專利名稱：一種反射式液晶投影系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及投影顯示系統(tǒng)的彩色分合光系統(tǒng)，特別涉及該系統(tǒng)將入射光束分成不同色彩光的通道，而利于空間圖象信息疊印的反射式液晶投影系統(tǒng)。
背景技術：
在投影顯示系統(tǒng)中，包括一彩色分合光系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求利于生產的同時具有高分辨率。然而，高對比度的彩色分合光系統(tǒng)需要采用高性能專業(yè)材料來實現(xiàn)，這樣將增加整個設備成本的。
事實證明，先前技術的彩色分合光系統(tǒng)在保持合理的光通量的同時，是不能提供即廉價又具高對比度的彩色分合光系統(tǒng)，這是由于現(xiàn)有技術利用PBS分光棱鏡，該PBS分光棱鏡在彩色分合光系統(tǒng)起到分光合光的功效，而該偏振分束器如MacNeille偏振器或立方體偏振器僅能在接收平行光束的情況下，產生高的分光比，對于會聚的光束其需要1/4波片進行斜軸補償，這樣將增加該系統(tǒng)的成本和生產難度。此外，這些偏振分束器在處于高光通量時容易形成熱梯度，這種熱梯度常常會造成應力雙折射而造成光的極化和低對比度。
如


圖1是用以說明公知分光系統(tǒng)的光路原理圖，該光路系統(tǒng)以4組偏振合分光棱鏡與紅、藍、綠三原色反射式向列液晶面板組成，采用同軸光路設計。由
圖1可知，該分光系統(tǒng)10包括4組偏振合分光棱鏡11、12、13與14、4組偏振相位延遲器(polarizer retarder)15、16、17與18、三色液晶面板20、21與22以及一偏振片19。其中，每一偏振合分光棱鏡都含二分棱鏡，亦即，偏振合分光棱鏡11包括分棱鏡111和112、偏振合分光棱鏡12包括分棱鏡121和122、偏振合分光棱鏡13包括分棱鏡131和132以及偏振合分光棱鏡14包括分棱鏡141和142。
一彩色分合光系統(tǒng)典型的功效將一入射光束分離進入多個顏色通路(如紅，綠和藍色光束)，而后利用該分離的色彩通道照亮多個微型顯示器以及結合多個通道而產生一出射光束。
分光系統(tǒng)10的光源1可產生一處于S偏振態(tài)的偏極光束2，偏極光束2在分光系統(tǒng)10中受到三色液晶面板20、21與22的反射，該三液晶面板則接受待投射影像信號，所以，離開分光系統(tǒng)光束即依此而投射出該信號所代表待投射影像。
偏振相位延遲器15、16、17與18可調整特定色彩光束的偏振狀態(tài)，其中，偏振相位延遲器15與18可使通過其間紅色與藍色光束偏振狀態(tài)不變，并使通過其間綠色光束偏振態(tài)從S態(tài)轉換成P態(tài)，而偏振相位延遲器16與17則可使通過其間藍色光束偏振態(tài)不變，并使通過其間紅色光束偏振狀態(tài)從S態(tài)轉換成P態(tài)。
如
圖1所示，當偏振光束2到達分棱鏡111與112介面時，處于S態(tài)紅藍光分量2a會被反射到偏振相位延遲器16中，而處于P態(tài)綠光分量2b則透射分棱鏡112而進入偏振合分光棱鏡12中。
光分量2b通過分棱鏡121與122介面，接著被綠色液晶面板20反射而由P態(tài)轉換成S態(tài)綠光束3b，綠光束3b繼續(xù)進入偏振合分光棱鏡14中，并被分棱鏡141與142介面反射而繼續(xù)通過相位延遲器18，故通過其間綠光束3b可由S態(tài)轉換成P態(tài)，最后并通過P態(tài)偏振片19，而形成投射影像綠光分量4b。
同理，偏振相位延遲器16可使通過其間紅藍光分量2a會被分成維持S偏振態(tài)21a、與從S態(tài)轉換成P態(tài)紅光束21b。其中，紅光束21b穿過分棱鏡131與132介面，而受到紅色液晶面板22反射而轉換為S態(tài)紅光束22b，并接著通過偏振相位延遲器17，故通過其間紅光束22b將由S態(tài)轉換成P態(tài)，并接著透射出偏振合分光棱鏡14、偏振相位延遲器18、及偏振片19，而形成投射影像藍光分量23a。至此，將以上紅藍綠三股處于P態(tài)光分量23b、23a與4b疊合即成為LCD投影機影像。
上述
圖1的公知技術由于包括多個偏振相位延遲器15，16，17與18，由于的造價較高，從而增加了分合光系統(tǒng)的造價。
如圖2所示，相續(xù)利用通過平板偏振器31、32、33代替了先前偏振合分光棱鏡11、12、13與14，這樣在一定程度上緩解了因“立方體形”形成的熱梯度，也一定程度上提高了圖象的對比度。然而由于該分光系統(tǒng)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，而當一會聚光束入射該平板偏振片時，由于該會聚光束與該平板偏振片成45度入射，而當要求一定大小光斑時，就需增加該平板偏振片的長度，從而增加其成本和空間，再者由于平板偏振片31、32、33在高溫狀態(tài)下，容易產生扭曲變形而影響其成像質量。這樣在設計該平板偏振片31、32、33時，需考慮其厚度和平整性，無形中增加了該設備的成本，又由于對于投影儀器來說，將光源有效的放置在屏幕上以及在屏幕上獲得高分辨率和對比度的高密度信息圖像，都要求Ts/Tp＜＜Rp/Rs，這就要求盡量避免反射出射。

發(fā)明內容
本實用新型的一個目的是提供一種轉換效率大，對比度高，結構緊湊以及成本低的液晶投影系統(tǒng)。
本實用新型一種反射式液晶投影系統(tǒng)，其包括產生所需光源的光源模組、形成影像的分合色模組以及影像投影電視顯示屏幕上的鏡頭組；其特征在于所述的分合色模組包括將其接受光源并將其分光成兩不同波長范圍第一，二頻帶光的第一二向色棱鏡、接受第一頻帶光的第一聚光透鏡組，接受第二頻帶光的第二聚光透鏡組，將第二頻帶光分光成兩不同波長范圍色光的第二二向色棱鏡，以及改變第一頻帶光的傳輸光路的第一反射鏡，以及改變第三頻帶光傳輸方向的第二、三反射鏡，以及第一、二、三頻帶光垂直入射的第一、二、三偏振光束分離棱鏡，鄰近相互垂直排列并接受第一二向色棱鏡的兩色光的第一、二反射液晶顯示板及接受第二二向色棱鏡的第三反射式液晶顯示板，合色棱鏡對應并接受第一、二、三反射式液晶顯示板經第一、二、三偏振光束分離棱鏡反射回的影像。
其中所述光源模組包括光源、一放大率變化光學轉換系統(tǒng)及一偏振轉換系統(tǒng)。
第一、二、三偏振光束分離棱鏡包括第一多邊體和第二多邊體，以及第一多邊體和第二多邊體之間形成一公共面。該公共面和反射式液晶顯示板之間的夾角小于40度。
第一多邊體保證光束從第一邊垂直入射，第一多邊體的第二邊平行其相對應的反射式液晶投影顯示板，第二多邊體包括一光束出射垂直邊，第一、二、三頻帶光路包括一調節(jié)光通量的光闌。
由于本實用新型采用包括第一、二、三偏振光束分離棱鏡都是以小于40度的傳輸角傳輸光束以及第一、二、三頻帶光都是垂直入射第一、二、三偏振光束分離棱鏡，從而提高了光束的轉化率，再則由于第一、二、三偏振光束分離棱鏡對平整度和厚度要求不高，從而降低了本系統(tǒng)的成本。又第一、二、三頻帶光在投影路徑過程中基本采用透射傳輸?shù)墓鈱W緊湊設計，這樣提高了本實用新型的對比度。這樣本實用新型具有以下優(yōu)點在于1.光學設計靈活，結構緊湊。
2.分辨率和對比度好。
3.成本低。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1，圖2為公知分光系統(tǒng)的光路原理圖。
圖3為本實用新型的第一實施例的示意圖。
圖4為本實用新型的第二實施例的示意圖。
圖5為本實用新型的偏振光束分離棱鏡的示意圖。
具體實施方式
圖3為本實用新型的第一實施例。
如圖3所示，本實用新型包括光源模組30、分合光模組40以及鏡頭50。
其中，光源模組30包括一光源31、一放大率變化光學轉換系統(tǒng)32及一偏振轉換系統(tǒng)33。所述光源31發(fā)射出來的光束經過放大率變化光學轉換系統(tǒng)32進行放大，然后再經偏振轉換系統(tǒng)33將光束偏振態(tài)轉換成所需的s偏振態(tài)，再投射至光合光模組40。
分合光模組40包括至少三個二向色棱鏡411、412、413、至少兩個透鏡組421、422、三個偏振光束分離棱鏡431、432、433、三個用以顯示紅色調、綠色調及蘭色調影像的反射式液晶顯示板441、442、443、反射鏡451、452以及合光棱鏡46。
其中二向色棱鏡441將在接受到光源組30所投射出的s偏振態(tài)的光束L1后，將該光束分光成兩個不同波長范圍的s偏振態(tài)光束g1以及s偏振態(tài)光束b1+r1，其中s偏振態(tài)光束g1經由透鏡組422投射至反射鏡451，該反射鏡451改變s偏振態(tài)光束g1的傳輸方向，進入二向色棱鏡412，穿過該二向色棱鏡412垂直進入偏振光束分離棱鏡431中，借由該偏振光束分離棱鏡431投射至反射式液晶顯示板441，s偏振態(tài)光束g1借由該反射式液晶顯示板441調制成p偏振態(tài)光束影像g2射出；如上所述s偏振光束b1+r1經由透鏡組421進入二向色棱鏡413，所述二向色棱鏡413將s偏振態(tài)光束b1+r1分離成s偏振態(tài)光束b1和s偏振態(tài)光束r1，其中，s偏振態(tài)光束b1借由所述二向色棱鏡413反射，以及借由二向色棱鏡412反射垂直進入偏振光束分離棱鏡432中，借由偏振光束分離棱鏡432反射進入反射式液晶顯示板442中，而后借由該反射式液晶顯示板442調制成p偏振光束影像b2反射出來；s偏振態(tài)光束r1通過所述二向色棱鏡413，通過反射鏡451改變該s偏振態(tài)光束r2的傳輸方向，垂直進入偏振光束分離棱鏡433中，借由偏振光束分離棱鏡433反射進入反射式液晶顯示板443，而后借由該反射式液晶顯示板443調制成p偏振光束影像r2反射出來；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通過合光棱鏡46進入鏡頭50，進行圖象顯示。
在本實用新型的該實施例中，其中光束g1通路，光束b1通道以及光束r1各包括一光闌471、472、473，用以調整各光束g1，b1，r1的光通量。進一步提高該系統(tǒng)的光學質量。
在本實用新型的實施例中，還可包括1/2波片481，482，分別將p偏振光束影像b2和p偏振光束影像r2改變?yōu)閟偏振光束影像b2和s偏振光束影像r2。
圖4為本實用新型的另一實施例。
如圖4所示，本實用新型包括光源模組60、分合光模組70以及鏡頭80。
其中，光源模組60包括一光源61、一放大率變化光學轉換系統(tǒng)62及一偏振轉換系統(tǒng)63。所述光源61發(fā)射出來的光束L1經過放大率變化光學轉換系統(tǒng)62進行放大，然后再經偏振轉換系統(tǒng)63將光束偏振態(tài)轉換成所需的s偏振態(tài)L1，再投射至光合光模組70。
分合光模組70包括至少來兩個二向色棱鏡711、712，至少五個透鏡組721、722、723、724、725、三個偏振光束分離棱鏡731、732、733、三個用以顯示紅色調、綠色調及蘭色調影像的反射式液晶顯示板741、742、743、反射鏡751、752、753以及合光棱鏡76。
其中二向色棱鏡711將在接受到光源組60所投射出的S偏振光束L1后，將S偏振光束L1分成兩個不同波長范圍的S偏振光束r1以及S偏振光束b1+g1，其中S偏振光束r1經由透鏡組721投射至反射鏡751，該反射鏡751改變S偏振光束r1的傳輸方向，垂直射入偏振光束分離棱鏡731中，借由該偏振光束分離棱鏡731投射至反射式液晶顯示板741，S偏振光束r1借由該反射式液晶顯示板741調制成p偏振光束影像r2射出；如上所述S偏振光束b1+r1經由透鏡組722進入二向色棱鏡712，所述二向色棱鏡712將S偏振光束b1+g1分離成S偏振光束b1和S偏振光束g1，其中，S偏振光束g1借由所述二向色棱鏡712反射，而后通過透鏡組723垂直進入偏振光束分離棱鏡732中，借由偏振光束分離棱鏡732射出進入反射式液晶顯示板742，而后借由該反射式液晶顯示板742調制成p偏振光束影像g2反射出來；上述S偏振光束b1通過所述二向色棱鏡712，通過反射鏡752改變該S偏振光束b1的傳輸方向，通過透鏡組724，再次通過反射鏡753改變其傳輸方向，再通過一透鏡組725而垂直進入偏振光束分離棱鏡733中，借由偏振光束分離棱鏡733出射進入反射式液晶顯示板743，而后借由該反射式液晶顯示板743調制成p偏振光束影像b2反射出來；在本實用新型的實施例中，還可包括1/2波片781，782，分別將p偏振光束影像b2和p偏振光束影像r2改變?yōu)閟偏振光束影像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通過合光棱鏡76進入鏡頭80，進行圖象顯示。
在本實用新型的該實施例中，其中光束g1通路，光束b1通道以及光束r1各包括一光闌771、772、773，用以調整各光束g1、b1、r1的光通量。進一步提高該系統(tǒng)的光學色彩。
為了進一步說明本實用新型的功效，圖5為本實用新型的偏振光束分離棱鏡的示意圖，如圖5所示，該偏振光束分離棱鏡90包括第一多邊體91和第二多邊體92，其中第一多邊體91的第二面912和反射式液晶顯示板94之間的夾角α低于40度，第一多邊體91的第一面91和反射式液晶顯示板94之間的夾角β保證s偏振光束L1從第一多邊體91的第一面911垂直入射，而后s偏振光束L1在第一多邊體91的第二面912處進行反射，經過同反射式液晶面板94平行的第一多邊體91的第三面913，而后垂直進入反射式液晶顯示板94，這樣角α和角β之間的關系推算得β等于角α的兩倍，借由液晶顯示板94調制成的p偏振光束影像L2射入第二多邊體92中。從上述圖5中可知，由于s偏振光束L1入射該偏振光束分離棱鏡90的入射角(理論值等于α)基本可以設計在小于40度，s偏振光束L1的入射角越小，光束利用率較高，同時，還可以根據需要改變α角來提高光束利用率。本圖中僅僅其中一個偏振光束分離棱鏡做具體說明，其他的偏振光束分離棱鏡同樣具有如上特性。
由于本實用新型采用包括第一、二、三偏振光束分離棱鏡都是以小于40度的入射角傳輸光束以及光束g1、b1、r1都是垂直入射第一、二、三偏振光束分離棱鏡，從而提高了光束的轉化率，再則光束g1、b1、r1在投影路徑過程中基本采用投射傳輸，這樣提高了本實用新型的對比度。以及本實用新型包括調節(jié)光通量的光闌，這樣本實用新型具有以下優(yōu)點在于
1.提高光束轉化率，結構緊湊。
2.分辨率和對比度較好。
3.成本低。
以上所述者，僅為本實用新型最佳實施例而已，并非用于限制本實用新型的范圍，凡依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本實用新型所涵蓋。
權利要求1.一種反射式液晶投影系統(tǒng)，其包括產生所需光源的光源模組、形成影像的分合色模組以及影像投影電視顯示屏幕上的鏡頭組；其特征在于所述的分合色模組包括將其接受光源并將其分光成兩不同波長范圍第一，二頻帶光的第一二向色棱鏡、接受第一頻帶光的第一聚光透鏡組，接受第二頻帶光的第二聚光透鏡組，將第二頻帶光分光成兩不同波長范圍色光的第二二向色棱鏡，以及改變第三頻帶光的傳輸光路的反射鏡，反射第二頻帶光，投射第一頻帶光的第三二向色棱鏡以及第一、二、三頻帶光垂直入射的第一、二、三偏振光束分離棱鏡，鄰近相互垂直排列并接受第一二向色棱鏡的兩色光的第一、二反射液晶顯示板及接受第二二向色棱鏡的第三反射式液晶顯示板，合色棱鏡對應并接受第一、二、三反射式液晶顯示板經第一、二、三偏振光束分離棱鏡反射回的影像。
2.如權利要求1所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一、二、三頻帶光路包括一調節(jié)光通量的光闌。
3.如權利要求1所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模組包括光源、一放大率變化光學轉換系統(tǒng)及一偏振轉換系統(tǒng)。
4.如權利要求1所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一、二、三偏振光束分離棱鏡包括第一多邊體和第二多邊體。
5.如權利要求4所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，該第一多邊體的第二面和反射式液晶顯示板之間的夾角低于40度。
6.如權利要求4所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一多邊體的第一面和相應液晶顯示板之間的夾角為該反射式液晶顯示板和第一多邊體的第二面之間夾角的兩倍，使光束從第一面垂直入射。
7.如權利要求4所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一多邊體的第三邊平行其相對應的反射式液晶投影顯示板。
8.如權利要求4所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第二多邊體包括一光束垂直出射。
9.一種反射式液晶投影系統(tǒng)，其包括產生所需光源的光源模組、形成影像的分合色模組以及影像投影電視顯示屏幕上的鏡頭組；其特征在于所述的分合色模組包括將其接受光源并將其分光成兩不同波長范圍第一，二頻帶光的第一二向色棱鏡、接受第一頻帶光的第一聚光透鏡組，接受第二頻帶光的第二聚光透鏡組，將第二頻帶光分光成兩不同波長范圍色光的第二二向色棱鏡，以及改變第一頻帶光的傳輸光路的第一反射鏡，以及改變第三頻帶光傳輸方向的第二、三反射鏡，以及第一、二、三頻帶光垂直入射的第一、二、三偏振光束分離棱鏡，鄰近相互垂直排列并接受第一二向色棱鏡的兩色光的第一、二反射液晶顯示板及接受第二二向色棱鏡的第三反射式液晶顯示板，合色棱鏡對應并接受第一、二、三反射式液晶顯示板經第一、二、三偏振光束分離棱鏡反射回的影像。
10.如權利要求9所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一、二、三頻帶光路包括一調節(jié)光通量的光闌。
11.如權利要求9所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模組包括光源、一放大率變化光學轉換系統(tǒng)及一偏振轉換系統(tǒng)。
12.如權利要求9所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一、二、三偏振光束分離棱鏡包括第一多邊體和第二多邊體。
13.如權利要求12所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，該第一多邊體的第二面和反射式液晶顯示板之間的夾角低于40度。
14.如權利要求12所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一多邊體的第一面和相應液晶顯示板之間的夾角為該反射式液晶顯示板和第一多邊體的第二面之間夾角的兩倍，使光束從第一面垂直入射。
15.如權利要求13所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第一多邊體的第三邊平行其相對應的反射式液晶投影顯示板。
16.如權利要求13所述的一反射式液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，第二多邊體包括一光束垂直出射。
專利摘要本實用新型一種反射式液晶投影系統(tǒng)，其包括產生所需光源的光源模組、形成影像的分合色模組以及影像投影電視顯示屏幕上的鏡頭組；其中分合色模組包括第一、二、三偏振光束分離棱鏡，第一、二、三偏振光束分離棱鏡包括第一多邊體和第二多邊體，該第一多邊體的第二面和反射式液晶顯示板之間的夾角低于40度，第一多邊體的第一面和相應液晶顯示板之間的夾角為該反射式液晶顯示板和第一多邊體的第二面之間夾角的兩倍，使光束從第一多邊體的第一面垂直入射，而從第二多邊體垂直射出，本實用新型具有轉換效率大，對比度高，結構緊湊以及成本低等優(yōu)點。
文檔編號G02B27/10GK2687699SQ20042004270
公開日2005年3月23日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權日2004年2月20日
發(fā)明者李屹, 張建平, 冷健 申請人:昂納明達網絡技術(深圳)有限公司