CN100568087C - 小型lcos投影机的led光源照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种小型LCOS投影机的LED光源照明系统，属光电照明和显示的技术领域，含三色光LED偏振光发生器，三色光偏振分光棱镜和三色光反射式液晶板，各色光的偏振光发生器含LED光源、棱锥和偏振片，LED光源、棱锥和偏振片以它们的光轴重合的方式依次排列，各色光的偏振光发生器的出光面和各色光的偏振分光棱镜的入光面的形状和大小完全相同，各色光的偏振光发生器以其出光面与各色光的偏振分光棱镜的入光面重合的方式与各色光的偏振分光棱镜成光学耦合，有光能量利用率高，光学系统简单，结构紧凑，体积小，成本低等优点，特别有利于用来制作小型投影仪。

Description

小型LCOS投影机的LED光源照明系统
技术领域
一种小型LCOS投影机的LED光源照明系统，属光电照明和显示的技术领域。
背景技术
背景技术中有一种三片式LCOS投影机的照明系统，含UHP光源、光棒、中继透镜、分色镜、反射镜、预起偏器、偏振分光棱镜，LCOS芯片，X型合色棱镜，投影镜头。见图1。其工作原理为：从UHP光源发出的光经过光棒匀光后，经过中继透镜，分色镜，反射镜后，形成红、绿和蓝三色光，三色光经过各自的预起偏器后其偏振态相对于各自的偏振分光棱镜来说是S偏振光，通过各自的偏振分光棱镜时将被各自的偏振分光棱镜反射到各自的LCOS显示芯片上，LCOS显示芯片在驱动电路控制下，改变或者不改变入射光的偏振态，也就控制了反射光是P偏振光或者S偏振光，如果是S偏振光，则经过偏振分光棱镜时被反射回照明光路，屏幕显示为暗态，如果是P偏振光，则反射光将通过偏振分光棱镜入射到X型合色棱镜上，X型合色棱镜将入射到其上的红，绿、蓝三色图像合色成彩色图像后通过投影镜头将其投影到屏幕上，从而实现彩色显示。
该结构的缺点是光源为UHP，寿命短，色域较窄，散热系统复杂，可靠性和稳定性较差。同时由UHP灯光源发出的光线，经中继透镜组，偏振分光棱镜，照明LCOS液晶板，在该照明系统中，光线需经过多个光学器件，光能损失大，加上光学系统复杂，不利于投影机的小型化。
发明内容
本发明的目的是提出一种小型LCOS投影机的LED光源照明系统，具有光能量利用率高，光学系统简单，结构紧凑，体积小，成本低等优点，特别有利于制作小型投影仪。
为实现所述目的，本发明采用以下技术方案。所述的照明系统含三色光LED偏振光发生器，三色光偏振分光棱镜和三色光反射式液晶板，各色光的偏振光发生器含LED光源、棱锥和偏振片，LED光源、棱锥和偏振片以它们的光轴重合的方式依次排列，各色光的偏振光发生器的出光面和各色光的偏振分光棱镜的入光面的形状和大小完全相同，各色光的偏振光发生器以其出光面与各色光的偏振分光棱镜的入光面重合的方式与各色光的偏振分光棱镜成光学耦合。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。
一种小型LCOS投影机的LED光源照明系统，含红光偏振光发生器21、绿光偏振光发生器22、蓝光偏振光发生器23、红光偏振分光棱镜31、绿光偏振分光棱镜32、蓝光偏振分光棱镜33、红光LCOS显示芯片41、绿光LCOS显示芯片42、蓝光LCOS显示芯片43、X型合色棱镜5、投影镜头6，红光偏振光发生器21、绿光偏振光发生器22和蓝光偏振光发生器23分别含红光LED11、绿光LED12和蓝光LED13，红光LCOS显示芯片41、绿光LCOS显示芯片42、蓝光LCOS显示芯片43以它们的中轴线分别与红光偏振分光棱镜31、绿光偏振分光棱镜32、蓝光偏振分光棱镜33的P偏振光出光面的光轴重合的方式紧贴在红光偏振分光棱镜31、绿光偏振分光棱镜32、蓝光偏振分光棱镜33的S偏振光出光面上，其特征在于，红光偏振光发生器21、绿光偏振光发生器22、蓝光偏振光发生器23还分别含红光棱锥211和红光偏振片212、绿光棱锥221和绿光偏振片222、蓝光棱锥231和蓝光偏振片232，红光LED11、红光棱锥211和红光偏振片212以它们的光轴重合的方式依次排列，绿光LED12、绿光棱锥221和绿光偏振片222以它们的光轴重合的方式依次排列，蓝光LED13、蓝光棱锥231和蓝光偏振片232以它们的光轴重合的方式依次排列，红光偏振光发生器21的出光面与红光偏振分光棱镜31的入光面的形状和大小相同，红光偏振光发生器21以其出光面与红光偏振分光棱镜31的入光面重合的方式与红光偏振分光棱镜31成光学耦合，红光棱锥211和红光偏振分光棱镜31之间是红光偏振片212，绿光偏振光发生器22的出光面与绿光偏振分光棱镜32的入光面的形状和大小相同，绿光偏振光发生器22以其出光面与绿光偏振分光棱镜32的入光面重合的方式与绿光偏振分光棱镜32成光学耦合，绿光棱锥221和绿光偏振分光棱镜32之间是绿光偏振片222，蓝光偏振光发生器23的出光面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面的形状和大小相同，蓝光偏振光发生器23以其出光面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面重合的方式与蓝光偏振分光棱镜33成光学耦合，蓝光棱锥231和蓝光偏振分光棱镜33之间是蓝光偏振片232。
与背景技术相比，本发明有以下优点：
1、省去了中继透镜组，照明系统结构简单，光能量利用率高。
2、红、绿和蓝三路照明光各自独立，相互间无串扰，
3、系统结构紧凑，体积小，成本低
附图说明
图1是背景技术的结构示意图。
图2是本发明的小型LCOS投影机的LED光源照明系统的结构示意图。
图3是本发明的小型LCOS投影机的LED光源照明系统的部分照明光路示意图之一。
图4是本发明的小型LCOS投影机的LED光源照明系统的部分照明光路示意图之二。
具体实施方式
下面用具体实例来说明本发明的技术方案和工作原理。
实施例1本实施例采用与发明内容中所述的小型LCOS投影机的LED光源照明系统完全相同的结构，这里不再重复。见图2。
本实施例的工作原理：
红光LED11发出的红光在红光棱锥211中全反射压缩角度会聚在红光偏振片212上，经红光偏振片212的出光面出射S偏振光，射入红光偏振分光棱镜31，经红光偏振分光棱镜31的分光面上反射后照明红光LCOS显示芯片41，由于红光偏振光发生器21的出光面具有与红光偏振分光棱镜31入光面完全相同的形状和大小，红光偏振光发生器21的出光面与红光偏振分光棱镜31的入光面重合，使红光LCOS显示芯片41得到充分的照明。
绿光LED12发出的绿光在绿光棱锥221中全反射压缩角度会聚在绿光偏振片222上，经绿光偏振片222的出光面出射S偏振光，射入绿光偏振分光棱镜32，经绿光偏振分光棱镜32的分光面上反射后照明绿光LCOS显示芯片42，由于绿光偏振光发生器22的出光面具有与绿光偏振分光棱镜32入光面完全相同的形状和大小，绿光偏振光发生器22的出光面与绿光偏振分光棱镜32的入光面重合，使绿光LCOS显示芯片42得到充分的照明。
蓝光LED13发出的蓝光在蓝光棱锥231中全反射压缩角度会聚在蓝光偏振片232上，经蓝光偏振片232的出光面出射S偏振光，射入蓝光偏振分光棱镜33，经蓝光偏振分光棱镜33的分光面上反射后照明蓝光LCOS显示芯片43，由于蓝光偏振光发生器23的出光面具有与蓝光偏振分光棱镜33入光面完全相同的形状和大小，蓝光偏振光发生器23的出光面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面重合，使蓝光LCOS显示芯片41得到充分的照明。
实施例2除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构：红光棱锥211和红光偏振片212、绿光棱锥221和绿光偏振片222、蓝光棱锥231和蓝光偏振片232三者具有完全相同的结构。
实施例3除以下不同外，本实施例具有与实施例1完全相同的结构：红光棱锥211和红光偏振分光棱镜31之间是红光小偏振分光棱镜2121、红光小直角棱镜2122和红光1/2波片2123，红光小偏振分光棱镜2121的S偏振光出光面以红光小偏振分光棱镜2121的分光膜面与红光小直角棱镜2122的斜面平行的方式与红光小直角棱镜2122的一个直角面胶合，红光1/2波片2123与红光小偏振分光棱镜2121的P偏振光出光面胶合，红光棱锥211的出光面与红光小偏振分光棱镜2121的入光面的形状和大小相同，红光棱锥211以其出光面与红光小偏振分光棱镜2121的入光面重合的方式与红光小偏振分光棱镜2121成光学耦合，红光1/2波片2123和红光小直角棱镜2122的另一个直角面合成的面与红光偏振分光棱镜31的入光面的形状和大小相同，红光1/2波片2123和红光小直角棱镜2122以它们合成的面与红光偏振分光棱镜31的入光面重合的方式与红光偏振分光棱镜31成光学耦合，绿光棱锥221和绿光偏振分光棱镜32之间是绿光小偏振分光棱镜2221、绿光小直角棱镜2222和绿光1/2波片2223，绿光小偏振分光棱镜2221的S偏振光出光面以绿光小偏振分光棱镜2221的分光膜面与绿光小直角棱镜2222的斜面平行的方式与与绿光小直角棱镜2222的的一个直角面胶合，绿光棱锥221的出光面与绿光小偏振分光棱镜2221的入光面的形状和大小相同，绿光棱锥221以其出光面与绿光小偏振分光棱镜2221的入光面重合的方式与绿光小偏振分光棱镜2221成光学耦合，绿光1/2波片2223和绿光小直角棱镜2222的另一个直角面合成的面与绿光偏振分光棱镜32的入光面的形状和大小相同，绿光1/2波片2223和绿光小直角棱镜2222的另一个直角面合成的面与绿光偏振分光棱镜32的入光面的形状和大小相同，绿光1/2波片2223和绿光小直角棱镜2222以它们合成的面与绿光偏振分光棱镜32的入光面重合的方式与绿光偏振分光棱镜32成光学耦合，蓝光棱锥231和蓝光偏振分光棱镜33之间是蓝光小偏振分光棱镜2321、蓝光小直角棱镜2322和蓝光1/2波片2323，蓝光小偏振分光棱镜2321的S偏振光出光面以蓝光小偏振分光棱镜2321的分光膜面与蓝光小直角棱镜2322的斜面平行的方式与蓝光小直角棱镜2322的一个直角面胶合，蓝光1/2波片2323与蓝光小偏振分光棱镜2321的P偏振光出光面胶合，蓝光棱锥231的出光面与蓝光小偏振分光棱镜2321的入光面的形状和大小相同，蓝光棱锥231以其出光面与蓝光小偏振分光棱镜2321的入光面重合的方式与蓝光小偏振分光棱镜2321成光学耦合，蓝光1/2波片2323和蓝光小直角棱镜2322的另一个直角面合成的面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面的形状和大小相同，蓝光1/2波片2323和蓝光小直角棱镜2322以它们合成的面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面重合的方式与蓝光偏振分光棱镜33成光学耦合。
本实施例的工作原理。红、绿、蓝三色光以完全相同的方式在本实施例的照明系统中传播，为简便起见，现仅以蓝光为例说明之。蓝光LED13发出的蓝光在蓝光棱锥231中全反射压缩角度会聚在蓝光棱锥231的出光面上，蓝光的P偏振光直通蓝光小偏振分光棱镜2321后，通过蓝光1/2波片2323转为S偏振光射在蓝光偏振分光棱镜33的入光面上，蓝光的S偏振光经蓝光小偏振分光棱镜2321的分光面和蓝光小直角棱镜2322的斜面反射到蓝光偏振分光棱镜33的入光面上，射入偏振分光棱镜33的S偏振光经偏振分光棱镜33分光面反射后照明蓝光LCOS显示芯片43，由于蓝光1/2波片2323和蓝光小直角棱镜2322的另一个直角面合成的面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面的形状和大小相同，蓝光1/2波片2323和蓝光小直角棱镜2322以它们合成的面与蓝光偏振分光棱镜33的入光面重合的方式与蓝光偏振分光棱镜33成光学耦合，使蓝光LCOS显示芯片41得到充分的照明。
本发明的照明系统特别适于用在诸如LCOS类的投影机中，特别是用来制作小型的LCOS投影机。

Claims (3)

1、一种小型LCOS投影机的LED光源照明系统，含红光偏振光发生器(21)、绿光偏振光发生器(22)、蓝光偏振光发生器(23)、红光偏振分光棱镜(31)、绿光偏振分光棱镜(32)、蓝光偏振分光棱镜(33)、红光LCOS显示芯片(41)、绿光LCOS显示芯片(42)、蓝光LCOS显示芯片(43)、X型合色棱镜(5)、投影镜头(6)，红光偏振光发生器(21)、绿光偏振光发生器(22)和蓝光偏振光发生器(23)分别含红光LED(11)、绿光LED(12)和蓝光LED(13)，红光LCOS显示芯片(41)、绿光LCOS显示芯片(42)、蓝光LCOS显示芯片(43)，以它们的中轴线分别与红光偏振分光棱镜(31)、绿光偏振分光棱镜(32)、蓝光偏振分光棱镜(33)的P偏振光出光面的光轴重合的方式紧贴在红光偏振分光棱镜(31)、绿光偏振分光棱镜(32)、蓝光偏振分光棱镜(33)的S偏振光出光面上，其特征在于，红光偏振光发生器(21)、绿光偏振光发生器(22)、蓝光偏振光发生器(23)还分别含红光棱锥(211)和红光偏振片(212)、绿光棱锥(221)和绿光偏振片(222)、蓝光棱锥(231)和蓝光偏振片(232)，红光LED(11)、红光棱锥(211)和红光偏振片(212)以它们的光轴重合的方式依次排列，绿光LED(12)、绿光棱锥(221)和绿光偏振片(222)以它们的光轴重合的方式依次排列，蓝光LED(13)、蓝光棱锥(231)和蓝光偏振片(232)以它们的光轴重合的方式依次排列，红光偏振光发生器(21)的出光面与红光偏振分光棱镜(31)的入光面的形状和大小相同，红光偏振光发生器(21)以其出光面与红光偏振分光棱镜(31)的入光面重合的方式与红光偏振分光棱镜(31)成光学耦合，红光棱锥(211)和红光偏振分光棱镜(31)之间是红光偏振片(212)，绿光偏振光发生器(22)的出光面与绿光偏振分光棱镜(32)的入光面的形状和大小相同，绿光偏振光发生器(22)以其出光面与绿光偏振分光棱镜(32)的入光面重合的方式与绿光偏振分光棱镜(32)成光学耦合，绿光棱锥(221)和绿光偏振分光棱镜(32)之间是绿光偏振片(222)，蓝光偏振光发生器(23)的出光面与蓝光偏振分光棱镜(33)的入光面的形状和大小相同，蓝光偏振光发生器(23)以其出光面与蓝光偏振分光棱镜(33)的入光面重合的方式与蓝光偏振分光棱镜(33)成光学耦合，蓝光棱锥(231)和蓝光偏振分光棱镜(33)之间是蓝光偏振片(232)。
2、根据权利要求1所述的小型LCOS投影机的LED光源照明系统，其特征在于，红光棱锥(211)和红光偏振片(212)、绿光棱锥(221)和绿光偏振片(222)、蓝光棱锥(231)和蓝光偏振片(232)三者具有完全相同的结构。
3、根据权利要求1所述的小型LCOS投影机的LED光源照明系统，其特征在于，红光棱锥(211)和红光偏振分光棱镜(31)之间是红光小偏振分光棱镜(2121)、红光小直角棱镜(2122)和红光1/2波片(2123)，红光小偏振分光棱镜(2121)的S偏振光出光面以红光小偏振分光棱镜(2121)的分光膜面与红光小直角棱镜(2122)的斜面平行的方式与红光小直角棱镜(2122)的一个直角面胶合，红光1/2波片(2123)与红光小偏振分光棱镜(2121)的P偏振光出光面胶合，红光棱锥(211)的出光面与红光小偏振分光棱镜(2121)的入光面的形状和大小相同，红光棱锥(211)以其出光面与红光小偏振分光棱镜(2121)的入光面重合的方式与红光小偏振分光棱镜(2121)成光学耦合，红光1/2波片(2123)和红光小直角棱镜(2122)的另一个直角面合成的面与红光偏振分光棱镜(31)的入光面的形状和大小相同，红光1/2波片(2123)和红光小直角棱镜(2122)以它们合成的面与红光偏振分光棱镜(31)的入光面重合的方式与红光偏振分光棱镜(31)成光学耦合，绿光棱锥(221)和绿光偏振分光棱镜(32)之间是绿光小偏振分光棱镜(2221)、绿光小直角棱镜(2222)和绿光1/2波片(2223)，绿光小偏振分光棱镜(2221)的S偏振光出光面以绿光小偏振分光棱镜(2221)的分光膜面与绿光小直角棱镜(2222)的斜面平行的方式与与绿光小直角棱镜(2222)的的一个直角面胶合，绿光棱锥(221)的出光面与绿光小偏振分光棱镜(2221)的入光面的形状和大小相同，绿光棱锥(221)以其出光面与绿光小偏振分光棱镜(2221)的入光面重合的方式与绿光小偏振分光棱镜(2221)成光学耦合，绿光1/2波片(2223)和绿光小直角棱镜(2222)的另一个直角面合成的面与绿光偏振分光棱镜(32)的入光面的形状和大小相同，绿光1/2波片(2223)和绿光小直角棱镜(2222)的另一个直角面合成的面与绿光偏振分光棱镜(32)的入光面的形状和大小相同，绿光1/2波片(2223)和绿光小直角棱镜(2222)以它们合成的面与绿光偏振分光棱镜(32)的入光面重合的方式与绿光偏振分光棱镜(32)成光学耦合，蓝光棱锥(231)和蓝光偏振分光棱镜(33)之间是蓝光小偏振分光棱镜(2321)、蓝光小直角棱镜(2322)和蓝光1/2波片(2323)，蓝光小偏振分光棱镜(2321)的S偏振光出光面以蓝光小偏振分光棱镜(2321)的分光膜面与蓝光小直角棱镜(2322)的斜面平行的方式与蓝光小直角棱镜(2322)的一个直角面胶合，蓝光1/2波片(2323)与蓝光小偏振分光棱镜(2321)的P偏振光出光面胶合，蓝光棱锥(231)的出光面与蓝光小偏振分光棱镜(2321)的入光面的形状和大小相同，蓝光棱锥(231)以其出光面与蓝光小偏振分光棱镜(2321)的入光面重合的方式与蓝光小偏振分光棱镜(2321)成光学耦合，蓝光1/2波片(2323)和蓝光小直角棱镜(2322)的另一个直角面合成的面与蓝光偏振分光棱镜(33)的入光面的形状和大小相同，蓝光1/2波片(2323)和蓝光小直角棱镜(2322)以它们合成的面与蓝光偏振分光棱镜(33)的入光面重合的方式与蓝光偏振分光棱镜(33)成光学耦合。
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