反射式液晶立體投影光機的製作方法
2023-05-25 02:47:26 1
專利名稱：反射式液晶立體投影光機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光學儀器領域，尤其涉及立體顯示技術領域。
背景技術：
投影技術得到了巨大發展， 廣泛應用於計算機顯示，投影機，投影電視。同時隨著三維動畫、三維遊戲、立體影視技術的發展，立體顯示技術也逐漸成為顯示技術的發展方向之一。三維投影顯示技術的出現必然會給人們的業餘生活帶來根本的改變。
目前一般反射式液晶投影系統由光源組件，光學引擎，投影鏡頭等元件組成。
光源組件一般包括照明光源(提供投影機照明)，準直透鏡組(將照明光源發射的發散光變成平行光束)，濾光器(濾去光束中紅外和紫外光)，起偏器(將光源的自然偏振光變成線偏振光)。或者是一種帶色輪和光棒的時間分色系統。
普通的光學引擎中，光源的光束被分成紅綠藍三色，三色光束分別被三個反射式液晶(例如，目前的LCOS晶片)進行強度調製；光學引擎再將三色光合為一束，射到投影鏡頭上形成圖像。圖1是常見的一類三片反射式液晶的光機，它是美國ColorLink公司的ColorQuad方案。100是光源組件，201、202、203是三片三色反射式液晶，301、302、303、304是4片偏振分光鏡(PBS)，401、402、403、404是單基色波片。它的基本工作原理是從光源組件100出來的線偏振光經過白光波片，將一種顏色的入射光變成P偏振光，另外兩種不變。通過偏振分光鏡301、302、303和單基色波片401、402將入射光分成紅、綠、藍三基色，並分別照射在三片反射式液晶片上面；同時透過偏振分光鏡302、303、304和單基色波片403、404將從液晶表面反射出來的信號光合光並透過投影鏡頭投影出去。所以，該光機的偏振分光鏡(PBS)和單基色波片的作用是分光/合光的作用，它的基本特徵是用了三片反射式液晶。
這類光機的優點是技術相對成熟，光能利用率較高，其不足在於(1)分光/合光系統需要進行三色光偏振光的分光和合光，所以整體較為複雜，或者對所用器件的要求較高；(2)很難實現立體顯示，目前還沒有一種基於目前普通LCOS光機的立體投影機。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構相對簡單，生產成本低，技術要求低，可以實現立體顯示和平面顯示，利於規模生產的顯示投影機。
本實用新型提供了一種反射式液晶立體投影光機，包括光源組件，分光/合光系統和投影鏡頭，其特徵在於所述分光/合光系統包括一個由4個寬波帶的偏振分光鏡組成的呈「米」字形放置的偏振分光鏡組，兩塊白光波片和兩片反射式液晶；
所述光源組件出射的光束經偏振分光鏡，分成偏振狀態不同的S偏振光和P偏振光；其中，所述S偏振光進入偏振分光鏡，被反射後照射在反射式液晶表面，反射式液晶將光束調製為P偏振光反射出去，透過偏振分光鏡和進入投影鏡頭；所述的另一束P偏振光透過偏振分光鏡和白光波片後變成S偏振光，進入偏振分光鏡，被反射到反射式液晶；反射式液晶將光束調製為P偏振光，並反射入偏振分光鏡和白光波片變為S偏振光，最後經過偏振分光鏡反射進入投影鏡頭。
本實用新型所述的白光波片是一塊對整個白光波段都起作用的波片。
本實用新型所述的白光波片是由多塊只對部分波段起作用的波片疊加組成的。
本實用新型所述的偏振分光鏡和白光波片是膠合在一起的，或是部分分離的，或是完全分離的。
若所述的反射式液晶採用單色的反射式液晶，則所述的光源組件為出射時序的紅、綠、藍三色光的光源組件。若所述的反射式液晶採用彩色的反射式液晶，則所述的光源組件為出射白光的光源組件。
所述的分光/合光系統中還可加入1個或多個偏振片，所述偏振片放置在所述的偏振分光鏡和偏振分光鏡之間，或所述偏振分光鏡和白光波片之間。所述的偏振分光鏡、偏振片和白光波片是膠合在一起的，或是部分分離的，或是完全分離的。
本實用新型和現有技術中的ColorQuad方案的不同在於本實用新型可以實現平面和立體三維圖像的顯示，而ColorQuad方案只能實現平面圖像的顯示；本實用新型的4個偏振分光鏡是起到光束的分束作用，而ColorQuad方案中的偏振分光鏡是起分光/合光的作用，這是本質的區別；本實用新型只採用了兩片反射式液晶，並且可以是彩色的反射式液晶，也可以是普通的單色反射式液晶，ColorQuad方案中只能是單色反射式液晶；本實用新型用了兩片白光波片，兩片波片的作用是把透射的白光偏振態旋轉90°，而ColorQuad方案採用了4片單基色波片。
綜上所述，本實用新型的分光/合光系統所需的光學器件較少，並且調試和定位方便。比普通的三片反射式液晶的光機少一片反射式液晶，本實用新型的這一特點將降低投影機成本，使液晶顯示投影機更容易進入家庭。
圖1為美國ColorLink公司的ColorQuad方案的結構示意圖。
圖2為本實用新型的實施例一的結構示意圖。
圖3為本實用新型的實施例二的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合圖2，根據反射式液晶是彩色反射式液晶還是單色反射式液晶分兩種情況說明本實用新型的工作原理若反射式液晶是彩色的反射式液晶，則本實用新型光源組件主要由照明光源，照明透鏡組，濾光器組成，從光源組件出射的照明光只需要是均勻照明的白光。從光源組件出射的照明白光光束是非偏振光，光束1經過偏振分光鏡2，分成偏振狀態不一樣的兩束光。其中，S偏振光被偏振分光鏡2反射入偏振分光鏡8，被反射後照射在反射式液晶7表面。被反射式液晶7調製的光信號為P偏振光，該光束透過偏振分光鏡8和9進入投影鏡頭10。另外一束P偏振光透過偏振分光鏡2和白光波片3。透過白光波片3後P偏振光變為S偏振光，進入偏振分光鏡5，被5反射到反射式液晶4。被反射式液晶4調製的信號光變為P偏振光，該光束透過偏振分光鏡5後經過白光波片6，透過白光波片6後P偏振光變為S偏振光，然後經過偏振分光鏡9反射進入投影鏡頭10。從反射式液晶4和反射式液晶7出來的信號光的偏振態是正交的。
若反射式液晶是單色的反射式液晶，則本實用新型光源組件可以主要由照明光源，帶色輪和光棒的時間分色系統、照明透鏡組，濾光器組成，從光源組件出來應該是時序的紅、綠、藍三色光，光路的工作方式與上述情況大致相同。只是這裡的白光是靠時序的紅、綠、藍實現的。
如果給反射式液晶4和7的信號是完全相同的兩路信號，即反射式液晶4和7顯示的是完全相同的兩幅圖像，那麼本實用新型所述光機投影出平面的圖像。如果反射式液晶4和7分別輸入按照立體顯示要求拍攝和製作的兩路不同信號，則反射式液晶4和7上的兩幅圖像分別被以S偏振光和P偏振光通過投影鏡頭投影出去，人眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振片，就可以觀察到立體的圖像信息。
如圖3所示，為了進一步提高系統的對比度，可以在本實用新型所述的光機中加入偏振片11。具體放置偏振片的位置在偏振分光鏡和偏振分光鏡之間，偏振分光鏡和白光波片之間，可以部分放置也可以全部放置。
根據實際加工工藝的要求，偏振分光鏡、偏振片和白光波片可以膠合在一起，也可以是部分分離的，也可以完全分離。
本實用新型中的白光波片可以採用美國ColorLink公司提供的ColorSelect波片。
權利要求1.反射式液晶立體投影光機，包括光源組件，分光/合光系統和投影鏡頭，其特徵在於所述分光/合光系統包括一個由4個寬波帶的偏振分光鏡組成的呈「米」字形放置的偏振分光鏡組，兩塊白光波片和兩片反射式液晶；所述光源組件出射的光束經偏振分光鏡(2)，分成偏振狀態不同的S偏振光和P偏振光；其中，所述S偏振光進入偏振分光鏡(8)，被反射後照射在反射式液晶(7)表面，反射式液晶(7)將光束調製為P偏振光反射出去，透過偏振分光鏡(8)和(9)進入投影鏡頭(10)；所述的另一束P偏振光透過偏振分光鏡(2)和白光波片(3)後變成S偏振光，進入偏振分光鏡(5)，被反射到反射式液晶(4)；反射式液晶(4)將光束調製為P偏振光，並反射入偏振分光鏡(5)和白光波片(6)變為S偏振光，最後經過偏振分光鏡(9)反射進入投影鏡頭(10)。
2.根據權利要求1所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於所述的白光波片是一塊對整個白光波段都起作用的波片。
3.根據權利要求1所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於所述的白光波片是由多塊只對部分波段起作用的波片疊加組成的。
4.根據權利要求1、2或3所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於所述的偏振分光鏡和白光波片是膠合在一起的，或是部分分離的，或是完全分離的。
5.根據權利要求1所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於若所述的反射式液晶採用單色的反射式液晶，則所述的光源組件為出射時序的紅、綠、藍三色光的光源組件。
6.根據權利要求1所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於若所述的反射式液晶採用彩色的反射式液晶，則所述的光源組件為出射白光的光源組件。
7.根據權利要求1、2或3所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於所述的分光/合光系統中還可加入1個或多個偏振片，所述偏振片放置在所述的偏振分光鏡和偏振分光鏡之間，或所述偏振分光鏡和白光波片之間。
8.根據權利要求7所述的反射式液晶立體投影光機，其特徵在於所述的偏振分光鏡、偏振片和白光波片是膠合在一起的，或是部分分離的，或是完全分離的。
專利摘要反射式液晶立體投影光機，屬於光學儀器領域。本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構相對簡單，生產成本低，技術要求低，可以實現立體顯示和平面顯示，利於規模生產的顯示投影機。本實用新型公開了一種反射式液晶立體投影光機，包括光源組件，分光/合光系統和投影鏡頭，所述分光/合光系統包括一個由4個寬波帶的偏振分光鏡組成的呈「米」字形放置的偏振分光鏡組，兩塊白光波片和兩片反射式液晶。本實用新型的分光/合光系統所需的光學器件較少，並且調試和定位方便。投影機成本低，更容易進入家庭。
文檔編號G02B27/18GK2630880SQ0326448
公開日2004年8月4日 申請日期2003年6月24日 優先權日2003年6月24日
發明者朱鈞, 張書練 申請人:清華大學