專利名稱：一種緊湊設(shè)計(jì)的分／合光系統(tǒng)和液晶投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分/合光系統(tǒng)，特別涉及比普通分/合光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊的一種液晶投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
背投影顯示是實(shí)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)的液晶投影機(jī)的關(guān)鍵零組件有光源系統(tǒng)、顯示組件、分/合光系統(tǒng)、電子電路系統(tǒng)等，其中分/合光系統(tǒng)是反應(yīng)投影圖像效果的主要因素，而現(xiàn)有技術(shù)的分/合光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，美國(guó)專利US6,508,557在結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單化，同時(shí)在光的利用率上得到進(jìn)一步的提高，如圖1是該專利分光系統(tǒng)光路原理圖，該光路系統(tǒng)包括以一X-立方合分光棱鏡與紅、藍(lán)、綠三原色反射式向列液晶面板組成，采用同軸光路設(shè)計(jì)。由圖1可知，該分光系統(tǒng)包括一X-立方合分光棱鏡11，三個(gè)反射式向列液晶面板12，13，14及一偏振器15。
其中分光系統(tǒng)的光源1可產(chǎn)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)中受到反射式三色液晶面板12、13與14的反射，該三液晶面板則接受特投射影像信號(hào)，所以，離開分光系統(tǒng)光束即依此而投射出該信號(hào)所代表待投射影像。
如圖1所示，當(dāng)偏振光束2到達(dá)鏡片16時(shí)，光束2經(jīng)過透鏡18進(jìn)行聚光，而后經(jīng)過偏振片15后通過s偏振態(tài)的光束，該光束通過X-立方分合色棱鏡11后，光束分離成三種顏色分別進(jìn)入反射式液晶面板12，13，14中，被調(diào)制成各顏色光影像，而后再通過X-立方分合色棱鏡11返回平板鏡16中，至此，透鏡18將以上紅藍(lán)綠三股疊合后經(jīng)過透鏡19再次聚光進(jìn)入LCD投影機(jī)影像30。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)僅利用X-立方偏振棱鏡11，三個(gè)反射式向列液晶面板12，13，14、一偏振器15及一鏡片16就能完成整個(gè)分合光過程，其中僅僅通過鏡片16的“A”型結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻止非所需光束進(jìn)入投影系統(tǒng)。
然而，上述技術(shù)中存在的問題在于1.光路設(shè)計(jì)的靈活性受到限制。該專利技術(shù)所利用的“A”型結(jié)構(gòu)的鏡片16，僅從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行阻止非所需光束，該可靠性不高，當(dāng)光束不能以某一角度(或至少要在主入射角的錐角內(nèi))入射在鏡片16上，該鏡片16就不能正常運(yùn)作。因而光路設(shè)計(jì)的靈活性受到限制。
2.分辨率和對(duì)比度差。由于光束從反射式液晶面板12，13，14中反射回來的光束會(huì)帶有非所需光束，這樣分辨率和對(duì)比度相對(duì)較差。
3.光學(xué)性能穩(wěn)定性差。當(dāng)偏振片15通過s偏振態(tài)的光束吸收非s偏振態(tài)的光束時(shí)，該偏振片15的溫度會(huì)急劇增加而產(chǎn)生熱非穩(wěn)定因素，而當(dāng)該偏振片15反射非s偏振態(tài)的光束時(shí)，該光束再次進(jìn)入反射式液晶面板12，13，14中，產(chǎn)生光束之間的串?dāng)_。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括一寬角反射偏振片的分光系統(tǒng)。一種光學(xué)設(shè)計(jì)緊湊，亮度高，對(duì)比度高以及價(jià)格便宜的圖像投影系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)僅包括一寬角度反射偏振片，該偏振片基本通過第一方向偏振的第一偏振態(tài)部分光束以及反射第二方向偏振的第二偏振態(tài)部分的全部光束一成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)接受第一或第二偏振部分以及調(diào)制反射第一或第二偏振影像，其中第一或第二偏振部分被轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的影像而顯示第二或第一偏振部分的內(nèi)容，其中寬角度反射偏振片可以在多個(gè)角度接受光束。
本發(fā)明的分/合光系統(tǒng)還包括一種與偏振無關(guān)的分/合光分色膜。該膜不會(huì)因波長(zhǎng)而產(chǎn)生光譜漂移現(xiàn)象。從而增加光束的透過率和轉(zhuǎn)換率。
為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的分辨率，本發(fā)明還包括該成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一和液晶面板匹配的濾波片，用以將從反射偏振片接受到的光束中的部分非所需顏色光束反射掉，而使所需光束通過液晶面板，進(jìn)一步增加對(duì)比度和顏色飽和度。
本發(fā)明還包括上述分/合光系統(tǒng)的液晶投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一光源系統(tǒng)，發(fā)出p偏振光；上述分/合光系統(tǒng)將上述p偏振光轉(zhuǎn)換成一s偏振色彩影像；以及一投射光學(xué)系統(tǒng)，投射來自上述色彩分/合的光學(xué)系統(tǒng)的上述s偏振色彩影像。
其中該光源系統(tǒng)包括發(fā)射一未偏振光的光源，放大率變化光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)器改變上述未偏振光的大?。灰约耙黄褶D(zhuǎn)換系統(tǒng)，一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將上述未偏振光轉(zhuǎn)換成p偏振光。
該發(fā)明的液晶投影系統(tǒng)的方法是(a)光源提供未偏振光束；(b)從光源出射的未偏振光束傳輸?shù)揭粚捊欠瓷淦衿希?c)該成像系統(tǒng)接受光束以及將該偏振的光束轉(zhuǎn)換成相應(yīng)可顯示的偏振影像；(d)其偏振影像返回該寬角偏振片以及直接反射給投影透鏡。其中寬角度反射偏振片可以為Moxtek Proflux偏振片。
本發(fā)明的特征在于，由于采用寬角偏振片，該寬角偏振片不僅45°而且在45°以外的其他角度同樣可以滿足其高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)寬角偏振片還具有耐高溫、寬接收角、熱穩(wěn)定性好、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)足夠滿足緊湊的光路設(shè)計(jì)以及高對(duì)比度等特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1為先前分合光系統(tǒng)的光路原理圖。
圖2為本發(fā)明一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)的光路示意圖。
圖3a和3b為平板偏振片的s和p偏振測(cè)量的透過率和反射率。
圖4(a)為本發(fā)明為一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)的分束/合光器的第一平面和第三平面的分合光特性曲線。
圖4(b)為本發(fā)明為一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)的分束/合光器的第二平面和第四平面的分合光特性曲線。
圖5為本發(fā)明一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)另一實(shí)施例的光路示意圖。
圖6為包括該緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)的液晶投影系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2為本發(fā)明的一光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，如圖2所示，此色彩分/合色的光學(xué)系統(tǒng)10包括一寬角反射偏振片11、一分束/合光器12以及三個(gè)反射式液晶面板13、14、15，其中分束/合光器12包括第一平面121、第三123、第二平面122及124。
參照?qǐng)D3a和3b，寬角度反射偏振片可以采用MoxtekProflux偏振片，其表示對(duì)于實(shí)施例中寬角度反射偏振片11的s和p偏振測(cè)量的透過率和反射率。對(duì)于圖像投影系統(tǒng)，如投影儀，如果要將光源有效放到屏幕上以及在屏幕上獲得高分辨率的信息圖像，這樣s-偏振與所透射的p-偏振的乘積必須較大。從圖中清楚地看出，本發(fā)明的平板偏振片在整個(gè)光譜上滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，而不產(chǎn)生瑞利諧振或其他現(xiàn)象所產(chǎn)生的降質(zhì)。同樣，可以看出在如圖的30度、45度及60度都具有相當(dāng)?shù)耐干渎屎头瓷渎?，而具有較大入射光錐角。
參照?qǐng)D4(a)、圖4(b)，其中圖4(a)為分束/合光器12的平面121和平面123的分合光特性曲線，圖4(b)為分束/合光器12的平面122和平面124的分合特性曲線。從圖4(a)、圖4(b)中可知，本發(fā)明分束器/合光器的平面121、平面123、平面122及平面124對(duì)光束的偏振狀態(tài)的影響可以忽略不計(jì)，而不會(huì)產(chǎn)生因不同偏振狀態(tài)下，光學(xué)界面波長(zhǎng)產(chǎn)生的漂移現(xiàn)象，從而解除對(duì)輸入偏振狀態(tài)的限制。
參照?qǐng)D2，在本發(fā)明的實(shí)施例中，一p偏振的光束L0經(jīng)過寬角度反射偏振片11，進(jìn)入分束/合光器12中，如圖4(a)所示，其中p偏振態(tài)的綠光(波長(zhǎng)大約在550nm左右)在分束/合光器12的第一平面121和第三平面123的投射率幾乎達(dá)到100％，又如圖4(b)所示，綠光(波長(zhǎng)大約在550nm左右)同樣在穿過分束/合光器12的第二平面122和第四平面124處的投射率幾乎達(dá)到100％；即綠光(波長(zhǎng)大約在550nm左右)在第一平面121、第三平面123、第二平面122和第四平面124勻可透過；再參照?qǐng)D4(a)，藍(lán)光(波長(zhǎng)為450nm左右)到達(dá)分束/合光器12的第一平面121和第三平面123時(shí)的投射率幾乎亦達(dá)100％，而如圖4(b)所示，藍(lán)光(波長(zhǎng)為450nm左右)在第二平面122和第四平面124的透射率幾乎為零，即藍(lán)光(波長(zhǎng)為450nm左右)在第一平面121和第三平面123處透射，而在第二平面122和第四平面124處被反射；參照?qǐng)D4(a)，又如紅光(波長(zhǎng)為610nm左右)到達(dá)第一平面121和第三平面123的透射率幾乎為零，而又如圖4(b)所示，紅光r1(波長(zhǎng)為610nm左右)在第二平面122和第四平面124的透射率幾乎達(dá)到100％，即紅光在第一平面121和第三平面123處被反射，而在第二平面122和第四平面124處透射。
如圖2所示，p偏振態(tài)的綠光g1穿過分束/合光器12的第二平面122和第三平面123，經(jīng)由反射式液晶面板14調(diào)制反射成p偏振態(tài)的綠光影像g2；該p偏振態(tài)的綠光影像g2返回分束/合光器12，穿過第四平面124及第一平面121，射入寬角度反射偏振片11；p偏振態(tài)的紅光r1穿過分束/合光器12的第二平面122而在第三平面123處反射，而后借由反射式液晶面板13調(diào)制成p偏振態(tài)的紅光影像r2；該p偏振態(tài)的紅光影像r2再次穿過第二平面122，而后借由第一平面121反射進(jìn)入寬角度反射偏振片11；p偏振態(tài)的藍(lán)光b1在分束/合光器12的第二平面122處被反射，而后穿過第一平面121到達(dá)反射式液晶面板15上，該反射式液晶面板15將p偏振態(tài)的藍(lán)光b1調(diào)制反射成p偏振態(tài)的藍(lán)光影像b2，而后借由第四平面124反射后穿過第一平面121射入寬角度反射偏振片11。
上述光束s偏振態(tài)的綠光影像g2、s偏振態(tài)紅光影像r2及s偏振態(tài)的藍(lán)光影像b2借由寬角度反射偏振片11以L1出射整個(gè)分/合光學(xué)系統(tǒng)。
在本實(shí)施例中，可以依據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的需要，調(diào)節(jié)寬角度反射偏振片11和入射光束L0之間的角度而不改變其透過率，從而使光路設(shè)計(jì)更加靈活和緊湊。
如圖5所示，為了增加色彩對(duì)比度，本實(shí)施例可以進(jìn)一步反射式液晶面板63、64、65和分束/合光器62之間設(shè)置濾光片631、641、651。
本發(fā)明的實(shí)施例中，上述分束/合光器62將分離綠光g1，綠光g1穿過分束/合光器62的第二平面622以及第三平面623時(shí)會(huì)帶有少量的紅光和藍(lán)光m1，這樣濾波片641僅容許透過綠光g1而將少量紅光和藍(lán)光m1光束反射出去而不再進(jìn)入反射式液晶面板64中；同樣原理，該紅光r1穿過分束/合光器62的第二平面622以及借由第三平面623反射時(shí)會(huì)帶有少量的藍(lán)光和綠光m2，這樣濾波片631僅容許透過紅光r1而將少量的藍(lán)光和綠光m2反射出去而不再進(jìn)入反射式液晶面板63中；同樣，藍(lán)光b1借由分束/合光器62的第二平面622反射而后穿過第一平面621時(shí)會(huì)帶有少量的紅光和綠光m3，這樣濾波片651僅容許藍(lán)光b1通過而將少量的紅光和綠光m3光束反射出去而不再進(jìn)入反射式液晶面板65中；這樣，這些非所需綠光m1、非所需紅光m2及非所需藍(lán)光m3不進(jìn)入液晶面板中，從而增加本發(fā)明投影系統(tǒng)的色彩對(duì)比度。
如圖6所示，本發(fā)明提供包括如上所述的光學(xué)裝置的投影系統(tǒng)100，包括一色彩分合的光學(xué)系統(tǒng)10、一發(fā)射光束的光源20、一放大率變化光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30、一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)40、以及一投影光學(xué)系統(tǒng)50。
參考圖4，一光源20發(fā)射一未偏振光L1后，一放大率變化光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30改變上述光源發(fā)射的未偏振光L1的大小，接著，借由該偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)40轉(zhuǎn)換上述未偏振光L1成p偏振光L2，而后，上述p偏振光進(jìn)入色彩分合的光學(xué)系統(tǒng)64后，調(diào)制產(chǎn)生s偏振的色彩影像L3，s偏振的色彩影像L3入射上述投影光學(xué)系統(tǒng)50后。上述投影光學(xué)系統(tǒng)50發(fā)射上述s偏振的色彩影像L3。
通過本發(fā)明的色彩分合的光學(xué)系統(tǒng)，由于采用寬角度反射偏振片具有高透過率和高反射率、分束/合光器的平面采用高透射的鍍膜，以及濾波片的加入，該投影光學(xué)系統(tǒng)具有1.光學(xué)設(shè)計(jì)靈活，接收更大錐角并且在大角度處工作良好的性能的一個(gè)重要結(jié)果是成象系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)不受到限制。從而可以使用傳統(tǒng)光源，同時(shí)寬角度范圍使得設(shè)計(jì)者可能將其他光學(xué)元件設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢锰?，一邊改善顯示器的尺寸和操作。
2.寬接收角，由于寬角度反射偏振片可以接受大于20度的光錐角，這樣從光源收集光接收角較大時(shí)轉(zhuǎn)換效率最大。
3.分辨率和對(duì)比度較好，由于本發(fā)明的分束/合光器的平面采用特殊鍍膜，以及濾波片的加入，從而增加了本發(fā)明的分辨率和對(duì)比度。
4.光學(xué)穩(wěn)定性能好。由于本發(fā)明所采用寬角度反射偏振片將所需地s偏振態(tài)的光束反射至鏡頭，而將非s偏振態(tài)的光束透過而不再進(jìn)入光路中，而避免產(chǎn)生光束之間的串?dāng)_。同時(shí)該寬角度反射偏振片具有耐高溫的特性，從而避免了因高溫產(chǎn)生的不穩(wěn)定性。
以上所述者，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一寬角度反射偏振片，該偏振片通過第一方向偏振的第一偏振態(tài)部分光束以及反射第二方向偏振的第二偏振態(tài)部分的全部光束；一成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)接受第一或第二偏振部分以及返回第一或第二偏振影像，其中第一或第二偏振部分被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的影像而顯示第二或第一偏振部分的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，其中寬角度反射偏振片包括Moxtek Proflux偏振片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一分束/合光器，該分束/合光器將寬角反射偏振片接受到的光束分離成多個(gè)色彩頻帶光，其中，該分束/合光器包括若干平面，各色彩頻帶光可以通過其相應(yīng)的平面而進(jìn)入其液晶面板上，各液晶面板將其相應(yīng)的色彩頻帶光調(diào)制成色彩頻帶光影像，而后，各色彩頻帶光影像再次通過其平面進(jìn)入該分束/合光器，該分束/合光器將多個(gè)色彩頻帶光影像進(jìn)行合光后傳輸給該寬反射偏振片。
4.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，該液晶面板為反射式液晶面板。
5.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，該成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一和液晶面板匹配的濾波片，用以將從寬角度反射偏振片接受到的光束中的部分非所需光束反射掉，而使所需光束射入液晶面板。
6.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，所述該分束器/合光器的若干平面不影響光束的偏振狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，光束相對(duì)與該寬角反射偏振片的表面可為45°。
8.如權(quán)利要求1所述的一種緊湊設(shè)計(jì)的分/合光系統(tǒng)，其特征在于，光束相對(duì)與該寬角反射偏振片的表面可以為除45°之外的其他角度。
9.一種包括如上分/合光系統(tǒng)的液晶投影系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一光源系統(tǒng)，發(fā)出p偏振光；一如權(quán)利要求1所述的分光系統(tǒng)將上述p偏振光轉(zhuǎn)換成一s偏振色彩影像的分合光學(xué)系統(tǒng)；以及一投射光學(xué)系統(tǒng)，投射來自上述色彩分合的光學(xué)系統(tǒng)的上述s偏振色彩影像。
10.如權(quán)利要求9所述的液晶投影系統(tǒng)，其特征在于該光源系統(tǒng)還包括一發(fā)射一未偏振光的光源一改變借由上述光源發(fā)射的未偏振光大小的放大率變化光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；以及一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，一偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將上述未偏振光轉(zhuǎn)換成p偏振光。
全文摘要
一光學(xué)系統(tǒng)采用寬角度反射偏振片作為偏振分束器，傳輸偏振光束到分束/合光器(如X－立方分合光棱鏡)，該分束/合光器將接受到的偏振光束依據(jù)不同色彩分配給各個(gè)反射式液晶面板，該反射式液晶面板將接受到的偏振光束調(diào)制反射成偏振光影像，而后再次通過分束/合光器返回借由寬角度反射偏振片反射進(jìn)入透鏡系統(tǒng)，接受如上影像。由于采用寬角度反射偏振片具有高透過率和高反射率、分束/合光器的平面采用高透射的鍍膜，以及濾波片的加入，這樣整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可滿足緊湊的光路設(shè)計(jì)以及高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1591084SQ0314039
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者李屹 申請(qǐng)人:昂納明達(dá)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(深圳)有限公司