专利名称：一种用于液晶投影仪的反射式光学引擎的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学引擎，特别是在液晶投影仪中使用的光学引擎。
背景技术：
光学引擎可以用于液晶和数码投影机、液晶和数码背投电视，并是它们的核心部件。随着投影机和背投电视市场的日益扩大，光学引擎有着极为可观的前景。
据不完全统计，1997年中国的投影机销售量为8000台，而1998年销售量则为接近2万台。2000年销售量达6～7万台2002年达12万台。平均年增加率超过20％。
光学引擎与整机的关系好比彩管与彩电。它是投影显示器的核心部件，它极大地左右和决定了整机的亮度、清晰度、对比度、亮度均匀性、色纯度、失真、成本、寿命等指标。低成本规模化生产光学引擎是实现投影产品产业化的先决条件。
目前在国内外的光学引擎照明系统，一般说来采用复眼透镜加偏光转换器(PBC)的结构，来实现均匀照明及将自然光转换为偏振光的要求。这种结构的优点是效率高，缺点是成本高。照明系统的另一种结构是采用积分器加WG型起偏器。其优点是结构简单，成本较低。缺点是效率低，大约50％的光能量被浪费。
而且，在现有光学引擎系统中，如ColorQuad系统中，光程长，并且胶合界面多。在工作状态下，由于棱镜材料对光的吸收会造成温升，进而在胶合界面附近产生应力，双折射效应会改变光束的偏振态，使线偏振光变为椭圆偏振光，使背景光在检偏器的方向上产生分量，造成对比度下降。偏振场中的光程愈长，O光与E光的光程差(相位差)就愈大，对比度的下降就愈严重。
实用新型内容针对这种情况，本实用新型的目的是提供一种具有高亮度、高清晰度、高对比度、光能利用率高、偏振场结构简单的光学引擎。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎，包括光源、液晶光调制器、投影物镜系统，其中从光源发射的光经过第一二向分色镜透过红光，反射蓝绿光；所述被第一二向分色镜透过的红光进入红光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件和半波片后进入偏振合色棱镜；由第一二向分色镜反射的蓝绿光通过第二二向分色镜，透过蓝光反射绿光，所透过的蓝光进入蓝光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件和半波片后进入偏振合色棱镜的与红光相对的一面；由第二二向分色镜反射的绿光进入绿光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件后进入偏振合色棱镜的第三面；进行偏振光的合色，合成后的彩色图像通过合色镜的第四面投射。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎，其中光源还包括超高压汞灯和椭球形反光碗，并在其光路中依此设置积分腔，非球面透镜组，偏振分光器，反射镜，所述积分腔设在椭球形反光碗的第二焦点处，所述反射镜设置在偏振分光器的反射光路上，在偏振分光器和反射镜的光路上分别设置若干透镜，构成二单元复眼透镜，本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎，其中光源中的偏振分光器为线栅型偏振分光器。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎，其中在偏振分光器光路的出射端设有半波片，以改变偏振光的偏振方向。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎，其中所述红、绿、蓝三个照明光路的光程相等。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎优点在于在本系统中，偏振场结构简单，光程仅为偏振分光棱镜长度的2倍。作为对比，在ColorQuad系统中，光程却为单个PBS长度的4倍，并且胶合界面更多。在工作状态下，由于棱镜材料的光吸收会造成温升，进而在胶合界面附近产生应力，双折射效应会改变光束的偏振态，使线偏振光变为椭圆偏振光，使背景光在检偏器的方向上产生分量，造成对比度下降。偏振场中的光程愈长，O光与E光的光程差(相位差)就愈大，对比度的下降就愈严重。我们的实验表明，同ColorQuad系统相比，本系统的对比度要高出20％以上，灰场均匀性也更好。对于合色成像系统系统来说，本系统的光效率高出25％以上。本系统的色度特性由两个二向分色镜12，21来控制，更容易得到预期值。本系统在选用适当的镜头，调整二向分色镜的分色参数后，即可分别适用于背投机及正投机，适用范围较宽。成本低，配套性好。
本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例即可清楚明了。
图1是本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎的示意图。
具体实施方式
图1是本实用新型用于液晶投影仪的反射式光学引擎的示意图，其中光源组件1由超高压汞灯1a(UHP)及椭球反光碗1b组成，反光碗1b内表面镀有冷反光膜，反射可见光，透射红外辐射，以控制光学元件的温升。椭球反射面将光源1a发出的光束聚焦于第二焦点处，在此设有积分腔2，且光束进入积分腔2内，在积分腔2的出射端形成均匀的光强分布。非球面透镜组3将光束准直，4为线栅型偏振分光器(WG)，透射P偏振光同时反射S偏振光。线栅型偏振分光器的耐热性能好，更重要的是角度特性不敏感，适用于较小F数的系统，有利于提高光能利用率。5为反射镜，调整S光的方向。透镜6和9，透镜7和10分别构成二单元的复眼透镜，并且透镜6和9构成照明系统的入射光瞳。8为半波片，将P偏振光转变为S偏振光。至此，实现了光束均匀化及将光源发出的自然光转变为同一偏振态的偏振光的目的。透镜11、14、22、27为中继透镜组，将入瞳分别成像于三片在硅上形成的液晶器件(LCOS)18，26，31的表面处。12为第一梯度二向分色镜，透射红光，反射蓝、绿光。13为红光反射镜，调整光束的方向并进一步降低红外辐射。19、20为反射镜，21为第二梯度二向分色镜，透射蓝光，反射绿光。16、24、29分别为红、绿、蓝(RGB)光的偏振分光棱镜(PBS)，所述偏振分光棱镜(PBS)16、24、29分别将入射的红、绿、蓝光的S偏振光反射进入补偿器17，25，30和液晶器件(LCOS)18、26、31，透射经LCOS18、26、31调制的P偏振光，使之进入偏振合色棱镜(X-Cube)38。RGB光的起偏振器分别为15、23、28，进行偏振态提纯。32、34、35分别为RGB光的检偏器，使信号光通过，背景光被衰减。实际上，如果偏振分光棱镜16、24、29在工作状态下的特性足够好(Ts足够小)，上述三个检偏器就有可能省去，这将由以后的实验来确定。半波片33、36分别将P偏振态的RB光转变为S光，从而使X-Cube分别反射S偏振态的RB光，透射P偏振态的G光，处于有利的工作状态。整个系统所述红、绿、蓝三个照明光路的光程相等。这样，从LCOS18、26、31分别反射的RGB信号光经X-Cube合色后，由投影物镜38投射在屏幕上，完成彩色图像的合成。
权利要求1.一种用于液晶投影仪的光学引擎，包括光源、液晶光调制器、投影物镜系统，其特征在于所述光学引擎按照光路依次包括光源(1)、液晶光调制器、投影物镜系统，液晶光调制器包括第一二向分色镜(12)、红光反射镜(13)、反射镜(19，20)，第二梯度二向分色镜(21)及分别与第一二向分色镜(12)、红光反射镜(13)、第二梯度二向分色镜(21)对应的绿光偏振分光棱镜(24)、红光偏振分光棱镜(16)、蓝光偏振分光棱镜(29)，在所述绿光偏振分光棱镜(24)、红光偏振分光棱镜(16)、蓝光偏振分光棱镜(29)之间为偏振合色棱镜(37)，偏振合色棱镜(37)的另一面为投射面。
2.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于光源还包括超高压汞灯和椭球形反光碗，并在其光路中依此设置积分腔，非球面透镜组，偏振分光器，反射镜，所述积分腔设在椭球形反光碗的第二焦点处，所述反射镜设置在偏振分光器的反射光路上，在偏振分光器和反射镜的光路上分别设置若干透镜，构成二单元复眼透镜，
3.根据权利要求1或2所述的光学引擎，其特征在于光源中的偏振分光器为线栅型偏振分光器。
4.根据权利要求3所述的光学引擎，其特征在于在偏振分光器光路的出射端设有半波片，以改变偏振光的偏振方向。
5.根据权利要求4所述的光学引擎，其特征在于红、绿、兰三个照明光路的光程相等。
专利摘要本实用新型光学引擎，包括光源、液晶光调制器、投影物镜系统，从光源发射的光经过二向分色镜透过红光，反射蓝绿光；被二向分色镜透过的红光进入红光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件和半波片后进入偏振合色棱镜；由第一二向分色镜反射的蓝绿光通过第二二向分色镜，透过蓝光反射绿光，所透过的蓝光进入蓝光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件和半波片后进入偏振合色棱镜的另一面；由第二二向分色镜反射的绿光进入绿光偏振分光棱镜，再经补偿器，液晶器件后进入偏振合色棱镜的第三面；进行偏振光合色，合成后的彩色图像通过合色镜的第四面投射。本系统，偏振场结构简单，光程短。对比度要高，灰场均匀性也更好。光效率。成本低，配套性好。
文档编号G02F1/13GK2679718SQ03208860
公开日2005年2月16日 申请日期2003年9月2日 优先权日2003年9月2日
发明者赵福庭, 孙红兵 申请人:北京电影机械研究所