專利名稱：硅基液晶光學引擎的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及投影顯示技術領域，適用于數字背投影電視和投影機。具體就是一種硅基液晶光學引擎。
背景技術：
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon；LCoS)光學引擎是一個復雜的光學系統，硅基液晶光學引擎是一種基于標準CMOS(互補金屬氧化物半導體)工藝的反射式液晶投影顯示技術，是將液晶片以及驅動液晶的電路一并集成在硅片上，制作成硅基液晶成像芯片，產生電子圖像并調制輸入光，硅基液晶成像芯片工作在偏振光的條件下。
硅基液晶光學引擎是利用光源產生的均勻線偏振光，將其分成紅、綠、藍三色光，分別照射到三片硅基液晶成像芯片上，被電子圖像調制后反射出來，然后，對被圖像調制的三色光合色，經投影鏡頭投影到屏幕上顯示彩色的圖像；投影顯示可以是背向投影，也可是前向投影。
硅基液晶光學引擎一般分為三大部分照明系統、色光變換系統、投影鏡頭。
照明系統一般由超高壓汞燈產生高亮度的光，也可使用氙燈、鹵素燈等；光束首先被濾掉紅外光和紫外光，然后，經均光器件和偏光轉換器件，得到均勻光照的線偏振光。典型的實用結構如圖1和圖2所示。圖1所示照明系統100，包括燈1、UV-IR濾光片2、起偏器3、光棒4、第一透鏡5、第二透鏡6組成；其中第一透鏡5與第二透鏡6構成擴束準直器。圖2所示照明系統101，包括燈1、UV-IR濾光片2、第一復眼透鏡7、第二復眼透鏡8、起偏器9、聚光透鏡10組成。
色光變換系統是把線偏振光束分成紅、綠、藍三色，分成三路，分別輸入到三片硅基液晶成像芯片中進行圖像調制，然后，合色投影。目前，硅基液晶光學引擎色光變換系統的實現有三種技術路線，可以形成多種方案其一，是一種利用偏振分束器(PBS)和二分之一波長片(也稱延遲片、半波片、或波帶片)實現的色光變換方案，它利用PBS將光束中的S光束反射和P光束透射的特性，將光耦合到硅基液晶成像芯片中，如圖3所示，光束01為S光入射，被PBS11反射，光垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，然后，被電子圖像調制后反射回PBS11并透射；典型的實用方案如圖4、圖5所示。
圖4所示，是一個色光變換系統的典型方案，包括一個X形二向色板14、一個二向色板16、兩塊反光板13和15、三塊PBS11，和兩塊二分之一波長板18、一塊合色棱鏡19、和第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。來自光源系統100的可見光是S光，被X形二向色板14分成兩部分，其中一路光又被二向色板16分成兩部分，形成紅、綠、藍三束單色光，分別被PBS11耦合到第一、二、三硅基液晶成像芯片12中，被圖像調制后，又分別被PBS11耦合到合色棱鏡19，其中，中間的色光為P光透過合色棱鏡19，上部的色光被二分之一波長板18旋轉成S光后，被合色棱鏡19反射，下部的色光也被另一個二分之一波長板18旋轉成S光后，被合色棱鏡19反射；紅、綠、藍三色光在合色棱鏡19中合色后被投影鏡頭20投射，在屏幕上顯示彩色圖像。
圖5所示，是另一個色光變換系統的典型方案，包括第一旋光板18.1、PBS11.1、第二旋光板18.2、PBS11.2、第三旋光板18.3、PBS11.3、PBS11.4、第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。來自光源100的可見光為P光，被輸入到第一旋光板18.1中，第一色光部分被旋光90度角變成S光，被PBS11.1反射進入PBS18.3，被反射耦合到第一硅基液晶成像芯片12，被圖像調制后并變成P光反射出來，然后，分別透過PBS18.3、PBS18.4，最后進入投影鏡頭20；未被第一旋光板旋光的第一、第二色色光仍為P光透過PBS11.1進入第二旋光板18.2，其中，第二色光部分被第二旋光板11.2旋光90度角成為S光，被PBS11.2反射耦合到第二硅基液晶成像芯片12，被圖像調制后并變成P光反射出來，并透過PBS11.2進入第三旋光板18.3，被第三旋光板18.3旋光90度角成為S光，然后，被PBS11.4反射，最后進入投影鏡頭20；未被第二旋光板18.2旋光的P光為第三色光，透過第二旋光板18.2，透過PBS11.2進入第三硅基液晶成像芯片12，被圖像調制后并變成S光反射出來，被PBS11.2反射后透過第三旋光板18.3，然后，被PBS11.4反射，三種色光合色后進入投影鏡頭20投射成像。
其二，是一種利用二向色分光膜和全反射棱鏡實現的色光變換系統，利用分光膜來實現紅、綠、藍三色的分光，并利用空氣隙形成全反射來實現將光耦合到硅基液晶成像芯片中，然后被電子圖像調制后按原路反射，進入鏡頭投影顯示。典型的實用方案如圖6所示。
圖6所示色光轉換部分，包括PBS11、第一棱鏡21、第二棱鏡22、第三棱鏡23、第一、二、三硅基液晶成像芯片12組成。PBS11的左面與第一棱鏡21的第一面存在有一個空氣隙，空氣隙約10nm，將使光在第一棱鏡21的第一面產生全反射，同樣的，在第一棱鏡21的第二面與第二棱鏡22的第一面也存在有一個空氣隙，空氣隙約10nm，將使光在第二棱鏡22的第一面產生全反射。照明系統100產生S偏光被PBS11反射進入第一棱鏡21，由于第一棱鏡21第二面鍍有反紅透藍綠薄膜，藍光和綠光透過，紅光被反射，紅光到達第一棱鏡21的第一面，由于入射角大于布儒斯特角，紅光在第一面全反射，并垂直入射到第三面進入第一硅基液晶成像芯片12中，被圖像調制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時紅光變成P光，所以透過PBS11進入投影鏡頭20投射；在第一棱鏡21第二面透過的藍綠光到達第二棱鏡22的第二面，由于第二棱鏡22第二面鍍有反藍透綠薄膜，綠光透過，藍光被反射，藍光到達第二棱鏡22的第一面，由于入射角大于布儒斯特角，藍光在第一面全反射，并垂直入射到第三面進入第二硅基液晶成像芯片12中，被圖像調制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時藍光變成P光，所以透過PBS11進入投影鏡頭20投射；在第二棱鏡22第二面透過的綠光，透過第三棱鏡23，并垂直入射進入第三硅基液晶成像芯片12中，被圖像調制后并變成P光反射出來，沿原路返回到PBS11，由于此時綠光變成P光，所以透過PBS11進入投影鏡頭20投射；紅、綠、藍三束光最后被投影鏡頭20投射到屏幕上成彩色圖像。
其三，是一種讓輸入光與硅基液晶成像芯片像面的法線成一定的夾角斜入射，輸出光也成一定的夾角斜射出來，利用這樣的原理來實現一種離軸式光變換系統，但存在許多缺點，如系統復雜，結構較大，特別是采用離軸結構后，像散較大，且對光的偏振態有影響，已出現非偏振態。目前該方案采用較少。
依據圖4和圖5方案的色光變換系統有許多改型，它們有著共同的特征，其特征在于利用PBS和90度旋光器件配合實現光的分離、調制和合色。但是，由于系統的偏振場結構復雜，元件材料的應力會產生雙折射現象，改變光束的偏振態，影響對比度的提高；特別是溫度的變化，造成元件材料的熱應力變化，特別是90度旋光器件對溫度非常敏感，旋光性能變化較大，影響了系統的穩定工作。
依據圖6方案的色光變換系統也有許多改型，它們有著共同的特征，其特征在于利用二向色分光膜和全反射空氣隙配合實現光的分離、調制和合色。但是，全反射空氣隙的結構在制造上難度較大，不宜批量制造；同時，斜方棱鏡的加工存在困難；另外成像器件到投影鏡頭的光程太長，對投影鏡頭的要求較高，增加了投影鏡頭制造難度和生產成本。產業化生產存在一定困難。
目前，這些公知的且較實用的硅基液晶光學引擎典型結構，存在上述的缺點，以及使用較多的光學元件，系統復雜，成本較高，光能利用率較低，使得硅基液晶光學引擎的大批量生產和應用存在許多困難。因此，實現簡單結構的硅基液晶光學引擎是一個非常重要的目標和任務。
經我們自行對近10年的專利進行檢索，也未發現有與本實用新型相同的硅基液晶光學引擎。
發明內容
本實用新型的目的是克服現有技術中硅基液晶光學引擎存在的缺點，在色光變換系統中去掉90度角旋光器件；也不要求使用全反射空氣隙；提供一種光學結構十分簡單，器件少，光能得以充分利用，造價低，易于制作并易于批量化生產的硅基液晶光學引擎。
下面對本實用新型的技術方案進行詳細說明本實用新型的目的是這樣實現的，硅基液晶光學引擎，包括有殼體、照明系統、色光變換系統、投影鏡頭；照明系統包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準直器，其特征在于照明系統100、色光變換系統設置在殼體內，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統100的方向直接接受由照明系統100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，該兩路光束方向上各自安置有第一硅基液晶成像芯片12.1和第三硅基液晶成像芯片12.3，并與光軸垂直，其中的一路光束方向上在光耦合器24和硅基液晶成像芯片之間放置有二向色分光器26，在二向色分光器26的反射光方向上還放置有第二硅基液晶成像芯片12.2，并與該反射光軸垂直；所述的投影鏡頭20設置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束，和由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束，在光耦合器24里合色后，進入鏡頭20投射成像。
光耦合器對著照明系統的方向直接接受由照明系統生成的線偏振白光，并將線偏振白光分成正交的兩束光，一路光束沿輸入光方向，另一路光束沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器設置在透射光束方向，二向色分光器的分光面與該光束的光軸成45度，二向色分光器又將接收到的光束分成兩束光，分別是兩個波段的光，一路光束沿輸入光方向透射，另一路光束沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片設置在光耦合器輸出光束的反射光束方向，并與該光束的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片對該輸入的光束進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；該反射光束已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質膜將此光束的光透射；所述的第二硅基液晶成像芯片設置在二向色分光器的反射光束方向，并與該反射光束的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片對所接受的光束進行圖像調制，并將該光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去，此光束已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質膜將此光束的光反射；所述的第三硅基液晶成像芯片設置在二向色分光器的另一路光束方向，即透射光方向，并與光束的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片對輸入的光束進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去，該光束已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器的異向偏振分束介質膜將光束的光反射；所述的投影鏡頭設置在光耦合器外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片、第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片到投影鏡頭的光程相等；由第一、第二、第三硅基液晶成像芯片分別返回的光束，均在光耦合器里合色后，進入鏡頭投射成像。
電視機、計算機等光電子產品的普及和進步，以及人們在工作和生活中廣泛應用，人們與電視機、計算機等產品的屏幕有更多或越來越頻繁的接觸，投影顯示以其耗電少、輻射小等優點得到了廣泛應用。然而，在用于投影顯示的硅基液晶光學引擎中由于使用較多的光學元件，系統復雜，成本較高，光能利用率較低，使得硅基液晶光學引擎的大批量生產和應用存在許多困難，制約著該技術的進步。因此，實現簡單結構的硅基液晶光學引擎是一個非常急待解決的問題。本實用新型不需90度角旋光器件，也不要求使用全反射空氣隙，簡化了結構，減小了光路和光能損失，有效地解決了這個制約著硅基液晶投影顯示系統簡約結構、提高質量、效率和降低成本的問題。現有技術中的光耦合器僅能對一個波段的光進行耦合，而本實用新型采用了能對兩個波段的光進行耦合的新型光耦合器，并就此設計了光路，在相應的光路中設置硅基液晶成像芯片，二向色分光器和鏡頭，構成了一種新的硅基液晶光學引擎，不僅結構十分簡單，實現光耦合效率提高。
本實用新型的實現還在于色光變換系統中的光耦合器，由光學玻璃其中的工作面鍍制的異向偏振分光膜組成，異向偏振分光膜是由多層氧化物介質膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度；氧化物介質膜由氧化鈦介質膜層，或氧化鋯介質膜層，或氧化鉭介質膜層，或氧化鈰介質膜層，或氧化鎂介質膜層，或氧化硅介質膜層兩兩組合而成；以預定波段的光進入該光耦合器，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段的光被反射，該預定波段其余部分的光被透射。
由光學玻璃和其表面鍍制的異向偏振分光膜組成的光耦合器，其異向偏振分光膜是由多層氧化物介質膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度。可以承受寬波段的高光強的光的長期照射，提高了使用壽命，擴大了應用范圍，也使得制造易于實現，可以大批量地生產已滿足市場的需求。
一般的光耦合器只能使一個硅基液晶成像芯片獲得耦合，而本實用新型卻可以使得兩個硅基液晶成像芯片獲得耦合。
本實用新型的實現還在于色光變換系統中的二向色分光器必須是一個非偏振的二向色分光器，即對一個波段任意偏振分量的光都透射，對另一個波段任意偏振分量的光都反射。
二向色分光器非偏振的技術特征的設計使得整個硅基液晶光學引擎。結合恰當，渾然一體，更好地調整和優化了光路，保證了光能的有效傳遞，實現了結構簡單，光能傳輸效率高、器件成本低的優良效果。
本實用新型在色光變換系統中的光耦合器采用了在由光學玻璃和其工作面鍍制的異向偏振分光膜層，偏振分光面與透過光束的光軸成45度的技術方案，優化設計了相應的光路和器件。解決了長期以來困擾著業界的硅基液晶光學引擎使用較多的光學元件，系統復雜，成本較高，光能利用率較低的問題，提供一種大量減少光學元件，結構簡單，元件少而功能強，提高了制造的工藝性，有效地降低了成本；使得結構大大簡化，并有效地提高了光能利用率，簡約實用，易于量產的硅基液晶光學引擎。
圖1是照明系統典型的實用結構一示意圖；圖2是照明系統典型的實用結構二示意圖。
圖3是已有技術中偏振分光器的工作原理圖。
圖4是已有技術中典型的硅基液晶光學引擎例一工作原理圖。
圖5是已有技術中典型的硅基液晶光學引擎例二工作原理圖。
圖6是已有技術中典型的硅基液晶光學引擎例三工作原理圖。
圖7是本實用新型光耦合器的工作原理示意圖。
圖8是本實用新型實施例2工作原理示意圖。
圖9是本實用新型硅基液晶光學引擎實施例3工作原理圖。
圖10是本實用新型硅基液晶光學引擎實施例4工作原理圖。
圖11是本實用新型硅基液晶光學引擎實施例5工作原理圖。
具體實施方式
實施例1本實用新型色光變換系統中光耦合器的工作原理如圖7所示，以預定波段的光01進入光耦合器24，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段04的光被反射，該預定波段01其余部分的光03被透射，在反射光04和透射光03的方向分別裝有一個硅基液晶成像芯片12，并垂直于光束的光軸，光垂直輸入到硅基液晶成像芯片12中，被圖像調制和90度角旋光，然后，沿原路反射重新進入光耦合器24，由于光變成與原偏振分量正交的光，包含在其中的某一波段的光04被透射，預定波段其余部分的光03被反射。如此，可以同時使兩個硅基液晶成像芯片12的輸入光和輸出光得到耦合。例如光束01是具有第一偏振分量的光，波長范圍是410nm～590nm，入射到光耦合器24中，本例中光耦合器24是由兩個直角棱鏡膠合而成，組成一個正六面體，在其中一個直角棱鏡的斜面上涂覆有異向偏振分束介質膜25，該異向偏振分束介質膜25將光束01中約為500nm～590nm的光04反射，反射光束的方向與光軸成90度角，該反射光04垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，它將光束04進行圖像調制并90度角旋光，沿原路反射出來，光束04已是具有第二偏振分量、波段約為500nm～590nm的調制光，重新進入光耦合器24，由于光的第二偏振分量與光的第一偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束04的光透射；光束01中約為410nm～490nm的光03被異向偏振分束介質膜25透射，垂直入射到硅基液晶成像芯片12中，它將光束03進行圖像調制并90度角旋光，并沿原路反射出來，光束03已是具有第二偏振分量、波段約為410nm～490nm的調制光，重新進入光耦合器24，由于光的第二偏振分量與光的第一偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束03的光反射；光束04和光束03沿同一方向向前傳播。光耦合器24不僅實現了兩個硅基液晶成像芯片12光的輸入和輸出耦合，而且，也實現了光的分色和合色，上述也是一個藍光和綠光的分離，被分別進行圖像調制，然后，又合色的過程。
實施例2如圖8所示，本實用新型硅基液晶光學引擎，包括有殼體、照明系統、色光變換系統、投影鏡頭，照明系統包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準直器組成，其特征在于照明系統100、色光變換系統設置在殼體內，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統100的方向直接接受由照明系統100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，一路光束03沿輸入光方向，另一路光束04沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器26設置在光束03方向，二向色分光器26的分光面與光束03的光軸成45度角，二向色分光器26又將接收到的光束03分成兩束光05、06，分別是兩個波段的光，光束05沿輸入光方向透射，光束06沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片12.1設置在光耦合器24輸出的一路光束04方向，并與光束04的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片12.1對該輸入的光束進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束04已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束04的光透射；所述的第二硅基液晶成像芯片12.2設置在二向色分光器26的光束06方向，并與光束06的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片12.2對所接受的光束06進行圖像調制，并將該光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束06已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束06的光反射；所述的第三硅基液晶成像芯片12.3設置在二向色分光器26的另一路光束05方向，并與光束05的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片12.3對輸入的光束05進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束05已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束05的光反射；所述的投影鏡頭20設置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束04，由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束05、06，在光耦合器24里合色后，進入鏡頭20投射成像。
實施例3如圖9所示，本實用新型硅基液晶光學引擎，包括有殼體、照明系統、色光變換系統、投影鏡頭，照明系統包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準直器組成，其特征在于照明系統100、色光變換系統設置在殼體內，投影鏡頭20安裝在殼體外，所述的色光變換系統包括有光耦合器24、二向色分光器26、三個硅基液晶成像芯片12組成，光耦合器24對著照明系統100的方向直接接受由照明系統100生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，一路光束07沿輸入光方向，另一路光束08沿垂直于輸入光光軸的方向；所述的二向色分光器26設置在光束08方向，二向色分光器26的分光面與光束08的光軸成45度角，二向色分光器26又將接收到的光束08分成兩束光09、010，分別是兩個波段的光，光束010沿輸入光方向透射，光束09沿垂直于輸入光光軸的方向反射；所述的第一硅基液晶成像芯片12.1設置在光耦合器24輸出的一路光束07方向，并與光束07的光軸垂直；第一硅基液晶成像芯片12.1對該輸入的光束進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束07已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束07的光反射；所述的第二硅基液晶成像芯片12.2設置在二向色分光器26的光束09方向，并與光束09的光軸垂直；第二硅基液晶成像芯片12.2對所接受的光束09進行圖像調制，并將該光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束09已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束09的光透射；所述的第三硅基液晶成像芯片12.3設置在二向色分光器26的另一路光束010方向，并與光束010的光軸垂直；第三硅基液晶成像芯片12.3對輸入的光束010進行圖像調制，并將光束的偏振方向旋轉90度后，使其沿原路反射回去；光束010已是具有另一偏振分量的光，重新進入光耦合器24，由于與光的原偏振分量是正交的，光耦合器24的異向偏振分束介質膜25將光束010的光透射；所述的投影鏡頭20設置在光耦合器24外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2和第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束07，由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束09、010，在光耦合器24里合色后，進入鏡頭20投射成像。
實施例4硅基液晶光學引擎，如圖10所示包括殼體，和設置在殼體內的照明系統、色光變換系統、以及安裝在殼體外的投影鏡頭。
色光變換系統包括光耦合器24、二向色分光器26、第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2、第三硅基液晶成像芯片12.3和補償棱鏡27構成。
光耦合器24接收來自光源100的白光，光耦合器24由兩塊直角棱鏡組成的正六邊體制成，在對角線斜面上鍍制異向偏振分光膜；光耦合器24另一側裝有二向色分光器26，二向色分光器26由兩塊直角棱鏡組成的正六方體制成，在斜面上鍍制二向色非偏振分光膜，形成二向色分光器；在光耦合器24產生反射光的一側裝有補償棱鏡27，補償棱鏡27外側裝有第一硅基液晶成像芯片12.1，和其相反的另一側裝有投影鏡頭20；在二向色分光器26產生反射光的一側裝有第二硅基液晶成像芯片12.2，在二向色分光器26產生透過光的一側裝有第三硅基液晶成像芯片12.3；第一硅基液晶成像芯片12.1、第二硅基液晶成像芯片12.2、第三硅基液晶成像芯片12.3到投影鏡頭20的光程相等。補償棱鏡27的增加是光程補償。
實施例5如圖11所示，總體構成同實施例4，只是二向色分光器26和補償棱鏡27的位置發生了變化，即補償棱鏡27輸入光的透射光方向，二向色分光器26處于輸入光的反射光方向，由第一、第二、第三硅基液晶成像芯片分別返回的光束，均在光耦合器24里合色后，進入鏡頭20投射成像。
這是本實用新型實施例三，本實用新型三片式硅基液晶光學引擎，包括殼體，和設置在殼體內的照明系統、色光轉換系統、以及安裝在殼體外的投影鏡頭。
照明系統包括超高壓汞燈1、UV-IR濾光片2、起偏器3、均光棒4、第一透鏡5、第二透鏡6組成；其中第一透鏡5與第二透鏡6構成擴束準直器。
色光轉換系統包括光耦合器7、二向色分光器8、補償棱鏡13、第一硅基液晶成像芯片9、第二硅基液晶成像芯片10、第三硅基液晶成像芯片11。
光耦合器7連接在擴束準直器第二透鏡6的光輸出的一側；光耦合器7由兩塊直角棱鏡組成的正方形制成，在斜面上鍍制異向偏振分光膜；光耦合器7另一側裝有二向色分光器8，二向色分光器8由兩塊直角棱鏡組成的正方形制成，在斜面上鍍制二向色非偏振分光膜；在光耦合器7產生反射光的一側裝有補償棱鏡13，補償棱鏡13外側裝有第一硅基液晶成像芯片9，和其相反的另一側裝有投影鏡頭12；在二向色分光器8產生反射光的一側裝有第二硅基液晶成像芯片10，在二向色分光器8產生透過光的一側裝有第三硅基液晶成像芯片11；第一硅基液晶成像芯片9、第二硅基液晶成像芯片10、第三硅基液晶成像芯片11到投影鏡頭12的光程相等。
權利要求1.一種硅基液晶光學引擎，包括有殼體、照明系統、色光變換系統、投影鏡頭；照明系統包括燈泡、UV-IR濾光片、起偏器、均光器件、準直器，其特征在于照明系統(100)、色光變換系統設置在殼體內，投影鏡頭(20)安裝在殼體外，所述的色光變換系統包括有光耦合器(24)、二向色分光器(26)、三個硅基液晶成像芯片(12)組成，光耦合器(24)對著照明系統(100)的方向直接接受由照明系統(100)生成的線偏振白光01，并將線偏振白光01分成正交的兩束光，該兩路光束方向上各自安置有第一硅基液晶成像芯片(12.1)和第三硅基液晶成像芯片(12.3)，并與光軸垂直，其中的一路光束方向上在光耦合器(24)和硅基液晶成像芯片之間放置有二向色分光器(26)，在二向色分光器(26)的反射光方向上還放置有第二硅基液晶成像芯片(12.2)，并與該反射光軸垂直；所述的投影鏡頭(20)設置在光耦合器(24)外在未裝有其他零件的方向上；第一硅基液晶成像芯片(12.1)、第二硅基液晶成像芯片(12.2)和第三硅基液晶成像芯片(12.3)到投影鏡頭(20)的光程相等；由第一硅基液晶成像芯片返回的光束，和由第二硅基液晶成像芯片和第三硅基液晶成像芯片返回的光束，在光耦合器(24)里合色后，進入鏡頭(20)投射成像。
2.根據權利要求1所述的硅基液晶光學引擎，其特征在于所述色光變換系統中的光耦合器(24)，由光學玻璃其中的工作面鍍制的異向偏振分光膜(25)組成，異向偏振分光膜(25)是由多層氧化物介質膜組成；偏振分光面與透過光束的光軸成45度；氧化物介質膜由氧化鈦介質膜層，或氧化鋯介質膜層，或氧化鉭介質膜層，或氧化鈰介質膜層，或氧化鎂介質膜層，或氧化硅介質膜層兩兩組合而成；以預定波段的光進入該光耦合器(24)，該光具有第一偏振分量，包含在其中的某一波段的光被反射，該預定波段其余部分的光被透射。
3.根據權利要求2所述的硅基液晶光學引擎，其特征在于所述色光變換系統中的二向色分光器必須是一個非偏振的二向色分光器(26)，即對一個波段任意偏振分量的光都透射，對另一個波段任意偏振分量的光都反射。
專利摘要一種硅基液晶光學引擎，包括殼體和設在殼體內的照明系統、色光變換系統及安裝在殼體外的投影鏡頭。光變換系統包括光耦合器、二向色分光器、三個硅基液晶成像芯片。光耦合器將照明系統輸出光分成正交的兩束光，該兩光束方向上各自安置有第一和第三硅基液晶成像芯片，其中的一路光束上在光耦合器和硅基液晶成像芯片之間放置二向色分光器，在其反射光方向上放置第二硅基液晶成像芯片；由三個硅基液晶成像芯片分別返回的光束在光耦合器合色后進入鏡頭投射成像。本實用新型具有非常簡單的結構，系統中去掉了90度角旋光器件；也不使用全反射空氣隙；具有較少的光學元件，提高了制造工藝性，降低了成本；有效提高了光能利用率，易于量產。
文檔編號H04N5/74GK2881677SQ200520106019
公開日2007年3月21日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者郭忠達, 杭凌俠, 彌謙 申請人:西安工業學院