CN209979998U

CN209979998U - 光学引擎以及投影仪

Info

Publication number: CN209979998U
Application number: CN201920909122.0U
Authority: CN
Inventors: 郭佳
Original assignee: Chengdu Jinghua Photoelectric Polytron Technologies Inc
Current assignee: Chengdu Jinghua Photoelectric Polytron Technologies Inc
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2029-06-17

Abstract

本实用新型公开一种光学引擎以及投影仪，其中，该光学引擎包括：照明单元；成像单元，安装于照明单元的出光侧；透镜单元，安装于照明单元和成像单元之间，透镜单元具有面对照明单元的聚光面、面对成像单元的光学面以及位于聚光面和光学面同一侧的反射面，光学面与照明单元发出的光呈夹角设置；偏振单元，安装于透镜单元和成像单元之间，偏振单元具有面对成像单元的偏振面，偏振面与光学面呈大于0°的夹角设置；以及LCOS芯片，安装于偏振单元和成像单元之间，LCOS芯片反射透过偏振面的光至偏振面，以使得LCOS芯片反射的光被偏振面反射至成像单元。如此设置，缩小了光学引擎的结构尺寸，进而有利于缩小投影仪的体积。

Description

光学引擎以及投影仪

技术领域

本实用新型涉及投影设备技术领域，特别涉及一种光学引擎以及投影仪。

背景技术

现有的投影仪通常包括壳体以及安装于壳体内的光学引擎，光学引擎包括光源、聚光透镜、反射镜、匀光片、成像棱镜、LCOS芯片(Liquid Crystal onSilicon，液晶附硅)以及镜头，其中，聚光透镜安装于该光源的出光侧，匀光片安装于聚光透镜的出光侧，偏振片安装于匀光片的出光侧，该偏振片的偏振面与光线呈45度夹角设置，LCOS芯片安装于偏振片的一侧并用于接收偏振片反射的光线，同时该LCOS芯片对光进行转偏，以使得被LCOS芯片反射的光能够透过偏振片进入镜头。镜头安装于LCOS芯片的对面，LCOS芯片形成的图像通过偏振片透射至镜头。

然而，现有的投影仪中的光学引擎的各个光学元件是呈L型布置的，这就使得投影仪的光学引擎需要较大的安装空间，进而导致投影仪整体的体积比较大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种光学引擎，旨在缩小投影仪的体积。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种光学引擎，应用于投影仪，所述光学引擎包括：

照明单元；

成像单元，安装于所述照明单元的出光侧；

透镜单元，安装于所述照明单元和所述成像单元之间，所述透镜单元具有面对所述照明单元的聚光面、面对所述成像单元的光学面以及位于所述聚光面和所述光学面同一侧的反射面，所述光学面与所述照明单元发出的光呈夹角设置，其反射通过所述聚光面的光至所述反射面和透射经所述反射面反射的光；

偏振单元，安装于所述透镜单元和所述成像单元之间，所述偏振单元具有面对所述成像单元的偏振面，所述偏振面与所述光学面呈大于0°的夹角设置，其可反射或者透射光；以及

LCOS芯片，安装于所述偏振单元和所述成像单元之间，所述LCOS芯片反射透过所述偏振面的光至所述偏振面，以使得所述LCOS芯片反射的光被所述偏振面反射至所述成像单元。

可选地，所述偏振面与所述照明单元发出的光呈45°夹角设置，所述偏振面还与所述LCOS芯片呈45°夹角设置。

可选地，所述偏振单元还具有面对所述光学面且与所述偏振面平行设置的透光面，所述透光面与所述光学面之间的间距从所述透光面的一侧向所述透光面的另一侧逐渐增大设置。

可选地，所述偏振单元单具有面对所述光学面且与所述偏振面呈大于0°的夹角设置的透光面，所述透光面与所述光学面之间的间距从所述透光面的一侧向所述透光面的另一侧逐渐增大设置。

可选地，所述聚光面呈凸型弧面设置，其具有预定的曲率，以使得通过所述聚光面的光全部汇聚于所述光学面。

可选地，所述反射面涂设有反射材料。

可选地，所述反射面与所述光学面呈夹角设置，以使得经所述反射面反射的光全部透过所述光学面设置。

本实用新型还提出一种投影仪，其包括壳体以及安装于壳体内的光学引擎，所述光学引擎包括：

照明单元；

成像单元，安装于所述照明单元的出光侧；

本实用新型的光学引擎通过使用透镜单元以及LCOS芯片，使得该光学引擎中的照明单元、透镜单元、偏振单元、LCOS芯片以及成像单元呈排设置，相较于现有光学引擎中采用LCOS芯片而使得现有的光学引擎中各个光学元件呈L型排而言，本实用新型中的光学引擎所需要的安装空间更小，这就使得应用有该光学引擎的投影仪的体积可以做的更小，从而使得应用有该光学引擎的投影仪可以适用于多种电子设备(如智能眼镜、手机等等)。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的光学引擎一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的光学引擎另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	光学引擎	31	聚光面
10	照明单元	32	光学面
				20	成像单元	33	反射面
30	透镜单元	41	偏振面
				40	偏振单元	42	透光面
50	LCOS芯片

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参阅附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种光学引擎，以改变现有光学引擎中各光学元件的排布方式，从而缩小光学引擎的体积，请参阅图1或图2，图1示出了本实用新型的光学引擎一实施例的结构示意图，图2示出了本实用新型的光学引擎另一实施例的结构示意图。该光学引擎100包括照明单元10、成像单元20、透镜单元30、偏振单元40以及LCOS芯片50；其中，该成像单元20安装于该照明单元10的出光侧；该透镜单元30安装于照明单元10和成像单元20之间，该透镜单元30具有面对照明单元10的聚光面31、面对成像单元20的光学面32以及位于聚光面31和光学面32同一侧的反射面33；该偏振单元40安装于透镜单元30和成像单元20之间，该偏振单元40具有面对成像单元20的偏振面41，该偏振面41与光学面32呈大于0°的夹角设置；该LCOS芯片50安装于偏振单元40和成像单元20之间。

该第一照明单元10可以仅由能够发光的灯形成，该第一照明单元10还可以由能够发光的灯以及其他光学元件组成，例如该第一照明单元10可以由白色LED灯组成；再如该第一照明单元10由红色LED灯、蓝色LED灯、绿色LED灯以及两个滤光片组成，该绿色LED灯朝向反射单元30设置，两滤光片安装于绿色LED灯和反射单元30之间，两滤光片均与绿色LED灯发出的光呈夹角设置，蓝色LED灯和红色LED灯均安装于两滤光片远离成像单元20的一侧，蓝色LED灯正对两滤光片中邻近绿色LED灯的滤光片设置，红色LED灯正对两滤光片中邻近反射单元30的滤光片设置，邻近绿色LED灯的滤光片可以透绿光反射蓝光，邻近反射单元30的滤光片透绿光和蓝光同时反射红光，这样就使得三色LED灯发出的光可以汇聚形成高亮度的光。

该成像单元20可以仅由成像镜头形成，该成像单元20还可以由成像镜头以及透镜组成，例如该成像单元20仅由镜头形成，其接收偏振单元40反射的光并形成图像；再如该成像单元20由成像镜头和透镜组成，该透镜可以是凸透镜或者折光透镜，其安装于偏振单元40和成像镜头之间，若该透镜为凸透镜，其用于汇聚该偏振单元40所反射的光，以使得该偏振单元40反射的光全部传播至成像镜头，若该透镜为折光透镜的话，其用于改变偏振单元40所反射的光，这样就可以通过该折光透镜来改变成像镜头的位置。

该透镜单元30的形状有很多种，其可以是三棱柱形、类三棱柱形、多棱形以及其他形状设置，在此不做具体的限定，较佳地，该透镜单元30呈三棱柱或者类三棱柱设置，该透镜单元30面对照明单元10的侧表面形成聚光面31，该透明面对成像单元20的侧表面形成光学面32，该透镜单元30连接聚光面31和光学面32的侧表面形成反射面33，该聚光面31用于汇聚照明单元10发出的光，该反射面33用于反射经光学面32反射的光，该光学面32用于反射通过聚光面31的光至反射面33，该光学面32还用于透射经反射面33反射的光。

需要注意的是，要使通过聚光面31的光在光学面32发生全反射，则需要符合斯涅耳定律，n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别是两个介质的折射率，θ₁和θ₂分别为入射光或折射光与界面发现的夹角，叫做入射角和折射角。原理如下：如果入射角θ₁等于某一个角θ_c时，折射光线沿折射界面的切线进行，即折射角为90°，此时sinθ₂＝1，则可以推得sinθ_c＝sinθ₁＝n₂/n₁。但如果入射角θ₁大于这个值θ_c时，入射角的正弦sinθ₁＞n₂/n₁，会推得sinθ₂＞1，这个在数学上是没有意义的，所以此时不存在折射光而只存在反射光，于是便发生全反射。该光学面32与通过透光面42的光的夹角根据斯涅耳定律设置的，即由透镜单元30的折射率n₁和空气的折射率n₂来确定光学面32与通过透光面42之间的夹角大小。

此外，还需注意的是，该偏振面41与该光学面32呈大于0°的夹角设置，也就是说，该偏振面41不与该光学面32平行设置即可，以避免透过光学面32的光在偏振面41上发生反射，进而使得透过偏振面41的光量减少的问题发生。

该偏振单元40的形状有很多种，其可以是平板状(请参照图1)、楔形(请参照图2)等等，在此就不一一列举了；该偏振单元40可以由玻璃板和偏振膜构成，该玻璃板安装于透镜单元30和成像单元20之间，该偏振膜涂设于该玻璃板面对成像单元20的表面，以形成偏振面41；该偏振单元40还可以由透镜和偏振膜构成，该透镜安装于透镜单元30和成像单元20之间，该偏振膜涂设于透镜面对成像单元20的表面，以形成偏振面41；该偏振单元40还可以由其他透光材料和偏振膜形成，在此就不一一列举了。

该LCOS(Liquid Crystal on Silicon)芯片即液晶附硅，其是一种基于反射模式的矩阵液晶显示装置，这就使得通过偏振单元40反射至LCOS芯片50上的光会被LCOS芯片50反射回，同时该LCOS芯片50还对光进行偏振，以使得透光偏振单元40的偏振面41的光可以通过偏振单元40的偏振面41反射至成像单元20。

该光学引擎100在工作时，照明单元10发出的光通过透镜单元30的聚光面31汇聚于透镜单元30的光学面32并在透镜单元30的光学面32发生全反射，光被反射至反射面33后经反射面33的反射重新传播至光学面32，由于光被反射面33反射后传播至光学面32时，光与光学面32之间的夹角发生了变化，这就使得经反射面33反射后的光能够在光学面32出发生折射，从而使得光能够透过光学面32传播至偏振单元40的偏振面41，该偏振单元40的偏振面41可以供透过光学面32的光透过，LCOS芯片50接收透过偏振透镜的偏振面41的光并将光偏振后再反射至偏振透镜的偏振面41上，由于光被LCOS芯片50偏振了，这就使得传播至偏振单元40的偏振面41的光无法透过偏振面41，从而使得经LCOS芯片50反射的光全部被偏振透镜的偏振面41反射至成像单元20，形成对应的图像。

本实用新型的光学引擎100通过使用透镜单元30以及LCOS芯片50，使得该光学引擎100中的照明单元10、透镜单元30、偏振单元40、LCOS芯片50以及成像单元20呈排设置，相较于现有光学引擎100中采用LCOS芯片而使得现有的光学引擎100中各个光学元件呈L型排而言，本实用新型中的光学引擎100所需要的安装空间更小，这就使得应用有该光学引擎100的投影仪的体积可以做的更小，从而使得应用有该光学引擎100的投影仪可以适用于多种电子设备(如智能眼镜、手机等等)。

为了缩小该光学引擎100所需要的安装空间，在本实用新型的一实施例中，请参照图1或者图2，将该偏振单元40的偏振面41与该照明单元10发出的光呈45°夹角设置，该偏振面41还与LCOS芯片50呈45°夹角设置。如此设置，使得照明单元10、偏振单元40以及成像单元20位于同一直线上，同时该LCOS芯片50的延伸方向与该照明单元10、偏振单元40以及成像单元20所在的直线平行，从而使得该光学引擎100的各个光学元件整体上呈直线排布，这样就进一步地缩小了该光学引擎100所需要的安装空间。

值得注意的是，透过偏振单元40的偏振面41的光垂直传播至LCOS芯片50，要使得透过偏振单元40的偏振面41的光垂直传播至LCOS芯片50，则需要调节透过光学面32的光与偏振面41的夹角，调节透过光学面32的光与偏振面41的夹角的方式有很多种，在本实用新型的一实施例中，请参照图1，该偏振单元40还具有面对光学面32且与偏振面41平行设置的透光面42，该透光面42与偏振面41之间的间距自该透光面42的一端向其另一端逐渐增大设置，即该透光面42与偏振面41之间的间隙呈楔形设置。如此设置，可以使得透过光学面32以及透光面42之后的光与偏振面41的夹角达到预设要求，从而保证透过光学面32的光能够垂直传播至LCOS芯片50。

显然，还可以通过其他的方式来调节透过光学面32的光与偏振面41的夹角，在本实用新型的另一实施例中，请参照图2，该偏振单元40还具有面对光学面32且与偏振面41呈大于0°的夹角设置的透光面42，该透光面42与偏振面41之间的间距自该透光面42的一端向其另一端逐渐增大设置。如此设置，使得透过光学面32的光在透过面出发生第一次折射，在透过偏振面41时发生第二次折射，这样就保证了光经过两次折射后能够沿垂直LCOS芯片50的方向传播至LCOS芯片50。

为了使该照明单元10发出的光大部分甚至全部汇聚于光学面32上，在本实用新型的一实施例中，请参照图1或图2，该透镜单元30的聚光面31呈凸型弧面设置，其具有预定的曲率，这就使得该聚光面31具有凸透镜的作用，照明单元10发出的光可以在聚光面31的作用下全部汇聚于光学面32，这样就提高了光的利用率，同时还能够保证该光学引擎100的成像效果。

为了使反射面33能够将光全部反射至光学面32，在本实用新型的一实施例中，该反射面33凸设有反射材料(未图示)，该反射材料可以是金属铝、金属银或者其他介质膜。如此设置，使得经光学面32反射至反射面33的光能够全部被反射回光学面32，这样就避免了部分光透过反射面33的问题出现，提高了光的利用率。

当然，为了提高反射面33的反射效果，还可以通过调整反射面33与光学面32的夹角来实现，以使得经光学面32反射的光能够被反射面33全部反射回光学面32，也就是说，使经过光学面32反射的光在反射面33处发生全反射，从而使得传播至反射面33的光能够全部被反射回光学面32。

值得注意的是，该反射面33与光学面32之间的夹角的大小还与该反射面33与经该光学反射的光之间的夹角大小有关，经光学面32反射至反射面33的光要反射全反射，则需要斯涅耳定律，即n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别是两个介质的折射率，θ₁和θ₂分别为入射光或折射光与界面发现的夹角，叫做入射角和折射角。原理如下：如果入射角θ₁等于某一个角θ_c时，折射光线沿折射界面的切线进行，即折射角为90°，此时sinθ₂＝1，则可以推得sinθ_c＝sinθ₁＝n₂/n₁。但如果入射角θ₁大于这个值θ_c时，入射角的正弦sinθ₁＞n₂/n₁，会推得sinθ₂＞1，这个在数学上是没有意义的，所以此时不存在折射光而只存在反射光，于是便发生全反射。该反射面33与经光学面32反射的光的夹角根据斯涅耳定律设置的，即由透镜单元30的折射率n₁和空气的折射率n₂来确定光学面32与通过透光面42之间的夹角大小。

另外，还需要说明的是，该反射面33可以是平面，该反射面33也可以是曲面，该反射面33还可以部分是平面部分是曲面，在此不做具体的限定。

本实用新型提出一种投影仪，该投影仪包括壳体以及安装于壳体内的光学引擎100，该光学引擎100的具体结构参照上述实施例，由于本投影仪采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种光学引擎，应用于投影仪，其特征在于，所述光学引擎包括：

照明单元；

成像单元，安装于所述照明单元的出光侧；

2.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述偏振面与所述照明单元发出的光呈45°夹角设置，所述偏振面还与所述LCOS芯片呈45°夹角设置。

3.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述偏振单元还具有面对所述光学面且与所述偏振面平行设置的透光面，所述透光面与所述光学面之间的间距从所述透光面的一侧向所述透光面的另一侧逐渐增大设置。

4.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述偏振单元单具有面对所述光学面且与所述偏振面呈大于0°的夹角设置的透光面，所述透光面与所述光学面之间的间距从所述透光面的一侧向所述透光面的另一侧逐渐增大设置。

5.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述聚光面呈凸型弧面设置，其具有预定的曲率，以使得通过所述聚光面的光全部汇聚于所述光学面。

6.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述反射面涂设有反射材料。

7.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述反射面与所述光学面呈夹角设置，以使得经所述反射面反射的光全部透过所述光学面设置。

8.一种投影仪，其特征在于，包括壳体以及如权利要求1至7中任意一项所述的光学引擎，所述光学引擎安装于所述壳体内。