CN111007690A - 一种3lcd投影机激光照明系统以及3lcd投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3LCD投影机激光照明系统，包括：蓝光激光光源，偏振分色组件、蓝光传导光路、黄光激发传导光路、分色组件、绿光传导光路、红光传导光路、蓝光LCD、绿光LCD、红光LCD以及分光棱镜组件。本发明还涉及一种3LCD投影机激光照明系统。本发明通过将一部分蓝色激光分束产生一部分黄光，进而通过光学耦合后，将一部分蓝光直接作用蓝光LCD，将黄光分成绿光和红光，进而分别作用于绿光LCD和红光LCD，然后将从各个LCD射出的光束进行合光，从而模拟三色光源效果。

Description

一种3LCD投影机激光照明系统以及3LCD投影机
技术领域
本发明涉及投影机领域，更具体地说，涉及一种3LCD投影机激光照明系统以及包括所述3LCD投影机激光照明系统的3LCD投影机。
背景技术
现有技术中的LCD投影机，一部分使用灯泡作为光源，而另一部分采用LED光源。由于LCD工作在偏振光条件下，而灯泡和LED发出的光属于非偏振光，使用灯泡或LED作为光源，在光学系统中进行偏振转换后，即可满足LCD的工作条件，但灯泡光源使用寿命较短、亮度衰减严重、色域范围较小，LED光源虽然可以解决使用寿命的问题，但光源面积与角度特性造成效率低，要满足高阶工程机的需求仍有一定难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种3LCD投影机激光照明系统以及包括所述3LCD投影机激光照明系统的3LCD投影机，其能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种3LCD投影机激光照明系统，包括：用于产生包含P偏振蓝光和S偏振蓝光的混合蓝光的蓝光激光光源，偏振分色组件、蓝光传导光路、黄光激发传导光路、分色组件、绿光传导光路、红光传导光路、蓝光LCD、绿光LCD、红光LCD以及分光棱镜组件；所述偏振分色组件设置在所述混合蓝光的传导路径上以将所述混合蓝光分光成在不同方向上传导的P偏振蓝光和S偏振蓝光，所述蓝光传导光路沿所述P偏振蓝光的传导方向设置以将所述P偏振蓝光传导到所述蓝光LCD，所述黄光激发传导光路沿所述S偏振蓝光的传导方向设置以采用所述S偏振蓝光产生激发黄光并将所述激发黄光传导到所述分色组件，所述分色组件将所述激发黄光分色成沿不同方向传导的绿光和红光，所述绿光传导光路将所述绿光传导到所述绿光LCD，而所述红光传导光路将所述红光传导到所述红光LCD，经所述蓝光LCD作用后的蓝光、经所述绿光LCD作用后的绿光和经所述红光LCD作用后的红光均进入所述分光棱镜组件以进行合光从而生成成像光束。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述蓝光激光光源包括用于产生包含P偏振蓝光或S偏振蓝光的线偏振蓝光激光光源，以及设置在所述P偏振蓝光或S偏振蓝光的传导路径上的1/4波片。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述蓝光传导光路包括设置在所述P偏振蓝光的传导路径上的第一反射镜和设置在所述P偏振蓝光的反射路径上的蓝光滤光组件和均光组件，所述蓝光LCD设置在所述P偏振蓝光的反射路径上。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述蓝光滤光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述第一反射镜和所述蓝光LCD之间的入射偏光板，所述均光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述入射偏光板和所述蓝光LCD之间的光学积分棒。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述黄光激发传导光路包括反射式荧光轮、均光组件和偏振转换组件，所述反射式荧光轮设置在所述S偏振蓝光的传导方向上且在所述S偏振蓝光的激发下产生与所述S偏振蓝光的传导方向相反的激发黄光、所述激发黄光经所述偏振分色组件透射后沿原传导方向继续传导，所述均光组件和所述偏振转换组件依次设置在所述偏振分色组件和所述分色组件之间。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述均光组件包括设置在所述偏振分色组件和所述偏振转换组件之间的复眼组件。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述绿光传导光路包括设置在所述分色组件的绿光反射路径上的绿光滤光组件，所述绿光LCD沿着所述绿光反射路径设置在所述绿光滤光组件之后。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，所述红光传导光路包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜设置在所述红光的传导路径上以将红光反射，所述第三反射镜设置在反射红光的传导路径上以对所述反射红光进行第二次反射，所述红光LCD设置在二次反射后的红光的传导路径上。
在本发明所述的3LCD投影机激光照明系统中，进一步包括设置在所述蓝光LCD和所述分光棱镜组件之间的第一出射偏光板、设置在所述绿光LCD和所述分光棱镜组件之间的第二出射偏光板以及设置在所述红光LCD和所述分光棱镜组件之间的第三出射偏光板。
本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种3LCD投影机，，包括前述的3LCD投影机激光照明系统。
实施本发明的3LCD投影机激光照明系统以及包括所述3LCD投影机激光照明系统的3LCD投影机，能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的3LCD投影机激光照明系统的第一实施例的原理框图；
图2是本发明的3LCD投影机激光照明系统的第二实施例的光路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种3LCD投影机激光照明系统，包括：用于产生包含P偏振蓝光和S偏振蓝光的混合蓝光的蓝光激光光源，偏振分色组件、蓝光传导光路、黄光激发传导光路、分色组件、绿光传导光路、红光传导光路、蓝光LCD、绿光LCD、红光LCD以及分光棱镜组件；所述偏振分色组件设置在所述混合蓝光的传导路径上以将所述混合蓝光分光成在不同方向上传导的P偏振蓝光和S偏振蓝光，所述蓝光传导光路沿所述P偏振蓝光的传导方向设置以将所述P偏振蓝光传导到所述蓝光LCD，所述黄光激发传导光路沿所述S偏振蓝光的传导方向设置以采用所述S偏振蓝光产生激发黄光并将所述激发黄光传导到所述分色组件，所述分色组件将所述激发黄光分色成沿不同方向传导的绿光和红光，所述绿光传导光路将所述绿光传导到所述绿光LCD，而所述红光传导光路将所述红光传导到所述红光LCD，经所述蓝光LCD作用后的蓝光、经所述绿光LCD作用后的绿光和经所述红光LCD作用后的红光均进入所述分光棱镜组件以进行合光从而生成成像光束。实施本发明的3LCD投影机激光照明系统，能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。
图1是本发明的3LCD投影机激光照明系统的第一实施例的原理框图。如图1所示，本发明的3LCD投影机激光照明系统，包括：用于产生包含P偏振蓝光和S偏振蓝光的混合蓝光的蓝光激光光源1，偏振分色组件2、蓝光传导光路11、黄光激发传导光路3、分色组件4、绿光传导光路7、红光传导光路5、蓝光LCD 10、绿光LCD 8、红光LCD 6以及分光棱镜组件9。如图1所示，所述偏振分色组件2设置在所述混合蓝光的传导路径上以将所述混合蓝光分光成在不同方向上传导的P偏振蓝光和S偏振蓝光。所述蓝光传导光路11沿所述P偏振蓝光的传导方向设置以将所述P偏振蓝光传导到所述蓝光LCD 10。所述黄光激发传导光路3沿所述S偏振蓝光的传导方向设置以采用所述S偏振蓝光产生激发黄光并将所述激发黄光传导到所述分色组件4。所述分色组件4将所述激发黄光分色成沿不同方向传导的绿光和红光，所述绿光传导光路7将所述绿光传导到所述绿光LCD 8，而所述红光传导光路5将所述红光传导到所述红光LCD 6，经所述蓝光LCD 10作用后的蓝光、经所述绿光LCD 8作用后的绿光和经所述红光LCD 6作用后的红光均进入所述分光棱镜组件9以进行合光从而生成成像光束。
在本发明的一个优选实施例中，所述蓝光激光光源1可以包括用于产生包含P偏振蓝光或S偏振蓝光的线偏振蓝光激光光源，以及设置在所述P偏振蓝光或S偏振蓝光的传导路径上的1/4波片，这样线偏振蓝光激光光源生成的P偏振蓝光或者S偏振蓝光在经过1/4波片之后，将产生混合的P偏振蓝光和S偏振蓝光。当然在本发明的另一优选实施例中可以采用其他方式生成混合P偏振蓝光和S偏振蓝光，比如两个分别发射P偏振蓝光或S偏振蓝光的偏振光源。
在本发明中，所述偏振分色组件2是指同时满足偏振和分色功能的光学器件，即将S偏振蓝光反射和将P偏振蓝光透射，并且使得蓝光反射，红光和绿光透射。所述分色组件4具有红绿分色功能的光学器件，即反射绿光且透射红光。本领域中已知这样的光学器件。
进一步地，在本发明中，所述蓝光传导光路11、黄光激发传导光路3、绿光传导光路7、红光传导光路5均可以采用本领域中已知的任何光学器件构建，只要其能够满足相关光的传导功能，并且最后将其汇入所述分光棱镜组件9即可。本领域技术人员可以根据实际需要构建这样的传导光路。本领域技术人员知悉，所述蓝光传导光路11、黄光激发传导光路3、绿光传导光路7、红光传导光路5中可以包含任何需要的滤光组件、均光组件、光路转向组件、扩束组件等等，从而构建相应的光路。优先地，所述滤光组件可以包括一个或多个偏光板，所述均光组件可以包括光学积分棒或者复眼组件，所述光路转向组件可以包括一个或多个反射镜，所述扩束组件可以包括一个或多个透镜。
本发明的发明点在于，将一部分蓝色激光分束产生一部分黄光，进而通过光学耦合后，将一部分蓝光直接作用蓝光LCD，将黄光分成绿光和红光，进而分别作用于绿光LCD和红光LCD，然后将从各个LCD射出的光束进行合光，从而模拟三色光源效果。由于激光光源发射的光束具有单一偏振的特性，光学系统中相应加入偏振转换元件，调整光束达到满足LCD的工作需要，并通过其自身性能直接提高投影画面的质量。因此，本领域技术人员根据本发明的上述构思，可以设置相应的不同光路来实现本发明。实施本发明的3LCD投影机激光照明系统，能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。
图2是本发明的3LCD投影机激光照明系统的第二实施例的光路图。采用图2所示的光路，可以更少的光学器件、更优选的光路结构获得更好效果的成像光束。所述3LCD投影机激光照明系统包括用于产生包含P偏振蓝光和S偏振蓝光的混合蓝光的蓝光激光光源1，偏振分色组件A-4、蓝光传导光路11、黄光激发传导光路3、分色组件A-7、绿光传导光路7、红光传导光路5、蓝光LCD A-11、绿光LCD A-13、红光LCD A-15以及分光棱镜A-17。
在图2所示的优选实施例中，所述蓝光激光光源1包括发射线偏振蓝光的线偏振蓝光激光光源A-1，以及设置在所述线偏振蓝光的传导路径上的1/4波片A-2。所述蓝光传导光路11包括设置在所述P偏振蓝光的传导路径上的第一反射镜D-1和设置在所述P偏振蓝光的反射路径上的蓝光滤光组件和均光组件，所述蓝光LCD A-11设置在所述P偏振蓝光的反射路径上。优选地，所述蓝光滤光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述第一反射镜D-1和所述蓝光LCD A-11之间的入射偏光板A-8。所述均光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述入射偏光板A-8和所述蓝光LCD A-11之间的光学积分棒A-9。所述黄光激发传导光路3包括反射式荧光轮A-3、均光组件和偏振转换组件A-6。所述反射式荧光轮A-3设置在所述S偏振蓝光的传导方向上且在所述S偏振蓝光的激发下产生与所述S偏振蓝光的传导方向相反的激发黄光、所述激发黄光经所述偏振分色组件A-4透射后沿原传导方向继续传导，所述均光组件和所述偏振转换组件A-6依次设置在所述偏振分色组件A-4和所述分色组件A-7之间。在本实施例中，所述均光组件包括设置在所述偏振分色组件A-4和所述偏振转换组件A-6之间的复眼组件A-5。所述绿光传导光路7包括设置在所述分色组件A-7的绿光反射路径上的绿光滤光组件，所述绿光LCD A-13沿着所述绿光反射路径设置在所述绿光滤光组件之后。在本实施例中，该绿光滤光组件为入射偏光板A-10。在本实施例中，所述反射式荧光轮A-3在蓝光激发出射宽频谱的黄光(频段由绿光到红光)。所述偏振转换组件A-6作用是将P偏振光转化为S偏振光。入射偏光板A-8是滤除不是P偏振蓝光的杂光，而入射偏光板A-10、A-12是滤除未被所述偏振转换组件A-6转换的杂光。
如图2所示，所述红光传导光路5包括第二反射镜D-2和第三反射镜D-3，所述第二反射镜D2设置在所述红光的传导路径上以将红光反射，所述第三反射镜D-3设置在反射红光的传导路径上以对所述反射红光进行第二次反射。所述红光LCD A-15设置在二次反射后的红光的传导路径上。进一步如图2所示，在所述蓝光LCD和所述分光棱镜A-17之间、在所述绿光LCD和所述分光棱镜A-17之间、在所述红光LCD和所述分光棱镜A-17之间分别设置出射偏光板A-14、A-16和A-18。在图2所示实施例中，还进一步在光路中设置多个透镜E1-6以进行扩束。
下面结合图2，对本发明的光路原理进一步说明如下。在本实施例中，线偏振蓝光激光光源A-1水平设置从而沿着垂直方向向上发射线偏振蓝光B-1(P偏振蓝光或S偏振蓝光)，当线偏振蓝光B-1通过同样水平设置的1/4波片A-2后，线偏振蓝光变成椭圆偏振光，即同时包括P偏振蓝光和S偏振蓝光。P偏振蓝光和S偏振蓝光同时沿垂直方向向上传导。而偏振分色组件A-4与水平方向成角度设置，从而使得传导到偏振分色组件A-4上的S偏振蓝光反射，从而沿水平方向向左传导，形成S偏振蓝光C-2，而传导到偏振分色组件A-4上的P偏振蓝光透射，继续沿着垂直方向向上传导，形成P偏振蓝光C-1。P偏振光C-1经与水平方向成角度设置的反射镜D-1折转方向，从而沿水平方向向右传播，经垂直于水平方向设置在所述反射镜D-1的右侧的入射偏光板A-8，将光束滤除后，进入光学积分棒A-9进行匀光，然后投射到蓝光LCD A-11上进行工作，经蓝光LCD A-11作用后的蓝光C-3进入出射偏光板A-14，进行光束过滤后，到达分光棱镜A-17进行合光。
同时沿水平方向向左传导的S偏振蓝光C-2经过水平设置的透镜E-2，到达同样水平设置的反射式荧光轮A-3，然后经波长转换后生成沿水平方向向右传导的黄光Y-1。该黄光Y-1将返回到偏振分色组件A-4，然后经偏振分色组件A-4透射后继续沿水平方向向右传导，从而进入水平设置的复眼透镜A-5，获得均匀的成像光束，然后继续传导到与水平设置的偏振转换组件A-6，将残余的P偏振光转化为S偏振光，得到黄光Y-2、黄光Y-2继续沿水平方向向右传导，经过透镜E-4到达分色组件A-7。分色组件A-7为绿光反射，红光透射，且与水平方向成角度设置。这样黄光Y-2中的绿光分量将被反射从而得到在垂直方向上向上传播的绿光G-1。而黄光Y-2中的红光分量将被透射从而得到在水平方向上继续向右传播的红光R-1。绿光G-1进入在垂直方向上水平设置的入射偏光板A-10，经光束滤除后，投射到水平设置的绿光LCD A-13上进行工作，绿光经LCD A-13作用后的绿光G-2进入出射偏光板A-16，光束过滤后到达分光棱镜A-17进行合光。红光R-1继续经过设置在水平方向上的透镜E-5，到达反射镜D-2。反射镜D-2与水平方向成角度设置以调整红光方向，使得红光R-1反射后沿着垂直方向向上传导通过透镜E-6，从而到达与水平方向同样成角度设置的反射镜D-3，从而改变方向成沿水平方向向左传导，到达入射偏光板A-12，经光束滤除后，投射到红光LCD A-15上进行工作，经红光LCD A-15作用后的红光R-2进入出射偏光板A-16，光束过滤后到达分光棱镜A-17进行合光。最后，经分光棱镜A-17将红光、蓝光和绿光合光之后，形成成像光束，从而用于3LCD投影机的成像。
实施本发明的3LCD投影机激光照明系统，能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。采用本发明的3LCD投影机激光照明系统的3LCD投影机的颜色显示更加稳定，色彩表现更加鲜明，安全可靠性更高，同时能够提供纯正的蓝光效果，并且将未转化的蓝光直接使用，降低光路传输中蓝光可能产生的亮度损耗，可以让用户更长时间的享受更加优质的画面。
本发明还涉及一种3LCD投影机其包括上述任意一种3LCD投影机激光照明系统。本领域技术人员知悉，可以采用现有技术中的任何一种3LCD投影机的部件构造本发明的3LCD投影机。基于本发明的教导和本领域中的公知常识，本领域技术人员能够构造这样一种LCD投影机。实施本发明的3LCD投影机，能够提供线偏振光以满足LCD的工作环境并且亮度更高、色域更宽，寿命更长。采用本发明的3LCD投影机激光照明系统的3LCD投影机的颜色显示更加稳定，色彩表现更加鲜明，安全可靠性更高，同时能够提供纯正的蓝光效果，并且将未转化的蓝光直接使用，降低光路传输中蓝光可能产生的亮度损耗，可以让用户更长时间的享受更加优质的画面。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，包括：用于产生包含P偏振蓝光和S偏振蓝光的混合蓝光的蓝光激光光源，偏振分色组件、蓝光传导光路、黄光激发传导光路、分色组件、绿光传导光路、红光传导光路、蓝光LCD、绿光LCD、红光LCD以及分光棱镜组件；所述偏振分色组件设置在所述混合蓝光的传导路径上以将所述混合蓝光分光成在不同方向上传导的P偏振蓝光和S偏振蓝光，所述蓝光传导光路沿所述P偏振蓝光的传导方向设置以将所述P偏振蓝光传导到所述蓝光LCD，所述黄光激发传导光路沿所述S偏振蓝光的传导方向设置以采用所述S偏振蓝光产生激发黄光并将所述激发黄光传导到所述分色组件，所述分色组件将所述激发黄光分色成沿不同方向传导的绿光和红光，所述绿光传导光路将所述绿光传导到所述绿光LCD，而所述红光传导光路将所述红光传导到所述红光LCD，经所述蓝光LCD作用后的蓝光、经所述绿光LCD作用后的绿光和经所述红光LCD作用后的红光均进入所述分光棱镜组件以进行合光从而生成成像光束。
2.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述蓝光激光光源包括用于产生包含P偏振蓝光或S偏振蓝光的线偏振蓝光激光光源，以及设置在所述P偏振蓝光或S偏振蓝光的传导路径上的1/4波片。
3.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述蓝光传导光路包括设置在所述P偏振蓝光的传导路径上的第一反射镜和设置在所述P偏振蓝光的反射路径上的蓝光滤光组件和均光组件，所述蓝光LCD设置在所述P偏振蓝光的反射路径上。
4.根据权利要求3所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述蓝光滤光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述第一反射镜和所述蓝光LCD之间的入射偏光板，所述均光组件包括沿着所述P偏振蓝光的反射路径设置在所述入射偏光板和所述蓝光LCD之间的光学积分棒。
5.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述黄光激发传导光路包括反射式荧光轮、均光组件和偏振转换组件，所述反射式荧光轮设置在所述S偏振蓝光的传导方向上且在所述S偏振蓝光的激发下产生与所述S偏振蓝光的传导方向相反的激发黄光、所述激发黄光经所述偏振分色组件透射后沿原传导方向继续传导，所述均光组件和所述偏振转换组件依次设置在所述偏振分色组件和所述分色组件之间。
6.根据权利要求5所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述均光组件包括设置在所述偏振分色组件和所述偏振转换组件之间的复眼组件。
7.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述绿光传导光路包括设置在所述分色组件的绿光反射路径上的绿光滤光组件，所述绿光LCD沿着所述绿光反射路径设置在所述绿光滤光组件之后。
8.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，所述红光传导光路包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜设置在所述红光的传导路径上以将红光反射，所述第三反射镜设置在反射红光的传导路径上以对所述反射红光进行第二次反射，所述红光LCD设置在二次反射后的红光的传导路径上。
9.根据权利要求1所述的3LCD投影机激光照明系统，其特征在于，进一步包括设置在所述蓝光LCD和所述分光棱镜组件之间的第一出射偏光板、设置在所述绿光LCD和所述分光棱镜组件之间的第二出射偏光板以及设置在所述红光LCD和所述分光棱镜组件之间的第三出射偏光板。
10.一种3LCD投影机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任意一项所述的3LCD投影机激光照明系统。
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