專利名稱：三片式lcos(硅基液晶)投影光路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三片式LCOS投影光路的原理及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著投影技術(shù)的不斷發(fā)展，投影設(shè)備已不局限于影院或商業(yè)用途，進(jìn)入包括教育，娛樂(lè)，家庭等領(lǐng)域。投影技術(shù)的不斷進(jìn)步，為人們帶來(lái)更高畫(huà)質(zhì)，解像度的投影設(shè)備來(lái)滿足人們的日常實(shí)際使用要求。從最早期的CRT投影，投影技術(shù)經(jīng)歷了 IXD，DLP等成像技術(shù)，目前LCOS (硅基液晶)作為新興的投影成像技術(shù)，正在越來(lái)越多的進(jìn)入人們的視野，憑借其高分辨率，低目標(biāo)成本，無(wú)專利限制的優(yōu)點(diǎn)，LCOS技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)投影成像的主要技術(shù)?！COS成像方式分為單片方式和三片方式單片方式是指使用一片LCOS芯片，RGB信號(hào)通過(guò)時(shí)分方式加載；三片方式是指使用三片LCOS芯片，分別加載RGB信號(hào)。單片方式由于時(shí)分和濾光的影響，顯示亮度和畫(huà)面質(zhì)量遠(yuǎn)不如三片方式。在LCOS芯片低成本的優(yōu)勢(shì)下三片方式將成為L(zhǎng)COS投影的主流。目前的三片LCOS光路為光源使用分光光路分成RGB三路光源分別輸入，經(jīng)過(guò)RGB三個(gè)偏振分光裝置加載于LCOS芯片,加載圖像后,再用一個(gè)合光棱鏡進(jìn)行合光輸出。這種方式的缺點(diǎn)是分合光部分分離，光源到各成像器件光程不等，使所用光學(xué)元件較多，需要各光學(xué)元件有較高的加工精度，以保證最終合光的效果，而且元件較多使得工藝調(diào)整困難。本發(fā)明提供了一種分合光光路合并的光路結(jié)構(gòu)，使用極少的光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)三片式LCOS投影的分合光光路，降低了制造成本和工藝難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以偏振分光器和X合光合色器為核心的光路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光源分光光路和圖像合光光路的合并，大幅減少了光學(xué)元件的使用數(shù)量，降低了工藝調(diào)節(jié)難度。為解決上述三片式LCOS的設(shè)計(jì)問(wèn)題，本發(fā)明提供了兩種光路結(jié)構(gòu)方案，其主要包括
光輸入可以是多種投影使用的輸入光源，經(jīng)過(guò)整形和準(zhǔn)直；
偏振分光器可以是偏振分光棱鏡或偏振分光片；
X合光合色器可以是X合光合色棱鏡或正交放置的藍(lán)綠透射/紅反射和紅綠透射/藍(lán)反射的分光片；
LCOS顯示芯片數(shù)量三片，放置于X合光合色器的三個(gè)分色輸出面；
投射系統(tǒng)投影儀鏡頭。本發(fā)明使用了先分偏振后分色的原理，改變了現(xiàn)有三片式LCOS光學(xué)系統(tǒng)的先分色后分偏振的方式，使分偏振分色光路更加簡(jiǎn)潔，易于調(diào)整。光輸入提供了投影儀照明光束；偏振分光器提供LCOS成像所需的線偏振光P光或S光，并使加載圖像信號(hào)的畫(huà)面進(jìn)行檢偏，呈現(xiàn)出所需圖像；
X合光合色器起到對(duì)偏振分光器輸入的線偏振光進(jìn)行分光分色，并對(duì)反射回的加載圖像信號(hào)的畫(huà)面進(jìn)行合光合色的作用；
LCOS顯示芯片是反射型的RGB圖像加載元件，分別對(duì)入射光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，以加載圖像信號(hào)，并將入射光反射回原光路；
投射系統(tǒng)為投影儀鏡頭，主要作用是將畫(huà)面輸出到投影儀外部。本發(fā)明由于使用于成像的光線偏振態(tài)選擇不同，有兩種光路形式，而且由于偏振分光器和X合光合色器器件選用問(wèn)題，有更多的實(shí)際變化。兩種光路形式
光路I :x合光合色器位于P光路經(jīng)；·
光路2 X合光合色器位于S光路經(jīng)。偏振分光器和X合光合色器類型
類型I :偏振發(fā)光器和X合光合色器都為棱鏡結(jié)構(gòu)；
類型2 :偏振分光器為棱鏡結(jié)構(gòu)，X合光合色器為正交放置的藍(lán)綠透射/紅反射和紅綠透射/藍(lán)反射的分光片；
類型3 :偏振分光器為偏振分光片，X合光合色器為棱鏡；
類型3 :偏振分光器為偏振分光片，X合光合色器為棱鏡或正交放置的藍(lán)綠透射/紅反射和紅綠透射/藍(lán)反射的分光片。本發(fā)明的有益效果是改變分光流程，原流程為分色-分偏振-成像-合色；本發(fā)明流程為分偏振-分色-合色-成像。使原本各自獨(dú)立的RGB三路光線合并為一路，光學(xué)元件從原本需要8-10個(gè)的數(shù)量減少到只需2個(gè)，而且光源距離成像元件等光程，大幅降低光源設(shè)計(jì)難度。


附圖I為本發(fā)明光路I結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明光路2結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)注
1-光輸入源
2-偏振分光器
3-X合光合色器
4-X合光合色器工作面I
5-X合光合色器工作面2
6-第一 LCOS顯示芯片
7-第二 LCOS顯示芯片
8-第三LCOS顯示芯片
9-投射系統(tǒng) —P極化線偏振光 ----S極化線偏振光
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光路工作原理如下
步驟I:光輸入端輸入照明光；
步驟2 :經(jīng)偏振分光器分解為P極化線偏振光(簡(jiǎn)稱光源P光)和S極化線偏振光(簡(jiǎn)稱光源S光)，兩種線偏振光極化方向相互垂直；
步驟3 :光源P光(或光源S光)進(jìn)入X合光合色器；
步驟4-1 :光源P光(或光源S光)經(jīng)X合光合色器工作面I反射藍(lán)光(紅光)進(jìn)入第一LCOS顯示芯片；
步驟4-2 :光源P光(或光源S光)經(jīng)X合光合色器工作面2反射紅光(藍(lán)光)進(jìn)入第二 LCOS顯示芯片；
步驟4-3 :光源P光(或光源S光)經(jīng)X合光合色器工作面I和2透射綠光進(jìn)入第三LCOS顯不芯片；
步驟5-1 :經(jīng)第一 LCOS顯示芯片加載藍(lán)光(紅光)圖像信號(hào)后反射成S極化線偏振光(P極化線偏振光)簡(jiǎn)稱為為第一圖像S光(或第一圖像P光)；
步驟5-2 :經(jīng)第二 LCOS顯示芯片加載紅光(藍(lán)光)圖像信號(hào)后反射成S極化線偏振光(P極化線偏振光)簡(jiǎn)稱為為第二圖像S光(或第二圖像P光)；
步驟5-3 :經(jīng)第三LCOS顯示芯片加載綠光圖像信號(hào)后反射成S極化線偏振光(P極化線偏振光)簡(jiǎn)稱為為第三圖像S光(或第三圖像P光)；
步驟6-1 :第一圖像S光(或第一圖像P光)經(jīng)X合光合色器工作面I反射進(jìn)入偏振分光器;
步驟6-2 :第二圖像S光(或第二圖像P光)經(jīng)X合光合色器工作面2反射進(jìn)入偏振分光器;
步驟6-3 :第三圖像S光(或第三圖像P光)經(jīng)X合光合色器工作面I和2透射進(jìn)入偏振分光器；
步驟7 :第一圖像S光(或第一圖像P光)，第二圖像S光(或第二圖像P光)，第三圖像S光(或第三圖像P光)合并輸出到投射系統(tǒng)；
步驟8 :投射系統(tǒng)將合并后的全色圖像透射出，完成投影過(guò)程。其中
X合光合色器工作面I可選擇紅綠透射/藍(lán)反射的鍍膜，對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面2需選擇藍(lán)綠透射/紅反射的鍍膜，這時(shí)X合光合色器工作面I反射藍(lán)光，X合光合色器工作面2反射紅光；
X合光合色器工作面I也可選擇藍(lán)綠透射/紅反射的鍍膜，對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面2需選擇紅綠透射/藍(lán)反射的鍍膜，這時(shí)X合光合色器工作面I反射紅光，X合光合色器工作面2反射藍(lán)光；
對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面I反射藍(lán)光時(shí)，第一 LCOS顯不芯片加載藍(lán)光圖像信號(hào)，X合光合色器工作面2反射紅光,第二 LCOS顯不芯片加載紅光圖像信號(hào)；
對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面I反射紅光時(shí)，第一 LCOS顯不芯片加載紅光圖像信號(hào)，X合光合色器工作面2反射藍(lán)光,第二 LCOS顯不芯片加載藍(lán)光圖像信號(hào)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，RGB光路光源光程相同，降低了光源設(shè)計(jì)難度，大幅減少了光學(xué)元件使用數(shù)量，降低了工藝調(diào)整難度，是一種很簡(jiǎn)潔的三片式LCOS投影實(shí)現(xiàn)方式。本發(fā)明附圖中的結(jié)構(gòu)只是本光路結(jié)構(gòu)的基本說(shuō)明，其中偏振分光器和X合光合色器都可以使用偏振分光片和正交放置的藍(lán)綠透射/紅反射和紅綠透射/藍(lán)反射的分光片代替，所以盡更換本發(fā)明中的棱鏡或?qū)⒗忡R拆 分或組合的做法依舊屬于本發(fā)明的等效變換。
權(quán)利要求
1.三片式LCOS(硅基液晶)投影光路，其特征在于，包括 一個(gè)偏振分光器，其特點(diǎn)是將一束入射光分解成偏振正交的兩路線偏振光，并作為圖像信號(hào)的檢偏器； 一個(gè)X合光合色器，其特點(diǎn)是將入射的全色光分解成紅綠藍(lán)(RGB)三色光，按照互相垂直的指定方向出射，并可逆向?qū)粗付ǚ较蛉肷涞募t綠藍(lán)(RGB)三色光混合為全色光； LCOS顯示芯片，數(shù)量為3個(gè)，作為RGB三個(gè)圖像信號(hào)的電光加載器，放置于相對(duì)應(yīng)的光路末夂而。
2.如權(quán)利要求I所述的投影光路，偏振分光器可使用偏振分光棱鏡或偏振分光片。
3.如權(quán)利要求I和2所述的投影光路，X合光合色器可使用X合光合色棱鏡或正交放置的藍(lán)綠透射/紅反射和紅綠透射/藍(lán)反射的分光片。
4.如權(quán)利要求3所述的投影光路，X合光合色器工作面I可選擇紅綠透射/藍(lán)反射的鍍膜，對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面2需選擇藍(lán)綠透射/紅反射的鍍膜，這時(shí)X合光合色器工作面I反射藍(lán)光，X合光合色器工作面2反射紅光； X合光合色器工作面I也可選擇藍(lán)綠透射/紅反射的鍍膜，對(duì)應(yīng)X合光合色器工作面2需選擇紅綠透射/藍(lán)反射的鍍膜，這時(shí)X合光合色器工作面I反射紅光，X合光合色器工作面2反射藍(lán)光。
5.如權(quán)利要求I所述的投影光路，偏振分光器和X合光合色器棱鏡結(jié)構(gòu)可組合為一體膠合結(jié)構(gòu)或分解為分離棱鏡結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I所述的投影光路，X合光合色器可位于P光路或S光路。
7.如權(quán)利要求1-6所述的投影光路，增加光源和投影鏡頭是搭建完整投影系統(tǒng)的必要條件。
全文摘要
三片式LCOS(硅基液晶)投影光路使用一個(gè)偏振分光器和一個(gè)X合光合色器實(shí)現(xiàn)了三片式LCOS投影成像的合分光過(guò)程，光源光線先經(jīng)過(guò)偏振分光器分偏振，再經(jīng)過(guò)X合光合色器分色。RGB分別成像后先經(jīng)過(guò)X合光合色器合色，再由偏振分光器檢偏。該光路大大簡(jiǎn)化了三片LCOS原設(shè)計(jì)光路，大幅減少光學(xué)元件使用數(shù)量，而且解決了原三片LCOS設(shè)計(jì)中光源光程差不同的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102902147SQ201210423568
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者白煒 申請(qǐng)人:白煒