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1、10申请公布号CN102004385A43申请公布日20110406CN102004385ACN102004385A21申请号201010290644022申请日20100720200910159065X20090727CNG03B21/20200601G02B27/0920060171申请人吴小平地址黑龙江省齐齐哈尔市铁峰区站前南和平委5组申请人罗天珍72发明人吴小平罗天珍54发明名称一种高效LED投影机用光路前端系统57摘要一种高效LED投影机用光路前端系统，由LED发光部件、光场整理透镜、面型基板、变径或等径积分棒需严格平行光场时用等组成；曲面面型基板的聚焦型的LED发光部件组成公共焦点。
2、及积分棒整理光场型光源结构，经脉冲RGB分时发光处理，可开拓效率更高功率更大的LED光源，广泛用于DLP/LCD/LCOS投影机中。66本国优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页CN102004398A1/1页21一种高效LED投影机用光路前端系统，由LED发光晶片、光场整理透镜选用器件，当LED晶片的光线需要穿过折射率相差很大的介质时避免全反射回射，而造成光的出射损耗而需要透镜；当LED晶片的光线穿过折射率相差不大的介质分界面时则无需选用光场整理透镜、锥柱反射面、多级积分棒及承载基板等组成；基本工作原理为当激发LED发光晶片发。
3、光时，由于半导体发光区可以被看成近似点光源，每一个点光源经光场整理透镜如果有整理后，一部分直接射入多级积分棒光输入面，另一部分则射到锥柱反射面上再反射到多级积分棒光输入面上，如果在变径积分棒小面积端为输入端的传输下，随着积分棒柱面的多次反射，光线的扩散角会逐渐减小，最终在多级积分棒出射端出射时会得到一束较为良好的平行出射光束；其特征就在于LED发光晶片可含广场整理透镜也可以不含与所耦合的多级积分棒之间的耦合区域加工有锥柱反射面锥角在090度之间，锥角0度时为纯柱面；积分棒的锥角也是090度之间，积分棒可以是整体单一的，也可以是一段是单一的另一段则是由几个相对较细的多个细积分棒合并而成，2段的接。
4、口面的面积基本相等；光导积分棒的出射端面即可以是平面也可以是凹面或凸面；光导积分棒的入射端面即可以是平面也可以是凹面或凸面，而且即可以是单一入射口也可以是多个入射口；多入射口可对应R，G，B，W不同颜色的LED晶片套件的光的输入；积分棒阵的各棒的光线出射端面即可以是平行的或共面，也可以是非平行的组成内凹面内凹面有利于效率的提高及长光程的光束均匀性的改善，或者也可以增设透镜来完成；积分棒的入口处可采区易集光方式。2如权力要求1所述光源；其特征就在于所述的积分棒组件及LED晶片套件可以是单一使用，也可以是多套合并使用，合并时用可根据需要将积分棒的输入端及输出端排列成平面或曲面光线出射光束既有良好的。
5、平行度也有良好的均匀性，或者时良好的汇聚性质焦点极小可直接耦合光路中的主积分棒，使得投影机光路被大大简化。3如权力要求1所述光源；其特征就在于所述的积分棒组件的集合特征为在大多数位置处，当用与积分棒的对称轴垂直的平面截积分棒，当截面由输入端向输出端移动时所得截面的面积渐渐增大。4如权力要求1所述光源；其特征就在于所述的积分棒的输入端区域的易集光方式为即输入端区域可以是一个统一或渐变锥角的锥柱的小的底面区域，也可以是一个锥角突变锥角增大的急剧变细的输入端输入面面积更小；在输入端附近的锥柱侧面上即可以是透明表面也可以是覆盖有反射膜的表面。权利要求书CN102004385ACN102004398A1。
6、/5页3一种高效LED投影机用光路前端系统0001本发明属光学电子技术应用领域；确切的讲是一种LED光场整形装置。0002对于LED光源，由于单一晶片的功率有限，对点阵排列就造成多点分布的面光源状态，因而光能利用率不高且也不易高亮度化。0003本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，以RGB可分时脉冲时序的方式发光也可以是白光LED同步工作式，在LED晶片的排不上采取间隔交错分布，3/4色4色时含白色，甚至更多色LED排列与同一面型基板上，应用几何光学原理，光场分布质量及亮度大大提高，可广泛应用于各种场合中。0004本发明的特点在以曲面面型基板及积分棒亦即光导棒整理光场时；可减少插入损耗，为投。
7、影机光路的简化创造优越条件。0005本发明的技术关键0006由LED发光晶片、光场整理透镜选用器件，当LED晶片的光线需要穿过折射率相差很大的介质时避免全反射回射，而造成光的出射损耗而需要透镜；当LED晶片的光线穿过折射率相差不大的介质分界面时则无需选用光场整理透镜、锥柱反射面、多级积分棒及承载基板等组成；基本工作原理为当激发LED发光晶片发光时，由于半导体发光区可以被看成近似点光源，每一个点光源经光场整理透镜如果有整理后，一部分直接射入多级积分棒光输入面，另一部分则射到锥柱反射面上再反射到多级积分棒光输入面上，如果在变径积分棒小面积端为输入端的传输下，随着积分棒柱面的多次反射，光线的扩散角会。
8、逐渐减小，最终在多级积分棒出射端出射时会得到一束较为良好的平行出射光束；其根本特征就在于LED发光晶片可含广场整理透镜也可以不合与所耦合的多级积分棒之间的耦合区域加工有锥柱反射面锥角在090度之间，锥角0度时为纯柱面；积分棒的锥角也是090度之间，积分棒可以是整体单一的，也可以是一段是单一的另一段则是由几个相对较细的多个细积分棒合并而成，2段的接口面的面积基本相等；光导积分棒的出射端面即可以是平面也可以是凹面或凸面；光导积分棒的入射端面即可以是平面也可以是凹面或凸面，而且即可以是单一入射口也可以是多个入射口；多入射口可对应R，G，B，W不同颜色的LED晶片套件的光的输入。0007积分棒阵的各棒。
9、的光线出射端面即可以是平行的或共面，也可以是非平行的组成内凹面内凹面有利于效率的提高及长光程的光束均匀性的改善，因为多棒出射的整体汇聚与每个棒的310的发散配合起来，从几何光学的角度来说益处极大，或者也可以增设透镜来完成。0008以上所述的积分棒组件及LED晶片套件可以是单一使用，也可以是多套合并使用，合并时用可根据需要将积分棒的输入端及输出端排列成平面或曲面光线出射光束既有良好的平行度也有良好的均匀性，或者时良好的汇聚性质焦点极小可直接耦合光路中的主积分棒，使得投影机光路被大大简化。0009以上所述的积分棒组件的集合特征为在大多数位置处，当用与积分棒的对称轴垂直的平面截积分棒，当截面由输入端。
10、向输出端移动时所得截面的面积渐渐增大。0010另外一种表述参考由LED发光晶片、光场整理透镜、面型基板等组成；基本工作说明书CN102004385ACN102004398A2/5页4原理为当激发LED发光晶片发光时，由于半导体发光区可以被看成近似点光源，每一个点光源经光场整理透镜整理后，或是变成平行光线或是变成汇聚光线有焦点，面型基板是用来固定LED发光晶片及透镜的LED与透镜可以是1体化的，平面面型基板可使LED排列成平面分布；曲面面型基板可使LED排列成曲面分布，有必要时变径积分棒再可以用来进一步整理光场获得更良好的平行度，曲面排列的LED阵列可使所有的聚焦点重合，平面排列的LED阵列可再。
11、经聚焦透镜使所有的光线聚焦当面型基板为平面时，可获得平行面光源之后再汇聚，当面型基板为球面时，可直接获得汇聚光源，方便的安装于光机中；其技术的特征就在于曲面聚焦光源结构为将多个聚焦型的LED发光晶片含透镜组件安装在曲面面型基板的内表面上或平面基板上，所有单独LED的发光焦点都重合在一起，组成公共焦点采用平面基板时再用透镜聚焦，必要时积分棒可再整理光场；RGBS三色的LED晶片在面型基板上是交错排布的；各色LED的发光方式单色轮流脉冲发光方式或复色脉冲发光方式。0011显然；多色脉冲LED光源投影机，自然是由多色脉冲LED光源、光机光路及电子线路等组成；基本工作原理为当多色脉冲LED光源激发发光。
12、时，经过光路及电路部分的协同处理，转化成投影图像光，由镜头投射出去；其特征就在于在投影机中使用了多色脉冲LED光源；投影机内部的像素光阀器件LCD/DLP/LCOS的图像内容的驱动节律时序与本技术的LED光源的脉冲发光方式单色轮流脉冲发光方式或复色脉冲发光方式同步。0012补充的讲构成本发明技术的结构的基本组成是由LED发光晶片、光场整理透镜可选用件、面型基板用于固定LED晶片的支撑构件，LED晶片可以直接加工在其上，也可以使把加工好的独立LED器件再安装在面型基板上、变径或等径积分棒需严格平行光场时用变径的等组成；基本工作原理为对于获取聚焦光源结构为当激发LED发光晶片发光时，由于半导体发光。
13、区可以被近似看成点光源，每一个点光源经透镜整理光场后，或是变成平行光线或是变成汇聚光线，面型基板是用来固定LED发光晶片及透镜的LED与透镜可以是1体化的，平面面型基板可使LED排列成平面分布；曲面面型基板可使LED排列成曲面分布，有必要时变径积分棒再可以用来进一步整理光场以获得更良好的平行度，曲面排列的LED阵列可使所有的聚焦点重合，平面排列的LED阵列可再经一个大的统一的聚焦透镜使所有的光线聚焦当面型基板为平面时，通过各自LED晶片前的小透镜可获得平行面光源之后再汇聚，当面型基板为球面时，可直接获得汇聚光源聚焦小透镜汇聚各自的LED晶片的光线，方便的安装于光机中；另一种情形是在LED发光晶。
14、片前插入多个积分棒可以一一对应，整理光场后再进入投影机的光学通道中，通过光阀器件生成图像光而投射出去；因而可获得2种光源内球面及平面/透镜聚焦型及积分棒整理光场型；其特征就在于曲面聚焦光源结构为将多个聚焦型的LED发光晶片含透镜组件安装在曲面面型基板的内表面上或平面基板上，所有单独LED的发光焦点都重合在一起，组成公共焦点采用平面基板时再用透镜聚焦；另一种积分棒整理光场型光源结构为由多个独立的等径或变径积分棒安装在面型基板的LED点阵表面上的各个LED发光晶片的发光表面上可以是每一个独立积分棒的小面积端彼此分离的积分棒的小截面端，且独立耦合一个独立LED发光晶片区，是LED晶片与积分棒的一一对。
15、应耦合方式；也可以是将积分棒小面积端彼此紧密靠近或紧密排列在一起所组成的积分棒束与LED发光面离开一定距离，即间隙耦合方式，所耦合的光再由积分棒的另一端出射说明书CN102004385ACN102004398A3/5页5积分棒的出射端可以是较大截面端可以是紧密排列的，每一个积分棒的截面积可以是等截面的，也可以是入射端截面最小出射端最大有利于平行度改善；有积分棒导出的光线可以直接进入光路中使用也可以再经过另一级激光棒整理后使用；对于积分棒与LED晶片一一对应的直接耦合方式的情况下，可以将较分散的LED点阵的大面型基板集束成较小的发光面且有良好的光分布立体角。0013上述积分棒可以是实心的介质组成。
16、也可以是由介质围成的空心的管道；积分棒的表面可以是介质的自然表面也可以是覆有其他介质层的表面。0014同一LED像素点引出的每一根积分棒可以是单根组成，也可以是多根的复合体。0015当RGB等聚焦的光线的聚焦点射到光机光路的主光导棒用来传输并混合光线使出口广场的均匀性更好，由主光导棒导出；此时色轮器件可以省去，因RGB分时发送。0016彩色虑光片可以放置在RGB通道的中。0017还需强调积分棒的输入端区域的易集光方式为即输入端区域可以是一个统一或渐变锥角的锥柱的小的底面区域，也可以是一个锥角突变锥角增大的急剧变细的输入端输入面面积更小；在输入端附近的锥柱侧面上即可以是透明表面也可以是覆盖有反射。
17、膜的表面。0018以下结合附图对本发明的几个较佳实施例作进一步说明0019图1R，G，B及W光输入积分棒光导及其阵列结构示意图。0020图2多级积分棒结构示意图。0021图3典型的光机简化光路示意图。0022图4一种优化热的聚焦通用投影机LED灯泡结构示意图。0023图5LED晶片与积分棒耦合区基本结构示意图。0024图示说明00251LED发光晶片上有发光PN节00262积分光导棒00273积分棒光线输入端输入面00284LED面型基板002921积分棒单芯段003022积分棒多芯段003123积分棒输入端反射膜003224积分棒输入端锥柱面003325积分棒输入端入射面003427出射面0。
18、03531积分棒003632LED面型板003733LEDPN结发光区003834锥柱反射面载体003935，36光线004037锥柱反射面说明书CN102004385ACN102004398A4/5页6004138透镜004241主积分棒004342LED积分棒004443LED基板004544LED面型基板004645，46，47光线004751DMD或LCOS成像晶片004852镜头组件004953棱镜005054透镜005155LED积分棒005256LED面型基板005357，5859光线0054如图1所示0055积分棒光线输入端3有多个输入面5，每一个输入面5都对应一个LED发光晶。
19、片上的各色的R/G/B/W的发光PN节1；多色的LED都被承载在LED面型基板4上，积分光导棒2完成对各色LED光的混合及均匀其光场。0056积分棒光导的几何特点是大部分段中都是在沿光线传输的方向其界面渐渐增大截面的形状过渡是光滑过渡形式。0057多个积分棒2可以紧密排列一起形成积分棒阵列，LED发光晶片由于散热的限制，不可能过密。经棒2的出射端面出射的光束，无论R，G，B，W白颜色的LED哪一个发光，经输入端3输入，积分棒5都能将其均匀且在310度的发散角度下且平行的出射。0058如图2所示005921为积分棒单芯段，22为积分棒多芯段；23是积分棒输入端反射膜，24是积分棒输入端锥柱面，2。
20、5是积分棒输入端入射面；图中的多芯段可由4芯组成，合并时最好选取低射率的光学胶粘接。0060光线由25面入射，大散射角度的光线将射到锥面上，被反射后也改变为小散射角的光线。积分棒的多芯段有利于出射光的散射角的减小，平行度更好。006126为多芯段22中的一芯共4芯；27为出射面共4个；每一个芯有1个出射面。0062图2中，输入端24是一个锥角突变锥角增大的急剧变细的状态输入面面积更小，大角度的锥面有利于光能的收集；在输入端附近的锥柱侧面上即可以是透明表面也可以是覆盖有反射膜的表面。0063如图3所示0064锥柱反射面载体34上的锥柱反射面37反射来自透镜38的大的发散角的光线36，31为积分棒。
21、的一部分，输入端区域，32为LED面型板，33为LEDPN结发光区，35，36为光线。0065该结构有利于将锥柱面37与32分离，工艺上易于实现，35为小散射角的说明书CN102004385ACN102004398A5/5页7光线。0066如图4所示0067LED积分棒42易于高效率的将LED基板43上的PN结光线传输并平行化，棒的出射端的微凸形状可再略微汇聚，最后绝大部分光线45，46，47会聚焦于主积分棒41的入口，LED面型基板44的大面积易于散热。006844上可以有间隔排布的R，G，B，W白颜色的LED晶片，时序发光可省去色轮部件。0069由于外形及其一致，本图可直接替代现有汇聚型的。
22、UHP灯泡。0070如图5所示0071由LED面型基板56上的LED积分棒55所构成的阵列所发出的光线57，58及59经透镜54的略微汇聚后直接由射到棱镜53上，在经DMD或LCOS成像晶片51反射后由镜头组件52投射出视频投影图像。007256上的RGB及W如果有的话，产生时序色彩，由于棒55阵列的光束品质良好的均匀度及平行度极佳，再无需复杂的光学整形系统，极大的增加了效率从目前的610增加到3040以上。说明书CN102004385ACN102004398A1/3页8图1图2说明书附图CN102004385ACN102004398A2/3页9图3图4说明书附图CN102004385ACN102004398A3/3页10图5说明书附图CN102004385A。