[发明专利]一种微型单片LCOS投影光机

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种适合内置于手机、数码相机、掌上投影机等产品内的微型单片LCOS投影光机。

背景技术

随着LED光源技术在近几年发展的突飞猛进，其用于微型投影仪的趋势更是十分明显和潜力巨大，使得微型光学投影机在未来几年内将出现爆炸式的市场需求。近年来，美国德州仪器公司专门针对微型投影领域开发了0.17”、0.2”等DMD微型芯片，但由于其DMD的高昂成本难以在短时间内使微型投影光学引擎大规模进入市场。目前，台湾一些LCOS芯片厂家如立景公司开发的0.38”、0.44”等单片微型LCOS芯片在成本上具有相当的优势，使得单片LCOS微型光学引擎成为目前开发的热点，各种针对微型光引擎的技术及相关产品层出不穷。目前，由于受LED光源的光效率限制，微型光学引擎的光输出大多还在10流明以下，因此，为了提高微型光引擎的整体性能，需要最大可能的提高相关元件的技术水平，同时，还要降低产品的成本。

在现有公开的关于微型单片LCOS的光学引擎文献中，由于LCOS使用的是偏振光，因此，大部分采用的玻璃PBS棱镜系统，而玻璃PBS棱镜为了保证性能的提高，一般采用的是价格昂贵的肖特SF57材料，这在成本上是一个劣势。现在一些厂家也在积极开发价格十分便宜的塑料PBS膜用于微型光学引擎产品，如美国的3M公司就拥有独家镀膜技术的塑料PBS膜。另外，由于目前的LCOS芯片多长宽比为4∶3或16∶9，因此，为了有效的利用光源能量，就存在对照明光束的整形问题，一些厂家开发的微型投影机出于成本的考虑，对照明光束缺少整形措施，这在一定程度上降低对光源能量的利用效率。对于光引擎主要部件的投影镜头，为了保持在一定范围的高质量成像，一般将采用6-8片玻璃透镜，这对微型投影光引擎也带来一定的成本压力，受光学扩展量的限制，投影光学镜头的相对口径不能大于2.4，因此，投影镜头的设计方案十分重要。

微型光学引擎在未来的发展中面临的技术问题主要有，系统的光输出偏低，在有限的范围内如何降低系统的热量及整机的可靠性问题，这也是制约微型光学引擎发展的瓶颈问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种能够与单片LCOS数字图像芯片相匹配，采用单颗LED光源照明，可嵌入手机、数码像机以及掌上投影仪，且结构紧凑、适合批量生产要求的单片LCOS微型光学引擎。

为达到这样的目的，本发明所提供的技术方案是：该微型单片LCOS投影光机，具有照明系统、PBS分光镜、场镜、LCOS芯片和投影镜头，其特征在于：所述投影镜头[LENS]、PBS分光镜[U5]、场镜[U6]以及LCOS芯片[U7]沿系统成像光轴从屏幕侧向像平面侧的顺序排列；PBS分光镜[U5]与成像光轴成45度夹角；所述照明系统由LED光源透镜[U9]、第1聚光镜[U10]、柱面透镜[U11]、第2聚光镜[U12]沿照明系统光轴顺序排列，照明系统光轴与成像光路光轴成90度；所述PBS分光镜[U5]、场镜以[U6]及LCOS芯片[U7]为成像光路和照明光路的共用部份，照明中心光束通过PBS分光镜[U5]反射后再通过场镜[U6]垂直照射到LCOS芯片[U7]上，系统通过投影镜头[LENS]沿成像光路的光轴作前后移动实现调焦。

所述投影镜头[LENS]包括第一塑料非球面透镜[U1]、第二塑料非球面透镜[U2]、第一胶合透镜[U3]和第二胶合透镜[U4]，所述第一塑料非球面透镜[U1]凹面与第二塑料非球面透镜[U2]凹面相对，所述第一胶合透镜[U3]在屏幕侧，焦距为正，第二胶合透镜[U4]在像面侧，焦距为负，所述第一胶合透镜[U3]与第二胶合透镜[U4]胶合在一起。

所述投影镜头[LENS]的焦距f1与场镜[U6]的焦距f2均为正，并且满足下列不等式：0.45＜f1/f2＜0.63要求。

所述柱面透镜[U11]的弯曲方向与照明光束的方向一致。

所述投影镜头的镜筒5的侧面设有齿条，调焦轮4通过齿轮与齿条连接，拨动调焦论4可带动镜筒5上下运动，实现投影镜头[LENS]的调焦。