專利名稱：多路綠光光源投影機光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影機，特別涉及投影機用光學(xué)引擎。

背景技術(shù)：
為了把比手掌還小的微型投影機、可裝入筆記本的投影機等便攜式微型投影機 商用化，需要開發(fā)體積小、耗電低的投影機。要實現(xiàn)投影機的微型化需要使用體積小 但亮度高的光源。最適合于此類低耗電微型投影機的光源為激光光源或是發(fā)光二級管光 源。其中，激光光源是已被廣泛認(rèn)為低耗電、亮度高的高效光源。投影機利用光調(diào)制器把從光源射出的光轉(zhuǎn)換為影象畫面。目前此種光調(diào)制器通 常是利用液晶的投射型/反射型液晶顯示器、硅基液晶，以及DLP技術(shù)中的數(shù)字微鏡器 件。為了表現(xiàn)影象畫面，需要綠/藍(lán)/紅三種原色的激光。目前藍(lán)色和紅色的半導(dǎo)體激 光已經(jīng)存在，但固態(tài)的綠色激光技術(shù)還不成熟，目前還沒有可用產(chǎn)品。為了克服這個問題可以采用膠合晶體技術(shù)將非線性晶體與倍頻晶體按一定要求 膠合，配以808nm泵浦光源，實現(xiàn)小體積綠光激光光源模塊。但是，在這種綠光模塊 中，受晶體材料、膠合工藝以及出光原理的限制，很難制作出高功率、穩(wěn)定的綠光模 塊，尤其當(dāng)綠光輸出功率高于50mw時，輸出光的穩(wěn)定性會大大降低，目前的晶體技術(shù) 工藝還很難實現(xiàn)。而綠光是影響白光亮度的原色光，所以對光效率有很大的影響。由于 人眼對綠光的反應(yīng)最為敏感，在光學(xué)引擎的三色光源中，綠光激光光源所占的強度比例 也最大，需占到總功率值的60%以上。因此，在高亮度的微型光學(xué)引擎中，提供足夠功 率強度的綠光激光光源是亟待解決的問題?，F(xiàn)有的光學(xué)引擎構(gòu)造，參照圖1，紅色/綠色/藍(lán)色激光光源依次照射紅色/綠 色/藍(lán)色光。三個光源被各自的分色鏡反射或是透射到漫射體2。分色鏡11起到反射紅 色激光，通過剩余波長范圍的光線的作用；分色鏡12起到反射藍(lán)色激光，通過剩余波長 范圍光線的作用。漫射體2垂直振動于光軸，通過減少激光光線的連貫性特征來減少激光散斑， 激光光線通過漫射體2的時候，光的隨機性會得到增加。通過漫射體2的光會通過光束 整形器3轉(zhuǎn)變光束形狀，以適應(yīng)于光調(diào)制器7的入射面形狀，從而提高光效率。在光束整形器3后方設(shè)有將經(jīng)過光束整形器3整形的光線進(jìn)行集束的透鏡，即物 鏡4。通過對物鏡4鏡片的調(diào)整，可以達(dá)到更加準(zhǔn)確的聚焦?，F(xiàn)有的光學(xué)引擎構(gòu)造還設(shè) 有光調(diào)制器7和投射透鏡8，光調(diào)制器7是指將入射的光線進(jìn)行選擇性通過、阻斷或改變 光徑來形成影像圖片的元件。投射透鏡8由多個透鏡構(gòu)成，將由光調(diào)制器7形成的影像 圖片向屏幕上放大投影。由此可見，現(xiàn)有的光學(xué)引擎構(gòu)造只采用一路綠光激光光源與紅、藍(lán)光源混合， 實現(xiàn)彩色照明。這樣要實現(xiàn)151m以上的投影亮度，就必須使用能量強度高于50mw的綠 光激光光源，這對于目前的膠合晶體倍頻技術(shù)而言還較難實現(xiàn)，一方面會降低綠光輸出 的穩(wěn)定性，另一方面還會增加晶體的制作成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種多路綠光光源投影機光學(xué)引擎以解 決上述技術(shù)問題。本發(fā)明可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，包括光學(xué)引擎主體，所述光學(xué)引擎主體包括綠 色激光光源，其特征在于，所述綠色激光光源包括至少兩個綠色激光器，各綠色激光器 射出的光束通過光學(xué)鏡片合為一束光線。所述光學(xué)引擎主體還包括紅色激光光源、藍(lán)色激光光源，至少兩個綠色激光器 射出的光束首先與紅色激光光源的紅色激光器射出的光束，以及藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激 光器射出的光束通過一組光學(xué)鏡片合成為基礎(chǔ)三色合成光，然后其它綠色激光器射出的 光束通過另一組光學(xué)鏡片匯入基礎(chǔ)三色合成光中形成三色合成光。各個綠色激光器射出 的光束也可以首先通過一組光學(xué)鏡片合成為一束，然后與紅色激光光源的紅色激光器射 出的光束，以及藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光束通過另一組光學(xué)鏡片合成為三色 合成光。作為一種優(yōu)選方案，所述綠色激光光源包括兩個綠色激光器，其中一個綠色激 光器射出的光，通過分色鏡與紅色激光光源的紅色激光器、藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器 射出的光首先合成為基礎(chǔ)三色合成光；另一個綠色激光器位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向，并通過透鏡 組改變光路方向，使其射出的光路與之前已合成的基礎(chǔ)三色合成光再次合成為一路三色 合成光，從而增強綠光能量。所述透鏡組包括第一棱鏡、第二棱鏡，第一棱鏡和第二棱鏡均為直角棱鏡，且 材質(zhì)相同；第二棱鏡的斜面與第一棱鏡的斜面平行；透鏡組與各光源之間的位置關(guān)系需滿足的條件為基礎(chǔ)三色合成光只通過第一 棱鏡，由位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光既通過第 一棱鏡又通過第二棱鏡。第二棱鏡的一個直角面可以膠合在第一棱鏡的一個直角面的 上，且靠近第一棱鏡的斜面。第二棱鏡的幾何尺寸小于第一棱鏡的幾何尺寸，第二棱鏡的幾何尺寸優(yōu)選的可 以是第一棱鏡的幾何尺寸的一半。以保證第一棱鏡既能接收到基礎(chǔ)三色合成光，又能接 收到由位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過將至少兩個綠色激光器與藍(lán) 色激光器、紅色激光器射出的光合為一路，增強了系統(tǒng)的綠光強度，避免因綠光能量不 足帶來的偏色、亮度偏暗等問題；同時由于可采用中等能量強度的綠色激光器進(jìn)行合成 來替代一路高能量強度綠色激光器，可以降低綠光模塊難度，提高照明系統(tǒng)穩(wěn)定性，從 而實現(xiàn)高亮度的微型投影光學(xué)引擎。


圖1是現(xiàn)有的光學(xué)引擎構(gòu)造示意5
圖2是本發(fā)明具體實施例1的光學(xué)引擎的示意圖；圖3是本發(fā)明中用以合成兩路綠光的棱鏡組的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明具體實施例2的光學(xué)引擎的示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，包括光學(xué)引擎主體，光學(xué)引擎主體包括綠色激 光光源，綠色激光光源包括至少兩個綠色激光器，各綠色激光器射出的光束通過光學(xué)鏡 片合為一束光線。合為一束光線的方式可以是至少兩個綠色激光器射出的光束首先與其 它激光器射出的光束通過一組光學(xué)鏡片合成為基礎(chǔ)三色合成光，然后其它綠色激光器射 出的光束通過另一組光學(xué)鏡片匯入基礎(chǔ)三色合成光中形成三色合成光。合為一束光線的 方式也可以是各個綠色激光器射出的光束也可以首先通過一組光學(xué)鏡片合成為一束，然 后與其它激光器射出的光通過另一組光學(xué)鏡片合成為三色合成光。由于通過光學(xué)鏡片對 光路進(jìn)行合成是本技術(shù)領(lǐng)域的一般工作人員可以輕易實現(xiàn)的，故此處不再詳述。其它激光器的選取可根據(jù)實際需要而定。作為一種優(yōu)選方式，光學(xué)引擎主體還 包括紅色激光光源、藍(lán)色激光光源，綠色激光光源的部分綠色激光器射出的光束首先與 紅色激光光源的紅色激光器射出的光束，以及藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光束通 過一組光學(xué)鏡片合成為基礎(chǔ)三色合成光，然后綠色激光光源的其它綠色激光器射出的光 束通過另一組光學(xué)鏡片匯入基礎(chǔ)三色合成光中形成三色合成光。綠色激光光源的綠色激 光器射出的光束也可以首先通過一組光學(xué)鏡片合成為一束，然后與紅色激光光源的紅色 激光器射出的光束，以及藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光束通過另一組光學(xué)鏡片合 成為三色合成光。當(dāng)然，在需要的情況下，紅色激光光源、藍(lán)色激光光源亦可以采用相同的方法 來各自的增強能量。即紅色激光光源也可以包括至少兩個紅色激光器，各紅色激光器射 出的光束通過光學(xué)鏡片合為一束光線。藍(lán)色激光光源也可以包括至少兩個藍(lán)色激光器， 各藍(lán)色激光器射出的光束通過光學(xué)鏡片合為一束光線。合成一束的方法可以參考綠色激 光器射出的光束合成一束的辦法。參照圖2，具體實施例1綠色激光光源包括兩個綠色激光器，其中一個綠色激光器射出的光，通過分色 鏡1與紅色激光光源的紅色激光器、藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光首先合成為基 礎(chǔ)三色合成光；另一個綠色激光器位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向，并通過透鏡 組改變光路方向，使其射出的光路與之前已合成的基礎(chǔ)三色合成光再次合成為一路三色 合成光，從而增強綠光能量。三色合成光射向漫射體2，通過漫射體2、光束整形器3，到達(dá)物鏡4，光束整形 器3可以是復(fù)眼透鏡、燈管等。復(fù)眼透鏡包括透明基板，透明基板上面附有多塊球面或 非球面的小型透鏡。這些小型透鏡們可以體現(xiàn)為各種形狀，如四角形凸透鏡、六角形凸 透鏡以及圓形等等，但最好是與光調(diào)制器7的形狀(更加準(zhǔn)確地說，是光調(diào)制器7的有效畫面形狀)相一致。例如光調(diào)制器7的有效畫面大致為四角形狀，那么小型透鏡體的 形狀也最好也為四角形狀，從而使光損失最小化。物鏡4是將經(jīng)過光束整形器3整形的 光線進(jìn)行集束的透鏡，一般由兩片組成，通過調(diào)節(jié)兩片透鏡之間的距離可以達(dá)到更加準(zhǔn) 確的聚焦。聚焦后的光再進(jìn)入光調(diào)制器7形成影像圖片，光調(diào)制器7可以是數(shù)字微鏡器 件、液晶顯示元件、或硅基液晶等等。由光調(diào)制器7形成的影像圖片最后經(jīng)由投射透鏡8 向屏幕上放大實現(xiàn)投影。如果光調(diào)制器7是反射型光調(diào)制器，在反射型光調(diào)制器和投射 透鏡8之間還可以設(shè)有偏振分束器6。偏振分束器6和物鏡4之間還可以設(shè)有用于把往光 調(diào)制器7入射的光進(jìn)行線偏振過濾的入射偏振光板5。為增強綠光能量，用于將兩路綠光同紅光、藍(lán)光合成一路的關(guān)鍵器件是透鏡 組。參照圖3，透鏡組包括第一棱鏡91、第二棱鏡92，第一棱鏡91和第二棱鏡92均為 直角棱鏡，且材質(zhì)相同。第二棱鏡92的斜面與第一棱鏡91的斜面911平行。透鏡組與 各光源之間的位置關(guān)系需滿足的條件為基礎(chǔ)三色合成光只通過第一棱鏡91，由位于與 基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光既通過第一棱鏡91又通過 第二棱鏡92。第二棱鏡92的一個直角面可以膠合在第一棱鏡91的一個直角面的上，且 靠近第一棱鏡91的斜面911。作為一種優(yōu)選方案，第二棱鏡92的幾何尺寸小于第一棱鏡 91的幾何尺寸，第二棱鏡92的幾何尺寸優(yōu)選的可以是第一棱鏡91的幾何尺寸的一半。 以保證第一棱鏡91既能接收到基礎(chǔ)三色合成光，又能接收到由位于與基礎(chǔ)三色合成光的 光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光。由綠色激光器、紅色激光器、藍(lán)色激光器出射的光先經(jīng)分色鏡1合成為一路 后，透過第一棱鏡91的一個直角面913到達(dá)斜面911的下半部分，由于第一棱鏡91是直 角棱鏡，光線在其斜面911上會發(fā)生全發(fā)射，從而將光軸方向偏轉(zhuǎn)90°從第一棱鏡91的 另一直角面912出射。由另一路綠色激光器發(fā)出的光則首先照射到第一棱鏡91的斜面911 的上半部分上，在斜面911表面發(fā)生折射后首先進(jìn)入第一棱鏡91，再進(jìn)入第二棱鏡92。 由于第二棱鏡92的存在，與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的 光類似于穿過一個平行平板，光線的傳播方向不變但位置會發(fā)生偏移，偏移方向使得出 射光與基礎(chǔ)三色合成光位置更加靠近，有利于后續(xù)的投影成像。參照圖4，具體實施例2具體實施例2是具體實施例1的一種變化形態(tài)。圖4的變化形態(tài)相對于圖2多 了一個反射鏡10，反射鏡10可以是只反射綠光的，也可以是反射所有光的。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的 技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是 說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改 進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán) 利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，包括光學(xué)引擎主體，所述光學(xué)引擎主體包括綠色 激光光源，其特征在于，所述綠色激光光源包括至少兩個綠色激光器，各綠色激光器射 出的光束通過光學(xué)鏡片合為一束光線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于所述光學(xué)引 擎主體還包括紅色激光光源、藍(lán)色激光光源，至少兩個綠色激光器射出的光束首先與紅 色激光光源的紅色激光器射出的光束，以及藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光束通過 一組光學(xué)鏡片合成為基礎(chǔ)三色合成光，然后其它綠色激光器射出的光束通過另一組光學(xué) 鏡片匯入基礎(chǔ)三色合成光中形成三色合成光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于所述光學(xué)引 擎主體還包括紅色激光光源、藍(lán)色激光光源，各個綠色激光器射出的光束首先通過一組 光學(xué)鏡片合成為一束，然后與紅色激光光源的紅色激光器射出的光束，以及藍(lán)色激光光 源的藍(lán)色激光器射出的光束通過另一組光學(xué)鏡片合成為三色合成光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于所述綠色激 光光源包括兩個綠色激光器，其中一個綠色激光器射出的光，通過分色鏡與紅色激光光 源的紅色激光器、藍(lán)色激光光源的藍(lán)色激光器射出的光首先合成為基礎(chǔ)三色合成光；另一個綠色激光器位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向，并通過透鏡組改 變光路方向，使其射出的光路與之前已合成的基礎(chǔ)三色合成光再次合成為一路三色合成 光，從而增強綠光能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于所述透鏡組 包括第一棱鏡、第二棱鏡，第一棱鏡和第二棱鏡均為直角棱鏡，且材質(zhì)相同；第二棱鏡的斜面與第一棱鏡的斜面平行，第二棱鏡的一個直角面膠合在第一棱鏡的 一個直角面的上，且靠近第一棱鏡的斜面；透鏡組與各光源之間的位置關(guān)系需滿足的條件為基礎(chǔ)三色合成光只通過第一棱 鏡，由位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光既通過第一 棱鏡又通過第二棱鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于第二棱鏡的 幾何尺寸小于第一棱鏡的幾何尺寸，以保證第一棱鏡既能接收到基礎(chǔ)三色合成光，又能 接收到由位于與基礎(chǔ)三色合成光的光軸成90°夾角方向的綠色激光器發(fā)出的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一項所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在 于藍(lán)色激光光源包括至少兩個藍(lán)色激光器，各藍(lán)色激光器射出的光束通過光學(xué)鏡片合 為一束光線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中任意一項所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于 紅色激光光源包括至少兩個紅色激光器，各紅色激光器射出的光束通過光學(xué)鏡片合為一 束光線。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一項所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在 于三色合成光射向漫射體，通過漫射體、光束整形器，到達(dá)物鏡；經(jīng)物鏡聚焦后的光再進(jìn)入光調(diào)制器形成影像圖片，由光調(diào)制器形成的影像圖片最后 經(jīng)由投射透鏡向屏幕上放大實現(xiàn)投影；光束整形器是復(fù)眼透鏡，復(fù)眼透鏡包括透明基板，透明基板上面附有多塊球面或非球面的小型透鏡，這些小型透鏡們體現(xiàn)出的形狀與光調(diào)制器的有效畫面形狀相一致，從 而使光損失最小化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，其特征在于光調(diào)制器是 反射型光調(diào)制器，在反射型光調(diào)制器和投射透鏡之間設(shè)有偏振分束器；偏振分束器和物鏡之間設(shè)有用于把往光調(diào)制器入射的光進(jìn)行線偏振過濾的入射偏振 光板。
全文摘要
多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，涉及便攜式微型投影機。多路綠光光源投影機光學(xué)引擎，包括光學(xué)引擎主體，光學(xué)引擎主體包括綠色激光光源，綠色激光光源包括至少兩個綠色激光器，各綠色激光器射出的光束通過光學(xué)鏡片合為一束光線。本發(fā)明通過將至少兩個綠色激光器與藍(lán)色激光器、紅色激光器射出的光合為一路，增強了系統(tǒng)的綠光強度，避免因綠光能量不足帶來的偏色、亮度偏暗等問題；同時由于可采用中等能量強度的綠色激光器進(jìn)行合成來替代一路高能量強度綠色激光器，可以降低綠光模塊難度，提高照明系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)高亮度的微型投影光學(xué)引擎。
文檔編號G03B21/20GK102012616SQ201010298950
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者莊松林, 張薇, 楊波, 程抒一, 竇曉鳴 申請人:上海理工大學(xué)