CN108205233A - 高光效lcos投影机 - Google Patents

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田伟
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Abstract

本发明涉及一种高光效LCOS投影机，包括照明光源，沿着照明光源光线传输线路上依次设置有光强匀化装置、偏振极化装置、用于透射红色光的第一分光镜及第一反射镜，还包括X棱镜、投影镜头；还设置有第一光线反射模块、第二光线反射模块及第三光线反射模块，本方案将红光PBS镜的透射光线、绿光PBS镜的透射光线及蓝光PBS镜的透射光线重新反射到原入射线路中，将PBS镜透射掉的部分无用光进行了重新收集利用，最后将合成后的无用光束重新导入到投影照明系统的输入端，有效提高了投影机的光效，节约了成本。

Description

高光效LCOS投影机
技术领域
本发明涉及投影显示领域，特别涉及一种高光效LCOS投影机。
背景技术
当前，科技发展日新月异，信息的显示变得越来越重要，在当前的投影显示中，人们都追求大屏幕高亮度显示。而在这其中，一方面需要照明光源具有较高的功率，当然在另一方面，需要提高投影系统的光能利用率，也就是光效。
LCOS芯片由于没有垄断和专利限制，容易达到高分辨率和高对比度，已经成为投影显示领域当前的研究热点。而由于LCOS自身工艺和芯片散热的问题，以及提高照明光源的成本问题，要想实现高亮度显示，仅仅靠增加照明光源输出功率是不行的，需要提高整个投影光学系统的光能利用率。
在常规的LCOS投影光路中，光束在进入LCOS芯片之前，PBS镜片会对入射光进行偏振极化的选择，而由于前级的多次反射以及极化过滤不好，会有相当一部分光作为无用光浪费掉，造成LCOS投影机的光效较低。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中现有LCOS投影机光效低的技术问题，提供一种高光效LCOS投影机，可将无用光重新收集再利用，从而提高了整个投影机的光效。
本发明的实施例提供一种高光效LCOS投影机，所述高光效LCOS投影机包括照明光源，沿着照明光源光线传输线路上依次设置有光强匀化装置、偏振极化装置、用于透射红色光的第一分光镜及第一反射镜，还包括X棱镜、投影镜头；
在所述第一反射镜的反射光线传输线路上设置有红光PBS镜，在红光PBS镜的反射光线传输线路上设有红光LCOS芯片，所述X棱镜位于红光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将红光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
在所述第一分光镜的反射光线传输线路上依次设置有用于透射蓝光的第二分光镜、蓝光PBS镜，在蓝光PBS镜的反射光线传输线路上设有蓝光LCOS芯片，所述X棱镜也位于蓝光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将蓝光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
在所述第二分光镜的反射光线传输线路上设置有绿光PBS镜，在绿光PBS镜的反射光线传输线路上设有绿光LCOS芯片，所述X棱镜也位于绿光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将绿光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
所述高光效LCOS投影机还包括第四分光镜、第七反射镜及第八反射镜，所述第七反射镜位于所述第四分光镜的反射光线传输线路上，所述第八反射镜位于所述第七反射镜的反射光线传输线路上，所述第一分光镜位于所述第八反射镜的反射光线传输线路上，第一分光镜的反射光线传输线路与第八反射镜的反射光线传输线路方向相同并重合；
还设置有第一光线反射模块，用于将所述红光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出；
还设置有第二光线反射模块，用于将所述绿光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出；
还设置有第三光线反射模块，用于将所述蓝光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出。
进一步地，所述第一光线反射模块包括设置在红光PBS镜的透射光线传输线路上的第五反射镜，设置在第五反射镜的反射光线传输线路上的第六反射镜，所述第四分光镜位于所述第六反射镜的反射光线传输线路上。
进一步地，所述第二光线反射模块包括设置在蓝光PBS镜的透射光线传输线路上的第四反射镜，设置在第四反射镜的反射光线传输线路上的第三反射镜及设置在第三反射镜的反射光线传输路线上的第二反射镜，所述第四分光镜位于所述第二反射镜的反射光线传输线路上。
进一步地，所述第三光线反射模块包括设置在绿光PBS镜的透射光线传输线路上的第三分光镜，所述第四分光镜位于所述第三分光镜的反射光线传输线路上，所述第六反射镜的反射光线透过所述第三分光镜投射在所述第四分光镜上。
进一步地，所述X棱镜的出光面正对所述投影镜头，用于将红色光线、蓝色光线及绿色光线合成后传输到所述投影镜头内；
与出光面相邻的一面位于红光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相邻的另一面位于蓝光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相对的第三面位于绿光LCOS芯片的反射光线传输线路上。
进一步地，所述分光镜所在的平面与各自所在的光线传输线路呈45°排布。
进一步地，所述反射镜所在的平面分别与各自所在的光线传输线路呈45°排布。
进一步地，所述光强匀化装置为长方体玻璃棒、锥体玻璃棒、中空玻璃棒或复眼透镜。
进一步地，所述偏振极化装置为偏振滤光片或消光棱镜。
进一步地，所述照明光源为氙灯、汞灯、LED灯或激光光源。
本发明的实施例提供的一种高光效LCOS投影机，通过设置第一光线反射模块、第二光线反射模块及第三光线反射模块，分别用于将所述红光PBS镜的透射光线、所述绿光PBS镜的透射光线及所述蓝光PBS镜的透射光线重新反射到原入射线路中，将PBS镜透射掉的部分无用光进行了重新收集利用，最后将合成后的无用光束重新导入到投影照明系统的输入端，有效提高了投影机的光效，节约了成本。
附图说明
图1为本发明一种实施例的高光效LCOS投影机的内部光学元件结构组成示意图；
图2为本发明一种实施例的高光效LCSO投影机的光学传输线路图。
图中，1-照明光源；2-光强匀化装置；3-偏振极化装置，41-第一分光镜(只透射红色波段)；42-第二分光镜(只透射蓝色波段)；43-第三分光镜(只反射绿色波段)；44-第四分光镜(只反射蓝色波段)；51-第一反射镜；52-第二反射镜；53-第三反射镜；54-第四反射镜；55-第五反射镜；56-第六反射镜；57-第七反射镜；58-第八反射镜；61-蓝光PBS镜；62-绿光PBS镜；63-红光PBS镜；71-蓝光LCOS芯片；72-绿光LCOS芯片；73-红光LCOS芯片；8-X棱镜；9-投影镜头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明的实施例提供一种高光效LCOS投影机，所述高光效LCOS投影机包括照明光源1，沿着照明光源1光线传输线路上依次设置有光强匀化装置2、偏振极化装置3、用于透射红色光的第一分光镜41及第一反射镜51，还包括X棱镜8、投影镜头9。
所述照明光源1的入射光线依次穿过光强匀化装置2、偏振极化装置3、第一分光镜41后，照射到所述第一反射镜51上。所述光强匀化装置2用于将所述照明光源1的入射光线变为均匀的矩形光束，所述矩形光束通过偏振极化装置3时，所述偏振极化装置3将偏转态转化为特定方向的线偏振光。其中线偏振光到达第一分光镜41时，红色光束会透过所述第一分光镜41穿射过去，其余光线经过第一分光镜41的反射，沿着第一分光镜41的反射光线传输线路投射。
在所述第一反射镜51的反射光线传输线路上设置有红光PBS镜63，在红光PBS镜63的反射光线传输线路上设有红光LCOS芯片73，所述X棱镜8位于红光LCOS芯片73的反射光线传输线路上并将红光LCOS芯片73传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头9内。因红色光束透过第一分光镜41穿射到所述第一反射镜51上，因此第一反射镜51将红色光束反射到所述红光PBS镜63上。大部分的红色光束经过红光PBS镜63的反射后照射到红光LCOS芯片73上，红光LCOS芯片对光束进行偏振调制，并将偏振极化方向旋转90°后再次经过红光PBS镜63的透射后进入到所述投影镜头9内。
在所述第一分光镜41的反射光线传输线路上依次设置有用于透射蓝光的第二分光镜42、蓝光PBS镜61，在蓝光PBS镜61的反射光线传输线路上设有蓝光LCOS芯片71，所述X棱镜8也位于蓝光LCOS芯片71的反射光线传输线路上并将蓝光LCOS芯片71传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头9内。
同样地，第二分光镜42将蓝色光束透射到所述蓝光PBS镜61上。大部分的蓝色光束经过蓝光PBS镜61的反射后照射到蓝光LCOS芯片71上，蓝光LCOS芯片71对光束进行偏振调制，并将偏振极化方向旋转90°后再次经过蓝光PBS镜61的透射后进入到所述投影镜头9内。
在所述第二分光镜42的反射光线传输线路上设置有绿光PBS镜62，在绿光PBS镜62的反射光线传输线路上设有绿光LCOS芯片72，所述X棱镜8也位于绿光LCOS芯片72的反射光线传输线路上并将绿光LCOS芯片72传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头9内。
所述第二分光镜42将剩余光束反射到所述绿光PBS镜62上。大部分的绿色光束经过绿光PBS镜62的反射后照射到绿光LCOS芯片72上，绿光LCOS芯片72对光束进行偏振调制，并将偏振极化方向旋转90°后再次经过绿光PBS镜62的透射后进入到所述投影镜头9内。
作为本发明实施例重点改进的部分，结合图2所示，所述高光效LCOS投影机还包括第四分光镜44、第七反射镜57及第八反射镜58，所述第七反射镜57位于所述第四分光镜44的反射光线传输线路上，所述第八反射镜58位于所述第七反射镜57的反射光线传输线路上，所述第一分光镜41位于所述第八反射镜58的反射光线传输线路上，第一分光镜41的反射光线传输线路与第八反射镜58的反射光线传输线路方向相同并重合。
光线经过第四分光镜44的反射或透射后，照射到所述第七反射镜57上，经过第七反射镜57的反射后，光线又照射到第八反射镜58上，再经过第八反射镜58的反射后照射到第一分光镜41上。
在上述实施例中，因为所述的红、绿、蓝三种颜色的光束分别进入对应的三个PBS镜中，进行偏振光束的选择和过滤，其中大部分有用光经过PBS发生反射，分别照射到红、绿、蓝三个LCOS芯片上；所述少部分红、绿、蓝三色的无用光会透过对应的PBS镜从而浪费掉，因此，本发明实施例所述的高光效LCOS投影机还设置有第一光线反射模块，用于将所述红光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出。
所述高光效LCOS投影机还设置有第二光线反射模块，用于将所述绿光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出。
所述高光效LCOS投影机还设置有第三光线反射模块，用于将所述蓝光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出。
结合图1及图2所示，所述第一光线反射模块包括设置在红光PBS镜63的透射光线传输线路上的第五反射镜55，设置在第五反射镜55的反射光线传输线路上的第六反射镜56，所述第四分光镜44位于所述第六反射镜56的反射光线传输线路上。经过所述红光PBS镜透射的少部分无用红光会在第五反射镜55及第六反射镜56的反射后重新照射到第四分光镜44上，并透过所述第四分光镜44沿着第四分光镜44的反射光线传输线路射出。
所述第二光线反射模块包括设置在蓝光PBS镜61的透射光线传输线路上的第四反射镜54，设置在第四反射镜54的反射光线传输线路上的第三反射镜53及设置在第三反射镜53的反射光线传输路线上的第二反射镜52，所述第四分光镜44位于所述第二反射镜52的反射光线传输线路上。经过所述蓝光PBS镜61透射的少部分无用蓝光会在第四反射镜54、第三反射镜53及第二反射镜52的反射后重新照射到第四分光镜44上，并经过所述第四分光镜44的反射沿着第四分光镜44的反射光线传输线路射出。
所述第三光线反射模块包括设置在绿光PBS镜62的透射光线传输线路上的第三分光镜43，所述第四分光镜44位于所述第三分光镜43的反射光线传输线路上，所述第六反射镜56的反射光线透过所述第三分光镜43投射在所述第四分光镜上。经过所述绿光PBS镜62透射的少部分无用绿光会在第三分光镜43的反射后重新照射到第四分光镜44上，并经过所述第四分光镜44的透射后沿着第四分光镜44的反射光线传输线路射出，第六反射镜56的光线反射线路刚好穿过所述第三分光镜43照射到第四分光镜上。
以上方案中，所述少部分红、绿、蓝三色的无用光最终通过反射的折转及第四分光镜的合光后，将三色光合束并重新导入到照明光路中，完成无用光束的回收再利用。
本发明的高光效LCOS投影机的实施例中，进一步地，所述X棱镜8的出光面正对所述投影镜头9，用于将红色光线、蓝色光线及绿色光线合成后传输到所述投影镜头9内；与出光面相邻的一面位于红光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相邻的另一面位于蓝光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相对的第三面位于绿光LCOS芯片的反射光线传输线路上。
更进一步地，上述实施例中，每个分光镜所在的平面与各自所在的光线传输线路呈45°排布，每个反射镜所在的平面分别于各自所在的光线传输线路呈45°排布。
为了有效提高对无用光线的回收利用率，所述第三分光镜43镀了只对绿色波段反射的膜，所述第四分光镜44镀了只对蓝色波段反射的膜。
优选地，所述光强匀化装置2为长方体玻璃棒、锥体玻璃棒、中空玻璃棒或复眼透镜，所述偏振极化装置3为偏振滤光片或消光棱镜，所述照明光源1为氙灯、汞灯、LED灯或激光光源。
本发明的上述实施例为最佳实施例，即采用最少的反射镜及分光镜实现对无用光线的再利用，当然本发明还可以采用更多的反射镜及分光镜来设计更复杂的光线折转方案。
本发明实施例，将透过3个PBS的无用光束进行了重新收集和利用，重新导入到照明系统内，提高了整体的光能利用率，避免了无用光束作为噪声入射到投影光路中，提高了整机的对比度。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种高光效LCOS投影机，所述高光效LCOS投影机包括照明光源，沿着照明光源光线传输线路上依次设置有光强匀化装置、偏振极化装置、用于透射红色光的第一分光镜及第一反射镜，还包括X棱镜、投影镜头；
在所述第一反射镜的反射光线传输线路上设置有红光PBS镜，在红光PBS镜的反射光线传输线路上设有红光LCOS芯片，所述X棱镜位于红光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将红光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
在所述第一分光镜的反射光线传输线路上依次设置有用于透射蓝光的第二分光镜、蓝光PBS镜，在蓝光PBS镜的反射光线传输线路上设有蓝光LCOS芯片，所述X棱镜也位于蓝光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将蓝光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
在所述第二分光镜的反射光线传输线路上设置有绿光PBS镜，在绿光PBS镜的反射光线传输线路上设有绿光LCOS芯片，所述X棱镜也位于绿光LCOS芯片的反射光线传输线路上并将绿光LCOS芯片传输来的光线经过反射后传输到所述投影镜头内；
其特征在于，
所述高光效LCOS投影机还包括第四分光镜、第七反射镜及第八反射镜，所述第七反射镜位于所述第四分光镜的反射光线传输线路上，所述第八反射镜位于所述第七反射镜的反射光线传输线路上，所述第一分光镜位于所述第八反射镜的反射光线传输线路上，第一分光镜的反射光线传输线路与第八反射镜的反射光线传输线路方向相同并重合；
还设置有第一光线反射模块，用于将所述红光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出；
还设置有第二光线反射模块，用于将所述绿光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并透过第四分光镜沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出；
还设置有第三光线反射模块，用于将所述蓝光PBS镜的透射光线重新反射到第四分光镜并沿着第四分光镜的反射光线传输线路射出。
2.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述第一光线反射模块包括设置在红光PBS镜的透射光线传输线路上的第五反射镜，设置在第五反射镜的反射光线传输线路上的第六反射镜，所述第四分光镜位于所述第六反射镜的反射光线传输线路上。
3.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述第二光线反射模块包括设置在蓝光PBS镜的透射光线传输线路上的第四反射镜，设置在第四反射镜的反射光线传输线路上的第三反射镜及设置在第三反射镜的反射光线传输路线上的第二反射镜，所述第四分光镜位于所述第二反射镜的反射光线传输线路上。
4.根据权利要求2所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述第三光线反射模块包括设置在绿光PBS镜的透射光线传输线路上的第三分光镜，所述第四分光镜位于所述第三分光镜的反射光线传输线路上，所述第六反射镜的反射光线透过所述第三分光镜投射在所述第四分光镜上。
5.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述X棱镜的出光面正对所述投影镜头，用于将红色光线、蓝色光线及绿色光线合成后传输到所述投影镜头内；
与出光面相邻的一面位于红光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相邻的另一面位于蓝光LCOS芯片的反射光线传输线路上，与出光面相对的第三面位于绿光LCOS芯片的反射光线传输线路上。
6.根据权利要求4或5所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述分光镜所在的平面与各自所在的光线传输线路呈45°排布。
7.根据权利要求6所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述反射镜所在的平面分别与各自所在的光线传输线路呈45°排布。
8.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述光强匀化装置为长方体玻璃棒、锥体玻璃棒、中空玻璃棒或复眼透镜。
9.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述偏振极化装置为偏振滤光片或消光棱镜。
10.根据权利要求1所述的高光效LCOS投影机，其特征在于，所述照明光源为氙灯、汞灯、LED灯或激光光源。
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