專利名稱：新型交叉平板彩色光分解及合成裝置的制作方法
技術領域：
該實用新型屬于投影光學儀器類，是液晶投影電視中關鍵的光學部件。
液晶投影電視(Liquid Crystal Display Projection Television)是近年來國際和國內市場上出現(xiàn)的新型顯示儀器，廣泛地應用于科研、國防及娛樂部門。液晶投影電視主要有單板式及三板式兩種。三板式液晶投影電視光學系統(tǒng)中的關鍵部件是彩色光分解及合成系統(tǒng)。所謂彩色光分解系統(tǒng)是將由光源照射的白光分解成紅、綠、藍三束光，而彩色合成系統(tǒng)則是將紅、綠、藍三束光合成為白光?，F(xiàn)有的彩色光分解及合成裝置是用膠合棱鏡的方法來實現(xiàn)的，如圖2中的1和1′。這種膠合棱鏡鍍膜工藝復雜，光能利用率低，制造成本高，重量較重。而該新型交叉平板彩色光分解及合成裝置由于采用了兩塊垂直交叉的薄平板分光鏡，制造工藝簡單，成本低廉、重量輕并有效地提高了光能利用率。
圖2是一個典型的三板式液晶投影電視光學系統(tǒng)圖，光源5發(fā)出的光經過彩色光分解裝置1分解成紅、綠、藍三束光分別照明三個黑白LCD(液晶顯示器)組件4，三個LCD上的影像又經彩色光合成裝置1′合成后經投影物鏡7投射到觀察屏8上。三個LCD上的圖像由各自的電路控制，通過控制每個LCD上各點的光強透過率就可在觀察屏上得到不同的彩色圖像。
目前廣泛采用的彩色光分解及合成裝置是由四塊直角棱鏡膠合而成，如圖3所示。DMA、DMB為兩個鍍膜面，其上鍍有分光膜，用來對彩色光進行分解或合成。這種組合棱鏡分光合成系統(tǒng)具有以下缺點(1)這種棱鏡由于是膠合后使用，鍍膜工藝復雜且對膜層的測量不方便；(2)DMA、DMB鍍膜面要求入射光為偏振光，一般在入射到LCD組件前表面之前還需進行偏振態(tài)轉換，因此光能利用率降低；(3)制造成本高，重量較重等。
為了克服以上缺點我們將四塊膠合的直角棱鏡簡化成兩塊垂直交叉的平面鏡，該實用新型彩色光分解及合成裝置，采用兩塊交叉平板平面鏡代替了圖3中四塊直角棱鏡，示意圖如圖1。圖1中平板反射分光鏡11(由11a和11b兩部分組成)和平板反射分光鏡12垂直放置。DM1、DM2為分別在反射鏡12和11上鍍制的分光膜。這樣既減輕了重量、降低了成本又有效地提高了光能利用率。
對于該實用新型它的彩色分光及合成原理和技術方案結合附圖敘述如下1.當本發(fā)明被用作彩色光分解裝置時，工作原理如圖4所示。該彩色光分解及合成裝置的彩色光分解作用相當于圖2中的裝置1。
這時由光源發(fā)出的白光的光譜分布為I(λ)，經過該分光裝置后被DM1、DM2膜分解為I′1(λ)，I′2(λ)，I′3(λ)三束光(紅，綠或藍光)，它們的光譜分布為I′1(λ)＝I(λ)·T2(λ)·[1-T1(λ)]I′2(λ)＝I(λ)·T1(λ)[1-T2(λ)]I′3(λ)＝I(λ)·(λ)·T2(λ)其中T1(λ)、T2(λ)分別為DM1、DM2的光譜透過率函數(shù)(45°角入射)。為了得到不同的紅、綠、藍分光組合，可以根據(jù)需要的波長設計T1(λ)，T2(λ)，進而得到所需要的分光顏色組合。
2.當本發(fā)明被用作彩色光合成裝置時，工作原理如圖5所示，這時該彩色光分解及合成裝置對彩色光的合成作用相當于圖2中裝置1′。
圖5中，I1(λ)、I2(λ)、I3(λ)為三束入射的彩色光，經過交叉平板合成后I′(λ)方向出射的這三束光分別變?yōu)镮′1(λ)＝I1(λ)·T1(λ)·[1-T2(λ)]I′2(λ)＝I2(λ)·T2(λ)·[1-T1(λ)]I′3(λ)＝I3(λ)·T1(λ)·T2(λ)合成后的能量為I′(λ)＝I′1(λ)+I′2(λ)+I′3(λ)根據(jù)入射的彩色光光譜分布和要求的出射光(合成光)的光譜分布及色溫來設計DM1、DM2的透過率曲線T1(λ)、T2(λ)以滿足對投影畫面色彩及白場的要求。
本發(fā)明是采用了分光膜DM1、DM2的入射光和出射光均為自然光，可以直接入射到LCD的前表面不再需要偏振態(tài)轉換元件，從而克服了現(xiàn)有技術的膠合棱鏡式的彩色光分解及合成裝置需要入射光為偏振光，在實際應用時需要偏振態(tài)轉換元件，使光能利用率降低的缺點。
本發(fā)明當被用作彩色光合成裝置時，由于該新型彩色光分解及合成裝置處于投影物鏡的焦平面內，因此需要將分光膜DM2的兩部分調整到同一個平面內。為此該實用新型設計了一套微調整裝置如圖1所示。由于反射鏡11是由兩塊分離的薄鍍膜反射鏡組成，在實際應用中需要它們精確地位于同一個平面內，否則就會造成兩部分的光束差異。在圖1中，11b為固定分光鏡，11a為活動的，它是由四對螺釘13來定位。零件14固定于殼體上，當調節(jié)螺釘13時可以使11a與11b精確地處于同一平面內。該機構是保證本實用新型正常工作的必需部件并使該新型裝置具有調節(jié)方便、準確、快速等特點。


圖1，新型交叉平板彩色光分解及合成裝置11、12交叉平板反射分光鏡；DM1、DM2反射光膜；11a、11b組成整體反射分光鏡11；13.調整螺釘；14.調整支持機構圖2，液晶投影電視原理示意圖1.彩色光分解裝置1，彩色光合成裝置1′；2.全反鏡；3.聚光鏡；4.LCD組件；5.光源組件；6.隔熱鏡；
7.投影物鏡；8.觀察屏；DM1，DM2反射分光膜圖3，組合棱鏡彩色光分解及合成裝置I、II、III、IV四塊直角棱鏡；DMA、DMB反射分光膜圖4，彩色光分解工作原理圖I(λ)，入射白光；I′1(λ)，分解出的第一種彩色光；I′2(λ)，分解出的第二種彩色光；I′3(λ)，分解出的第三種彩色光圖5，彩色光合成工作原理圖I′1(λ)，I′2(λ)，I′3(λ)三種入射的彩色光；I′(λ)合成后的光(白光)本新型交叉平板彩色光分解及合成裝置采用兩塊垂直的交叉分光反射鏡代替膠合棱鏡能更好地完成彩色光分解及合成功能，與現(xiàn)行的膠合棱鏡分光及合成方案相比具有如下優(yōu)點(1)兩塊分光反射鏡是在空氣中使用，容易鍍制，工藝簡單；(2)鍍膜面DM1、DM2的入射光為自然光，不需要偏振光轉換，提高了光能利用率；(3)制造成本低，重量輕等。
本實用新型專利的實施例首先應確定兩個分光鏡的光譜透過率范圍，例如，圖1中可以將分光鏡11鍍成反射藍光透射紅光、綠光，分光鏡12鍍成反射紅光透過綠光、藍光。也可以將它們的分光膜鍍成其它的組合，這樣該新型交義平板彩色分解及合成裝置就可以適用不同場合。即當被用作彩色光分解裝置時可以通過改變DM1，DM2的鍍膜光譜曲線使在三個方向上具有不同的彩色光組合，同樣，當該實用新型被用做彩色光合成裝置時，通過選擇DM1，DM2的光譜曲線使入射的三束彩色光在不同的組合下合成白光出射，這樣就拓展了該實用新型的應用范圍。該新型裝置的具體實施方案可按圖1、圖2、圖3、圖4及圖5所示各個光學元件的相互位置、設計方案及前述的技術方案要求制作。
權利要求1.一種新型交叉平板彩色光分解及合成裝置，由電源，分光鏡，反射鏡及液晶顯示器，投影物鏡等組成，其特征是1.1采用平板分光鏡DM1和DM2，在可見光范圍內有不同光譜段作為反射和透射的選擇，有不同的組合方式；1.2其平板分光鏡DM1、DM2為反射或透射不同波段的薄鍍膜分光鏡；1.3 DM1與DM2其中的一塊平板玻璃是由兩部分組成，且二者是垂直放置的薄交叉玻璃平板；1.4設有配合各光學元件的調整機構，調節(jié)(14)上的四個螺釘(13)，使(11a)，(11b)精確地位于同一平面內。
2.按照權利要求1所述的新型交叉平板彩色光分解及合成裝置，其特征是兩塊薄平板分光鏡，其鍍膜采用了對透射波段具有高透過率而對反射波段有高反射率的多層介質膜。
3.按照權利要求1或2所述的新型交叉平板彩色光分解及合成裝置，其特征是交叉板分光鏡(11)由(11a)、(11b)兩部分組成，為了保證它們的膜層精確地位于同一平面內，其中一部分固定，另一部分由調節(jié)螺釘(13)調整，使兩部分形成一個平板分光鏡。
4.按照權利要求1所述之新型交叉平板彩色光分解及合成裝置，其特征是入射光及出射光均為自然光。
5.按照權利要求1所述的新型交叉平板彩色光分解及合成裝置，其特征是交叉平板分光鏡對入射的白光分解成紅、綠、藍三種單色光束，同時又可以將從三個方向入射的紅、綠、藍光合成白光。
專利摘要新型彩色光分解及合成裝置,由兩塊交叉平板及其相應的固定與調整機構組成,其主要功能是將入射的白光分解為紅、綠、藍三種顏色的光或將沿三個方向入射的紅、綠、藍三色光合成為白光。與膠合棱鏡型的彩色光分解及合成裝置相比,該新型裝置具有能量利用率高、分光效率高、色彩純正、對輸入光的偏振態(tài)無限制、結構簡單、重量輕便、造價低廉等優(yōu)點,可廣泛地應用在各類三板式液晶投影電視中。
文檔編號G02B27/10GK2287310SQ96222870
公開日1998年8月5日 申請日期1996年9月3日 優(yōu)先權日1996年9月3日
發(fā)明者楊顏峰, 宋菲君, 俞蕾, 王長生, 梁建錚, 陳光郎 申請人:中國大恒公司光電研究所, 臺灣中華映管股份有限公司