[發(fā)明專利]基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010236976.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN101915995A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文字;劉欽曉;余飛鴻;周建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州晶景光電有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/18
• 分類號(hào): G02B27/18;G02B27/09;G03B21/00;F21V5/02;F21V5/04;F21V17/00;H04N9/31
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于投影顯示領(lǐng)域，具體為一種基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)

投影技術(shù)發(fā)源于19世紀(jì)早期，是在19世經(jīng)末20世紀(jì)初電影的發(fā)明和流行的基礎(chǔ)上推廣開來的。目前，基于微顯示芯片的投影顯示技術(shù)的出現(xiàn)，使得小型化和高分辨率投影顯示成為可能。基于微顯示芯片的投影顯示技術(shù)是將對(duì)角線尺寸為0.45-1.3英寸的微顯示芯片所產(chǎn)生的圖像放大后投影在屏幕上，它結(jié)合了光學(xué)和成熟的半導(dǎo)體技術(shù)，是一種性價(jià)比高的實(shí)現(xiàn)大尺寸高分辨顯示的途徑。微顯示芯片是高清投影顯示的核心部件，可用于大屏幕高清背投電視、高清液晶和數(shù)碼投影儀。

目前的光學(xué)投影系統(tǒng)，包括了有光源，反光碗，勻光棒，中繼透鏡組，合光系統(tǒng)，投影物鏡甚至復(fù)眼等元件。由于在照明系統(tǒng)中由于采用了反光碗、復(fù)眼(或者光棒)等多種光學(xué)元件進(jìn)行了光束整形，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以上因素使得系統(tǒng)安裝不便，尺寸較大，制造成本較高，不利于投影光學(xué)引擎的小型化設(shè)計(jì)、批量以及規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高亮度、高對(duì)比度、高清晰度、照明光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低、可適合規(guī)模化生產(chǎn)的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，包括照明光源、全內(nèi)反射透鏡、PBS偏振棱鏡、微顯示芯片和投影成像物鏡，其特征在于所述的全內(nèi)反射透鏡、PBS偏振棱鏡、微顯示芯片和投影成像物鏡依次設(shè)置在沿照明光源光線傳播的方向，照明光源發(fā)出的光束直接進(jìn)入全內(nèi)反射透鏡，小角度中心光束直接由全內(nèi)反射透鏡的中心部分折射出射，大角度的邊緣光束在全內(nèi)反射透鏡內(nèi)經(jīng)過折反射混光后在其出射端面形成均勻分布的照明，兩路出射光線經(jīng)過PBS偏振棱鏡后直接照明在微顯示芯片上，并在微顯示芯片上形成均勻的小角度的高效的圓形照明分布，微顯示芯片上的圖像經(jīng)過PBS偏振棱鏡解調(diào)以后再經(jīng)過投影物鏡后投影成像在屏幕上。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源為L(zhǎng)ED、UHP燈、鹵素?zé)艋蛘呒す夤庠础?/p>

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的全內(nèi)反射透鏡的剖面為扇形結(jié)構(gòu)，其中心透射面一、中心透射面二分別為球面、非球面或其他自由曲面構(gòu)成的光學(xué)表面，其外圍輪廓面一、外圍輪廓面二、外圍輪廓面三分別是經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到的自由曲面，其中外圍輪廓面一用于將中心透射面一以外的光束全部導(dǎo)入全內(nèi)反射透鏡內(nèi)，外圍輪廓面二為全內(nèi)反射面，用于將導(dǎo)入的光線全內(nèi)反射并通過外圍輪廓面三導(dǎo)出，外圍輪廓面三出射的光線發(fā)散角度和中心透射區(qū)出射的光線角度一致，外圍輪廓面三出射的光線和中心透射區(qū)的光束形成的光斑互相交疊形成微顯示芯片上的均勻照明光場(chǎng)。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的中心透射面一、中心透射面二調(diào)整一定角度內(nèi)的光線，外圍輪廓面一、外圍輪廓面二、外圍輪廓面三調(diào)整較大角度的光線，將照明光源發(fā)出的正負(fù)90度范圍以內(nèi)的光線調(diào)整為全內(nèi)反射透鏡出射端正負(fù)15度范圍之內(nèi)的出射光線，使得微顯示芯片上的入射光束與投影成像物鏡相匹配。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的全內(nèi)反射透鏡的材料為玻璃或者塑料，除了與空氣接觸面直接產(chǎn)生全反射之外，其外圍輪廓面二可以通過電鍍或鍍膜來實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射透鏡內(nèi)的全反射，電鍍或鍍膜的所有膜層可采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行鍍制。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的微顯示芯片為透射式或者反射式，微顯示芯片采用LCoS、LCD、TFT或DLP，當(dāng)采用不需偏振光的DLP微顯示芯片時(shí)，可以將PBS偏振棱鏡去掉更換成TIR棱鏡。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的微顯示芯片為彩色型，即微顯示芯片上的顯示單元中包含了紅、綠、藍(lán)多種像素，當(dāng)彩色型微顯示芯片被白光光束照明時(shí)，通過電路控制微顯示芯片各個(gè)顯示單元的顏色，微顯示芯片上的彩色圖像經(jīng)過投影成像物鏡在屏幕上投影出彩色圖像。

所述的基于全內(nèi)反射透鏡均勻照明的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于所述的微顯示芯片為非彩色型，白光經(jīng)色輪后照射在微顯示芯片上，通過色輪以及微顯示芯片的時(shí)序切換，不同時(shí)刻微顯示芯片顯示的不同顏色圖像經(jīng)過投影成像物鏡在屏幕上投影形成不同的顏色圖像，由于人眼視覺暫留現(xiàn)象的存在，最終形成彩色圖像的視覺效果。