CN203275779U - 一种基于rgb面光源的lcos微型显示器光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，它由光源部分、PBS偏振光分束器、LCOS微型显示器和光学放大单元组成，所述的光源部分采用RGB面光源,LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间截距加大并放入PBS偏振光分束器，使结构更加简单紧凑， RGB面光源发出的混合光经过PBS偏振光分束器的反射均匀照射到LCOS微型显示器，LCOS微型显示器产生的彩色影像经PBS偏振光分束器透射后由光学放大单元放大后进入人的瞳孔，光学放大单元由第一自由曲面光学棱镜和第二自由曲面光学棱镜胶合在一起形成光学平板结构，可以观测来自LCOS微型显示器的图像和第二出射面外部的环境，使功能更完善，具有高亮度，高分辨率，图像更加清晰。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统。
背景技术：
目前的微型显示器光学系统，一般采用LCD显示器作为显示单元，但LCD显示器存在如下缺点：(1)光利用效率低、亮度低：透射式LCD技术中的液晶板中，作为像素点开关控制的晶体管被作在液晶板上相应位置上，在光源透射过程中，晶体管本身将阻挡部分光线，因此采用透射式液晶技术的投影机的光源的利用效率不高，很难实现高亮度，光利用效率只有3%左右。（2)集成度不够高，导致体积大：(3)画面分辨率低。
硅基液晶LCOS(Liquid Crystal On Silicon)，相对是一种还算较新且不为大众所熟悉的先进显示技术，在技术上来说是属于新型的反射式Micro LCD投影技术，它结合了半导体与LCD技术，具有高解析度、高亮度的特性，加上产品结构简单，亦具低成本潜力，现在很多行内的人士都认为，随着配套光学元件和电路技术的成熟且成本进一步降低，LCOS显示技术已经成为未来显示技术的主导者。
专利号为：ZL2009200506395、名称为：一种LCOS微型显示器光学系统公开了LCOS微型显示器的应用结构，如图1所示，它由光源部分1、偏振单元、LCOS微型显示器4和光学放大单元组成，偏振单元采用起偏滤光片（第一偏振片2）和第二偏振片3组成，光源部分发射的光经过起偏滤光片，再经第二偏振片3往上反射到LCOS微型显示器4，LCOS微型显示器4在偏振光照射作用下产生发光彩色影像，经光学放大单元放大后进入人的瞳孔A或者 投影到屏幕上。所述的光源部分是以LED6为白光LED，白光LED6前部采用全反射自由曲面聚光器7。这种结构存在如下缺点：1）光源部分采用白光LED，是一个点光源，不能通过偏振片均匀照射到，LCOS微型显示器4上，导致图像亮度不均匀，明暗不一；2）白光LED发出的光经过起偏滤光片（第一偏振片2）过滤后，损失60%-70%的光，导致亮度不高，图像不够清晰，LCOS微型显示器4的像素不能做得更高；3）只能观测LCOS微型显示器4上的影像，不能观测外部环境，功能上存在缺陷。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，具有高亮度，高分辨率，图像更加清晰，结构更加简单 。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，它由光源部分、PBS偏振光分束器、LCOS微型显示器和光学放大单元组成，其特征在于: 所述的光源部分采用RGB面光源, PBS偏振光分束器布置在LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间，RGB面光源位于PBS偏振光分束器的一侧，RGB面光源发出的混合光经过PBS偏振光分束器的反射均匀照射到LCOS微型显示器，LCOS微型显示器产生的彩色影像经PBS偏振光分束器透射后由光学放大单元放大后进入人的瞳孔或者投影到屏幕上。
上述所述的RGB面光源包括RGB三色LED和导光板，RGB三色LED位于导光板一侧，RGB三色LED按一定频率闪烁发出的光照射到导光板，导光板里面的光学单元将入射光混合并旋转90度发射出去，在导光板的一个面上形成均匀的混合光面光源。
上述所述的光学放大单元包括第一自由曲面光学棱镜，包括：一位于顶面 的入射面，实现光线进入到棱镜内；一位于左侧第一出射面，将从入射面进入棱镜的光线全反射出去；一位于右侧的半透半反射面，半透半反射面将第一出射面反射过来的光线再反射回第一出射面，由第一出射面折射出去，最后聚合到瞳孔A，并从瞳孔A往棱镜望去形成放大的图像，或者投射到投影屏幕上形成影像，入射面、出射面、半透半反射面采用自由曲面，在半透半反射面上设置半透半反射膜。
上述所述的光学放大单元还包括第二自由曲面光学棱镜，第二自由曲面光学棱镜包括接合面和第二出射面，接合面和第二出射面是采用自由曲面，接合面与半透半反射面匹配贴合后用胶水胶合在一起形成光学平板结构。
人眼瞳孔通过第一自由曲面光学棱镜和第二自由曲面光学棱镜组成的光学系统，观测来自LCOS微型显示器的图像和第二出射面外部的环境。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：（1）光源部分采用RGB面光源, PBS偏振光分束器布置在LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间， RGB面光源发出的混合光经过PBS偏振光分束器的反射均匀照射到LCOS微型显示器，取消原来的起偏滤光片，结构更加简单，充分利用光源发出的光，因此使得LCOS微型显示器的影像亮度更加高，且光照均匀，LCOS微型显示器的像素可以造得更高，从而提高分辨率，图像也更加清晰。(2) LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间截距加大并布置PBS偏振光分束器，使结构简单紧凑；3）光学放大单元还包括第一自由曲面光学棱镜和第二自由曲面光学棱镜，第一自由曲面光学棱镜的半透半反射面与第二自由曲面光学棱镜的接合面匹配贴合后用胶水胶合在一起形成光学平板结构，人眼瞳孔通过第一自由曲面光学棱镜和第二自由曲面光学棱镜组成的光学系统，观测来自LCOS微型显示器的图像和第二出射面外部的环境，使功能更趋完善；4）RGB 面光源包括RGB三色LED和导光板，RGB三色LED位于导光板一侧，结构简单，实施容易。
附图说明：
图1为传统的LCOS微型显示器光学系统的光学原理图；
图2是本实用新型的第一种实施结构的光学原理图；
图3是本实用新型的第二种实施结构的光学原理图；
图4是图3中光学放大单元的分解图；
图5是本实用新型的RGB面光源的光学原理图；
图6是本实用新型作为投影光学系统的原理图；
图7是图3中光学放大单元的示意图。
具体实施方式：
实施例一：
如图2所示：本实用新型由光源部分、PBS偏振光分束器2、LCOS微型显示器3和光学放大单组成，所述的光源部分采用RGB面光源1, PBS偏振光分束器2布置在LCOS微型显示器3和光学放大单元的入射面之间，RGB面光源1位于PBS偏振光分束器2的一侧，RGB面光源1发出的混合光经过PBS偏振光分束器2的反射均匀照射到LCOS微型显示器3，LCOS微型显示器3产生的彩色影像经PBS偏振光分束器2透射后由光学放大单放大后进入人的瞳孔A。光学放大单元包括第一自由曲面光学棱镜4，包括：一位于顶面的入射面41，实现光线进入到棱镜内；一位于左侧第一出射面43，将从入射面41进入棱镜的光线全反射出去；一位于右侧的半透半反射面42，半透半反射面42将第一出射面43反射过来的光线再反射回第一出射面43，由第一出射面43折射出去，最后聚合到瞳孔A，并从瞳孔A往棱镜望去形成放大的图像， 或者投射到投影屏幕上形成影像，入射面41、出射面43、半透半反射面42采用自由曲面，在半透半反射面42上设置半透半反射膜。
如图6所示，LCOS微型显示器3产生的彩色影像经PBS偏振光分束器2透射后由光学放大单元经光栏6投影到屏幕7上。
如图5所示，RGB面光源1包括RGB三色LED11和导光板12，RGB三色LED1位于导光板12一侧，RGB三色LED11按一定频率闪烁发出的光照射到导光板12，导光板12里面的光学单元将入射光混合并旋转90度发射出去，在导光板12的一个面上形成均匀的混合光面光源。
实施例二：
本实施例主要是在实施例一得基础上对光学放大单元的改进，如图3和图4所示，所述的光学放大单元包括第一自由曲面光学棱镜4和第二自由曲面光学棱镜5，其中：第一自由曲面光学棱镜4包括一位于顶面的入射面41，实现光线进入到棱镜内；一位于左侧第一出射面43，将从入射面41进入棱镜的光线全反射出去；一位于右侧的半透半反射面42，半透半反射面42将第一出射面43反射过来的光线再反射回第一出射面43，由第一出射面43折射出去，入射面41、出射面43、半透半反射面42采用自由曲面，在半透半反射面42上设置半透半反射膜。第二自由曲面光学棱镜5包括接合面51和第二出射面52，接合面51和第二出射面52是采用自由曲面，第一自由曲面光学棱镜4的半透半反射面42与第二自由曲面光学棱镜5的接合面51匹配贴合后用胶水胶合在一起形成光学平板结构，人眼瞳孔通过第一自由曲面光学棱镜4和第二自由曲面光学棱镜5组成的光学系统，观测来自LCOS微型显示器3的图像和第二出射面外部52的环境，使功能更趋完善；如图7所示，所谓光学平板结构是指：第二出射面外部52与出射面43是相同且平行，其厚度始终保持一致， 图中光学放大单元顶部的厚度L1 与底部的厚度L2 是一致的。
本实用新型的原理是：光源部分采用RGB面光源, PBS偏振光分束器布置在LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间， RGB面光源发出的混合光经过PBS偏振光分束器的反射均匀照射到LCOS微型显示器，取消原来的起偏滤光片，结构更加简单，充分利用光源发出的光，因此使得LCOS微型显示器的影像亮度更加高，且光照均匀，LCOS微型显示器的像素可以造得更高，从而提高分辨率，图像也更加清晰， LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间截距加大并布置PBS偏振光分束器，使结构简单紧凑，光学放大单元包括第一自由曲面光学棱镜4和第二自由曲面光学棱镜5用胶水胶合在一起形成光学平板结构，除了可以观测LCOS微型显示器的影像外，还可以观测第二出射面52外部的环境，使功能更趋完善。
Claims (5)
1.一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，它由光源部分、PBS偏振光分束器、LCOS微型显示器和光学放大单元组成，其特征在于: 所述的光源部分采用RGB面光源, PBS偏振光分束器布置在LCOS微型显示器和光学放大单元的入射面之间，RGB面光源位于PBS偏振光分束器的一侧，RGB面光源发出的混合光经过PBS偏振光分束器的反射均匀照射到LCOS微型显示器，LCOS微型显示器产生的彩色影像经PBS偏振光分束器透射后由光学放大单元放大后进入人的瞳孔或者投影到屏幕上。
2.根据权利要求1所述的一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，其特征在于：RGB面光源包括RGB三色LED和导光板，RGB三色LED位于导光板一侧，RGB三色LED按一定频率闪烁发出的光照射到导光板，导光板里面的光学单元将入射光混合并旋转90度发射出去，在导光板的一个面上形成均匀的混合光面光源。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，其特征在于：所述的光学放大单元包括第一自由曲面光学棱镜，包括：一位于顶面的入射面，实现光线进入到棱镜内；一位于左侧第一出射面，将从入射面进入棱镜的光线全反射出去；一位于右侧的半透半反射面，半透半反射面将第一出射面反射过来的光线再反射回第一出射面，由第一出射面折射出去，最后聚合到瞳孔（A），并从瞳孔（A）往棱镜望去形成放大的图像，或者投射到投影屏幕上形成影像，入射面、出射面、半透半反射面采用自由曲面，在半透半反射面上设置半透半反射膜。
4.根据权利要求3所述的一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，其特征在于：所述的光学放大单元还包括第二自由曲面光学棱镜，第二自由曲面光学棱镜包括接合面和第二出射面，接合面和第二出射面是采用自由 曲面，接合面与半透半反射面匹配贴合后用胶水胶合在一起形成光学平板结构 。
5.根据权利要求4所述的一种基于RGB面光源的LCOS微型显示器光学系统，其特征在于：人眼瞳孔通过第一自由曲面光学棱镜和第二自由曲面光学棱镜组成的光学系统，观测来自LCOS微型显示器的图像和第二出射面外部的环境。
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