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具有單個偏振轉換器的led液晶投影機的光學結構的製作方法

2023-05-20 14:43:26 2

專利名稱:具有單個偏振轉換器的led液晶投影機的光學結構的製作方法
技術領域:
本發明涉及LED液晶投影機的光學結構,尤其是具有單個偏振轉換器的LED液晶 投影機的光學結構。
背景技術:
液晶投影機是應用十分廣泛的光電產品,目前常見的液晶投影機採用金屬滷鎢 燈作為光源,雖然亮度高,但體積較大。這類液晶投影機內部通常採用一個偏振轉換系統 (PCS)將金屬滷鎢燈的非偏振光轉換為偏振光,以提高光能利用率。PCS通常包括一排立方 稜鏡陣列和雙排透鏡陣列。立方稜鏡陣列由η個立方稜鏡粘接在一起,因為非偏振光經立 方稜鏡後,出射光束直徑將增大至入射光束直徑的(η+1)/η倍,為了不明顯增大光束的出 射直徑,η通常較大,比如6以上,因此立方稜鏡陣列加工製造複雜,成本高,體積較大。雙 排透鏡陣列的第二排透鏡陣列一般位於第一排透鏡陣列的焦平面上,把第一排透鏡分割的 多個細光束重疊成像於無窮遠,由中繼光組成像於液晶屏表面,形成均勻照明。雙排透鏡陣 列在PCS中的另一個重要作用是必須為立方稜鏡陣列提供細光束割列的匹配環境,以提高 PCS的轉偏效率。因此,透鏡陣列的設計與安裝上必須與立方稜鏡陣列結合一起考慮。由於 裝配中要精確調整兩排透鏡陣列及立方稜鏡陣列的相對位置,因此費時費力,且雙排透鏡 陣列也導致投影機的體積較大。隨著LED光源的推廣應用,採用LED作為光源的液晶投影機也逐步推廣應用。如 果在LED液晶投影機中仍然採用前面提及的滷素燈液晶投影機的偏振轉換系統PCS,則投 影機的體積和成本將難以降低。另外,由於LED的發光面積大,很難借用成熟的PCS技術。 迄今為止,尚未見到應用偏振轉換技術的微小型投影機的產品。因此,怎麼將偏振轉換技術 移植至微小型LED液晶投影機中,成為新技術的發展趨勢。

發明內容
本發明的目的是提供一種小體積,高光效,低成本,加工和裝配簡單的具有單個偏 振轉換器的LED液晶投影機的光學結構。為達上述目的,本發明有以下兩種技術解決方案。方案1具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,包括照明光軸和成像光軸, 在照明光軸上依次放置LED,準直鏡,單個透射式偏振轉換器,透鏡陣列和中繼光組,在成像 光軸上依次放置LCOS液晶屏,PBS和投影鏡頭,照明光軸與成像光軸垂直;LED發射的非偏 振光經準直鏡準直後,入射至單個透射式偏振轉換器,由單個透射式偏振轉換器將非偏振 光轉換成偏振光,併入射至透鏡陣列,光束由透鏡陣列整形後經中繼光組到達PBS,PBS將 偏振光反射於LCOS液晶屏。偏振光經LCOS液晶屏調製後,偏振方向變化90度,再反射至 PBS,經PBS透射到投影鏡頭,由投影鏡頭將LCOS液晶屏的圖像投射至投影屏上。上述的單個透射式偏振轉換器可以由一塊直角稜鏡與一塊斜方稜鏡膠合而成,在兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,在直角稜鏡的出射面上粘貼1/2波片,將入射的非偏振光 全部轉換為S偏振光;或者在斜方稜鏡的出射面上粘貼1/2波片,將入射的非偏振光全部轉 換為P偏振光。上述的單個透射式偏振轉換器也可以由二塊45度平行安置的平板構成,其中第 一塊平板為偏振分光鏡,第二塊平板為全反鏡。在兩塊平板的末端之間垂直粘貼1/2波片, 將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光;或者在第一塊平板末端的上方垂直粘帖1/2波片, 將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光。方案2具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,包括二個照明光軸和一個成 像光軸,在第一照明光軸上依次放置依次放置LED,準直鏡和單個反射式偏振轉換器,第二 照明光軸上依次放置透鏡陣列和中繼光組,在成像光軸上依次放置LCOS液晶屏,PBS和投 影鏡頭,第一照明光軸與成像光軸互相平行,並都垂直於第二照明光軸;LED發射的非偏振 光經準直鏡準直後,入射至單個反射式偏振轉換器,由單個反射式偏振轉換器將非偏振光 轉換成偏振光,並反射至透鏡陣列,光束由透鏡陣列整形後經中繼光組到達PBS,PBS將偏 振光反射於LCOS液晶屏。偏振光經LCOS液晶屏調製後,偏振方向變化90度,再反射至PBS, 經PBS透射到投影鏡頭,由投影鏡頭將LCOS液晶屏的圖像投射至投影屏上。上述的單個反射式偏振轉換器可以由一塊直角稜鏡與一塊斜方稜鏡膠合而成,在 兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,在斜方稜鏡的出射面上粘貼1/2波片,將入射的非偏振光 全部轉換為S偏振光;或者在直角稜鏡的出射面上粘貼1/2波片,將入射的非偏振光全部轉 換為P偏振光。本發明可以將LED發出的非偏振光全部轉換為偏振光,有效提高了投影儀的光能 利用效率和亮度,且體積小,成本低,加工和裝配簡單。


圖1是本發明方案1的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構示意 圖。圖2是第一種單個透射式偏振轉換器示意圖。圖3是第二種單個透射式偏振轉換器示意圖。圖4是第三種單個透射式偏振轉換器示意圖。圖5是第四種單個透射式偏振轉換器示意圖。圖6是本發明方案2的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構示意 圖。圖7是第一種單個反射式偏振轉換器示意圖。圖8是第二種單個反射式偏振轉換器示意圖。
具體實施例方式參照圖1,方案1的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,包括照明 光軸和成像光軸,在照明光軸上依次放置光源LED 101,準直鏡102,單個透射式偏振轉換 器103,透鏡陣列104和中繼光組105,在成像光軸上依次放置LCOS液晶屏106,PBS(偏振分光器)107和投影鏡頭108,照明光軸與成像光軸垂直;LED 101發射的非偏振光經準直 鏡102準直後,入射至單個透射式偏振轉換器103,由單個透射式偏振轉換器103將非偏振 光轉換成偏振光,併入射至透鏡陣列104,光束由透鏡陣列104整形後經中繼光組105到達 PBS107, PBS 107將偏振光反射於LCOS液晶屏106。偏振光經LCOS液晶屏106調製後,偏 振方向變化90度,再反射至PBS 107,經PBS 107透射到投影鏡頭108,由投影鏡頭108將 LCOS液晶屏106的圖像投射至投影屏109上。上述的單個透射式偏振轉換器103由一塊直角稜鏡103A與一塊斜方稜鏡103B膠 合而成,在兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,可以如圖2所示,在斜方稜鏡103B的出射面上粘 貼1/2波片103C,這時入射的非偏振光全部轉換為P偏振光。或者可以如圖3所示,在直角 稜鏡103A的出射面上粘貼1/2波片103C,將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光。上述的單個透射式偏振轉換器103也可以由二塊45度平行安置的平板構成,其中 第一塊平板103D為偏振分光鏡,第二塊平板103E為全反鏡。如圖4所示,在兩塊平板的末 端之間垂直粘貼1/2波片103C,將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光;或者如圖5所示, 在第一塊平板103D末端的上方垂直粘帖1/2波片103C,將入射的非偏振光全部轉換為S偏 振光。參照圖6,方案2的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,包括二個 照明光軸和一個成像光軸,在第一照明光軸上依次放置依次放置光源LED 201,準直鏡202 和單個反射式偏振轉換器203,第二照明光軸上依次放置透鏡陣列204和中繼光組205,在 成像光軸上依次放置LCOS液晶屏206,PBS 207和投影鏡頭208,第一照明光軸與成像光軸 互相平行,並都垂直於第二照明光軸;LED 201發射的非偏振光經準直鏡202準直後,入射 至單個反射式偏振轉換器203,由單個反射式偏振轉換器203將非偏振光轉換成偏振光,並 反射至透鏡陣列204,光束由透鏡陣列204整形後經中繼光組205到達PBS 207,PBS 207將 偏振光反射於LCOS液晶屏206。偏振光經LCOS液晶屏206調製後,偏振方向變化90度,再 反射至PBS 207,經PBS 207透射到投影鏡頭208,由投影鏡頭208將LCOS液晶屏206的圖 像投射至投影屏209上。上述的單個反射式偏振轉換器203可以由一塊直角稜鏡203A與一塊斜方稜鏡 203B膠合而成,在兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,如圖7所示,在斜方稜鏡203B的出射面上 粘貼1/2波片203C,將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光;或者如圖8所示,在直角稜鏡 203A的出射面上粘貼1/2波片203C,將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光。
權利要求
1.具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,其特徵是包括照明光軸和成像 光軸,在照明光軸上依次放置LED(IOl),準直鏡(102),單個透射式偏振轉換器(103),透鏡 陣列(104)和中繼光組(105),在成像光軸上依次放置LCOS液晶屏(106),PBS (107)和投 影鏡頭(108),照明光軸與成像光軸垂直;LED(IOl)發射的非偏振光經準直鏡(102)準直 後,入射至單個透射式偏振轉換器(103),由單個透射式偏振轉換器(103)將非偏振光轉換 成偏振光,併入射至透鏡陣列(104),光束由透鏡陣列(104)整形後經中繼光組(105)到達 PBS (107),PBS (107)將偏振光反射於LCOS液晶屏(106)。偏振光經LCOS液晶屏(106)調 制後,偏振方向變化90度,再反射至PBS(107),經PBS(107)透射到投影鏡頭(108),由投影 鏡頭(108)將LCOS液晶屏(106)的圖像投射至投影屏(109)上。
2.根據權利要求1所述的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,其特徵 是單個透射式偏振轉換器(103)由一塊直角稜鏡(103A)與一塊斜方稜鏡(103B)膠合而 成,在兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,在直角稜鏡(103A)的出射面上粘貼1/2波片(103C), 將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光;或者在斜方稜鏡(103B)的出射面上粘貼1/2波片 (103C),將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光。
3.根據權利要求1所述的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,其特徵 是單個透射式偏振轉換器(103)由二塊45度平行安置的平板構成,其中第一塊平板(103D) 為偏振分光鏡,第二塊平板(103E)為全反鏡。在兩塊平板的末端之間垂直粘貼1/2波片 (103C),將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光;或者在第一塊平板(103D)末端的上方垂 直粘帖1/2波片(103C),將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光。
4.具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,其特徵在於包括二個照明光軸 和一個成像光軸,在第一照明光軸上依次放置依次放置LED(201),準直鏡(202)和單個反 射式偏振轉換器(203),第二照明光軸上依次放置透鏡陣列(204)和中繼光組(205),在成 像光軸上依次放置LCOS液晶屏(206),PBS (207)和投影鏡頭(208),第一照明光軸與成像 光軸互相平行,並都垂直於第二照明光軸;LED(201)發射的非偏振光經準直鏡(202)準直 後,入射至單個反射式偏振轉換器(203),由單個反射式偏振轉換器(203)將非偏振光轉換 成偏振光,並反射至透鏡陣列(204),光束由透鏡陣列(204)整形後經中繼光組(205)到達 PBS (207),PBS (207)將偏振光反射於LCOS液晶屏(206)。偏振光經LCOS液晶屏(206)調 制後,偏振方向變化90度,再反射至PBS(207),經PBS(207)透射到投影鏡頭(208),由投影 鏡頭(208)將LCOS液晶屏(206)的圖像投射至投影屏(209)上。
5.根據權利要求4所述的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,其特徵 是單個反射式偏振轉換器(203)由一塊直角稜鏡(203A)與一塊斜方稜鏡(203B)膠合而 成,在兩者膠合面上鍍有偏振分光膜,在斜方稜鏡(203B)的出射面上粘貼1/2波片(203C), 將入射的非偏振光全部轉換為S偏振光;或者在直角稜鏡(203A)的出射面上粘貼1/2波片 (203C),將入射的非偏振光全部轉換為P偏振光。
全文摘要
本發明的具有單個偏振轉換器的LED液晶投影機的光學結構,包括相互垂直的一個照明光軸和一個成像光軸,在照明光軸上依次放置LED,準直鏡,單個透射式偏振轉換器,透鏡陣列和中繼光組,在成像光軸上依次放置LCOS液晶屏,PBS和投影鏡頭;或者包括二個照明光軸和一個成像光軸,在第一照明光軸上依次放置依次放置LED,準直鏡和單個反射式偏振轉換器,第二照明光軸上依次放置透鏡陣列和中繼光組,在成像光軸上依次放置LCOS液晶屏,PBS和投影鏡頭,第一照明光軸與成像光軸互相平行,並都垂直於第二照明光軸。本發明用單個透射式偏振轉換器或者單個反射式偏振轉換器實現偏振光轉換,具有小體積,高光效,低成本,加工和裝配簡單的優點。
文檔編號G02B27/28GK102004321SQ20101026954
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者倪旭翔, 吳碧珍, 田寶龍, 陸祖康 申請人:浙江金成科技發展有限公司

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