專利名稱：單片式lcos激光投影系統的光學引擎的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光顯示技術領域，具體地說是一種單片式LCOS激光投影系統 的光學引擎。
背景技術：
投影顯示技術經過幾十年的的發展，逐步走向成熟，并得到廣泛的應用。目前投影 顯示技術主要分為CRT、IXD、DLP、LCOS四類。CRT投影顯示技術發展時間最長，技術最成 熟，但由于其亮度低、顯示尺寸有限、體積大、笨重、調整復雜且長時間顯示靜止畫面會使陰 極射線管產生灼傷等缺點，目前已很少使用；LCD投影顯示技術近十年來發展十分迅速，它 具有體積小、重量輕、操作簡單、成本低等優點，但它存在光利用率低、像素感強等缺點；DLP 投影顯示技術，是目前唯一的全數字投影技術，其成像器件是DMD，它具有光能利用率比較 高、響應速度快、亮度和色均勻性好、體積小、重量輕等優點；而LCOS投影顯示技術則結合 了 IXD和DLP兩種投影顯示技術的優勢，具有如下優點(1)分辨率高、圖像細膩；(2)開口 率高、光能利用率高、亮度高；(3)對比度比IXD高，可達2000:1 ； (4)和DLP面板一樣能直 接反射光而使面板不易被灼傷；(5)無殘影現象。無論何種投影顯示技術，光源都是保證其顏色逼真，圖像色彩豐富的關鍵。在國際 照明委員會(CIE) 1931年發布的色度圖上，激光顯示色域三角形面積是傳統CRT色域三角 形面積的2倍以上，這就意味著激光投影顯示的色域范圍更寬廣，所顯示出來的顏色更逼 真。另外，激光顯示與傳統顯示相比，還存在如下優勢①由于激光的光譜為線譜，所以激光 的色純度、飽和度都很高；②與普通顯示相比，在相同尺寸，相同顯示效果條件下，激光顯示 損耗的光能較低；③激光顯示在室溫下壽命可達10萬小時以上，其壽命長，可靠性高；④激 光顯示易于實現大尺寸屏幕。綜上所述，基于LCOS的激光投影顯示技術，是未來投影顯示技術的發展方向和必 然趨勢。理論上，在傳統的投影顯示混色機制中，無論是基于三片式LCOS的空間混色技術， 還是基于單片式LCOS利用高速旋轉的馬達帶動色輪實現時間混色技術，都有67%的光能被 浪費掉了，所以基于LCOS投影顯示技術，尋找一種新的混色機制，盡可能降低光能浪費，是 投影顯示技術領域當前的第一要務。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種設計合理、色域范圍更大、能量利用 率更高的基于單片式LCOS激光投影顯示用光學引擎。本實用新型為解決上述技術問題所采用的技術方案是單片式LCOS激光投影系 統的光學引擎，包括紅光發光器、綠光發光器和藍光發光器，紅光發光器和藍光發光器的光 軸上分別設有反射鏡，反射鏡的出射光線與綠光發光器的光軸的交匯處設有X型合光棱 鏡，X型合光棱鏡的光線出射端設有偏振分束鏡，偏振分束鏡的兩側分別設有LCOS和投影 物鏡，所述的紅光發光器、綠光發光器和藍光發光器為激光器，在紅光發光器、綠光發光器
3和藍光發光器的光軸上還分別設有勻光整形系統，勻光整形系統由擴束準直系統、光束整 形消散斑系統和共軛消相位器件組成，擴束準直系統、光束整形消散斑系統和共軛消相位 器件的光軸相重合。所述的擴束準直系統由一個雙凹透鏡和一個雙凸透鏡組成。所述的光束整形消散斑系統由一個傅立葉變換透鏡、一個相位衍射型光學器件、 一個微型轉動電機和一個小角度圓形散射片組成。所述的反射鏡為單波長介質膜高反射鏡。所述紅色激光器可采用的波長為667nm、650nm、640 nm、635nm ；綠色激光器的波長 為532 nm;藍色激光器可采用的波長為447 nm、457nm、473nm。所述X型合光棱鏡是邊長為25. 4mm的立方棱鏡，能將三色激光合成標準白光。所述偏振分束鏡是邊長為25. 4mm的立方棱鏡，其同時具有起偏和檢偏的作用。所述LCOS的尺寸為0.7英寸(16 :9)。本實用新型的有益效果該光學引擎的設計，得到了比較均勻、色純度、亮度高的 照明光斑；此設計在色域范圍、色彩的鮮明程度以及彩色的逼真程度上，都遠遠好于傳統的 投影顯示系統用光學引擎；此設計利用激光的偏振特性，無需再經過偏振器件獲得偏振光， 在降低成本的同時，提高了光能利用率；此設計利用激光帶寬窄的特點，通過時序控制使三 色激光器順序發光，且各自發光時間可調，克服了傳統的DLP單片LCOS投影顯示利用高速 轉動的馬達帶動色輪高速旋轉進行濾色來控制光束進行時序顯示，這又進一步提高了光能 利用率。
圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型的時序控制圖。圖中標記1、紅光發光器，2、綠光發光器，3、藍光發光器，4、勻光整形系統，5、擴束 準直系統，6、光束整形消散斑系統，7、共軛消相位器件，8、反射鏡，9、X型合光棱鏡，10、偏振 分束鏡，11、LCOS，12、投影物鏡。
具體實施方式
如圖1所示，單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，包括紅光發光器1、綠光發光 器2和藍光發光器3，紅光發光器1和藍光發光器3的光軸上分別設有反射鏡8，反射鏡8 的出射光線與綠光發光器2的光軸的交匯處設有X型合光棱鏡9，X型合光棱鏡9的光線出 射端設有偏振分束鏡10，偏振分束鏡10的兩側分別設有LCOS 11和投影物鏡12，所述的紅 光發光器1、綠光發光器2和藍光發光器3為激光器，在紅光發光器1、綠光發光器2和藍光 發光器3的光軸上還分別設有勻光整形系統4，勻光整形系統4由依次設置的擴束準直系統 5、光束整形消散斑系統6和共軛消相位器件7組成，擴束準直系統2、光束整形消散斑系統 3和共軛消相位器件7的光軸相重合。所述的擴束準直系統5由一個雙凹透鏡和一個雙凸透鏡組成。光束整形消散斑系 統6由一個傅立葉變換透鏡、一個相位衍射型光學器件、一個微型轉動電機和一個小角度 圓形散射片組成。反射鏡8為單波長介質膜高反射鏡。共軛消相位器件7是相位衍射型光學器件。所述紅光發光器1可采用的波長為667nm、650nm、640 nm、635nm ；綠光發光器2的 波長為532 nm;藍光發光器3可采用的波長為447 nm、457nm、473nm。所述X型合光棱鏡9是邊長為25. 4mm的立方棱鏡，能將三色激光合成標準白光。所述偏振分束鏡10是邊長為25. 4mm的立方棱鏡，其同時具有起偏和檢偏的作用。所述LCOS 11的尺寸為0. 7英寸(16 :9)。本光學引擎是通過時序控制三種顏色的激光器順序發光，三束激光通過與其相應 的三個結構相同的勻光整形系統4和其他光學器件的調制，利用人眼視覺暫留特性進行時 間混色，最后合成為標準均勻的矩形白色光斑反射到LCOS 11上，被LCOS 11調制后的光 波，再經偏振分束鏡10檢偏后透射進入投影物鏡12，實現激光全色顯示。圖2中高電平①代表紅光發光器1點亮，紅色視頻信號加載到LCOS上，低電平② 代表紅光發光器1熄滅，相應的紅色視頻信號關閉；高電平③代表綠光發光器2點亮，綠色視頻信號加載到LCOS上，低電平④代表綠 光發光器2熄滅，相應的綠色視頻信號關閉；高電平⑤代表藍光發光器3點亮，藍色視頻信號加載到LCOS上，低電平⑥代表藍 光發光器3熄滅，相應的藍色視頻信號關閉。紅、綠、藍三色激光器按時序控制分別發出三束激光；三束激光分別經過各自勻光 整形系統4 經擴束準直系統5變成圓形平行光，后經光束整形消散斑系統6變成均勻的矩 形平行光，再經共軛消相位器件7再次消散斑，并使光束橫截面大小適于LCOS 11的均勻的 矩形平行光束；紅色和藍色光束再分別經反射鏡8反射，與綠色光束在X型合光棱鏡9處相 遇，經X型合光棱鏡9合成標準白光；再經偏振分束鏡10起偏，反射到LCOS 11上；信號處 理驅動系統將三色視頻信號分開順序加載到LCOS 11上，并驅動其各像元對均勻矩形光斑 進行調制，同時按紅、綠、藍三色視頻信號的加載順序控制三色激光器順序發光，利用人眼 視覺暫留特性進行時間混色，被LCOS 11調制后的光波，再經偏振分束鏡10檢偏，透射進入 投影物鏡12，實現激光全色顯示。
權利要求1.單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，包括紅光發光器(1)、綠光發光器(2)和藍 光發光器(3)，紅光發光器(1)和藍光發光器(3)的光軸上分別設有反射鏡(8)，反射鏡(8) 的出射光線與綠光發光器(2)的光軸的交匯處設有X型合光棱鏡(9)，X型合光棱鏡(9)的 光線出射端設有偏振分束鏡(10)，偏振分束鏡(10)的兩側分別設有LCOS (11)和投影物鏡 (12)，其特征在于所述的紅光發光器(1)、綠光發光器(2)和藍光發光器(3)為激光器，在 紅光發光器(1)、綠光發光器(2)和藍光發光器(3)的光軸上還分別設有勻光整形系統(4)， 勻光整形系統(4)由擴束準直系統(5)、光束整形消散斑系統(6)和共軛消相位器件(7)組 成，擴束準直系統(5)、光束整形消散斑系統(6)和共軛消相位器件(7)的光軸相重合。
2.如權利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，其特征在于所述的擴 束準直系統(5)由一個雙凹透鏡和一個雙凸透鏡組成。
3.如權利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，其特征在于所述的光 束整形消散斑系統(6)由一個傅立葉變換透鏡、一個相位衍射型光學器件、一個微型轉動電 機和一個小角度圓形散射片組成。
4.如權利要求1所述的單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，其特征在于所述的反 射鏡(8)為單波長介質膜高反射鏡。
專利摘要單片式LCOS激光投影系統的光學引擎，紅光發光器和藍光發光器的光軸上分別設有反射鏡，反射鏡的出射光線與綠光發光器的光軸的交匯處設有X型合光棱鏡，X型合光棱鏡的光線出射端設有偏振分束鏡，偏振分束鏡的兩側分別設有LCOS和投影物鏡，所述的紅光發光器、綠光發光器和藍光發光器為激光器，在紅光發光器、綠光發光器和藍光發光器的光軸上還分別設有勻光整形系統，勻光整形系統由擴束準直系統、光束整形消散斑系統和共軛消相位器件組成，擴束準直系統、光束整形消散斑系統和共軛消相位器件的光軸相重合。本光學引擎在色域范圍、色彩的鮮明程度以及彩色的逼真程度上都好于傳統光學引擎；在降低成本的同時，提高了光能利用率。
文檔編號G02B27/48GK201886267SQ20102067963
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月25日 優先權日2010年12月25日
發明者李慧娟 申請人:河南科技大學