專利名稱：一種激光與led混合光源的投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種以激光與LED混合光源為投射光源的新型投影光學(xué)引擎。
技術(shù)背景[0002]投影機面市已有30年之久，隨著科技日新月異的發(fā)展，投影機強大的視頻沖擊力正逐步改變?nèi)藗兊南M模式。投影光學(xué)引擎是投影機最重要的部件之一，其亮度、光利用率和發(fā)熱量直接影響投影圖像的質(zhì)量、投影機的體積、功耗和維護成本。[0003]傳統(tǒng)投影機一直采用金屬鹵素?zé)襞莼虺邏汗療襞葑鳛榛镜墓庠串a(chǎn)品。金屬鹵素?zé)襞莸膬?yōu)點是價格便宜，缺點是半衰期短，發(fā)熱高，對投影機散熱系統(tǒng)要求高，不宜長時間使用，正常使用1000小時左右亮度就會衰減到原先的一半左右，所以其主要被用在一些低端產(chǎn)品上。汞燈具有制造簡便、結(jié)構(gòu)簡便、控制簡便的特點，也是目前主流的投影機光源。 但汞燈很難達(dá)到高性能、高色彩性、高亮度和長壽命、超長工作穩(wěn)定性。金屬商素?zé)簦邏汗療舻茸鳛檎彰鞯墓庠?，耗能高壽命短、光轉(zhuǎn)換效率低、發(fā)熱量大且對環(huán)境造成污染。[0004]近年來，隨著二極管技術(shù)的成熟，人們嘗試采用LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)作為投影顯示系統(tǒng)的光源，與傳統(tǒng)的光源相比，LED具有更大的色域范圍，而且LED 線寬較窄，具有高的色飽和度，可顯示自然界真實、鮮艷的色彩。同時LED具有體積小、壽命長、成本低、可靠性好等優(yōu)點，是一種無汞的環(huán)保光源。將LED作為光源已成為顯示領(lǐng)域的重大發(fā)展方向。隨著LED光源技術(shù)的發(fā)展，微型投影機的逐步普及，投影機正悄悄地走入平常人家。[0005]但LED的單位面積的光通量已經(jīng)接近極限，由于LED封裝上的瓶頸，LED光源對亮度的提高仍比較有限，還沒有達(dá)到投影顯示系統(tǒng)應(yīng)用的要求，特別是一些需要高亮度照明應(yīng)用的場合?，F(xiàn)有技術(shù)是靠增大LED的陣列面積來提高光通量和亮度，但是由于LED是朗伯體發(fā)光光源，其發(fā)射的光束發(fā)散角一般為180°，如果組合后的LED陣列的光學(xué)擴展量超出了投影顯示系統(tǒng)的光學(xué)擴展量，超出的這部分光則不能有效耦合入投影顯示系統(tǒng)，這也是限制以LED為光源的投影裝置大規(guī)模應(yīng)用的最大因素。[0006]激光具有高亮度、單色性好、發(fā)散立體角小等優(yōu)點，是LED光源所無法比擬的。但在以紅綠藍(lán)三色激光光源照明的投影系統(tǒng)中，存在幾大難題阻礙了純激光光源產(chǎn)品的應(yīng)用。如激光器發(fā)熱量大、多激光源相干性引起的圖像散斑，以及成本高等。激光制造商至今仍無法在數(shù)字投影所需的功率范圍內(nèi)提供成本適當(dāng)?shù)乃{(lán)色激光。實際上，在所需功率水平上，獲得藍(lán)色激光的成本可能是獲得綠色激光的成本的10倍左右。在一定程度上，在某些功率范圍中，紅色激光也存在成本和可用性問題，特別是為大屏幕投影提供照明時。成本問題使激光投影不可能在短期內(nèi)成為投影顯示系統(tǒng)廣為接受的替代技術(shù)。而同等光功率的紅、藍(lán)光LED的價格僅為紅、藍(lán)光固體激光器或紅、藍(lán)光LD (Laser Diode，半導(dǎo)體激光器)的十分之一至幾十分之一，與氣體激光器相比則更便宜，綠色LED的成本為同等功率綠色固體激光器成本的五分之一。綜合來看，在成本上，LED優(yōu)勢明顯。此外由于激光的相干性造成畫面出現(xiàn)所謂的散斑，嚴(yán)重影響畫面質(zhì)量，而使用LED作為光源則沒有這方面的困擾。并且以LED作為光源得到的畫面質(zhì)量也相當(dāng)?shù)牟诲e，能為大眾所認(rèn)可。因此以LED作為光源的投影顯示系統(tǒng)是一種低成本的投影解決方案，尤其適用于小屏幕的數(shù)字投影顯示系統(tǒng)。[0007]人們開始考慮利用激光光源代替部分LED光源，將一些面積騰給其他LED光源， 最大化地提高白場的總功率，而且激光器的光學(xué)擴展量一般來講很小(至少比同等功率的LED小)，功率可以做到很大，亮度可以很高，且高效環(huán)保，所以綜合成本利效果等因素來講，激光是一種理想的針對LED光源的補充光源。因此激光與LED混合光源的研制成功將會積極地促進投影市場的多樣化及發(fā)展空間。實用新型內(nèi)容[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題是充分利用激光與LED各自的優(yōu)點，構(gòu)造出一種亮度高、體積小、功耗低、無輻射的工程實用化激光與LED混合光源，提高投影機的光通量，縮小整機尺寸，降低產(chǎn)品成本。[0009]本實用新型為了解決上述技術(shù)問題，所采用解決方案是所述一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎由混合光源模組、光學(xué)光路部分、顯示驅(qū)動模塊、超廣視角鏡頭、散熱模組和手動調(diào)焦輪等部件組成。其中混合光源模組光源部分由紅色LED陣列、綠色激光、 藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列構(gòu)成；光學(xué)光路部分包括反射片和凹透鏡；顯示驅(qū)動模塊為DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊(兩種投影方式相似)。[0010]在常用的色溫6500K和9300K下，綠光LED需要占用的面積均是三基色中最多的， 而且超過了總面積的一半，如果將綠光LED的面積分配給紅、藍(lán)兩色LED，則可以使白場的總功率提升約1倍，另外由于同樣功率的綠光固體激光器的成本比其他顏色的固體激光器低，比同等功率的綠光LED成本也要低，因此使用綠光激光來補充紅、藍(lán)兩色LED是一種提高白場總功率、降低成本的很好的方案。根據(jù)目前工業(yè)制造水平，紅、綠、藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，10%和25%，此外由于光學(xué)引擎內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，藍(lán)色光源的投射路徑過長、加之激光的本色是綠色，此時藍(lán)色光源就需要依靠激光和LED的混合光源來支持。[0011]紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列及藍(lán)色LED陣列各自經(jīng)反射片反射到凹透鏡上，紅綠藍(lán)三束光源經(jīng)過凹透鏡匯聚成一束紅綠藍(lán)三色光投射到反射片上后再次投射到DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊上，獲取的影像經(jīng)過廣角鏡頭后被投射到白墻或幕布上。至此紅綠藍(lán)三色混合光源完成發(fā)光、反射、聚光、投射等全過程。[0012]DMD顯示驅(qū)動模塊和LCOS顯示模塊的投射原理基本接近，兩者都是通過發(fā)光、光反射、聚光或濾光、投射等過程來完成影像投影過程，因此本實用新型涉及的一種激光與 LED混合光源可適合于目前主流的DLP和LCOS兩種光學(xué)引擎上，具有廣闊的應(yīng)用空間。[0013]按紅綠藍(lán)三色發(fā)光強度大致比例3 6 1為依據(jù)、混合光源光通量為2500流明的光學(xué)引擎光源分配為功率low的紅色LED、功率8W的綠色激光、綜合功率為IOW的藍(lán)色激光及藍(lán)色LED。按以上考慮設(shè)計的激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎設(shè)計尺寸為106mm*85mm*25. 5mm顯示技術(shù)0. 65英寸DLP 芯片或0. 45英寸LCOS顯示芯片分辨率 1280*800 (DLP)或 1024*600 (LCOS)設(shè)計光通量為2500 流明(DLP)或 2000 流明(LCOS)對比度1500 I(DLP)或400 1 (LCOS)光源壽命25000小時最大設(shè)計功率106W[0014]作為改進，所述一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎設(shè)有紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列、反射片、凹透鏡、DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊(兩種投影方式相似)、超廣視角鏡頭、散熱模組和手動調(diào)焦輪等部件。作為改進，所述一種激光與LED混合光源由紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列構(gòu)成，其發(fā)光效率高、耗電量小、壽命長、發(fā)熱量低。由于同等功率的綠光激光的成本遠(yuǎn)低于紅、藍(lán)兩色激光，略高于同等功率綠色LED的成本，而紅、藍(lán)光LED 的成本也更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)顏色激光的成本，所以利用綠色激光和紅、藍(lán)光LED的整體光源方案成本很低。作為改進，所述一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎在引導(dǎo)激光與LED光混合的同時，也對激光進行了消相干處理，省去了單獨的消相干裝置；同時在單片式DLP技術(shù)基礎(chǔ)上增設(shè)紅綠藍(lán)三色光源，省去單片式DLP必備的色輪，近一步縮小了光學(xué)引擎體積，并降低了成本。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來的有益效果是一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎摒棄了傳統(tǒng)的超高壓汞燈作為光源，改為激光及LED以作為投射光源，更加低碳、環(huán)保。一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎盡可能低成本的前提下，提供了單位面積內(nèi)更大光通量的非相干光，幾乎適用于所有的投影顯示場合，尤其適用于微型投影或便攜投影以及其他對噪聲要求較高的場合。一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎設(shè)計可達(dá)到1280*800的標(biāo)消分辨率， 25000小時以上的光源壽命。并且尺寸可縮至102mm*76mm*25. 5mm，可以真正實現(xiàn)掌上投影。

圖1為本實用新型原理框架圖圖2為本實用新型藍(lán)色激光和藍(lán)色LED剖視圖圖3為本實用新型散熱模組剖視圖
具體實施方式
在常用的色溫6500K和9300K下，綠光LED需要占用的面積均是三基色中最多的， 而且超過了總面積的一半，如果將綠光LED的面積分配給紅、藍(lán)兩色LED，則可以使白場的總功率提升約1倍，另外由于同樣功率的綠光固體激光器的成本比其他顏色的固體激光器低，比同等功率的綠光LED成本也要低，因此使用綠光激光來補充紅、藍(lán)兩色LED是一種提高白場總功率、降低成本的很好的方案。根據(jù)目前工業(yè)制造水平，紅、綠、藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，10%和25%，此外由于光學(xué)引擎內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，藍(lán)色光源的投射路徑過長、加之激光的本色是綠色，此時藍(lán)色光源就需要依靠激光和LED的混合光源來支持。下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步說明。一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎由混合光源模組①②③、光學(xué)光路部分 ④⑤⑥⑦⑧⑨⑩、顯示驅(qū)動模塊(11)、超廣視角鏡頭(12)、散熱模組(1 (14)、手動調(diào)焦輪 (15)等部件組成。如圖1所示一種激光、LED混合光源的投影光學(xué)引擎設(shè)有紅色LED陣列①、綠色激光②、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列③、反射片④⑤⑥⑦⑧⑩、凹透鏡⑨、DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊(11)、超廣視角鏡頭(12)、散熱模組(1 (14)和手動調(diào)焦輪(15) 等部件。光源部分由紅色LED陣列①、綠色激光②、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列③ 組成，由于紅綠藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，10%和25%，此外考慮到光學(xué)引擎內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，藍(lán)色光源的投射路徑過長、加之激光的本色是綠色，此時藍(lán)色光源就需要依靠激光和LED的混合光源來支持。按紅綠藍(lán)三色發(fā)光強度大致比例3 6 1為依據(jù)、混合光源光通量為2500流明的光學(xué)引擎光源分配為功率IOW的紅色LED陣列①、功率8W的綠色激光②、綜合功率為IOW的藍(lán)色激光二極管陣列及藍(lán)色LED陣列③。所述出光面的綠色激光②出射方向與所述紅光LED陣列①和所述藍(lán)光激光二極管陣列+LED陣列③的發(fā)光主軸方向相同。紅色LED陣列①、綠色激光②、藍(lán)色激光二極管陣列及藍(lán)色LED陣列③各自經(jīng)反射片④⑤⑥⑦⑧⑩反射到凹透鏡⑨上，紅綠藍(lán)三束光源 ①②③經(jīng)過凹透鏡⑨匯聚成一束紅綠藍(lán)三色光①②③投射到反射片⑩上后再次投射到DMD 顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊上(11)，獲取的影像經(jīng)過廣角鏡頭(1 后被投射到白墻或幕布上。至此紅綠藍(lán)三色混合光源①②③完成發(fā)光、反射、聚光、投射等全過程。DMD顯示驅(qū)動模塊和LCOS顯示模塊(11)的投射原理基本接近，兩者都是通過發(fā)光、光反射、聚光或濾光、投射等過程來完成影像投影過程，因此一種激光與LED混合光源可適合于目前主流DLP和LCOS兩種光學(xué)引擎上，具有廣闊的應(yīng)用空間。按紅綠藍(lán)三色發(fā)光強度大致比例3 6 1為依據(jù)、混合光源光通量為2500流明的光學(xué)引擎光源分配為功率IOW的紅色LED、功率8W的綠色激光、綜合功率為IOW的藍(lán)色激光及藍(lán)色LED。按以上考慮設(shè)計的激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎技術(shù)參數(shù)如下 設(shè)計尺寸為106mm*85mm*25. 5謹(jǐn)顯示技術(shù)0. 65英寸DLP 芯片或0. 45英寸LCOS顯示芯片分辨率1280*800 (DLP)或1(^4*600 (LC0Q設(shè)計光通量為2500流明(DLP)或2000流明 (LCOS)對比度1500 I(DLP)或400 1 (LCOS)光源壽命25000小時設(shè)計功率106W如圖2所示藍(lán)色激光和藍(lán)色LED陣列混合光源由鋁合金做光源模組殼體①，藍(lán)色激光二極管②③由2組共12顆激光二極管陣列組成，藍(lán)色LED陣列④共有4顆大功率藍(lán)色 LED芯片。如圖3所示，散熱模組(1 由導(dǎo)熱效果很好的百葉式紫銅制成，內(nèi)鑲嵌了一顆體積尺寸為2515，功率為5V1. 2W的大功率散熱風(fēng)扇(14)，內(nèi)嵌式風(fēng)扇除了能高效率地散熱夕卜，還可減小光學(xué)投影引擎的體積。本實用新型所述一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎并不限于以上實施技術(shù)參數(shù)。任何未脫離本實用新型精神的修改或局部替換均涵蓋在本實用新型保護范圍之中。
權(quán)利要求1.一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎，其特征在于由混合光源模組、光學(xué)光路部分、顯示驅(qū)動模塊、超廣視角鏡頭、散熱模組和手動調(diào)焦輪等部件組成，其中混合光源模組光源部分由紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列構(gòu)成；光學(xué)光路部分包括反射片和凹透鏡；顯示驅(qū)動模塊采用投影方式的DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種投影光學(xué)引擎，其特征在于紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列及藍(lán)色LED陣列各自經(jīng)反射片反射到凹透鏡上，紅綠藍(lán)三束光源經(jīng)過凹透鏡匯聚成一束紅綠藍(lán)三色光投射到反射片上后再次投射到DMD顯示驅(qū)動模塊或LCOS顯示模塊上，獲取的影像經(jīng)過廣角鏡頭后被投射到白墻或幕布上，至此紅綠藍(lán)三色混合光源完成發(fā)光、反射、聚光、投射等全過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種投影光學(xué)引擎，其特征在于一種由激光與LED混合光源由紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列構(gòu)成光源部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種投影光學(xué)引擎，其特征在于結(jié)構(gòu)中設(shè)計的凹透鏡在引導(dǎo)激光與LED光混合的同時也對激光進行了消相干處理，省去了單獨的消相干裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種投影光學(xué)引擎，其特征在于一種紅綠藍(lán)三色混合光源設(shè)計。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種投影光學(xué)引擎，其特征在于一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎可兼容DMD顯示驅(qū)動模塊和LCOS顯示模塊。
專利摘要本實用新型提供一種激光與LED混合光源的投影光學(xué)引擎由混合光源模組、光學(xué)光路部分、顯示驅(qū)動模塊、超廣視角鏡頭、散熱模組和手動調(diào)焦輪等部件組成。其中混合光源模組光源部分由紅色LED陣列、綠色激光、藍(lán)色激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列構(gòu)成，利用綠色激光和紅LED陣列、藍(lán)光激光二極管陣列+藍(lán)色LED陣列的整體光源方案在引導(dǎo)激光與LED光混合的同時，也對激光進行了消相干處理，省去了單獨的消相干裝置；同時在單片式DLP技術(shù)基礎(chǔ)上增設(shè)紅綠藍(lán)三色光源，省去單片式DLP必需的色輪，近一步縮小了光學(xué)引擎體積。本實用新型在盡可能低成本的前提下，提供了單位面積內(nèi)更大光通量的非相干光，幾乎適用于所有的投影顯示場合，尤其適用于微型投影或便攜投影以及其他對噪聲要求較高的場合。
文檔編號G02B27/48GK202257010SQ20112010806
公開日2012年5月30日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者駱慶潔, 駱慶疆 申請人:駱慶潔, 駱慶疆