專利名稱：一種具有偏軸led光源的數(shù)字光處理投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示技術(shù)光源，尤其涉及一種具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投
影裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，投影技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電化教學(xué)、辦公、商務(wù)以及廣告娛樂(lè)等方面。其中一種投影技術(shù)是數(shù)字光處理(Digital Light Procession,DLP)技術(shù),這種技術(shù)要先把影像信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字處理，然后再把光投影出來(lái)。它是基于美國(guó)德州儀器(TI)公司開發(fā)的數(shù)字微鏡元件(Digital Micromirror Device,DMD)來(lái)完成可視數(shù)字信息顯示的技術(shù)。具體說(shuō)，就是DLP投影技術(shù)應(yīng)用了數(shù)字微鏡晶片(DMD)來(lái)作為主要關(guān)鍵處理元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過(guò)程。在常用的DLP投影裝置中，往往采用傳統(tǒng)的全內(nèi)反射(Total InternalReflection,TIR)棱鏡，將入射的照明光束和出射的成像光束相分離。即，將入射光線(照明光束)導(dǎo)入到數(shù)字微鏡器件，并導(dǎo)出數(shù)字微鏡器件產(chǎn)生的影像光線(成像光束)。其中，所采用的TIR棱鏡由兩個(gè)棱鏡構(gòu)成，且，兩個(gè)棱鏡之間具有間隙，以在其中一個(gè)棱鏡上形成全反射面。然而，在該棱鏡的斜面(全反射面)上，由于DMD反射的光線(成像光束)在不同視場(chǎng)角下，并不能全部發(fā)生內(nèi)反射，因此，隨著視場(chǎng)不同，從DMD反射的光線的光能利用率也不同，進(jìn)而導(dǎo)致屏處光照?qǐng)龅牟痪鶆颉?br>
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，須提供一種光照?qǐng)鼍鶆虻木哂衅SLED光源的數(shù)字光處理投影裝置，具有良好的光學(xué)性能可調(diào)性。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，包括照明裝置、數(shù)字微鏡器件、全內(nèi)反射棱鏡以及投影鏡頭。其中，照明裝置用于提供入射光線，其包括單色LED光源模組、混合多色LED光源模組以及楔形合色鏡。單色LED光源模組出射單色光，包括單色發(fā)光芯片，以及收集并整形所接收到的單色光的第一聚光系統(tǒng)。混合多色LED光源模組出射混合光，包括發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系統(tǒng)。其中，單色LED光源模組發(fā)光面的中心點(diǎn)與第一聚光系統(tǒng)的中心軸不同軸。楔形合色鏡傾斜設(shè)置于所述單色LED光源模組和混合多色LED光源模組的出射光路的交匯處，用于合并所述單色光、混合光為一束光。數(shù)字微鏡器件用于選擇性的反射所述入射光線以產(chǎn)生影像光線。全內(nèi)反射棱鏡用于將所述照明裝置的入射光線導(dǎo)入到所述數(shù)字微鏡器件，并導(dǎo)出所述數(shù)字微鏡器件產(chǎn)生的影像光線。投影鏡頭用于接收該影像光線，并將該影像光線投影成影像畫面。本發(fā)明的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)LED光源模組偏離的方式，使不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)楔形合色鏡合色后，通過(guò)全內(nèi)反射棱鏡照射數(shù)字微鏡器件時(shí)，所產(chǎn)生的成像光束隨著視場(chǎng)角的不同，能盡可能的從全內(nèi)反射棱鏡反射出來(lái)，提高了光能利用率，使屏處的光照?qǐng)鼍鶆?，且調(diào)節(jié)迅速，具有良好的光學(xué)性能可調(diào)性。


為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中部分照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為圖2中楔形合色鏡其中一表面尺寸確定方法的示意圖。圖3b為圖2中楔形合色鏡另一表面尺寸確定方法的示意圖。圖4為本發(fā)明第一實(shí)施方式光效與均勻性的模擬示意圖。圖5為傳統(tǒng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的光效與均勻性的模擬示意圖。圖6為混合多色LED光源模組向楔形合色鏡靠近時(shí)出現(xiàn)的出射光線分開的示意圖。圖7為本發(fā)明第二實(shí)施方式具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，同時(shí)參閱圖2，為圖1中部分照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置包括照明裝置，數(shù)字微鏡器件10，全內(nèi)反射棱鏡20以及投影鏡頭30。其中，照明裝置用于提供入射光線。數(shù)字微鏡器件10用于選擇性的反射入射光線以產(chǎn)生影像光線。全內(nèi)反射棱鏡20用于將照明裝置的入射光線導(dǎo)入到數(shù)字微鏡器件10，并導(dǎo)出數(shù)字微鏡器件10產(chǎn)生的影像光線。投影鏡頭30用于接收該影像光線，并將該影像光線投影成影像畫面。本發(fā)明實(shí)施方式中，照明裝置包括單色LED光源模組41、混合多色LED光源模組42以及楔形合色鏡43。其中，單色LED光源模組41出射單色光，其包括單色發(fā)光芯片411，以及收集并整形所接收到的單色光的第一聚光系統(tǒng)412?；旌隙嗌獿ED光源模組42出射混合光，其包括發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片421、421’，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系統(tǒng)422。楔形合色鏡43傾斜設(shè)置于單色LED光源模組41和混合多色LED光源模組42的出射光路的交匯處，用于合并單色光、混合光為一束光。本發(fā)明實(shí)施方式中，第一聚系統(tǒng)412的結(jié)構(gòu)與第二聚光系統(tǒng)422的結(jié)構(gòu)相同，有利于降低成本。當(dāng)然，本發(fā)明其它實(shí)施方式中，第一聚系統(tǒng)412的結(jié)構(gòu)與第二聚光系統(tǒng)422的結(jié)構(gòu)也可以稍微不同。參閱圖2,單色LED光源模組41發(fā)光面的中心點(diǎn)與第一聚光系統(tǒng)412的中心軸不同軸，即，單色LED光源模組41為偏軸LED光源。該單色發(fā)光芯片411的數(shù)量可以為一個(gè)，也可以為多個(gè)。本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，單色發(fā)光芯片411的數(shù)量為一個(gè)，其為綠光LED芯片，即，單色光為綠光。如圖所示，綠光LED芯片表面的中心法線偏離第一聚光系統(tǒng)412的中心軸。這種數(shù)字光處理投影裝置采用這種偏離結(jié)構(gòu)的光源，有利于提高了光能利用率，使屏處的光照?qǐng)鼍鶆?，參閱圖4，是本實(shí)施方式光效與均勻性的模擬示意圖，由圖可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)(參閱圖5，為傳統(tǒng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的光效與均勻性的模擬示意圖)，這種偏離結(jié)構(gòu)的均勻性明顯比傳統(tǒng)的均勻性要好。此外，混合多色LED光源模組42為傳統(tǒng)的軸對(duì)稱LED光源。即，發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片421、421’是以第二聚光系統(tǒng)422的中心軸為中心對(duì)稱分布。
具體實(shí)施方式
中，發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片421、421’為蘭紅LED芯片，第二聚光系統(tǒng)422罩住蘭紅LED芯片，混合光為蘭紅色的混合光。該蘭紅LED芯片是以第二聚光系統(tǒng)422的中心軸為中心對(duì)稱分布。當(dāng)然，本發(fā)明其它實(shí)施方式中，混合多色LED光源模組42也可以為非軸對(duì)稱的LED光源(參閱圖7)。又，如圖2所示，發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片421、421’發(fā)出的光經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43的不同表面反射后重合出射。而單色發(fā)光芯片411發(fā)出的光(單色光)經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43折射后與反射光重合后出射。本發(fā)明實(shí)施方式中，照明裝置還包括復(fù)眼透鏡組44及中繼鏡45。其中，復(fù)眼透鏡44設(shè)置于楔形合色鏡43的出射光路上，用于對(duì)所接收到的光進(jìn)行均勻化及整形處理。中繼鏡45設(shè)置于復(fù)眼透鏡組44與全內(nèi)反射鏡20之間。當(dāng)然，該復(fù)眼透鏡組44及中繼鏡45還可以省略。此外，照明裝置與全內(nèi)反射鏡20之間還設(shè)置有反射鏡46，用于折疊光路，有利于縮小數(shù)字光處理投影裝置的體積，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。本發(fā)明實(shí)施方式的數(shù)字光處理投影裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)單色LED光源模組發(fā)光面的中心點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的聚光系統(tǒng)的中心軸的偏離的方式，使不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)楔形合色鏡合色后，通過(guò)全內(nèi)反射棱鏡照射數(shù)字微鏡器件時(shí)，所產(chǎn)生的成像光束隨著視場(chǎng)角的不同，能盡可能的從全內(nèi)反射棱鏡反射出來(lái)，提高了光能利用率，使屏處的光照?qǐng)鼍鶆?，且，調(diào)節(jié)迅速，具有良好的光學(xué)性能可調(diào)性。本發(fā)明中，當(dāng)單色LED光源模組41、混合多色LED光源模組42以及楔形合色鏡43之間合理布置時(shí)，各發(fā)光芯片發(fā)出的主光線經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43后，合成一束光進(jìn)入到下一器件(如復(fù)眼透鏡組44)。當(dāng)中，楔形合色鏡43的尺寸可通過(guò)以下方式確認(rèn)參閱圖3a，當(dāng)混合多色LED光源模組42的尺寸不變時(shí)，以其中的一個(gè)發(fā)光芯片421 (如紅LED芯片)為例，其出射光線為L(zhǎng)I，理想狀態(tài)下，該光線經(jīng)楔形合色鏡43反射后的光線為L(zhǎng)2應(yīng)當(dāng)是垂直入射至復(fù)眼透鏡組44。由于光線L1、光線L2是已知的，通過(guò)兩光線相交，以已知的光線LI和光線L2的夾角的一半為反射面法線可得到楔形合色鏡43靠近復(fù)眼透鏡組44的表面431。而該表面431相對(duì)應(yīng)的另一表面432尺寸的確定可參閱圖3b,以另一發(fā)光芯片421’ (如藍(lán)LED芯片)為例，出射光線為L(zhǎng)I’，折射光線為L(zhǎng)3，經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43另一表面432反射后的反射光線為L(zhǎng)4，表面431的出射光線為L(zhǎng)2’。而光線LI’和光線L2’為已知的，光線L3和光線L4則可以通過(guò)折射定律獲得，因此，通過(guò)光線L3和L4兩光線夾角之半的方式同樣可以獲得楔形合色鏡43另一表面432的尺寸。當(dāng)單色LED光源模組41、楔形合色鏡43的位置不變時(shí)，為了使整個(gè)投影裝置的結(jié)構(gòu)更為緊湊，通常采用拉近混合多色LED光源模組42與楔形合色鏡43的距離(即將混合多色LED光源模組42的位置向楔形合色鏡43的方向靠近)的手段，此時(shí)，從圖6可以看出，經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43后出射的各光線(紅光、蘭光、綠光)出現(xiàn)錯(cuò)位。
為了使錯(cuò)位的光線(紅光、蘭光、綠光)能重合，可通過(guò)微調(diào)混合多色LED光源模組42中的發(fā)光芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，即采用如圖7所示的本發(fā)明第二實(shí)施方式具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該投影裝置與第一實(shí)施方式的投影裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖7所示的混合多色LED光源模組42’為非軸對(duì)稱的LED光源。詳細(xì)說(shuō)，即第二聚光系統(tǒng)422罩住的蘭紅LED芯片,不是以第二聚光系統(tǒng)422的中心軸為中心對(duì)稱分布，而是偏離的，這與傳統(tǒng)的軸對(duì)稱的LED光源不同。采用這種偏離的結(jié)構(gòu)，從混合多色LED光源模組42’出射的光線(如蘭光、紅光)將靠近單色LED光源模組41出射的光線(綠光)，理想狀態(tài)為完全重合。此外，混合多色LED光源模組的非軸對(duì)稱的程度，是由錯(cuò)位光線的錯(cuò)位程度所決定的。通常，光線錯(cuò)位越厲害，為了使經(jīng)過(guò)楔形合色鏡43后的光線能重合，混合多色LED光源模組42’的非軸對(duì)稱的程度也就越厲害。因此，第二實(shí)施方式的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)LED光源模組偏離的方式，使不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)楔形合色鏡合色后，能重合在一起，且，相對(duì)于第一實(shí)施方式的投影裝置，其結(jié)構(gòu)更為緊湊。因此，本發(fā)明的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)LED光源模組偏離的方式，使不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)過(guò)楔形合色鏡合色后，通過(guò)全內(nèi)反射棱鏡照射數(shù)字微鏡器件時(shí)，所產(chǎn)生的成像光束隨著視場(chǎng)角的不同，能盡可能的從全內(nèi)反射棱鏡反射出來(lái)，提高了光能利用率，使屏處的光照?qǐng)鼍鶆?，且，調(diào)節(jié)迅速，具有良好的光學(xué)性能可調(diào)性。以上所述之具體實(shí)施方式
為發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式
，凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包含本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，包括 照明裝置，用于提供入射光線，其包括 單色LED光源模組，其出射單色光，包括單色發(fā)光芯片，以及收集并整形所接收到的單色光的第一聚光系統(tǒng)； 混合多色LED光源模組，其出射混合光，包括發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片，以及收集并整形所接收到的混合光的第二聚光系統(tǒng)； 楔形合色鏡，傾斜設(shè)置于所述單色LED光源模組和混合多色LED光源模組的出射光路的交匯處，用于合并所述單色光、混合光為一束光； 數(shù)字微鏡器件，選擇性的反射所述入射光線以產(chǎn)生影像光線； 全內(nèi)反射棱鏡，用于將所述照明裝置的入射光線導(dǎo)入到所述數(shù)字微鏡器件，并導(dǎo)出所述數(shù)字微鏡器件產(chǎn)生的影像光線；及 投影鏡頭，用于接收該影像光線，并將該影像光線投影成影像畫面； 其特征在于，單色LED光源模組發(fā)光面的中心點(diǎn)與第一聚光系統(tǒng)的中心軸不同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，第一聚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與第二聚光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，所述發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片是以第二聚光系統(tǒng)的中心軸為中心對(duì)稱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，所述發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片不是以第二聚光系統(tǒng)的中心軸為中心對(duì)稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，所述發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片發(fā)出的光經(jīng)過(guò)楔形合色鏡的不同表面反射后重合出射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，所述單色發(fā)光芯片為綠光LED芯片；所述發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片為蘭紅LED芯片，所述第二聚光系統(tǒng)罩住所述蘭紅LED芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，所述照明裝置還包括 復(fù)眼透鏡組，設(shè)置于所述楔形合色鏡的出射光路上，用于對(duì)所接收到的光進(jìn)行均勻化及整形處理；以及 中繼鏡，設(shè)置于所述復(fù)眼透鏡組與全內(nèi)反射鏡之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，其特征在于，還包括反射鏡，設(shè)置于所述照明裝置與全內(nèi)反射鏡之間，用于折疊光路。
全文摘要
一種具有偏軸LED光源的數(shù)字光處理投影裝置，包括單色LED光源模組、混合多色LED光源模組、楔形合色鏡、數(shù)字微鏡器件、全內(nèi)反射棱鏡及投影鏡頭。其中，單色LED光源模組出射單色光，其包括單色發(fā)光芯片及第一聚光系統(tǒng)?；旌隙嗌獿ED光源模組出射混合光，其包括發(fā)出不同波段光的至少兩種發(fā)光芯片及第二聚光系統(tǒng)。其中，單色LED光源模組發(fā)光面的中心點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的聚光系統(tǒng)的中心軸不同軸。楔形合色鏡用于合并單色光、混合光為一束光。本發(fā)明的投影裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)LED光源模組偏離的方式，提高了光能利用率，使屏處的光照?qǐng)鼍鶆颍艺{(diào)節(jié)迅速，具有良好的光學(xué)性能可調(diào)性。
文檔編號(hào)F21V9/10GK103034034SQ20111030354
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者高國(guó)欣, 程曉輝 申請(qǐng)人:紅蝶科技(深圳)有限公司