至少一个二向色镜、X板二向色镜或合光棱镜二向色镜，其中，所述第一光束组合器和第二光束组合器的所述二向色镜具有用作低通二向色镜、高通二向色镜或单带通二向色镜的多层电解质镀膜；其中，所述绿色光束、所述蓝色光束以及所述红色光束将由所述第一光束组合器和第二光束组合器组合到所述同轴光路中，而不增加光学扩展量。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述红色LED被配置为发射峰值波长在640nm至660nm之间的第一波长红色光束，其中，所述第三光源还包括第二红色LED，该第二红色LED发射峰值波长短于630nm的第二波长红色光束，以便增强所述红色光束的亮度，并且所述第一波长红色光束与所述第二波长红色光束之间的波长差需要至少25nm，以减少二向色镜切割损失。
7.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第二光源还包括峰值波长在430nm至450nm之间的第二蓝色LED，其中，所述第二蓝色LED用于从顶侧泵浦所述荧光转换绿色LED上的所述荧光粉转换板。
8.根据权利要求2所述的设备，其中，对于单通道光学引擎投影设备，所述红色LED、所述荧光转换绿色LED以及所述蓝色LED的三个LED芯片封装在同一个基板上，并且进入到同一光准直通道中；并且所述发射平面移位板被配置为放置在红色LED芯片和蓝色LED芯片的顶部上，以将所述发射平面提升为与所述荧光转换绿色LED的发射平面对齐。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一光束组合器包括两个楔形二向色镜，其中，所述两个楔形二向色镜被胶合且在所述两个楔形二向色镜之间的粘合表面上具有气隙，使得来自所述同一光准直通道的R/G/B光束将以不同角度进入胶合的两个楔形二向色镜中，并且在所述胶合的两个楔形二向色镜的三个表面处反射，以便在离开所述胶合的两个楔形二向色镜之后组合到所述同轴光路中，而不增加光学扩展量。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一光束组合器包括一个楔形二向色镜，并且还包括二向色镜，其中，所述二向色镜和所述楔形二向色镜以一定角度布置，使得来自所述同一光准直通道的组合的R/G/B光束以不同角度进入所述二向色镜和所述楔形二向色镜中，并且在所述二向色镜和所述楔形二向色镜的三个表面处反射，以便叠加到所述同轴光路中，而不增加光学扩展量。
11.根据权利要求3所述的设备，其中，所述折叠光路组件还包括折叠镜，该折叠镜与所述RTIR棱镜一起使用，以便将所述光路折叠两次，从而将所述光学引擎投影设备的围合空间小型化，以便实现尺寸紧凑的投影光学引擎系统。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一红光装置是具有直接沉积在蓝色LED芯片的顶部上的红色荧光粉转换板的荧光转换红色LED、或是具有沉积在高反射且导热基板上的红色荧光粉且蓝色光束从顶侧泵浦所述红色荧光粉的远程荧光转换红光装置，并且其中，所述第二光源还包括具有在430nm至450nm之间的峰值波长的第二蓝色LED，以便从所述红色荧光粉转换板的顶部泵浦所述红色荧光粉转换板。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一绿光装置是具有直接沉积在蓝色LED芯片的顶部上的绿色荧光粉板的荧光转换绿色LED、或者是具有沉积在高反射且导热基板上的绿色荧光粉并且蓝色光束从顶侧泵浦所述绿色荧光粉的远程荧光转换绿光装置、或者是具有附接到棒/管的多个蓝色LED芯片的荧光转换绿色棒/管，所述多个蓝色LED芯片具有镀膜在所述棒/管的表面上的绿色荧光粉，并且其中，所述第二光源还包括具有430nm-450nm的峰值波长的第二蓝色LED，该第二蓝色LED由从所述第二蓝色LED发射的蓝色光束顶部泵浦所述绿色荧光粉板或所述棒/管的所述表面。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述折叠光路组件还包括复眼透镜阵列、聚光透镜以及投影透镜，其中，来自所述同轴光路的组合的R/G/B光束撞击所述复眼透镜阵列，以便均匀化，并且由所述聚光透镜会聚，以便按一定所需的角度照射微显示面板，然后所述投影透镜将从所述微显示面板反射的图像投影到屏幕上。
15.根据权利要求2所述的设备，其中，来自所述第一光源、第二光源以及第三光源的封装有两个LED芯片的所述LED和另一个LED位于同一平坦表面中，以便利用单个热沉或热管进行简单的热管理，以使光学引擎投影设备的所述围合空间小型化。
16.根据权利要求2所述的设备，其中，所述发射平面移位板是透明玻璃板、顶部具有微结构的玻璃板或与纤维束熔接的光纤面板。
17.一种折叠光路投影光学引擎系统，该折叠光路投影光学引擎系统包括：多个RGB光学引擎设备，该多个RGB光学引擎设备包括至少三个LED，其中，该至少三个LED中的至少两个LED芯片被封装在同一个基板上，并且由至少一个楔形二向色镜或衍射光栅组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量，所述楔形二向色镜是两个按楔形角放置的二向色镜的组合；复眼透镜阵列，该复眼透镜阵列被配置为使来自所述光学引擎设备的同轴光路的组合的R/G/B光束均匀化；聚光透镜，该聚光透镜被配置为在均匀化之后会聚所述组合的R/G/B光束；光路折叠棱镜，所述光路折叠棱镜是RTIR棱镜、TIR棱镜或PBS偏振分光棱镜，该光路折叠棱镜被配置为折叠所述投影光学引擎系统的所述同轴光路；以及投影透镜，该投影透镜被配置为将从微显示面板反射的图像投影到屏幕上，其中，在所述聚光透镜的光轴与所述同轴光路的轴线之间具有一定角度，以确保所述组合的R/G/B光束的主轴以预定角度入射在所述微显示面板上。
18.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述聚光透镜是非球面平凸透镜，并且所述RTIR棱镜包括楔形棱镜和直角棱镜，并且所述楔形棱镜被配置为与所述非球面平凸透镜粘合，以作为胶合中继透镜，以便于组装光学引擎，并且其中，所述胶合中继透镜用于将所述组合的R/G/B光束聚焦到所述微显示面板上，并且所述胶合中继透镜的光轴与所述同轴光路的轴线具有一倾斜角度，以确保所述组合的R/G/B光束的所述主轴以预定角度入射在微显示面板的平面上。
19.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述聚光透镜为非球面平凸透镜，并且所述非球面平凸透镜粘合到所述TIR棱镜的入射表面上，以便于组装光学引擎设备。
20.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，还包括折叠镜，该折叠镜与所述RTIR棱镜一起使用，以便将所述光路折叠两次，以使所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使所述投影光学引擎系统尺寸紧凑。
21.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述至少三个LED包括封装在两个基板上的四个LED芯片，其中，分别在各个基板上封装两个LED芯片，以形成二通道光学引擎设备；并且其中，所述至少一个楔形二向色镜为两个楔形二向色镜，所述两个楔形二向色镜用于将来自所述四个LED芯片的光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量。
22.根据权利要求21所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述四个LED芯片包括：封装在同一个基板上的蓝色LED芯片和荧光转换绿色LED芯片；以及封装在同一个基板上的、发射的峰值波长在640nm-660nm之间的长波长红色LED芯片和发射的峰值波长小于630nm的短波长红色LED芯片，其中，发射平面移位板被配置为放置在所述蓝色LED芯片的顶部上，以提升所述蓝色LED的发光平面且与所述荧光转换绿色LED的发光平面对齐；并且其中，所述投影光学引擎系统还包括折叠镜，该折叠镜与所述RTIR棱镜一起使用，以便将所述光路折叠两次，以将所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使投影光学引擎系统尺寸紧凑。
23.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述至少三个LED包括四个LED，其中，该四个LED中的两个LED芯片封装在同一个基板上，并且，该四个LED中的另外两个LED芯片分别封装在两个基板上，以形成三通道光学引擎设备；其中，至少一个楔形二向色镜用于将来自同一个基板上的所述两个LED芯片的光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量；并且其中，所述TIR棱镜用于折叠所述同轴光路，以使所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使所述投影光学引擎系统尺寸紧凑。
24.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述至少三个LED包括五个LED，所述五个LED中的四个LED芯片分别封装在两个基板上，并且，所述五个LED中的另一个LED芯片封装在一个单独的基板上，以形成三通道光学引擎设备；其中，所述五个LED中的一个LED发射峰值波长为640nm-660nm的长波长红光，并且所述五个LED中的另一个LED发射峰值波长为430nm-450nm的短波长蓝光，以从顶侧远程泵浦所述五个LED中的荧光转换绿色LED上的荧光粉转换板；其中，至少一个楔形二向色镜用于将来自同一个基板上的两个LED芯片的光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量；并且其中，所述RTIR棱镜或TIR棱镜用于折叠所述同轴光路，以使所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使所述投影光学引擎系统尺寸紧凑，并且实现高达5000lm的亮度输出。
25.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述至少三个LED包括五个LED，所述五个LED中的两个LED芯片封装在同一个基板上，并且，所述五个LED中的另外三个LED芯片分别封装在三个单独的基板上，以形成四通道光学引擎设备；其中，所述五个LED中的一个LED发射峰值波长为640nm-660nm的长波长红光，并且所述五个LED中的另一个LED发射峰值波长为430nm-450nm的短波长蓝光，以从顶侧远程泵浦所述五个LED中的荧光转换绿色LED上的荧光粉转换板；其中，至少一个楔形二向色镜用于将来自同一个基板上的两个LED芯片的光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量；并且其中，所述RTIR棱镜或TIR棱镜用于折叠所述同轴光路，以使所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使所述投影光学引擎系统尺寸紧凑，并且实现高达5000lm的亮度输出。
26.根据权利要求25所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述楔形二向色镜是两个按楔形角放置的二向色镜的组合，并且，该两个按楔形角放置的二向色镜的组合中的一个二向色镜以相对于光轴成45度角放置。
27.根据权利要求17所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述至少三个LED包括五个LED，所述五个LED中的四个LED芯片封装在两个基板上，并且，所述五个LED中的另外一个LED芯片以及绿色荧光粉转换板分别封装在两个单独的基板上，以形成四通道光学引擎设备；其中，所述五个LED中的一个LED发射峰值波长为640nm-660nm的长波长红光、一个LED发射峰值波长小于630nm的短波长红光、一个LED发射峰值波长为445nm～465nm的长波长蓝光、一个LED发射显示蓝光以及一个LED发射峰值波长为400nm～440nm的短波长蓝光；其中，所述的长波长蓝光和所述的短波长蓝光封装在同一个基板上，在同一个通道上组合后，从顶侧远程泵浦放置在良好导热介质上的所述绿色荧光粉转换板；其中，至少一个楔形二向色镜用于将来自同一个基板上的两个LED芯片的光束组合到同轴光路中，而不增加光学扩展量；并且其中，所述RTIR棱镜、TIR棱镜或PBS偏振分光棱镜用于折叠所述同轴光路，以使所述光学引擎设备的围合空间小型化，以使所述投影光学引擎系统尺寸紧凑，并且实现高达5000lm的亮度输出。
28.根据权利要求27所述的折叠光路投影光学引擎系统，其中，所述绿色荧光粉转换板放置在另一蓝光LED芯片上，所述绿色荧光粉转换板被所述另一蓝光LED芯片从底部激发绿光，并且被所述长波长蓝光和所述短波长蓝光从顶侧远程泵浦激发绿光；并且其中，被所述另一蓝光LED芯片发出的蓝光、所述长波长蓝光和所述短波长蓝光激发发出的绿光，与长波长红光、短波长红光和所述显示蓝光一起被两个按楔形角放置的二向色镜组合到同轴光路中，用于照明微显示面板，所述两个按楔形角放置的二向色镜的组合中的一个二向色镜以相对于光轴成45度放置。
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