專利名稱：一種反射式液晶投影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液晶投影系統(tǒng)，特別涉及一種投影光路結構為直線型的反射 式液晶投影裝置。
背景技術：
21世紀高度工業(yè)化與信息化，使得具有各種功能的便攜式、手持式電子 產品在市場上不斷更新推出，最有典型意義改變了人們生活方式的例如筆記 本電腦、手機、數碼相機、MP3或MP4等娛樂性工具不斷地被開發(fā)升級，容 易看出，這些產品的發(fā)展趨勢是朝向集成化、功能多樣化、體積小巧化的。
液晶投影機在教育、娛樂、商業(yè)活動等領域被廣泛應用，鑒于市場需 求，將液晶投影機微型化制作成輕巧的產品，或將其微型化制作成適宜的形 狀嵌入到手機、MP4等可移動終端上，成為液晶投影機的發(fā)展方向之一。
考慮到成本和亮度，微型化的投影機一般采用單片微顯示芯片或兩片微 顯示芯片作為成像器件。以采用單片或兩片硅基液晶面板(LCOS)為例，該 種液晶投影機的傳統(tǒng)投影系統(tǒng)可綜合為圖1 、圖2所示，照明光源1類型不 定，可為各種光源，其包含有聚光整形器件形成一個組件，分/合光系統(tǒng)至 少使用一個偏振分光器2，光路為照明光源1發(fā)出光射入偏振分光器2 后，分出偏振光點亮LCOS液晶面板3和3'，液晶面板調制輸出圖像光再經 偏振分光器2合成為一束光，從投影透鏡4輸出。
根據圖l、圖2可以看出，該投影系統(tǒng)光路結構為"L"型，占據較大 空間，采用這種結構的液晶投影機實體較寬，制作出的液晶投影機一般為方 形，目前的大多數投影機均為這種形狀。
美國專利US6280034和巾國專利CN03803103.5公開了另外一種結構的投 彰系統(tǒng)，見圖3所示，其中的分/合光系統(tǒng)由四個PBS(偏振分光器)21 、 22、 23、 24組成，照明光源1發(fā)出光射入第一個PBS21，分出的P偏振光透 過第二個PBS 22射入LCOS液晶面板3 ,從第一個PBS 21分出的S偏振光射 入第四個PBS24后被反射進入LCOS液品面板3'， LCOS液晶面板3和3'分別輸出圖像光，最后被第三個PBS23合成后射入投影透鏡4 。這種結構的投 影裝置雖然可獲得直長狀的實體，但仔細分析其形狀尺寸，若以投影透鏡4 為參照， 一個投影透鏡4的寬度尺寸與一個PBS和一片液晶面板的寬度尺寸 三者相互對應，顯然該投影裝置的寬度尺寸與一個投影透鏡4寬度尺寸的兩 倍相對應。該投影裝置實體的寬度仍較大。
之所以如此計較微型化制作后的液晶投影機的寬度，是因為想獲得細長 狀的液晶投影機，以方便的嵌入長度較寬度大的電子產品中，例如手機、 MP3或其他形狀相匹配的移動終端，以盡量不增大這些載體的體積。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供的反射式液晶投影裝置可以微型化制作成細條狀，較好地解 決了上述問題。該反射式液晶投影裝置光路結構全新，將照明光源、偏振轉 換分光器件、投影透鏡三者同中心線順序布置構成直線型結構，打破了反射 式液晶投影系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計思維，因為目前只有在采用單片透射式LCD液晶 面板作為成像芯片的投影系統(tǒng)中才能設計成直線型結構。尤其是本發(fā)明采用 兩片反射式液晶面板的投影裝置同時也實現直線型光路結構，可被微型化制 作成細條狀，同時提高光利用率改善顯示亮度。
本發(fā)明通過以下技術方案予以實現
一種反射式液晶投影裝置，含照明光源、分合光器件、單片反射式液晶
面板和投影透鏡構成投影光路結構，其中
(1) 該分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，這四個PBS相 鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉狀。
(2) 四個二分之一波片分別設置在每兩個PBS之間。
(3) 照明光源、分合光器件和投影透鏡三者同中心線順序放置，所述單 片反射式液晶面板位于分合光器件的一個側面，用來接收從PBS出射的偏振 光。 .
在上述結構基礎上，更進一步地
單片反射式液晶面板垂直接收與之相近的兩個PBS出射的偏振光。
所述PBS為立方體偏振分光棱鏡，該四個PBS整體組合成方塊狀。
所述四個PBS與四個二分之一波片彼此膠合形成一體。
或者，所述PBS為平板狀偏振分光器，且每個二分之一波片與相鄰PBS的偏振分光面之間的夾角為45。。
所述單片反射式液晶面板為LCOS 。
本發(fā)明的另一種技術方案為
一種反射式液晶投影裝置，含照明光源、分合光器件、兩片反射式液晶 面板和投影透鏡構成投影光路結構，其中
(1) 該分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，這四個PBS相 鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉狀。
(2) 四個二分之一波片分別設置在每兩個PBS之間。
(3) 照明光源、分合光器件和投影透鏡三者同中心線順序放置，所述兩 片反射式液晶面板分別位于分合光器件的相對的二個側面，用來接收從PBS 出射的偏振光。
在上述結構基礎上，更進一步地
每一片反射式液晶面板均垂直接收與之相近的兩個PBS出射的偏振光。 所述PBS為立方體偏振分光棱鏡，該四個PBS整體組合成方塊狀。 所述四個PBS與四個二分之一波片彼此膠合形成一體。 或者，所述PBS為平板狀偏振分光器，且每個二分之一波片與相鄰PBS 的偏振分光面之間的夾角為45。。
所述兩片反射式液晶面板均為LCOS 。 相較于現有技術，本發(fā)明具有以下有益效果
照明光源、分合光器件、投影透鏡三者同中心線布置成直線型結構， LCOS液晶面板位于分合光器件的側面，且平行于該中心線放置，采用這種 投影系統(tǒng)可以得到實體為細條狀的反射式液晶投影裝置。
本發(fā)明提供的兩片式反射式液晶投影裝置，仍然被設計成直線型結構， 兩片LCOS液晶面板分別位于分合光器件的兩側，相對平行，可充分接收從 每個PBS出射的偏振光，采用這種投影系統(tǒng)可以制作得到顯示亮度更好、體 積細長的反射式液晶投影裝置。
另外，若采用的PBS均為立方體偏振分光棱鏡，則可將所述四個PBS與 四個二分之一波片彼此膠合形成一體，結構緊湊易于裝配。若采用的PBS為 平板狀偏振分光器，則可降低成本。
6圖1為背景技術中單芯片反射式液晶投影系統(tǒng)示意圖。 圖2為背景技術中雙芯片反射式液晶投影系統(tǒng)示意圖。
圖3為背景技術中采用雙芯片、四個PBS的反射式液晶投影系統(tǒng)示意圖。
圖4為本發(fā)明采用單顯示芯片的反射式液晶投影裝置系統(tǒng)示意圖。 圖5為本發(fā)明所述單芯片反射式液晶投影裝置中PBS為平板狀偏振分光 器的示意圖。
圖6為本發(fā)明的投影光學路徑示意圖。
圖7為本發(fā)明采用雙顯示芯片的反射式液晶投影裝置系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
請參照圖4 ，本發(fā)明提供的單芯片反射式液晶投影裝置由照明光源1 、 分合光器件、反射式液晶面板3(顯示芯片優(yōu)選LCOS)、投影透鏡4組成。照 明光源1可為各種類型的光源，較好的選擇為LED或激光光源，照明光源l 本身含聚光整形器件，在附圖中沒有作詳細示意。所述分合光器件在本發(fā)明 中也可稱之為偏振轉換分光器件，常用的偏振分光器PBS—般為立方體狀偏 振分光棱鏡，其由兩個三角棱鏡膠合在一起構成，膠合面即為偏振分光面， 上面涂覆有偏振分光膜層，非偏振光射入該偏振分光面后轉換為偏振光，同 時被分離成相互垂直的兩束偏振狀態(tài)光P偏振光和S偏振光，該立方體 PBS的偏振分光面與表面之間成45。夾角。另外，還有一種PBS為平板狀偏 振分光器，這種PBS成本低所占空間小，光束45°入射該PBS即可分離出P 偏振光和S偏振光。
所述分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，PBS優(yōu)選為立方 體PBS棱鏡，這四個PBS相鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉 狀，如圖4所示，PBS21、 22、 23、 24整體組合成方塊狀，四個二分之一波 片5分別夾設在每兩個PBS之間，這四個二分之一波片整體構成十字狀。所 述二分之一波片5的作用是將一種偏振態(tài)偏振光轉換為另一種偏振態(tài)偏振 光，例如將入射的P偏振光轉換為S偏振光出射。
該反射式液晶投影裝置的投影光路結構為照明光源l、分合光器件和 投影透鏡4三者同中心線順序放置(沿光束傳播方向)，所述單片反射式液晶面板3位于分合光器件的一個側面，用來接收從PBS出射的偏振光，顯
然，反射式液晶面板3必須平行于所述中心線放置，且要保證能垂直接收與 之相近的兩個PBS21、 22出射的偏振光。
這樣可以得到直線型結構的反射式液晶投影裝置，可以微型化制作成細 條狀。再與圖3所示的現有技術中具直線型結構的雙LCOS、四PBS的投影 系統(tǒng)相比較，以投影透鏡4的寬度尺寸為參照，本發(fā)明液晶投影裝置的寬度 尺寸與一個投影透鏡4的寬度尺寸相對應，而該現有技術的投影裝置的寬度 尺寸與一個投影透鏡4寬度尺寸的兩倍相對應，顯然在微型化制作時，本發(fā) 明液晶投影裝置的寬度尺寸縮小了很多。
本發(fā)明的單片式反射式液晶投影裝置的光學系統(tǒng)設計打破了傳統(tǒng)思維， 極具創(chuàng)新性，因為目前只有在采用單片透射式LCD液晶面板作為成像芯片的
投影系統(tǒng)中才能設計成直線型結構。
在實際制作過程中，可以將所述四個PBS21、 22、 23、 24與四個二分之 一波片5彼此膠合形成一體，這樣形成的分合光器件整體結構緊湊，易于裝 配。
本發(fā)明采用的PBS可以為平板狀偏振分光器，這樣可顯著降低成本，如 圖5所示，四個PBS2K 22、 23、 24均為平板狀偏振分光器，四個二分之一 波片5夾設在其間，需要保證的是每個二分之一波片5與相鄰PBS的偏振分 光面之間的夾角為45。，以保證光束垂直射入二分之一波片后，出射光45° 角射入PBS的偏振分光面。另外，該四個PBS也可混合含立方體狀PBS棱鏡 和平板狀PBS，可任意搭配，只要有利于光學系統(tǒng)，有利于裝配生產。 以下詳細敘述本發(fā)明投影系統(tǒng)的光學路徑(成像原理) 請參照圖6 ，照明光源1輸出光可以分為上半部分光束L和下半部分光 束l，上半部分光束L射入第一PBS21后分為P偏振光和S偏振光出射，P 偏振光經二分之一波片轉換為S偏振光射入第二PBS 22，被該第二PBS 22的 偏振分光面反射進入LCOS液晶面板3 ，該LCOS液晶面板3將入射的S偏 振光轉換為P偏振光并賦予圖像信息后出射，該P偏振圖像光透射過第二 PBS 22后再被一個二分之一波片轉換為S偏振圖像光，然后射入第三PBS 23，被該第三PBS23的偏振分光面反射輸出，該S偏振圖像光最后進入投影 透鏡4輸出。而從第一PBS 21分出的S偏振光經二分之一波片后轉換為P偏 振光射入第四PBS24，直接透射出去。
8下半部分光束I射入第四PBS24后分為p偏振光和S偏振光出射，S偏 振光經二分之一波片轉換成p偏振光射入第一PBS 21 ，透射過該第一PBS 21 進入LCOS液晶面板3 ，該LCOS液晶面板3將入射的p偏振光轉換為s偏 振光并賦予圖像信息后出射，該s偏振圖像光再次進入第一PBS21，被其偏 振分光面反射出，然后經過一個二分之一波片轉換為p偏振圖像光射入第二 PBS22，該p偏振圖像光透射該第二PBS22輸出，最后進入投影透鏡4輸 出。而從第四PBS24分出的p偏振光經二分之一波片后轉換為s偏振光射入 第三PBS23，然后被該第三PBS23的偏振分光面反射出去。
根據以上單片反射式液晶投影裝置的光路成像原理，在該分合光器件中 的第四PBS和第三PBS最后分別輸出的P偏振光和s偏振光沒有被利用，會 損失掉。若在該分合光器件的這一側再放置一片LCOS液晶面板3 '(與 LCOS液晶面板3相對)，這可用來接收這部分P偏振光和s偏振光加以利 用。
具體見圖7所示，即為本發(fā)明提供的兩片式反射式液晶投影裝置，在分 合光器件的相對的兩個側面設置LCOS液晶面板3禾n 3 ， ， LCOS液晶面板 3垂直接收從第一PBS21和第二PBS22出射的偏振光，LCOS液晶面板3 ， 垂直接收從第四PBS24和第三PBS23出射的偏振光，分別調制出圖像偏振 光，最后從分合光器件出射，進入投影透鏡4。前面已經詳細描述LCOS液 晶面板3的成像光路，LCOS液晶面板3'的成像光路與此類似，本領域技 術人員應該能推算出，故在此不作贅述。
該兩片反射式液晶投影裝置是在本發(fā)明單片反射式液晶裝置的基礎上， 對稱增加一片反射式液晶面板，用以提高光利用率，改善投影顯示亮度。而 其他部分，包括照明光源、分合光器件、投影透鏡的結構實施方式與該單片 反射式液晶投影裝置的完全相同，在此省略其描述。
該反射式液晶投影裝置同樣被設計成直線型結構，兩片LCOS液晶面板 3和3'分別位于分合光器件的兩側，相對平行，充分接收從每個PBS出射 的偏振光，采用這種結構的投影裝置可以被微型化制作成體積細長的實體。
另外，兩片式的反射式液晶投影裝置因為輸出P偏振圖像光和S偏振圖 像光，若兩片液晶面板由來自不同視角的圖像信號驅動，則可實現立體顯 示，觀眾戴上偏振眼鏡即可看到立體圖像。
權利要求
1.一種反射式液晶投影裝置，含照明光源、分合光器件、單片反射式液晶面板和投影透鏡構成投影光路結構，其特征在于(1)該分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，這四個PBS相鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉狀。(2)四個二分之一波片分別設置在每兩個PBS之間。(3)照明光源、分合光器件和投影透鏡三者同中心線順序放置，所述單片反射式液晶面板位于分合光器件的一個側面，用來接收從PBS出射的偏振光。
2. 根據權利要求1所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于單片 反射式液晶面板垂直接收與之相近的兩個PBS出射的偏振光。
3. 根據權利要求1所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述 PBS為立方體偏振分光棱鏡，該四個PBS整體組合成方塊狀。
4. 根據權利要求3所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述 四個PBS與四個二分之一波片彼此膠合形成一體。
5. 根據權利要求1所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述 PBS為平板狀偏振分光器。
6. 根據權利要求5所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于每個 二分之一波片與相鄰PBS的偏振分光面之間的夾角為45° 。
7. 根據權利要求1或2所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于 所述單片反射式液晶面板為LCOS 。
8. —種反射式液晶投影裝置，含照明光源、分合光器件、兩片反射式液 晶面板和投影透鏡構成投影光路結構，其特征在于(1) 該分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，這四個PBS相 鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉狀。(2) 四個二分之一波片分別設置在每兩個PBS之間。(3) 照明光源、分合光器件和投影透鏡三者同中心線順序放置，所述兩 片反射式液晶面板分別位于分合光器件的相對的二個側面，用來接收從PBS 出射的偏振光。
9. 根據權利要求8所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于每一片反射式液晶面板均垂直接收與之相近的兩個PBS出射的偏振光。
10. 根據權利要求8所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述PBS為立方體偏振分光棱鏡，該四個PBS整體組合成方塊狀。
11. 根據權利要求10所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述四個PBS與四個二分之一波片彼此膠合形成一體。
12. 根據權利要求8所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于所述PBS為平板狀偏振分光器。
13. 根據權利要求12所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在于每個二分之一波片與相鄰PBS的偏振分光面之間的夾角為45。。
14. 根據權利要求8或9所述的一種反射式液晶投影裝置，其特征在 于所述兩片反射式液晶面板均為LCOS 。
全文摘要
本發(fā)明公開一種反射式液晶投影裝置，由照明光源、分合光器件、反射式液晶面板和投影透鏡構成投影光路結構，其中該分合光器件由四個PBS和四個二分之一波片組成，這四個PBS相鄰布置，且這四個PBS的偏振分光面整體構成叉狀，四個二分之一波片分別設置在每兩個PBS之間。本發(fā)明的照明光源、分合光器件和投影透鏡三者同中心線順序放置，單片或兩片反射式液晶面板位于分合光器件的側面，且平行于上述中心線放置，這樣得到直線型光路結構的液晶投影裝置，可以被微型化制作成所需要的細條狀。
文檔編號G02B27/28GK101539669SQ20081006559
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權日2008年3月17日
發(fā)明者曲魯杰 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司