[實用新型]基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統

有效

• 申請號: 201020271446.5
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN201796189U
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 張文字;劉欽曉;余飛鴻;周建軍
• 申請（專利權）人: 杭州晶景光電有限公司
• 主分類號: G02B27/18
• 分類號: G02B27/18;G02B27/09;G03B21/00;F21V5/02;F21V5/04;F21V17/00;H04N9/31
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本實用新型屬于投影顯示領域，具體為一種基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統。

背景技術

投影技術發源于19世紀早期，是在19世經末20世紀初電影的發明和流行的基礎上推廣開來的。目前，基于微顯示芯片的投影顯示技術的出現，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是將對角線尺寸為0.45-1.3英寸的微顯示芯片所產生的圖像放大后投影在屏幕上，它結合了光學和成熟的半導體技術，是一種性價比高的實現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、高清液晶和數碼投影儀。

目前的光學投影系統，包括了有光源，反光碗，勻光棒，中繼透鏡組，合光系統，投影物鏡甚至復眼等元件。由于在照明系統中由于采用了反光碗、復眼(或者光棒)等多種光學元件進行了光束整形，系統結構復雜。以上因素使得系統安裝不便，尺寸較大，制造成本較高，不利于投影光學引擎的小型化設計、批量以及規模化生產。

實用新型內容

針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種高亮度、高對比度、高清晰度、照明光路結構簡單、制造成本較低、可適合規模化生產的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，包括照明光源、全內反射透鏡、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反射透鏡、PBS偏振棱鏡、微顯示芯片和投影成像物鏡依次設置在沿照明光源光線傳播的方向，照明光源發出的光束直接進入全內反射透鏡，小角度中心光束直接由全內反射透鏡的中心部分折射出射，大角度的邊緣光束在全內反射透鏡內經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過PBS偏振棱鏡解調以后再經過投影物鏡后投影成像在屏幕上。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，其特征在于所述的照明光源為LED、UHP燈、鹵素燈或者激光光源。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，其特征在于所述的全內反射透鏡的剖面為扇形結構，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成的光學表面，其外圍輪廓面一、外圍輪廓面二、外圍輪廓面三分別是經過優化計算得到的自由曲面，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入全內反射透鏡內，外圍輪廓面二為全內反射面，用于將導入的光線全內反射并通過外圍輪廓面三導出，外圍輪廓面三出射的光線發散角度和中心透射區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。

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

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，其特征在于所述的全內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生全反射之外，其外圍輪廓面二可以通過電鍍或鍍膜來實現全內反射透鏡內的全反射，電鍍或鍍膜的所有膜層可采用電子束蒸發的方法進行鍍制。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，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，當采用不需偏振光的DLP微顯示芯片時，可以將PBS偏振棱鏡去掉更換成TIR棱鏡。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，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、藍多種像素，當彩色型微顯示芯片被白光光束照明時，通過電路控制微顯示芯片各個顯示單元的顏色，微顯示芯片上的彩色圖像經過投影成像物鏡在屏幕上投影出彩色圖像。

所述的基于全內反射透鏡均勻照明的光學投影系統，其特征在于所述的微顯示芯片為非彩色型，白光經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序切換，不同時刻微顯示芯片顯示的不同顏色圖像經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象的存在，最終形成彩色圖像的視覺效果。