[實用新型]能提高投影機亮度的偏振光重用裝置

有效

• 申請號: 201020001048.1
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN201589896U
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 高志強;楊偉梁;朱彤珺
• 申請（專利權）人: 廣景科技有限公司
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/136;G03B21/00
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 張靜軒;宛文鳴

技術領域

本實用新型屬于硅基液晶LCoS(liquid-crystal?on?silicon)微投影顯示技術領域，特別是涉及一種提高硅基液晶投影機亮度的偏振光重用裝置

背景技術

近年來，投影技術尤其是硅基液晶(LCoS)投影顯示技術因其具有高分辨率、高清晰度、大屏幕、便攜等優點而發展極其迅速，成為一種極受歡迎的投影顯示方式。廣泛應用于多媒體教學、家庭影院、會議演示，甚至在軍事指揮中都有一定的應用。因為液晶投影必須在偏振光照射下才能實現正常的投影功能。要產生偏振光，常用的方法就是在顯示器的光路中加入偏振片，使自然光中的某個振動方向的偏振光可以通過，另一個方向的偏振光則被偏振片吸收。這樣，對于一個光源來說，只有一半的光能得到利用。為了提高光的利用率而提出了偏振光轉換后重復使用的概念，所使用的光學部件稱為偏振光轉換系統PCS(Polarization?conversion?system)。其工作原理是通過一些裝置將不能應用的那部分偏振光的偏振方向轉化為其垂直方向，則這一部分的光在投影顯示中又可以得到應用，這無疑會大幅度的提高光機的效率，從而提高投影顯示的亮度。在LCoS微投影顯示系統中，偏振光轉換系統(PCS)是非常重要的原件之一，它的性能對投影系統的光能利用率，顯示亮度有極大的影響。

現有的偏振光轉換系統，如圖1所示，由一個準直系統，一個偏振光分離系統和一個波片組成。由于傳統的偏振光分離系統(PBS)在分離偏振光時，往往把偏振方向互相垂直的偏振光射向不同的方向，然后，在需要轉換偏振方向的線偏振光光路上加上半波片，再利用反射鏡把這部分轉換了偏振方向的偏振光引導到與另外一部分線偏振光相同的傳播方向，這樣不可避免的使得經過偏振轉化后光線的光斑面積增大一倍，從而使光束的光學擴展量增加一倍，由于在光學系統中光能量的傳輸是由系統中光學部件中具有最小光學擴展量的部件決定，大于部件光學擴展量的光束并不能被光學部件有效的傳輸，因此這樣的系統用在大的投影機時，由于整個光學系統的光學擴展量值較大，系統所允許的光斑面積大，可以得到較滿意的結果。但當減小投影機的體積，使得其可以成為手持設備時，由于要使用尺寸較小的液晶微顯示器和較小孔徑的鏡頭，使得系統的光學擴展量被小的顯示器和光學部件所限制，當使用傳統的偏振光轉換系統時，光束的有效利用面積降低，整個光學系統的效率并不能有效提高，同時系統的體積也相應變大。因此，要想提高在硅基液晶微投影機中的光效率，在光學系統中加入的偏振光轉換裝置就要滿足在偏振光的轉換過程中保持光束的光學擴展量基本不變，系統的體積盡量小。因此有必要實現一種新型的不提高光束的光學擴展量來提高微型液晶投影機的方法。

由于LED光源體積小、效率高、壽命長和發熱相對于目前使用的超高壓汞燈(UHP)低而被用于使用電池供電的便攜式微型投影機。結合投影儀的設計指標和微型投影機的使用特點，在設計微型投影儀用LED照明系統時要有如下的對投射到投影屏幕上的光通量要求，即在個人應用的投影儀中，投射到投影屏幕上的亮度要達到10流明以上。但由于LED光源是一種面發射的光源，其光學擴展量(Etendue)效率即每單位光學擴展量的流明值還不是很高，而且微型投影機對體積大小、功耗的多少有極其嚴格的要求，只有通過設計合理的照明和投影系統結構，才能滿足便攜式微投影機光輸出的流明亮度的要求。

現在的單顆面積為1x1毫米白色LED的一般效率可以達到每瓦幾十到一百流明。當LED的功率為2瓦時只能提供不到200流明的亮度，由于LCoS顯示器以偏振光為工作光線，加上投影光機系統中光學部件的吸收和表面的反射等損失，一般的投影機的光學效率只有3-4％，這樣就需要提高LED的工作功率，增加LED的數量或提高光機系統的光效率。提高LED的工作功率將加大LED的工作電流，這會大大縮短LED的使用壽命。

增加LED個數可以增加投影的光通量，但同時也增加了光源的光學擴展量。在現在的投影系統中，系統的光學擴展量由系統零部件中光學擴展量最小的決定，在微投影儀中這一部件一般為光調制器(LCoS微顯示器)，如果光源的光學擴展量大于系統部件的最小光學擴展量，這時增加的光通量將不能被系統利用而損失，并不能有效的提高光輸出。