专利名称：液晶投影仪的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶投影仪，并尤其涉及一种带有三个反射式液晶显示器的液晶投影仪。
背景技术：
近来，随着对大尺寸、高分辨率图像的需求变得的越来越强烈，作为显示器的投影仪受到关注，该投影仪通过投影透镜系统产生图像的放大投影。图像可以向前或向后投影。
液晶投影仪把从光源发出的光束投射到液晶板，并从那儿通过投影光学系统到达屏幕。当把图像直接投影到液晶板后面的屏幕上时，屏幕和投影光学系统之间的投影距离需要屏幕后面有一个很大的空间，而使得投影仪很厚，阻碍了薄型投影仪的制造。
作为解决这个问题的一种方法，可以在屏幕和投影光学系统之间设置一个全反射镜，以折转光路，这可以减小投影仪的厚度。在此例中，虽然投影仪的厚度可以通过减小全反射镜的设置角度而进一步地减小，但反射镜和用于在屏幕上无畸变地投影图像的投影光学系统之间的设置角度有一个限度，并且出于对由照明系统、液晶板和投影透镜系统组成的光学系统总长度的内在要求，对系统厚度的减小有一个限度。
因此，有各种减小光学系统总长度的计划。图1表示液晶投影仪的一种现有技术的光学系统，该系统采用一个根据波长和偏振方向而反射或透射入射光的偏振分束棱镜，用于减小光学系统的总长度。
详细地说，图1中的光学系统在光源40和第一全反射镜44之间设置一个蝇眼透镜(FEL)42，一个第二FEL46，一个偏振分束阵列(PBS阵列)47，和一个第一全反射镜44和第二全反射镜50之间的聚焦透镜48。
图1所示的液晶投影仪的光学系统还设置有一个处于第二全反射镜50的反射光路上的二向色镜52，处于第一二向色镜52和蓝色液晶板56A之间光路上的第一偏振分束棱镜(PBSP)54，处于第一二向色镜52和绿色液晶板56B之间光路上的第二PBSP54B，第一延迟透镜60，第三全反射镜62，第二延迟透镜64，第四、第五全反射镜66和68，处于第二PBSP54B和红色液晶板56C之间光路上的第三PBSP54C，处于第一至第三PBSP54A、54B和54C之间的二色棱镜70，和与二色棱镜70的光投影面相对的投影透镜72。
因为第二PBSP54可以分开颜色，所以前述的光学系统可以减少二向色镜的数量，减小光学系统的总长度。在此例中，通过第二PBSP54B的红光沿由第四至第六全反射镜62、66和68包围第三液晶板56C的形式弯转的光路行进，并导向第三液晶板56C。
同时，一般地，连接器10装配在第三液晶板56C的一侧，即图1中的底部，用于将第三液晶板56C连接到外部信号线，导致与红光光路的相交。因此，由于要使红光光路与第三液晶板56C的连接器10尽可能远地隔开，所以减小光学系统总长度有一个限度。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种液晶投影仪的光学系统，该系统基本上消除了由现有技术中的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种液晶投影仪的光学系统，其中光学系统的总长度被减小，从而减小了整个系统的厚度。
本发明的其它特点和优点将通过下面的说明书阐述，或部分通过说明书理解，或通过实施本发明而得知。本发明的目的和其它优点将通过说明书中及权利要求书和附图中指出的结构得以实现。
为了实现本发明的上述优点及其目的，如所实施和广义描述的，提供了一种液晶投影仪的光学系统，用于利用经第一至第三光路改变部分接收的彩色光束叠加、放大并投影在第一至第三液晶板上显示的图像，其中，第一光路改变部分包括第一子光路改变部分，用于使从第一至第三光路改变部件中的一个接收到的彩色光束的线性偏振光分量第一次改变；第二子光路部分，用于反射来自第一子光路部分的彩色光束，并使得反射的彩色光束中的线性偏振光分量做第二次改变，且向前传播到第一子光路部分；和第三子光路部分，用于把经第二子光路部分和第一子光路部分接收到的彩色光束导向与彩色光束有关的第一液晶板，其中，第一至第三子光路部分布置成与第一液晶板隔开，分别安置在第一液晶板除配装连接器以外的各侧上。
第一子光路部分包括一个第一λ/2片，用于改变从第二和第三子光路改变部分中的一个接收到的彩色光束的线性偏振分量，第二子光路部分包括第一全反射镜，用于以直角反射来自第二子光路部分的彩色光束；第二全反射镜，用于将来自第一全反射镜的彩色光束反射回去；λ/4片，用于在一个方向上把来自第一全反射镜的第一线性偏振光改变为圆偏振光，并向前传播圆偏振光，且在另一个方向上把来自第二全反射镜的圆偏振光改变为第二线性偏振光，并向前传播第二线性偏振光，第三子光路部分包括第一偏振分束器(PBSP)，用于将来自第一λ/2片的第一线性偏振光透射向第一全反射镜，并以直角反射来自第一全反射镜的第二线性偏振光；第二PBSP，用于以直角把来自第一PBSP的第二线性偏振光反射向第一液晶板；和第二λ/2片，用于把来自第二PBSP的第一线性偏振光改变为第二线性偏振光。
第一、第二和第三子光路部分还包括至少一个折射透镜，用于防止光散射并中继成象点，并且第一子光路部分中的折射透镜布置在第一λ/2片和第一PBSP之间，第二子光路部分中的折射透镜布置在λ/4片和第二全反射镜之间，而第三子光路部分中的折射透镜布置在第一PBSP和第二PBSP之间。
第二子光路部分还包括一个彩色滤光片，用于增强彩色光的纯度，并且彩色滤光片布置在λ/4片和第二全反射镜之间。
λ/4片布置在第一全反射镜和第二全反射镜之间，第一PBSP布置在第一λ/2片和第一全反射镜之间，而第二PBSP布置在第一液晶板和第二λ/2片之间。
在本发明的另一方面，提供一种液晶投影仪的光学系统，用于叠加、放大和投影显示在第一至第三液晶板上的图像，该系统包括一个光源；一个照明部分，用于把来自光源的白光改变成线性偏振光并向前传播线性偏振光；颜色分离部分，用于把来自照明部分的白光分成第一至第三彩色光；第三光路改变部分，用于把三束彩色光束反射向第三液晶板；第二光路改变部分，用于把经第三光路改变部分接收的两束彩色光束反射向第二液晶板；和第一光路改变部分，其包括第一子光路部分，用于使从第二光路改变部分接收到的第一彩色光束的线性偏振光分量做第一次改变；第二子光路部分，用于反射来自第一子光路部分的第一彩色光束，并使反射的第一彩色光束的线性偏振分量做第二次改变并向前传播到第一子光路部分；和第三子光路部分，用于把经第二子光路部分和第一子光路部分接收到的第一彩色光束导向第一液晶板，其中，第一至第三子光路部分分别布置成与第一液晶板隔开，安置在第一液晶板除配装连接器一侧以外的各侧上。
在第一光路改变部分中，第一子光路部分包括第一λ/2片，用于改变从第二和第三光路改变部分中的一个接收到的彩色光束的线性偏振分量，第二子光路部分包括一个第一全反射镜，用于以直角反射来自第二子光路部分的彩色光束；第二全反射镜，用于将来自第一全反射镜的彩色光束反射回去；λ/4片，用于把来自第一全反射镜的第一线性偏振光束在一个方向上改变成圆偏振光并向前传播此圆偏振光，且在另一方向上把来自第二全反射镜的圆偏振光改变成第二线性偏振光，并向前传播此第二线性偏振光；以及第三子光路部分包括一个第一偏振分束棱镜(PBSP)，用于把来自第一λ/2片的第一线性偏振光透射向第一全反射镜，并以直角反射来自第一全反射镜的第二线性偏振光；一个第二PBSP，用于以直角把来自第一PBSP的第二线性偏振光向第一液晶板反射；和一个第二λ/2片，用于把来自第一PBSP的第一线性偏振光转变为第二线性偏振光。
应该理解，前面的一般性描述和后面的详细描述只是举例和解释性的，并用于对由权利要求限定的本发明做进一步的解释。
对本发明提供进一步地理解并构成本说明书一部分的附图将与解释本发明原理的说明书一起说明本发明的实施例。其中图1表示液晶投影仪的现有技术光学系统；图2表示根据本发明优选实施例的液晶投影仪的光学系统；以及图3表示图2中，R’光学系统的红色光路的细节。
具体实施例方式
下面将参考其示例在附图中示出的本发明优选实施例。图2表示根据本发明优选实施例的液晶投影仪的光学系统。
参见图2，根据本发明优选实施例的液晶投影仪的光学系统具有一个设置为避开红光液晶板的连接器安装方向的红色光路。为此，图2中的液晶投影仪的光学系统包括第一、第二FEL6和8，PBS阵列10和位于光源2和第一全反射镜14之间的第一聚焦透镜12，及位于第一聚焦透镜12和第一二向色镜18之间的第二聚焦透镜16。
从光源2发出的可见光传播到第一FEL6。FEL6把光分成小单元，并聚焦到第二FEL8中相应的透镜单元上。第二FEL8把光准直成与特定的部分平行，并导向配装在其后表面的PBS阵列10，用于通过第一和第二FEL6和8确保导向液晶板26R、26G和26B的光分布的均匀性。PBS阵列10把光分成线性偏振光，每个偏振光具有一个光轴，即P偏振光和S偏振光，并且部分地配装在PBS阵列10后面的1/2波片(未示出)把透射的P偏振光变成S偏振光。因此，当所有输入光线被的PBS阵列10变成S偏振光时，光源2发出的大部分光被导向液晶板26R、26G和26B，后面将做描述。第一全反射镜14把所有的入射光全部反射向二向色镜18。第一和第二聚焦透镜12和16聚焦入射光，以用于避免光散射。
图2中液晶投影仪的光学系统还包括一个位于第一二向色镜18和蓝色液晶板26B之间的第一PBSP24B，位于第一二向色镜18和绿色液晶板26G之间的第二PBSP24G，位于第二PBSP24G和红色液晶板26R之间的红光光学系统R，从而不干涉红色液晶板26R的连接器、位于第三PBSP24R和第一、第二PBSP24B和24G之间的二色棱镜82以及在二色棱镜82的光投影一侧上的投影透镜84。
二向色镜82反射输入光中的蓝光，并透射波长均长于蓝光的红光和绿光。第一PBSP24B根据线性偏振光而具有不同的反射、透射特性。详细地说，第一PBSP24B把在第一二向色镜18反射的蓝色线性偏振光(S偏振光)反射向蓝色液晶板26B，并将来自蓝色液晶板26B的蓝色线性偏振光(P偏振光)透射以向二色棱镜82传播。在第一二向色镜18和第一PBSP24B之间有一个第三聚焦透镜20，用于防止光散射。第二PBSP24G根据线性偏振光和波长而具有不同的反射或透射特性。详细地说，第二PBSP24G将透过第一二向色镜18的光中的绿色线性偏振光(S偏振光)向绿色液晶板26G反射，并透射来自绿色液晶板26G的绿色线性偏振光(P偏振光)，使该光继续向二色棱镜82传播。另外，第二PBSP24G将透过第一二向色镜18的光中的红色线性偏振光(S偏振光)透射，使该光继续向红色液晶板26R传播。
红色光学系统R形成不与红色液晶板26R的连接器25干涉的红色光路。为此，参见图3，红色光学系统R包括一个第一λ/2片86，和一个依次布置在红色光路中的第四PBSP30，一个第二全反射镜32，一个λ/4片34，一个红色滤光片90，和一个依次布置在透过第四PBSP30的红光光路上的全反射镜38，一个位于第四PBSP30和红色液晶板26R之间的第三PBSP24R，和一个位于第三PBSP24R和二色棱镜82之间的第二λ/2片88。红色光学系统R还包括第三至第五聚焦透镜28、36和80，用于把光聚焦到红光光路上。
第一λ/2片86把透过第二PBSP 24G的红色S偏振光变成P偏振光并使该P偏振光继续向前。第四PBSP30透射来自第一λ/2片86的红色P偏振光。第二全反射镜32全反射来自第四PBSP30的红色P偏振光。λ/4片34在一个方向上把来自第二全反射镜32的红色P偏振光变成圆偏振光，并使该圆偏振光继续向前。来自λ/4片34的圆偏振光在第三全反射镜38处被全反射，并返回λ/4片34。λ/4片34从而把在第三全反射镜38返回的圆偏振光在不同于来自第二全反射镜38的P偏振光的方向上转变成S偏振光，并使该S偏振光继续向前。λ/4片34和第三全反射镜38之间的红色滤光片90提高红光的纯度。来自λ/4片34的S偏振光在第二全反射镜32处全反射并向着第四PBSP30行进。第四PBSP30把在第二全反射镜处反射的S偏振光向第三PBSP24R反射。第三PBSP24R把在第四PBSP30反射的S偏振光向红色液晶板26R反射，并透射来自红色液晶板24B的红色P偏振光。第二λ/2片88把来自第三PBSP24R的红色P偏振光转变成S偏振光，并提供给二色棱镜82。第四至第六全反射镜62、66和68通过全反射入射光而转变光路。聚焦透镜、例如位于第一λ/2片86和第四PBSP30之间的第三聚焦透镜28，红色滤光片90和第三全反射镜38之间的第四聚焦透镜36，以及位于第四、第三PBSP30和24R之间的第五聚焦透镜80聚焦红光并中继红光的成像点，以在红色液晶板26R上再次成像，避免由于红光光路长于其它光路而导致的光损耗。第一至第三液晶板26B、26G和26R、即反射式液晶板根据图像信号把分别在第一至第三PBSP24B、24G和24R反射的S偏振光变成P偏振光，并提供P偏振光以形成图像。在第一至第三液晶板26B、26G和26R处获得图像信息之后，二色棱镜82分别把入射到其上的红光、绿光和蓝光叠加，并将叠加的光通过投影表面传播向投影透镜84。然后，投影透镜84将来自二色棱镜82的图像放大并投向屏幕。
因而，本发明实施例中液晶投影仪的光学系统形成红光光路，从而避开了在红色液晶板26R一侧的连接器25，解决了红色液晶板26R和连接器25之间的干涉问题，由此允许进一步减小光学系统的总长度。
如上所述，本发明液晶投影仪的光学系统形成一条特定颜色的光路，从而避开在对于特定颜色光的液晶板一侧上的连接器，解决了用于特定颜色的液晶板和连接器之间的干涉问题，由此允许进一步减小光学系统的总长度，因而也减小了液晶投影系统的厚度。
在不脱离本发明实质和范围的前提下本领域的技术人员可以做各种修改和变化。因而本发明覆盖所有在权利要求书及其等价物限定的范围内的本发明各种改型和变化。
权利要求
1.一种液晶投影仪的光学系统，用于利用通过第一至第三光路改变部分接收的彩色光束叠加、放大和投影在第一至第三液晶板上显示的图像，第一光路改变部分包括第一子光路改变部分，用于使从第一至第三光路改变部件中的一个接收到的彩色光束的线性偏振光分量第一次改变；第二子光路部分，用于反射来自第一子光路部分的彩色光束，并使得被反射的彩色光束的线性偏振光分量做第二次改变，且向前传播到第一子光路；以及第三子光路部分，用于把通过第二子光路部分和第一子光路部分接收到的彩色光束导向与彩色光束有关的第一液晶板，其中，第一至第三子光路部分布置成与第一液晶板隔开，分别安置在第一液晶板除配装连接器以外的各侧上。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一子光路部分包括一个第一λ/2片，用于改变从第二和第三子光路改变部分中的一个接收到的彩色光束的线性偏振分量，第二子光路部分包括第一全反射镜，用于以直角反射来自第二子光路部分的彩色光束；第二全反射镜，用于将来自第一全反射镜的彩色光束反射回去；λ/4片，用于在一个方向上把来自第一全反射镜的第一线性偏振光改变为圆偏振光，并向前传播此圆偏振光，在另一个方向上把来自第二全反射镜的圆偏振光改变为第二线性偏振光，并向前传播此第二线性偏振光，以及第三子光路包括第一偏振分束器(PBSP)，用于将来自第一λ/2片的第一线性偏振光透射向第一全反射镜，并以直角反射来自第一全反射镜的第二线性偏振光；第二PBSP，用于以直角把来自第一PBSP的第二线性偏振光反射向第一液晶板；以及第二λ/2片，用于把来自第二PBSP的第一线性偏振光改变为第二线性偏振光。
3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，第一、第二和第三子光路部分还包括至少一个折射透镜，用于防止光散射并中继成象点。
4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于，第一子光路部分中的折射透镜布置在第一λ/2片和第一PBSP之间，第二子光路部分中的折射透镜布置在λ/4片和第二全反射镜之间，而第三子光路部分中的折射透镜布置在第一PBSP和第二PBSP之间。
5.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，第二子光路部分还包括一个彩色滤光片，用于增强彩色光的纯度。
6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于，彩色滤光片布置在λ/4片和第二全反射镜之间。
7.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，λ/4片布置在第一全反射镜和第二全反射镜之间。
8.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，第一PBSP布置在第一λ/2片和第一全反射镜之间，第二PBSP布置在第一液晶板和第二λ/2片之间。
9.一种液晶投影仪的光学系统，用于叠加、放大和投影在第一至第三液晶板上显示的图像，包括一个光源；一个照明部分，用于把来自光源的白光改变成线性偏振光并向前传播此线性偏振光；颜色分离部分，用于把来自照明部分的白光分成第一至第三彩色光；第三光路改变部分，用于把三束彩色光束反射向第三液晶板；第二光路改变部分，用于把通过第三光路改变部分接收的两束彩色光束反射向第二液晶板；以及第一光路改变部分，其包括第一子光路部分，用于使从第二光路改变部分接收到的第一彩色光束的线性偏振光分量做第一次改变；第二子光路部分，用于反射来自第一子光路部分的第一彩色光束，并使被反射的第一彩色光束的线性偏振分量做第二次改变并向前传播到第一子光路部分；以及第三子光路部分，用于把通过第二子光路部分和第一子光路部分接收到的第一彩色光束导向第一液晶板，其中，第一至第三子光路部分布置成与第一液晶板隔开，安置在第一液晶板除配装连接器一侧以外的各侧上。
10.如权利要求9所述的光学系统，其特征在于，第三光路改变部分包括一个二向色镜，用于接收来自颜色分离部分的第一至第三彩色光，透射第一和第二彩色光并以直角反射第三彩色光，以及第一PBSP，用于以直角把在二向色镜反射的第三彩色光反射向第三液晶板，并使具有图像信息的第三彩色光透射过第三液晶板。
11.如权利要求9所述的光学系统，其特征在于，第二光路改变部分包括一个第二PBSP，用于接收来自第一光路改变部分的第一和第二彩色光，透射第一彩色光，以直角角度把第二彩色光反射向第二液晶板，并透射来自第二液晶板的具有图像信息的第二彩色光。
12.如权利要求9所述的光学系统，其特征在于，在第一光路改变部分中，第一子光路部分包括第一λ/2片，用于改变从第二和第三光路改变部分中的一个接收到的彩色光束的线性偏振分量，第二子光路部分包括一个第一全反射镜，用于以直角反射来自第二子光路部分的彩色光束；第二全反射镜，用于将来自第一全反射镜的彩色光束反射回去；λ/4片，用于把来自第一全反射镜的第一线性偏振光束在一个方向上改变成圆偏振光并向前传播此圆偏振光，在另一方向上把来自第二全反射镜的圆偏振光改变成第二线性偏振光，并向前传播此第二线性偏振光；以及第三子光路包括一个第一偏振分束棱镜(PBSP)，用于把来自第一λ/2片的第一线性偏振光透射向第一全反射镜，并以直角反射来自第一全反射镜的第二线性偏振光；一个第二PBSP，用于以直角把来自第一PBSP的第二线性偏振光反射向第一液晶板；以及一个第二λ/2片，用于把来自第二PBSP的第一线性偏振光变为第二线性偏振光。
13.如权利要求12所述的光学系统，其特征在于，第一、第二和第三子光路部分还包括至少一个折射透镜，用于防止光散射并中继成象点，并且第一子光路部分中的折射透镜布置在第一λ/2片和第一PBSP之间，第二子光路部分中的折射透镜布置在λ/4片和第二全反射镜之间，而第三子光路部分中的折射透镜布置在第一PBSP和第二PBSP之间。
14.如权利要求12所述的光学系统，其特征在于，第二子光路部分还包括一个用于增强彩色光的纯度的彩色滤光片，并且彩色滤光片布置在λ/4片和第二全反射镜之间。
15.如权利要求12所述的光学系统，其特征在于，λ/4片布置在第一全反射镜和第二全反射镜之间，并且第一PBSP布置在第一λ/2片和第一全反射镜之间，而第二PBSP布置在第一液晶板和第二λ/2片之间。
全文摘要
本发明公开了一种具有三个反射式液晶显示器的液晶投影仪的光学系统,其中第一至第三光路改变部分中的第一光路改变部分设计成第一彩色光路包围第一液晶板除了连接器一侧以外的三面,用于避免彩色光路与连接器发生干涉,由此减小了光学系统的总长度。
文档编号G02B27/28GK1363847SQ0113839
公开日2002年8月14日 申请日期2001年12月2日 优先权日2000年12月2日
发明者罗万浩 申请人:Lg电子株式会社