CN2687699Y - 一种反射式液晶投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种反射式液晶投影系统，其包括产生所需光源的光源模组、形成影像的分合色模组以及影像投影电视显示屏幕上的镜头组；其中分合色模组包括第一、二、三偏振光束分离棱镜，第一、二、三偏振光束分离棱镜包括第一多边体和第二多边体，该第一多边体的第二面和反射式液晶显示板之间的夹角低于40度，第一多边体的第一面和相应液晶显示板之间的夹角为该反射式液晶显示板和第一多边体的第二面之间夹角的两倍，使光束从第一多边体的第一面垂直入射，而从第二多边体垂直射出，本实用新型具有转换效率大，对比度高，结构紧凑以及成本低等优点。

Description

一种反射式液晶投影系统

技术领域

本实用新型涉及投影显示系统的彩色分合光系统，特别涉及该系统将入射光束分成不同色彩光的通道，而利于空间图象信息叠印的反射式液晶投影系统。

背景技术

在投影显示系统中，包括一彩色分合光系统，该系统要求利于生产的同时具有高分辨率。然而，高对比度的彩色分合光系统需要采用高性能专业材料来实现，这样将增加整个设备成本的。

事实证明，先前技术的彩色分合光系统在保持合理的光通量的同时，是不能提供即廉价又具高对比度的彩色分合光系统，这是由于现有技术利用PBS分光棱镜，该PBS分光棱镜在彩色分合光系统起到分光合光的功效，而该偏振分束器如MacNeille偏振器或立方体偏振器仅能在接收平行光束的情况下，产生高的分光比，对于会聚的光束其需要1/4波片进行斜轴补偿，这样将增加该系统的成本和生产难度。此外，这些偏振分束器在处于高光通量时容易形成热梯度，这种热梯度常常会造成应力双折射而造成光的极化和低对比度。

如图1是用以说明公知分光系统的光路原理图，该光路系统以4组偏振合分光棱镜与红、蓝、绿三原色反射式向列液晶面板组成，采用同轴光路设计。由图1可知，该分光系统10包括4组偏振合分光棱镜11、12、13与14、4组偏振相位延迟器(polarizer retarder)15、16、17与18、三色液晶面板20、21与22以及一偏振片19。其中，每一偏振合分光棱镜都含二分棱镜，亦即，偏振合分光棱镜11包括分棱镜111和112、偏振合分光棱镜12包括分棱镜121和122、偏振合分光棱镜13包括分棱镜131和132以及偏振合分光棱镜14包括分棱镜141和142。

一彩色分合光系统典型的功效将一入射光束分离进入多个颜色通路(如红，绿和蓝色光束)，而后利用该分离的色彩通道照亮多个微型显示器以及结合多个通道而产生一出射光束。

分光系统10的光源1可产生一处于S偏振态的偏极光束2，偏极光束2在分光系统10中受到三色液晶面板20、21与22的反射，该三液晶面板则接受待投射影像信号，所以，离开分光系统光束即依此而投射出该信号所代表待投射影像。

偏振相位延迟器15、16、17与18可调整特定色彩光束的偏振状态，其中，偏振相位延迟器15与18可使通过其间红色与蓝色光束偏振状态不变，并使通过其间绿色光束偏振态从S态转换成P态，而偏振相位延迟器16与17则可使通过其间蓝色光束偏振态不变，并使通过其间红色光束偏振状态从S态转换成P态。

如图1所示，当偏振光束2到达分棱镜111与112介面时，处于S态红蓝光分量2a会被反射到偏振相位延迟器16中，而处于P态绿光分量2b则透射分棱镜112而进入偏振合分光棱镜12中。

光分量2b通过分棱镜121与122介面，接着被绿色液晶面板20反射而由P态转换成S态绿光束3b，绿光束3b继续进入偏振合分光棱镜14中，并被分棱镜141与142介面反射而继续通过相位延迟器18，故通过其间绿光束3b可由S态转换成P态，最后并通过P态偏振片19，而形成投射影像绿光分量4b。

同理，偏振相位延迟器16可使通过其间红蓝光分量2a会被分成维持S偏振态21a、与从S态转换成P态红光束21b。其中，红光束21b穿过分棱镜131与132介面，而受到红色液晶面板22反射而转换为S态红光束22b，并接着通过偏振相位延迟器17，故通过其间红光束22b将由S态转换成P态，并接着透射出偏振合分光棱镜14、偏振相位延迟器18、及偏振片19，而形成投射影像蓝光分量23a。至此，将以上红蓝绿三股处于P态光分量23b、23a与4b叠合即成为LCD投影机影像。

上述图1的公知技术由于包括多个偏振相位延迟器15，16，17与18，由于的造价较高，从而增加了分合光系统的造价。

如图2所示，相续利用通过平板偏振器31、32、33代替了先前偏振合分光棱镜11、12、13与14，这样在一定程度上缓解了因“立方体形”形成的热梯度，也一定程度上提高了图象的对比度。然而由于该分光系统的光束g1，b1以及r1入射平板偏振片31、32、33都是45度角入射，而当一会聚光束入射该平板偏振片时，由于该会聚光束与该平板偏振片成45度入射，而当要求一定大小光斑时，就需增加该平板偏振片的长度，从而增加其成本和空间，再者由于平板偏振片31、32、33在高温状态下，容易产生扭曲变形而影响其成像质量。这样在设计该平板偏振片31、32、33时，需考虑其厚度和平整性，无形中增加了该设备的成本，又由于对于投影仪器来说，将光源有效的放置在屏幕上以及在屏幕上获得高分辨率和对比度的高密度信息图像，都要求Ts/Tp＜＜Rp/Rs，这就要求尽量避免反射出射。

发明内容

本实用新型的一个目的是提供一种转换效率大，对比度高，结构紧凑以及成本低的液晶投影系统。

本实用新型一种反射式液晶投影系统，其包括产生所需光源的光源模组、形成影像的分合色模组以及影像投影电视显示屏幕上的镜头组；其特征在于所述的分合色模组包括将其接受光源并将其分光成两不同波长范围第一，二频带光的第一二向色棱镜、接受第一频带光的第一聚光透镜组，接受第二频带光的第二聚光透镜组，将第二频带光分光成两不同波长范围色光的第二二向色棱镜，以及改变第一频带光的传输光路的第一反射镜，以及改变第三频带光传输方向的第二、三反射镜，以及第一、二、三频带光垂直入射的第一、二、三偏振光束分离棱镜，邻近相互垂直排列并接受第一二向色棱镜的两色光的第一、二反射液晶显示板及接受第二二向色棱镜的第三反射式液晶显示板，合色棱镜对应并接受第一、二、三反射式液晶显示板经第一、二、三偏振光束分离棱镜反射回的影像。

其中：

所述光源模组包括光源、一放大率变化光学转换系统及一偏振转换系统。

第一、二、三偏振光束分离棱镜包括第一多边体和第二多边体，以及第一多边体和第二多边体之间形成一公共面。该公共面和反射式液晶显示板之间的夹角小于40度。

第一多边体保证光束从第一边垂直入射，第一多边体的第二边平行其相对应的反射式液晶投影显示板，第二多边体包括一光束出射垂直边，第一、二、三频带光路包括一调节光通量的光阑。

由于本实用新型采用包括第一、二、三偏振光束分离棱镜都是以小于40度的传输角传输光束以及第一、二、三频带光都是垂直入射第一、二、三偏振光束分离棱镜，从而提高了光束的转化率，再则由于第一、二、三偏振光束分离棱镜对平整度和厚度要求不高，从而降低了本系统的成本。又第一、二、三频带光在投影路径过程中基本采用透射传输的光学紧凑设计，这样提高了本实用新型的对比度。这样本实用新型具有以下优点在于：

1.光学设计灵活，结构紧凑。

2.分辨率和对比度好。

3.成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1，图2为公知分光系统的光路原理图。

图3为本实用新型的第一实施例的示意图。

图4为本实用新型的第二实施例的示意图。

图5为本实用新型的偏振光束分离棱镜的示意图。

具体实施方式

图3为本实用新型的第一实施例。

如图3所示，本实用新型包括光源模组30、分合光模组40以及镜头50。

其中，光源模组30包括一光源31、一放大率变化光学转换系统32及一偏振转换系统33。所述光源31发射出来的光束经过放大率变化光学转换系统32进行放大，然后再经偏振转换系统33将光束偏振态转换成所需的s偏振态，再投射至光合光模组40。

分合光模组40包括至少三个二向色棱镜411、412、413、至少两个透镜组421、422、三个偏振光束分离棱镜431、432、433、三个用以显示红色调、绿色调及兰色调影像的反射式液晶显示板441、442、443、反射镜451、452以及合光棱镜46。

其中二向色棱镜441将在接受到光源组30所投射出的s偏振态的光束L1后，将该光束分光成两个不同波长范围的s偏振态光束g1以及s偏振态光束b1+r1，其中s偏振态光束g1经由透镜组422投射至反射镜451，该反射镜451改变s偏振态光束g1的传输方向，进入二向色棱镜412，穿过该二向色棱镜412垂直进入偏振光束分离棱镜431中，借由该偏振光束分离棱镜431投射至反射式液晶显示板441，s偏振态光束g1借由该反射式液晶显示板441调制成p偏振态光束影像g2射出；

如上所述s偏振光束b1+r1经由透镜组421进入二向色棱镜413，所述二向色棱镜413将s偏振态光束b1+r1分离成s偏振态光束b1和s偏振态光束r1，其中，s偏振态光束b1借由所述二向色棱镜413反射，以及借由二向色棱镜412反射垂直进入偏振光束分离棱镜432中，借由偏振光束分离棱镜432反射进入反射式液晶显示板442中，而后借由该反射式液晶显示板442调制成p偏振光束影像b2反射出来；

s偏振态光束r1通过所述二向色棱镜413，通过反射镜451改变该s偏振态光束r2的传输方向，垂直进入偏振光束分离棱镜433中，借由偏振光束分离棱镜433反射进入反射式液晶显示板443，而后借由该反射式液晶显示板443调制成p偏振光束影像r2反射出来；

如上出射的p偏振光束影像g2，p偏振光束影像b2以及p偏振光束影像r2通过合光棱镜46进入镜头50，进行图象显示。

在本实用新型的该实施例中，其中光束g1通路，光束b1通道以及光束r1各包括一光阑471、472、473，用以调整各光束g1，b1，r1的光通量。进一步提高该系统的光学质量。

在本实用新型的实施例中，还可包括1/2波片481，482，分别将p偏振光束影像b2和p偏振光束影像r2改变为s偏振光束影像b2和s偏振光束影像r2。

图4为本实用新型的另一实施例。

如图4所示，本实用新型包括光源模组60、分合光模组70以及镜头80。

其中，光源模组60包括一光源61、一放大率变化光学转换系统62及一偏振转换系统63。所述光源61发射出来的光束L1经过放大率变化光学转换系统62进行放大，然后再经偏振转换系统63将光束偏振态转换成所需的s偏振态L1，再投射至光合光模组70。

分合光模组70包括至少来两个二向色棱镜711、712，至少五个透镜组721、722、723、724、725、三个偏振光束分离棱镜731、732、733、三个用以显示红色调、绿色调及兰色调影像的反射式液晶显示板741、742、743、反射镜751、752、753以及合光棱镜76。

其中二向色棱镜711将在接受到光源组60所投射出的S偏振光束L1后，将S偏振光束L1分成两个不同波长范围的S偏振光束r1以及S偏振光束b1+g1，其中S偏振光束r1经由透镜组721投射至反射镜751，该反射镜751改变S偏振光束r1的传输方向，垂直射入偏振光束分离棱镜731中，借由该偏振光束分离棱镜731投射至反射式液晶显示板741，S偏振光束r1借由该反射式液晶显示板741调制成p偏振光束影像r2射出；

如上所述S偏振光束b1+r1经由透镜组722进入二向色棱镜712，所述二向色棱镜712将S偏振光束b1+g1分离成S偏振光束b1和S偏振光束g1，其中，S偏振光束g1借由所述二向色棱镜712反射，而后通过透镜组723垂直进入偏振光束分离棱镜732中，借由偏振光束分离棱镜732射出进入反射式液晶显示板742，而后借由该反射式液晶显示板742调制成p偏振光束影像g2反射出来；

上述S偏振光束b1通过所述二向色棱镜712，通过反射镜752改变该S偏振光束b1的传输方向，通过透镜组724，再次通过反射镜753改变其传输方向，再通过一透镜组725而垂直进入偏振光束分离棱镜733中，借由偏振光束分离棱镜733出射进入反射式液晶显示板743，而后借由该反射式液晶显示板743调制成p偏振光束影像b2反射出来；

在本实用新型的实施例中，还可包括1/2波片781，782，分别将p偏振光束影像b2和p偏振光束影像r2改变为s偏振光束影像b2和s偏振光束影像r2。

如上出射的p偏振光束影像g2，s偏振光束影像b2以及s偏振光束影像r2通过合光棱镜76进入镜头80，进行图象显示。

在本实用新型的该实施例中，其中光束g1通路，光束b1通道以及光束r1各包括一光阑771、772、773，用以调整各光束g1、b1、r1的光通量。进一步提高该系统的光学色彩。

为了进一步说明本实用新型的功效，图5为本实用新型的偏振光束分离棱镜的示意图，如图5所示，该偏振光束分离棱镜90包括第一多边体91和第二多边体92，其中第一多边体91的第二面912和反射式液晶显示板94之间的夹角α低于40度，第一多边体91的第一面91和反射式液晶显示板94之间的夹角β保证s偏振光束L1从第一多边体91的第一面911垂直入射，而后s偏振光束L1在第一多边体91的第二面912处进行反射，经过同反射式液晶面板94平行的第一多边体91的第三面913，而后垂直进入反射式液晶显示板94，这样角α和角β之间的关系推算得β等于角α的两倍，借由液晶显示板94调制成的p偏振光束影像L2射入第二多边体92中。从上述图5中可知，由于s偏振光束L1入射该偏振光束分离棱镜90的入射角(理论值等于α)基本可以设计在小于40度，s偏振光束L1的入射角越小，光束利用率较高，同时，还可以根据需要改变α角来提高光束利用率。本图中仅仅其中一个偏振光束分离棱镜做具体说明，其他的偏振光束分离棱镜同样具有如上特性。

由于本实用新型采用包括第一、二、三偏振光束分离棱镜都是以小于40度的入射角传输光束以及光束g1、b1、r1都是垂直入射第一、二、三偏振光束分离棱镜，从而提高了光束的转化率，再则光束g1、b1、r1在投影路径过程中基本采用投射传输，这样提高了本实用新型的对比度。以及本实用新型包括调节光通量的光阑，这样本实用新型具有以下优点在于：

1.提高光束转化率，结构紧凑。

2.分辨率和对比度较好。

3.成本低。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (16)

1.一种反射式液晶投影系统，其包括产生所需光源的光源模组、形成影像的分合色模组以及影像投影电视显示屏幕上的镜头组；其特征在于所述的分合色模组包括将其接受光源并将其分光成两不同波长范围第一，二频带光的第一二向色棱镜、接受第一频带光的第一聚光透镜组，接受第二频带光的第二聚光透镜组，将第二频带光分光成两不同波长范围色光的第二二向色棱镜，以及改变第三频带光的传输光路的反射镜，反射第二频带光，投射第一频带光的第三二向色棱镜以及第一、二、三频带光垂直入射的第一、二、三偏振光束分离棱镜，邻近相互垂直排列并接受第一二向色棱镜的两色光的第一、二反射液晶显示板及接受第二二向色棱镜的第三反射式液晶显示板，合色棱镜对应并接受第一、二、三反射式液晶显示板经第一、二、三偏振光束分离棱镜反射回的影像。

2.如权利要求1所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一、二、三频带光路包括一调节光通量的光阑。

3.如权利要求1所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，所述光源模组包括光源、一放大率变化光学转换系统及一偏振转换系统。

4.如权利要求1所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一、二、三偏振光束分离棱镜包括第一多边体和第二多边体。

5.如权利要求4所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，该第一多边体的第二面和反射式液晶显示板之间的夹角低于40度。

6.如权利要求4所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一多边体的第一面和相应液晶显示板之间的夹角为该反射式液晶显示板和第一多边体的第二面之间夹角的两倍，使光束从第一面垂直入射。

7.如权利要求4所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一多边体的第三边平行其相对应的反射式液晶投影显示板。

8.如权利要求4所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第二多边体包括一光束垂直出射。

9.一种反射式液晶投影系统，其包括产生所需光源的光源模组、形成影像的分合色模组以及影像投影电视显示屏幕上的镜头组；其特征在于所述的分合色模组包括将其接受光源并将其分光成两不同波长范围第一，二频带光的第一二向色棱镜、接受第一频带光的第一聚光透镜组，接受第二频带光的第二聚光透镜组，将第二频带光分光成两不同波长范围色光的第二二向色棱镜，以及改变第一频带光的传输光路的第一反射镜，以及改变第三频带光传输方向的第二、三反射镜，以及第一、二、三频带光垂直入射的第一、二、三偏振光束分离棱镜，邻近相互垂直排列并接受第一二向色棱镜的两色光的第一、二反射液晶显示板及接受第二二向色棱镜的第三反射式液晶显示板，合色棱镜对应并接受第一、二、三反射式液晶显示板经第一、二、三偏振光束分离棱镜反射回的影像。

10.如权利要求9所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一、二、三频带光路包括一调节光通量的光阑。

11.如权利要求9所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，所述光源模组包括光源、一放大率变化光学转换系统及一偏振转换系统。

12.如权利要求9所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一、二、三偏振光束分离棱镜包括第一多边体和第二多边体。

13.如权利要求12所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，该第一多边体的第二面和反射式液晶显示板之间的夹角低于40度。

14.如权利要求12所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一多边体的第一面和相应液晶显示板之间的夹角为该反射式液晶显示板和第一多边体的第二面之间夹角的两倍，使光束从第一面垂直入射。

15.如权利要求13所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第一多边体的第三边平行其相对应的反射式液晶投影显示板。

16.如权利要求13所述的一反射式液晶投影系统，其特征在于，第二多边体包括一光束垂直出射。

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