[发明专利]一种激光与LED混合光源的投影光学引擎

说明书

技术领域

本发明涉及一种以激光与LED混合光源为投射光源的新型投影光学引擎。背景技术 

投影机面市已有30年之久，随着科技日新月异的发展，投影机强大的视频冲击力正逐步改变人们的消费模式。投影光学引擎是投影机最重要的部件之一，其亮度、光利用率和发热量直接影响投影图像的质量、投影机的体积、功耗和维护成本。 

传统投影机一直采用金属卤素灯泡或超高压汞灯泡作为基本的光源产品。金属卤素灯泡的优点是价格便宜，缺点是半衰期短，发热高，对投影机散热系统要求高，不宜长时间使用，正常使用1000小时左右亮度就会衰减到原先的一半左右，所以其主要被用在一些低端产品上。汞灯具有制造简便、结构简便、控制简便的特点，也是目前主流的投影机光源。但汞灯很难达到高性能、高色彩性、高亮度和长寿命、超长工作稳定性。金属卤素灯，超高压汞灯等作为照明的光源，耗能高寿命短、光转换效率低、发热量大且对环境造成污染。 

近年来，随着二极管技术的成熟，人们尝试采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为投影显示系统的光源，与传统的光源相比，LED具有更大的色域范围，而且LED线宽较窄，具有高的色饱和度，可显示自然界真实、鲜艳的色彩。同时LED具有体积小、寿命长、成本低、可靠性好等优点，是一种无汞的环保光源。将LED作为光源已成为显示领域的重大发展方向。随着LED光源技术的发展，微型投影机的逐步普及，投影机正悄悄地走入平常人家。 

但LED的单位面积的光通量已经接近极限，由于LED封装上的瓶颈，LED光源对亮度的提高仍比较有限，还没有达到投影显示系统应用的要求，特别是一些需要高亮度照明应用的场合。现有技术是靠增大LED的阵列面积来提高光通量和亮度，但是由于LED是朗伯体发光光源，其发射的光束发散角一般为180°，如果组合后的LED阵列的光学扩展量超出了投影显示系统的光学扩展量，超出的这部分光则不能有效耦合入投影显示系统，这也是限制以LED为光源的投影装置大规模应用的最大因素。 

激光具有高亮度、单色性好、发散立体角小等优点，是LED光源所无法比拟的。但在以红绿蓝三色激光光源照明的投影系统中，存在几大难题阻碍了纯激光光源产品的应用。如激光器发热量大、多激光源相干性引起的图像散斑，以及成本高等。激光制造商至今仍无法在数字投影所需的功率范围内提供成本适当的蓝色激光。实际上，在所需功率水平上，获得蓝色激光的成本可能是获得绿色激光的成本的10倍左右。在一定程度上，在某些功率范围中，红色激光也存在成本和可用性问题， 特别是为大屏幕投影提供照明时。成本问题使激光投影不可能在短期内成为投影显示系统广为接受的替代技术。而同等光功率的红、蓝光LED的价格仅为红、蓝光固体激光器或红、蓝光LD(Laser Diode，半导体激光器)的十分之一至几十分之一，与气体激光器相比则更便宜，绿色LED的成本为同等功率绿色固体激光器成本的五分之一。综合来看，在成本上，LED优势明显。此外由于激光的相干性造成画面出现所谓的散斑，严重影响画面质量，而使用LED作为光源则没有这方面的困扰。并且以LED作为光源得到的画面质量也相当的不错，能为大众所认可。因此以LED作为光源的投影显示系统是一种低成本的投影解决方案，尤其适用于小屏幕的数字投影显示系统。 

人们开始考虑利用激光光源代替部分LED光源，将一些面积腾给其他LED光源，最大化地提高白场的总功率，而且激光器的光学扩展量一般来讲很小(至少比同等功率的LED小)，功率可以做到很大，亮度可以很高，且高效环保，所以综合成本和效果等因素来讲，激光是一种理想的针对LED光源的补充光源。因此激光与LED混合光源的研制成功将会积极地促进投影市场的多样化及发展空间。发明内容 

本发明要解决的技术问题是充分利用激光与LED各自的优点，构造出一种亮度高、体积小、功耗低、无辐射的工程实用化激光与LED混合光源，提高投影机的光通量，缩小整机尺寸，降低产品成本。 

本发明为了解决上述技术问题，所采用解决方案是：所述一种激光与LED混合光源的投影光学引擎由混合光源模组、光学光路部分、显示驱动模块、超广视角镜头、散热模组和手动调焦轮等部件组成。其中混合光源模组光源部分由红色LED阵列、绿色激光、蓝色激光二极管阵列+蓝色LED阵列构成；光学光路部分包括反射片和凹透镜；显示驱动模块为DMD显示驱动模块或LCOS显示模块(两种投影方式相似)。