专利名称：具有单个偏振转换器的led液晶投影机的光学结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED液晶投影机的光学结构，尤其是具有单个偏振转换器的LED液晶 投影机的光学结构。
背景技术：
液晶投影机是应用十分广泛的光电产品，目前常见的液晶投影机采用金属卤钨 灯作为光源，虽然亮度高，但体积较大。这类液晶投影机内部通常采用一个偏振转换系统 (PCS)将金属卤钨灯的非偏振光转换为偏振光，以提高光能利用率。PCS通常包括一排立方 棱镜阵列和双排透镜阵列。立方棱镜阵列由η个立方棱镜粘接在一起，因为非偏振光经立 方棱镜后，出射光束直径将增大至入射光束直径的(η+1)/η倍，为了不明显增大光束的出 射直径，η通常较大，比如6以上，因此立方棱镜阵列加工制造复杂，成本高，体积较大。双 排透镜阵列的第二排透镜阵列一般位于第一排透镜阵列的焦平面上，把第一排透镜分割的 多个细光束重叠成像于无穷远，由中继光组成像于液晶屏表面，形成均勻照明。双排透镜阵 列在PCS中的另一个重要作用是必须为立方棱镜阵列提供细光束割列的匹配环境，以提高 PCS的转偏效率。因此，透镜阵列的设计与安装上必须与立方棱镜阵列结合一起考虑。由于 装配中要精确调整两排透镜阵列及立方棱镜阵列的相对位置，因此费时费力，且双排透镜 阵列也导致投影机的体积较大。随着LED光源的推广应用，采用LED作为光源的液晶投影机也逐步推广应用。如 果在LED液晶投影机中仍然采用前面提及的卤素灯液晶投影机的偏振转换系统PCS，则投 影机的体积和成本将难以降低。另外，由于LED的发光面积大，很难借用成熟的PCS技术。 迄今为止，尚未见到应用偏振转换技术的微小型投影机的产品。因此，怎么将偏振转换技术 移植至微小型LED液晶投影机中，成为新技术的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种小体积，高光效，低成本，加工和装配简单的具有单个偏 振转换器的LED液晶投影机的光学结构。为达上述目的，本发明有以下两种技术解决方案。方案1具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，包括照明光轴和成像光轴， 在照明光轴上依次放置LED，准直镜，单个透射式偏振转换器，透镜阵列和中继光组，在成像 光轴上依次放置LCOS液晶屏，PBS和投影镜头，照明光轴与成像光轴垂直；LED发射的非偏 振光经准直镜准直后，入射至单个透射式偏振转换器，由单个透射式偏振转换器将非偏振 光转换成偏振光，并入射至透镜阵列，光束由透镜阵列整形后经中继光组到达PBS，PBS将 偏振光反射于LCOS液晶屏。偏振光经LCOS液晶屏调制后，偏振方向变化90度，再反射至 PBS,经PBS透射到投影镜头，由投影镜头将LCOS液晶屏的图像投射至投影屏上。上述的单个透射式偏振转换器可以由一块直角棱镜与一块斜方棱镜胶合而成，在两者胶合面上镀有偏振分光膜，在直角棱镜的出射面上粘贴1/2波片，将入射的非偏振光 全部转换为S偏振光；或者在斜方棱镜的出射面上粘贴1/2波片，将入射的非偏振光全部转 换为P偏振光。上述的单个透射式偏振转换器也可以由二块45度平行安置的平板构成，其中第 一块平板为偏振分光镜，第二块平板为全反镜。在两块平板的末端之间垂直粘贴1/2波片， 将入射的非偏振光全部转换为P偏振光；或者在第一块平板末端的上方垂直粘帖1/2波片， 将入射的非偏振光全部转换为S偏振光。方案2具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，包括二个照明光轴和一个成 像光轴，在第一照明光轴上依次放置依次放置LED，准直镜和单个反射式偏振转换器，第二 照明光轴上依次放置透镜阵列和中继光组，在成像光轴上依次放置LCOS液晶屏，PBS和投 影镜头，第一照明光轴与成像光轴互相平行，并都垂直于第二照明光轴；LED发射的非偏振 光经准直镜准直后，入射至单个反射式偏振转换器，由单个反射式偏振转换器将非偏振光 转换成偏振光，并反射至透镜阵列，光束由透镜阵列整形后经中继光组到达PBS，PBS将偏 振光反射于LCOS液晶屏。偏振光经LCOS液晶屏调制后，偏振方向变化90度，再反射至PBS， 经PBS透射到投影镜头，由投影镜头将LCOS液晶屏的图像投射至投影屏上。上述的单个反射式偏振转换器可以由一块直角棱镜与一块斜方棱镜胶合而成，在 两者胶合面上镀有偏振分光膜，在斜方棱镜的出射面上粘贴1/2波片，将入射的非偏振光 全部转换为S偏振光；或者在直角棱镜的出射面上粘贴1/2波片，将入射的非偏振光全部转 换为P偏振光。本发明可以将LED发出的非偏振光全部转换为偏振光，有效提高了投影仪的光能 利用效率和亮度，且体积小，成本低，加工和装配简单。
图1是本发明方案1的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构示意 图。图2是第一种单个透射式偏振转换器示意图。图3是第二种单个透射式偏振转换器示意图。图4是第三种单个透射式偏振转换器示意图。图5是第四种单个透射式偏振转换器示意图。图6是本发明方案2的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构示意 图。图7是第一种单个反射式偏振转换器示意图。图8是第二种单个反射式偏振转换器示意图。
具体实施例方式参照图1，方案1的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，包括照明 光轴和成像光轴，在照明光轴上依次放置光源LED 101，准直镜102，单个透射式偏振转换 器103，透镜阵列104和中继光组105，在成像光轴上依次放置LCOS液晶屏106，PBS(偏振分光器)107和投影镜头108，照明光轴与成像光轴垂直；LED 101发射的非偏振光经准直 镜102准直后，入射至单个透射式偏振转换器103，由单个透射式偏振转换器103将非偏振 光转换成偏振光，并入射至透镜阵列104，光束由透镜阵列104整形后经中继光组105到达 PBS107, PBS 107将偏振光反射于LCOS液晶屏106。偏振光经LCOS液晶屏106调制后，偏 振方向变化90度，再反射至PBS 107，经PBS 107透射到投影镜头108，由投影镜头108将 LCOS液晶屏106的图像投射至投影屏109上。上述的单个透射式偏振转换器103由一块直角棱镜103A与一块斜方棱镜103B胶 合而成，在两者胶合面上镀有偏振分光膜，可以如图2所示，在斜方棱镜103B的出射面上粘 贴1/2波片103C，这时入射的非偏振光全部转换为P偏振光。或者可以如图3所示，在直角 棱镜103A的出射面上粘贴1/2波片103C，将入射的非偏振光全部转换为S偏振光。上述的单个透射式偏振转换器103也可以由二块45度平行安置的平板构成，其中 第一块平板103D为偏振分光镜，第二块平板103E为全反镜。如图4所示，在两块平板的末 端之间垂直粘贴1/2波片103C，将入射的非偏振光全部转换为P偏振光；或者如图5所示， 在第一块平板103D末端的上方垂直粘帖1/2波片103C，将入射的非偏振光全部转换为S偏 振光。参照图6，方案2的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，包括二个 照明光轴和一个成像光轴，在第一照明光轴上依次放置依次放置光源LED 201，准直镜202 和单个反射式偏振转换器203，第二照明光轴上依次放置透镜阵列204和中继光组205，在 成像光轴上依次放置LCOS液晶屏206，PBS 207和投影镜头208，第一照明光轴与成像光轴 互相平行，并都垂直于第二照明光轴；LED 201发射的非偏振光经准直镜202准直后，入射 至单个反射式偏振转换器203，由单个反射式偏振转换器203将非偏振光转换成偏振光，并 反射至透镜阵列204，光束由透镜阵列204整形后经中继光组205到达PBS 207，PBS 207将 偏振光反射于LCOS液晶屏206。偏振光经LCOS液晶屏206调制后，偏振方向变化90度，再 反射至PBS 207，经PBS 207透射到投影镜头208，由投影镜头208将LCOS液晶屏206的图 像投射至投影屏209上。上述的单个反射式偏振转换器203可以由一块直角棱镜203A与一块斜方棱镜 203B胶合而成，在两者胶合面上镀有偏振分光膜，如图7所示，在斜方棱镜203B的出射面上 粘贴1/2波片203C，将入射的非偏振光全部转换为S偏振光；或者如图8所示，在直角棱镜 203A的出射面上粘贴1/2波片203C，将入射的非偏振光全部转换为P偏振光。
权利要求
1.具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，其特征是包括照明光轴和成像 光轴，在照明光轴上依次放置LED(IOl)，准直镜(102)，单个透射式偏振转换器(103)，透镜 阵列(104)和中继光组(105)，在成像光轴上依次放置LCOS液晶屏(106)，PBS (107)和投 影镜头(108)，照明光轴与成像光轴垂直；LED(IOl)发射的非偏振光经准直镜(102)准直 后，入射至单个透射式偏振转换器(103)，由单个透射式偏振转换器(103)将非偏振光转换 成偏振光，并入射至透镜阵列(104)，光束由透镜阵列(104)整形后经中继光组(105)到达 PBS (107)，PBS (107)将偏振光反射于LCOS液晶屏(106)。偏振光经LCOS液晶屏(106)调 制后，偏振方向变化90度，再反射至PBS(107)，经PBS(107)透射到投影镜头(108)，由投影 镜头(108)将LCOS液晶屏(106)的图像投射至投影屏(109)上。
2.根据权利要求1所述的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，其特征 是单个透射式偏振转换器(103)由一块直角棱镜(103A)与一块斜方棱镜(103B)胶合而 成，在两者胶合面上镀有偏振分光膜，在直角棱镜(103A)的出射面上粘贴1/2波片(103C)， 将入射的非偏振光全部转换为S偏振光；或者在斜方棱镜(103B)的出射面上粘贴1/2波片 (103C)，将入射的非偏振光全部转换为P偏振光。
3.根据权利要求1所述的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，其特征 是单个透射式偏振转换器(103)由二块45度平行安置的平板构成，其中第一块平板(103D) 为偏振分光镜，第二块平板(103E)为全反镜。在两块平板的末端之间垂直粘贴1/2波片 (103C)，将入射的非偏振光全部转换为P偏振光；或者在第一块平板(103D)末端的上方垂 直粘帖1/2波片(103C)，将入射的非偏振光全部转换为S偏振光。
4.具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，其特征在于包括二个照明光轴 和一个成像光轴，在第一照明光轴上依次放置依次放置LED(201)，准直镜(202)和单个反 射式偏振转换器(203)，第二照明光轴上依次放置透镜阵列(204)和中继光组(205)，在成 像光轴上依次放置LCOS液晶屏(206)，PBS (207)和投影镜头(208)，第一照明光轴与成像 光轴互相平行，并都垂直于第二照明光轴；LED(201)发射的非偏振光经准直镜(202)准直 后，入射至单个反射式偏振转换器(203)，由单个反射式偏振转换器(203)将非偏振光转换 成偏振光，并反射至透镜阵列(204)，光束由透镜阵列(204)整形后经中继光组(205)到达 PBS (207)，PBS (207)将偏振光反射于LCOS液晶屏(206)。偏振光经LCOS液晶屏(206)调 制后，偏振方向变化90度，再反射至PBS(207)，经PBS(207)透射到投影镜头(208)，由投影 镜头(208)将LCOS液晶屏(206)的图像投射至投影屏(209)上。
5.根据权利要求4所述的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，其特征 是单个反射式偏振转换器(203)由一块直角棱镜(203A)与一块斜方棱镜(203B)胶合而 成，在两者胶合面上镀有偏振分光膜，在斜方棱镜(203B)的出射面上粘贴1/2波片(203C)， 将入射的非偏振光全部转换为S偏振光；或者在直角棱镜(203A)的出射面上粘贴1/2波片 (203C)，将入射的非偏振光全部转换为P偏振光。
全文摘要
本发明的具有单个偏振转换器的LED液晶投影机的光学结构，包括相互垂直的一个照明光轴和一个成像光轴，在照明光轴上依次放置LED，准直镜，单个透射式偏振转换器，透镜阵列和中继光组，在成像光轴上依次放置LCOS液晶屏，PBS和投影镜头；或者包括二个照明光轴和一个成像光轴，在第一照明光轴上依次放置依次放置LED，准直镜和单个反射式偏振转换器，第二照明光轴上依次放置透镜阵列和中继光组，在成像光轴上依次放置LCOS液晶屏，PBS和投影镜头，第一照明光轴与成像光轴互相平行，并都垂直于第二照明光轴。本发明用单个透射式偏振转换器或者单个反射式偏振转换器实现偏振光转换，具有小体积，高光效，低成本，加工和装配简单的优点。
文档编号G02B27/28GK102004321SQ20101026954
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者倪旭翔, 吴碧珍, 田宝龙, 陆祖康 申请人:浙江金成科技发展有限公司