专利名称：反射式液晶投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反射式液晶投影仪，其具有三个用于光的三原色的反射式液晶元件面板。更具体而言，本发明涉及一种反射式液晶投影仪，其通过将由所述液晶元件调制的三种彩色光学影像进行组合，在屏幕上显示出全色影像。
背景技术：
反射式液晶投影仪主要由光源、分色光学元件(如分色镜或双色棱镜、偏光分光棱镜(以后简称为PBS棱镜))、三个液晶元件、复合棱镜、以及投影透镜组成。来自光源的白光被分离成蓝色照明光束、红色照明光束、以及绿色照明光束。液晶元件分别对三种彩色照明光束进行调制和反射，以产生三种彩色光学影像。这三种彩色光学影像通过复合棱镜被组合到一起，组合后的全色影像通过投影透镜投影到屏幕上。
在传统的液晶投影仪中，复合棱镜由棱镜支架固定在预定位置，如日本专利申请2001-42425中所述。所述复合棱镜是一种直角棱镜，且所述棱镜支架上形成有安装部，直角棱镜的顶面和底面粘接到此安装部上。所述安装部设有用于容纳粘结剂的孔。在复合棱镜的顶面和底面与安装部接触后，粘结剂流入孔中，从而将复合棱镜的顶面和底面固定到安装部上。
在反射式液晶投影仪中，PBS棱镜用来将照明光路与影像光路分离。PBS棱镜习惯上通过用粘结剂将棱镜顶侧和底侧粘到各棱镜支架上来固定住。在液晶投影仪被使用时，由于棱镜支架的热膨胀，PBS棱镜容易使投影到屏幕上的影像变形，降低影像质量。因为棱镜支架被粘到PBS棱镜的顶面和底面上，由于棱镜支架需要安装空间，使得液晶投影仪的总体尺寸变大。
发明内容
鉴于前述问题，本发明的主要目的是提供一种反射式液晶投影仪，其体积小，且能获得高质量的投影影像。
根据本发明，所提供的反射式液晶投影仪包括三个反射式液晶元件，其分别由三原色照明光束来照明，以将三色照明光束调制成三原色光学影像；直角复合棱镜，其具有用于接收三色光学影像的入射面，和用于将三色光学影像组合成全色光学影像的组合面，以及用于将全色光学影像导出复合棱镜的出口面；投影透镜，其用于将全色光学影像投影到屏幕上；棱镜底板，所述复合棱镜的底面被固定到棱镜底板上；以及至少两个直角棱镜形状的偏光分光器，所述偏光分光器单独放在液晶元件和复合棱镜的入射面之间，以将三色照明光束导向到液晶元件上，以及将三色光学影像导向到复合棱镜的组合面上，其中偏光分光器仅在其底面被固定到棱镜底板上。
根据本发明的优选实施例，所述偏光分光器为第一和第二偏光分光器，第一偏光分光器具有照明光入射面、影像出口面以及偏光反射面，所述照明光入射面接收三色照明光束中的第一光束和第二光束，三色光学影像中的第一影像和第二影像从所述影像出口面中出来，其中，所述偏光反射面传输第一彩色照明光束并反射第二彩色照明光束，以分别将第一和第二彩色照明光束导向到三个液晶元件中的第一和第二个，所述偏光反射面将来自第一液晶元件的第一彩色光学影像反射到第一偏光分光器的影像出口面，并将来自第二液晶元件的第二彩色光学影像传输到所述影像出口面。
因为所述偏光分光器仅在其底面被固定到棱镜底板上，如果棱镜底板热膨胀，偏光分光器也不会倾斜，从而投影到屏幕上的影像质量也不会下降。另外，因为不必要将一些棱镜支架粘到PBS棱镜的顶侧和底侧，这种结构节省了安装空间，从而本发明的反射式液晶投影仪可以做得更紧凑。
在结合附图阅读下面描述的优选实施例后，本发明的上述和其他目的和优点将更加明显，在各图中类似的或相应的部件用类似的参考号来表示，其中图1为本发明一个实施例的反射式液晶投影仪的示意性透视图；图2为图1中的反射式液晶投影仪的光学系统示意图；图3为沿棱镜固定板的竖直平面截取的第一PBS棱镜和复合棱镜的剖视图；图4为沿包括投影透镜的光轴在内的棱镜底板的垂直平面截取的复合棱镜和第二PBS棱镜的剖视图；以及图5为本发明第二实施例的反射式液晶投影仪的示意透视图，其中投影透镜具有折射光轴。
具体实施例方式
在图1中，基框6由棱镜底板6a和透镜安装板6b组成。棱镜底板6a用于固定放在其上的直角棱镜形状的第一和第二PBS棱镜8和10，复合棱镜15，以及第一至第三偏光旋转器9、11和12。
用于调制蓝色照明光的反射式液晶元件20位于与第一PBS棱镜8的侧面相对处，第一PBS棱镜8将由液晶元件20调制的蓝色光学影像的光路与蓝色照明光的光路分离。
用于调制红色照明光的反射式液晶元件22和用于调制绿色照明光的反射式液晶元件24位于第二PBS棱镜10的第一和第二侧面的相对处。第二PBS棱镜10将由液晶元件22调制的红色光学影像的光路和红色照明光的光路分离，也将由液晶元件24调制的绿色光学影像的光路和绿色照明光的光路分离。
来自光源如超高压水银灯(未示出)的光线包括蓝、绿、红光束，并照到分色镜40上。分色镜40将来自光源的此光线分离成蓝、红、绿照明光束。来自分色镜40的蓝色照明光束照到第一PBS棱镜8上，而红、绿照明光束照到第二PBS棱镜10上。用于使光强度平衡的积分器(未示出)和用于对来自积分器的光束进行聚光的聚光镜42位于光源和分色镜40之间，从光源侧按此顺序布置。
如图2所示，复合棱镜15是直角棱镜，其中四个侧面中的两个是入射面15c和15d，用于由液晶元件20、22和24调制的光学影像。另一个侧面是供组合光学影像从中出来的出口面15b。
基框6的透镜安装部6b垂直于棱镜底板6a，固定投影透镜30的透镜筒17螺纹连接到透镜安装部6b中。具体而言，透镜筒17的后端固定到透镜安装部6b的开口中，透镜筒17的直角法兰17a螺纹连接到透镜安装部6b的四个角上。
棱镜底板6a设有用于复合棱镜15的光滑安装面6c和用于第二PBS棱镜10的光滑安装面6d。复合棱镜15的底面15a和第二PBS棱镜10的底面10a通过粘结剂固定到安装面6c和6d上。因为以这种方式固定，如果棱镜底板6a热膨胀的话，第二PBS棱镜10不会倾斜，只是在平行于板表面的方向上移动。请注意，安装面6c和6d从棱镜底板6a的顶面稍凹进，以限定复合棱镜15和第二PBS棱镜10的位置。
复合棱镜15的出口面15b和第二入射面15d垂直于投影透镜30的光轴。第二PBS棱镜10的影像出口面10b(其与第二入射面15d相对)也垂直于投影透镜30的光轴。第三偏光旋转器12通过底座件安装到棱镜底板6a上，位于第二PBS棱镜10和复合棱镜15之间。第三偏光旋转器12将红色光学影像的偏光从S型偏光改变到从S型偏光处旋转90度的P型偏光。
如图3所示，第一PBS棱镜具有与复合棱镜15的第一入射面15c面对的影像出口面8b。第一PBS棱镜8的底面8a用粘结剂固定到棱镜底板6a的光滑安装面6e上。因为仅在其底面8a处被固定，如果棱镜底板6a热膨胀，第一PBS棱镜8不会倾斜。另外，安装面6e从棱镜底板6a的顶面稍凹进，从而使第一PBS棱镜8定位在棱镜底板6a上。
第一偏光旋转器9通过底座件安装在棱镜底板6a上，位于第一PBS棱镜8和复合棱镜15之间。第一偏光旋转器9使蓝色光学影像从P型偏光改变到S型偏光。
现在参考图2描述本发明实施例反射式液晶投影仪的操作过程。
来自光源(未示出)的光线(包括三原色光束)通过未示出的积分器进行强度平衡，并通过聚光镜42被聚光，然后照到分色镜40上。分色镜40传输蓝色照明光束并反射红、绿照明光束。在通过分色镜40传输后，蓝色照明光束照到第一PBS棱镜8的照明光入射面8c上。
在照到照明光入射面8c上时，蓝色照明光束是S型偏光，并从第一PBS棱镜8的偏光反射面8d向液晶元件20反射。液晶元件20将蓝色照明光束调制成蓝色光学影像，而且将蓝色光学影像从S型偏光变成P型偏光。这样，蓝色光学影像通过偏光反射面8d传输，并从第一PBS棱镜8的影像出口面8b出来到第一偏光旋转器9。通过第一偏光旋转器9使蓝色光学影像又从P型偏光变为S型偏光，并照到复合棱镜15的第一入射面15c上。
在经分色镜40反射后，红、绿照明光束照到第二偏光旋转器11上。通过第二偏光旋转器11，只有红色照明光束被从S型偏光变为P型偏光。P型偏光的红色照明光束和S型偏光的绿色照明光束被导向到第二PBS棱镜10的一个照明光入射面10c上，此入射面面对着第二偏光旋转器11。红色照明光束穿过第二PBS棱镜10的偏光反射面10d，并照到液晶元件22上，而绿色照明光束从偏光反射面10d上反射，并照到液晶元件24上。
液晶元件22将红色照明光束调制成红色光学影像，并将其偏光性从P型偏光变为S型偏光。这样，红色光学影像就从偏光反射面10d上反射，再从第二PBS棱镜10的影像出口面10b上出来。液晶元件24将绿色照明光束调制成绿色光学影像，并将绿色光学影像从S型偏光变为P型偏光。这样，绿色光学影像通过偏光反射面10d传输，并从第PBS棱镜10的影像出口面10b上出来。
来自影像出口面10b的红、绿光学影像穿过第三偏光旋转器12，并照到复合棱镜15的第二入射面15d上。另外，第三偏光旋转器12使红色光学影像的偏光性从S型偏光变到P型偏光。
进入第一入射面15c的蓝色光学影像从复合棱镜15的组合面15e反射，而进入第二入射面15d的红、绿光学影像通过组合面15e传输。这样，从复合棱镜15的出口面15b出来的三种彩色光学影像进入到投影透镜30。投影透镜30将三种彩色光学影像投影到屏幕上，因此全色影像就显示在屏幕上。
在上述实施例中，投影透镜组的光轴沿直线延伸。但本发明也可适于具有前透镜组45的投影仪，前透镜组45的光轴是折射的，如图5所示。在这种液晶投影仪中，第一后透镜组50和第二后透镜组52安装到垂直于棱镜底板6a的安装框55上，前透镜组45和后透镜组50、52构成投影透镜。
虽然上述实施例中使用了两个PBS棱镜，但也可用三个PBS棱镜，在这种情况下，交叉的双色棱镜用作复合棱镜，其中，四个侧面中的三个是入射面。三个PBS棱镜的影像出口面设为与复合棱镜的三个入射面分别相对。本发明最好用于这样一种液晶投影仪，以防止投影到屏幕上的影像变形。
在上述实施例中，蓝色照明束光束首先通过分色镜分离，然后红、绿照明光束被分离。但是，颜色分离的顺序并不限于上述。例如，红色照明光束或绿色照明光束可以先分离。
虽然PBS棱镜和复合棱镜直接固定到根据上述实施例的棱镜底板上，但也可以通过拧在棱镜底板上的各底座件将他们固定到棱镜底板上。
这样，本发明并不限于上述实施例，而是可以在权利要求的精神和范围内作各种变化。
权利要求
1.一种反射式液晶投影仪，其特征在于，包括三个反射式液晶元件，其分别被三原色的三种彩色照明光束照明，以将所述三种彩色照明光束调制成三原色的三种彩色光学影像；直角复合棱镜，其具有用于接收所述三种彩色光学影像的入射面、用于将三种彩色光学影像组合成全色影像的组合面、以及使所述全色光学影像从所述复合棱镜出来的出口面；投影透镜，用于将所述全色光学影像投影到屏幕上；棱镜底板，所述复合棱镜在其底面被固定到棱镜底板上；以及至少两个直角棱镜形的偏光分光器，所述偏光分光器被单独放在所述液晶元件和所述复合棱镜的入射面之间，用于将所述三种彩色照明光束导向到所述液晶元件上，并用于将所述三种彩色光学影像导向到所述复合棱镜的组合面上，其中，所述偏光分光器仅在其底面被固定到所述棱镜底板上。
2.根据权利要求1所述的反射式液晶投影仪，其特征在于，所述偏光分光器是第一和第二偏光分光器，所述第一偏光分光器具有用于接收所述三种彩色照明光束中的第一和第二个的照明光入射面，供所述三种彩色光学影像中的第一和第二个从中出来的影像出口面，以及偏光反射面，其中，所述偏光反射面传输所述第一彩色照明光束，并反射所述第二彩色照明光束，以将所述第一和第二彩色照明光束分别导向到所述液晶元件中的第一和第二个上，所述偏光反射面将来自所述第一液晶元件的所述第一彩色光学影像反射到所述影像出口面，并将来自所述第二液晶元件的所述第二彩色光学影像传输到所述影像出口面。
3.根据权利要求1所述的反射式液晶投影仪，其特征在于，所述偏光分光器的底面用粘结剂固定到所述棱镜底板上。
4.根据权利要求3所述的反射式液晶投影仪，其特征在于，所述棱镜底板设有用于放置所述偏光分光器底面的光滑安装面。
5.根据权利要求4所述的反射式液晶投影仪，其特征在于，所述光滑安装面从所述棱镜底板的项面稍凹进，用于将所述偏光分光器定位到所述棱镜底板上。
6.根据权利要求3所述的反射式液晶投影仪，其特征在于，所述复合棱镜用粘结剂将其底面固定到所述棱镜底板上。
全文摘要
本发明公开了一种反射式液晶投影仪，照明光被分离成蓝、绿、红照明光束。三种彩色照明光束分别被三个反射式液晶元件调制成蓝、绿、红彩色光学影像。第一偏光分光棱镜将蓝色光学影像导向到复合棱镜的第一入射面，而第二偏光分光棱镜将红、绿色光学影像导向到复合棱镜的第二入射面。由复合棱镜将三种彩色光学影像重新组合成全色影像，且由投影棱镜将此全色影像投影到屏幕上。第一和第二偏光分光棱镜和复合棱镜仅在其底面被固定到棱镜底板上。
文档编号G03B21/14GK1580939SQ20041005628
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月12日
发明者稻本雅之 申请人:富士写真光机株式会社