專利名稱：投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜合成裝置，具體地說，涉及一種投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)。
投影光學(xué)系統(tǒng)用于大型會(huì)場的圖象和文字顯示。以此為基礎(chǔ)的現(xiàn)代電視投影系統(tǒng)更是廣泛用于公共場所如車站、廣場、娛樂場所乃至深入家庭。眾所周知，這類投影光學(xué)裝置存在的共性問題在于屏幕的尺寸與成象分辨率之間的矛盾，即隨著屏幕尺寸的日漸增大，努力提高其圖象分辨率，以及增大圖象的畫面亮度、對比度及色度等，已成為急待解決的問題。
中國發(fā)明專利CN 94112930.6公開一種液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)。它有多個(gè)透鏡，及被順序地安置在圖象平面最前方的凹凸鏡，和第一凹透鏡、凸透鏡以及第二凹透鏡的前鏡頭部分。還設(shè)置后鏡頭部分，它包括兩個(gè)安放在前鏡頭部分與圖象平面之間的平凹透鏡，并且該平凹透鏡的平面向著所述圖象平面。該投影系統(tǒng)能將圖象從液晶顯示裝置投影到屏幕上。
以上述專利為代表的現(xiàn)有技術(shù)的投影成象裝置究其原理，僅屬三原色單色成象過程。如

圖1所示。光源通過彩色增透鏡5、7、10。分別透射三種單色光，即將入射信號(hào)分成紅、綠、藍(lán)三種原色信號(hào)，分別入射到液晶光閥LCD1、LCD2和LCD3上，經(jīng)合像器還原成彩色圖像。這種分色-合像的方式只能利用三種原色組分的極窄頻段，濾掉了約70％以上的其它光譜成分，不能充分開啟液晶光閥，以致全面降低合成圖像的亮度、色彩還原性及圖像分辨率等特性。由于圖像顏色組分過于單調(diào)，使最終的畫面生硬，合成圖像的色彩飽和度差。此外，眾所周知的是液晶器件的工作溫度不得高于50℃，而上述現(xiàn)有技術(shù)的光譜成像系統(tǒng)并未考慮控制被傳輸?shù)墓馐袛y帶熱能，因而，這類系統(tǒng)不能連續(xù)工作。
本發(fā)明的目的在于提出一種液晶投影機(jī)用的投影光學(xué)系統(tǒng)，能夠充分利用光譜成分，提高畫面亮度并提高色彩飽和度，色彩還原性好，并能連續(xù)工作。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)，由光源、分光-會(huì)聚分配器、三組透/反器件、三個(gè)光諧振腔、三個(gè)液晶光閥、合像器和投射-放大鏡頭組成，其中所述光源發(fā)出的光束依次經(jīng)過冰洲石晶片制成的阻尼分光鏡、會(huì)聚鏡組和光闌組成的分光-聚光器，得到強(qiáng)度均勻且被吸收了熱量的出射光；所述出射光先后入射到“R”、“G”、“B”透/反器件，分別被分光成為紅、綠和藍(lán)灰色帶，它們分別通過由平凹透鏡和平面鏡組成的紅色帶光諧振腔、由兩個(gè)平凸透鏡組成的綠色帶光諧振腔、由平凹透鏡和平面鏡組成的藍(lán)色帶光諧振腔，分別形成紅色光帶疤、綠色光帶疤和藍(lán)色光帶疤；所述三種顏色光帶疤分別入射到被置于所述三種色帶光諧振腔光焦面處的液晶光閥上，并通過各液晶光閥，分別入射到組成合像器的直角棱鏡入射面上；所述合像器的出射面位于投射-放大鏡頭的后焦平面處，三種色帶的光像在合像器的出射面處復(fù)合成像，并經(jīng)所述投射-放大鏡頭得到放大的投影圖像。
所述“R”、“G”、“B”透/反器件均為在光學(xué)玻璃基片經(jīng)真空鍍膜，制成多層膜系。所述合像器由四塊幾何尺寸相同的直角棱鏡膠合而成，并有正方形截面，其中在所述三種顏色光帶疤的入射面上分別鍍有增透膜，用以調(diào)節(jié)相應(yīng)的合像棱鏡的折射率，使三個(gè)合像棱鏡的相對折射率相等。
采用本發(fā)明的投影機(jī)用液晶投影光學(xué)系統(tǒng)，因所述“R”、“G”、“B”透/反器件的光學(xué)玻璃基片上都鍍有多層膜，使得它們分別能夠透射具有所需寬度頻譜成分的光，即實(shí)質(zhì)上透射的是一組顏色的色帶，而不再像同類現(xiàn)有技術(shù)裝置那樣只能透射頻帶極窄的“單色光”，因而可使最終合成的圖像包括極為豐富的光譜成分，使光譜的利用率從現(xiàn)有技術(shù)的簡單三原色單色方式的60％提高到80％，從而，可大大提高合成圖像的色彩飽和度，使圖像色彩還原逼真。
另外，由于使三種色帶分別在相應(yīng)的光諧振腔內(nèi)多次反射，可大大減少光束傳輸過程中的能量損失。計(jì)算表明，采用這種光諧振腔結(jié)構(gòu)，可使透過“R”、“G”透/反器件和“B”反射器件的光束能量的95％得以被約束在諧振腔內(nèi)，并入射到液晶光閥上，這可大大提高液晶光閥的開啟程度，使液晶光閥透光率從現(xiàn)有技術(shù)的35％提高到55％，即接近其理論極限，從而使最終圖像的亮度相應(yīng)提高40％，并使對比度提高30％。
此外，本發(fā)明采用冰洲石制成的阻尼分光鏡代替同類現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)眼鏡，可吸收光束中所含熱量的70％，從而大大減少光譜中所含的熱量，這就充分保證液晶光閥的正常工作溫度，使本發(fā)明的投影機(jī)可連續(xù)工作10小時(shí)以上。又由于光的總利用率極高，與現(xiàn)有的同類裝置相比，本技術(shù)使用的光源(即燈泡)功率也只為原來的1/3。這不僅可以降低能耗，并可進(jìn)一步降低液晶光閥的工作溫度。
又因使用了折射率補(bǔ)償膜，使各合像棱鏡的相對折射率相等，這就確保了三種色帶圖像相位的同步合成，從而保證了合成圖像的清晰效果，大大提高合成圖像的色彩還原性，使所得到的合成圖像不產(chǎn)生失真和畸變。
通過以下結(jié)合附圖對實(shí)施例的詳細(xì)描述，可使本發(fā)明投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)愈為清晰，其中圖1以示意的方式說明現(xiàn)有技術(shù)投影機(jī)的光路圖；圖2表示本發(fā)明一種實(shí)施例投影機(jī)用液晶投影光學(xué)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)圖；圖3a和3b以比較的方式說明現(xiàn)有技術(shù)投影機(jī)與本發(fā)明投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)光譜合成原理的區(qū)別；圖4示意地說明圖2實(shí)施例中所用分光-會(huì)聚分配器對通過的光束的處理過程。
參照圖2，它表示本發(fā)明投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng)一種實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)。其中光源S發(fā)出的光，經(jīng)過阻尼分光鏡1，使該光束中50％的熱量被吸收，并使光束被分光成多束強(qiáng)度均勻的光，如圖4所示。再經(jīng)前焦距聚光鏡2和后焦距聚光鏡3，將光束會(huì)聚整理為所需的強(qiáng)度均勻的光，經(jīng)出射光闌4出射到光譜合成部分。
所述阻尼分光鏡1由冰洲石晶片制成，它代替了同類現(xiàn)有技術(shù)中使用的復(fù)眼鏡。一般的復(fù)眼鏡是將面對光入射方向的表面制成36個(gè)微小的凸透鏡，因而只能分出36束小光點(diǎn)，而本發(fā)明的冰洲石阻尼分光鏡1可以得到上千束小光點(diǎn)，使出射光束強(qiáng)度分布的均勻性大大提高。另外，現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)眼鏡加工難度大，而且不具有吸收光束中所含熱量的功能，它需要另設(shè)降溫機(jī)構(gòu)，使整機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，體積增大。
前述阻尼分光鏡1、前焦距聚光鏡2、后焦距聚光鏡3和出射光闌4組成分光-會(huì)聚分配器。來自該分光-會(huì)聚分配器的出射光首先入射到“R”透/反器件5，該器件表面鍍敷透紅反藍(lán)膜系，成為“透紅反藍(lán)”透/反器件，它可透過入射光中85％的波長范圍在660-780nm之間的紅色組分，并使其余組分被反射至“G”透/反器件10。所述“G”透/反器件10鍍敷透藍(lán)反綠膜系，成為“透藍(lán)反綠”的透/反器件，它可反射90％的波長范圍在570-650nm之間的綠色組分，入射到諧振腔B，并使其余的主要為藍(lán)色和灰色組分的光透射至“B”反射器件13。經(jīng)上述“R”、“G”、“B”透/反器件，使前述入射光被分光成為紅、綠和藍(lán)色等三段色帶。
上述紅色帶包含6種顏色組分，它們透過平凸透鏡6、平凹透鏡7和平面鏡8組成的光諧振腔A，在該諧振腔A內(nèi)的平凹透鏡7的凹面和平面鏡9的表面之間多次反射，該區(qū)域內(nèi)的紅色帶中的95％的光能最終被平面鏡8反射，透過平凸透鏡9，形成紅色光帶疤，入射到位于其焦平面上的液晶光閥LCD1上。由于進(jìn)入LCD1的光能遠(yuǎn)較普通單色光情況下大大增多，可使光閥LCD1開啟近55％，即幾乎全部進(jìn)入LCD1的紅色光系都能入射到合像器18的合像棱鏡。所述平凸透鏡9的凸面上也鍍敷“透紅反藍(lán)”膜系。
類似地，被R透/反器件5反射的所述紅色帶以外的光通過“G”透/反器件10，光束中的綠色組分被反射進(jìn)入平凸透鏡11、12組成的光諧振腔B，并在平凸透鏡11的平面表面和平凸透鏡12的凸面表面之間多次反射。具體地說，所述“G”透/反器件10表面鍍敷透藍(lán)反綠膜系，可將入射光中90％的波長范圍在570-650nm之間的綠色組分反射到諧振腔B，也就是使幾乎全部綠色組分的光最終穿過鍍有“透綠反灰”膜系的平凸透鏡12，形成綠色光帶疤，經(jīng)液晶光閥LCD2入射于合像器18的合像棱鏡。
透過所述“G”透/反器件10的藍(lán)灰色組分的光在“B”反射器件13的表面上被反射，射入平凸透鏡14、平凹透鏡15和平面鏡16組成的光諧振腔C，在該諧振腔C內(nèi)的平凹透鏡15的凹面和平面鏡16的表面之間多次反射。所述“B”反射器件13表面鍍敷藍(lán)色反射膜系，可將入射光中85％的波長范圍在360-470nm之間的藍(lán)灰色組分反射到諧振腔C，最后經(jīng)平面鏡16反射到平凸透鏡17，透過平凸透鏡17的光形成藍(lán)色光帶疤，入射到液晶光閥LCD3。所述平凸透鏡17的凸表面鍍有透藍(lán)反紅膜系。這里的情況與前述紅色帶的情況相似。透過LCD3的藍(lán)色帶的光入射到合像棱鏡18。
所述合像器18由四塊幾何尺寸相同的直角棱鏡膠合而成，并有正方形截面。其中在所述紅、綠和藍(lán)色光帶疤的入射面上分別鍍有補(bǔ)償膜19，比如氟化鎂制成的增透膜，用以調(diào)節(jié)相應(yīng)的合像棱鏡的折射率，使三個(gè)合像棱鏡的相對折射率相等。
所述合像器18的出射面位于投射-放大鏡頭GW的后焦平面處，合成圖像為正立實(shí)像，經(jīng)鏡頭GW放大后，投射在該鏡頭前約7米遠(yuǎn)的屏幕上，可得清晰的、色彩豐富且亮度較現(xiàn)有技術(shù)同類設(shè)備提高40％的投影圖像。
本實(shí)施例投影光學(xué)系統(tǒng)參與彩色成像的光譜由現(xiàn)有技術(shù)“三原色”方式的簡單的單色紅、綠、藍(lán)3種顏色增多到13種顏色，即紅、桔、黃、綠、黑、白、赤、橙、青、藍(lán)、灰、紫色、紅外等顏色。
權(quán)利要求
1.一種用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，由光源、分光-會(huì)聚分配器、透/反器件、光諧振腔、液晶光閥、合像器和投射-放大鏡頭組成，其特征在于所述光源發(fā)出的光束依次經(jīng)過冰洲石晶片制成的阻尼分光鏡、會(huì)聚鏡組和光闌組成的分光-聚光器，得到強(qiáng)度均勻且被吸收了熱量的出射光；所述出射光先后入射到“R”、“G”、“B”透/反器件，分別被分光成為紅、綠和藍(lán)灰色帶，它們分別通過由平凹透鏡和平面鏡組成的紅色帶光諧振腔、由兩個(gè)平凸透鏡組成的綠色帶光諧振腔、由平凹透鏡和平面鏡組成的藍(lán)色帶光諧振腔，分別形成紅色光帶疤、綠色光帶疤和藍(lán)色光帶疤；所述三種顏色光帶疤分別入射到被置于所述三種色帶光諧振腔光焦面處的液晶光閥上，并通過各液晶光閥，分別入射到組成合像器的直角棱鏡入射面上；所述合像器的出射面位于投射-放大鏡頭的后焦平面處，三種色帶的光像在合像器的出射面處復(fù)合成像，并經(jīng)所述投射-放大鏡頭得到放大的投影圖像。
2.一種如權(quán)利要求1所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述“R”、“G”、“B”透/反器件均為在光學(xué)玻璃基片經(jīng)真空鍍膜，制成多層膜系。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述“R”、“G”、“B”透/反器件均為在光學(xué)玻璃基片經(jīng)真空鍍膜，制成多層膜系。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述合像器由四塊幾何尺寸相同的直角棱鏡膠合而成，并有正方形截面，并在所述三種顏色光帶疤的入射面上分別鍍敷補(bǔ)償膜，使三個(gè)合像棱鏡的相對折射率相等。
5.一種如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述“R”透/反器件(5)表面鍍敷透紅反藍(lán)膜系，可透過入射光中85％的波長范圍在660-780nm之間的紅色組分。
6.一種如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述“G”透/反器件(10)表面鍍敷透藍(lán)反綠膜系，可透過入射光中90％的波長范圍在570-650nm之間的綠色組分。
7.一種如權(quán)利要求1或2所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述“B”透/反器件(13)表面鍍敷藍(lán)灰色增透膜系，可透過入射光中85％的波長范圍在360-470nm之間的藍(lán)灰色組分。
8.一種如權(quán)利要求4所述的用于液晶投影機(jī)的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述合像棱鏡折射率補(bǔ)償膜(19)是氟化鎂增透膜。
全文摘要
投影機(jī)用的液晶投影光學(xué)系統(tǒng),其中冰洲石阻尼分光鏡等組成分光－會(huì)聚分配器,使光束成為強(qiáng)度均勻且被吸收熱量的光?！癛”、“G”、“B”透/反器件將光束分成紅、綠和藍(lán)色帶后,分別通過光諧振腔形成紅、綠及藍(lán)色光帶疤。三種光帶疤分別經(jīng)液晶光閥射入合像器,復(fù)合成像,經(jīng)投射－放大鏡頭放大出射。合像器的入射面鍍敷折射率補(bǔ)償膜。本投影系統(tǒng)還可用于投影電視設(shè)備,具有合成圖像色彩還原性高,亮度高且色彩飽和度高的優(yōu)點(diǎn)。本機(jī)可連續(xù)工作10小時(shí)以上。
文檔編號(hào)G02B1/02GK1349124SQ0012997
公開日2002年5月15日 申請日期2000年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月16日
發(fā)明者史義武 申請人:陜西凱創(chuàng)光電產(chǎn)業(yè)有限公司