本發(fā)明涉及一種激光二極管液晶投影儀，更詳細(xì)而言，涉及在使用由液晶構(gòu)成的光調(diào)制器來具備投影儀時(shí)，配置激光二極管及減少借助激光二極管顯示的圖像上顯示的斑點(diǎn)的優(yōu)化光學(xué)結(jié)構(gòu)的激光二極管液晶投影儀。

背景技術(shù)：

為了開發(fā)手掌大小的便攜式小型投影儀或能配置于筆記本等嵌入式系統(tǒng)的投影儀，需要開發(fā)一種大小輕巧且低電力的投影儀。為了實(shí)現(xiàn)大小輕巧且低電力的投影儀需要使用電力消耗小且輕巧的光源。最適合低電力投影儀的光源是激光光源或發(fā)光二極管(led)。

led光源與激光光源是以低電力放出高亮度的光。但分別具有缺點(diǎn)。led光源作為高的光學(xué)擴(kuò)展量的光源光效率低于激光。激光光源雖然比led具有高的光效率，但具有顯示斑點(diǎn)的缺點(diǎn)。因此，需要開發(fā)一種能減少激光的斑點(diǎn)現(xiàn)象的適合顯微投影儀的光源。

圖1是使用激光光源的反射式光調(diào)制器來體現(xiàn)的利用現(xiàn)有激光光源的投影儀的機(jī)構(gòu)的圖。利用現(xiàn)有激光光源的投影儀由具備r光源(10r)、g光源(10g)以及b光源(10b)構(gòu)成的激光光源與具備50r、50g以及50b的雙色鏡50、反射鏡51、53、擴(kuò)散器20、波束成形器30、場(chǎng)透鏡40、光調(diào)制器60、投影鏡頭70以及偏振分束器80構(gòu)成。

激光光源優(yōu)選地順次照射r/g/b。順次照射激光r/g/b光源(10r、10g、10b)是指將照射一個(gè)框架的全體時(shí)間定為t時(shí)，在t/3時(shí)間內(nèi)照射r光源，連續(xù)在t/3時(shí)間內(nèi)照射g光源，在照射g光源的時(shí)在連續(xù)的t/3時(shí)間內(nèi)照射b光源。

顯微投影儀的光源是需要大小輕巧且高功率的光源，因此，適合使用激光光源或發(fā)光二極管光源。在三個(gè)光源10r、10g、10b中包括至少一個(gè)激光光源，優(yōu)選地，使用三個(gè)激光光源或根據(jù)所需構(gòu)成混合激光與led光源的橋接岔路型。分別從三個(gè)光源發(fā)出的光分別借助雙色鏡50r、50g、50b反射或投射后入射在擴(kuò)散器20。雙色鏡50g具備反射g光源(從10g照射的綠光)后，投射剩余的光的功能，雙色鏡50g可以使用反射可視光線區(qū)域的通常的鏡子。雙色鏡50r反射r光源(從10r照射的紅光)，投射剩余的波長(zhǎng)區(qū)域的光，雙色鏡50b反射b光源(從10b照射的藍(lán)光)，投射剩余的波長(zhǎng)區(qū)域的光。

從激光光源(10r、10g、10b)發(fā)射的激光光源被反射鏡51、53反射后入射到擴(kuò)散器20。擴(kuò)散器在光軸上垂直振動(dòng)，因此通過擴(kuò)散器時(shí)光的隨機(jī)性被增加。擴(kuò)散器作為去除激光光源的斑點(diǎn)的裝置減少激光的相干性特性來減少斑點(diǎn)。振動(dòng)擴(kuò)散器20時(shí)進(jìn)一步減少斑點(diǎn)。

通過擴(kuò)散器20的光借助波束成形器30變形為光束形狀。變形光束形狀是為了成型輸入的光束形狀來提高光效率以便適合光調(diào)制器60的入射面的形狀。

光束成形器30的代表性的例有復(fù)眼透鏡。復(fù)眼透鏡體現(xiàn)為多個(gè)小型鏡體。體現(xiàn)在復(fù)眼透鏡的小型鏡體可以具備多種形狀。例如，可以體現(xiàn)為四角凸透鏡形狀、六角凸透鏡形狀及圓形等，但優(yōu)選地，具備與光調(diào)制器形狀(更加準(zhǔn)確地光調(diào)制器的有效屏幕形狀)相同的形狀。例如，光調(diào)制器的有效屏幕形狀為四角形狀時(shí)，小型鏡體的形狀也是具備四角形狀，從而最大限度地減少光損失。

在圖1的實(shí)施例的光束成形器30使用兩面具備小型鏡體的雙面式復(fù)眼透鏡但也可以使用兩個(gè)截面式復(fù)眼透鏡，形成在雙面或兩個(gè)的多個(gè)小型鏡體分別一對(duì)一對(duì)應(yīng)。

場(chǎng)透鏡40作為將借助波束成形器30成形的光集束在光調(diào)制器60的透鏡，通常由一至三個(gè)構(gòu)成，調(diào)整透鏡與波束成形器30之間的距離，從而正確地實(shí)現(xiàn)集束。

光調(diào)制器60選擇性地透過或切斷入射的光或變形光渠道來形成圖像的元件。光調(diào)制器60的代表性的例有dmd(digitalmicromirrordevice)、液晶顯示元件(lcd)、lcos等。利用dmd場(chǎng)順序的驅(qū)動(dòng)方法有利用以矩陣式排列的數(shù)碼鏡子(digitalmirror)來使用于dlp投影儀的元件。dlp將從光源照射的光借助數(shù)碼鏡子調(diào)整光渠道后用屏幕反射，從而體現(xiàn)灰度及圖像。液晶顯示元件lcd選擇性地開閉液晶來形成圖像的元件。利用液晶顯示元件的投影儀有直觀式與投射式。直觀式投影儀直接觀察從液晶顯示元件的背光通過液晶面板時(shí)生成的圖像的方式，投射式投影儀將通過液晶顯示元件時(shí)生成的圖像利用投影鏡頭放大后投射到屏幕上觀察從屏幕反射的圖像的方式。反射式與投射式是基本上相同的結(jié)構(gòu)但在下部基板上形成反射膜，使得將反射的光放大投射在屏幕上的方式。lcos(liquidcrystalonsylicon)作為反射式液晶顯示器的一種在現(xiàn)有的液晶顯示元件的兩面基板中將下部基板使用硅膠基板來代替玻璃基板，從而用反射式動(dòng)作的光學(xué)元件。

圖1是作為反射式光學(xué)系偏振分束器80將從光調(diào)制器60生成的圖像傳遞至投影鏡頭70。偏振分束器(pbs，polarizedbeamsplitter)80是在玻璃材料的六面體內(nèi)以對(duì)角線形成有偏振光分離膜，因此，在反射式光學(xué)引擎中必須的光學(xué)元件。

偏振分束器80將入射的光利用偏振光分離膜通過p偏振光，將s偏振光朝投影鏡頭相反的方向反射的光學(xué)元件?；蚱穹质鞲鶕?jù)所需通過s偏振光反射p偏振光。圖1是通過p偏振光反射s偏振光。因此，從激光光源10發(fā)出的光在光渠道的任意地點(diǎn)轉(zhuǎn)換成線偏振光狀態(tài)才能保持光效率。

通過偏振分束器80的偏振光分離膜的p偏振光通過反射式光調(diào)制器60在形成圖像的過程中轉(zhuǎn)換成s偏振光，轉(zhuǎn)換成s偏振光的圖像光重新入射到偏振分束器80內(nèi)與偏振光分離膜會(huì)合。由于圖像光全是s偏振光，因此，全部反射到偏振光分離膜后入射到投影鏡頭70。投影鏡頭70是利用多個(gè)透鏡形成的，將借助光調(diào)制器60形成的圖像放大投射至屏幕(未圖示)上。圖1的利用現(xiàn)有激光光源的投影儀的光效率良好色區(qū)域?qū)?，但在放大的投影上發(fā)生斑點(diǎn)的干涉紋，因此，無法使用于高品質(zhì)的投影儀上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明是鑒于所述諸多問題而提出的，其目的在于，提供一種將光調(diào)制器構(gòu)成投射式液晶或反射式液晶時(shí)，提供用于一致入射到光調(diào)制器的光的偏振光方向的激光二極管的最佳排列，最大限度地減少斑點(diǎn)的激光二極管液晶投影儀。

(二)技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明將激光二極管使用為光源，將激光二極管作為光源來使用，將液晶元件使用為光調(diào)制器的激光二極管液晶投影儀，其特征在于，所述光源包括：g激光二極管，用于發(fā)射沿第一方向延伸的橢圓形的綠光；b激光二極管，用于發(fā)射沿著所述第一方向延伸的橢圓形狀的藍(lán)光；r激光二極管，用于發(fā)射沿與第一方向垂直的方向延伸的橢圓形的紅光，r激光二極管的電源施加銷被設(shè)置為垂直于所述g激光二極管或所述b激光二極管的電源施加銷的設(shè)置方向，所述激光二極管液晶投影儀包括：第一波束成形器，用于將從所述光源發(fā)射的垂直相交形態(tài)的光轉(zhuǎn)換成均勻光；第二波束成形器，用于將從所述第一波束成形器發(fā)射的光成形為所述光調(diào)制器的有效面的形狀；場(chǎng)透鏡，用于聚光由所述第二波束成形器成形的光；偏振分束器，用于將從所述場(chǎng)透鏡入射的光反射到所述光調(diào)制器，并從所述光調(diào)制器入射的圖像透射通過；以及投影鏡頭，用于放大投影所述圖像，所述g激光二極管、所述b激光二極管以及所述r激光二極管是制造成多模式的固有的激光二極管，分別從所述g激光二極管、所述b激光二極管以及所述r激光二極管發(fā)出的光形成垂直交叉形狀的光線，分別的所述光具有相同的偏振軸。

(三)有益效果

根據(jù)本發(fā)明的激光二極管液晶投影儀即便不使用復(fù)雜的光學(xué)元件也能有效地變更激光二極管的銷的配置，從而可以一致由液晶形成的入射到光調(diào)制器的r、g、b光源的偏振光方向。

并且，能有效地振動(dòng)第二波束成形器，從而比現(xiàn)有的用于減少斑點(diǎn)的技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有效地減少斑點(diǎn)，優(yōu)化投影鏡頭的結(jié)構(gòu)將鮮明的圖像投射在屏幕上。

附圖說明

圖1是示出將激光光源利用于反射式光調(diào)制器的現(xiàn)有投影儀結(jié)構(gòu)圖。

圖2是鏡筒上設(shè)置g激光二極管的狀態(tài)下的照射到屏幕上的光源的圖。

圖3是鏡筒上設(shè)置b激光二極管的狀態(tài)下的照射到屏幕上的光源的圖。

圖4是在鏡筒上將r激光二極管相對(duì)其他光源旋轉(zhuǎn)90度后設(shè)置，使得電源施加銷旋轉(zhuǎn)90°后在設(shè)置的狀態(tài)下照射到屏幕上的光源的圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的將激光光源利用于反射式光調(diào)制器體現(xiàn)的投影儀的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是從圖5的上部方向看的根據(jù)本發(fā)明的具備pbs的激光二極管投影儀俯視圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的第一波束成形器的一示例圖。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的第二波束成形器的一示例圖。

圖9是用于說明擴(kuò)散器的作用的高斯分布與振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)變化的效果的圖。

圖10是本發(fā)明的一實(shí)施例的利用投射式液晶光調(diào)制器體現(xiàn)液晶投影儀的結(jié)構(gòu)圖。

圖11是本發(fā)明的一實(shí)施例的利用投射式液晶光調(diào)制器體現(xiàn)液晶投影儀的結(jié)構(gòu)圖。

圖中

10：激光光源，10r：r光源

10g：g光源，10b：b光源

11：冷卻銷，13：鏡筒

10rj：r激光二極管電源施加銷

10gj：g激光二極管電源施加銷

10bj：b激光二極管電源施加銷

20：擴(kuò)散器，30：波束成形器

31：第一波束成形器，33：第二波束成形器

35：孔隙間隔，37：小型鏡體

40：場(chǎng)透鏡，41：第一場(chǎng)透鏡

43：第二場(chǎng)透鏡，50，50r，50g，50b：雙色鏡

51，53：反射鏡，57：鉗子

55：振動(dòng)器，60：光調(diào)制器

60a：投射式液晶光調(diào)制器，70：投影鏡頭

80：偏振分束器，85：x-cube

具體實(shí)施方式

本發(fā)明可以進(jìn)行多種變更可以具備多種實(shí)施例，以下參照附圖詳細(xì)說明特定實(shí)施例。

本發(fā)明并不被特定實(shí)施形態(tài)而限定，可理解為包括本發(fā)明的思想及技術(shù)范圍內(nèi)的所有變更及均等物至代替物。

利用激光二極管制造投影儀時(shí)，在顯示的問題點(diǎn)中雖未公知但首先說明本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)中用時(shí)分割方式順次照射r激光、g激光、b激光。因此，對(duì)比不使用時(shí)分割照射方式的投影儀時(shí)，每光源照射的時(shí)間會(huì)減少，因此，需要使用高功率的激光光源。更加準(zhǔn)確地，為了提供具備充分的亮度的投影儀，需要使用每秒消費(fèi)的峰值功率超過1w的激光二極管(通常二極管叫做瓦特二極管)。但現(xiàn)有技術(shù)的瓦特二極管只能使用多模式生產(chǎn)的固有激光二極管。即，單模式的激光二極管或泵浦二極管都不能制造瓦特二極管。

激光共振器具備無數(shù)的諧振頻率。在通常的增益介質(zhì)可以發(fā)振包括在增益幅度內(nèi)的所有模式。為了制造具備高功率的激光二極管，利用超過增益門檻的多種模式的發(fā)振來制造多模式。

由多模式生產(chǎn)的固有二極管從屬于體現(xiàn)對(duì)應(yīng)顏色的材料性質(zhì)。g激光二極管與b激光二極管具備類似的特性，但r激光二極管具備完全不同的特性。具備最多差距的特性是從分別的顏色的激光二極管輸出的光源以僅對(duì)電磁波的任一側(cè)波形垂直的光源形態(tài)輸出。由單模式生產(chǎn)的激光二極管的tem(transversetoelectircandmagnetic)特性是可以調(diào)整成垂直在電波與磁波上的理想的波長(zhǎng)形態(tài)輸出。相對(duì)于此，為了將功率超過瓦特以上，將激光二極管制造成多模式時(shí)，用tm(transversetomagnetic)或te(transversetoelectric)來制造，此時(shí)，僅在磁波上垂直的波形或在電波上垂直的波形是不理想，更加準(zhǔn)確地，由具備瓦特功率的多模式生產(chǎn)的固有r激光二極管具備te特性，因此，偏振光形態(tài)具備s偏振光波形態(tài)，具備瓦特功率的多模式的固有g(shù)激光二極管與固有b激光二極管具備tm特性，因此，偏振光形態(tài)具備p偏振光波形態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的激光二極管液晶投影儀用光調(diào)制器使用液晶，從所有顏色的激光二極管輸出的光源到達(dá)液晶光調(diào)制器前需要偏振軸一致。以下，將用液晶元件體現(xiàn)光調(diào)制器稱作“液晶光調(diào)制器”，將使用液晶光調(diào)制器的投影儀成為“液晶投影儀”。為了解決所述問題，在r激光二極管的前面使用將s偏振軸轉(zhuǎn)換成p偏振軸的光學(xué)元件的相位差板。但，由于瓦特激光二極管的功率過強(qiáng)相位差板被燒制失去特性，因此，用現(xiàn)有技術(shù)無法體現(xiàn)能使用的相位差板。本發(fā)明為了解決所述問題，在鏡筒設(shè)置r激光二極管時(shí)，與g激光二極管與b激光二極管不同將r激光二極管相對(duì)其他光源旋轉(zhuǎn)90°來設(shè)置，從而，相對(duì)不同的電源施加銷的光源以垂直轉(zhuǎn)動(dòng)來設(shè)置。

利用附圖說明變更電源施加銷時(shí)顯示的新的現(xiàn)象。具備超過瓦特功率的多模式固有激光二極管的輸出光具備朝一側(cè)方向延伸的形態(tài)。圖2，圖3及圖4是示出在鏡筒設(shè)置激光二極管時(shí)，為了一致偏振軸r激光二極管相對(duì)g激光與b激光旋轉(zhuǎn)90°來設(shè)置后，剩余的g激光二極管及b激光二極管朝相同的方向配置時(shí)，分別從g激光二極管、b激光二極管及r激光二極管光源照射的光形態(tài)的圖。如圖2及圖3所示，g激光二極管與b激光二極管以朝水平方向延伸的波形照射，r激光二極管朝垂直方向延伸的波形照射。圖2至圖4的坐標(biāo)是示出屏幕的設(shè)置方向，x軸是示出屏幕的橫方向，y方向是顯示屏幕的豎方向。

因此，利用瓦特以上的功率的多模式固有激光二極管制造投影儀時(shí)，將對(duì)應(yīng)任一顏色的激光二極管相對(duì)其他光源旋轉(zhuǎn)90°來安裝時(shí)，最終電源施加銷被旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)安裝，使得投射在屏幕上的波束以十字形狀交叉顯示，因此，需要一致的單獨(dú)的光學(xué)元件。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一是實(shí)施例的激光二極管液晶投影儀的框圖。根據(jù)本發(fā)明的利用激光光源的投影儀由具備r光源10r、g光源10g及b光源10b的瓦特多模式固有激光二極管、具備50r、50g以及50b的雙色鏡、反射鏡51、第一波束成形器31、第二波束成形器33、第一場(chǎng)透鏡41、擴(kuò)散器20、第二場(chǎng)透鏡43、光調(diào)制器60、投影鏡頭70以及偏振分束器80構(gòu)成。激光二極管10r、10g、10b產(chǎn)生相當(dāng)?shù)臒?，因此，為了順暢的冷卻設(shè)置散熱銷11，分別的電源施加銷10rj、10gj、10bj通過柔性印刷電路板接收驅(qū)動(dòng)電源。

圖6是圖5的從上部方向看的根據(jù)本發(fā)明的激光二極管投影儀的俯視圖。如圖6所示，r激光二極管10r的電源施加銷10rj相對(duì)g激光二極管10g的電源施加銷10gj及b激光二極管10b的電源施加銷10bj的設(shè)置方向朝90°旋轉(zhuǎn)的方向設(shè)置，通過分別的激光二極管fpcb19接收電源。

瓦特多模式固有激光二極管將r/g/b光順次照射。順次照射激光二極管r/g/b光源10r、10g、10b的意思是將照射一個(gè)框架的整體時(shí)間為t時(shí)在t/3時(shí)間內(nèi)照射r光源，連續(xù)在t/3時(shí)間內(nèi)照射g光源，在照射g光源時(shí)在t/3時(shí)間內(nèi)連續(xù)照射b光源的意思。實(shí)際上，分別的光源比t/3短時(shí)間內(nèi)照射。

顯微投影儀光源需要大小小且高功率，因此，體現(xiàn)為瓦特多模式固有激光二極管，如上所述，在三個(gè)光源中將r激光二極管相對(duì)其他光源旋轉(zhuǎn)90°來設(shè)置使得與s偏振光的方向一致，因此，電源施加銷也會(huì)旋轉(zhuǎn)90°。從三個(gè)光源發(fā)出的光分別被雙色鏡50r、50g、50b反射或投射后入射到第一波束成形器31。雙色鏡50b反射b光源(從10b照射的藍(lán)光)后投射剩余的光，但也可以使用雙色鏡50b全部反射可視光源區(qū)域的通常的鏡子。雙色鏡50g反射g光源(從10g照射的綠光)后投射剩余的波長(zhǎng)區(qū)域的光，雙色鏡50r投射r光源(從10r照射的紅光)后反射剩余的波長(zhǎng)區(qū)域的光。

從激光二極管10r、10g、10b發(fā)出的激光被雙色鏡反射后入射到第一波束成形器31。如圖2至圖4所示，第一波束成形器31將以交叉形態(tài)照射到屏幕上的光成形為圓形光。第一波束成形器31有復(fù)眼透鏡，圖7是根據(jù)本發(fā)明的使用第一波束成形器時(shí)，構(gòu)成復(fù)眼透鏡的小型鏡體的多種形態(tài)的示例圖。構(gòu)成第一波束成形器31的復(fù)眼透鏡的最優(yōu)選的小型鏡體37是如圖7c所示的正八角形(蜂窩形態(tài))。

將小型透鏡形成為圓形光時(shí)最容易地將波束形狀成形至圓形光。如圖7b所示，將小型鏡體37形成為圓形時(shí)，在分別的小型透鏡37之間不能形成透鏡的同時(shí)發(fā)生剩余的孔隙間隔35，因此會(huì)降低波束成形效率。將小型透鏡形成為正八角形時(shí)，如圖7c所示，可以成形所有入射的光。但實(shí)際上加工小型透鏡時(shí)，不容易加工成圖7c所示的蜂窩形狀，因此，實(shí)際上加工成7c所示的正四角形。

不使用第一波束成形器31用圖5的剩余的結(jié)構(gòu)形成投影儀后，在屏幕照射白色時(shí)朝豎方向展現(xiàn)具有洋紅色的白色，朝橫方向具有青色的白色。

從第一波束成形器31成形的光被反射鏡51折射后，入射到第二波束成形器33。第二波束成形器33的代表性的例有復(fù)眼透鏡。如上所述，復(fù)眼透鏡體現(xiàn)為多個(gè)小型鏡體。將第二波束成形器31體現(xiàn)為復(fù)眼透鏡時(shí)，小型鏡體與光調(diào)制器的形狀(光調(diào)制器的入射側(cè)有效屏幕形狀)相同的形狀具備。例如，光調(diào)制器的有效屏幕形狀為16:9縱橫比四角形狀時(shí)，小型鏡體形狀也具備16:9縱橫比的四角形狀，從而，最大限度地減少光損失。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的第二波束成形器33的一例的圖。第二波束成形器33由具備16:9縱橫比的多個(gè)四方形形狀的小型鏡體構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的第二波束成形器33為了去除斑點(diǎn)，以圖5為基準(zhǔn)朝上下方向(實(shí)際上16:9縱橫比基準(zhǔn)的長(zhǎng)邊方向)振動(dòng)。在第二波束成形器33的一面設(shè)置鉗子57，在鉗子57的另一側(cè)具備振動(dòng)器55。振動(dòng)器55體現(xiàn)為超小型電機(jī)，體現(xiàn)例是改造音箱。音箱具備固定的永久磁鐵與根據(jù)施加的電流頻率動(dòng)作的線圈與在動(dòng)作的線圈上付著振動(dòng)板的結(jié)構(gòu)，在振動(dòng)板付著固定鉗子57的另一側(cè)。當(dāng)在線圈施加電源時(shí)，振動(dòng)板振動(dòng)的同時(shí)鉗子57及第二波束成形器33一起振動(dòng)。

向第二波束成形器33施加振動(dòng)的信號(hào)有r激光二極管10r的開啟信號(hào)。雖未圖示，在從外部傳送的控制信號(hào)包括開閉r激光二極管10r的信號(hào)，因此，可以利用為振動(dòng)第二波束成形器33的控制信號(hào)。也可以利用其它顏色的激光二極管的開啟控制信號(hào)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，振動(dòng)第二波束成形器33的頻率是在110hz～240hz范圍內(nèi)，超過400hz時(shí)，發(fā)生噪音難以使用。

場(chǎng)透鏡是將借助第二波束成形器33成形的光與偏振分束器80連接的透鏡。通常由1至3個(gè)構(gòu)成，在圖5由第一場(chǎng)透鏡41與第二場(chǎng)透鏡42構(gòu)成。通過調(diào)整透鏡與第二波束成形器33的距離準(zhǔn)確地連接。

光調(diào)制器60選擇性地投射及切斷入射的光或變更光渠道，從而形成圖像的元件。光調(diào)制器60的代表性的例有dmd(digitalmicromirrordevice)、液晶顯示元件(lcd)、lcos等。在本發(fā)明局限在利用液晶顯示元件lcd及l(fā)cos的液晶光調(diào)制器。液晶顯示元件lcd將選擇性地開閉液晶來形成圖像。利用液晶顯示元件的投影儀有直觀式與投射式。直觀式投影儀從液晶顯示元件后面的背光通過液晶面板的同時(shí)直接觀察生成的圖像的方式，投射式投影儀是將通過液晶顯示元件的同時(shí)生成的圖像利用投影鏡頭放大后投射在屏幕上觀察反射在屏幕上的圖像的方式。反射式與投射式是基本上是相同的結(jié)構(gòu)，但在下部基板上形成反射膜，使得將反射的光放大投射在屏幕上的方式。lcos(liquidcrystalonsylicon)是作為反射式液晶顯示器的一種在現(xiàn)有的液晶顯示器元件的兩面基板中將下部基板使用硅膠基板來替換玻璃基板后以反射式動(dòng)作的光學(xué)元件。

擴(kuò)散器20是用于增加光的隨機(jī)性的光學(xué)元件。擴(kuò)散器作為去除激光特有的斑點(diǎn)的裝置減少激光的相干性特性來減少斑點(diǎn)。另一方面，擴(kuò)散器20壞掉由光源、波束成形器以及場(chǎng)透鏡等透鏡群設(shè)計(jì)的光學(xué)數(shù)值(例如，f#)。即，打亂由其他透鏡群定的光學(xué)特性。擴(kuò)散器20的去除斑點(diǎn)的效果隨著越接近偏振分束器80增加。并且，構(gòu)成擴(kuò)散器20的擴(kuò)散板自身具備光吸收率，使得可以吸收相當(dāng)量的光。通常，構(gòu)成擴(kuò)散器的擴(kuò)散板具備80～90％左右的透過率。制造擴(kuò)散板時(shí)將板朝規(guī)定方向膨脹后制造，因此具備規(guī)定方向的方向性，因此，對(duì)局部的偏振光方向給予影響。將液晶顯示器作為光調(diào)制器來使用時(shí)對(duì)光效率具有非常不好的影響。

偏振分束器80是將入射的光利用偏振光分離膜來反射p偏振光投射s偏振光的光學(xué)元件。或偏振分束器根據(jù)所需反射p偏振光投射s偏振光。在本發(fā)明中反射p偏振光投射s偏振光。

入射到偏振分束器80的s偏振光朝光調(diào)制器60方向反射后，轉(zhuǎn)換成p偏振光的光重新入射到偏振分束器80內(nèi)后與偏振光分離膜會(huì)合。由于圖像光全是s偏振光，因此，投射到偏振光分離膜后入射到投影鏡頭70。投影鏡頭70利用多個(gè)透鏡來形成，因此，可以將借助光調(diào)制器60形成的圖像放大投射在屏幕(未圖示)上。

為了去除斑點(diǎn)在專利文獻(xiàn)1中將振動(dòng)擴(kuò)散器形成在反射鏡的反射面傾斜地形成。在不振動(dòng)的狀態(tài)下，向擴(kuò)散器入射光時(shí)，發(fā)出的光集中在中央部位發(fā)亮，周圍部分變暗，從而具備高斯分布。圖9是用于說明擴(kuò)散器的作用的高斯分布與用于說明振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)變化的效果的圖。在圖9a橫軸x示出光進(jìn)行方向與垂直方向的距離，豎軸l顯示亮度。如圖9a所示，光朝擴(kuò)散器的中央部逐漸集中，使得亮度變高。圖9b是用于說明振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)的效果的示例圖。內(nèi)側(cè)圓不振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)示出規(guī)定亮度以上的區(qū)域，外側(cè)圓振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)，放大規(guī)定亮度以上的區(qū)域。即，振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)入射的光朝外圍更加展開，并可以保持光集中在中央的現(xiàn)象。因此，可以減少振動(dòng)擴(kuò)散器時(shí)通過中央部位的光產(chǎn)生的斑點(diǎn)，但由于具備高斯分布給予通過外圍區(qū)域的光的影響變小，使得不能大大影響外圍區(qū)域發(fā)生的斑點(diǎn)。

當(dāng)振動(dòng)第二波束成形器33時(shí)，第二波束成形器33的多個(gè)小型鏡體37均勻地配置于第二波束成形器上33，因此，向通過整體區(qū)域的光給予均衡的影響，因此，能減少斑點(diǎn)。

以上說明了由反射式液晶元件形成的液晶光調(diào)制器的實(shí)施例，本發(fā)明可以適用于利用投射式液晶元件的液晶光調(diào)制器。使用投射式液晶光調(diào)制器時(shí)使用x-cube光學(xué)元件，使得光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的利用投射式液晶光調(diào)制器體現(xiàn)液晶投影儀的結(jié)構(gòu)圖。參照符號(hào)是圖5的參照符號(hào)相同。圖10的液晶投影儀是不使用波束成形器，因此，光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圖10的第二波束成形器33也能振動(dòng)，但省略圖示。圖5的液晶光調(diào)制器60使用反射式，圖10的液晶投影儀使用投射式液晶光調(diào)制器60a。

圖11是本發(fā)明的一實(shí)施例的利用投射式液晶光調(diào)制器體現(xiàn)液晶投影儀的結(jié)構(gòu)圖。在中央配置x-cube85后，將從左側(cè)、下側(cè)及右側(cè)照射的r、b、g激光二極管朝上部方向反射。圖11是在分別的顏色的激光二極管10r、10b、10g與x-cube85之間分別具備第一波束成形器31a、31b、31c、第二波束成形器33a、33b、33c及擴(kuò)散器20a、20b、20c。

圖10及圖11的液晶投影儀相對(duì)圖5的液晶投影儀小型化光學(xué)元件，但投射式液晶光調(diào)制器的光透過率比反射式液晶光調(diào)制器光透過率的效率低。

尤其，圖11的液晶投影儀可以不用時(shí)分割方式啟動(dòng)激光二極管，但為了體現(xiàn)具備高亮度特性的小型投影儀，優(yōu)選地構(gòu)成具備瓦特功率特性并由多模式制造的固有激光二極管。

以下說明投影鏡頭。表1示出本發(fā)明的投影鏡頭的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

【表1】

所述投影鏡頭f值是4.0，整體焦點(diǎn)距離是11.628mm，整體長(zhǎng)度(ttl,totaltractlength)是24mm，視角是58°。透鏡號(hào)是從外氣設(shè)置于偏振分束器的順序。因此，與外氣最接近的透鏡是第一透鏡，與偏振分束器最接近的透鏡是第五透鏡。

dof(depthoffield)是示出在圖像中可接受的清晰度的在正面距離最近且最遠(yuǎn)的物體之間的距離(dofisthedistancebetweenthenearestandfarthestobjectsinascenethatappearacceptablysharpinanimage)。大的dof是稱為深焦透鏡，小的dof稱為淺焦點(diǎn)(alargedofisoftencalleddeepfocus,andasmalldofisoftencalledshallowfocus)。

f值越大dof也會(huì)變大，因此，即便不調(diào)整投影鏡頭的聚焦也能保持干凈的清晰度。增加f值時(shí)減少效率，并且，也會(huì)發(fā)生增加激光的斑點(diǎn)噪聲的現(xiàn)象，因此，不能無限增加。在本專利將f值制造在3.2～5.0之間。優(yōu)選地，f值是4.0。

焦點(diǎn)距離是第一玻璃透鏡l1最長(zhǎng)，第二塑料透鏡最短。因此，第一玻璃透鏡的屈光力最低，第二塑料透鏡的屈光力最高。屈光力是焦點(diǎn)距離的反數(shù)。

|kn/kt|是將分別透鏡的屈光力除以整體透鏡的屈光力后取得的絕對(duì)值，示出整體透鏡的屈光力和分別的透鏡的屈光力的比值。

第一玻璃透鏡是在投影鏡頭的最外圍與外氣直接接觸的透鏡，因此，與人的手的有機(jī)物接觸，切斷外部溫度變化的影響，因此，由fc5_hoya玻璃制造，屈光力并不高。

第一玻璃透鏡的屈光力是滿足數(shù)學(xué)式1。

【數(shù)學(xué)式1】

0.5<|k1/kt|<0.9

投影鏡頭由五個(gè)透鏡構(gòu)成，其中三個(gè)是塑料透鏡的非球面透鏡制造，兩個(gè)由玻璃透鏡制造。第四透鏡由bacd16_hoya玻璃制造，具備高屈光力的投影鏡頭的主透鏡。第二透鏡、第三透鏡、第五透鏡作為非球面透鏡保持投影鏡頭的性能的同時(shí)能減少整體大小。

將第二透鏡、第三透鏡及第五透鏡的雙面形成為非球面。透鏡的非球面形狀是用圓錐常數(shù)與非球面系數(shù)顯示，表2示出第二透鏡、第三透鏡以及第五透鏡的圓錐常數(shù)與非球面系數(shù)。

在以下式非球面形狀是相對(duì)y值的變化的z值，通常用電腦處理。用表來顯示對(duì)于y值變化的z值時(shí)畫出非球面形狀。在相關(guān)業(yè)界只要是定義圓錐常數(shù)與非球面系數(shù)就可以制造非球面的透鏡的曲面。

在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的對(duì)于非球面的事項(xiàng)是用數(shù)學(xué)式2來定義。

【數(shù)學(xué)式2】

此時(shí)，z：從透鏡的頂點(diǎn)至光軸方向的距離

y：相對(duì)光軸垂直方向的距離

c：從透鏡的頂點(diǎn)曲率半徑是r的反數(shù)

k：圓錐常數(shù)

a，b，c，d，e，f：非球面系數(shù)

光學(xué)引擎可以分為照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)。

照明系統(tǒng)將從光源發(fā)出的光束與光調(diào)制器的顯示區(qū)域一致地成形后，為了制造圖像照明圖像的顯示區(qū)域，成像系統(tǒng)是放大投射從光調(diào)制器做成的圖像，并在屏幕上成形的引擎。

成像系統(tǒng)的最核心部分是投影鏡頭。最終實(shí)現(xiàn)投影儀起著重要的作用。根據(jù)本發(fā)明的投影鏡頭具備1280x720的分辨率與適用于6.4um像素尺寸的分辨率(modulationtransferfunction)，并具備80％以上的均衡度，具備1％以下的光學(xué)變形，具備58°的視角的同時(shí)保持高的f值。

若將此功能的投影鏡頭僅制造成球面透鏡時(shí)需要八個(gè)以上的球面透鏡，大小是24mm的兩倍左右。為了減少大小與透鏡數(shù)需要使用非球面透鏡，因此，使用兩張玻璃球面透鏡使用三張非球面塑料透鏡來達(dá)成所述規(guī)格。將投影鏡頭實(shí)現(xiàn)小型化且具備所述分辨率及均勻性的同時(shí)增加視角角度是不容易的。

在本發(fā)明中，具備所述條件的同時(shí)能獲得的最大限度的視角角度是約60°，考慮到大量生產(chǎn)設(shè)計(jì)成58°。這樣的投影鏡頭的f值越大具備越大的dof。投影鏡頭在1m距離(屏幕尺寸約33")具備最佳聚焦。實(shí)際上在20"～80"即便沒有調(diào)整焦點(diǎn)也能確認(rèn)清晰圖像。

在說明本發(fā)明時(shí)，若判斷為對(duì)相關(guān)公知技術(shù)的具體說明會(huì)導(dǎo)致本發(fā)明的要旨不明確時(shí)，則省略詳細(xì)說明。

第一、第二等序數(shù)的用語可以用于說明各種構(gòu)成要素，但所述構(gòu)成要素并不限定于所述用語。所述用語僅用來區(qū)別一個(gè)構(gòu)成要素與另一個(gè)構(gòu)成要素。例如，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的情況下，第一構(gòu)成要素可以命名為第二構(gòu)成要素，同樣的，第二構(gòu)成要素也可以命名為第一構(gòu)成要素。以及/或之用語包含多個(gè)相關(guān)記載項(xiàng)目的組合或者多個(gè)相關(guān)記載項(xiàng)目中的任一項(xiàng)目。

言及到某一構(gòu)成要素“連接或接續(xù)”于另一構(gòu)成要素時(shí)，應(yīng)理解為可以直接連接或接續(xù)于該另一構(gòu)成要素，但是，也可以理解為中間具有其他構(gòu)成要素。相反，當(dāng)言及到某一構(gòu)成要素“直接連接或直接接續(xù)”于另一構(gòu)成要素時(shí)，應(yīng)理解為中間沒有其他構(gòu)成要素。

在本發(fā)明中所使用的術(shù)語是僅用來說明特定實(shí)施例的，并不能限定本發(fā)明。說明書中，單數(shù)的表達(dá)方式應(yīng)理解為包含復(fù)數(shù)的表達(dá)方式。在本發(fā)明中，“包含”或者“具有”等用語用來指定本說明書中所記載的特征、數(shù)字、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成要素、構(gòu)件或者該些組合，其并不排除一個(gè)或一個(gè)以上的其他特征、數(shù)字、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成要素、構(gòu)件或者該些組合的存在或者其附加功能。

本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)部為了顯示不同特征的功能而獨(dú)立示出的，分別的結(jié)構(gòu)部并不會(huì)構(gòu)成分離的硬件或一個(gè)軟件構(gòu)成單位。即，分別結(jié)構(gòu)部為了方便說明排列分別的結(jié)構(gòu)部來包括，在分別的結(jié)構(gòu)部中至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)部結(jié)合構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)部或一個(gè)結(jié)構(gòu)部分別多個(gè)結(jié)構(gòu)部執(zhí)行功能，也可以分別的結(jié)構(gòu)部的結(jié)合的實(shí)施例及分離的實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。

在沒有特別定義時(shí)，包括技術(shù)或科學(xué)用語在內(nèi)的本說明書中所使用的所有用語對(duì)屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是自明的。通常所使用的、詞典上所定義的用語應(yīng)解釋為其含義與相關(guān)技術(shù)的含義一致，在本說明書中未明確地定義者，不得以理想化或者過渡形式性的意思進(jìn)行解釋。