CN219417975U - 一种照明光学系统以及lcd投影光机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种照明光学系统以及LCD投影光机，照明光学系统包括：沿光线传播方向依次设置的光源模块、准直模块、复眼透镜、聚焦模块以及LCD屏；所述光源模块包括呈M×N阵列分布的多个LED光源组，相邻的所述LED光源组间隔预设距离，每个所述LED光源组均包括呈A×A阵列分布的多个LED发光芯片，所述准直模块包括多个准直透镜，每个所述准直透镜对应一个所述LED发光芯片，所述聚焦模块包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜。本申请的照明光学系统，有利于LED发光芯片的散热，从而可以有效地提高LED的功率，有利于应用于大功率的LCD投影光机中，有利于减小照明光学系统的出光角度。

Description

一种照明光学系统以及LCD投影光机

技术领域

本申请涉及LCD投影光机技术领域，特别是涉及一种照明光学系统以及LCD投影光机。

背景技术

目前传统的单片式LCD投影光机的照明光路中，使用的光源多为COB光源，LED芯片集中排布在一起，不利于LED的散热设计，随着LED功率的越来越大，这种芯片排布方式很容易LED因温度过高而烧坏。同时，在传统照明光路中，通常使用光漏斗作为聚光器件，其出射的光线均匀性较差，投射光斑周围有明显的暗斑。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种照明光学系统以及LCD投影光机，以解决现有技术中的缺点与不足。

本申请的一种照明光学系统，包括：

沿光线传播方向依次设置的光源模块、准直模块、复眼透镜、聚焦模块以及LCD屏；

所述光源模块包括呈M×N阵列分布的多个LED光源组，相邻的所述LED光源组间隔预设距离，每个所述LED光源组均包括呈A×A阵列分布的多个LED发光芯片，所述准直模块包括多个准直透镜，每个所述准直透镜对应一个所述LED发光芯片，所述聚焦模块包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜，每个所述聚焦透镜对应一个所述LED光源组，其中，M≥1，N≥1，A≥1。

相对于现有技术，本申请的照明光学系统，将LED集中排布的方式改为阵列分散排布，每个LED光源组之间相邻预设距离，有利于LED发光芯片的散热，从而可以有效地提高LED的功率，有利于应用于大功率的LCD投影光机中，另外，本申请采用复眼透镜进行匀光，可以使得出射的光线均匀性大于80％以上，另外，所述聚焦模块包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜，通过多个聚焦透镜对复眼透镜出射的光线进行聚焦，有利于减小照明光学系统的出光角度，利于应用该照明光学系统的LCD投影光机的成像系统设计，提高LCD成像清晰度及亮度。

在一优选或可选实施例中，所述复眼透镜包括呈J×K阵列分布的多个复眼子透镜，其中，J大于M，K大于M。

在一优选或可选实施例中，从所述聚焦透镜出射的光线与所述LCD屏光轴的最大夹角为θ，θ小于10°。

在一优选或可选实施例中，θ＝arctan(D/d7)，其中，所述聚焦透镜的出光面为正方形，D为所述聚焦透镜出光面的边长，d7为所述聚焦透镜的出光面到所述LCD屏的入光面的距离。

在一优选或可选实施例中，0.2mm≤d1≤1mm；

5mm≤d2≤15mm；

0mm≤d3≤10mm；

10mm≤d4≤20mm；

5mm≤d5≤15mm；

1mm≤d6≤2mm；

其中，d1为所述LED发光芯片的出光面到对应的所述准直透镜的入光面的距离，d2为所述准直透镜的厚度，d3为所述准直透镜的出光面到所述复眼透镜的入光面的距离，d4为所述复眼透镜的厚度，d5为所述复眼透镜的出光面到所述聚焦透镜的入光面的距离，d6为所述聚焦透镜的厚度。

在一优选或可选实施例中，所述复眼子透镜的截面为长方形结构，长方形结构的长度为G，宽度为H，LCD屏的长度为E，宽度为F，其中，G：H＝E/M：F/N；

所述复眼子透镜的曲率半径为R，折射率为n，其中，1.5≤n≤1.8，d4＝n*R/(n-1)。

在一优选或可选实施例中，d7＝f＝120mm，f为所述聚焦透镜的焦距。

在一优选或可选实施例中，所述LED光源组的功率≤10W，所述光源模块的功率≥100W。

在一优选或可选实施例中，所述LED发光芯片发出的光线经过对应的所述准直透镜进行准直后，发光角度不大于10°。

本申请的一种LCD投影光机，其包括：菲涅尔镜、反射镜、成像镜头以及本申请所述的照明光学系统，所述菲涅尔镜、反射镜和成像镜头依次设置于所述LCD屏的出光方向上。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请。

附图说明

图1为本申请实施例中照明光学系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中光源模块的结构示意图；

图3为本申请实施例中聚焦模块的结构示意图；

图4为本申请实施例中照明光学系统的结构示意图(包含尺寸标注)；

图5为本申请实施例中复眼透镜的结构示意图；

图6为本申请实施例中LCD投影光机的结构示意图；

附图标记：

11、LED光源组；12、LED发光芯片；21、准直透镜；3、复眼透镜；31、复眼子透镜；4、聚焦模块；41、聚焦透镜；5、LCD屏；6、菲涅尔镜；7、反射镜；8、成像镜头。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“空心”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申请中的具体含义。

请参阅图1至图4，本申请实施例提供一种照明光学系统，包括沿光线传播方向依次设置的光源模块、准直模块、复眼透镜3、聚焦模块4以及LCD屏5。所述光源模块发出的光线依次经所述准直模块准直处理、经过复眼透镜3匀光处理和经过所述聚焦模块4聚焦处理后，再入射到LCD屏5，从而形成投影图像。

具体地，在本实施例中，所述光源模块包括呈M×N阵列分布的多个LED光源组11，相邻的所述LED光源组11间隔预设距离，每个所述LED光源组11均包括呈A×A阵列分布的多个LED发光芯片12，所述准直模块包括多个准直透镜21，每个所述准直透镜21对应一个所述LED发光芯片12，也就是说每个LED发光芯片12发出的光线各经过一个准直透镜21，准直透镜21的数量与LED发光芯片12相同。

所述聚焦模块4包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜41，每个所述聚焦透镜41对应一个所述LED光源组11，相当于每个聚焦透镜41对应一个LED光源组11的多个LED发光芯片12，其中，M≥1，N≥1，A≥1。

相较于现有技术，本申请的照明光学系统，将LED集中排布的方式改为阵列分散排布，每个LED光源组11之间相邻预设距离，有利于LED发光芯片12的散热，从而可以有效地提高LED的功率，有利于应用于大功率的LCD投影光机中，另外，本申请采用复眼透镜3进行匀光，可以使得出射的光线均匀性大于80％以上，另外，所述聚焦模块4包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜41，通过多个聚焦透镜41对复眼透镜3出射的光线进行聚焦，有利于减小照明光学系统的出光角度，利于应用该照明光学系统的LCD投影光机的成像系统设计，提高LCD成像清晰度及亮度。

其中，如图5所示，本实施例所述复眼透镜3包括呈J×K阵列分布的多个复眼子透镜31，其中，J大于M，K大于M，这样可以使得均光效果更好。在本实施例中，所述复眼子透镜31的截面为长方形结构，长方形结构的长度为G，宽度为H，LCD屏的长度为E，宽度为F，其中，G：H＝E/M：F/N。所述复眼子透镜31的曲率半径为R，折射率为n，其中，1.5≤n≤1.8，d4＝n*R/(n-1)。

优选地，在本实施例中，从所述聚焦透镜41出射的光线与所述LCD屏5光轴的最大夹角为θ，θ小于10°，由此，可以保证进入LCD屏5的光线角度小，使得从LCD屏5出射的光线角度减小，有利于应用该照明光学系统的LCD投影光机的投影镜头设计。

具体地，本实施例照明光学系统满足以下关系：

θ＝arctan(D/d7)，其中，所述聚焦透镜41的出光面为正方形，D为所述聚焦透镜41出光面的边长，d7为所述聚焦透镜41的出光面到所述LCD屏5的入光面的距离。通过对D和d7进行合理的设计，可保证θ＜10°，具体地，d7＝f＝120mm，f为所述聚焦透镜41的焦距。

优选地，本实施例照明光学系统满足以下关系：

0.2mm≤d1≤1mm；

5mm≤d2≤15mm；

0mm≤d3≤10mm；

10mm≤d4≤20mm；

5mm≤d5≤15mm；

1mm≤d6≤2mm；

其中，d1为所述LED发光芯片12的出光面到对应的所述准直透镜21的入光面的距离，d2为所述准直透镜21的厚度，d3为所述准直透镜21的出光面到所述复眼透镜3的入光面的距离，d4为所述复眼透镜3的厚度，d5为所述复眼透镜3的出光面到所述聚焦透镜41的入光面的距离，d6为所述聚焦透镜41的厚度。各部件的间距、厚度通过如此设置，有助于提高系统的出光均匀性，提高光线质量，同时缩短系统的整体长度。

优选地，所述LED光源组11的功率≤10W，所述光源模块的功率≥100W。

优选地，所述LED发光芯片12发出的光线经过对应的所述准直透镜21进行准直后，发光角度不大于10°，保证出光角度不会太大。

在本实施例中，上述M＝4，N＝3，A＝2。本实施例所述LCD屏5的长度为110.59mm，宽度为62.21mm。

如图6所示，本申请实施例还提供一种LCD投影光机，包括：菲涅尔镜6、反射镜7、成像镜头8以及本申请实施例的照明光学系统，所述菲涅尔镜6、反射镜7和成像镜头8依次设置于所述LCD屏5的出光方向上。本实施例的LCD投影光机可以设计为较大功率，散热性能好，匀光效果好，方便使用。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种照明光学系统，其特征在于，包括：

沿光线传播方向依次设置的光源模块、准直模块、复眼透镜、聚焦模块以及LCD屏；

所述光源模块包括呈M×N阵列分布的多个LED光源组，相邻的所述LED光源组间隔预设距离，每个所述LED光源组均包括呈A×A阵列分布的多个LED发光芯片，所述准直模块包括多个准直透镜，每个所述准直透镜对应一个所述LED发光芯片，所述聚焦模块包括呈M×N阵列分布的多个聚焦透镜，每个所述聚焦透镜对应一个所述LED光源组，其中，M≥1，N≥1，A≥1。

2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于：

所述复眼透镜包括呈J×K阵列分布的多个复眼子透镜，其中，J大于M，K大于M。

3.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于：

从所述聚焦透镜出射的光线与所述LCD屏光轴的最大夹角为θ，θ小于10°。

4.根据权利要求3所述的照明光学系统，其特征在于，满足以下关系：

θ＝arctan(D/d7)，其中，所述聚焦透镜的出光面为正方形，D为所述聚焦透镜出光面的边长，d7为所述聚焦透镜的出光面到所述LCD屏的入光面的距离。

5.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，满足以下关系：

0.2mm≤d1≤1mm；

5mm≤d2≤15mm；

0mm≤d3≤10mm；

10mm≤d4≤20mm；

5mm≤d5≤15mm；

1mm≤d6≤2mm；

其中，d1为所述LED发光芯片的出光面到对应的所述准直透镜的入光面的距离，d2为所述准直透镜的厚度，d3为所述准直透镜的出光面到所述复眼透镜的入光面的距离，d4为所述复眼透镜的厚度，d5为所述复眼透镜的出光面到所述聚焦透镜的入光面的距离，d6为所述聚焦透镜的厚度。

6.根据权利要求5所述的照明光学系统，其特征在于：

所述复眼子透镜的截面为长方形结构，长方形结构的长度为G，宽度为H，LCD屏的长度为E，宽度为F，其中，G：H＝E/M：F/N；

所述复眼子透镜的曲率半径为R，折射率为n，其中，1.5≤n≤1.8，d4＝n*R/(n-1)。

7.根据权利要求5所述的照明光学系统，其特征在于：

d7＝f＝120mm，f为所述聚焦透镜的焦距。

8.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于：

所述LED光源组的功率≤10W，所述光源模块的功率≥100W。

9.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于：

所述LED发光芯片发出的光线经过对应的所述准直透镜进行准直后，发光角度不大于10°。

10.一种LCD投影光机，其特征在，包括：

菲涅尔镜、反射镜、成像镜头以及如权利要求1-9任一项所述的照明光学系统，所述菲涅尔镜、反射镜和成像镜头依次设置于所述LCD屏的出光方向上。