一种两片式LCD投影机光学系统

技术领域

本发明涉及投影机技术领域，特别是涉及一种两片式LCD投影机光学系统。

背景技术

在投影机进入如LED等固体冷光源时代后，一直受于技术条件限制，画面在满足白平衡的三基色配比要求下，红、蓝色光源的发光效率或者能量密度(光源辐射功率/光源发光面积)同期都比绿色光源高得多，所以投影机的输出亮度主要由绿色光源的效率或能量密度决定，故传统投影机的亮度瓶颈在于如何能尽量提高输出图像中绿基色分量的亮度。

为提高投影机输出亮度，如专利号CN201910490596.0公开的一种两片式LCD投影机，见图3，其由绿色光线照明装置5’照射一片黑白LCD光阀2’产生绿色图像，由红色和蓝色混合光线照明装置4’照射一片带有红色亚像素和蓝色亚像素的LCD光阀1’产生红、蓝色图像，经合色装置3’合光后再经投影镜头6’投射出去。绿色单独一个照明显像通道，其LCD光阀2’没有CF(Color Filter，滤色膜)遮挡损耗，尽可能保证了输出图像中绿基色分量的亮度，而红、蓝色合在一个照明显像通道，虽然红、蓝亚像素对应的红、蓝滤色膜遮挡各自相对应区域，造成光线50％的损耗(实际上远不止50％)，但投影机输出亮度仍然明显得到了提高，此两片式LCD投影机具有效率高、亮度高等显著优点，取得了优异的创新和突破。

而随着科技进步和绿色光源发光效率的显著提高，此两片式LCD投影机的缺点也越显著：见图4，LCD光阀1’的每一个像素P’中包括一个红色亚像素(也可以理解为红色彩膜、红色色阻等)R’和一个蓝色亚像素B’，其中红色亚像素R’用于阻挡照明光线的蓝光而透过红光，蓝色亚像素B’用于阻挡照明光线的红光而透过蓝光，即造成照明光线50％的损耗。考虑像素之间、亚像素之间的黑色矩阵BM(Black Matrix，图4中未画出)的具有损耗，所述LCD光阀1’的损耗可不止50％，以2.2英寸、BM线宽为3.5微米的FHD光阀为例，BM遮挡损耗约为37.4％，亚像素R’和B’各阻挡所对应的光线，最终所述LCD光阀1’的透过总效率约为31.3％。

见图3，而黑白LCD光阀2’仍然为2.2英寸FHD分辨率，BM同样为3.5微米线宽，则BM遮挡损耗约为25.5％(水平方向上相对上述LCD光阀1’的黑色矩阵的列的数量减半)，因而LCD光阀2’的总透过率约为74.5％。

假如投影机输出图像的白平衡的三基色配比是1∶1∶1(无量纲量)，那么绿色光线需要1份时，蓝色光线就需要2.38份，以此类推。

投影机输出亮度越高，必然所需的蓝色光线也越多，而整个光学系统上，这2.38份蓝光中，有68.7％在做无用功。光线的波长越短或者短波长光线成分越大(约以460nm为界限，绿光、红光的光、电化学破坏性相比于蓝光弱很多，低2-3个数量级)，对投影机光学系统上各塑料光学元件(如塑料透镜)、部分牌号的光学玻璃、光学薄膜(如增透膜、二向色膜等)、LCD光阀的晶体管阵列、滤色膜、BM、液晶、配向膜、偏光片等材料的光、电化学破坏性也越强。对一台具有具体的耐光、电化学破坏性的投影机而言，考虑品质的耐久性，蓝色光线的量，很大程度限制了现有两片式L

要进一步提高现有两片式L

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种两片式LCD投影机光学系统，本发明光学系统对蓝色光线的损耗、需求总量，都获得了成倍的降低，进而显著降低了蓝色光线对投影机光学系统上各光学材料的光、电化学破坏，延长了投影机使用寿命，提高了投影机的输出亮度，增加了用户满意度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种两片式LCD投影机光学系统，包括设有红色和绿色亚像素的LCD光阀、黑白LCD光阀、红色和绿色混合光线照明装置、蓝色光线照明装置、合色镜、投影镜头和光阀电驱动装置；

所述光阀电驱动装置把输入视频信号中的蓝色场图像输送至所述黑白LCD光阀、将红色场和绿色场图像同步地输送至所述LCD光阀；

所述红色和绿色混合光线照明装置发出的光线经所述LCD光阀后射出至所述合色镜；所述蓝色光线照明装置发出的光线经所述黑白LCD光阀后射出至所述合色镜，所述合色镜对来自于所述LCD光阀和黑白LCD光阀的光线进行合光后，光线传输至所述投影镜头并投射出去。

本发明光阀电驱动装置把输入投影机的视频信号解码后，提取蓝色场图像送到黑白LCD光阀并驱动其显像，提取红色和绿色场图像同步地送到LCD光阀，对应驱动LCD光阀的红色亚像素和绿色亚像素显像，完成全彩图像显示。其中本发明蓝色单独一个照明显像通道，没有滤色膜遮挡损耗，使得本发明光学系统对蓝色光线的损耗、需求总量成倍降低，显著降低了蓝色光线对投影机光学系统上各光学元件的光、电化学破坏，延长了投影机使用寿命，增加了用户满意度；红、绿色合在一个照明显像通道，红、绿色亚像素对应的红、绿色滤色膜遮挡各自相对应区域，造成光线损耗，但红色和绿色光线的波长都相对远离蓝光区域，所以对光学系统上各光学材料造成的光、电化学破坏性也非常弱，从而可有效提高本发明投影机的输出亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明光学系统的简化示意图。

图2为本发明光学系统的结构示意图。

图3为现有两片式LCD投影机的结构示意图。

图4为现有LCD光阀的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施例：

见图1，本实施例提供的一种两片式LCD投影机光学系统，包括设有红色和绿色亚像素的LCD光阀1、黑白LCD光阀2、红色和绿色混合光线照明装置4、蓝色光线照明装置5、合色镜3、投影镜头6和光阀电驱动装置7。

所述光阀电驱动装置7把输入视频信号中的蓝色场图像输送至所述黑白LCD光阀2，并驱动所述黑白LCD光阀2上的像素显像，同步地将红色场和绿色场图像输送至所述LCD光阀1，并驱动LCD光阀1的红色亚像素和绿色亚像素显像，完成全彩图像显示。现阶段光阀电驱动装置7采用比较多的是M-star公司的诸如V53、V56等高性价比芯片，完成各路输入视频信号(如HDMI、VGA、Video等)到LVDS(Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号)输出的解码转换，再经FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)电路分离出蓝色场LVDS信号送到所述黑白LCD光阀2，同步地将红色场和绿色场LVDS信号送至所述LCD光阀1。

所述红色和绿色混合光线照明装置4发出的光线经所述LCD光阀1后射出至所述合色镜3；所述蓝色光线照明装置5发出的光线经所述黑白LCD光阀2后射出至所述合色镜3，所述合色镜3对来自于所述LCD光阀1和黑白LCD光阀2的光线进行合光后，光线传输至所述投影镜头6，经投影镜头6投射成像。

本实施例中蓝色单独一个照明显像通道，LCD光阀2为黑白结构，并没有滤色膜，因而没有滤色膜遮挡损耗，同时BM的遮挡面积，在水平方向也减半(相比LCD光阀1)，与图3和图4的现有两片式LCD投影机相比，如均为采用2.2英寸FHD分辨率，BM线宽3.5微米，那么输出同样亮度时，图3和图4的现有两片式LCD投影机需要蓝色光线的量为2.38份，本实施例仅需要蓝色光线1份，使得本实施例光学系统对蓝色光线的损耗和对蓝色光线的需求总量成倍降低，显著降低了蓝色光线对投影机光学系统上各光学元件的光、电化学破坏，延长了投影机使用寿命，增加了用户满意度。

所述蓝色光线照明装置5有很多种现有技术方式均可以实现，如本实施例所选用的高性价比方式即蓝色LED光源+聚光装置+准直(或聚焦)装置等，对所述黑白LCD光2进行科勒或临界照明。优选地，见图2，光源选用蓝色LED光源51、聚光装置选用方锥形(也俗称“V型”等)聚光器52、在所述方锥形聚光器52的出射面上设置一片准直透镜53，构成一个高性价比的蓝色光线照明装置5，对所述黑白LCD光阀2进行科勒照明。而蓝色起偏器21，蓝色检偏器22是LCD显像原理所必须的配件，在低亮度的投影机(如输出亮度200流明以下)上一般都是直接制作于LCD光阀的入射、出射表面上，在亮度较高的投影机上，就需要剥离下来单独安装，以利于构成蓝色起偏器21、蓝色检偏器22的关键原材料即偏光片的通风散热。

本实施例中红、绿色合在一个照明显像通道，红、绿亚像素对应的红、绿滤色膜遮挡各自相对应区域，造成光线损耗，但红色和绿色光线的波长都相对都远离了蓝光区域，所以对光学系统上各光学材料造成的光、电化学破坏性也非常弱，从而有效提高了本实施例投影机的输出亮度。红色和绿色混合光线照明装置4同样具有很多种现有技术方式均可以实现，如红色LED光源+聚光装置，绿色LED光源+聚光装置，经准直(或聚焦)装置，经合色等装置混合后，对LCD光阀1进行科勒或临界照明。优选地，见图2，由绿色LED光源41、红色LED光源401、绿色方锥形聚光器42、红色方锥形聚光器402、在绿色方锥形聚光器42的出射面上设置一片绿色准直透镜43、在红色方锥形聚光器402的出射面上设置一片红色准直透镜403、合色装置选用红绿光合色镜14(一片0.5mm厚制作有二向色分光膜的玻璃板，反射绿光，透射红光)、经合光后再经中继透镜13(作用是稍提高系统效率，追求廉价时也可以取消)构成一个高性价比的红色和绿色混合光线照明装置4，对LCD光阀1进行科勒照明。同理，起偏器11，检偏器12是LCD显像原理所必须的配件。

如果本实施例光学系统和现有两片式LCD投影机对蓝色光线的承受力一样，那么本实施例相比于现有两片式LCD投影机的技术方式，投影机可以输出更高的亮度，取得进一步的创新和突破，增加了产品的竞争力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。