本发明专利技术涉及三片式LCOS激光投影显示用光学引擎，包括红、绿、蓝三色激光器、三匀光整形系统、光核、三片LCOS、一反射镜、一投影物镜,三激光器的发光中心位于相应的匀光整形系统的主光轴上，且三匀光整形系统的主光轴相互平行；三激光器发出的三光束分别通过匀光整形系统调整为均匀矩形平行光束后，其中两束光直接射入对应的偏振分光镜，另一束光通过反射镜的反射后进入对应的偏振分光镜，三色偏振光经光核最终合成为白光射入投影物镜；本发明专利技术以激光器为光源，产生的激光是带宽较窄的线偏振光，不用滤色片，省去了大量偏振片，在降低成本的同时提高了光能利用率；在色域范围、色彩的鲜明程度、彩色的逼真程度上，好于现有投影系统的光学引擎。
Optical engine for three slice LCOS laser projection display
The present invention relates to three chip LCOS laser projection display optical engine, including red, green and blue laser, three beam shaping system, light nucleus, three pieces of LCOS, a mirror, a projection lens, light emitting Center three laser beam shaping system is located in the main axis, and three beam shaping the main axis parallel to each other; three three light beam emitted by the laser beam shaping system respectively through adjustment for uniform rectangular parallel beam, wherein the light beams directly into the corresponding polarization beam splitter, a polarization beam splitter beam of light reflected by the mirror after entering the tricolor light by light nuclear finally synthesized into the white light into the projection lens the present invention; to laser generated by the laser is linearly polarized, narrow bandwidth without filter, save a lot of Polaroid, in reducing the cost of the same The utility model improves the utilization rate of light energy, and is better than the optical engine of the existing projection system in the range of color gamut, the degree of color brilliance and the fidelity of the color.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三片式LCOS激光投影显示用光学引擎，属于激光显示技术领 域。
技术介绍
投影显示技术经过几十年的的发展，逐步走向成熟，并得到广泛的应用。目前投影 显示技术主要分为CRT、IXD、DLP、LCOS四类。CRT投影显示技术发展时间最长，技术最成 熟，但由于其亮度低、显示尺寸有限、体积大、笨重、调整复杂且长时间显示静止画面会使阴 极射线管产生灼伤等缺点，目前已很少使用；LCD投影显示技术近十年来发展十分迅速，它 具有体积小、重量轻、操作简单、成本低等优点，但它存在光利用率低、像素感强等缺点；DLP 投影显示技术，是目前唯一的全数字投影技术，其成像器件是DMD，它具有光能利用率比较 高、响应速度快、亮度和色均勻性好、体积小、重量轻等优点；而LCOS投影显示技术则结合 了 IXD和DLP两种投影显示技术的优势，具有如下优点(1)分辨率高、图像细腻；(2)开口 率高、光能利用率高、亮度高；(3)对比度比IXD高，可达2000:1 ； (4)和DLP面板一样能直 接反射光而使面板不易被灼伤；(5)无残影现象。无论何种投影显示技术，光源都是保证其颜色逼真，图像色彩丰富的关键。在 国际照明委员会(CIE) 1931年发布的色度图上，激光显示色域三角形面积是传统CRT色域 三角形面积的2倍以上，这就意味着激光投影显示的色域范围更宽广，所显示出来的颜色 更逼真。另外，激光显示与传统显示相比，还存在如下优势①由于激光的光谱为线谱，所以 激光的色纯度、饱和度都很高；②与普通显示相比，在相同尺寸，相同显示效果条件下，激光 显示损耗的光能较低；③激光显示在室温下寿命可达10万小时以上，其寿命长，可靠性高； ④激光显示易于实现大尺寸屏幕。综上所述，基于LCOS的激光投影显示技术，是未来投影显示技术的发展方向和必 然趋势。理论上，在传统的投影显示混色机制中，无论是基于三片式LCOS的空间混色技术， 还是基于单片式LCOS利用高速旋转的马达带动色轮实现时间混色技术，都有67%的光能被 浪费掉了，所以基于LCOS投影显示技术，寻找一种新的混色机制，尽可能降低光能浪费，是 投影显示
当前的第一要务。专利号为ZL200720310464. 8的中国专利“LC0S光学引擎系统”公开了一种LCOS 光学引擎系统，该系统包括UHP光源、光棒、中继透镜组、分色镜、反射镜、预起偏器、偏振分 光镜(PBS)、LC0S芯片、X型合光棱镜和投影镜头；合光系统采用光核，光核内设的PBS棱镜 和合色棱镜粘接为一体，在光核的R、G、B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片，该系统 虽然实现了图像的彩色显示，但其UHP光源的工作寿命短，滤色降低光能的利用率，显示系 统色域窄，系统散热复杂，可靠性和稳定性差。专利号为200710042362. 7的中国专利“三色 LED照明的三片式LCOS投影机光学引擎”，用红、绿和蓝三色LED光源代替上专利中的UHP 光源；用红、绿和蓝三色光的三个结构相同的照明系统代替上专利中的分色照明系统。该系 统也实现了图像的彩色显示，但由于LED光源是多点组成的面光源，这就要求其三个结构相同的照明系统整理光束时所用器件多，结构也比较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种激光照明、光路结构简单的三片式LCOS投影显示用光 学引擎。为实现上述目的，本专利技术的三片式LCOS激光投影显示用光学引擎，包括光源、投 影物镜、由三个偏振分光棱镜和一个X型合光棱镜以及分别设于三个偏振分光棱镜外侧的 LCOS组成的光核，所述光源发出的光束通过光核射入投影物镜，所述光源为红、绿、蓝激光 器，该三色激光器与光核之间设有三个光学结构相同的用于将相对应激光器发射的激光束 调整为均勻矩形平行光束的勻光整形系统，所述三激光器的发光中心位于相应的勻光整 形系统的主光轴上，且三勻光整形系统的主光轴相互平行；三激光器发出的三光束分别通 过勻光整形系统调整为尺寸合适的均勻矩形平行光束后，其中两束光直接射入对应的偏振 分光棱镜，另一束光通过反射镜的反射后进入对应的偏振分光棱镜，分别从三偏振分光棱 镜出射的三色偏振光经X型合光棱镜合成为白光，进入投影物镜，实现激光全色显示。进一步的，所述勻光整形系统包括用于将激光器发出的光束变成圆形平行光的扩 束准直子系统、用于将圆形平行光变为均勻的矩形平行光的光束整形消散斑子系统和用于 消散斑的共轭消相位器。进一步的，所述扩束准直子系统是由一个双凹透镜和一个双凸透镜组成，且双凸 透镜的焦点与双凹透镜的虚焦点重合。进一步的，所述光束整形消散斑子系统包括第一、第二傅立叶变换透镜、微型转动 电机、连接板、小角度散射器和相位衍射型光学器件，所述微型转动电机固设于连接板上， 该连接板中心设有透光小孔，所述第一傅立叶变换透镜、小孔、相位衍射型光学器件和第二 傅立叶变换透镜依次设于勻光整形系统的主光轴上，连接板垂直于勻光整形系统的主光 轴，所述小角度散射器设于靠近相位衍射型光学器件的微型转动电机上。进一步的，所述小角度散射器的散射角小于1度。进一步的，所述反射镜为单波长介质膜高反射镜，用于反射绿光。进一步的，所述红、蓝光偏振分光棱镜与X型合光棱镜之间设有二分之一波片。进一步的，所述三激光器和三勻光整形系统并排设于同一平面上，且位于LCOS投 影光学系统的同一侧。本专利技术的三片式LCOS激光投影显示用光学引擎以激光器为光源，产生的激光是 带宽较窄的线偏振光，不用滤色片，省去了大量偏振片，在降低成本的同时提高了光能利用 率；利用激光的偏振特性，无需经过偏振器件获得偏振光，又进一步提高了光能利用率；使 用勻光整形系统能够得到比较均勻、色纯、亮度高的照明光斑；由于激光的带宽窄、波长可 调，该光学引擎在色域范围、色彩的鲜明程度、彩色的逼真程度上，都远远好于现有投影系 统的光学引擎，且系统结构较为简单。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图； 图2是扩束准直子系统示意图；图3是光束整形消散斑系统示意图； 图4是相位衍射型光学器件原理图。具体实施例方式本专利技术的三片式LCOS激光投影显示用光学引擎如图1所示，包括红色激光器1、绿 色激光器2、蓝色激光器3、三个光学结构相同的勻光整形系统、反射镜13、红光偏振分光棱 镜14、绿光偏振分光棱镜15、蓝光偏振分光棱镜16、红LCOS 17 JfLCOS 18、蓝LCOS 19、X 型合光棱镜20和投影物镜21。其中红色激光器的波长为635nm ；绿色激光器的波长为532 nm ；蓝色激光器的波长为447 nm ；反射镜为单波长介质膜高反射镜，用于反射绿光。三个偏 振分束镜均是边长为25. 4mm的立方棱镜，其同时具有起偏和检偏的作用；X型合光棱镜是 边长为25. 4mm的立方棱镜，能将三色激光合成为标准白光；三个LCOS的尺寸均为0. 7英寸 (16 :9)。红、绿、蓝光偏振分光棱镜和X型合光棱镜20及分别设于红、绿、蓝偏振分光棱镜 外侧的红、绿、蓝LCOS组成光核，各偏振分光棱镜靠近X型合光棱镜设置；红、蓝光偏振分光 棱镜与X型合光棱镜之间设有二分之一波片。本光学引擎的三激光器光源与光核之间设有三个光学结构相同的勻光整形系统， 用于将相对应激光器发射的激光束调整为均勻矩形平行光束，以三激光器为光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三片式ＬＣＯＳ激光投影显示用光学引擎，包括光源、投影物镜、由三个偏振分光棱镜和一个Ｘ型合光棱镜以及分别设于三个偏振分光棱镜外侧的ＬＣＯＳ组成的光核，所述光源发出的光束通过光核射入投影物镜，其特征在于，所述光源为红、绿、蓝激光器，该三色激光器与光核之间设有三个光学结构相同的用于将相对应激光器发射的激光束调整为均匀矩形平行光束的匀光整形系统，所述三激光器的发光中心位于相应的匀光整形系统的主光轴上，且三匀光整形系统的主光轴相互平行；三激光器发出的三光束分别通过匀光整形系统调整为尺寸合适的均匀矩形平行光束后，其中两束光直接射入对应的偏振分光棱镜，另一束光通过反射镜的反射后进入对应的偏振分光棱镜，分别从三偏振分光棱镜出射的三色偏振光经Ｘ型合光棱镜合成为白光，进入投影物镜，实现激光全色显示。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李慧娟，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：41
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