CN221101249U - 紧凑型亮场补偿高亮度投影机光源 - Google Patents
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Abstract
紧凑型亮场补偿高亮度投影机光源：构造包括：LED面阵PCB板、内反射筒、散热片、壳体、或者在改良的增强型中使用锥状光导堆或直光导堆；安装关系为：安装在散热片上的LED面阵PCB板上灯珠所发出的光被LED微透镜、或反射伞阵列整形、汇聚，出射到LCD透射光阀上；其技术关键在于：LED面阵PCB板上的灯珠密度有2种选择；一种是均匀的线性面阵分布，而另一种是非均匀的非线性面阵分布；非线性面阵分布方式是：LED面阵PCB板中心区域的LED灯珠的密度最小，角区的LED灯珠密度最大，呈渐变趋势；另外，LED面阵PCB板与LCD透射光阀保持适度的距离，该距离满足：单颗LED灯珠投射到LCD透射光阀的光斑面积占该LCD透射光阀总面积的1/40到1/5的范围内。
Description
[技术领域]
本发明属光学—电子技术领域；确切的将是一种使投影机的光学引擎及手电的亮度大大增强(且保持高的光学品质：如光学扩展量；表征的准直度等等)的装置。
[背景技术]
投影机的发展沿革到目前为止主要经过了三个发展阶段，即CRT投影技术、LCD投影技术以及近些年发展起来的DLP投影技术；投影机的核心包括：投影机结构部件、光学引擎(含镜头组)、电气控制和接口三大主要部分。而光学引擎结构中的重要部件就是光源。
LCD(Liquid Crystal Display，液晶)投影机：近年来led光源被广泛用于投影机中：单颗多芯的led光源覆盖上非球面透镜，扩束整形后，投射到光阀上；被广泛用于小型投影机中。对于单片彩色LCD投影机的光源比较简单，具体做法是：将排列在一起数十颗LED白光芯片经过非球面透镜收敛后经过透镜整形，或由漏斗形状的反射伞直接反射后，投射到LCD的光阀显示板上，再由镜头组投射到屏幕上。
目前，单片彩色LCD投影机光源的问题在于：屏幕亮度的均匀性及亮度不足的问题，由于非球面透镜及漏斗形状的反射伞的反射都不是均匀的空间立体角的分布状态；另一方面，投影机镜头组的中心部位与边角部位的出光比列不同，往往中心部位的出光比率高一些；两个因素叠加在一起就造成了屏幕亮度均匀性的的问题，往往是中心亮度大于边角亮度，边区的亮度又大于角区的亮度。
[发明内容]
本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，解决屏幕亮度的均匀性及亮度不足的问题，使得屏幕的中心亮度接近边角亮度，而且进一步改善光源的效率及调布局，在发热允许的范围内尽可能多排列led灯珠。
本发明的特点；利用分散排布，及非均匀性排布来改善中心亮度接近边角亮度均匀性；以扩大led分布范围来多排列灯珠，以改善亮度。
本发明的内容：
本发明的亮场补偿高亮度投影机光源；构造包括：LED面阵PCB板、内反射筒、散热片、壳体、或者在改良的增强型中还使用锥状光导堆或直光导堆；安装关系为：安装在散热片上的LED面阵PCB板上灯珠所发出的光被LED微透镜、或反射伞阵列整形、汇聚，再由内反射筒后(LED微透镜与反射伞阵列可以是同时使用，或是2选其一)；
首先LED面阵PCB板上各灯珠的出光立体角有限，一般为30度到130度范围内，实现这个分布立体角范围的方法是通过覆盖在每颗灯珠上面的LED微透镜，或锥形(漏斗形)反射面，因而距离LED面阵PCB板较远的位置才能够接收到全部灯珠的光线，近距离时只能接收少量灯珠的光线，且距离越近时能接收到光线的灯珠数量越少；
LED面阵PCB板上的灯珠密度有2种选择；一种是均匀的线性面阵分布，而另一种是非均匀的非线性面阵分布；本发明的非线性面阵分布方式是：LED面阵PCB板中心区域的LED灯珠的密度最小(间距平均值最大)，角区的LED灯珠密度最大，呈渐变趋势；就是说从LED面阵PCB板的中心出发，沿着任意方向远离中心区域，灯珠密度都呈现上升趋势；但在很接近角区的位置，所对应的有照度的灯珠数量，在计算上要包括一次及二次反射的灯珠数量；
在灯珠密度的非线性面阵分布下，要获得投影图像的亮度补偿效果就要使得LED面阵PCB板与LCD透射光阀(LCD像素板)保持适度的距离；如果距离过大，灯珠密度的非线性面阵分布对图像个点的亮度贡献就没影响；如果距离过小，对应于图像像素的灯珠数量就太少，就无法克服个灯珠间的亮度一致性的误差，一般一个图像像素点对应4-5颗以上灯珠就可满足要求；由于实际投影机的屏幕亮度的总体特征是，屏幕中心的亮度最高，屏幕的边角区域最暗，呈现渐变趋势；所以LED面阵PCB板上的灯珠密度的非线性面阵分布正好使得对LCD透射光阀(LCD像素板)的中心区域的照度最小，边角区域的照度最大，使得投影图像的亮度区域一致；
另外，LED面阵PCB板与LCD透射光阀保持适度的距离(LCD透射光阀的位置就是处于附图说明中的投射平面)，该距离满足：单颗LED灯珠投射到LCD透射光阀的光斑面积占该LCD透射光阀总面积的1/40到1/5的范围内。
*进一步：利用锥状光导堆或直光导堆的优点就能直接使得光场收敛(收缩)与LCD面积相匹配的光场大小；锥状光导堆是由其中一块开有光导板斜缝的光导板及一块不开缝的光导板进行相互对插成棱台状的网格构造；直光导堆是由都开有光导板直缝的2块光导板相互对插形成的直棱柱形网格构造；
[附图说明]
下面结合一个较佳实施例对本发明作进一步所说明；
[图1]DED面阵PCB板(1)的非线性面阵分布示意图。
[图2]获得投射面中心暗区情形下的距离关系示意图。
[图3]一种直接投射式亮场补偿高亮度投影机光源结构示意图。
[图4]一种光导堆耦合式亮场补偿高亮度投影机光源结构示意图。
标号说明：
(1)LED面阵PCB板1
(2)反射伞阵列
(3)内反射筒
(4)透镜
(5)中心受光区域
(6)边角受光区域
(7)LED面阵PCB板2
(8)光照区域
(9)反射伞锥角
(10)散热片1
(11)反射漏斗
(12)(灯珠均匀分布的)LED面阵PCB板3
(13)(灯珠非均匀分布的)LED面阵PCB板4
(14)边角区域
(15)投射平面1
(16)投射平面2
(17)LED投射立体角
(18)投射光斑
(19)光导板直缝
(20)光导板斜缝
(21)光导板1
(22)光导板2
(23)光导板3
(24)光导板4
(25)LED灯珠(芯片)
(26)内反射筒2
(27)锥状光导堆
(28)直光导堆
[具体实施方式]
如[图1]所示：
在LED灯珠(25)(芯片)非均匀分布的LED面阵PCB板3(13)上，由于LED灯珠出光的立体角的限制(一般为30度到130度)，因而距离较远的位置才能够接收到LED面阵PCB板上全部灯珠的光线，近距离时只能接收少量灯珠的光线，且距离越近时能接收到光线的灯珠数量越少；而LED面阵PCB板3(13)的非线性面阵分布指的是作为光源的LED面阵PCB板(7)的中心区域(5)的LED灯珠的密度最小(间距平均值最大)，角区的灯珠密度最大，呈现出渐变趋势；就是从LED面阵PCB板(7)的中心出发，沿着任意方向远离中心区域，灯珠密度都呈现上升趋势；如边角区域(6)所示。
对于LED面阵PCB板4(12)，前方一定距离处能受到光照区域(8)所对应的灯珠的密度相同；任意光照区域的灯珠数量相同，无法形成照度的反补偿。
如[图2]所示：
当投射平面1(15)的距离较近，单颗LED投射立体角(17)的投射范围只能照亮投射平面1(15)的局部时，如投射光斑(18)所示，将获得沿着投射平面1(15)的任意方向远离中心区域，亮度将上升。
而投射平面2(16)的距离较元，单颗LED投射光斑能照亮投射平面2的全部或是大部分；将无法产生投射平面上的亮度(照度)的明显非均匀性。
一般来讲：LCD透射光阀的位置就是处于投射平面的位置上；这符合现代设计的紧凑型原则。
如[图3]所示：
图3中上部左图是内部结构图，为了看清内部，而拆掉了内反射筒(3)的一块侧板；上部右图是整体外观图；下图是爆炸图。
LED面阵PCB板(1)紧贴在散热片1(10)上，反射伞阵列(2)的反射漏斗(11)与LED面阵PCB板(1)的灯珠一一对应，每颗灯珠在漏斗形状的反射配合下，将光能发射到正前方的(20度-150度)锥角的立体角内；但具体设计中，反射伞锥角(9)一般选取30度--60度之间为宜，否则LED面阵PCB板(1)距离LCD液晶屏幕的距离就太近或是太远，不便于使用；
内反射筒(3)的作用是将散射的光线反射回来使用，透镜(4)(可以是菲涅尔透镜)的作用是收敛出光的发射角度、收缩光场大小，以便匹配镜头组，提高效率及均匀性；
中心受光区域(5)及边角受光区域(6)分别标注了所对应区域的灯珠数量，显然中心受光区域(5)的灯珠数量少于边角受光区域(6)的数量；但很接近角区的区域将跨越内反射筒(3)的反射壁，数量上要计算反射壁的一次及二次反射的灯珠数量；
如[图4]所示：
利用锥状光导堆(27)或直光导堆(28)的优点是小型化及直接获得收敛的与LCD相配合的收敛光场。
锥状光导堆(27)是由其中一块开有光导板斜缝(20)的光导板3(23)及光导板4(24)相互对插而形成的棱台形网格构造；直光导堆(28)是由都开有光导板直缝(19)的光导板1(21)与光导板2(22)相互对插形成的直棱柱形网格构造；内反射筒2(26)是保持的光导堆底面与灯珠之间的一定距离，并反射回光线。
Claims (1)
1.紧凑型亮场补偿高亮度投影机光源：构造包括：LED面阵PCB板、内反射筒、散热片、壳体、或者在改良的增强型中使用锥状光导堆或直光导堆；
安装关系为：安装在散热片上的LED面阵PCB板上灯珠所发出的光被LED微透镜、或反射伞阵列整形、汇聚，再由内反射筒后，各灯珠的出光立体角有限，一般为30度到130度范围内，由出射到LCD透射光阀上；
其特征就在于：LED面阵PCB板上的灯珠密度有2种选择；一种是均匀的线性面阵分布，而另一种是非均匀的非线性面阵分布；非线性面阵分布方式是：LED面阵PCB板中心区域的LED灯珠的密度最小，角区的LED灯珠密度最大，呈渐变趋势；
另外，LED面阵PCB板与LCD透射光阀保持适度的距离，该距离满足：单颗LED灯珠投射到LCD透射光阀的光斑面积占该LCD透射光阀总面积的1/40到1/5的范围内。
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