专利名称：Lcos光学引擎系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于投影显示技术领域，具体涉及一种光学成像系统，尤 其是指一种LCOS光学引擎系统。 技术背景LCOS光学引擎是高清投影显示的核心部件，可用于大屏幕高清背投电 视、高清液晶和数码投影机，也可以用来做大型的拼接墙，其尤如彩色电 视机里的显像管，其品质的优劣决定了整机的性能，同时其价格的高低也 直接决定了整机的成本。随着大屏幕高清背投电视，投影机市场的不断扩 大，LCOS光学引擎有着广阔的市场前景，因此高性能低成本LCOS光学 引擎批量、规模化的生产是实现高清投影显示产业化的先决条件。目前的LCOS光学引擎系统，具有光源，椭球反光碗,红外紫外滤光片， 匀光棒，中继透镜组，合光系统以及投影物镜。在合光系统中的偏振系统 中由于PBS膜层性能不良，不得不再加上起偏器和检偏器结构；由于红外、 紫外辐射过滤效果不佳，导致紫外辐射进入合光系统，减少了波片的使用 寿命，再加上红外辐射引起的热效应致使光核胶合部件产生应力，降低了 图像的色彩均匀性；这也是目前LCOS光学投影系统中合色棱镜与PBS棱 镜分离的原因，而这种分离的结构又会导致大量灰尘落入成像系统，大大 降低了产品的一次交验合格率，增加了返修成本。现有LCOS投影系统结构复杂，采用部件多，体积大且较重，制造成本高，返修率高。现有的这种LCOS光学引擎系统的照明光路结构复杂，至少利用两个以上的非球面 透镜将光线校准，这种非球面透镜为研磨加工而成，成本高，照明系统F 数较大，大概在2.5-2.8之间，光能利用率低。这些因素严重阻碍了 LCOS 光学引擎的批量、规模化生产。
发明内容针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种高亮度、 高对比度、高清晰度，照明光路和偏振场结构简单，制造成本低，可适合 规模化生产的LCOS光学引擎系统。为实现这一目的，本发明所采用的技术方案是该LCOS光学引擎系统 沿光线传播方向依次设有光源、椭球反光碗、红外紫外滤光片、匀光棒、金 属线栅偏振片、中继透镜组、合光系统以及投影物镜，其特征在于所述 合光系统采用光核，光核内设的PBS棱镜和合色棱镜粘接为一体，在光核 的R、 G、 B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片，LCOS芯片与PBS 棱镜之间设有可调节角度的四分之一波片。所述中继透镜组的光线入射端设有紫外吸收片，在中继透镜组的红光 出射端设有红色滤光片。所述中继透镜组沿光线传播方向分为两个光轴，在第一光轴上依次设 有会聚透镜、第一分光镜、会聚透镜组、红色滤光片，与第一光轴平行的 第二光轴上依次设有反射镜、会聚透镜组、第二分光镜。所述中继透镜组光线入射端的会聚透镜采用压铸型非球面透镜。所述红外紫外滤光片与光轴夹角3° 30° 。采用上述技术方案的有益效果是该LCOS光学引擎的合光系统采用光 核，在LCOS芯片和光核的PBS棱镜之间插入可调节角度的四分之一波长 补偿片，用于调节、校正光线的偏振方向，可以大幅度地提高暗场的均匀 度和画面的对比度，实现髙清晰度(1920X1080P);利用了具有高性能的 PBS棱镜和合色棱镜粘接而成的光核，由于三个3个PBS棱镜对S偏振光 的高反射和对P光的高透过特性，且对于大角度光线不敏感，这样就可以 不再使用传统LCOS光学系统中的起偏器和检偏器，简化了结构，降低了 成本，提高了系统的整体性能，对于本系统中具有较小F数(2.2)的照明 组，画面的对比度仍可以达到2500以上；同时由于PBS棱镜和合色棱镜 作为一个整体，消除了由于灰尘进入成像系统，造成画面质量下降，生产 重工率高这一致命缺陷，使LCOS光学投影系统的批量生产成为现实。在 匀光棒入口处放置一红外紫外滤光片且与光轴成一定角度，有利于投影系 统外壳对有害辐射与杂散光的吸收，并在后光路设置紫外吸收片和红色滤 光片，对有害辐射迸行二次吸收，这种双层的滤光系统基本上完全滤掉了 红外和紫外光线，消除了红外辐射引起的光核部分散热问题和紫外辐射对明系统结构简单，省缺了现有技术中采用的至少包括两个以上研磨加工而 成的非球面透镜组成的非球面透镜组，只用了一个压铸形的非球面透镜， 成本低。与现有技术相比，该LCOS光学引擎系统结构紧凑，体积小，具 有高亮度、高对比度、高清晰度，照明光路和偏振场结构简单，制造成本 低，返修率低，可适合规模化生产。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为本实用新型LCOS光学引擎系统的光学原理示意图。
具体实施方式
如图1所示的LCOS光学引擎系统，沿光线传播方向依次设置有光源l， 椭球反光碗2，红外紫外滤光片3，匀光棒4，金属线栅偏振片5，中继透 镜组，光核以及投影物镜。光源l采用超高压汞灯，椭球反光碗2的内部 镀有冷反光膜，可反射可见光，透过红外和紫外辐射，从而减少进入光学 系统的有害辐射量。匀光棒4的入口位于椭球反光碗2的第二焦点上，在 匀光棒4与椭球反光碗2之间设有红外紫外滤光片3，红外紫外滤光片与 光轴具有夹角，夹角为3。 30° ，优选夹角为IO。，椭球反光碗2将位 于其第一焦点的超高压汞灯1发出的光线经过红外紫外滤光片3会聚至第 二焦点处，光线射入匀光棒4后在出射端形成具有均匀光强分布的出射光 线。匀光棒4的出射端依次设有为高性能的金属线栅偏振片S和紫外吸收 片6,金属线栅偏振片5透过S光反射P光，光能利用率高，耐热性能好， 能适应匀光棒部分高温环境的需要，紫外吸收片6对光线中的紫外线进行遞舰^tv^t除紫條IW^德怖^^^imW丁r^ 吸收片6的后端为一个压铸型非球面7，压铸型非球面7和后继透镜组一 起作为中继透镜组将出瞳面(匀光棒入口)均匀地成像在光核的三个LCOS 芯片上，第一分光镜8位于非球面透镜7后方且与光轴成45°夹角，可透 射红光，反射蓝绿光；透过的红光经过两个会聚透镜9、 IO和红色滤光片 ll后进入光核。红色滤光片ll可将红光进行提纯，同时对红外辐射进行 二次吸收、过滤，以避免红外辐射进入光核系统引起散热问题；反射镜会聚透镜13、 14、第二分光镜15依次位于远离会聚透镜的第二光轴上， 第二分光镜15与光轴成45。夹角，能够透射绿光，反射蓝光；绿光和蓝 光经第二分色镜15分光后直接进入光核。所述光核采用美国3M公司生 产的光核，光核具有R、 G、 B三个PBS棱镜"、17、 18，在光核的R、 G、 B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片19、 20、 21， LCOS芯片 与PBS棱镜之间设有可调节角度的四分之一波片22、 23、 24,光核中的三 个(R、 G、 B) PBS棱镜16、 17、 18,分别将入射的红、绿、蓝光的S偏 振光反射，使之进入可调节方向的四分之一波片补偿片19、 20、 21和三 个LCOS芯片22、 23、 24， S偏振光经由LCOS芯片调制后可以转化为P 偏振光透过PBS棱镜，光核内的半波片25、 26又将P偏振的R、 B光转化 为S光，从而使合色棱镜27反射R、 B光，透过G光，处于正常的工作状 态，合色棱镜27的光路后设有四分之一波片28，可将通过合色棱镜27的 线偏振光转化为圆偏振光，以便在投影屏上取得较高的色彩均匀性，同时 也可以避免偏振光再次返回系统引起不良后果，光核内设的PBS棱镜和合 色棱镜粘接成一体。光核的出射端连接有广角物镜29,光核的合成光束经
权利要求1、一种LCOS光学引擎系统，沿光线传播方向依次设有光源，椭球反光碗，红外紫外滤光片，匀光棒，金属线栅偏振片，中继透镜组，合光系统以及投影物镜，其特征在于所述合光系统采用光核，光核内设的PBS棱镜和合色棱镜粘接为一体，在光核的R、G、B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片，LCOS芯片与PBS棱镜之间设有可调节角度的四分之一波片。
2、 根据权利要求1所述的LCOS光学引擎系统，其特征在于所述中 继透镜组的光线入射端设有紫外吸收片，在中继透镜组的红光出射端设有 红色滤光片。
3、 根据权利要求l所述的LCOS光学引擎系统，其特征在于所述中 继透镜组沿光线传播方向分为两个光轴，在第一光轴上依次设有会，透镜、 第一分光镜、非球面透镜、红色滤光片，与第一光轴平行的第二光轴上依 次设有反射镜、会聚透镜组、第二分光镜。
4、 根据权利要求1或2或3任一项权利要求所述的LCOS光学引擎系 统，其特征在于所述中继透镜组光线入射端的会聚透镜采用压铸型非球 面透镜。
5、 根据权利要求1所述的LCOS光学引擎系统，其特征在于所述红 外紫外滤光片与光轴夹角3° 30° 。
专利摘要本实用新型公开了投影显示技术领域的一种LCOS光学引擎系统，具有光源，椭球反光碗，红外紫外滤光片，匀光棒，中继透镜组，合光系统以及投影物镜，其中所述合光系统采用光核，光核内设的PBS棱镜和合色棱镜粘接，在光核的R、G、B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片，LCOS芯片与PBS棱镜之间设有可调节角度的四分之一波片。与现有技术相比，具有高亮度、高对比度、高清晰度，照明光路和偏振场结构简单，制造成本低，无辐射绿色环保，可适合规模化生产。
文档编号G02B27/10GK201126494SQ20072031046
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者任贺良, 胡冬梅, 陈胜利 申请人:河南南方辉煌图像信息技术有限公司