專利名稱：?jiǎn)纹絣cos激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種單片式LCOS激光投影系統(tǒng) 的光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
投影顯示技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的的發(fā)展，逐步走向成熟，并得到廣泛的應(yīng)用。目前投影 顯示技術(shù)主要分為CRT、IXD、DLP、LCOS四類。CRT投影顯示技術(shù)發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)最成 熟，但由于其亮度低、顯示尺寸有限、體積大、笨重、調(diào)整復(fù)雜且長(zhǎng)時(shí)間顯示靜止畫面會(huì)使陰 極射線管產(chǎn)生灼傷等缺點(diǎn)，目前已很少使用；LCD投影顯示技術(shù)近十年來(lái)發(fā)展十分迅速，它 具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但它存在光利用率低、像素感強(qiáng)等缺點(diǎn)；DLP 投影顯示技術(shù)，是目前唯一的全數(shù)字投影技術(shù)，其成像器件是DMD，它具有光能利用率比較 高、響應(yīng)速度快、亮度和色均勻性好、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；而LCOS投影顯示技術(shù)則結(jié)合 了 IXD和DLP兩種投影顯示技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)分辨率高、圖像細(xì)膩；(2)開口 率高、光能利用率高、亮度高；(3)對(duì)比度比IXD高，可達(dá)2000:1 ； (4)和DLP面板一樣能直 接反射光而使面板不易被灼傷；(5)無(wú)殘影現(xiàn)象。無(wú)論何種投影顯示技術(shù)，光源都是保證其顏色逼真，圖像色彩豐富的關(guān)鍵。在國(guó)際 照明委員會(huì)(CIE) 1931年發(fā)布的色度圖上，激光顯示色域三角形面積是傳統(tǒng)CRT色域三角 形面積的2倍以上，這就意味著激光投影顯示的色域范圍更寬廣，所顯示出來(lái)的顏色更逼 真。另外，激光顯示與傳統(tǒng)顯示相比，還存在如下優(yōu)勢(shì)①由于激光的光譜為線譜，所以激光 的色純度、飽和度都很高；②與普通顯示相比，在相同尺寸，相同顯示效果條件下，激光顯示 損耗的光能較低；③激光顯示在室溫下壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上，其壽命長(zhǎng)，可靠性高；④激 光顯示易于實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕。綜上所述，基于LCOS的激光投影顯示技術(shù)，是未來(lái)投影顯示技術(shù)的發(fā)展方向和必 然趨勢(shì)。理論上，在傳統(tǒng)的投影顯示混色機(jī)制中，無(wú)論是基于三片式LCOS的空間混色技術(shù)， 還是基于單片式LCOS利用高速旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)帶動(dòng)色輪實(shí)現(xiàn)時(shí)間混色技術(shù)，都有67%的光能被 浪費(fèi)掉了，所以基于LCOS投影顯示技術(shù)，尋找一種新的混色機(jī)制，盡可能降低光能浪費(fèi)，是 投影顯示技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)前的第一要?jiǎng)?wù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種設(shè)計(jì)合理、色域范圍更大、能量利用 率更高的基于單片式LCOS激光投影顯示用光學(xué)引擎。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是單片式LCOS激光投影系 統(tǒng)的光學(xué)引擎，包括紅光發(fā)光器、綠光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器，紅光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器的光 軸上分別設(shè)有反射鏡，反射鏡的出射光線與綠光發(fā)光器的光軸的交匯處設(shè)有X型合光棱 鏡，X型合光棱鏡的光線出射端設(shè)有偏振分束鏡，偏振分束鏡的兩側(cè)分別設(shè)有LCOS和投影 物鏡，所述的紅光發(fā)光器、綠光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器為激光器，在紅光發(fā)光器、綠光發(fā)光器
3和藍(lán)光發(fā)光器的光軸上還分別設(shè)有勻光整形系統(tǒng)，勻光整形系統(tǒng)由擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整 形消散斑系統(tǒng)和共軛消相位器件組成，擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整形消散斑系統(tǒng)和共軛消相位 器件的光軸相重合。所述的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)由一個(gè)雙凹透鏡和一個(gè)雙凸透鏡組成。所述的光束整形消散斑系統(tǒng)由一個(gè)傅立葉變換透鏡、一個(gè)相位衍射型光學(xué)器件、 一個(gè)微型轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)小角度圓形散射片組成。所述的反射鏡為單波長(zhǎng)介質(zhì)膜高反射鏡。所述紅色激光器可采用的波長(zhǎng)為667nm、650nm、640 nm、635nm ；綠色激光器的波長(zhǎng) 為532 nm;藍(lán)色激光器可采用的波長(zhǎng)為447 nm、457nm、473nm。所述X型合光棱鏡是邊長(zhǎng)為25. 4mm的立方棱鏡，能將三色激光合成標(biāo)準(zhǔn)白光。所述偏振分束鏡是邊長(zhǎng)為25. 4mm的立方棱鏡，其同時(shí)具有起偏和檢偏的作用。所述LCOS的尺寸為0.7英寸(16 :9)。本實(shí)用新型的有益效果該光學(xué)引擎的設(shè)計(jì)，得到了比較均勻、色純度、亮度高的 照明光斑；此設(shè)計(jì)在色域范圍、色彩的鮮明程度以及彩色的逼真程度上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的 投影顯示系統(tǒng)用光學(xué)引擎；此設(shè)計(jì)利用激光的偏振特性，無(wú)需再經(jīng)過(guò)偏振器件獲得偏振光， 在降低成本的同時(shí)，提高了光能利用率；此設(shè)計(jì)利用激光帶寬窄的特點(diǎn)，通過(guò)時(shí)序控制使三 色激光器順序發(fā)光，且各自發(fā)光時(shí)間可調(diào)，克服了傳統(tǒng)的DLP單片LCOS投影顯示利用高速 轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)帶動(dòng)色輪高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行濾色來(lái)控制光束進(jìn)行時(shí)序顯示，這又進(jìn)一步提高了光能 利用率。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的時(shí)序控制圖。圖中標(biāo)記1、紅光發(fā)光器，2、綠光發(fā)光器，3、藍(lán)光發(fā)光器，4、勻光整形系統(tǒng)，5、擴(kuò)束 準(zhǔn)直系統(tǒng)，6、光束整形消散斑系統(tǒng)，7、共軛消相位器件，8、反射鏡，9、X型合光棱鏡，10、偏振 分束鏡，11、LCOS，12、投影物鏡。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，包括紅光發(fā)光器1、綠光發(fā)光 器2和藍(lán)光發(fā)光器3，紅光發(fā)光器1和藍(lán)光發(fā)光器3的光軸上分別設(shè)有反射鏡8，反射鏡8 的出射光線與綠光發(fā)光器2的光軸的交匯處設(shè)有X型合光棱鏡9，X型合光棱鏡9的光線出 射端設(shè)有偏振分束鏡10，偏振分束鏡10的兩側(cè)分別設(shè)有LCOS 11和投影物鏡12，所述的紅 光發(fā)光器1、綠光發(fā)光器2和藍(lán)光發(fā)光器3為激光器，在紅光發(fā)光器1、綠光發(fā)光器2和藍(lán)光 發(fā)光器3的光軸上還分別設(shè)有勻光整形系統(tǒng)4，勻光整形系統(tǒng)4由依次設(shè)置的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng) 5、光束整形消散斑系統(tǒng)6和共軛消相位器件7組成，擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2、光束整形消散斑系統(tǒng) 3和共軛消相位器件7的光軸相重合。所述的擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)5由一個(gè)雙凹透鏡和一個(gè)雙凸透鏡組成。光束整形消散斑系 統(tǒng)6由一個(gè)傅立葉變換透鏡、一個(gè)相位衍射型光學(xué)器件、一個(gè)微型轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)小角度 圓形散射片組成。反射鏡8為單波長(zhǎng)介質(zhì)膜高反射鏡。共軛消相位器件7是相位衍射型光學(xué)器件。所述紅光發(fā)光器1可采用的波長(zhǎng)為667nm、650nm、640 nm、635nm ；綠光發(fā)光器2的 波長(zhǎng)為532 nm;藍(lán)光發(fā)光器3可采用的波長(zhǎng)為447 nm、457nm、473nm。所述X型合光棱鏡9是邊長(zhǎng)為25. 4mm的立方棱鏡，能將三色激光合成標(biāo)準(zhǔn)白光。所述偏振分束鏡10是邊長(zhǎng)為25. 4mm的立方棱鏡，其同時(shí)具有起偏和檢偏的作用。所述LCOS 11的尺寸為0. 7英寸(16 :9)。本光學(xué)引擎是通過(guò)時(shí)序控制三種顏色的激光器順序發(fā)光，三束激光通過(guò)與其相應(yīng) 的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的勻光整形系統(tǒng)4和其他光學(xué)器件的調(diào)制，利用人眼視覺(jué)暫留特性進(jìn)行時(shí) 間混色，最后合成為標(biāo)準(zhǔn)均勻的矩形白色光斑反射到LCOS 11上，被LCOS 11調(diào)制后的光 波，再經(jīng)偏振分束鏡10檢偏后透射進(jìn)入投影物鏡12，實(shí)現(xiàn)激光全色顯示。圖2中高電平①代表紅光發(fā)光器1點(diǎn)亮，紅色視頻信號(hào)加載到LCOS上，低電平② 代表紅光發(fā)光器1熄滅，相應(yīng)的紅色視頻信號(hào)關(guān)閉；高電平③代表綠光發(fā)光器2點(diǎn)亮，綠色視頻信號(hào)加載到LCOS上，低電平④代表綠 光發(fā)光器2熄滅，相應(yīng)的綠色視頻信號(hào)關(guān)閉；高電平⑤代表藍(lán)光發(fā)光器3點(diǎn)亮，藍(lán)色視頻信號(hào)加載到LCOS上，低電平⑥代表藍(lán) 光發(fā)光器3熄滅，相應(yīng)的藍(lán)色視頻信號(hào)關(guān)閉。紅、綠、藍(lán)三色激光器按時(shí)序控制分別發(fā)出三束激光；三束激光分別經(jīng)過(guò)各自勻光 整形系統(tǒng)4 經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)5變成圓形平行光，后經(jīng)光束整形消散斑系統(tǒng)6變成均勻的矩 形平行光，再經(jīng)共軛消相位器件7再次消散斑，并使光束橫截面大小適于LCOS 11的均勻的 矩形平行光束；紅色和藍(lán)色光束再分別經(jīng)反射鏡8反射，與綠色光束在X型合光棱鏡9處相 遇，經(jīng)X型合光棱鏡9合成標(biāo)準(zhǔn)白光；再經(jīng)偏振分束鏡10起偏，反射到LCOS 11上；信號(hào)處 理驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將三色視頻信號(hào)分開順序加載到LCOS 11上，并驅(qū)動(dòng)其各像元對(duì)均勻矩形光斑 進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)按紅、綠、藍(lán)三色視頻信號(hào)的加載順序控制三色激光器順序發(fā)光，利用人眼 視覺(jué)暫留特性進(jìn)行時(shí)間混色，被LCOS 11調(diào)制后的光波，再經(jīng)偏振分束鏡10檢偏，透射進(jìn)入 投影物鏡12，實(shí)現(xiàn)激光全色顯示。
權(quán)利要求1.單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，包括紅光發(fā)光器(1)、綠光發(fā)光器(2)和藍(lán) 光發(fā)光器(3)，紅光發(fā)光器(1)和藍(lán)光發(fā)光器(3)的光軸上分別設(shè)有反射鏡(8)，反射鏡(8) 的出射光線與綠光發(fā)光器(2)的光軸的交匯處設(shè)有X型合光棱鏡(9)，X型合光棱鏡(9)的 光線出射端設(shè)有偏振分束鏡(10)，偏振分束鏡(10)的兩側(cè)分別設(shè)有LCOS (11)和投影物鏡 (12)，其特征在于所述的紅光發(fā)光器(1)、綠光發(fā)光器(2)和藍(lán)光發(fā)光器(3)為激光器，在 紅光發(fā)光器(1)、綠光發(fā)光器(2)和藍(lán)光發(fā)光器(3)的光軸上還分別設(shè)有勻光整形系統(tǒng)(4)， 勻光整形系統(tǒng)(4)由擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(5)、光束整形消散斑系統(tǒng)(6)和共軛消相位器件(7)組 成，擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)(5)、光束整形消散斑系統(tǒng)(6)和共軛消相位器件(7)的光軸相重合。
2.如權(quán)利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，其特征在于所述的擴(kuò) 束準(zhǔn)直系統(tǒng)(5)由一個(gè)雙凹透鏡和一個(gè)雙凸透鏡組成。
3.如權(quán)利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，其特征在于所述的光 束整形消散斑系統(tǒng)(6)由一個(gè)傅立葉變換透鏡、一個(gè)相位衍射型光學(xué)器件、一個(gè)微型轉(zhuǎn)動(dòng)電 機(jī)和一個(gè)小角度圓形散射片組成。
4.如權(quán)利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，其特征在于所述的反 射鏡(8)為單波長(zhǎng)介質(zhì)膜高反射鏡。
專利摘要單片式LCOS激光投影系統(tǒng)的光學(xué)引擎，紅光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器的光軸上分別設(shè)有反射鏡，反射鏡的出射光線與綠光發(fā)光器的光軸的交匯處設(shè)有X型合光棱鏡，X型合光棱鏡的光線出射端設(shè)有偏振分束鏡，偏振分束鏡的兩側(cè)分別設(shè)有LCOS和投影物鏡，所述的紅光發(fā)光器、綠光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器為激光器，在紅光發(fā)光器、綠光發(fā)光器和藍(lán)光發(fā)光器的光軸上還分別設(shè)有勻光整形系統(tǒng)，勻光整形系統(tǒng)由擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整形消散斑系統(tǒng)和共軛消相位器件組成，擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束整形消散斑系統(tǒng)和共軛消相位器件的光軸相重合。本光學(xué)引擎在色域范圍、色彩的鮮明程度以及彩色的逼真程度上都好于傳統(tǒng)光學(xué)引擎；在降低成本的同時(shí)，提高了光能利用率。
文檔編號(hào)G02B27/48GK201886267SQ20102067963
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月25日
發(fā)明者李慧娟 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)