CN2510883Y

CN2510883Y - 反射式硅基液晶投影机光学机构

Info

Publication number: CN2510883Y
Application number: CN 01279602
Authority: CN
Inventors: 邱虹云; 左卫东
Original assignee: AOKEMA SHIMEILE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd BEIJING
Current assignee: AOKEMA SHIMEILE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd BEIJING
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2011-12-28

Abstract

本实用新型涉及一种反射式硅基液晶投影机光学系统结构,包括灯源、紫外红外滤波片、复眼透镜、扁平偏振分光棱镜、光学聚光透镜、分色合色部件、三块硅基液晶板和镜头。灯源发出的平行光经紫外红外滤波片滤掉红外和紫外光波后,进入复眼透镜成为均匀光束,然后经过扁平偏振分光棱镜后成为单一的S光,经光学聚光透镜后成为汇聚光束,进入分色合色部件进行分光和合光过程,最后从镜头投影出来。本实用新型设计的光学机构,采用反射式硅基液晶技术,其开口率可以达到95%以上,采用的光学镀膜玻璃件很少,有利于整体性能的稳定。在经济性方面,与相当的透射式液晶光学系统比,其价格是后者的2/3。

Description

反射式硅基液晶投影机光学机构

技术领域

本实用新型涉及一种反射式硅基液晶投影机光学机构，属于投影机技术领域。

背景技术

目前传统的投影机光学系统结构，都是采用透射式液晶(Liquid Crystal Display，以下简称LCD)。其结构原理如图1所示，在LCD的光路系统中，主要包括灯源、紫外红外滤波片、3块分色镜、2块冷反光镜、3块透射式液晶板(LCD)、合色棱镜和镜头组成。其主要缺点如下：

1、开口率低：

由于受透射式液晶的原理限制，一般LCD的液晶开口率只可以达到20％～30％，在光路系统中，光能的利用率低。目前LCD采用的微镜技术，虽然可以提高一定的光能利用率，但效率有限，而且采用微镜技术的LCD液晶板，价格昂贵。

2、分辨率低：

LCD液晶的分辨率一般达1024×768，液晶板的大小为0.9英寸左右，要提高LCD液晶板的分辨率，其价格也会相应按照比例增加，液晶板的尺寸也要相应变大，当前投影机光路系统的发展趋势是高分辨率和小型化，LCD液晶技术已经很难满足要求。

3、经济性差：

LCD液晶板的价格随着其分辨率的提高而成比例增加。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种反射式硅基液晶(以下简称LCOS)投影机光学机构，克服已有的透射式液晶投影机光学系统的缺点，用硅基液晶代替透射式液晶，以满足投影技术向高清晰度、经济性、小型化等技术方向发展的需要。

本实用新型设计的反射式硅基液晶投影机光学结构，包括灯源、紫外红外滤波片、复眼透镜、扁平偏振分光棱镜、光学聚光透镜、分色合色部件、三块硅基液晶板和镜头；所述的分色合色部件为由四块偏振分光棱镜和四块分色波片组成的四方形结构，其中第三偏振分光棱镜相对聚光透镜面贴有一块第一绿色分光波片，第三偏振分光棱镜和第四偏振分光棱镜之间贴有一块第一红色分光波片，第二偏振分光棱镜和第四偏振分光棱镜之间贴有一块第二红色分光波片，第二偏振分光棱镜相对镜头面贴有一块绿色分光波片；所述的绿路反射式硅基液晶板置于第一偏振分光棱镜的左边，红路反射式硅基液晶板置于第四偏振分光棱镜的下边，蓝路反射式硅基液晶板置于第四偏振分光棱镜的右边；所述的灯源发出的平行光经紫外红外滤波片滤掉红外和紫外光波后，进入复眼透镜成为均匀光束，然后经过扁平偏振分光棱镜后成为单一的S光，经光学聚光透镜后成为汇聚光束，进入分色合色部件进行分光和合光过程，最后从镜头投影出来。

本实用新型设计反射式硅基液晶投影机光学机构，采用反射式硅基液晶技术，其开口率可以达到95％以上，在液晶板处，LCOS的光能利用率是已有技术的LCD液晶的3～4倍，反射式硅基液晶的分辨率达到1920×1280，液晶板的大小为0.8英寸左右，适应了高清晰投影和小型化的应用。硅基液晶采用硅基技术，其分辨率的提高没有技术上的限制，其成本几乎不变。本实用新型的一个实施例中，投影图面分辨率达到1280×1024，在原理上满足了高清晰度电视(HDTV)应用的要求。其亮度与同等透射式液晶投影机光学系统相比，提高了20％；而且光学系统结构尺寸大为减小，体积减小了30％。在本实用新型结构中，采用的光学镀膜玻璃件很少，有利于整体性能的稳定。在经济性方面，与相当的透射式液晶光学系统比，其价格是后者的2/3。

附图说明

图1是已有技术中的透射式液晶(LCD)投影机的光路图。

图2是本实用新型设计的反射式硅基液晶(LCOS)投影机光路图。

图3是本实用新型设计的光路机构中所用的扁平偏振分光棱镜的主视图。

图4是图3所示的扁平偏振分光棱镜的侧视图。

图5是图3所示的扁平偏振分光棱镜的局部放大视图。

图1～图5中：1是灯源，2是紫外红外滤波片，3是分色镜，4是冷反光镜，5是合色棱镜，6是透射式液晶板，7是镜头，8是复眼透镜，9是扁平偏振分光棱镜，10是光学聚光透镜，11a是第一偏振分光棱镜，11b是第二偏振分光棱镜，11c是第三偏振分光棱镜，11d是第四偏振分光棱镜，12a是第一绿色分光波片，12b是第一红色分光波片，12c是第二红色分光波片，12d是第二绿色分光波片，13a是绿路反射式硅基液晶板，13b是红路反射式硅基液晶板，13c是蓝路反射式硅基液晶板，14是1/2波片，15是光阑。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型设计的反射式硅基液晶投影机光学系统结构，包括灯源1、紫外红外滤波片2、复眼透镜8、扁平偏振分光棱镜9、光学聚光透镜10、分色合色部件11、硅基液晶板12和镜头7。分色合色部件11为由四块偏振分光棱镜和四块分色波片组成的四方形结构，其中第三偏振分光棱镜11c相对聚光透镜10的一面贴有一块第一绿色分光波片12a，第三偏振分光棱镜11c和第四偏振分光棱镜11d之间贴有一块第一红色分光波片12b，第二偏振分光棱镜11b和第四偏振分光棱镜11d之间贴有一块第二红色分光波片12c，第二偏振分光棱镜11b相对镜头7的一面贴有一块绿色分光波片12d。绿路反射式硅基液晶板13a置于第一偏振分光棱镜11a的左边，红路反射式硅基液晶板13b置于第四偏振分光棱镜11d的下边，蓝路反射式硅基液晶板13c置于第四偏振分光棱镜11d的右边；灯源1发出的平行光经紫外红外滤波片2滤掉红外和紫外光波后，进入复眼透镜8成为均匀光束，然后经过扁平偏振分光棱镜9后成为单一的S光，经光学聚光透镜10后成为汇聚光束，进入分色合色部件11进行分光和合光过程，最后从镜头7投影出来。

反射式硅基液晶投影机光学系统的原理结构如图2所示。在LCOS的光路系统中，主要包括灯源、紫外红外滤波片、复眼透镜、扁平偏振分光棱镜、光学聚光透镜、3块反射式硅基液晶板(LCOS)、分色合色系统和镜头组成。其中分色合色系统包括4块偏振分光棱镜(PBS)和4块分色波片组成。硅基液晶采用美国三伍公司的产品，其型号为MD1280，分辨率1280×1024，大小为0.78英寸，光能反射率大于95％，对比度大于300∶1。

从灯源发出的光为平行光，紫外红外滤波片的作用是把对硅基液晶有害的红外线(波长＞800nm)和紫外线(波长＜400nm)滤掉。两块复眼透镜，每一块由10×8个小透镜组成，每个透镜的光线都充满了硅基液晶板，所以复眼作用主要是使光线均匀地照在硅基液晶板上。以提高最终投影出去的投影画面的均匀性。扁平状的偏振分光棱镜(以下简称PBS)，见图2中的元件4，上面间隔地贴了二分之一波片14，详细结构如图4所示，PBS上的光阑15，使光线的透过情况如图5所示。因为灯源发出的光线是园偏振光，即P光+S光，P光+S光被PBS分成两部分，透过的是P光，反射的是S光。透过的P光再经二分之一波片即变成S光。所以从这个扁平状的PBS出来的光线是S光，其振动方向平行纸面。光学聚光透镜的作用主要是把光线会聚一下，以提高光能的利用率。

分光合光系统如图2所示，从扁平状PBS出来的光的偏振方向平行纸面，这种偏振态相对分光合光部件来说是P光。输入的P光，经第一绿色分光波片后分为两部分：

1、绿光的偏振方向被旋转了90度后变为S光，被旋转后的绿S光遇到第三偏振分光棱镜上的PBS膜(PBS的作用是反S光透P光)后，被反射至第一偏振分光棱镜棱镜内，遇到第一偏振分光棱镜的PBS膜后继续被反射，直至绿S光照亮绿路硅基液晶板。从绿路硅基液晶板反射回来的绿光已变为P偏振方向。绿P光透过第一偏振分光棱镜的PBS膜和第二偏振分光棱镜PBS膜。

2、紫光仍然保持P偏振方向。而P偏振方向的紫光在遇到红色分光波片后又继续分为两部分：

A、红光被旋转90度，其偏振方向变为S方向。而红S光遇到第四偏振分光棱镜的PBS膜后被反射，照亮红路硅基液晶板。从红路硅基液晶板反射回来的红光的偏振方向已被改变90度，变为红P光。红P光透过第三偏振分光棱镜的PBS膜。

B、蓝光继续保持P偏振态，蓝P光遇第三偏振分光棱镜的PBS膜后透过，照亮蓝路硅基液晶板。从蓝路硅基液晶板反射回来的蓝光的偏振方向改变90度，变为S光，再遇第三偏振分光棱镜的PBS偏振膜后被反射。

这样从第三偏振分光棱镜出射的红P光和蓝S光通过第二红色分光波片后，变为紫S光。经第二偏振分光棱镜的PBS膜后反射。

最后，透过第二偏振分光棱镜的PBS膜的绿P光和经第二偏振分光棱镜的PBS膜反射的紫S光合成为白光，透过第二绿色分光波片后成为S白光，经镜头投影出去。

Claims

1、一种反射式硅基液晶投影机光学结构，其特征在于该光学结构包括灯源、紫外红外滤波片、复眼透镜、扁平偏振分光棱镜、光学聚光透镜、分色合色部件、三块硅基液晶板和镜头；所述的分色合色部件为由四块偏振分光棱镜和四块分色波片组成的四方形结构，其中第三偏振分光棱镜相对聚光透镜面贴有一块第一绿色分光波片，第三偏振分光棱镜和第四偏振分光棱镜之间贴有一块第一红色分光波片，第二偏振分光棱镜和第四偏振分光棱镜之间贴有一块第二红色分光波片，第二偏振分光棱镜相对镜头面贴有一块绿色分光波片；所述的绿路反射式硅基液晶板置于第一偏振分光棱镜的左边，红路反射式硅基液晶板置于第四偏振分光棱镜的下边，蓝路反射式硅基液晶板置于第四偏振分光棱镜的右边；所述的灯源发出的平行光经紫外红外滤波片滤掉红外和紫外光波后，进入复眼透镜成为均匀光束，然后经过扁平偏振分光棱镜后成为单一的S光，经光学聚光透镜后成为汇聚光束，进入分色合色部件进行分光和合光过程，最后从镜头投影出来。