专利名称：一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种投影显示系统，尤其涉及一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统。
背景技术：
投影显示已经成为大屏幕高清晰动态显示的主流方式，广泛应用于商务、教育、科研、娱乐以及家庭等重要环节。近些年，随着微电子、光学、加工工艺等诸多技术的迅猛发展，以及现代商务移动办公模式的普及和手持数码产品的增多，微型化又成为投影显示技术发展的新方向。微型投影机具有轻巧和使用方便等显著优点，可与各类消费电子产品相结合，这使得微型投影的应用变得无限广阔。微型投影机在体积、功耗和亮度方面都有一定的要求，且在某种程度上相互制约。微型投影的总体目标是缩小体积、降低功耗和提高亮度。要达到这三方面的要求，就必须在光源、光调制器件、光学系统和光学器件等多方面做很大的改进甚至革新。目前，微型投影主要以 DLP (Digital Lighting Processor)和 LCoS (Liquid Crystal on Silicon)技术为主。DLP和LCoS技术均为阵列反射式投影技术。DLP技术具有反射率高且无需偏振光等优点，但其芯片DMD (Digital Mirror Device)制程极其复杂， 为TI公司独家掌控，分辨率难以大幅提高，且价格昂贵。LCoS是LCD与CMOS集成电路有机结合的反射式新型显示技术，可以看作是取LCD和DLP两家之所长的改良型技术，具备两者之诸多优点。像素尺寸可以做小到约5 μ m左右，对于分辨率高达2048X2048的基板，其大小还不到一英寸。LCoS开口率可高达96%，色彩更加丰富逼真，图像无像素感，画面边缘更自然。LCoS的前道工艺为半导体CMOS制程，技术已经十分成熟，良品率的提高自然导致成本的降低。因此，LCoS技术非常适合微型投影对小体积，高分辨率和低成本的苛刻要求。微型投影均采用高亮度LED作为照明光源。LED以其体积小、寿命长、环保、光效高等诸多优点，已经成为微型投影的必然选择。采用三基色LED作为光源，可以大幅提升投影机的色域表现能力。其快速响应特性，可为时序式彩色投影显示提供脉冲照明。LED发光光谱中不含红外成分，属于冷光源。这些独特的优点，决定了 LED光源在微型显示中的重要地位。虽然，目前的LED光通量普遍不高，而且其单位光学扩展量上的光通量要低于传统投影光源，相信随着LED本身发光效率的提高和封装水平的改进，LED光源效率将更为高效。专利CN101713501A就提出对LED采用光学曲面封装，直接产生小角度的线偏振光，为微型液晶微投提供照明。随着LCoS和LED技术的不断提升，要进一步提高微型投影的性能，就需要一个高效的偏振光管理系统——光引擎，传统的光引擎已经成为微型投影发展的一个瓶颈。为了提高整机亮度和色彩饱和度，现在普遍采用三基色LED作为照明光源。利用LED本身所具有的快速响应特性，为单片式微型投影芯片提供脉冲照明。既然采用三基色LED，就必须将不同基色的光高效地以某一特定的信号顺序传递给光调制器件。传统的投影显示光引擎基本采用X-Cube棱镜(US6018418)和双二向分色棱镜的方法实现。对于X_Cube，三基色光源位于其三个边，由于三基色光在光谱上的不同，合成为共路光束，从X-Cube的第四边出射。采用双二向分色棱镜，则通过两次基色合成完成。首先其中两基色经过第一块二向分色(棱)镜后合成为第三种基色的补色，之后再经过第二块二向分色(棱)镜而合成为共路光束。无论采用哪种方式合成三基色共路光，都需要经过起偏器产生液晶显示所需的偏振光， 这意味着在光源部分就有一半的光能量损失掉，使得整机的光学效率大大降低。这对本身亮度就很低的微投光机来说，实不可取。虽然，目前也有一些技术来努力改善，比如采用反射式偏振片，以提高另一种偏振光的利用，但提升幅度有限，始终未能跳出传统光引擎结构的束缚。鉴于现有的微投光引擎都不能从根本上提高整机效率，以增加亮度输出，因此一种能有效控制和利用两种偏振态的光引擎结构对投影显示是非常必要的。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，本实用新型将LED光经过偏振器件后的两种正交偏振光重复利用，以提高整机的光学利用率和整机效率。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，它包括光源模块，偏振光管理模块， 图像信息模块和投影镜头。其中，所述光源模块包括红光LED、绿光LED、蓝光LED、红光勻光器件、绿光勻光器件和蓝光勻光器件，红光LED和红光勻光器件相连，绿光LED和绿光勻光器件相连，蓝光LED和蓝光勻光器件相连。光管理模块由偏振合色单元、聚光透镜、偏振干涉滤光片、第二 PBS依次同轴排列组成。图像信息模块位于第二 PBS的一个直角边，投影镜头位于第二 PBS的出射边。进一步地，所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一 PBS、反射镜、红光四分之一波片、绿光四分之一波片、蓝光四分之一波片组成。其中，第一 PBS与聚光透镜同轴，二向分色棱镜和第一 PBS胶合。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜，最后一个LED发出的光入射第一 PBS，红光四分之一波片、绿光四分之一波片和蓝光四分之一波片分别胶合在二向分色棱镜和第一 PBS相应的入射面上；反射镜位于第一 PBS上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。进一步地，所述偏振合色单元由平行四边形棱镜、两个第一直角棱镜、反射镜、红光四分之一波片、绿光四分之一波片、蓝光四分之一波片组成，其中，平行四边形棱镜的一个合色面上镀上二向分色膜后胶合一个第一直角棱镜，平行四边形棱镜的另一个合色面上镀上偏振分束膜后胶合一个第一直角棱镜。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED 发出的光分别入射两个第一直角棱镜，最后一个LED发出的光入射平行四边形棱镜，红光四分之一波片、绿光四分之一波片和蓝光四分之一波片分别胶合在平行四边形棱镜和两个第一直角棱镜相应的入射面上；反射镜位于最后一个LED发出的光的P光的出射面。进一步地，所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一 PBS、反射镜、两块宽波段四分之一波片组成。其中，二向分色棱镜和第一 PBS分别胶合在一块宽波段四分之一波片的两面。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜，最后一个 LED发出的光入射第一 PBS，另一块宽波段四分之一波片胶合在第一 PBS的入射面上；反射镜位于第一 PBS上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光
重复利用。进一步地，所述偏振合色单元由二向分色镜、第一 PBS、反射镜、两块宽波段四分之一波片组成。其中，两块宽波段四分之一波片分别胶合在第一 PBS 32的两面。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光通过二向分色镜和一块宽波段四分之一波片入射二向分色棱镜，最后一个LED发出的光通过另一块宽波段四分之一波片入射第一 PBS; 反射镜位于第一 PBS上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。进一步地，所述偏振合色单元由第二直角棱镜、两个第一直角棱镜、反射镜、红光四分之一波片、绿光四分之一波片、蓝光四分之一波片、第二反射镜组成，其中，第二直角棱镜的一个合色面上镀上二向分色膜后胶合一个第一直角棱镜，第二直角棱镜的另一个合色面上镀上偏振分束膜后也胶合一个第一直角棱镜。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意一个LED发出的光入射第一直角棱镜，一个LED发出的光入射第二直角棱镜，最后一个LED 发出的光通过第二反射镜入射另一个第一直角棱镜，红光四分之一波片、绿光四分之一波片和蓝光四分之一波片分别胶合在第二直角棱镜和两个第一直角棱镜相应的入射面上；反射镜位于最后一个LED发出的光的S光的出射面。进一步地，所述偏振合色单元由二向分色棱镜、第一 PBS、反射镜、两块宽波段四分之一波片、第二反射镜组成。其中，二向分色棱镜和第一 PBS分别胶合在一块宽波段四分之一波片的两面。红光LED、绿光LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜，最后一个LED发出的光通过第二反射镜入射第一 PBS，另一块宽波段四分之一波片胶合在第一 PBS的入射面上；反射镜位于第一 PBS上，最后一个LED发出的光的S光的出射面， 使得未进入后续系统的偏振光重复利用。进一步地，所述偏振合色单元由二向分色镜、第一 PBS、反射镜、两块宽波段四分之一波片组成。其中，两块宽波段四分之一波片分别胶合在第一 PBS的两面。红光LED、绿光 LED和蓝光LED中，任意两个LED发出的光通过二向分色镜和一块宽波段四分之一波片入射二向分色棱镜，最后一个LED发出的光通过另一块宽波段四分之一波片入射第一 PBS ；反射镜位于第一 PBS上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。进一步地，所述偏振合色单元还包括一个第二反射镜，所述最后一个LED发出的光通过第二反射镜入射第一 PBS。本实用新型的有益效果是，根据彩色时序显示的特点，在某一时刻，只有一种基色 LED被点亮。然而，无论哪种基色LED被点亮，其两种偏振态的光都能在本实用新型的光引擎中被充分利用，从而避免传统投影系统中，一种偏振光被吸收或者浪费的缺点。在不增加系统复杂性的基础上，使系统的光利用率达到最大化，提高了整机的光学效率和整体亮度。
图1是本实用新型的第一个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图2中，(a)是本实用新型的第一个实施例中第一基色的光线轨迹图；(b)是本实用新型的第一个实施例中第三基色的光线轨迹图；(c)是本实用新型的第一个实施例中第二基色的光线轨迹图；图3是本实用新型的第二个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图4是本实用新型的第三个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图5是本实用新型的第四个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图6是本实用新型的第五个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图7是本实用新型的第六个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图8是本实用新型的第七个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图9是本实用新型的第八个实施例的反射式液晶投影显示光学系统结构图；图10是本实用新型的实例中采用得的绿基色偏振干涉滤光片的模拟和测量光谱曲线。图11中，(a)是传统的四分之一波片的光谱图，(b)是宽波段四分之一波片的光谱图；图中反射式液晶投影显示系统1、光源模块2、偏振光管理模块3、图像信息模块 4、投影镜头5、红光LED 21、绿光LED 22、蓝光LED23、红光勻光器件211、红光光束212、绿光勻光器件221、绿光光束222、蓝光勻光器件231、蓝光光束232、二向分色棱镜31、第一 PBS 32、反射镜33、聚光透镜34、偏振干涉滤光片35、第二PBS 36、二向分色镜37、第二反射镜38、红光四分之一波片321、绿光四分之一波片322、蓝光四分之一波片323、宽波段四分之一波片324、平行四边形棱镜39、第一直角棱镜40，第二直角棱镜41。
具体实施方式
本实用新型包括光源模块，偏振光管理模块，图像信号模块和投影镜头。光源模块提供照明，为了提高投影系统的色彩度和亮度，本实用新型采用三基色(即红、绿、蓝三色) LED。三基色LED本身就产生单色性很好的光，且具有纳秒量级的响应速度，可以为时序式显示提供高效照明。光管理模块包括一个二向分色棱镜，两个PBS (Polarization Beam Splitter，偏振分束器)和一个偏振干涉滤光片等。二向分色棱镜将红光和蓝光合成为共路光，经过第一 PBS后，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。第一偏振光直接被反射出去，而第二偏振光透射过第一 PBS，经过反射镜和四分之一波片后变为第一偏振光，与先前的第一偏振光合并，实现光的重复利用。蓝光直接经过第一 PBS后分解成第一偏振态和第二偏振态。第二偏振光直接透射出去，而第一偏振光则被第一 PBS反射，经过反射镜和四分之一波片后变为第二偏振光，与先前的第二偏振光合并，实现光的重复利用。红光和蓝光的第一偏振光和绿光的第二偏振光，经过偏振干涉滤光片偏振整合后成为第一偏振光。之后，第一偏振态的三基色光经第二 PBS反射进入图像信号调制模块。图像信号调制模块为一块位于第二 PBS —直角边的反射式液晶图像调制器件LCoS，根据输入的图像信号，对输入三基色光分时序调制，携带图像信息的调制光偏振态旋转90度后，透过第二块PBS进入投影镜头。投影镜头位于第二 PBS出射边，以放大投影经图像调制器件后携带对应图像信息的光于屏幕上。本实用新型的技术内容，特性和优点等，将参照附图进行详细描述。在不脱离本实用新型范围的情况下，可以对其作出结构和其他方面的改变，而作为其他实施例。各个实施例及其每个不同实施例的各个方面可以以任何合适的方式组合使用。所以，附图和详叙本质上将被看作是描述性的而非限制性的。应当注意，在不同的示图中，相同器件采用相同的参考数表示。实施例1图1给出了本实用新型的第一个用于反射式液晶投影显示系统1的实施例，包括光源模块2，偏振光管理模块3，图像信息模块4和投影镜头5。光源模块2包括红光LED 21、绿光LED 22、蓝光LED23、红光勻光器件211、绿光勻光器件221和蓝光勻光器件231，红光LED 21和红光勻光器件211相连，绿光LED 22和绿光勻光器件221相连，蓝光LED23和蓝光勻光器件231相连。红光LED 21、绿光LED 22、蓝光LED23发射的三基色自然光分别经过红光勻光器件211、绿光勻光器件221和蓝光勻光器件231后收集成为照明所需的小角度矩形光束红光光束212、绿光光束222、蓝光光束232。光管理模块3由偏振合色单元、聚光透镜34、偏振干涉滤光片35、第二 PBS 36依次同轴排列组成。本实施例中，偏振合色单元由二向分色棱镜31、第一 PBS 32、反射镜33、 红光四分之一波片321、绿光四分之一波片322、蓝光四分之一波片323组成。二向分色棱镜31将红光LED21和蓝光LED23发出的光合成为共路光束，在二向分色棱镜31对应红蓝光源的两边，分别胶合有红光四分之一波片321和蓝光四分之一波片 323。第一 PBS 32与二向分色棱镜31胶合在一起，对应绿光LED22的边胶合有绿光四分之一波片322。第一 PBS 32反射各基色的第一偏振光而透射其第二偏振光。红光四分之一波片321、绿光四分之一波片322、蓝光四分之一波片323的设计波长分别对应于各自基色光的中心波长，当每种基色的线偏振光先后两次通过各自四分之一波片后，偏振方向旋转90 度。反射镜33位于第一 PBS 32的透射光路边，将透射到其表面的各基色光按原路返回以提高系统光重复利用率。聚光透镜34和偏振干涉滤光片35位于第一 PBS 32和第二 PBS 36 之间。偏振干涉滤光片35可以实现选择性光谱的偏振旋转，对于期望波段的偏振光旋转90 度，而其他波段的偏振光保持偏振态不变，从而实现不同光谱基色偏振光的偏振整合。红光光束212，绿光222，蓝光232分别代表各基色勻光后的传递方向和对应的偏振态。图像信号模块4为一个反射式液晶投影光调制器件——LCoS芯片，位于第二 PBS 36的一个直角边，根据外围控制电路(未画出)提供的图像信号，时序地将红光光束212，绿光光束222和蓝光光束232从第一个偏振态调制为第二个偏振态，以形成包含每种颜色成分的彩色图像。投影镜头5位于第二 PBS 36的出射边，将经过第二 PBS36后的携带对应图像信号的红光光束212，绿光光束222和蓝光光束232投影到屏幕上。在本实例中，二向分色棱镜31反射蓝光LED23发出的蓝光232，而透过红光LED21 发出的红光光束212。二向分色棱镜的特性可以根据光源的位置来设计，只要能达到将不同基色的光合成为共路光即可。红光LED21和蓝光LED23具有相同的光程，而绿光LED22光程相对少一个二向分色棱镜的光学厚度，因此要远离第一 PBS，以达到三基色具有相同的光程。携带各自图像信号的三基色以3倍于帧数的速度依次通过投影镜头5投射出去。由于人眼无法分辨高速的帧数而合成真彩图像。本实例只给出可行方案中的一种情况，其他光源布置方案也不脱离本实例的精神。在图1的基础上，下面再结合图2 (a), 2 (b)和2 (c)来详细解释各基色光从各自光源2出发，如何在光管理模块3和图像调制模块4中反射和透射，最后到达投影镜头5。图2 (a)和图2 (b)分别给出了红光光束212和蓝光光束232的光路。从红光 LED 21和蓝光LED 23出射的光分别经过红光勻光器件211和蓝光勻光器件231后，进入二向分色棱镜31。二向分色棱镜镜31反射蓝光光束232而透过红光光束212。透过的红光和反射的蓝光进入第一 PBS 32，被分解为相互正交的偏振光束S和P。S光被反射出去经聚光透镜后到达偏振干涉滤光片35。P光透过后经反射镜33沿原路返回，再次透过第一 PBS 32和二向分色棱镜31。P偏振的红光和蓝光分别透过红光四分之一波片321和蓝光四分之一波片323，返回光源模块2。经过光源反射后，P偏振的红光和蓝光再次通过红光四分之一波片321和蓝光四分之一波片323。P偏振光两次通过四分之一波片后，其偏振态从P光变为S光。此时，S偏振态的红光被二向分色棱镜31透射，蓝光被反射。进入到第一 PBS后， S偏振的红光和蓝光将被反射透过聚光透镜达到偏振干涉滤光片35。因此，到达偏振干涉滤光片的S偏振光可以看成两部分，一部分是经过第一 PBS反射后的部分，另一部分是本来的P偏振，经过反射镜和四分之一波片偏振转换重复利用的部分。总之，达到偏振干涉滤光片35的红光和蓝光均为S偏振态。图2 (c)给出了的绿光光束222的行走路线。绿光LED 22经过其勻光器件221 后直接达到第一 PBS，P偏振的绿光直接透射，经聚光透镜34后到达偏振干涉滤光片35。而 S偏振的绿光被反射，被反射镜33反射后第一次通过绿光四分之一波片322，经过光源反射后再次通过绿光四分之一波片322。此时，S偏振将转化为P偏振，通过聚光镜片34到达偏振干涉滤光片35。通过以上分析，达到偏振干涉滤光片35前的三基色偏振态是不统一的。红光光束 212和蓝光光束232为S偏振态，而绿光光束222则为P偏振态。如果直接经第二 PBS 36 进入图像调制器件4，则绿光光束222将不会被反射到LCoS芯片上，而是透射出去，显然色彩是不完整的，亮度也大为降低。因此，本实用新型中必须引入具有选择性光谱偏振旋转特性的偏振干涉滤光片35。偏振干涉滤光片可以将某一特定光谱范围内的偏振光实现半波偏振旋转，而其它光谱范围内的偏振光则保持偏振态不变。根据本实例的光引擎结构，偏振干涉滤光片35为针对绿光而设计。图10给出了绿基色偏振干涉滤光片的模拟和实测光谱特性。也即，线偏振绿光经过此偏振干涉滤光片后，偏振态从P旋转90后成为S，而其补色光谱，红光和蓝光的偏振态则保持不变，仍然为S光。因此，经过偏振干涉滤光片35，在入射到第二 PBS 36之前的三基色偏振态均为S偏振。为了提高系统的对比度，也可以在第二 PBS 36前加清除偏振片(未画出)。S偏振的三基色光被第二 PBS 36反射后，进入图像调制模块 4。图像调制模块4根据输入的各基色的图像信号，依次将输入的S偏振的三基色光转变为 P偏振的三基色光。P偏振的调制后的三基色光被返回到第二 PBS 36，经过透射后进入到投影镜头5。值得注意，对于本实用新型的投影光学系统1可以做各种修改以满足各种需求。 例如，可以改变三基色的相对位置，采用不同的二向分色镜来实现光路整合。相对应，偏振干涉滤光片的选择性光谱偏转特性也应该根据光源位置的变化而重新设计。本实例中所采用三基色布局为二向分色镜反蓝光透红光，绿光直接透过PBS。这是因为蓝光和红光的光谱波段较远，对分色薄膜的加工要求低，且会避免色彩混叠。而对于相邻的三基色，这就要求分色薄膜的过渡带宽要很窄，增加的膜系的设计难度和系统成本。绿光偏振干涉滤光片的
9光谱带宽也适中，即不会出现色彩混叠，又不会泄露其它基色，系统配置达到最优。此外，为了进一步缩小光引擎体积，可以将聚光透镜置于各勻光器件部分，而将偏振干涉滤光片胶合于第一和第二 PBS之间，实现光学器件集成化，以提高整体的光学特性。 这个改动也可以应用于以下的各个实例中。实施例2图3给出了本实用新型的第二个实例。其相对于第一个实例，第二个实例的偏振合色单元中，用平行四边形棱镜39胶合两个第一直角棱镜40的方式，代替二向分色棱镜31 和第一 PBS，平行四边形棱镜39的一个合色面上镀上二向分色膜后胶合一个第一直角棱镜 40，平行四边形棱镜39的另一个合色面上镀上偏振分束膜后胶合一个第一直角棱镜40。优点在于减少了二向分色棱镜31和第一 PBS 32之间的界面，更有利于光学系统的集成。实施例3图4给出了本实用新型的第三个实例。该实例不同于图1实例的地方在于，偏振合色单元中，将红光四分之一波片321和蓝光四分之一波片323用宽波段四分之一波片3M 替代，并胶合于二向分色棱镜31和第一 PBS，减少四分之一波片的个数。在图1实例中，每种四分之一波片的设计波长均采用对应光源的中心波长。由于各基色本身的光谱很窄，所以普通的四分之一波片可对单色光实现很高的偏振转换，如图11(a)。而在本实例中，如果采用传统的四分之一波片，由于红光和蓝光的中心波长相距较远，设计波长以外的光偏振转换效率会随着波长偏离而迅速减小。因此在本实例中，应该采用宽波段四分之一波片，如图11 (b)所示。宽波段四分之一波片在可见光范围内对所有波长的光都可实现高效偏振转换。当然，本实例中的绿光四分之一波片322也可采用宽波段四分之一波片324，根据实际的需求和价格判断。实施例4图5给出了本实用新型的第四个实例。相对于图4实例，本实例的偏振合色单元中，采用了二向分色镜37代替二向分色棱镜31，这有利于减轻系统的重量和减小成本，使系统简化。实施例5图6给出了本实用新型的第五个实例。相对于图1实例，本实例中的蓝光LED23， 蓝光勻光器件231和偏振合色单元中的二向分色棱镜31和蓝光四分之一波片323等在水平方向上以二向分色棱镜31中心光轴为对称轴作镜像翻转。这使得绿光LED22及绿光勻光器件221出射光路通过引入45度放置的第二反射镜38进行折叠，使其可以置于二向分色棱镜31旁，以缩减整个光引擎的尺寸。实施例6图7给出了本实用新型的第六个实例。相对于图6实例，本实例中，偏振合色单元的二向分色棱镜31和第一 PBS32被直角棱镜40胶合两个小直角棱镜代替，减少了二向分色棱镜31和第一 PBS 32之间的界面，更有利于光学系统的集成。实施例7图8给出了本实用新型的第七个实例。相对于图4实例，本实例中，蓝光LED23、蓝光勻光器件231和偏振合色单元的二向分色棱镜31、蓝光四分之一波片323等在水平方向上以二向分色棱镜31中心光轴为对称轴作镜像翻转。这使得绿光LED22及绿光勻光器件221可以置于二向分色棱镜31旁，以缩减整个光引擎的尺寸。实施例8图9给出了本实用新型的第八个实例。相对于图8实例，本实例中，偏振合色单元采用了二向分色镜37代替二向分色棱镜31，这有利于减轻系统的重量和减小成本，使系统简化。虽然已经参照所述实施例描述了本实用新型的各种特性和优点，但本领域技术人员将会理解，可以对其部件的形状，尺寸和布局等作出改变，而不会脱离本实用新型的精神和范围。实例中，虽然已经显示了具体的组件类型，但也可以使用其它类似的和合适的替代物。因此，以上描述意在提供本实用新型的示范实施例，而本实用新型范围并不受此提供的具体范例的限制。
权利要求1.一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，它包括光源模块(2)，偏振光管理模块(3)，图像信息模块(4)和投影镜头(5);其中，所述光源模块(2)包括红光LED (21)、绿光LED (22)、蓝光LED (23)、红光勻光器件(211)、绿光勻光器件(221)和蓝光勻光器件(231)，红光LED (21)和红光勻光器件(211)相连，绿光LED (22)和绿光勻光器件 (221)相连，蓝光LED (23)和蓝光勻光器件(231)相连；光管理模块(3)由偏振合色单元、 聚光透镜(34)、偏振干涉滤光片(35)、第二 PBS (36)依次同轴排列组成；图像信息模块(4) 位于第二 PBS (36)的一个直角边，投影镜头(5)位于第二 PBS (36)的出射边。
2.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色棱镜(31)、第一 PBS (32)、反射镜(33)、红光四分之一波片(321)、 绿光四分之一波片(322)、蓝光四分之一波片(323)组成；其中，第一 PBS (32)与聚光透镜 (34)同轴，二向分色棱镜(31)和第一 PBS (32)胶合；红光LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜(31 )，最后一个LED发出的光入射第一 PBS (32)，红光四分之一波片(321)、绿光四分之一波片(322)和蓝光四分之一波片(323)分别胶合在二向分色棱镜(31)和第一PBS (32)相应的入射面上；反射镜(33)位于第一 PBS (32)上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。
3.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由平行四边形棱镜(39)、两个第一直角棱镜(40)、反射镜(33)、红光四分之一波片(321)、绿光四分之一波片(322)、蓝光四分之一波片(323)组成，其中，平行四边形棱镜(39)的一个合色面上镀上二向分色膜后胶合一个第一直角棱镜(40)，平行四边形棱镜 (39)的另一个合色面上镀上偏振分束膜后胶合一个第一直角棱镜(40)；红光LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意两个LED发出的光分别入射两个第一直角棱镜(40)， 最后一个LED发出的光入射平行四边形棱镜(39)，红光四分之一波片(321)、绿光四分之一波片(322 )和蓝光四分之一波片(323 )分别胶合在平行四边形棱镜(39 )和两个第一直角棱镜(40)相应的入射面上；反射镜(33)位于最后一个LED发出的光的P光的出射面。
4.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色棱镜(31)、第一 PBS (32)、反射镜(33)、两块宽波段四分之一波片(324)组成；其中，二向分色棱镜(31)和第一PBS (32)分别胶合在一块宽波段四分之一波片(3 )的两面；红光LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜(31)，最后一个LED发出的光入射第一 PBS (32)，另一块宽波段四分之一波片(324)胶合在第一 PBS (32)的入射面上；反射镜(33)位于第一 PBS (32)上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。
5.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色镜(37)、第一 PBS (32)、反射镜(33)、两块宽波段四分之一波片 (324)组成；其中，两块宽波段四分之一波片(3M)分别胶合在第一 PBS (32)的两面；红光 LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意两个LED发出的光通过二向分色镜(37) 和一块宽波段四分之一波片(324)入射二向分色棱镜(31)，最后一个LED发出的光通过另一块宽波段四分之一波片(3M)入射第一 PBS (32);反射镜(33)位于第一 PBS (32)上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。
6.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由第二直角棱镜(41)、两个第一直角棱镜(40)、反射镜(33)、红光四分之一波片(321)、绿光四分之一波片(322)、蓝光四分之一波片(323)、第二反射镜(38)组成，其中， 第二直角棱镜(41)的一个合色面上镀上二向分色膜后胶合一个第一直角棱镜(40)，第二直角棱镜(41)的另一个合色面上镀上偏振分束膜后也胶合一个第一直角棱镜(40)；红光 LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意一个LED发出的光入射第一直角棱镜 (40)，一个LED发出的光入射第二直角棱镜(41)，最后一个LED发出的光通过第二反射镜 (38)入射另一个第一直角棱镜(40)，红光四分之一波片(321)、绿光四分之一波片(322)和蓝光四分之一波片(323)分别胶合在第二直角棱镜(41)和两个第一直角棱镜(40)相应的入射面上；反射镜(33)位于最后一个LED发出的光的S光的出射面。
7.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色棱镜(31)、第一 PBS (32)、反射镜(33)、两块宽波段四分之一波片 (3M)、第二反射镜(38)组成；其中，二向分色棱镜(31)和第一 PBS (32)分别胶合在一块宽波段四分之一波片(3 )的两面；红光LED (21)、绿光LED (22)和蓝光LED (23)中，任意两个LED发出的光入射二向分色棱镜(31)，最后一个LED发出的光通过第二反射镜(38) 入射第一 PBS (32)，另一块宽波段四分之一波片(324)胶合在第一 PBS (32)的入射面上； 反射镜(33)位于第一 PBS (32)上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。
8.根据权利要求1所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元由二向分色镜(37)、第一 PBS (32)、反射镜(33)、两块宽波段四分之一波片 (324)组成；其中，两块宽波段四分之一波片(324)分别胶合在第一 PBS(32)的两面；红光 LED (21)、绿光LED (2 和蓝光LED (2 中，任意两个LED发出的光通过二向分色镜(37)和一块宽波段四分之一波片(324)入射二向分色棱镜(31)，最后一个LED发出的光通过另一块宽波段四分之一波片(3M)入射第一 PBS (32);反射镜(33)位于第一 PBS (32)上，最后一个LED发出的光的S光的出射面，使得未进入后续系统的偏振光重复利用。
9.根据权利要求2、4和5所述用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，其特征在于，所述偏振合色单元还包括一个第二反射镜(38)，所述最后一个LED发出的光通过第二反射镜 (38)入射第一 PBS (32)。
专利摘要本实用新型提供了一种用于反射式液晶投影显示的光引擎系统，该光引擎由光源模块，光管理模块，图像信号模块和投影镜头组成，可以有效利用三基色光的两种偏振态，在不增加系统复杂度和成本的基础上大幅提高整机的光学效率和输出亮度。光源模块由三基色固体光源和匀光器件组成，为投影提供色彩饱和的三基色照明。光管理模块包括一个二向分色棱镜，用于整合来自不同方向的两种基色光；图像信号模块为单片反射式液晶光调制器件，根据各基色对应的图像信号，时序地调制三基色的偏振光成为携带信号的光束。投影镜头将携带图像信号的光经第二PBS投影于屏幕上。
文档编号F21V13/00GK202093307SQ20112021189
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者贺银波, 陆巍 申请人:贺银波, 陆巍