[发明专利]一种反射式光阀微型投影仪

说明书

技术领域

本发明属于投影显示装置技术领域，特别涉及一种用于将LED照明光经反射光阀调制后放大或投影到显示屏上的微型投影仪。

背景技术

目前，随着用户需求的不断提高，数码产品越来越向便携化方向发展，对于投影仪也不例外，人们对其微型化的要求越来越高。如图1所示为典型的反射光阀式投影仪，其包括照明光源105、照明光学系统104、偏光分束镜(即PBS)102、反射光阀103、投影物镜101。照明光源发出的光线经过照明光学系统成为偏振光输出到偏光分束镜，并反射到反射光阀，反射光阀按照需投影的图像分别对照明光进行各个像素地调制并反射及转换偏振态，再经过偏光分束镜后由投影物镜投射到显示屏上。在上述传统的投影仪中，通常将PBS放在投影物镜和反向光阀之间，用来调制前后偏振方向不同的两种光的分离。在这个位置上的PBS具有最小的体积，并且光在PBS和反射光阀之间的传播较短的距离和较少的界面。因此，易保持其偏振性。在微型投影仪的技术领域中，光能利用率是其性能的重要评价指标之一，投影物镜的孔径角越大，则能量利用率越高。在传统的微型投影仪中，PBS位于反射光阀和投影物镜之间，而PBS的工作视角对投影物镜的孔径角起到了决定性作用，如图1所示，θ为PBS的工作半视角，θ₁为光学系统的半孔径角，则

θ₁＝arcsin(nsinθ)

因此，对于发散角度大的照明光源，PBS的工作视角就降低了系统的光能利用率，从而影响了微型投影仪的性能。

目前，制作微型投影仪所用PBS常用的方法是薄膜偏光分束，如图2所示，其在两个胶合的玻璃棱镜的胶合面上形成具有偏振分光效应的多层膜，达到所需的偏振分光特性。此方法存在的缺点是，PBS对于入射光的入射角度敏感，PBS的工作视角受到限制，即只对以某个范围内的角度入射到分光面上的光可以达到所需的消光比，而对超出该入射角范围之外的入射光线消光比变差，会严重影响显示图像的对比度。因此，PBS的工作角度进一步制约了微型投影仪的光能利用率。

采用LD作为光源的微型投影仪中，由于LD发散角度小，经光学系统投射到反射光阀上的入射角容易控制到小于投影物镜的孔径角。此时，虽然PBS处于投影镜头和反射光阀之间，但仍可保持高的能量利用率。但是，LD存在温度特性差、线性度差、使用寿命短的缺点，影响了微型投影仪的性能。

与LD相比，LED不存在上述缺点。但采用LED作为光源的微型投影仪，因LED的发光角度大，其光学扩展量大，因此，投射到反射光阀上的光线入射角度范围大，如果要在投影屏幕上获得足够的亮度，需要提高系统的光能利用率，必须使系统具有较大的孔径角。因此，将PBS直接放在反射光阀前，系统的孔径角就受到PBS工作视角的限制。所以，采用LED为光源的微型投影仪能量利用率有待进一步提高，且目前的微型投影仪还存在体积大的缺点。

发明内容

本发明公开了一种反射式光阀微型投影仪，其解决了现有以LED为光源的微型投影仪中存在光能利用率有待提高和进一步微型化的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种反射式光阀微型投影仪，包括：

照明光源，采用LED；

颜色合成装置，将LED发出的光束合成为彩色或白色光束；

反射光阀，作为空间光调制器，对颜色合成装置合成的光束进行调制，形成投影显示的图像源；

偏光分束镜，将调制前和调制后偏振方向不同的光束进行分离；

投影物镜，将颜色已经合成并经反射光阀调制的光束放大或投影到屏幕上；

偏光分束镜位于投影物镜之前。

所述的微型投影仪，LED光源为多个单色LED或具有多个单色LED发光芯片的单个LED。

所述的微型投影仪，多个单色LED光源通过颜色合成装置合成为彩色或白色光束。

所述的微型投影仪，各个单色LED与颜色合成装置之间分别有一个混光装置，用于将各个LED发出的光在颜色合成之前均匀化。

所述的微型投影仪，投影物镜的孔径光阑位于偏光分束镜之前或之后。

所述的微型投影仪，投影物镜的孔径光阑位于投影物镜中靠近偏光分束镜一端的第一组镜片之后。

本发明的微型投影仪将偏光分束镜即PBS放在投影物镜之前，如图3所示，投影仪包括PBS(301)、投影物镜(302)、反射光阀(303)、照明光源(304)、照明光学系统(305)，光源在PBS上光线的入射最大半角度ω₁取决于投影物镜的视场角ω

ω₁＝arcsin(sinω/n)