基于多球面封装透镜的LED微型投影仪的光源设计

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1、第35卷第1期电子器件Vol．35No．12012年2月ChineseJournalofElectronDevicesFeb．2012*OpticalDesignforLEDMicroProjectorSourceBasedonMultipleSphericalSurfacesLens*RUIDawei，QIKangcheng，LINZulun，CHENWenbin，LIUYi，LIGuodong(KeyDisplayLaboratoryofScienceandTechnologyofSichuan，SchoolofOpto-electroni

2、cInformation，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)Abstract:TheImprovementoflightextractionefficiencyofLEDlightsourceisthekeyandpreconditioninimpro-vingthelightingefficiencyofmicroprojector．ThemaxfactorinrestrictingthelightextractionrateofLEDi

3、stheconfigurationoflightsource．AnovelopticaldesignofLED’sencapsulationlenswithmultiplesphericalsurfacesisintroducedandsimulated．Byusingthissinglestagelensforbothencapsulationandopticaldistribution，thelightex-tractionefficiencyofthisnewdesignedLEDlightsourceisimprovedto94．9%，

4、andthebeamangleandtheétenduearebothexcellentlycondensed．Also，theconfigurationoflightsourcesystemissimplifiedaswell．Keywords:microprojector;lightextractionefficiency;multiplesphericalsurfaces;beamangle;étendue;simulationEEACC:4260D;7210doi:10．3969/j．issn．1005－9490．2012．01．010

5、*基于多球面封装透镜的LED微型投影仪的光源设计*芮大为，祁康成，林祖伦，陈文彬，刘旖，李国栋(电子科技大学光电信息学院显示科学与技术重点实验室，成都610054)摘要:提高光能利用率是现阶段LED微型投影仪的技术难题，而提高光源的取光效率则是提高整机光效的前提和根本途径。对于以LED为代表的朗伯源，其光学元件的结构是制约光能利用率的最大因素。我们提出了一种基于多球面单透镜的LED光源设计方案并进行了光学仿真，将LED的一次封装和二次光学设计整合为一体，简化了光源系统结构，取光效率提高到94．9%，同时压缩了出光角度和光学扩展量。关键词:微型投

6、影仪;取光效率;组合球面;发散角;光学扩展量;仿真中图分类号:TB133;TN214文献标识码:A文章编号:1005－9490(2012)01－0039－04近年来，随着微型投影仪制造工艺的不断进步，工精度以及光学引擎对体积的苛酷要求，本文设计提高其光能利用率成为重要的技术突破点。采用了由若干组规则球面组合而成的封装透镜，将LEDLED的微型投影仪光源，通常由反光碗、聚光透镜裸芯片的朗伯分布光线，按其发散角度划分后进行［1－3］及准直透镜组合而成。由于结构复杂，光学表剪裁式收集，同时将LED一次封装和二次光学设计面的损耗难以控制，使得光源对LE

7、D芯片的收集效进行了整合，极大地提高了光能收集效率，简化了光［4－7］率一般不超过70%。同时，由于对边缘光线的源系统结构。聚集能力不足，出射光束的发散角难以被压缩，光学1基于多球面封装透镜的光源设计扩展量较大。近年来兴起的自由曲面透镜虽然在理［7］论上能较好地提高收集效率、准直特性以及照明均1．1微型投影机对LED光源的总体要求及应匀性，但是对于微投影光源这类微光学加工器件，尚对策略不具备成本和技术上的优势。于是如何设计LED(1)光收集效率光源的收集效率是光源出射封装透镜的光学结构以寻求器件体积、加工难度和光功率与芯片辐射光功率的比值，表征

8、光学组件对芯收集效率三者之间的平衡，是目前亟待解决的关键片的收集能力，是光学引擎乃至整机最重要的设计指［8］问题。因此，综合考虑LED的朗伯分布特性、