CN1258691C - 一种反射式液晶显示光机 - Google Patents
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Abstract
一种反射式液晶显示光机，属于光学仪器领域。本发明公开了一种对比度高、结构简单、成本低的反射式液晶显示光机，包括光源组件，分/合光系统和投影镜头，分/合光系统包括起偏器、两个宽波带波片、偏振分光器件、镀有双色分光膜的平面分色镜、检偏器及可分别调制红、绿、蓝三色光的三个反射式液晶；从光源组件出射进入分/合光系统的偏振光经起偏器、第一宽波带波片进入偏振分光器件，从偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，从偏振分光器件透射的另一路光束经分色镜分光后，分别入射到另外两个反射式液晶上；经过三个反射式液晶调制后的反射光束沿原光路返回，经偏振分光器件、第二宽波带波片和检偏器投射到投影镜头。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器领域，尤其涉及一种液晶投影仪器。
背景技术
近几年来液晶投影技术得到了巨大发展，尤其是反射式液晶显示技术的发展，并广泛应用于娱乐、办公、教育等领域。这一技术提高了人们的生活质量，带动了社会的经济发展。
一般液晶投影系统由光源组件，光学引擎，投影镜头等元件组成。光源组件一般包括照明光源、准直透镜组(将照明光源发射的发散光变成平行光束)、滤光器(滤去光束中红外和紫外光)、偏振片(将光源的自然偏振光变成线偏振光)。在光学引擎中，光源的光束被分成红绿蓝三色，三色光束分别被三个反射式液晶(例如，目前的LCOS芯片)进行光强调制；光学引擎再将三色光合为一束，投射到投影镜头并在屏幕上形成图像。
公开日2002年1月9日，公开号为CN1330280A的中国发明专利“液晶显示投影机”公开说明书中公开了一种含有斜方棱镜三色合/分光引擎的液晶显示投影机，其结构如图1所示，包括偏振分光镜1、斜方棱镜2、补偿棱镜3、投影镜头4和液晶5、6、7。光源组件100射出的光束经光学引擎分光，调制，合光后，通过投影镜头4，投影到屏幕上。此种液晶显示投影机的不足在于：(1)该液晶显示投影机的光学引擎对斜方棱镜的镀膜要求高，由于现有的镀膜技术很难做出高质量的分光棱镜，使得斜方棱镜的加工存在困难，特别是产业化生产存在一定的困难；(2)该液晶显示投影机的分/合光系统需要小焦距和有很大后截距的镜头。这对投影镜头的设计带来很大的困难，也增加了镜头的生产成本。
本发明人在2003年6月24日申请了发明专利“反射式液晶显示机”，申请号为03137757.2，该发明申请中提到了一种如图2所示的反射式液晶显示光机，该光机的分/合光系统包括两个偏振片、两个宽波带波片、偏振分光镜、分色镜及可分别调制红、绿、蓝三色光的三个反射式液晶；所述偏振分光镜是一个由两个三角棱镜组成的棱镜，在两个三角棱镜的公共胶合面上镀有宽波长偏振分光膜；所述分色镜是一块镀有双色分光膜的平面分色镜。该光机具有结构简单、成本低、便于生产的优点。但是也有一个对比度较难提高的缺点。现有的普通偏振分光镜对反射光有很好的消光比，透射光的消光比较差。消光比高则投影的对比度高。在实际应用中，由于考虑平面分色镜的镀膜需要，往往将平面分色镜用来分红、蓝光。也就是说绿光是被偏振分光镜透射，红、蓝是被偏振分光镜反射的。所以这种结构的投影光机绿光的对比度相对不高。但是由于投影光机的大部分能量集中在绿光上(绿光的能量是红蓝光能量之和的数倍)，这样就大大削弱光机整体的对比度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，生产成本低，技术要求低，对比度高的利于规模生产的液晶显示投影机。
本发明的方案如下：一种反射式液晶显示光机，包括光源组件，分/合光系统和投影镜头，其特征在于：所述分/合光系统包括起偏器、两个宽波带波片、偏振分光器件、一片镀有双色分光膜的平面分色镜、检偏器，以及可分别调制红、绿、蓝三色光的三个反射式液晶；
从所述光源组件出射进入分/合光系统的偏振光经起偏器、第一宽波带波片进入偏振分光器件，从偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，从偏振分光器件透射的另一路光束经所述分色镜分光后，分别入射到另外两个反射式液晶上；经过三个反射式液晶调制后的反射光束沿原光路返回，经所述偏振分光器件、第二宽波带波片和检偏器投射到所述的投影镜头。
本发明中所述偏振分光器件是由两个三角棱镜组成的偏振分光镜，在两个三角棱镜的公共胶合面上镀有宽波长偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光栅。
本发明中所述偏振分光器件还可以是具有偏振分光功能的光栅或在透明平板基底上镀偏振分光膜的平面偏振分光镜。
所述的宽波带波片是一块只对单基色起作用的波片，或者是一块对两种颜色的光起作用的波片。
所述的宽波带波片是两块只对单基色起作用的波片叠加组成的。
所述分色镜镀的双色分光膜中的双色是红、绿、蓝三基色中的任意两种颜色。
本发明中所述起偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光栅。
本发明中所述检偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光栅。
本发明的分/合光系统所需的光学器件较少，对比度高，并且调试和定位方便。本发明的这一特点将降低投影机成本，使液晶显示投影机更容易进入家庭。
附图说明
图1为现有公开的液晶显示投影机的结构示意图。
图2为在前发明专利申请的液晶显示投影机的结构示意图。
图3为本发明的实施例一的结构示意图。
图4为本发明的实施例二的结构示意图。
图5为本发明的实施例三的结构示意图。
图6为本发明的实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的组成和工作过程：
如图3、图4所示，本发明的光源组件包括照明光源、准直透镜组、滤光器和偏振片，在这两个实施例中分/合光系统的偏振分光器件是由两个三角棱镜组成的偏振分光镜，在两个三角棱镜的公共胶合面上镀有宽波长偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光栅。起偏器和检偏器采用偏振片或具有偏振分光功能的光栅。
根据从光源组件出射进入分/合光系统是P偏振光还是S偏振光，可以有两种情况：
1)若从光源组件出射的是P偏振光8。那么P偏振态的A、B、C(代表红、绿、蓝三色光的一种组合)三色光经过起偏器9提纯，然后入射到第一宽波带波片10，将A颜色光的P偏振光转变为S偏振光，其余两种光仍然为P偏振光。然后这三束光入射到偏振分光镜(PBS)11，A颜色偏振光经过偏振分光镜11被反射，B、C颜色偏振光经过偏振分光镜被直接透射。B、C两种颜色的P偏振光从偏振分光镜透射出来以后，经过一个与偏振分光镜表面成一定角度的镀双色分光膜的平面分色镜12，将B、C颜色光中的一种反射，另外一种透射，实现B、C分光。这样最终实现了A、B、C三色光的分光，也就是实现了红、绿、蓝三色的分光。三色光最终分别照在三个反射式液晶的表面。若经过三个液晶5、6和7反射的光分别被液晶调制偏振态发生90°旋转，那么经液晶反射回来的A光(偏振态为P)直接从偏振分光镜透射；经液晶反射的B、C光(偏振态为S)经分色镜合光以后到达偏振分光镜，被偏振分光镜反射，这样就实现了A、B、C三色光的合光，也就是实现了红、绿、蓝三色光的合光。合光后的光束经过投影镜头投影，此时投影出来的亮态。
若经过液晶反射的光被液晶调制偏振态没有发生旋转，则通过投影镜头得到的是暗态。改变液晶上的调制电压可以改变从液晶反射回来的光的偏转角度，经投影镜头投影就可以得到不同的灰度。为了进一步提高性能，在投影镜头前加第二宽波带波片13和检偏器14。第二宽波带波片的作用是把A、B、C三色光的偏振态变成一致，检偏器的作用是再次对投影光进行提纯。
2)若从光源组件出射的是S偏振光8，那么S偏振态的A、B、C(代表红、绿、蓝三色光的一种组合)三色光经过起偏器9后，入射到第一宽波带波片10，将A、B两种颜色光的S偏振光转变为P偏振光，C光仍然为S偏振光。然后，这三束光入射到偏振分光镜11，A、B颜色偏振光经过偏振分光镜被透射，C颜色偏振光经过偏振分光镜直接反射。同理A、B两种颜色的P偏振光从偏振分光镜出来以后，被分色镜分光，将其中的一种反射，另外一种透射，实现A、B分光。最终实现了A、B、C三色光的分光，也就是实现了红、绿、蓝三色的分光。合光的原理与第1)种情况类似。
图5和图6所示实施例中的偏振分光器件采用具有偏振分光功能的光栅或在透明平板基底上镀偏振分光膜的平面偏振分光镜，起偏器和检偏器采用偏振片或具有偏振分光功能的光栅。光机的工作过程与前述实施例中描述的工作过程相同。
采用具有偏振分光功能的光栅分/合光系统具有很多优点：(1)消光比不随入射光角度的改变而改变；(2)散热好，不存在由于热用力引起玻璃双折射的问题。这些优点可以大大提高投影光机的对比度。
本发明中的宽波带波片可采用美国ColorLink公司提供的ColorSelect波片。具有偏振分光功能的光栅可以是美国MOXTEK公司的的金属线栅偏振片(WGP)。
Claims (9)
1.一种反射式液晶显示光机，包括光源组件，分/合光系统和投影镜头，其特征在于：所述分/合光系统包括起偏器、两个宽波带波片、偏振分光器件、一片镀有双色分光膜的平面分色镜、检偏器，以及可分别调制红、绿、蓝三色光的三个反射式液晶；
从所述光源组件出射进入分/合光系统的偏振光经起偏器、第一宽波带波片进入偏振分光器件，从偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，从偏振分光器件透射的另一路光束经所述分色镜分光后，分别入射到另外两个反射式液晶上；经过三个反射式液晶调制后的反射光束沿原光路返回，经所述偏振分光器件、第二宽波带波片和检偏器投射到所述的投影镜头。
2.根据权利要求1所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述偏振分光器件是由两个三角棱镜组成的偏振分光镜，在两个三角棱镜的公共胶合面上镀有宽波长偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光栅。
3.根据权利要求1所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述偏振分光器件是具有偏振分光功能的光栅。
4.根据权利要求1所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述偏振分光器件是在透明平板基底上镀偏振分光膜的平面偏振分光镜。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述的宽波带波片是一块只对单基色起作用的波片，或者是一块对两种颜色的光起作用的波片。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述的宽波带波片是两块只对单基色起作用的波片叠加组成的。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述分色镜镀的双色分光膜中的双色是红、绿、蓝三基色中的任意两种颜色。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述起偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光栅。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的反射式液晶显示光机，其特征在于：所述检偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光栅。
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