[发明专利]一种微型投影LCOS光学引擎

说明书

技术领域

     本发明属于微型投影显示技术领域，具体涉及一种光学成像系统，尤其是指一种微型投影仪LCOS光学引擎。

技术背景

显示技术作为人机联系和信息传输的窗口已应用于娱乐、工业、军事、交通、教育、航空航天、卫星遥感和医疗等各个方面，显示产业已经成为子信息工业的一大支柱产业。投影显示是指由平面图像信息控制光，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的方法或装置。而随着随着经济技术的发展，市场的不断扩大，投影机向着高性能、集成化、便携式等方向发展。其中微型化的投影仪由于具有较小的体积重量且可以满足投影的基本功能，非常适合商务演示及个人消费领域的应用，是目前主流的投影机发展方向，具有广阔是市场前景。

LCOS光学引擎作为四种微型投影技术之一，其他三种为LCD、DLP和激光投影。相比较于这三种，LCOS具有价格低廉，投影性能优异的特点，为最有可能商业化的微型投影技术。从自主知识产权的角度分析，LCOS 技术是唯一未被跨国公司垄断的显示技术，因此我国科研院所和企业也投入了大量人力物力进行该技术领域的研究，以期获得自主知识产权，国家也在政策层面大力支持。

微投模组的投影性能主要取决于光通量（即亮度，单位为流明，lm），而在一定的体积和功耗下，光通量主要由两个因素决定，即LED 的发光效率和光学系统效率。光学系统效率方面，目前普遍在10%左右，但LCOS 技术的应用大大推动了光学效率的提高，目前LCOS 的效率比半年前提高了15%-20%。LED发光效率则随着亮度的上升而不断下降，虽然LCOS得效率得到提高，但还是存在投影亮度过低的问题，而采用新型的LED则会产生功耗和散热的问题，使得体积上过于大型，如市面上的30流明以上的微型投影仪体积都大大超过10流明的微型投影仪甚至达到两倍，违背了微型投影技术发展的方向。

彩色滤光型CF-LCOS投影技术由于只需要采用单颗白光LED使得微型投影仪在结构上大大缩小，且光路设计与电路设计简单，图像刷新率在90HZ以上，散热结构易于设计等优点，但同时其光学利用率和功耗相对于其他微型投影技术较低，进而影响投影质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，光能利用率高，投影显示质量好，成本低，散热结构易于设计的新型小体积的微型投影仪光学引擎。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微型投影LCOS光学引擎，包括沿光线传播方向依次排列的面光源模组，阵列透镜组合， PBS棱镜，平凸透镜，LCOS芯片，偏振片以及投影物镜，其特征在于：所述面光源模组由白光LED阵列光源置于抛物反光碗底部组成抛物反光碗和菲涅尔透镜的整合；所述阵列透镜模组由阵列透镜和会聚透镜组成；所述场镜为平凸透镜；所述会聚透镜为压铸型非球面透镜。所述偏振片偏振方向垂直于入射线和法线组成平面。

采用上述技术方案的有益效果是：该微型投影LCOS光学引擎的光源采用白光LED阵列光源和抛物反光碗组合的面光源模组，在光源方向上放置阵列透镜组合整形光束，简化了光束会聚结构，由于采用阵列光源，单颗白光LED的功率可以使用小功率LED，LED的发光效率得到大大提高，可以达到180lm/W，且抛物反光碗前端设计包含改进型菲涅尔透镜结构设计，优化了出射光线，使其发散角降低到10°以内，使得光学损失减少到最少，相对其他方法而言，可以得到更高的效率。同时这种设计在前端可直接放置阵列透镜组合，不再需要传统的LCOS光学引擎系统中的聚焦透镜，简化了结构，散热方面设计则因为LED发光效率的提高及发热光源的点阵排列而大大简化，整体降低了成本，提高了系统的整体性能；结构上的紧凑，使得光束在进入PBS棱镜前几乎形成一个整体，消除了由于灰尘进入成像系统，造成画面质量下降的缺点。在LCOS所呈图像进入投影物镜前放置偏振片可以对P杂散光进行过滤，进一步提高图像质量。该光学引擎系统结构紧凑，体积小，具有低功耗，高光学利用利用率、新型、高清晰度、照明光路、偏振场结构简单和散热设计简单，制造成本低，可适合规模化生产。

附图说明

图1为本发明所述一种微型投影LCOS光学引擎系统的光学原理图。

图2为本发明所述面光源模组的结构示意图。

具体实施方式