专利名称：数码投影机的分光装置及其分光方法
技术领域：
本发明涉及一种数码投影机的分光装置及其分光方法。
背景技术：
数码投影机的分光装置基本分为单片式分光装置与三片式分光装置两种，三片式分光装置为主流。它是由一个分光器和若干偏振过滤器将光分离成三基色(红、绿、蓝)，然后将三基色分别投射到三个硅基微晶成像芯片上，经过反射再将三个硅基微晶成像芯片上的红、绿、蓝单色图像合成为彩色图像。
目前利用硅基微晶成像芯片的投影分光可分为两种一种是美国Aurora公司所研发的Nova光学引擎，其主要的特点是采用斜向的离轴照明，不需要使用PBS。因其不是采用远心照明，所镜头设计及三片液晶面板的像素对位会有很大的问题。
另一种是利用多个偏振棱镜PBS与一个合光棱镜组成。例如JVC生产的投影机，请参见图1-1、图1-2。该数码投影机包括光源11、两片复眼镜121、122、两片聚光镜131、132、前端反光镜17、分光装置14、三片硅基微晶成像芯151、152、153、一个混光镜16；分光装置14由滤色片141、偏振棱镜组142、一个混光镜143、反光镜组144构成，其中滤色片141由两片分光镜1411、1412组成；偏振棱镜组142由六个偏振棱镜1421、1422、1423、1424、1425、1426组成，反光镜由三片反光镜1441、1442、1443构成。
光源11、聚光镜131、复眼镜121、复眼镜122、聚光镜132、前端反光镜17在同一光轴上顺序间隔设置，前端反光镜17一侧间隔设有分光镜1411、分光镜1412、反光镜1441、反光镜1442、反光镜1443，在反光镜1443上方设有三个偏振棱镜1421、1422、11423，该三块偏振棱镜1421、1422、1423上方，还分别对应设有3块偏振棱镜1424、1425、1426，在偏振棱镜1424、1425、1426外侧分别设有红、绿、蓝色的硅基微晶成像芯片151、152、153，在红、绿、蓝色的三块偏振棱镜1424、1425、1426的内侧设有混光镜143，混光镜的一侧面设有成像物镜16。
现有技术的基本工作原理流程为光源进入聚光镜与复眼镜后，其主要起到聚集光束的作用，经由分光镜将红、绿、蓝三色光分别滤出，再由反光镜的多次折射后分别投射入三块偏振棱镜(亦称PBS)，从图中可看出三束光还要进入另三块偏振棱镜后才能将最后的光镜射入红、绿、蓝三色硅基微晶成像芯片，最后通过X混光镜将最终图像由成像物镜中射出。
该装置虽然具有在处理过程中减少滤色片的分光、光能量损失少、控制结构简单、同步性较好和显示效果好的优点，但是也存在使用硅基微晶成像芯片的棱镜多、成本提高，三色图像合成的重合对装配工艺要求较高的缺点。
发明内容
本发明的目的要解决现有的数码投影机的分光装置的结构复杂、配制部件多、造价高的缺点，而提供一种结构简单、分光效果好的数码投影机的分光装置，通过该装置的分光后，再经混合，能射出高质量彩色图像。
本发明的技术方案是这样实现的，一种数码投影机的分光装置，其特点是包括一λ/2波片、一偏振分光棱镜、一分光棱镜和一光程补偿块；所述的偏振分光棱镜由两个直角棱镜对合成正方形构成，其对合斜面设有偏振膜；所述的振分光棱镜由两个直角棱镜对合成正方形构成，其对合斜面设有分光膜；所述的λ/2波片与偏振分光棱镜一侧边连接，偏振分光棱镜的另一侧边与分光棱镜连接，偏振分光棱镜的第三侧边与光程补偿块连接。
上述数码投影机的分光装置，其中所述的λ/2波片与偏振分光棱镜中一个直角棱镜的一直角边连接，该直角棱镜的另一直角边与分光棱镜的一侧边连接，该偏振分光棱镜另一直角棱镜的一直角边与光程补偿块的一侧边连接。
上述数码投影机的分光装置，其中所述的λ/2波片与偏振分光棱镜中一个直角棱镜的一直角边连接，该直角棱镜的另一直角边与光程补偿块的一侧边连接，该偏振分光棱镜另直角棱镜的一直角边与分光棱镜的一侧边连接。
采用权利要求1所述的数码投影机的分光装置进行分光的方法，其特点是，包括以下步骤a、由光源入射的S偏振光经λ/2波片时将即某波段的S偏振光变为P偏振光；b、该经过λ/2波片的光线进入偏振分光棱镜后，S偏振光被反射进入光程补偿块，P偏振光通过偏振分光棱镜后再进入分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝光与红光分离，蓝光反射，红光通过分光膜；c、进入光程补偿块和分光棱镜的光束出射到硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P、S偏振光变成S、P偏振光，反射进入光程补偿块和分光棱镜；d、分光棱镜同样将蓝光反射，红光透射进入偏振分光棱镜，绿光通过光程补偿块进入偏振分光棱镜；e、偏振分光棱镜将S偏振光反射出分光装置，同时将P偏振光透射出分光装置；分光完成。
上述数码投影机的分光装置进行分光的方法，其中，所述的分光装置分出绿色光的方法是由光源发射的绿色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜的偏振膜上，S偏振光反射进入光程补偿块，光线由光程补偿块进入硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射入光程补偿块，再通过偏振分光棱镜射出分光装置；分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜进入分光棱镜，分光棱镜中的分光膜将蓝色反射进入蓝色硅基微晶成像芯片，蓝色硅基微晶成像芯片将P偏振光变成S偏振光反射回分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝色反射入偏振分光棱镜，分光棱镜的的偏振膜将S偏振光反射出分光装置；分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜进入分光棱镜，红光通过分光棱镜中的分光膜进入红色硅基微晶成像芯片，红色硅基微晶成像芯片P偏振光变成S偏振光反射进入分光棱镜，通过分光棱镜的分光膜进入偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的偏振膜，将S偏振光反射出分光装置。
红、绿、蓝三色在分光装置中的光轴等效重合，再经过分光光学装置的分光、混合，成为一幅鲜艳的图像。
上述数码投影机的分光装置进行分光的方法，其中，所述的分光装置分出绿色光的方法是由光源发射的绿色S偏振光通过λ/2波片变为P偏振光，光线射到偏振分光棱镜的偏振膜上，P偏振光进入光程补偿块，光线由光程补偿块4进入硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P偏振光变成S偏振光反射入光程补偿块，再通过偏振分光棱镜的偏振膜反射出分光装置；分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜，反射进入分光棱镜，分光棱镜中的分光膜，将蓝色反射进入蓝色硅基微晶成像芯片，蓝色硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射回分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝色反射入偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜的偏振膜将P偏振光射出分光装置；分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜反射进入分光棱镜，红光通过分光棱镜中的分光膜进入红色硅基微晶成像芯片，红色硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射进入分光棱镜，通过分光棱镜的分光膜进入偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜的偏振膜，将P偏振光射出分光装置。
由于本发明采用了以上的技术方案，在装置中省略了多块反光镜、分光镜、棱镜，减少配制部件，使制造成本降低；由于在分光组件中设有偏振分光棱镜、分光棱镜、光程补偿块，分光效果好。通过分光、合成，能发射出彩色的高质量图像。
本发明的具体结构由以下实施例及其附图进一步给出。
图1-1是现有的投影机的结构示意图。
图1-2是图1-1中分光装置的结构示意图。
图2是本发明数码投影机的分光装置实施例一结构示意图。
图3是本发明数码投影机的分光装置实施例一分出绿色光工作原理图。
图4是本发明数码投影机的分光装置实施例一分出蓝色光工作原理图。
图5是本发明数码投影机的分光装置实施例一分出红色光工作原理图。
图6是本发明数码投影机的分光装置实施例二结构示意图。
图7是本发明数码投影机的分光装置实施例二分出绿色光工作原理图。
图8是本发明数码投影机的分光装置实施例二分出蓝色光工作原理图。
图9是本发明数码投影机的分光装置实施例二分出红色光工作原理图。
图10是本发明实施例二分光装置在投影机应用的总体结构示意图。
本发明利用该数码投影机的分光装置进行分光的方法，包括以下步骤a、由光源入射的S偏振光经λ/2波片时将即某波段的S偏振光变为P偏振光；b、该经过λ/2波片的光线进入偏振分光棱镜后，S偏振光被反射进入光程补偿块，P偏振光通过偏振分光棱镜后再进入分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝光与红光分离，蓝光反射，红光通过分光膜；c、进入光程补偿块和分光棱镜的光束出射到硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P、S偏振光变成S、P偏振光，反射进入光程补偿块和分光棱镜；d、分光棱镜同样将蓝光反射，红光透射进入偏振分光棱镜，绿光通过光程补偿块进入偏振分光棱镜；e、偏振分光棱镜将S偏振光反射出分光装置，同时将P偏振光透射出分光装置；分光完成。
请参见图2，这是本发明分光装置的实施例一结构示意图，该数码投影机的分光装置中，包括λ/2波片21、偏振分光棱镜22、分光棱镜23、光程补尝块24；偏振分光棱镜22由两个直角棱镜222、223对合成正方形构成，其对合面设有偏振膜221；分光棱镜23由两个直角棱镜232、233对合成正方形构成，其对合面设有分光膜231。本实施例中，所述的λ/2波片21与偏振分光棱镜22中一个直角棱镜223的一侧边连接，该直角棱镜223的另一侧边与分光棱镜24的一侧边连接，该偏振分光棱镜另一直角棱镜222的一侧边与光程补偿块233的一侧边连接。
在构成投影机时，有红、绿、蓝色的3片硅基微晶成像芯片25、27、26分别与本发明分光装置配置。分光棱镜23的右侧间隔设有红色的硅基微晶成像芯片25，其均设置在同一光轴上；光程补偿块24的下方间隔设有绿色的硅基微晶成像芯片27，蓝色的硅基微晶成像芯片26间隔设在分光棱镜的下方。
请配合参见图3，本分光装置分出绿色光的方法是由光源41发射的绿色S偏振光通过λ/2波片21仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜22的偏振膜221上，S偏振光反射进入光程补偿块24，光线由光程补偿块24进入绿色硅基微晶成像芯片27，绿色的硅基微晶成像芯片27将S偏振光变成P偏振光反射入光程补偿块24、再通过偏振分光棱镜22射出分光装置。
请配合参见图4，本分光装置分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片21变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜22，通过偏振膜221，进入分光棱镜23，分光棱镜23中的分光膜231，将蓝色反射进入蓝色的硅基微晶成像芯片26，蓝色硅基微晶成像芯片26将P偏振光变成S偏振光反射回分光棱镜23，分光棱镜23的分光膜231将蓝色反射入偏振分光棱镜22，分光棱镜23的偏振膜231将S偏振光反射出分光装置。
请配合参见图5，本分光装置分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片21变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜22，通过偏振膜221，进入分光棱镜23，红光通过分光棱镜23中的分光膜231进入红色硅基微晶成像芯片25，红色硅基微晶成像芯片25将P偏振光变成S偏振光反射进入分光棱镜23，通过分光棱镜23的分光膜231进入偏振光棱镜22，偏振分光棱镜22的偏振膜221将S偏振光反射出硅基微晶成像分光装置。
红、绿、蓝三色在本装置中的光轴等效重合，红、绿、蓝三幅图像经过本分光装置的分光，混合，成为一幅鲜艳的彩色图像射出分光装置。
请参见图6，这是本发明数码投影机的分光装置实施例二的结构示意图，数码投影机的分光装置，包括λ/2波片31、偏振分光棱镜32、分光棱镜33、光程补偿块34。偏振分光棱镜32由两个直角棱镜322、323对合成正方形构成，其对合面设有偏振膜321；分光棱镜33由两个直角棱镜332、333对合成正方形构成，其对合面设有分光膜331；本实施例中，所述的λ/2波片31与偏振分光棱镜32中一个直角棱镜323的一直角边连接，该直角棱镜的另一直角边与分光棱镜33的一侧边连接，该偏振分光棱镜另一直角棱镜322的一直角边与光程补偿块34的一侧边连接。
在构成投影机时，有红、绿、蓝色的3片硅基微晶成像芯片35、37、36分别与本发明分光装置配置。其中，光程补偿块34的右边间隔设有绿色的硅基微晶成像芯片37，其均设置在同一光轴上，分光棱镜33的下方间隔设有红色的硅基微晶成像芯片35，蓝色的硅基微晶成像芯片36间隔设在分光棱镜的右侧。
请配合参见图7，本分光装置分出绿色光的方法是由光源31发射的绿色S偏振光通过λ/2波片31变为P偏振光，光线射到偏振分光棱镜32的偏振膜321上，P偏振光进入光程补偿块34，光线由光程补偿块34进入绿色的硅基微晶成像芯片37，绿色的硅基微晶成像芯片37将P偏振光变成S偏振光反射入光程补偿快34、再通过偏振分光棱镜32的偏振膜321反射出分光装置。
请配合参见图8，本分光装置分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片31仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜32，通过偏振膜321，反射进入分光棱镜33，分光棱镜33中的分光膜331，将蓝色反射进入蓝色硅基微晶成像芯片36，蓝色硅基微晶成像芯片36将S偏振光变成P偏振光反射回分光棱镜33，分光棱镜33的分光膜331将蓝色反射入偏振分光棱镜32，通过偏振分光棱镜32的偏振膜321将P偏振光反射出分光装置。
请配合参见图9，本分光装置分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片31仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜32，通过偏振膜反射321进入分光棱镜33，红光通过分光棱镜33中的分光膜331进入红色硅基微晶成像芯片35，红色硅基微晶成像芯片35将S偏振光变成P偏振光反射进入分光棱镜33，通过分光棱镜33的分光膜331进入偏振光棱镜32，通过偏振分光棱镜32的偏振膜321将P偏振光反射出分光装置。
请参见图10，这是本发明实施例二的分光装置在投影机中应用的结构及原理，码投影机包括光源41、复眼透镜421、422，其凹凸面相对设置、偏振棱镜组43、聚光镜441的弧度面与另一块聚光镜442的平面相对设置、分光装置，均间隔设置在同一光轴上，成像物镜45设置在分光装置的上方。
其中，本分光装置的λ/2波片31的右侧胶着偏振分光棱镜32，偏振分光棱镜32另一侧粘连光程补偿块34，光程补偿块34的右边间隔设有绿色的硅基微晶成像芯片37，其均设置在同一光轴上，偏振分光棱镜32的下方粘连着分光棱镜33，分光棱镜33的下方间隔设有红色的硅基微晶成像芯片35，蓝色的硅基微晶成像芯片36间隔设在分光棱镜的右侧。偏振分光镜32上设有偏振膜321，分光棱镜上设有分光膜331。
当数码投影机开机后，光源41发射的光进入复眼透镜421、422、偏振棱镜组43、聚光镜441、442后，起到聚集光束的作用，再射入分光装置3，红、绿、蓝三色在分光装置中的光轴等效重合，红、绿、蓝三幅图像经过分光，分别投射到三个硅基微晶成像芯片上，混合合成后，经成像物镜发射出一幅鲜艳的彩色图像。
本发明结构简单，制造成本低，使用方便，分光效果好，通过本分光装置分光、混合，能射出高质量的彩色图像。
权利要求
1.数码投影机的分光装置，其特征在于包括一λ/2波片、一偏振分光棱镜、一分光棱镜和一光程补偿块；所述的偏振分光棱镜由两个直角棱镜对合成正方形构成，其对合斜面设有偏振膜；所述的振分光棱镜由两个直角棱镜对合成正方形构成，其对合斜面设有分光膜；所述的λ/2波片与偏振分光棱镜一侧边连接，偏振分光棱镜的另一侧边与分光棱镜连接，偏振分光棱镜的第三侧边与光程补偿块连接。
2.根据权利要求1所述的数码投影机的分光装置，其特征在于所述的λ/2波片与偏振分光棱镜中一个直角棱镜的一直角边连接，该直角棱镜的另一直角边与分光棱镜的一侧边连接，该偏振分光棱镜另一直角棱镜的一直角边与光程补偿块的一侧边连接。
3.根据权利要求1所述的数码投影机的分光装置，其特征在于所述的λ/2波片与偏振分光棱镜中一个直角棱镜的一直角边连接，该直角棱镜的另一直角边与光程补偿块的一侧边连接，该偏振分光棱镜另一直角棱镜的一直角边与分光棱镜的一侧边连接。
4.采用权利要求1所述的数码投影机的分光装置进行分光的方法，其特征在于，包括以下步骤a、由光源入射的S偏振光经λ/2波片时将即某波段的S偏振光变为P偏振光；b、该经过λ/2波片的光线进入偏振分光棱镜后，S偏振光被反射进入光程补偿块，P偏振光通过偏振分光棱镜后再进入分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝光与红光分离，蓝光反射，红光通过分光膜；c、进入光程补偿块和分光棱镜的光束出射到硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P、S偏振光变成S、P偏振光，反射进入光程补偿块和分光棱镜；d、分光棱镜同样将蓝光反射，红光透射进入偏振分光棱镜，绿光通过光程补偿块进入偏振分光棱镜；e、偏振分光棱镜将S偏振光反射出分光装置，同时将P偏振光透射出分光装置；分光完成。
5.采用权利要求4所述的数码投影机的分光装置进行分光的方法，其特征在于，所述的分光装置分出绿色光的方法是由光源发射的绿色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜的偏振膜上，S偏振光反射进入光程补偿块，光线由光程补偿块进入硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射入光程补偿块，再通过偏振分光棱镜射出分光装置；分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜进入分光棱镜，分光棱镜中的分光膜将蓝色反射进入蓝色硅基微晶成像芯片，蓝色硅基微晶成像芯片将P偏振光变成S偏振光反射回分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝色反射入偏振分光棱镜，分光棱镜的的偏振膜将S偏振光反射出分光装置；分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片变成P偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜进入分光棱镜，红光通过分光棱镜中的分光膜进入红色硅基微晶成像芯片，红色硅基微晶成像芯片P偏振光变成S偏振光反射进入分光棱镜，通过分光棱镜的分光膜进入偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的偏振膜，将S偏振光反射出分光装置。
6.采用权利要求4所述的数码投影机的分光装置进行分光的方法，其特征在于，所述的分光装置分出绿色光的方法是由光源发射的绿色S偏振光通过λ/2波片变为P偏振光，光线射到偏振分光棱镜的偏振膜上，P偏振光进入光程补偿块，光线由光程补偿块进入硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P偏振光变成S偏振光反射入光程补偿块，再通过偏振分光棱镜的偏振膜反射出分光装置；分出蓝色光的方法是蓝色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜，反射进入分光棱镜，分光棱镜中的分光膜，将蓝色反射进入蓝色硅基微晶成像芯片，蓝色硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射回分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝色反射入偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜的偏振膜将P偏振光射出分光装置；分出红色光的方法是红色S偏振光通过λ/2波片仍为S偏振光，光线射到偏振分光棱镜，通过偏振膜反射进入分光棱镜，红光通过分光棱镜中的分光膜进入红色硅基微晶成像芯片，红色硅基微晶成像芯片将S偏振光变成P偏振光反射进入分光棱镜，通过分光棱镜的分光膜进入偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜的偏振膜，将P偏振光射出分光装置。
全文摘要
本发明一种数码投影机的分光装置，包括一λ/2波片、一偏振分光棱镜、一分光棱镜和一光程补偿块；λ/2波片与偏振分光棱镜一侧边连接，偏振分光棱镜的另一侧边与分光棱镜连接，偏振分光棱镜的第三侧边与光程补偿块连接。该分光装置进行分光的方法，包括以下步骤a、由光源入射的S偏振光经λ/2波片时将即某波段的S偏振光变为P偏振光；b、该经过λ/2波片的光线进入偏振分光棱镜后，S偏振光被反射进入光程补偿块，P偏振光通过偏振分光棱镜后再进入分光棱镜，分光棱镜的分光膜将蓝光与红光分离，蓝光反射，红光通过分光膜；c、进入光程补偿块和分光棱镜的光束出射到硅基微晶成像芯片，硅基微晶成像芯片将P、S偏振光变成S、P偏振光，反射进入光程补偿块和分光棱镜；d、分光棱镜同样将蓝光反射，红光透射进入偏振分光棱镜，绿光通过光程补偿块进入偏振分光棱镜；e、偏振分光棱镜将S偏振光反射出分光装置，同时将P偏振光透射出分光装置；分光完成。分光效果好。
文档编号G02B27/18GK1438513SQ0211085
公开日2003年8月27日 申请日期2002年2月10日 优先权日2002年2月10日
发明者朱宗曦, 朱汝平, 朱宗升, 陈云祥, 杨爱萍, 朱毅 申请人:上海力保科技有限公司