[发明专利]尺寸紧凑的多通道光学引擎投影设备

说明书

本发明公开了一种尺寸紧凑的光学引擎设备，包括组合多个R/G/B LED的至少一个楔形二向色镜或二向色X板/二向色合光棱镜、以及用于小型化光学引擎系统的折叠镜或直角棱镜的折叠光路组件。此外，该设备可包括至少一个峰值波长超过630nm的长波长红光光源。还公开了一种2通道/3通道/4通道尺寸紧凑的光学引擎设备，该设备包括至少一个红色光源、蓝色光源和绿色光源，所述光源由楔形二向色镜或二向色X板/二向色合光棱镜组合到同轴光路中而不增加光学扩展量，并且照射DMD微显示器，随后通过投影透镜将来自微显示器的图像投影到屏幕上。

技术领域

本发明涉及一种光学引擎设备，具体地，涉及一种用于投影光学引擎系统的尺寸紧凑的多通道光学引擎设备，该尺寸紧凑的多通道光学引擎设备可以包括性能卓越的光束组合器，如楔形二向色板、X板二向色镜或二向色合光棱镜。

背景技术

近来，由于投影显示器的便携性和移动性，尤其是随着如激光器和发光二极管(LED)的半导体光源的技术进步，微显示投影获得了很大的吸引力。微显示投影已经广泛地用于微型投影仪(pico-projector)、智能移动投影仪、智能扬声器投影、智能TV以及其他投影显示应用。其中，重要的是：需要具有尺寸紧凑的光学引擎、应用于如小型电器嵌入式投影模块和袖珍微型投影仪所需的良好的热管理解决方案以及高亮度。

使用多个R/G/B LED的多通道光学引擎设备的现有技术可以实现高亮度，但具有多个R/G/B LED的光学引擎的体积通常具有庞大的尺寸，这限制了其作为嵌入式投影模块在智能消费电子装置中的应用。在当前市场上，高亮度微型投影仪通常具有大尺寸，而小型紧凑投影仪通常只能实现低亮度输出。因此，需要一种多通道光学引擎，该多通道光学引擎使用多个R/G/B LED来实现高亮度而且具有最小化的光学引擎体积。

为了在尺寸紧凑的光学引擎中使用多个R/G/B LED，可以将2个LED芯片或3个LED芯片封装在同一个基板上，并且使其光束进入同一个光通道，以便光准直。在投影系统中，为了有效地使用从光源发射的光，光学扩展量匹配是非常重要的，因此为了将通常在LED发射光的65～75度FWHM光束角内的大部分光耦合到具有诸如TI DMD(数字微镜装置)面板，或者反射式液晶微显示面板(LCOS)的微显示器的投影系统中，需要LED光束的最佳尺寸。在投影系统中，将多个光谱的光组合到同轴光路中而不增加光学扩展量是非常关键的。因此，需要将来自封装在同一基板上的2个或3个LED芯片发出的光组合到同轴光路中而不增加光学扩展量。二向色镜组合是一种组合多个波长的光的好方法，该方法可以反射特定波长范围的光，但通过其他波长范围的光。它通常包括在一个二向色镜中镀膜的30～50个电介质层。低通或高通二向色镜的镀膜相对容易，这种二向色镜可以反射或透射蓝光，但通过或反射较长波长的绿光和红光；或者反射红光，但通过蓝光和绿光。单带通二向色镜的镀膜也相对容易，但是多带通滤光片的镀膜难度就比较大。因此，需要设计一种多通道光学引擎配置，该多通道光学引擎配置通过在尺寸紧凑的光学引擎设备中使用简单的低通、高通或单带通二向色镜来将R/G/B光学装置组合到同轴光路中，以便获得高亮度输出。

发明内容

为了解决具有多光谱光学装置的高亮度光学引擎的庞大尺寸的问题，本发明公开了一种具有性能卓越的光束组合器和特定的光路折叠配置的尺寸紧凑的多通道光学引擎设备，该设备使光学引擎系统的围合空间微型化。该尺寸紧凑的多通道光学引擎设备包括至少一个红色波长装置、至少一个绿色波长装置、至少一个蓝色波长装置以及至少一个性能卓越的光束组合器，其中，发射不同光谱的至少两个LED芯片封装在同一个基板上，并且进入同一光准直通道，并且不同光谱的光束将被性能卓越的光束组合器组合，该性能卓越的光束组合器可以是楔形二向色镜或衍射光栅板；此外，红色波长光可以包括发射峰值波长超过630nm的第一红色光束的长波长红光装置和发射峰值波长小于630nm的第二红色光束的短波长红光装置，以便增强红光亮度。本发明公开了单通道/2通道/3通道/4通道光学引擎设备，该设备利用多光谱LED实现高亮度光学引擎输出，而且利用特定的光路折叠配置来实现紧凑的尺寸。将该光学引擎设备中的楔形二向色镜、X板二向色镜以及标准二向色镜的二向色滤光镀膜配置为仅使用高通滤光片、低通滤光片或单带通滤光片，以便于制造。