專利名稱：硅基液晶光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，適用于數(shù)字背投影電視和投影機(jī)。具體就是一種硅基液晶光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon；LCoS)光學(xué)引擎是一個復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，硅基液晶光學(xué)引擎是一種基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝的反射式液晶投影顯示技術(shù)，是將液晶片以及驅(qū)動液晶的電路一并集成在硅片上，制作成硅基液晶成像芯片，產(chǎn)生電子圖像并調(diào)制輸入光，硅基液晶成像芯片工作在偏振光的條件下。
硅基液晶光學(xué)引擎是利用光源產(chǎn)生的均勻線偏振光，將其分成紅、綠、藍(lán)三色光，分別照射到三片硅基液晶成像芯片上，被電子圖像調(diào)制后反射出來，然后，對被圖像調(diào)制的三色光合色，經(jīng)投影鏡頭投影到屏幕上顯示彩色的圖像；投影顯示可以是背向投影，也可是前向投影。
硅基液晶光學(xué)引擎一般分為三大部分照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、投影鏡頭。
照明系統(tǒng)一般由超高壓汞燈產(chǎn)生高亮度的光，也可使用氙燈、鹵素?zé)舻?；光束首先被濾掉紅外光和紫外光，然后，經(jīng)均光器件和偏光轉(zhuǎn)換器件，得到均勻光照的線偏振光。典型的實(shí)用結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。圖1所示照明系統(tǒng)100，包括燈1、UV-IR濾光片2、起偏器3、光棒4、第一透鏡5、第二透鏡6組成；其中第一透鏡5與第二透鏡6構(gòu)成擴(kuò)束準(zhǔn)直器。圖2所示照明系統(tǒng)101，包括燈1、UV-IR濾光片2、第一復(fù)眼透鏡7、第二復(fù)眼透鏡8、起偏器9、聚光透鏡10組成。
色光變換系統(tǒng)是把線偏振光束分成紅、綠、藍(lán)三色，分成三路，分別輸入到三片硅基液晶成像芯片中進(jìn)行圖像調(diào)制，然后，合色投影。目前，硅基液晶光學(xué)引擎色光變換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有三種技術(shù)路線，可以形成多種方案其一，是一種利用偏振分束器(PBS)和二分之一波長片(也稱延遲片、半波片、或波帶片)實(shí)現(xiàn)的色光變換方案，它利用PBS將光束中的S光束反射和P光束透射的特性，將光耦合到硅基液晶成像芯片中，如圖3所示，光束01為S光入射，被PBS11反射，光垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，然后，被電子圖像調(diào)制后反射回PBS11并透射；典型的實(shí)用方案如圖4、圖5所示。
圖4所示，是一個色光變換系統(tǒng)的典型方案，包括一個X形二向色板14、一個二向色板16、兩塊反光板13和15、三塊PBS11，和兩塊二分之一波長板18、一塊合色棱鏡19、和第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。來自光源系統(tǒng)100的可見光是S光，被X形二向色板14分成兩部分，其中一路光又被二向色板16分成兩部分，形成紅、綠、藍(lán)三束單色光，分別被PBS11耦合到第一、二、三硅基液晶成像芯片12中，被圖像調(diào)制后，又分別被PBS11耦合到合色棱鏡19，其中，中間的色光為P光透過合色棱鏡19，上部的色光被二分之一波長板18旋轉(zhuǎn)成S光后，被合色棱鏡19反射，下部的色光也被另一個二分之一波長板18旋轉(zhuǎn)成S光后，被合色棱鏡19反射；紅、綠、藍(lán)三色光在合色棱鏡19中合色后被投影鏡頭20投射，在屏幕上顯示彩色圖像。
圖5所示，是另一個色光變換系統(tǒng)的典型方案，包括第一旋光板18.1、PBS11.1、第二旋光板18.2、PBS11.2、第三旋光板18.3、PBS11.3、PBS11.4、第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。來自光源100的可見光為P光，被輸入到第一旋光板18.1中，第一色光部分被旋光90度角變成S光，被PBS11.1反射進(jìn)入PBS18.3，被反射耦合到第一硅基液晶成像芯片12，被圖像調(diào)制后并變成P光反射出來，然后，分別透過PBS18.3、PBS18.4，最后進(jìn)入投影鏡頭20；未被第一旋光板旋光的第一、第二色色光仍為P光透過PBS11.1進(jìn)入第二旋光板18.2，其中，第二色光部分被第二旋光板11.2旋光90度角成為S光，被PBS11.2反射耦合到第二硅基液晶成像芯片12，被圖像調(diào)制后并變成P光反射出來，并透過PBS11.2進(jìn)入第三旋光板18.3，被第三旋光板18.3旋光90度角成為S光，然后，被PBS11.4反射，最后進(jìn)入投影鏡頭20；未被第二旋光板18.2旋光的P光為第三色光，透過第二旋光板18.2，透過PBS11.2進(jìn)入第三硅基液晶成像芯片12，被圖像調(diào)制后并變成S光反射出來，被PBS11.2反射后透過第三旋光板18.3，然后，被PBS11.4反射，三種色光合色后進(jìn)入投影鏡頭20投射成像。
其二，是一種利用二向色分光膜和全反射棱鏡實(shí)現(xiàn)的色光變換系統(tǒng)，利用分光膜來實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三色的分光，并利用空氣隙形成全反射來實(shí)現(xiàn)將光耦合到硅基液晶成像芯片中，然后被電子圖像調(diào)制后按原路反射，進(jìn)入鏡頭投影顯示。典型的實(shí)用方案如圖6所示。
圖6所示色光轉(zhuǎn)換部分，包括PBS11、第一棱鏡21、第二棱鏡22、第三棱鏡23、第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。PBS11的左面與第一棱鏡21的第一面存在有一個空氣隙，空氣隙約10nm，將使光在第一棱鏡21的第一面產(chǎn)生全反射，同樣的，在第一棱鏡21的第二面與第二棱鏡22的第一面也存在有一個空氣隙，空氣隙約10nm，將使光在第二棱鏡22的第一面產(chǎn)生全反射。照明系統(tǒng)100產(chǎn)生S偏光被PBS11反射進(jìn)入第一棱鏡21，由于第一棱鏡21第二面鍍有反紅透藍(lán)綠薄膜，藍(lán)光和綠光透過，紅光被反射，紅光到達(dá)第一棱鏡21的第一面，由于入射角大于布儒斯特角，紅光在第一面全反射，并垂直入射到第三面進(jìn)入第一硅基液晶成像芯片12中，被圖像調(diào)制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時紅光變成P光，所以透過PBS11進(jìn)入投影鏡頭20投射；在第一棱鏡21第二面透過的藍(lán)綠光到達(dá)第二棱鏡22的第二面，由于第二棱鏡22第二面鍍有反藍(lán)透綠薄膜，綠光透過，藍(lán)光被反射，藍(lán)光到達(dá)第二棱鏡22的第一面，由于入射角大于布儒斯特角，藍(lán)光在第一面全反射，并垂直入射到第三面進(jìn)入第二硅基液晶成像芯片12中，被圖像調(diào)制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時藍(lán)光變成P光，所以透過PBS11進(jìn)入投影鏡頭20投射；在第二棱鏡22第二面透過的綠光，透過第三棱鏡23，并垂直入射進(jìn)入第三硅基液晶成像芯片12中，被圖像調(diào)制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時綠光變成P光，所以透過PBS11進(jìn)入投影鏡頭20投射；紅、綠、藍(lán)三束光最后被投影鏡頭20投射到屏幕上成彩色圖像。
其三，是一種讓輸入光與硅基液晶成像芯片像面的法線成一定的夾角斜入射，輸出光也成一定的夾角斜射出來，利用這樣的原理來實(shí)現(xiàn)一種離軸式光變換系統(tǒng)，但存在許多缺點(diǎn)，如系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)較大，特別是采用離軸結(jié)構(gòu)后，像散較大，且對光的偏振態(tài)有影響，已出現(xiàn)非偏振態(tài)。目前該方案采用較少。
依據(jù)圖4和圖5方案的色光變換系統(tǒng)有許多改型，它們有著共同的特征，其特征在于利用PBS和90度旋光器件配合實(shí)現(xiàn)光的分離、調(diào)制和合色。但是，由于系統(tǒng)的偏振場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件材料的應(yīng)力會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，改變光束的偏振態(tài)，影響對比度的提高；特別是溫度的變化，造成元件材料的熱應(yīng)力變化，特別是90度旋光器件對溫度非常敏感，旋光性能變化較大，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
依據(jù)圖6方案的色光變換系統(tǒng)也有許多改型，它們有著共同的特征，其特征在于利用二向色分光膜和全反射空氣隙配合實(shí)現(xiàn)光的分離、調(diào)制和合色。但是，全反射空氣隙的結(jié)構(gòu)在制造上難度較大，不宜批量制造；同時，斜方棱鏡的加工存在困難；另外成像器件到投影鏡頭的光程太長，對投影鏡頭的要求較高，增加了投影鏡頭制造難度和生產(chǎn)成本。產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在一定困難。
目前，這些公知的且較實(shí)用的硅基液晶光學(xué)引擎典型結(jié)構(gòu)，存在上述的缺點(diǎn)，以及使用較多的光學(xué)元件，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高，光能利用率較低，使得硅基液晶光學(xué)引擎的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用存在許多困難。因此，實(shí)現(xiàn)簡單結(jié)構(gòu)的硅基液晶光學(xué)引擎是一個非常重要的目標(biāo)和任務(wù)。
經(jīng)我們自行對近10年的專利進(jìn)行檢索，也未發(fā)現(xiàn)有與本實(shí)用新型相同的硅基液晶光學(xué)引擎。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中硅基液晶光學(xué)引擎存在的缺點(diǎn)，在色光變換系統(tǒng)中去掉90度角旋光器件；也不要求使用全反射空氣隙；提供一種光學(xué)結(jié)構(gòu)十分簡單，器件少，光能得以充分利用，造價低，易于制作并易于批量化生產(chǎn)的硅基液晶光學(xué)引擎。
下面對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，硅基液晶光學(xué)引擎，包括有殼體、照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、投影鏡頭；照明系統(tǒng)包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準(zhǔn)直器，其特征在于照明系統(tǒng)100、色光變換系統(tǒng)設(shè)置在殼體內(nèi)，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統(tǒng)包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統(tǒng)100的方向直接接受由照明系統(tǒng)100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，該兩路光束方向上各自安置有第一硅基液晶成像芯片12.1和第三硅基液晶成像芯片12.3，并與光軸垂直，其中的一路光束方向上在光耦合器24和硅基液晶成像芯片之間放置有二向色分光器26，在二向色分光器26的反射光方向上還放置有第二硅基液晶成像芯片12.2，并與該反射光軸垂直；所述的投影鏡頭20設(shè)置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束，和由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束，在光耦合器24里合色后，進(jìn)入鏡頭20投射成像。
光耦合器對著照明系統(tǒng)的方向直接接受由照明系統(tǒng)生成的線偏振白光，并將線偏振白光分成正交的兩束光，一路光束沿輸入光方向，另一路光束沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器設(shè)置在透射光束方向，二向色分光器的分光面與該光束的光軸成45度，二向色分光器又將接收到的光束分成兩束光，分別是兩個波段的光，一路光束沿輸入光方向透射，另一路光束沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片設(shè)置在光耦合器輸出光束的反射光束方向，并與該光束的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片對該輸入的光束進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；該反射光束已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質(zhì)膜將此光束的光透射；所述的第二硅基液晶成像芯片設(shè)置在二向色分光器的反射光束方向，并與該反射光束的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片對所接受的光束進(jìn)行圖像調(diào)制，并將該光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去，此光束已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質(zhì)膜將此光束的光反射；所述的第三硅基液晶成像芯片設(shè)置在二向色分光器的另一路光束方向，即透射光方向，并與光束的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片對輸入的光束進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去，該光束已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質(zhì)膜將光束的光反射；所述的投影鏡頭設(shè)置在光耦合器外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片、第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片到投影鏡頭的光程相等；由第一、第二、第三硅基液晶成像芯片分別返回的光束，均在光耦合器里合色后，進(jìn)入鏡頭投射成像。
電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等光電子產(chǎn)品的普及和進(jìn)步，以及人們在工作和生活中廣泛應(yīng)用，人們與電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品的屏幕有更多或越來越頻繁的接觸，投影顯示以其耗電少、輻射小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。然而，在用于投影顯示的硅基液晶光學(xué)引擎中由于使用較多的光學(xué)元件，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高，光能利用率較低，使得硅基液晶光學(xué)引擎的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用存在許多困難，制約著該技術(shù)的進(jìn)步。因此，實(shí)現(xiàn)簡單結(jié)構(gòu)的硅基液晶光學(xué)引擎是一個非常急待解決的問題。本實(shí)用新型不需90度角旋光器件，也不要求使用全反射空氣隙，簡化了結(jié)構(gòu)，減小了光路和光能損失，有效地解決了這個制約著硅基液晶投影顯示系統(tǒng)簡約結(jié)構(gòu)、提高質(zhì)量、效率和降低成本的問題。現(xiàn)有技術(shù)中的光耦合器僅能對一個波段的光進(jìn)行耦合，而本實(shí)用新型采用了能對兩個波段的光進(jìn)行耦合的新型光耦合器，并就此設(shè)計(jì)了光路，在相應(yīng)的光路中設(shè)置硅基液晶成像芯片，二向色分光器和鏡頭，構(gòu)成了一種新的硅基液晶光學(xué)引擎，不僅結(jié)構(gòu)十分簡單，實(shí)現(xiàn)光耦合效率提高。
本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)還在于色光變換系統(tǒng)中的光耦合器，由光學(xué)玻璃其中的工作面鍍制的異向偏振分光膜組成，異向偏振分光膜是由多層氧化物介質(zhì)膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度；氧化物介質(zhì)膜由氧化鈦介質(zhì)膜層，或氧化鋯介質(zhì)膜層，或氧化鉭介質(zhì)膜層，或氧化鈰介質(zhì)膜層，或氧化鎂介質(zhì)膜層，或氧化硅介質(zhì)膜層兩兩組合而成；以預(yù)定波段的光進(jìn)入該光耦合器，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段的光被反射，該預(yù)定波段其余部分的光被透射。
由光學(xué)玻璃和其表面鍍制的異向偏振分光膜組成的光耦合器，其異向偏振分光膜是由多層氧化物介質(zhì)膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度?？梢猿惺軐挷ǘ蔚母吖鈴?qiáng)的光的長期照射，提高了使用壽命，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，也使得制造易于實(shí)現(xiàn)，可以大批量地生產(chǎn)已滿足市場的需求。
一般的光耦合器只能使一個硅基液晶成像芯片獲得耦合，而本實(shí)用新型卻可以使得兩個硅基液晶成像芯片獲得耦合。
本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)還在于色光變換系統(tǒng)中的二向色分光器必須是一個非偏振的二向色分光器，即對一個波段任意偏振分量的光都透射，對另一個波段任意偏振分量的光都反射。
二向色分光器非偏振的技術(shù)特征的設(shè)計(jì)使得整個硅基液晶光學(xué)引擎。結(jié)合恰當(dāng)，渾然一體，更好地調(diào)整和優(yōu)化了光路，保證了光能的有效傳遞，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單，光能傳輸效率高、器件成本低的優(yōu)良效果。
本實(shí)用新型在色光變換系統(tǒng)中的光耦合器采用了在由光學(xué)玻璃和其工作面鍍制的異向偏振分光膜層，偏振分光面與透過光束的光軸成45度的技術(shù)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)了相應(yīng)的光路和器件。解決了長期以來困擾著業(yè)界的硅基液晶光學(xué)引擎使用較多的光學(xué)元件，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高，光能利用率較低的問題，提供一種大量減少光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單，元件少而功能強(qiáng)，提高了制造的工藝性，有效地降低了成本；使得結(jié)構(gòu)大大簡化，并有效地提高了光能利用率，簡約實(shí)用，易于量產(chǎn)的硅基液晶光學(xué)引擎。


圖1是照明系統(tǒng)典型的實(shí)用結(jié)構(gòu)一示意圖；圖2是照明系統(tǒng)典型的實(shí)用結(jié)構(gòu)二示意圖。
圖3是已有技術(shù)中偏振分光器的工作原理圖。
圖4是已有技術(shù)中典型的硅基液晶光學(xué)引擎例一工作原理圖。
圖5是已有技術(shù)中典型的硅基液晶光學(xué)引擎例二工作原理圖。
圖6是已有技術(shù)中典型的硅基液晶光學(xué)引擎例三工作原理圖。
圖7是本實(shí)用新型光耦合器的工作原理示意圖。
圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例2工作原理示意圖。
圖9是本實(shí)用新型硅基液晶光學(xué)引擎實(shí)施例3工作原理圖。
圖10是本實(shí)用新型硅基液晶光學(xué)引擎實(shí)施例4工作原理圖。
圖11是本實(shí)用新型硅基液晶光學(xué)引擎實(shí)施例5工作原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)用新型色光變換系統(tǒng)中光耦合器的工作原理如圖7所示，以預(yù)定波段的光01進(jìn)入光耦合器24，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段04的光被反射，該預(yù)定波段01其余部分的光03被透射，在反射光04和透射光03的方向分別裝有一個硅基液晶成像芯片12，并垂直于光束的光軸，光垂直輸入到硅基液晶成像芯片12中，被圖像調(diào)制和90度角旋光，然后，沿原路反射重新進(jìn)入光耦合器24，由于光變成與原偏振分量正交的光，包含在其中的某一波段的光04被透射，預(yù)定波段其余部分的光03被反射。如此，可以同時使兩個硅基液晶成像芯片12的輸入光和輸出光得到耦合。例如光束01是具有第一偏振分量的光，波長范圍是410nm～590nm，入射到光耦合器24中，本例中光耦合器24是由兩個直角棱鏡膠合而成，組成一個正六面體，在其中一個直角棱鏡的斜面上涂覆有異向偏振分束介質(zhì)膜25，該異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束01中約為500nm～590nm的光04反射，反射光束的方向與光軸成90度角，該反射光04垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，它將光束04進(jìn)行圖像調(diào)制并90度角旋光，沿原路反射出來，光束04已是具有第二偏振分量、波段約為500nm～590nm的調(diào)制光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于光的第二偏振分量與光的第一偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束04的光透射；光束01中約為410nm～490nm的光03被異向偏振分束介質(zhì)膜25透射，垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，它將光束03進(jìn)行圖像調(diào)制并90度角旋光，并沿原路反射出來，光束03已是具有第二偏振分量、波段約為410nm～490nm的調(diào)制光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于光的第二偏振分量與光的第一偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束03的光反射；光束04和光束03沿同一方向向前傳播。光耦合器24不僅實(shí)現(xiàn)了兩個硅基液晶成像芯片12光的輸入和輸出耦合，而且，也實(shí)現(xiàn)了光的分色和合色，上述也是一個藍(lán)光和綠光的分離，被分別進(jìn)行圖像調(diào)制，然后，又合色的過程。
實(shí)施例2如圖8所示，本實(shí)用新型硅基液晶光學(xué)引擎，包括有殼體、照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、投影鏡頭，照明系統(tǒng)包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準(zhǔn)直器組成，其特征在于照明系統(tǒng)100、色光變換系統(tǒng)設(shè)置在殼體內(nèi)，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統(tǒng)包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統(tǒng)100的方向直接接受由照明系統(tǒng)100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，一路光束03沿輸入光方向，另一路光束04沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器26設(shè)置在光束03方向，二向色分光器26的分光面與光束03的光軸成45度角，二向色分光器26又將接收到的光束03分成兩束光05、06，分別是兩個波段的光，光束05沿輸入光方向透射，光束06沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片12.1設(shè)置在光耦合器24輸出的一路光束04方向，并與光束04的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片12.1對該輸入的光束進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束04已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束04的光透射；所述的第二硅基液晶成像芯片12.2設(shè)置在二向色分光器26的光束06方向，并與光束06的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片12.2對所接受的光束06進(jìn)行圖像調(diào)制，并將該光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束06已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束06的光反射；所述的第三硅基液晶成像芯片12.3設(shè)置在二向色分光器26的另一路光束05方向，并與光束05的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片12.3對輸入的光束05進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束05已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束05的光反射；所述的投影鏡頭20設(shè)置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束04，由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束05、06，在光耦合器24里合色后，進(jìn)入鏡頭20投射成像。
實(shí)施例3如圖9所示，本實(shí)用新型硅基液晶光學(xué)引擎，包括有殼體、照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、投影鏡頭，照明系統(tǒng)包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準(zhǔn)直器組成，其特征在于照明系統(tǒng)100、色光變換系統(tǒng)設(shè)置在殼體內(nèi)，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統(tǒng)包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統(tǒng)100的方向直接接受由照明系統(tǒng)100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，一路光束07沿輸入光方向，另一路光束08沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器26設(shè)置在光束08方向，二向色分光器26的分光面與光束08的光軸成45度角，二向色分光器26又將接收到的光束08分成兩束光09、010，分別是兩個波段的光，光束010沿輸入光方向透射，光束09沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片12.1設(shè)置在光耦合器24輸出的一路光束07方向，并與光束07的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片12.1對該輸入的光束進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束07已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束07的光反射；所述的第二硅基液晶成像芯片12.2設(shè)置在二向色分光器26的光束09方向，并與光束09的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片12.2對所接受的光束09進(jìn)行圖像調(diào)制，并將該光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束09已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束09的光透射；所述的第三硅基液晶成像芯片12.3設(shè)置在二向色分光器26的另一路光束010方向，并與光束010的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片12.3對輸入的光束010進(jìn)行圖像調(diào)制，并將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，使其沿原路反射回去；光束010已是具有另一偏振分量的光，重新進(jìn)入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質(zhì)膜25將光束010的光透射；所述的投影鏡頭20設(shè)置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束07，由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束09、010，在光耦合器24里合色后，進(jìn)入鏡頭20投射成像。
實(shí)施例4硅基液晶光學(xué)引擎，如圖10所示包括殼體，和設(shè)置在殼體內(nèi)的照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、以及安裝在殼體外的投影鏡頭。
色光變換系統(tǒng)包括光耦合器24、二向色分光器26、第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2、第三硅基液晶成像芯片12.3和補(bǔ)償棱鏡27構(gòu)成。
光耦合器24接收來自光源100的白光，光耦合器24由兩塊直角棱鏡組成的正六邊體制成，在對角線斜面上鍍制異向偏振分光膜；光耦合器24另一側(cè)裝有二向色分光器26，二向色分光器26由兩塊直角棱鏡組成的正六方體制成，在斜面上鍍制二向色非偏振分光膜，形成二向色分光器；在光耦合器24產(chǎn)生反射光的一側(cè)裝有補(bǔ)償棱鏡27，補(bǔ)償棱鏡27外側(cè)裝有第一硅基液晶成像芯片12.1，和其相反的另一側(cè)裝有投影鏡頭20；在二向色分光器26產(chǎn)生反射光的一側(cè)裝有第二硅基液晶成像芯片12.2，在二向色分光器26產(chǎn)生透過光的一側(cè)裝有第三硅基液晶成像芯片12.3；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2、第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等。補(bǔ)償棱鏡27的增加是光程補(bǔ)償。
實(shí)施例5如圖11所示，總體構(gòu)成同實(shí)施例4，只是二向色分光器26和補(bǔ)償棱鏡27的位置發(fā)生了變化，即補(bǔ)償棱鏡27輸入光的透射光方向，二向色分光器26處于輸入光的反射光方向，由第一、第二、第三硅基液晶成像芯片分別返回的光束，均在光耦合器24里合色后，進(jìn)入鏡頭20投射成像。
這是本實(shí)用新型實(shí)施例三，本實(shí)用新型三片式硅基液晶光學(xué)引擎，包括殼體，和設(shè)置在殼體內(nèi)的照明系統(tǒng)、色光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、以及安裝在殼體外的投影鏡頭。
照明系統(tǒng)包括超高壓汞燈1、UV-IR濾光片2、起偏器3、均光棒4、第一透鏡5、第二透鏡6組成；其中第一透鏡5與第二透鏡6構(gòu)成擴(kuò)束準(zhǔn)直器。
色光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括光耦合器7、二向色分光器8、補(bǔ)償棱鏡13、第一硅基液晶成像芯片9、第二硅基液晶成像芯片10、第三硅基液晶成像芯片11。
光耦合器7連接在擴(kuò)束準(zhǔn)直器第二透鏡6的光輸出的一側(cè)；光耦合器7由兩塊直角棱鏡組成的正方形制成，在斜面上鍍制異向偏振分光膜；光耦合器7另一側(cè)裝有二向色分光器8，二向色分光器8由兩塊直角棱鏡組成的正方形制成，在斜面上鍍制二向色非偏振分光膜；在光耦合器7產(chǎn)生反射光的一側(cè)裝有補(bǔ)償棱鏡13，補(bǔ)償棱鏡13外側(cè)裝有第一硅基液晶成像芯片9，和其相反的另一側(cè)裝有投影鏡頭12；在二向色分光器8產(chǎn)生反射光的一側(cè)裝有第二硅基液晶成像芯片10，在二向色分光器8產(chǎn)生透過光的一側(cè)裝有第三硅基液晶成像芯片11；第一硅基液晶成像芯片9、第二硅基液晶成像芯片10、第三硅基液晶成像芯片11到投影鏡頭12的光程相等。
權(quán)利要求1.一種硅基液晶光學(xué)引擎，包括有殼體、照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)、投影鏡頭；照明系統(tǒng)包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準(zhǔn)直器，其特征在于照明系統(tǒng)(100)、色光變換系統(tǒng)設(shè)置在殼體內(nèi)，投影鏡頭(20)安裝在殼體外，所述的色光變換系統(tǒng)包括有光耦合器(24)、二向色分光器(26)、三個硅基液晶成像芯片(12)組成，光耦合器(24)對著照明系統(tǒng)(100)的方向直接接受由照明系統(tǒng)(100)生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，該兩路光束方向上各自安置有第一硅基液晶成像芯片(12.1)和第三硅基液晶成像芯片(12.3)，并與光軸垂直，其中的一路光束方向上在光耦合器(24)和硅基液晶成像芯片之間放置有二向色分光器(26)，在二向色分光器(26)的反射光方向上還放置有第二硅基液晶成像芯片(12.2)，并與該反射光軸垂直；所述的投影鏡頭(20)設(shè)置在光耦合器(24)外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片(12.1)、第二硅基液晶成像芯片(12.2)和第三硅基液晶成像芯片(12.3)到投影鏡頭(20)的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束，和由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束，在光耦合器(24)里合色后，進(jìn)入鏡頭(20)投射成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基液晶光學(xué)引擎，其特征在于所述色光變換系統(tǒng)中的光耦合器(24)，由光學(xué)玻璃其中的工作面鍍制的異向偏振分光膜(25)組成，異向偏振分光膜(25)是由多層氧化物介質(zhì)膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度；氧化物介質(zhì)膜由氧化鈦介質(zhì)膜層，或氧化鋯介質(zhì)膜層，或氧化鉭介質(zhì)膜層，或氧化鈰介質(zhì)膜層，或氧化鎂介質(zhì)膜層，或氧化硅介質(zhì)膜層兩兩組合而成；以預(yù)定波段的光進(jìn)入該光耦合器(24)，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段的光被反射，該預(yù)定波段其余部分的光被透射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅基液晶光學(xué)引擎，其特征在于所述色光變換系統(tǒng)中的二向色分光器必須是一個非偏振的二向色分光器(26)，即對一個波段任意偏振分量的光都透射，對另一個波段任意偏振分量的光都反射。
專利摘要一種硅基液晶光學(xué)引擎，包括殼體和設(shè)在殼體內(nèi)的照明系統(tǒng)、色光變換系統(tǒng)及安裝在殼體外的投影鏡頭。光變換系統(tǒng)包括光耦合器、二向色分光器、三個硅基液晶成像芯片。光耦合器將照明系統(tǒng)輸出光分成正交的兩束光，該兩光束方向上各自安置有第一和第三硅基液晶成像芯片，其中的一路光束上在光耦合器和硅基液晶成像芯片之間放置二向色分光器，在其反射光方向上放置第二硅基液晶成像芯片；由三個硅基液晶成像芯片分別返回的光束在光耦合器合色后進(jìn)入鏡頭投射成像。本實(shí)用新型具有非常簡單的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中去掉了90度角旋光器件；也不使用全反射空氣隙；具有較少的光學(xué)元件，提高了制造工藝性，降低了成本；有效提高了光能利用率，易于量產(chǎn)。
文檔編號H04N5/74GK2881677SQ200520106019
公開日2007年3月21日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者郭忠達(dá), 杭凌俠, 彌謙 申請人:西安工業(yè)學(xué)院