反射型微型投影机用光学引擎的制作方法

专利名称：反射型微型投影机用光学引擎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学引擎，尤其涉及一种反射型微型投影机用光学引擎。
背景技术：
为了将相对于手掌面积还要小的便携式微型投影机或者对笔记本等设备进行嵌入式设计的投影仪进行实用化，必须要开发出小体积，低电耗，高亮度的投影机用光学引擎，要达到微型投影引擎的上述要求，必须采用比较合适的光源，目前适用于微型投影机的光源有激光二极管(Laser Diode,简称“LD”)和发光二级管(Light Emitting Diode,简称“LED”)，其中激光是比LED光效更高的光源。LED发散角及发光面积都比较大，因而光源利用率相对比激光低；激光的光源利用率比LED高，但同时也存在投影画面中有散斑现象的缺点。散斑是激光的固有特性，是激 光的高度相干性(Coherence)引起的一种干涉现象。散斑在屏幕上体现为斑状噪点，会损害影像画面质量，给观看者一种刺眼的感觉，容易造成眼花和视力疲劳。因此，若能有效地消除散斑现象，激光是最适合微型投影机的光源。

发明内容
本发明的目的在于提供一种反射型微型投影机用光学引擎，可以有效地削弱激光光学引擎投影画面的散斑现象。反射型微型投影机用光学引擎，包括
至少一个激光光源；
从各光源得到光束生成图像的光调制器；
将各光源发出的光转换为适合光调制器形状的照明光的光束整形器；
光源与光束整形器之间存在反射镜，且该反射镜能够沿指定方向进行振动。本发明通过设置一个反射镜沿入射角和出射角的夹角中线方向进行振动，可以有效地减少激光光学引擎的散斑现象。将复眼透镜用作光束整形器可以进一步削弱散斑，光束整形器为多个小透镜体以矩阵形式排列在表面的复眼透镜。反射镜使用在薄膜状胶片上黏贴金属层的反射胶片，可以在振动时有较好的机械稳定性。反射镜为胶片形式的反射膜。反射型光调制器可以是硅基液晶或数字微镜器件。


图I是传统的使用激光的反射型光学引擎的示意 图2是传统的反射型光学引擎的光路部分进行放大后的示意 图3是本发明提供的光学引擎的反射镜光路部分示意图。具体实施方案为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合各附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。图I为传统应用的反射型光学引擎的结构。图I为传统的反射型光学引擎的结构示意图，使用激光光源的投影机是由红光光源(10R),绿光光源(10G),蓝光光源(10B)，合色镜50R，50G, 50B,漫射体(20)，光束整形器(30 )，物镜(40 )，光调制器(60 )，投射透镜(70 )，偏振分光镜(80 )等构成。光源最好是依次R/G/B光照射。依次照射R/G/B光源(10R，10G, 10B)是指，将照射一个帧的时间设为T时，T/3的时间照射R (红)光源，接着的T/3的时间照射G (绿)光源，紧接着的T/3时间照射B (蓝)光源。微型投影机用的光源，既要体积小也要光通量大，因此需要使用激光光源、LED光源、或是激光与LED光的混合模式的光源。上述的三个光源(10R、10G、10B)发出的光由合色镜50R、50G、50B反射或者透过，合束后入射到漫射体(20)之中。合色镜50G起到反射G光源(从IOG照射出的绿色激光)的作用，合色镜50G也可以使用常规的可见光反射镜。合色镜50R起到反射R光源(从IOR照射出的红色激光)，透射其它波长的光束的作用。合色镜50B起到反射B光源(从IOB照射出的蓝色激光)，透射其它波长的光束的作用。漫射体垂直振动于光轴，因此通过振动的漫射体的时候，光束位置的随机性会增力口。这种漫射体，是为了消除激光特有的激光散斑而设置的装置，用以破坏激光光束的相干性来达到减少激光散斑的目的。通过漫射体的光束通过光束整形器(Beam Shaper) (30)后,转变成截面形状与光调制器(60)匹配且能量分布均匀的光束。物镜(40)是将经过光束整形器整形后的光束集束到光调制器(60)的透镜，物镜
(40)可以是一片，也可以是多片。光调制器(60)是指将照明光束根据图像信号调制成彩色图像的元件。光调制器(60)的典型实例有数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称“DMD”)、硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon,简称 “LC0S”)等等。DMD 是种利用场时序(fieldsequential)的驱动方式，将图像信号进行数字编码，驱动微反射镜阵列调制成像的元件。LCOS是反射型液晶显示的一种，是将液晶显示面板前后两面中的一面植上反射层和硅基板，通过液晶选择性地开/关液晶阵列中的像素点来形成图像的元件。采用LCOS面板的投影系统，照明光束直接穿透液晶面板调制成像，调制好的图像再经投射系统放大后投射到屏幕上。图I中的实例是传统的反射型光学系统，偏振分光镜(80)起到将光调制器形成的图像的入射光和反射光分离的作用。投射透镜(70)由多个透镜组成，其作用是将由光调制器￠0)形成的图像放大投射到屏幕上。使用上述激光光源的光学引擎，具有光效高、色域广的优点，但同时也存在着激光散斑的缺点。
激光因其有着很强的相干性，投射在屏幕上的画面会因屏幕对激光的漫反射以及散射，在某些区域形成干涉的斑点，叫做散斑。散斑表现为一种明暗相间的干扰纹，是一种干涉现象，改善散斑的常用方法为破坏激光的相干性，或是快速随机改变散斑的位置，动态的散斑不会形成稳定的明暗相间的刺眼的亮点。图I的漫射体(20)即是采用了垂直于光轴的方向振动或是转动以动态改变光束的角度，从而动态改变屏上散斑的位置。但这种漫射体通常透光率不高，一般在80%左右，同时带有一定的指向性，因此对偏振光方向产生影响。若使用液晶显示面板作为光调制器，将大幅度降低光路效率。本发明实施方式中为此提供了一种随机改变光束位置且不会降低光效率的技术方案。
图2是将图I中从合色镜到光束整形器之间的部分的放大图。图2中描述了通过合色镜的光束合束到同一光轴后，反射镜将光路折转到后续光路。为了使图I中的光学系统更紧凑，本发明的实施方式中将光路用反射镜进行了折转。本发明为了改善散斑的同时，不降低光路的效率，改变了图2中所使用的反射镜的结构。图3是将本发明实施方式中的反射镜结构进行详细描述的示意图。反射镜位于与光轴相交叉的位置，在光轴上向入射到反射镜的入射角和反射出的出射角的中线方向进行振动。为了上述反射镜(90)的机械稳定性，其材质最好不要使用玻璃，而是使用在薄膜状胶片上黏贴金属层的反射胶片。此外，本发明实施方式中，光束整形器是使用了多个小透镜体以矩阵形式排列在表面的复眼透镜。包含在复眼透镜的小型透镜体可以体现为多种形状比如四角凸透镜形状，六角凸透镜形状或者圆形等。本发明既适用于全部是激光光源的情况，也适用于部分光源是激光光源，部分光源是LED光源的混合光源的情况。虽然参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，本发明不受以上实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
权利要求
1.反射型微型投影机用光学引擎，其特征在于，包括 至少一个激光光源； 从所述各光源得到光束来生成图像的光调制器； 将所述各光源发出的光转换为适合光调制器形状的照明光的光束整形器； 所述光源与光束整形器之间存在反射镜，且 该反射镜能够沿指定方向进行振动。
2.根据权利要求I所述的反射型微型投影机用光学引擎，其特征在于，所述指定方向是由入射光和由反射镜出射的光形成的夹角的中线方向。
3.根据权利要求I所述的反射型微型投影机用光学引擎，其特征在于，所述光束整形器是将多个小透镜体以矩阵形式排列在表面的复眼透镜。
4.根据权利要求I所述的反射型微型投影机用光学引擎，其特征在于，所述反射镜为胶片形式的反射膜。
5.根据权利要求I所述的反射型微型投影机用光学引擎，其特征在于，所述反射型光调制器可以是硅基液晶或数字微镜器件。
全文摘要
本发明提供一种反射型微型投影机用光学引擎，该光学引擎在光源与光束整形器之间存在反射镜，该反射镜沿入射角和出射角的夹角中心方向进行振动，可以有效地削弱激光光学引擎投影画面的散斑现象；将复眼透镜用作光束整形器可以进一步削弱散斑；反射镜使用在薄膜状胶片上黏贴金属层的反射胶片，可以在振动时有较好的机械稳定性。
文档编号G02B27/48GK102736381SQ20111008825
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月9日 优先权日2011年4月9日
发明者刘治新, 吴中雄, 朴尚荣, 王吉文 申请人:上海三鑫科技发展有限公司