专利名称：新型交叉平板彩色光分解及合成装置的制作方法
技术领域：
该实用新型属于投影光学仪器类，是液晶投影电视中关键的光学部件。
液晶投影电视(Liquid Crystal Display Projection Television)是近年来国际和国内市场上出现的新型显示仪器，广泛地应用于科研、国防及娱乐部门。液晶投影电视主要有单板式及三板式两种。三板式液晶投影电视光学系统中的关键部件是彩色光分解及合成系统。所谓彩色光分解系统是将由光源照射的白光分解成红、绿、蓝三束光，而彩色合成系统则是将红、绿、蓝三束光合成为白光。现有的彩色光分解及合成装置是用胶合棱镜的方法来实现的，如图2中的1和1′。这种胶合棱镜镀膜工艺复杂，光能利用率低，制造成本高，重量较重。而该新型交叉平板彩色光分解及合成装置由于采用了两块垂直交叉的薄平板分光镜，制造工艺简单，成本低廉、重量轻并有效地提高了光能利用率。
图2是一个典型的三板式液晶投影电视光学系统图，光源5发出的光经过彩色光分解装置1分解成红、绿、蓝三束光分别照明三个黑白LCD(液晶显示器)组件4，三个LCD上的影像又经彩色光合成装置1′合成后经投影物镜7投射到观察屏8上。三个LCD上的图像由各自的电路控制，通过控制每个LCD上各点的光强透过率就可在观察屏上得到不同的彩色图像。
目前广泛采用的彩色光分解及合成装置是由四块直角棱镜胶合而成，如图3所示。DMA、DMB为两个镀膜面，其上镀有分光膜，用来对彩色光进行分解或合成。这种组合棱镜分光合成系统具有以下缺点(1)这种棱镜由于是胶合后使用，镀膜工艺复杂且对膜层的测量不方便；(2)DMA、DMB镀膜面要求入射光为偏振光，一般在入射到LCD组件前表面之前还需进行偏振态转换，因此光能利用率降低；(3)制造成本高，重量较重等。
为了克服以上缺点我们将四块胶合的直角棱镜简化成两块垂直交叉的平面镜，该实用新型彩色光分解及合成装置，采用两块交叉平板平面镜代替了图3中四块直角棱镜，示意图如图1。图1中平板反射分光镜11(由11a和11b两部分组成)和平板反射分光镜12垂直放置。DM1、DM2为分别在反射镜12和11上镀制的分光膜。这样既减轻了重量、降低了成本又有效地提高了光能利用率。
对于该实用新型它的彩色分光及合成原理和技术方案结合附图叙述如下1.当本发明被用作彩色光分解装置时，工作原理如图4所示。该彩色光分解及合成装置的彩色光分解作用相当于图2中的装置1。
这时由光源发出的白光的光谱分布为I(λ)，经过该分光装置后被DM1、DM2膜分解为I′1(λ)，I′2(λ)，I′3(λ)三束光(红，绿或蓝光)，它们的光谱分布为I′1(λ)＝I(λ)·T2(λ)·[1-T1(λ)]I′2(λ)＝I(λ)·T1(λ)[1-T2(λ)]I′3(λ)＝I(λ)·(λ)·T2(λ)其中T1(λ)、T2(λ)分别为DM1、DM2的光谱透过率函数(45°角入射)。为了得到不同的红、绿、蓝分光组合，可以根据需要的波长设计T1(λ)，T2(λ)，进而得到所需要的分光颜色组合。
2.当本发明被用作彩色光合成装置时，工作原理如图5所示，这时该彩色光分解及合成装置对彩色光的合成作用相当于图2中装置1′。
图5中，I1(λ)、I2(λ)、I3(λ)为三束入射的彩色光，经过交叉平板合成后I′(λ)方向出射的这三束光分别变为I′1(λ)＝I1(λ)·T1(λ)·[1-T2(λ)]I′2(λ)＝I2(λ)·T2(λ)·[1-T1(λ)]I′3(λ)＝I3(λ)·T1(λ)·T2(λ)合成后的能量为I′(λ)＝I′1(λ)+I′2(λ)+I′3(λ)根据入射的彩色光光谱分布和要求的出射光(合成光)的光谱分布及色温来设计DM1、DM2的透过率曲线T1(λ)、T2(λ)以满足对投影画面色彩及白场的要求。
本发明是采用了分光膜DM1、DM2的入射光和出射光均为自然光，可以直接入射到LCD的前表面不再需要偏振态转换元件，从而克服了现有技术的胶合棱镜式的彩色光分解及合成装置需要入射光为偏振光，在实际应用时需要偏振态转换元件，使光能利用率降低的缺点。
本发明当被用作彩色光合成装置时，由于该新型彩色光分解及合成装置处于投影物镜的焦平面内，因此需要将分光膜DM2的两部分调整到同一个平面内。为此该实用新型设计了一套微调整装置如图1所示。由于反射镜11是由两块分离的薄镀膜反射镜组成，在实际应用中需要它们精确地位于同一个平面内，否则就会造成两部分的光束差异。在图1中，11b为固定分光镜，11a为活动的，它是由四对螺钉13来定位。零件14固定于壳体上，当调节螺钉13时可以使11a与11b精确地处于同一平面内。该机构是保证本实用新型正常工作的必需部件并使该新型装置具有调节方便、准确、快速等特点。
图1，新型交叉平板彩色光分解及合成装置11、12交叉平板反射分光镜；DM1、DM2反射光膜；11a、11b组成整体反射分光镜11；13.调整螺钉；14.调整支持机构图2，液晶投影电视原理示意图1.彩色光分解装置1，彩色光合成装置1′；2.全反镜；3.聚光镜；4.LCD组件；5.光源组件；6.隔热镜；
7.投影物镜；8.观察屏；DM1，DM2反射分光膜图3，组合棱镜彩色光分解及合成装置I、II、III、IV四块直角棱镜；DMA、DMB反射分光膜图4，彩色光分解工作原理图I(λ)，入射白光；I′1(λ)，分解出的第一种彩色光；I′2(λ)，分解出的第二种彩色光；I′3(λ)，分解出的第三种彩色光图5，彩色光合成工作原理图I′1(λ)，I′2(λ)，I′3(λ)三种入射的彩色光；I′(λ)合成后的光(白光)本新型交叉平板彩色光分解及合成装置采用两块垂直的交叉分光反射镜代替胶合棱镜能更好地完成彩色光分解及合成功能，与现行的胶合棱镜分光及合成方案相比具有如下优点(1)两块分光反射镜是在空气中使用，容易镀制，工艺简单；(2)镀膜面DM1、DM2的入射光为自然光，不需要偏振光转换，提高了光能利用率；(3)制造成本低，重量轻等。
本实用新型专利的实施例首先应确定两个分光镜的光谱透过率范围，例如，图1中可以将分光镜11镀成反射蓝光透射红光、绿光，分光镜12镀成反射红光透过绿光、蓝光。也可以将它们的分光膜镀成其它的组合，这样该新型交义平板彩色分解及合成装置就可以适用不同场合。即当被用作彩色光分解装置时可以通过改变DM1，DM2的镀膜光谱曲线使在三个方向上具有不同的彩色光组合，同样，当该实用新型被用做彩色光合成装置时，通过选择DM1，DM2的光谱曲线使入射的三束彩色光在不同的组合下合成白光出射，这样就拓展了该实用新型的应用范围。该新型装置的具体实施方案可按图1、图2、图3、图4及图5所示各个光学元件的相互位置、设计方案及前述的技术方案要求制作。
权利要求1.一种新型交叉平板彩色光分解及合成装置，由电源，分光镜，反射镜及液晶显示器，投影物镜等组成，其特征是1.1采用平板分光镜DM1和DM2，在可见光范围内有不同光谱段作为反射和透射的选择，有不同的组合方式；1.2其平板分光镜DM1、DM2为反射或透射不同波段的薄镀膜分光镜；1.3 DM1与DM2其中的一块平板玻璃是由两部分组成，且二者是垂直放置的薄交叉玻璃平板；1.4设有配合各光学元件的调整机构，调节(14)上的四个螺钉(13)，使(11a)，(11b)精确地位于同一平面内。
2.按照权利要求1所述的新型交叉平板彩色光分解及合成装置，其特征是两块薄平板分光镜，其镀膜采用了对透射波段具有高透过率而对反射波段有高反射率的多层介质膜。
3.按照权利要求1或2所述的新型交叉平板彩色光分解及合成装置，其特征是交叉板分光镜(11)由(11a)、(11b)两部分组成，为了保证它们的膜层精确地位于同一平面内，其中一部分固定，另一部分由调节螺钉(13)调整，使两部分形成一个平板分光镜。
4.按照权利要求1所述之新型交叉平板彩色光分解及合成装置，其特征是入射光及出射光均为自然光。
5.按照权利要求1所述的新型交叉平板彩色光分解及合成装置，其特征是交叉平板分光镜对入射的白光分解成红、绿、蓝三种单色光束，同时又可以将从三个方向入射的红、绿、蓝光合成白光。
专利摘要新型彩色光分解及合成装置,由两块交叉平板及其相应的固定与调整机构组成,其主要功能是将入射的白光分解为红、绿、蓝三种颜色的光或将沿三个方向入射的红、绿、蓝三色光合成为白光。与胶合棱镜型的彩色光分解及合成装置相比,该新型装置具有能量利用率高、分光效率高、色彩纯正、对输入光的偏振态无限制、结构简单、重量轻便、造价低廉等优点,可广泛地应用在各类三板式液晶投影电视中。
文档编号G02B27/10GK2287310SQ96222870
公开日1998年8月5日 申请日期1996年9月3日 优先权日1996年9月3日
发明者杨颜峰, 宋菲君, 俞蕾, 王长生, 梁建铮, 陈光郎 申请人:中国大恒公司光电研究所, 台湾中华映管股份有限公司