CN2904018Y - 液晶投影光学系统 - Google Patents

Abstract

一种液晶投影光学系统，包括一灯源；一照明光路组，照明光路组包括使光均匀化的装置和将光转化为同一偏振光的装置，以及将白光分为含一色偏振光和含二色偏振光的分光片，以及用以将一束光束的偏振状态转化为另一束光束偏振状态二分之一波片；还包括一合光成像模组，其中第一偏振转换装置用于将入射来的双色偏振光分光再经液晶成像单元转换极性后合成进入合光装置，第二偏振转换装置用于将入射来的单色偏振光经液晶成像单元转换极性后合成进入合光装置；一镜头；一组三片反射式液晶成像装置。

Description

液晶投影光学系统

技术领域

本实用新型涉及用于投影成像的光学引擎，主要是指一种使用三个反射式硅基液晶板进行成像的新型液晶投影光学系统。

背景技术

目前，投影系统可大致分为透射式和反射式，这两种系统都包括灯源、紫外和红外滤光片、透镜阵列、偏振转换系统、聚光透镜、合光成像系统及物镜。已知的反射式系统是将白光通过分光系统分为三种基本颜色，一般为红、绿、蓝三色，将这三种光分别照射到成像面板上成像，并通过控制面板驱动来调节各面板上光的灰度层次，再利用合光成像系统将三个成像模块所成的像汇聚，并通过投影物镜投射到屏幕上。上述结构一般存在结构复杂、采用部件较多、体积大和制造成本高等不足。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种液晶投影光学系统，该系统通过使用常用而经济的光学元件构建了一个可用于微型光阀成像元件的光路系统，克服了已有的此类投影系统存在的不足，满足了实用性、经济性、小型化等的需要。

本实用新型的技术方案是：这种系统包括一照明光路组和一合光成像模组，其中照明光路组包括照明光源、滤光片、透镜阵列、偏振转换系统、分光组；合光成像模组包括分光部件、反射型成像部件、偏振光分离装置、合光棱镜、物镜；其主要结构是所述分光组与分光部件之间设有二分之一波片，其中用二分之一波片和分色镜片的组合，组成了分光偏振配置。

该技术方案还包括：

所述分光组包括一分光镜和两个反射镜，所述分光部件为一分色镜片，其中二分之一波片设置在反射镜与分色镜片之间。

所述二分之一波片为单一元件或贴附在包括玻璃、石英、蓝宝石上的复合元件。

所述分光部件为镀有二向色膜的平板或镀有二向色膜的棱镜。

所述合光棱镜为镀有二向色膜的立方棱镜或镀有二向色膜的平板。

所述合光棱镜出射光面之长垂直侧面涂有墨。

所述偏振光分离装置为PBS棱镜或平板式反射型偏振器。

所述二分之一波片或垂直或水平设置在反射镜与分色镜片之间。

本实用新型具有的有益效果：该光学引擎使用三个反射式硅基液晶板进行成像，其光学系统的设计采用非常经济而实用的光学部件，整体结构合理且整个光学系统影像表现良好，并且有利于实际产业化。

附图说明

图1是本实用新型的合光成像模组示意图，包括棱镜形状的偏振光分离装置和合光棱镜，以及反射型成像部件及分光部件。其中41二分之一波片、42分光部件、51反射型成像部件、61偏振光分离装置、63合光棱镜、70物镜。

图2本实用新型的照明部分示意图，包括使光均匀部件及偏振光产生部件和分光光路。其中10照明光源、10a滤光片、11a、11b透镜阵列、12偏振转换系统、13聚光透镜、21分光镜、22反射镜。

图3是图2的分光光路及二分之一波片的使用示意图，其中二分之一波片为垂直状态。

图4是图1的分光部件42的光谱范例图。

图5是图2的分光光路及二分之一波片的使用示意图，其中二分之一波片为水平状态。

图6是图1的另一结构示意图，表示其中的关键部件由棱镜改为平板镜片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

本系统中包括一灯源；一照明光路组，该照明光路组包括使光均匀化的装置和将光转化为同一偏振光的装置，以及分光片用以在照明光路中将白光分为含一色偏振光的光束和含二色偏振光的光束，以及二分之一波片用以将一束光束的偏振状态转化为不同于另一束光束偏振状态的光束；本系统还包括一合光成像模组，其中有第一偏振转换装置和第二偏振转换装置以及合光装置，第一偏振转换装置用于将入射来的双色但不同偏振态的偏振光分光再经液晶成像单元转换极性后合成进入合光装置，第二偏振转换装置用于将入射来的单色偏振光经液晶成像单元转换极性后合成进入合光装置；一镜头，用来将影像投射出去；一组三片反射式液晶成像装置，用以成像输出并能将反射出的偏振光转化偏振态。

本光学系统的主要特点是：

在光学系统的照明模块中采用二分之一波片41来改变某一波长范围光的偏振状态，将某一态的线偏振光旋转90度为另一类型线偏振光，从而减少了光学系统后续成像模块中偏振光的处理，简化了整个光学系统设计。其中二分之一波片41的放置位置可根据设计需要选择(或垂直或水平)，以适应不同的设计。如图3、图5所示。

二分之一波片41的选择使用，可为单一元件也可贴附在其它透明材料上如玻璃或是石英、蓝宝石等材料上，以适应不同的散热需要。

在如图3所示光路中，两个反射镜22可为普通的反射镜也可以为带滤光功能的的滤光片。

分光部件42为镀二向色膜的平板，用以将白光分成二不同波段的色光，也可选择镀有二向色膜的棱镜。

合光棱镜63为镀二向色膜的立方棱镜(如图1所示)，用以将不同波段的色光所形成的像合成，等光程输出到镜头，减少成像的像差。也可以为镀二向色膜的平板部件(如图6所示)。

合光棱镜63出射光面之长垂直侧面可涂墨，以吸收膜层反射的杂光，以提高对比度。

两个偏振光分离装置61可采用传统的立方体PBS棱镜，也可以用平板式反射型偏振器取代，由于反射型偏振器对光线入射角度不敏感，故其偏振效果不受入射角度的影响，且因其外形尺寸因素，使系统具有更佳的对比度，更大的散热空间，同时也更易装配。如图6所示。

工作原理

在此光学系统中，包括一个照明光源10；一个使照明光偏极化和均匀性的系统11a、11b、12、13；一组将白光分为不同色光的分光镜和反射镜21、22；一个二分之一波片41；一个分色镜片42，二个偏振光分离装置61；三个将入射的偏振光附带影像反射并可改变反射光偏振态的反射型成像部件51；将反射型成像部件所成像汇聚合成的二向色合光棱镜63；一个投影物镜单元70，用以将三色汇聚的像放大投射到屏幕上。

在此系统中，使用了UV滤光片10a，可以有效减弱从灯泡射出光中的有害UV光线，提高光路所用的有机波片和反射型成像部件的寿命。

在此光学系统中，采用了使照明光偏极化和均匀性的系统11a、11b，12，13，从照明单元出射的光经过一复眼透镜被分割成一定数量的与面板相同长宽比的光束，每个光束独立的照射在成像部件上，以达到成像部件上各处光均匀的效果。偏极转化部件将自然光分为P光和S光后，利用二分之一波片将某一P光或S光转换为S光或P光，以达到出射光为单一偏振光的作用。请参考图2。

在此光学系统中，包括有一分光组21、22，21其所镀为二向色膜，其作用是将入射的白光分解成三色光，如分一道光束为红光，另一道光为绿蓝合色的光即青色光。22两个部件为反射镜，其作用是将光曲折反射。22二个部件也可为滤光片，对一段波长范围的光进行修正以优化出射影像的色彩或其它，如反射光中有红光的反射镜也可以为滤光片，将光线中的红外光滤去，以减少后面光路中的热量，优化散热设计，请参考图3。

在此光学系统中，有一二分之一波片41，用于将透过的线性偏振光的偏振态旋转90度，转换为另一偏振光，如将P光转为S光或将S光转为P光。如采用的波片为有机物质构成，波片需贴附在其它透明材料上如玻璃或是石英、蓝宝石等，视热量计算来考虑选择，以避免波片损坏。请参考图3、图5。

在此光学系统中，有一分色镜片42，其作用是根据需要将某一波长范围的色光透过，另一部分的色光反射。分色镜片的作用和光的偏振态无关，而和光的波长范围相关。如反射绿光，透过红光和蓝光，镜片的镀膜光谱特性可参见图4。位置图图1、图3、图5。

在此光学系统中，包括二个偏振光分离装置61，其作用是根据入射光的偏振状态反射或是透过，如透过P偏光反射S偏光。反射光偏离装置即可用常见的光学元件如立方体PBS棱镜，也可采用平板式PBS元件，如wire gridpolarizer。请参考图1、图6。

在此光学系统中，有三个反射型成像部件51，通过偏振光分离装置61分离出的三色偏振光，将分别照射到此三个部件上，并反射回带有影像的光信息，并控制反射出的光的偏振态或维持原状或改变，反射出来的光将再次经过二个偏振光分离装置61。请参考图1、图6。

在此光学系统中，有一二向色合光棱镜63，它可以在反射某一波长范围的光同时透过其它波长范围的光，用于将再次经过二个偏振光分离装置61的光聚合起来再投射到镜头70中，三个经反射型成像部件所成的单色光影像将合成成一副彩色的影像。棱镜也可采用平板器件代替。请参考图1、图6。

二分之一波片的采用是重点，其采用实现了整个光机分合光系统的简化，需说明其主要功能是“在对可见光进行分光后，对通过二分之一波片的光束的整体偏振状态进行转换，并与其后的分光镜进行配合，实现了不同色光不同偏振状态的配置，从而减少了分合光系统中偏振光转换部件的采用，简化了光机结构”。

Claims (7)

1.一种液晶投影光学系统，包括一照明光路组和一合光成像模组，其中照明光路组包括照明光源、滤光片、透镜阵列、偏振转换系统、分光组；合光成像模组包括分光部件、反射型成像部件、偏振光分离装置、合光棱镜、物镜；其特征是所述二分之一波片和分色镜片的组合，组成分光偏振配置。

2.如权利要求1所述的液晶投影光学系统，其特征是所述分光组包括一分光镜和两个反射镜，所述分光部件为一分色镜片，其中二分之一波片设置在反射镜和分色镜片之间。

3.如权利要求1或2所述的液晶投影光学系统，其特征是所述二分之一波片为单一元件或贴附在包括玻璃、石英、蓝宝石上的复合元件。

4.如权利要求1或2所述的液晶投影光学系统，其特征是所述分光部件为镀有二向色膜的平板或镀有二向色膜的棱镜。

5.如权利要求1所述的液晶投影光学系统，其特征是所述合光棱镜为镀有二向色膜的立方棱镜或镀有二向色膜的平板。

6.如权利要求1所述的液晶投影光学系统，其特征是所述合光棱镜出射光面之长垂直侧面涂有墨。

7.如权利要求1所述的液晶投影光学系统，其特征是所述偏振光分离装置为PBS棱镜或平板式反射型偏振器。

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