采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統的制作方法

專利名稱：采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種投影顯示系統，尤其涉及一種采用混合三基色光源的緊湊型反射式液晶投影光引擎系統。
背景技術：
投影顯示已經成為大屏幕高清晰動態顯示的主流方式，廣泛應用于商務、教育、科研、娛樂以及家庭等重要環節。近些年，隨著微電子、光學、加工工藝等諸多技術的迅猛發展，以及現代商務移動辦公模式的普及和手持數碼產品的增多，微型化又成為投影顯示技術發展的新方向。微型投影機具有輕巧和使用方便等顯著優點，可與各類消費電子產品相結合，這使得微型投影的應用變得無限廣闊。微型投影機對亮度、分辨率、體積、功耗、成本以及散熱等都有嚴格的要求。要實現高亮度、高分辨率、小體積、低功耗和低成本的微型投影系統，就必須在光源、光調制器件、光學系統和光學器件等多方面做很大的改進甚至革新。目前，微型投影主要以DLP (Digital Lighting Processor)和 LCoS (LiquidCrystal on Silicon)技術為主。DLP和LCoS技術均為陣列反射式投影技術。DLP技術具有反射率高且無需偏振光等優點，但其芯片DMD (Digital Mirror Device)制程極其復雜，為TI公司獨家掌控。LCoS技術具有高分辨率和低成本等優勢，色彩豐富，圖像逼真，加之技術上的開放性，非常適合微型投影對高分辨率和低成本的苛刻要求。但是，LCoS微型投影系統普遍存在整機輸出亮度偏低和體積較大等問題，用戶的視覺體驗不夠好，攜帶不方便，這已經阻礙了投影系統的微型化和進一步普及。目前的微型投影大多采用LED作為照明光源。LED具有體積小、壽命長、響應快及節能環保等優點，但在微型投影應用上，仍然存在LED光通量不高，且單位光學擴展量上的光通量低于傳統投影光源，以及發熱量過大等問題。隨著市場的發展，各LED廠商也在不斷開發適用于微型投影的LED光源。例如，歐司朗(OSRAM)在2011年底研制出電光轉換效率高達61%的紅光LED(主波長為609nm)。在Imm2的芯片，工作電流為40mA時可實現光效高達201 lm/W，而在350mA的典型工作電流下仍可提供168 lm/W的高光效。發光效率越高，芯片面積越小，這給微型投影光學系統設計帶來更大的空間。另外，由于不同單色LED的發光效率差異，LED廠商也采用熒光粉技術，用某些波長LED發光效率高的優點來制備其他波長的LED，以提高該波段的發光效率。通常，綠色波段LED發光效率較低，但綠光在投影系統中占的比重卻最大。為解決這個問題，歐司朗采用波長420nm的LED激發熒光粉產生520nm的綠光，使得綠光的輸出光通量在相同功率下提升一倍，達到I. 4A工作電流下500 Im的高亮度。雖然LED激發熒光粉使得亮度上有明顯提升，但也存在不足1)光譜范圍過寬，雖然主波長在綠光范圍，但其他波長范圍內仍然存在部分能量。熒光粉激發綠光LED的FWHM (半高寬度)增大兩倍多到lOOnm，而普通綠光LED僅為44nm。2)色彩純度大大降低，且其他基色范圍內的能量也不能被系統有效利用。3)熒光粉激發LED的發光角度有所增加，使得光源的光學擴展量增大，給后續系統的設計帶來壓力。
另一種新興的光源是激光。激光作為光源的投影系統具有非常高亮度、無需對焦和色域寬廣等顯著優點，這都是LED投影系統無法比擬的。另外，激光的高偏振單色紅綠藍三基色光，對LCoS微顯示系統尤其重要。但是，激光投影也存在難以克服的缺點1)真綠激光仍未商業化，成本過高。目前的綠激光大多基于倍頻技術產生；2)存在安全問題。研究表明，激光掃描投影在Class2時最高只能達到20流明，而基于面板的激光投影系統在Classl就可以達到20流明，在Class2時可達幾百流明。可見，基于面板的投影系統較掃描投影系統有優勢；3)圖像散斑。由于激光的強相干特性，顯示圖像畫面受到干擾而呈現顆粒狀，容易產生視覺疲勞，感官舒適度大大降低。因此，在激光投影中去散斑技術非常關鍵。雖有角多樣性，偏振多樣性，波長多樣性，使用特殊或者移動屏幕等方法消除散斑，但每種方法都有其局限性。 LED和激光都各有優點，但各自性能和發展速度卻滯后于微投市場的需求。若采用單一種類光源，系統總是存在或亮度不高，或圖像散斑，或體積過大等問題。若能將各種LED和激光結合起來，利用激光的高亮度特性，又利用到LED的低干涉性來消弱激光圖像散斑并提高安全性，這將對微型投影在高亮度、低功耗、小體積和低成本等方面大有裨益。要將不同種類的光源有效結合起來，就需要一個高效的偏振光管理系統一光引擎，將光源能量傳遞給光調制器件。最簡單的方法是在傳統的微型投影光引擎結構上更換新興固體光源。例如，采用傳統的X-Cube微型投影光引擎(US6018418)結構。但這種結構在光源位置擺放時要注意光源本身的物理特性，若兩激光光源相對而置，會有殘余光射向另一個光源的激光發光芯片，造成激光光源損傷。若采用雙二向色鏡(Dichroic Mirror)結構，體積會明顯增大且對非激光光源的收集率較低。申請人:申請的專利(專利申請號為201110168636. 3)提供了一種全新的反射式微型投影光引擎結構。該結構采用三基色LED照明，利用偏振分束棱鏡(PBS: PolarizationBeam Splitter)和偏振干涉濾光片組成的偏振整合光路，將不同偏振態的三基色光整合為同一偏振光并照向圖像調制器件。同時采用光回收結構，將第一次未進入后續光路的光經偏振旋轉后被重復利用，可有效利用三基色光的兩種偏振態。該光引擎的光利用率高，但體積偏大。若采用三基色LED照明，整個系統的輸出量度仍然偏低。為解決大體積和低亮度的問題，本專利采用LED、激光和熒光器件相混合的照明系統，結合一種緊湊型的光引擎結構，在不引起散斑和安全性問題基礎上，最大限度地提升微型投影系統的輸出亮度。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種采用混合光源的緊湊型液晶投
影光引擎系統。本發明采用不同種類的固體光源------LED和激光，結合緊湊型的光引擎
結構，使得整機的輸出亮度極大提升，而且系統體積小，圖像質素和安全性得以保障。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統，它包括混合光源模塊，偏振光管理模塊，圖像信息模塊和投影鏡頭。其中，所述混合光源模塊包括紅激光、藍激光、綠光LED、紅激光擴束整形器、藍激光擴束整形器、綠光勻光器，紅激光和紅激光擴束整形器相連，藍激光和藍激光擴束整形器相連，綠光LED和綠光勻光器相連。光管理模塊由偏振合色單兀、聚光透鏡、偏振干涉濾光片、第二 PBS依次同軸排列組成。圖像信息模塊位于第二 PBS的一個直角邊，投影鏡頭位于第二 PBS的出射邊。
進一步地，所述偏振合色單元由第一 PBS、透紅反藍濾光片、透藍反紅綠濾光片、寬波段四分之一波片組成。其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，透紅反藍濾光片和寬波段四分之一波片膠合于第一 PBS的紅光入射面，透藍反紅綠濾光片膠合于第一 PBS的藍光入射面，第二寬波段四分之一波片膠合于第一 PBS的綠光入射面。此偏振合色單元可重復利用綠光LED的兩種偏振態的光。對于高偏振度的紅激光和藍激光，可以分別設置為第二偏振態和第一偏振態。這樣，從第一 PBS出射的三基色光中，綠光為第一偏振態，紅光和藍光為第二偏振態。后續的偏振干涉濾光片應半波旋轉綠光而保持紅光和藍光偏振態不變。進一步地，采用藍激光激發綠光熒光粉的方式產生投影所需的綠色，再與紅光LED和藍激光混合照明。所述的光源部分由雙藍激光、透藍反綠濾光片、綠光熒光板、藍光擴束整形器、綠光擴束整形器、紅光LED及紅光勻光器組成。所述偏振合色單元由第一 PBS、透紅反藍濾光片、透藍反紅綠濾光片、寬波段四分之一波片組成。其中，第一 PBS與聚光透鏡同軸，透紅反藍濾光片和寬波段四分之一波片膠合于第一 PBS的紅光入射面，透藍反紅綠濾光片膠合于第一 PBS的藍光入射面，第二寬波段四分之一波片膠合于第一 PBS的綠光入射面。此偏振合色單元可重復利用紅光LED的兩種偏振態的光。藍激光發出的光設置為第一偏振態。第一個藍激光激發突光粉產生的綠光，主要為第一偏振態，而次要的第二偏振態也會被偏振合色單元重復利用。另一個藍激光經過偏振轉換后成為第二偏振態。這樣，從第一 PBS出射的三基色光中，綠光為第一偏振態,紅光和藍光為第二偏振態。后續的偏振干涉濾光片應半波旋轉綠光而保持紅光和藍光偏振態不變。若需要進一步提升系統的亮度，可以采用紅激光代替紅光LED，高偏振度的紅光直接從第一 PBS出射而無需重復利用。本發明的有益效果是，在緊湊型的反射式投影光引擎結構上，采用LED和激光混合照明，既可以利用到激光的單偏振光，又能重復利用LED光源或熒光粉激發的非單偏振光的兩種偏振態的光。理論上，光學利用率達到最佳，整機的輸出亮度也得到最大的提升，同時又利用LED光源的非相干特性，消弱單激光光源引起的散斑現象，且安全性也得到進一步保障。


圖I是本發明的第一個實施例的緊湊型混合光源液晶投影光引擎結構 圖2是本發明的第一個實施例中第一和第三基色的光線軌跡和偏振態 圖3是本發明的第一個實施例中第二基色的光線軌跡和偏振態 圖4是本發明的第二個實施例的緊湊型混合光源液晶投影光引擎結構 圖5是本發明的第二個實施例中第一基色的光線軌跡和偏振態 圖6是本發明的第二個實施例中第二基色的光線軌跡和偏振態 圖7是本發明的第二個實施例中第三基色的光線軌跡和偏振態 圖8是本發明的第三個實施例的緊湊型混合光源液晶投影光引擎結構 圖9是本發明的第三個實施例中第一基色的光線軌跡和偏振態 圖中反射式液晶投影顯示系統I、光源模塊2、偏振光管理模塊3、圖像信息模塊4、投影鏡頭5、紅激光器21、綠光LED 22、藍激光器23、第二藍激光器25、紅光LED 24、紅光擴束整形器211、綠光勻光器221、綠光擴束整形器251、藍光擴束整形器231、紅光勻光器241、透紅反藍濾光片321、透藍反紅綠濾光片323、透藍反綠濾光片324、綠光熒光板325、寬波段四分之一波片331、第二寬波段四分之一波片332、紅光光束212、綠光光束222、藍光光束232、第一 PBS 31、聚光透鏡32、偏振干涉濾光片33、第二 PBS 34。
具體實施例方式本發明包括光源模塊，偏振光管理模塊，圖像信號模塊和投影鏡頭。光源模塊提供照明，為極大提升投影系統的亮度和色彩飽和度，本發明采用LED和激光混合照明。LED和激光固體光源本身就產生單色性很好的光，且具有納秒量級的響應速度，可為時序式顯示提供高效照明。光管理模塊包括兩個PBS (Polarization Beam Splitter,偏振分束器)和一個偏振干涉濾光片等。三基色混合光源分 別位于第一 PBS的三個入射面。由于紅激光發出的紅光和藍激光發出的藍光的單偏振特性，幾乎所有的光經第一 PBS進入后續系統。而對于綠光LED,直接進入第一 PBS后,分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。第一偏振光被第一 PBS反射進入后續光學系統，而第二偏振光經過透藍反紅綠濾光片和寬波段四分之一波片組成的重復利用結構后，變為第一偏振光，與先前的第一偏振光合并，實現綠光的重復利用。因此，混合光源發出的所有光都能被系統所利用。紅光和藍光的第二偏振光與綠光的第一偏振光，經過偏振干涉濾光片偏振整合后成為第二偏振光。之后，第二偏振態的三基色光經第二 PBS反射進入圖像信號調制模塊。圖像信號調制模塊為一塊位于第二 PBS一直角邊的反射式液晶圖像調制器件LCoS，根據輸入的圖像信號，對輸入三基色光分時序調制，攜帶圖像信息的調制光偏振態旋轉90度后，透過第二 PBS進入投影鏡頭。投影鏡頭位于第二 PBS出射邊，以放大投影經圖像調制器件后攜帶對應圖像信息的光于屏幕上。綠光在投影系統中的比重最大，為極大提升整機的輸出亮度，可采用藍激光激發綠光熒光粉的方式產生綠光，一個藍激光直接產生藍光，而另一個藍激光則激發綠光熒光粉產生綠光。紅光部分可以采用紅光LED或者紅激光，前者具有較好的圖像質量，后者具有較高的輸出亮度。因此，從光源發出的所有的光都可以被系統利用，整機輸出亮度得到最大可能提升。本發明的技術內容，特性和優點等，將參照附圖進行詳細描述。在不脫離本發明范圍的情況下，可以對其作出結構和其他方面的改變，而作為其他實施例。各個實施例及其每個不同實施例的各個方面可以以任何合適的方式組合使用。所以，附圖和詳敘本質上將被看作是描述性的而非限制性的。應當注意，在不同的示圖中，相同器件采用相同的參考數表
/Jn ο實施例I
圖I給出了本發明的第一個采用混合光源的反射式液晶投影顯示系統I的實施例，包括光源模塊2，偏振光管理模塊3，圖像信息模塊4和投影鏡頭5。光源模塊2包括紅激光器21、藍激光器23、綠光LED 22、紅激光擴束整形器211、藍激光擴束整形器231和綠光勻光器221，紅激光器21和紅激光擴束整形器件211相毗鄰，藍激光器23和藍激光擴束整形器231相毗鄰，綠光LED 22和綠光勻光器221相連。紅激光器21和藍激光器23發射的偏振光分別經過紅激光擴束整形器211和藍激光擴束整形器231后成為照明所需的矩形光束。綠光LED 22發射的三基色自然光經過綠光勻光器221后收集成為照明所需的小角度矩形光束。
光管理模塊3由偏振合色單元、聚光透鏡32、偏振干涉濾光片33、第二 PBS 34依次同軸排列組成。本實施例中，偏振合色單元由第一 PBS 31、透紅反藍濾光片321、透藍反紅綠濾光片323、寬波段四分之一波片331組成寬波段四分之一波片331膠合于第一 PBS 31的紅光入射面，再與透紅反藍濾光片321相膠合，透藍反紅綠濾光片323膠合于第一 PBS的藍光入射面，寬波段四分之一波片331膠合于第一 PBS的綠光入射面。寬波段四分之一波片可將兩次通過其的三基色光偏振旋轉90度。透紅反藍濾光片321透射紅激光器21發出的紅光212，而反射從藍激光器23發出的藍光232。透藍反紅綠濾光片323透射藍激光器23發出的藍光232，而反射從紅激光器21發出的紅光212和從綠光LED 22發出的綠光222。聚光透鏡32和偏振干涉濾光片33位于第一 PBS 31和第二 PBS 34之間。偏振干涉濾光片33可以實現選擇性的光譜偏振旋轉，對于期望波段的偏振光旋轉90度，而其他波段的偏振光保持偏振態不變，從而實現不同基色偏振光的偏振整合。紅光光束212，綠光光束222，藍光光束232分別代表各基色勻光后的傳遞方向和對應的偏振態。圖像信號模塊4為一個反射式液晶投影光調制器件——LCoS芯片，位于第二 PBS36的一個直角邊，根據外圍控制電路(未畫出)提供的圖像信號，時序地將紅光光束212，綠光光束222和藍光光束232從第一個偏振態調制為第二個偏振態，以形成包含每種顏色成分的彩色圖像。投影鏡頭5位于第二 PBS 36的出射邊，將經過第二 PBS36后的攜帶對應圖像信號的紅光光束212，綠光光束222和藍光光束232投影到屏幕上。在本實例中，采用紅激光器21，藍激光器23和綠光LED 22混合光源照明。理論上，可以采用任意兩種三基色激光和另一種非激光基色，但由于綠激光目前仍未商業化，成本很高，因此本實例采用綠光LED 22光源。綠光LED 22既可采用普通的綠光LED，也可采用熒光粉激發的綠光LED以進一步提升輸出亮度。攜帶各自圖像信號的三基色以3倍于幀數的速度依次通過投影鏡頭5投射出去。由于人眼無法分辨高速的幀數而合成真彩圖像。本實例只給出可行方案中的一種情況，其他光源布置方案也不脫離本實例的精神。在圖I的基礎上，下面再結合圖2和圖3來詳細解釋各基色光從各自光源2出發，如何在光管理模塊3和圖像調制模塊4中反射和透射，最后到達投影鏡頭5。圖2給出了紅光光束212和藍光光束232的光線軌跡和偏振態。從紅激光器21發出的紅光經過紅激光擴束整形器211，透紅反藍濾光片321和寬波段四分之一波片331后進入第一 PBS 31。從藍激光器23發出的藍光經過藍激光擴束整形器231和透藍反紅綠濾光片323后進入第一 PBS 31。由于激光光源所具有的高偏振特性，可設置紅光為P偏振態，藍光為S偏振態。P偏振的紅光212直接透過第一 PBS 31進入后續光學系統。S偏振態的藍光經第一 PBS反射后透過寬波段四分之一波片331，被透紅反藍濾光片321反射后再次經過寬波段四分之一波片331。S偏振態的藍光兩次通過寬波段四分之一波片331后變為P偏振，從第一 PBS 31透射進入后續光學系統。圖3給出了的綠光光束222的光線軌跡和偏振態。綠光LED 22發出的綠光經過綠光勻光器221和第二寬波段四分之一波片332后進入第一 PBS。綠光被第一 PBS 31分解為相互正交的偏振光束S和P。S光被直接反射出去，而P光透向藍光LED 23，透藍反紅綠濾光片323將綠光反射回原路，透過第一 PBS 31和第二寬波段四分之一波片331后，返回到綠光LED 22。經過光源反射后，P偏振的綠光再次通過第二寬波段四分之一波片331。P偏振的綠光兩次通過第二寬波段四分之一波片331,其偏振態從P光變為S光,被第一 PBS31反射到后續光學系統。因此，出射的S偏振綠光可以看成兩部分，一部分是經過第一 PBS31直接反射的部分，另一部分是本來的P偏振，經過透藍反紅綠濾光片323和第二寬波段四分之一波片332偏振轉換重復利用的部分。 由此可見，從第一 PBS 31出射，經過聚光透鏡32達到偏振干涉濾光片33前的三基色偏振態是不同的。紅光212和藍光232為P偏振態，而綠光222為S偏振態。因此，必須采用具有選擇性光譜偏振旋轉特性的偏振干涉濾光片33，將三基色光的偏振態整合為同一偏振態。根據本實例的光引擎結構，偏振干涉濾光片33應將綠光222從S光旋轉90度后成為P光，而紅光212和藍光232則保持P偏振態不變。經過偏振干涉濾光片33對三基色偏振整合后，入射到第二 PBS 34的三基色光均為P偏振態。為了提高系統的對比度，也可以在第二 PBS 34前加清除偏振片(未畫出)。P偏振的三基色光被第二 PBS 34透射后，進入圖像調制模塊4。圖像調制模塊4根據輸入的圖像信號，依次將三基色光從P偏振轉變為S偏振，經第二 PBS 34反射后進入到投影鏡頭5。值得注意，對于本發明的投影光學系統I可以做各種修改以滿足各種需求。例如，可以改變LED和激光的種類和相對位置，采用不同的基色濾光片來實現光路整合。相對應，偏振干涉濾光片的選擇性光譜偏轉特性也應該根據光源位置的變化而重新設計。本實例中采用已經商業化的紅激光和藍激光，效能較高且成本較低。而對于未商業化的綠激光，則采用綠光LED或熒光粉激發的綠光LED，以降低整個系統的成本。此外，綠光偏振干涉濾光片的光譜帶寬也適中，即不會出現色彩混疊，又不會泄露其它基色，系統配置達到最優。實施例2
圖4給出了本發明的第二個實施例。與第一個實施例相比，本實施例的不同之處在于光源模塊2由藍激光23和25、藍光擴束整形器231、透藍反綠濾光片324、綠光熒光板325、綠光擴束整形器251、紅光LED 24和紅光勻光器241組成，為系統提供混合的三基色照明。偏振合色單元由第一 PBS 31、透紅反藍濾光片321、寬波段四分之一波片331、第二寬波段四分之一波片332和透藍反紅綠四分之一波片323組成。采用藍激光激發綠光熒光粉產生綠光的方式，可以提升投影中比重最大的綠光亮度，有利于提升整機亮度。寬波段四分之一波片331和第二寬波段四分之一波片332分別膠合于第一PBS 31的紅光入射面和綠光入射面，紅光入射面的寬波段四分之一波片331再與透紅反藍濾光片321相膠合，透藍反紅綠濾光片323膠合于第一 PBS 31的藍光入射面。透紅反藍濾光片321透射紅光LED 24發出的紅光212，而反射從藍激光器23發出的藍光232。透藍反紅綠濾光片323透射藍激光器23發出的藍光232，而反射從紅光LED 24發出的紅光212和藍激光器25激發熒光粉產生的綠光222。圖5給出了第二個實施例中紅光光束212的光線軌跡和偏振態。從紅光LED 24發出的紅光經過紅光勻光器241，透紅反藍濾光片321和寬波段四分之一波片331后進入第一 PBS 31。紅光被第一 PBS 31分解為相互正交的偏振光束S和P。P光直接透射出去，而S光被反射向藍光LED 23，透藍反紅綠濾光片324將紅光原路反射回去，透過寬波段四分之一波片331和透紅返藍濾光片321，返回到紅光LED 21。經過光源反射后，S偏振的紅光再次通過透紅反藍濾光片321和寬波段四分之一波片331。S偏振的紅光兩次通過寬波段四分之一波片331后，其偏振態從S光變為P光，從第一 PBS 31透射，并與之前直接出射的P偏振紅光合并。因此，出射的P偏振紅光可以看成兩部分，一部分是經過第一 PBS 31直接透射的部分，另一部分是本來的S偏振，經過寬波段四分之一波片331和透藍反紅綠濾光片324偏振轉換重復利用的部分。圖6給出了第二個實施例中綠光222的光線軌跡和偏振態。藍激光器25先透過透藍反綠濾光片324后照射于綠光熒光板325上，綠光熒光粉被藍激光激發產生綠光，經擴束整形器件251和第二寬波段四分之一波片332后，進入第一 PBS。藍激光25本身具有高偏振度，但激發熒光粉產生的綠光222，其偏振態有一定的影響。其中S偏振的綠光直接經第一 PBS反射出去,而P偏振的光透 過第一 PBS 31透射向藍激光器23,透藍反紅綠濾光片323將綠光反射回原路，透過第二寬波段四分之一波片332，綠光擴束整形器251和綠光熒光板325，到達透藍反綠濾光片324。透藍反綠濾光片324將綠光原路返回，依次透過綠光熒光板325，綠光擴束整形器251和第二寬波段四分之一波片332。P偏振的綠光兩次通過第二寬波段四分之一波片332后,其偏振態從P光將成為S光,被第一 PBS反射出去,并與之前直接反射出去的S偏振綠光合并。因此，出射的S偏振綠光可以看成兩部分，一部分是經過第一 PBS 31直接反射的部分，另一部分是本來的P偏振，經過透藍反綠濾光片325，第二寬波段四分之一波片332和透藍反紅綠濾光片323偏振轉換重復利用的部分。圖7給出了第二個實施例中藍光光束232的光線軌跡和偏振態。從藍激光器23發出的藍光232經過藍激光擴束整形器231，透藍反紅綠濾光片323后進入第一 PBS 31。由于激光所具有的高偏振特性，可設置藍光為S偏振態。S偏振的藍光232經第一 PBS 31反射向紅光LED 21。經過寬波段四分之一波片331到達透紅反藍濾光片321。透紅反藍濾光片321反射藍光，藍光再次經過寬波段四分之一波片331。S偏振態的藍光兩次通過寬波段四分之一波片331后變為P偏振，從第一 PBS 31透射進入后續光學系統。實施例3
圖8給出了本發明的第三個實施例。相對于第二個實施例，本實施例采用紅激光器21和紅激光擴束整形器211替代紅光LED 24和紅光勻光器241。相對于實施例3，本實施例中的紅光亮度會進一步提升，從而整機亮度得到提升，但由激光成分增多而引起的散斑現象會比較明顯。本實施例中，由于藍光部分和綠光部分保持不變，因此藍光232和綠光222的光線軌跡和偏振態如圖6和圖7所示。圖9給出了第三個實施例中紅光光束212的行走路線。從紅激光器21發出的光經過紅激光擴束整形器211后，透過透紅反藍濾光片321和寬波段四分之一波片331，進入第一 PBS 32。由于激光光源所具有的高偏振特性,可設置紅光為P偏振態。P偏振的紅光212透過第一 PBS 31直接進入后續光學系統。雖然已經參照所述實施例描述了本發明的各種特性和優點，但本領域技術人員將會理解，可以對其部件的形狀，尺寸和布局等作出改變，而不會脫離本發明的精神和范圍。實例中，雖然已經顯示了具體的組件類型，但也可以使用其它類似的和合適的替代物。因此，以上描述意在提供本發明的示范實施例，而本發明范圍并不受此提供的具體范例的限制。
權利要求
1.一種采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5)等，光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(32)、偏振干涉濾光片(33)、第二 PBS (34)依次同軸排列組成；其特征在于，所述光源模塊(2 )包括紅激光器(21)、綠光LED (22),藍激光器(23 )、紅激光擴束整形器(211)、綠光勻光器(221)和藍激光擴束整形器(231)等，綠光LED (22)和綠光勻光器(221)相連；偏振合色單元由第一 PBS (31)、透紅反藍濾光片(321)、透藍反紅綠濾光片(323)、寬波段四分之一波片(331)和第二寬波段四分之一波片(332)組成，紅激光器(21)發出的P偏振態的紅光依次透過透紅反藍濾光片(321)和寬波段四分之一波片(331)進入第一 PBS (31)后，直接透射出第一 PBS (31);綠光LED (22)發出的綠光透過第二寬波段四分之一波片(332)后進入第一 PBS (31), S偏振態的光直接被第一 PBS (31)反射出去,P偏振態的光透過第一 PBS(31)，由透藍反紅綠濾光片(323)反射后再依次透過第一 PBS (31)和第二寬波段四分之一 波片(332)進入綠光LED (22)，被綠光LED (22)反射后再次透過第二寬波段四分之一波片(332)，變成S偏振態的光從第一 PBS (31)反射出去；藍激光器(23)發出的S偏振態的藍光透過透藍反紅綠濾光片(323)進入第一 PBS (31)后，由第一 PBS (31)反射，透過寬波段四分之一波片(331)，由透紅反藍濾光片(321)反射后再次透過寬波段四分之一波片(331)變成P偏振態的光，從第一 PBS (31)透射出去；從第一 PBS (31)出來的光依次透過聚光透鏡(32)、偏振干涉濾光片(33)和第二 PBS (34)后，由圖像信息模塊(4)反射回第二 PBS(34)，再由第二 PBS (34)反射至投影鏡頭(5)。
2.一種采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5)等，光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(32)、偏振干涉濾光片(33)、第二 PBS (34)依次同軸排列組成；其特征在于，所述光源模塊(2)包括紅光LED (24)、藍激光器(23)、第二藍激光器(25)、紅光勻光器(241)、藍激光擴束整形器(231)、透藍反綠濾光片(324)、綠光熒光板(325)和綠激光擴束整形器(251)等，紅光LED (24)和紅光勻光器(241)相連；偏振合色單元由第一 PBS (31)、透紅反藍濾光片(321)、透藍反紅綠濾光片(323)、寬波段四分之一波片(331)和第二寬波段四分之一波片(332)組成，紅光LED (21)發出的紅光依次透過透紅反藍濾光片(321)和寬波段四分之一波片(331)進入第一 PBS (31)后，P偏振態的光直接透射出去，S偏振態的光依次經第一 PBS(31)、透藍反紅綠濾光片(323)和第一 PBS (31)反射后，透過寬波段四分之一波片(331)和透紅反藍濾光片(321)進入紅光LED (21)，被紅光LED (21)反射后再次透過透紅反藍濾光片(321)和寬波段四分之一波片(331)，變成P偏振態的光從第一 PBS (31)透射出去；第二藍激光器(25 )發出的S偏振態的藍光透過透藍反綠濾光片(324)后激發綠光熒光板(325 )產生綠光，經綠激光擴束整形器(251)擴束整形進入第一 PBS (31)后，S偏振態的光直接被第一 PBS (31)反射出去，P偏振態的光透過第一 PBS (31)被透藍反紅綠濾光片(323)反射，依次透過第一 PBS (31)、第二寬波段四分之一波片(332)、綠激光擴束整形器(251)和綠光熒光板(325)，被透藍反綠濾光片(324)反射后，再依次透過綠光熒光板(325)、綠激光擴束整形器(251)和第二寬波段四分之一波片(332)后變成S偏振態的光，被第一 PBS (31)反射出去。
3.一種采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統，它包括光源模塊(2)，偏振光管理模塊(3)，圖像信息模塊(4)和投影鏡頭(5)等，光管理模塊(3)由偏振合色單元、聚光透鏡(32、偏振干涉濾光片(33)、第二 PBS (34)依次同軸排列組成；其特征在于，所述光源模塊(2)包括紅激光器(21)、藍激光器(23)、第二藍激光器(25)、紅激光擴束整形器(211)、藍激光擴束整形器(231)、透藍反綠濾光片(324)、綠光熒光板(325)和綠激光擴束整形器(251)等；偏振合色單元由第一 PBS(31)、透紅反藍濾光片(321)、透藍反紅綠濾光片(323)、寬波段四分之一波片(331)和第二寬波段四分之一波片(332)組；紅激光器(21)發出的P偏振態的紅光依次透過紅激光擴束整形器(211)、透紅反藍濾光片(321)和寬波段四分之一波片(331)進入第一 PBS (31)后直接透射出去；第二藍激光器(25)發出的S偏振態的藍光透過透藍反綠濾光片(324)后激發綠光熒光板(325)產生綠光，經綠激光擴束整形器(251)擴束整形進入第一 PBS (31)后，S偏振態的光直接被第一 PBS (31)反射出去，P偏振態的光透過第一 PBS (31)被透藍反紅綠濾光片(323)反射，依次透過第一 PBS (31)、第二寬波段四分之一波片(332)、綠激光擴束整形器(251)和綠光熒光板(325)，被透藍反綠濾光片(324)反射后，再依次透過綠光熒光板(325)、 綠激光擴束整形器(251)和第二寬波段四分之一波片(332)后變成S偏振態的光,被第一 PBS (31)反射出去。
全文摘要
本發明提供了一種采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統，該光引擎系統由光源模塊，偏振光管理模塊，圖像信號模塊和投影鏡頭組成。光源模塊由高亮度激光、非相干性LED及熒光器件等組成，極大程度地提升了投影系統的輸出亮度且安全環保，投影的圖像色彩鮮艷，畫質清晰。偏振光管理模塊由偏振分束棱鏡(PBS)和偏振合色器件等組成，將不同偏振態的三基色混合光整合為同一偏振光并照向圖像信號模塊；圖像信號模塊為單片反射式液晶光調制器件，根據各基色對應的圖像信號，時序地將圖像信號加載于三基色偏振光；投影鏡頭將攜帶圖像信號的光投影于屏幕上。
文檔編號G02B27/28GK102621789SQ20121011719
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者賀銀波, 陸巍 申請人:杭州研明光電技術有限公司