專利名稱：液晶背投影電視光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶背投影電視光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
背投影顯示是實現(xiàn)高分辨大屏幕顯示的主要手段之一，是高清晰度電視的重要顯示技術(shù)。目前常規(guī)的CRT(陰極射線管)背投影顯示器，采用紅Tr、綠Tg、藍Tb三色投影管分別經(jīng)過三個投影物鏡4r，4g，4b，構(gòu)成一個三角形投影，經(jīng)反射鏡M反射后，成像于背投影屏幕合成出彩色圖像。該系統(tǒng)由于采用了三個互成角度的投影物鏡，因此三色圖像在屏幕上有不同的夾角，極易造成屏幕顯示圖像的不均勻性(圖1)。目前出現(xiàn)的另外一種利用單塊彩色顯示液晶屏為圖像源的投影顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用彩色液晶屏LCD，將燈1的光束通過透鏡2擴束，并由菲涅耳鏡3a準(zhǔn)直，照明彩色LCD屏，由菲涅耳鏡3b匯聚，經(jīng)透鏡5投影成像于屏幕。系統(tǒng)簡單，但是能量利用率低，顯示圖像的色彩較少，圖像質(zhì)量較差，亮度低適合于要求不高的小屏幕顯示(圖2)。上述系統(tǒng)分辨率亮度較低，無法滿足當(dāng)前多媒體顯示以及高清晰度電視顯示的要求；發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種液晶背投影電視光學(xué)引擎。
一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，采用短弧氣體放電燈作為光源，應(yīng)用拋物形反光鏡作為燈的反光碗，產(chǎn)生平行照明光束；該光束經(jīng)兩塊復(fù)眼透鏡后由偏振轉(zhuǎn)換合成器轉(zhuǎn)換成單一偏振分量的光束；再由第一二色分色鏡分色，反射出紅光，經(jīng)第三反射鏡與第三透鏡后照射于紅路液晶屏；第一二色分色鏡透射的光，由第二二色分色鏡反射分色出綠光，經(jīng)第一透鏡照射綠路液晶屏；由第二二色分色鏡分光后的的藍光經(jīng)過第九透鏡，第一反射鏡，第八透鏡，第二反射鏡以及第二透鏡之后照射于藍路液晶屏；三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的型合色棱鏡，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
另一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，采用橢球反光鏡作為燈的反光碗，直接聚焦照明于玻璃方棒或有四個反射鏡面構(gòu)成的空心光束均勻器，變成與液晶屏形狀相似的光斑，然后經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換合成系統(tǒng)，第四透鏡，經(jīng)第一二色分色鏡分光，反射出紅光，經(jīng)第三反射鏡與第三透鏡后照射于紅路液晶屏；第一二色分色鏡透射的光，由第二二色分色鏡反射分色出綠光，經(jīng)第一透鏡照射綠路液晶屏；由第二二色分色鏡分光后的的藍光經(jīng)過第九透鏡，第一反射鏡，第八透鏡，第二反射鏡以及第二透鏡之后照射于藍路液晶屏；三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的型合色棱鏡，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)應(yīng)用三片式高分辨液晶顯示屏，采用光學(xué)分色合色系統(tǒng)，實現(xiàn)高分辨高亮度真實色彩的大屏幕多媒體背投影顯示器。
2)采用了F型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)適合于背投影成像系統(tǒng)，減少背投影機的厚度3)采用了梯度的分色合色光學(xué)干涉薄膜技術(shù)，實現(xiàn)顯示屏幕上的色彩均勻性。
4)采用了可旋轉(zhuǎn)的燈架結(jié)構(gòu)，使得該背投影顯示引擎能夠適應(yīng)單次反射系統(tǒng)與二次反射系統(tǒng)。
圖1是CRT背投影顯示器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單板彩色LCD投影顯示器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)是一種三片式液晶背投影光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是另一種三片式液晶背投影光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是梯度二色分色鏡光譜分布示意圖；圖5(a)是一種本引擎分色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(b)是另一種本引擎分色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本引擎的兩種安裝方法示意圖；圖7是本引擎高精度注塑密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖8(a)是本引擎用于一次反射背投時的燈架位置結(jié)構(gòu)示意圖；圖8(b)是本引擎用于兩次反射背投時的燈架位置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
一種液晶背投影電視光學(xué)引擎采用短弧氣體放電燈作為光源，應(yīng)用拋物形反光鏡作為燈的反光碗，產(chǎn)生平行照明光束；該光束經(jīng)兩塊復(fù)眼透鏡2a、2b后由偏振轉(zhuǎn)換合成器PZ轉(zhuǎn)換成單一偏振分量的光束；再由二色分色鏡D1分色，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；二色分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R、G、B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
另一種液晶背投影電視光學(xué)引擎采用橢球反光鏡作為燈的反光碗1，直接聚焦照明于玻璃方棒或有四個反射鏡面構(gòu)成的空心光束均勻器2，變成與液晶屏形狀相似的光斑，然后經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換合成系統(tǒng)，透鏡L4，經(jīng)二色分色鏡D1分光，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R、G、B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡5，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡6投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
所說的二色分色鏡D1、二色分色鏡D2采用了多層膜的薄膜厚度沿Y方向漸變的結(jié)構(gòu)。二色分色鏡D1、D2的組合有兩種一種是先由二色分色鏡D1反射紅光，透射綠光與藍光，二色分色鏡D2反射綠光，透過藍光；另一種是先由二色分色鏡D1反射藍光，透射綠光與紅光，二色分色鏡D2反射綠光，透過紅光。該引擎采用了可調(diào)節(jié)角度的燈架結(jié)構(gòu)DJ。
如圖3(a)所示，系統(tǒng)中采用短弧氣體放電燈作為光源，應(yīng)用拋物形反光鏡作為燈的反光碗，產(chǎn)生平行照明光束。該光束經(jīng)兩塊復(fù)眼透鏡2a，2b后由偏振轉(zhuǎn)換合成器PZ轉(zhuǎn)換成單一偏振分量的光束。再由二色分色鏡D1分色，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R，G，B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。整個光學(xué)引擎系統(tǒng)采用 型排列，使系統(tǒng)在投影物鏡軸線方向尺寸最小，這也是本發(fā)明的重要一點，是背投影光學(xué)引擎的設(shè)計原則之一。
如圖3(b)所示，采用橢球反光鏡作為燈的反光碗1，直接聚焦照明于玻璃方棒或有四個反射鏡面構(gòu)成的空心光束均勻器2，變成與液晶屏形狀相似的光斑，然后經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換合成系統(tǒng)，透鏡L4，經(jīng)二色分色鏡D1分光，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R，G，B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡5，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡6投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。整個光學(xué)引擎系統(tǒng)采用 型排列，使系統(tǒng)在投影物鏡軸線方向尺寸最小。
如圖4所示，二色分色鏡是由多層光學(xué)干涉薄膜構(gòu)成。光學(xué)干涉薄膜器件基于薄膜的干涉機理，對于不同入射角度的光線，反射與透射的光譜有一定的偏移。為了確保投影在屏幕上的彩色合成光束具有很好的色彩均勻性，二色分色鏡的多層光學(xué)薄膜器件采用了多層膜的薄膜厚度沿Y方向漸變的結(jié)構(gòu)，使得分色薄膜的分色光譜在不同的Y位置有不同的分色光譜，這樣由于不同的Y位置光束入射角不同引起的色彩的偏離現(xiàn)象就可以克服。
如圖5(a)所示光學(xué)引擎系統(tǒng)中的二色分色鏡的組合有兩種一種是先分紅光，再分藍綠。如圖5a所示，D1反射紅光透過藍綠光；D2反射綠光透射藍光。
如圖5(b)所示，另一種是先由D1反射藍光，透射綠光與紅光，D2反射綠光，透過紅光。不同的分色方案，對應(yīng)于不同的系統(tǒng)組合，在器件的制備的成品率上有所不同，而且分色鏡的分色梯度兩個系統(tǒng)不完全一樣。但在投影成像的效果上沒有太大的差異。
如圖6所示，背投影顯示的光學(xué)引擎將液晶屏的圖像經(jīng)過一次或兩次反射后投影成像于背投影屏幕。一次反射背投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只需要一塊反射鏡，但系統(tǒng)的厚度較厚，而且光學(xué)引擎傾斜擺放，不利安裝調(diào)試。兩次反射利用大小兩塊反射鏡，實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)折，減小背投影整機的厚度，引擎也可以水平擺放。一次反射或者兩次反射對光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)提出不同的要求，而且系統(tǒng)整機結(jié)構(gòu)也有很大的不同，背投影整機的厚度也不一樣。
如圖7所示，背投影光學(xué)引擎在機構(gòu)上采用鋁結(jié)構(gòu)支撐架LV與高精度注塑密封光學(xué)元件殼K1相結(jié)合的光學(xué)元件固定系統(tǒng)。高精度注塑密封光學(xué)元件殼采用殼體K1加上蓋K2的結(jié)構(gòu)，固定所有的透鏡與分色元件。在照明燈源的固定上，采用燈架DJ與可換燈抽盒DL結(jié)構(gòu)，燈架DJ與高精度注塑密封光學(xué)元件殼采用殼體K1為兩體，以實現(xiàn)燈的方便換取。最后將高精度注塑密封光學(xué)元件殼固定在鋁結(jié)構(gòu)支撐架LV上構(gòu)成一個完整的光學(xué)引擎。
如圖8所示，為了使本發(fā)明的光學(xué)引擎能夠適應(yīng)不同反射結(jié)構(gòu)本專利提出了一種能夠應(yīng)用于不同反射工作模式的光學(xué)引擎。將燈架結(jié)構(gòu)DJ改為可調(diào)節(jié)角度的結(jié)構(gòu)，當(dāng)引擎應(yīng)用于二次反射的水平安裝與一次反射的傾斜安裝，均能保證在換燈時，燈抽盒的抽出方向保持在水平方向上以保證背投影整機的系統(tǒng)完整性，避免換燈時，因拆卸困難而使換燈后，燈芯的位置發(fā)生變化影響顯示效果，簡化換燈的過程。
權(quán)利要求
1.一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于采用短弧氣體放電燈作為光源，應(yīng)用拋物形反光鏡作為燈的反光碗，產(chǎn)生平行照明光束；該光束經(jīng)兩塊復(fù)眼透鏡2a、2b后由偏振轉(zhuǎn)換合成器PZ轉(zhuǎn)換成單一偏振分量的光束；再由二色分色鏡D1分色，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；二色分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R、G、B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于所說的二色分色鏡D1、二色分色鏡D2采用了多層膜的薄膜厚度沿Y方向漸變的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，所說的二色分色鏡D1、D2的組合有兩種一種是先由二色分色鏡D1反射紅光，透射綠光與藍光，二色分色鏡D2反射綠光，透過藍光；另一種是先由二色分色鏡D1反射藍光，透射綠光與紅光，二色分色鏡D2反射綠光，透過紅光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于該引擎采用了可調(diào)節(jié)角度的燈架結(jié)構(gòu)DJ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于該引擎具有適用于背投影顯示投影物鏡軸線方向尺寸最小的 型光學(xué)元器件組合結(jié)構(gòu)。
6.一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于采用橢球反光鏡作為燈的反光碗1，直接聚焦照明于玻璃方棒或有四個反射鏡面構(gòu)成的空心光束均勻器2，變成與液晶屏形狀相似的光斑，然后經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換合成系統(tǒng)，透鏡L4，經(jīng)二色分色鏡D1分光，反射出紅光，經(jīng)反射鏡M3與透鏡L3后照射于紅路液晶屏RLCD；分色鏡D1透射的光，由二色分色鏡D2反射分色出綠光，經(jīng)透鏡L1照射綠路液晶屏GLCD；由二色分色鏡D2分光后的的藍光經(jīng)過透鏡L9，反射鏡M1，透鏡L8，反射鏡M2以及透鏡L2之后照射于藍路液晶屏BLCD；R、G、B三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后，形成三色圖像，在經(jīng)過一個有四塊小直角棱鏡組成的X型合色棱鏡5，將三色光束合成一束彩色圖像，經(jīng)投影物鏡6投影，由反射鏡一次或兩次反射后投影成像于背屏幕。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于所說的二色分色鏡D1、二色分色鏡D2采用了多層膜的薄膜厚度沿Y方向漸變的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于所說的二色分色鏡D1、D2的組合有兩種一種是先由二色分色鏡D1反射紅光，透射綠光與藍光，二色分色鏡D2反射綠光，透過藍光；另一種是先由二色分色鏡D1反射藍光，透射綠光與紅光，二色分色鏡D2反射綠光，透過紅光。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于該引擎采用了可調(diào)節(jié)角度的燈架結(jié)構(gòu)DJ。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶背投影電視光學(xué)引擎，其特征在于該引擎具有適用于背投影顯示投影物鏡軸線方向尺寸最小的 型光學(xué)元器件組合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液晶背投影電視光學(xué)引擎。它采用短弧氣體放電燈經(jīng)反光碗,產(chǎn)生平行照明光束;經(jīng)兩塊復(fù)眼透鏡后由偏振轉(zhuǎn)換合成器轉(zhuǎn)換成單一偏振分量的光束;再由二色分色鏡分色,反射出紅光,經(jīng)反射鏡與透鏡后照射于紅路液晶屏;二色分色鏡透射的光,由二色分色鏡反射分色出綠光,經(jīng)透鏡照射綠路液晶屏;由二色分色鏡分光后的藍光經(jīng)過透鏡,反射鏡,透鏡,反射鏡以及透鏡之后照射于藍路液晶屏;三束光經(jīng)三個液晶片調(diào)制后,形成三色圖像,在經(jīng)過合色棱鏡,將三色光束合成一束彩色圖像,經(jīng)投影物鏡投影,由反射鏡投影成像于背屏幕。本發(fā)明減少背投影機的厚度,提高顯示屏幕上的色彩均勻性。實現(xiàn)高分辨高亮度真實色彩的大屏幕多媒體背投影顯示器。
文檔編號G03B21/28GK1383034SQ0211184
公開日2002年12月4日 申請日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者劉旭, 李海峰, 劉向東, 蔣登斌, 鄭臻榮 申請人:杭州浙大科特光電科技有限公司, 浙江大學(xué)