一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机制造技术

本发明专利技术提出一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机，包括第一PBS装置、第二PBS装置、第一LCD光阀模组和第二LCD光阀模组；其中：LED光源发出的光线经聚光照明装置后，由第一PBS装置分成P光和S光两路偏振光，一路为S光照射于该第一LCD光阀模组上，另一路为P光照射于该第二LCD光阀模组上，光线穿过两片LCD光阀模组由第二PBS装置进行合光，经场镜，投影镜头，最后到达屏幕实现投影功能。本发明专利技术结构简单，造价低廉，能显著提升单LCD投影机的能量转换效率，同时获得包括单机快门3D、单机偏光3D等较齐全和优异的3D显示功能。

A Two-piece LCD Projector Based on PBS Splitting and Splitting Light

【技术实现步骤摘要】
一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机
本专利技术涉及一种两片式LCD投影机。
技术介绍
长期以来人们对投影机的分类，通常是基于投影机最核心的器件之一即光阀的特征而习惯性去进行，如现在常见的DLP(DigitalLightProcessing，数字光处理)投影机，LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示)投影机，LCOS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)投影机等。常见的LCD投影机，均是指具有：其光阀为LCD技术(为区别DLP)，且为透射式的(为区别LCOS)这两个特征。LCD投影机一般有单LCD投影机和3LCD投影机两种原理和结构形式，一般的单LCD投影机是用一片全彩的LCD光阀，在白色光源或等效为白色光源的照射下重现空间彩色图像，一般的3LCD投影机是用3片单色(黑白)的LCD光阀，即LCD光阀上没有单LCD投影机光阀所使用的CF(ColorFilter，彩色滤光膜，彩膜等)装置，由红绿蓝三种基色光分别去照明三路LCD光阀，每路LCD光阀显示输入视频信号的一个纯基色场图像，最后对3片光阀产生的图像进行重合，从而和应用全彩LCD光阀的单LCD投影机一样，产生空间的彩色图像。单LCD投影机具有造价低廉，制作简单，亮度从十余流明到三四百流明不等，具备一定的实用性和竞争力；3LCD投影机色彩丰富，画质好，亮度高，但制作繁琐，准入门槛高，故产品成本也高，亮度从800～8000流明不等，是传统商、教投影机市场的主力，纵观近年投影产品市场，主要就3LCD投影机、单LCD投影机和DLP投影机几种原理形式的产品。单LCD投影机最大的不足是“能量转换效率”η太低，通常对η的定义为：η＝[输出亮度(Lm)/输入电功率(w)/100(Lm/w)*100％]，其中LED光效按大功率LED模组典型值100流明/瓦计，这样η通常仅2％～3.5％。而使用UHP灯泡、LED、激光等光源的3LCD和DLP投影机η一般可轻松达到10％几甚至25％以上。单LCD投影机η低的原因，是多方面的，其中由偏光片带来的损失就≥60％，故如何降低此损失是行业长期以来研发的课题。LCD投影机，不管单LCD还是3LCD技术，因为光阀响应速度较慢的关系，存在一个极大的不足就是其单机都不能像DLP投影机一样具备出色的3D(3Dimension)显示如快门3D(ActiveShutter)显示功能。具体而言，单LCD投影机是完全不具有快门3D功能的；而最新技术的3LCD投影机，开启快门3D功能时，因为图像拖尾等异常现象，必须用关断3D眼镜的方法去克服，即当显示异常时，佩戴的3D眼镜关闭使人眼不能看到，故人眼获得的亮度一般会直接损失6～8倍，观看起来格外吃力，故LCD投影机单机只能作为体验度不佳的色差3D(Anaglyphic3D)等方式进行3D显示，这种3D往往没有实用性。另一种优异的3D显示是偏光3D(Polarization3D)方式，这种显示方式在配置好视频信号源(须输出2路信号)时，需要两台投影机堆叠在一起工作，两台投影机画面要能极好地重叠，各光、色指标尽可能一致。用两台DLP投影机堆叠进行偏光3D显示时，在镜头出射处各设置一片偏光片，两片偏光片偏轴轴正交，总亮度损失约60％，但因为两台投影机是同时工作，相对原来单机而言，损失后的总亮度只比原来的单机略低，又没有快门3D的闪烁性，故可以为用户提供极好的3D体验，商业影院往往以偏光3D为优先考虑因素。用两台3LCD投影机堆叠进行偏光3D显示时，也要在镜头前各设置一片偏光片，且两片偏光片振动轴正交。如果其单机内部合色器件如X-cube(X棱镜)为SPS(RGB三基色为S光、P光、S光)方式，则会出现严重的亮度损失和偏色；如果其单机内部合色器件如X-cube为SSS(RGB三基色为S光、S光、S光)方式，则一台亮度损失极大，左右眼获得的亮度差异极大，影响3D体验。故即便是双机偏光3D显示，3LCD如果未经特别制作，也是非常不适合的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有上述单LCD投影机能量转换效率低，对自然光进行偏振化过滤损失大，单机无快门和偏光3D功能的不足；针对现有3LCD投影机，单机快门3D功能基本无实用性，双机偏光3D功能偏色或一路亮度降低过多的不足，而提出一种基于PBS(PolarizationBeamSplitter，偏振光分离器)分合光方式的两片式LCD投影机及投影方法，实现能量转化效率的成本增加，实现优异的3D显示功能，且结构简单，成本低廉。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机，包括：LED光源、聚光照装置、第一PBS装置、第一LCD光阀模组、第二LCD光阀模组、第二PBS装置、场镜和投影镜头；其中：该LED光源发出的光线，经过聚光照明装置后，由该第一PBS装置分成P光和S光两路偏振光，一路为S光照射于该第一LCD光阀模组上，光线穿过该第一LCD光阀模组时由S光旋转90°变为P光并射出至第二PBS装置上；而该第一PBS装置分离出的另一路偏振光即P光照射于该第二LCD光阀模组上，光线穿过该第二LCD光阀模组时由P光旋转90°变成S光并射出至第二PBS装置上；该第二PBS装置对来自该第一LCD光阀模组的P光和该第二LCD光阀模组的S光进行合光，经场镜，投影镜头，最后到达屏幕。在一些实施例中，该第一PBS装置和该第二PBS装置选用入射光线为45°的一面带粘的反射式偏光片，贴合于白板或青板玻璃上，制作成PBS模组实现PBS光学功能。在一些实施例中，该第一PBS装置选用PBS棱镜；该第二PBS装置选用PBS棱镜。在一些实施例中，该第一PBS装置选用由入射光线为45°的反射式偏光片制作的PBS模组或PBS棱镜；该第二PBS装置选用由入射光线为45°的反射式偏光片制作的PBS模组或PBS棱镜。在一些实施例中，该第一LCD光阀模组和该第二LCD光阀模组，为同等分辨率、同等窗口尺寸的全彩透射式LCD光阀。在一些实施例中，该第一LCD光阀模组的入射侧偏光片的透过轴，须和该第一PBS装置的反射轴一致；该第二LCD光阀模组的入射侧偏光片的透过轴，须和该第二PBS装置的透过轴一致。在一些实施例中，该第一PBS装置、该第一LCD光阀模组、该第二LCD光阀模组和该第二PBS装置必须满足光路上对该材料偏振相位的特性要求，在既有原材料或安装布局不能满足光路各偏振相位特性要求的情况下，通过插入相位差板来满足光路要求。本专利技术的有益效果在于，通过巧妙地在单LCD投影机的基础上，增加第二LCD光阀和两个PBS装置，能够对单LCD投影机光路上被损失的那一大部分偏振光进行较为充分地利用，实现较高的能量转换效率，同时提供性能较优异的、齐全的3D显示功能。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1示意出本专利技术的基于PBS分合光的两片式LCD投影机的原理性结构。图2示意出本专利技术的基于PBS分合光的两片式LCD投影机的另一结构。具体实施方式现结合附图，对本专利技术的较佳实施例作详细说明。参见图1，图1示意出本专利技术一种基于PBS分合光方式的两片式LCD投影机原理性结构。图1示出的两片式LCD投影机包括：LED光源1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机，其特征在于，包括LED光源(1)、聚光照明装置(2)、全反射镜(3)、第一PBS装置(4)、全反射镜(5)、聚焦透镜(6)、第一LCD光阀模组(7)、全反射镜(8)、聚焦透镜(9)、第二LCD光阀模组(10)、第二PBS装置(11)、场镜(12)和投影镜头(13)；其特征在于：该LED光源(1)发出的光线，经该聚光照明装置(2)和该全反射镜(3)后照射于该第一PBS装置(4)上，该第一PBS装置(4)将入射光分成S光和P光两路偏振光，一路为S光经过该全反射镜(5)和该聚焦透镜(6)后，照射于该第一LCD光阀模组(7)上，因该第一LCD光阀模组(7)的旋光特性，且入、出射偏光片的透过轴即相位正交，故穿过该第一LCD光阀模组(7)的光线为P光并射出至该第二PBS装置(11)上；而该第一PBS装置(4)分离出的另一路偏振光即P光经该全反射镜(8)和该聚焦透镜(9)后，照射于该第二LCD光阀模组(10)上，因该第二LCD光阀模组(10)的旋光特性，且入、出射偏光片的相位正交，故穿过该第二LCD光阀模组(10)的光线为S光并射出至该第二PBS装置(11)上；该第二PBS装置(11)对来自该第一LCD光阀模组(7)的P光和该第二LCD光阀模组(10)的S光进行合光，经该场镜(12)和该投影镜头(13)，最后到达屏幕实现投影功能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PBS分合光的两片式LCD投影机，其特征在于，包括LED光源(1)、聚光照明装置(2)、全反射镜(3)、第一PBS装置(4)、全反射镜(5)、聚焦透镜(6)、第一LCD光阀模组(7)、全反射镜(8)、聚焦透镜(9)、第二LCD光阀模组(10)、第二PBS装置(11)、场镜(12)和投影镜头(13)；其特征在于：该LED光源(1)发出的光线，经该聚光照明装置(2)和该全反射镜(3)后照射于该第一PBS装置(4)上，该第一PBS装置(4)将入射光分成S光和P光两路偏振光，一路为S光经过该全反射镜(5)和该聚焦透镜(6)后，照射于该第一LCD光阀模组(7)上，因该第一LCD光阀模组(7)的旋光特性，且入、出射偏光片的透过轴即相位正交，故穿过该第一LCD光阀模组(7)的光线为P光并射出至该第二PBS装置(11)上；而该第一PBS装置(4)分离出的另一路偏振光即P光经该全反射镜(8)和该聚焦透镜(9)后，照射于该第二LCD光阀模组(10)上，因该第二LCD光阀模组(10)的旋光特性，且入、出射偏光片的相位正交，故穿过该第二LCD光阀模组(10)的光线为S光并射出至该第二PBS装置(11)上；该第二PBS装置(11)对来自该第一LCD光阀模组(7)的P光和该第二LCD光阀模组(10)的S光进行合光，经该场镜(12)和该投影镜头(13)，最后到达屏幕实现投影功能。2.根据权利要求1所述的两片式LCD投影机，其特征在于：该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瀚文，
申请(专利权)人：郭瀚文，
类型：发明
国别省市：四川,51