CN102279507A - 投影显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影显示装置，包括：第一显示基板，具有相对的第一表面和第二表面的偏极化分光镜，光回收装置和投影透镜；其中，所述偏极化分光镜用于透射第一类型的平行偏振光，反射第二类型的平行偏振光；所述光回收装置用于将经由所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光，且使得所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光逆向传输至偏极化分光镜的第二表面。本发明提高了光强利用率，并可用于三维立体显示。

Description

投影显示装置
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种投影显示装置。
背景技术
随着多媒体技术的发展，微型投影显示装置得到了广泛的应用，被内置于手机、数码相机、掌上投影机等多种便携式设备中，用于对影像进行放大以及投影显示。
图1示出了现有技术的一种投影显示装置的结构示意图，主要包括：光源10、照明系统(illumination system)11、偏极化分光镜((PBS，Polarization BeamSplitter))12、显示基板13以及投影透镜14。其中，显示基板13通常采用硅基液晶(LCOS，Liquid Crystal on Silicon)，一般的液晶显示基板(LCD，LiquidCrystal Display)为透射式显示方式，而LCOS则为反射式显示方式，通过将入射光反射来显示图像。其工作原理如下：光源10发出的自然光经过照明系统11后，被转换为包括P光和S光的平行偏振光，所述平行偏振光沿第一方向x传播并入射至所述偏极化分光镜12；其中，偏极化分光镜12的设置方向与所述第一方向x成45°角，且使得P光和S光中的一种透射，另一种反射，以透射P光，反射S光为例，反射的S光入射至所述显示基板13的表面，经过LCOS调制后转化为P光反射回所述偏极化分光镜12，由于偏极化分光镜12对于P光为透射，使得透射的P光进入投影透镜14，经过放大后，将所述显示基板13产生的显示图像投影出去。
现有技术的投影显示装置仅利用了偏极化分光镜12反射的平行偏振光来投影成像，而透射的平行偏振光则被浪费，使得光强利用率较低，一般不超过10％，在光源10的功率固定的情况下，成像质量较差。
申请号为200910172326.1的中国专利申请中，采用非球面透镜和柱面透镜对光源的光束进行整形后再传输，使得整形后的光斑与LCOS的长宽相匹配，在一定程度上提高了光强利用率，但是其整体结构与图1中的结构类似，仍然是利用了偏振光中的一种来进行成像，并不能显著提高光强利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种投影显示装置，提高光强利用率，改善成像质量。
为解决上述问题，本发明提供了一种投影显示装置，包括：第一显示基板，具有相对的第一表面和第二表面的偏极化分光镜，光回收装置和投影透镜；
其中，
所述偏极化分光镜用于透射第一类型的平行偏振光，反射第二类型的平行偏振光；
所述第一显示基板用于将经由所述偏极化分光镜第一表面反射的第二类型的平行偏振光转换为携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光，且将所述携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光反射至偏极化分光镜的第一表面；
所述光回收装置用于将经由所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光，且使得所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光逆向传输至偏极化分光镜的第二表面；
所述投影透镜用于接收经由所述偏极化分光镜透射的携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光和经由所述偏极化分光镜反射的携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光。
可选的，所述投影透镜的入射面正对于所述第一显示基板，所述偏极化分光镜设置于所述投影透镜和第一显示基板之间且与所述第一显示基板成45°角。
可选的，所述光回收装置包括光回收组件和第二显示基板，所述光回收组件用于将经由所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光转换为第二类型的平行偏振光并反射至所述第二显示基板，所述第二显示基板用于将所述光回收组件反射的第二类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第一类型的平行偏振光并反射至所述光回收组件，所述光回收组件还用于将所述携带第二图像信息的第一类型的平行偏振光转化为所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光并反射至所述偏极化分光镜的第二表面。
可选的，所述光回收组件包括反射镜和设置于反射镜表面的四分之一波片，所述反射镜和四分之一波片的设置方向平行于所述偏极化分光镜且其入射面朝向所述第二显示基板。
可选的，所述光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面和第二直角面为透射面，斜面为表面，所述第二直角面平行于所述第二显示基板，所述斜面平行于所述偏极化分光镜，所述第一直角面的表面设置有半波片，所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光由所述第一直角面入射。
可选的，所述光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面和第二直角面为透射面，斜面为表面，所述第二直角面平行于所述第二显示基板，所述斜面平行于所述偏极化分光镜，所述第二直角面的表面设置有半波片，所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光由所述第一直角面入射。
可选的，所述第一显示基板和第二显示基板为同一显示基板的不同区域。
可选的，述第一显示基板和第二显示基板为硅基液晶。
可选的，所述第一图像信息和第二图像信息相同。
可选的，所述第一图像信息和第二图像信息分别为左眼图像和右眼图像。
可选的，还包括光源和照明系统，所述照明系统对光源发出的自然光进行转换后生成所述平行偏振光。
可选的，所述偏极化分光镜选自金属光栅或PBS膜。
与现有技术相比，本技术具有以下优点：
本技术方案的投影显示装置中，通过使用光回收装置对偏极化分光镜透射的部分偏振光进行回收，将其转换为携带第二图像信息的偏振光后逆向传输至偏极化分光镜，再反射至投影透镜的入射面，提高了光强利用率。
进一步的，本技术方案的投影显示装置中的第一显示基板和第二显示基板产生的图像信息可以相同，则经所述光回收装置回收的偏振光传输至投影透镜后，使得最终投影产生的图像被加强；另外，所述第一显示基板和第二显示基板产生的图像信息也可以分别为左眼图像和右眼图像，使得最终经投影透镜投影产生的图像为二者的叠加，实现了三维立体显示的效果。
附图说明
图1是现有技术的一种投影显示装置的结构示意图；
图2是本发明的第一实施例的投影显示装置的结构示意图；
图3是本发明的第二实施例的投影显示装置的结构示意图；
图4是本发明的第三实施例的投影显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
现有技术的投影显示装置中，光源产生的自然光经照明系统转换为包括P光和S光的平行偏振光后，其中的一种经由偏极化分光镜反射后入射至显示基板，并最终反射至投影透镜，而透射的另一种平行偏振光则被浪费，使得整个投影显示装置的光强利用率较低，成像效果较差。
本发明的技术方案采用光回收装置对偏极化分光镜透射的部分偏振光进行回收，使其转换为携带第二图像信息的偏振光后逆向传输至偏极化分光镜，再反射回投影透镜的入射面，从而提高了光强利用率。
另外，本技术方案包括第一显示基板和第二显示基板，若二者产生的图像信息相同，则实现了图像的增强；若二者产生的图像信息分别为左眼图像和右眼图像，则实现了三维立体的显示效果。
图2示出了本技术方案的第一实施例的投影显示装置的结构示意图，包括：光源20、照明系统21、偏极化分光镜22、显示基板23、投影透镜24、四分之一波片(quarter-wave plate)25a和反射镜25b，其中所述四分之一波片25a设置于所述反射镜25b表面，构成了光回收组件；所述显示基板23沿第一方向x设置，包括第一区域23a和第二区域23b，分别产生第一图像信息和第二图像信息。另外，也可以使用相互独立的第一显示基板和第二显示基板来分别产生所述第一图像信息和第二图像信息。所述光回收组件和第二区域23b(或第二显示基板)构成了光回收装置，用于将所述偏极化分光镜22透射的第一类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光，且使得所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光逆向传输至所述偏极化分光镜22的第二表面，其中，所述逆向传输指的是所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光的传播方向与所述偏极化分光镜22透射的第一类型的平行偏振光的传播方向相反。
其中，所述光源20在本实施例中优选为发光二极管(LED，Light EmittingDiode)光源，其发出的光为自然光。
照明系统21在本实施例中用于将所述光源20发出的自然光转换为平行偏振光，所述平行偏振光沿第一方向x传播，所述平行偏振光包括第一类型的平行偏振光和第二类型的平行偏振光，本实施例中所述第一类型的平行偏振光为P光，所述第二类型的平行偏振光为S光。需要说明的是，在实际应用中，所述P光和S光不可能严格的平行于所述第一方向x传播，但是可以通过对照明系统21的微调，使其转换产生的偏振光尽可能近似于平行光。
所述显示基板23在本实施例中具体优选为LCOS，产生图像信息并将输入至其中的平行偏振光进行类型转换后反射。本实施例中所述显示基板23的第一区域23a接收S光，将其调制转换为携带第一图像信息的P光后反射，所述第二区域23b接收S光，将其调制转换为携带第二图像信息的P光后反射。
所述偏极化分光镜22选自金属光栅或PBS膜，在本实施例中优选为金属光栅，设置于所述第一区域23a和投影透镜24之间，与所述第一方向x成45°角，包括相对的第一表面22a和第二表面22b，用于透射第一类型的平行偏振光，反射第二类型的平行偏振光，本实施例中具体为反射S光，透射P光。所述照明系统21产生的平行偏振光中的S光经所述第一表面22a反射至所述第一区域23a，由所述显示基板23的第一区域23a转换为P光后反射至所述偏极化分光镜22并透射穿过所述第一表面22a和第二表面22b后进入所述投影透镜24的入射面；所述照明系统21产生的平行偏振光中的P光透射穿过所述第一表面22a和第二表面22b，进入所述光回收组件。
所述投影透镜24用于对入射至其入射面的光线进行透射，本实施例中所述投影透镜24的入射面正对所述显示基板23的第一区域23a。
需要说明的是，在其他具体实施例中，所述偏极化分光镜22还可以为反射P光、透射S光，相应的显示基板23则接收P光，将其转化为携带图像信息的S光后反射至偏极化分光镜22，并透射所述偏极化分光镜22后进入所述投影透镜24的入射面。
本实施例中，所述光回收组件包括所述反射镜25b和设置于其表面的四分之一波片25a，其设置方向平行于所述偏极化分光镜22，与所述第一方向x也成45°角，且其入射面朝向所述第二区域23b。所述照明系统21产生的平行偏振光中的P光透射过所述偏极化分光镜22后，入射至所述四分之一波片25a，由于反射镜25b的反射作用，使P光两次穿过所述四分之一波片25a后(相当于穿过二分之一波片)转换为S光，所述S光入射至所述显示基板23的第二区域23b，由所述第二区域23b转换为携带第二图像信息的P光后反射回所述光回收组件，经过所述反射镜25b的反射及两次穿过所述四分之一波片25a后(相当于穿过二分之一波片)转换为携带第二图像信息的S光，所述携带第二图像信息的S光入射至所述偏极化分光镜22的第二表面22b，并由所述第二表面22b反射后进入投影透镜24。
本实施例中，所述显示基板23的入射面的尺寸为：长度(沿第一方向x的尺寸)为8.8mm，其中第一区域23a和第二区域23b的长度分别为4.4mm；宽度(沿第二方向y的尺寸，即沿垂直于纸面的方向的尺寸)为6.6mm。所述反射镜25b的入射面的尺寸为6.3mm×6.6mm，其中6.6mm为沿第二方向y的一边的尺寸，6.3mm为另一边的尺寸。
所述显示基板23的第一区域23a和第二区域23b产生的第一图像信息和第二图像信息可以相同，由于所述偏极化分光镜22透射的P光被光回收组件回收后也进入投影透镜24的入射面，提高了光强利用率，另一方面也加强了最终投影出去的显示图像的强度。
所述显示基板23的第一区域23a和第二区域23b产生的第一图像信息和第二图像信息也可以分别为左眼图像和右眼图像，此种情况下，最终进入所述投影透镜24的入射面的光线为左眼图像和右眼图像的叠加，实现了三维立体的显示效果。
图3示出了本技术方案的第二实施例的投影显示装置的结构示意图，与图2所示的结构类似，仅是其中的光回收组件的结构不同。如图3所示，第二实施例中的光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面26b和第二直角面26c为透射面，斜面26d为反射面，所述第二直角面26c平行于所述第一方向x，所述斜面26d平行于所述偏极化分光镜22，与所述第一方向x也成45°角，所述第一直角面26b的表面设置有半波片(half-wave plate)26a。所述偏极化分光镜22透射的P光由所述第一直角面26b入射，经过所述半波片26a后转换为S光，所述S光经由所述斜面26d反射后，进入所述显示基板23的第二区域23b，经过第二区域23b调制转换为携带第二图像信息的P光，所述携带第二图像信息的P光反射进入所述45°直角棱镜26b的第二直角面26c，经由斜面26d反射后由第一直角面26b透射传出所述半波片26a，转化为携带第二图像信息的S光，所述携带第二图像信息的S光入射至所述偏极化分光镜22的第二表面22b，并反射进入所述投影透镜24的入射面。
图4示出了本技术方案的第三实施例的投影显示装置的结构示意图，与图2所示的结构类似，仅是其中的光回收组件的结构不同。如图4所示，第三实施例中的光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面27b和第二直角面27c为透射面，斜面27d为反射面，所述第二直角面27c平行于所述第一方向x，所述斜面27d平行于所述偏极化分光镜22，与所述第一方向x也成45°角，所述第二直角面27c的表面设置有半波片27a。所述偏极化分光镜22透射的P光由所述第一直角面27b入射，经由所述斜面27d反射后，穿过所述半波片27a转换为S光，所述S光进入所述显示基板23的第二区域23b，经过调制转换为携带第二图像信息的P光，所述携带第二图像信息的P光反射进入所述半波片27a，转换为携带第二图像信息的S光，所述携带第二图像信息的S光经由斜面27d反射并穿过第一直角面27b透射传出，入射至所述偏极化分光镜22的第二表面22b，并反射进入所述投影透镜24的入射面。
图3和图4中所示的45°直角棱镜的第一直角面和第二直角面沿第一方向x的尺寸为4.4mm，沿第二方向y的尺寸为6.6mm。
需要说明的是，上述几个实施例中涉及到的四分之一波片和半波片能够转化波长范围为380nm至720nm的偏振光，使得其对整个可见光波长范围内的偏振光都能够实现类型转换，进一步提高了光强的利用率。另外，所述光回收组件与偏极化分光镜的距离应尽量小，而且所述偏极化分光镜若采用PBS膜的实现方式，则相应的PBS膜的厚度应尽量小，以减小光路传播过程中的损耗，提高光强利用率。
综上，本技术方案的投影显示装置通过光回收装置将偏极化分光镜透射的部分偏振光回收，将其转换为携带第二图像信息的偏振光后逆向传输至偏极化分光镜，再反射至投影透镜的入射面，从而提高了光强利用率，改善了成像效果。
进一步的，本技术方案的投影显示装置中的第一显示基板(第一区域)和第二显示基板(第二区域)产生的图像信息可以相同，经所述光回收组件回收的偏振光传输至投影透镜后，使得最终经投影透镜投影产生的图像被加强；另外，所述第一显示基板和第二显示基板产生的图像信息也可以分别为左眼图像和右眼图像，使得最终经投影透镜投影产生的图像为二者的叠加，实现了三维立体显示的效果。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种投影显示装置，其特征在于，包括：
第一显示基板，具有相对的第一表面和第二表面的偏极化分光镜，光回收装置和投影透镜；
其中，所述偏极化分光镜用于透射第一类型的平行偏振光，反射第二类型的平行偏振光；
所述第一显示基板用于将经由所述偏极化分光镜第一表面反射的第二类型的平行偏振光转换为携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光，且将所述携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光反射至偏极化分光镜的第一表面；
所述光回收装置用于将经由所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光，且使得所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光逆向传输至偏极化分光镜的第二表面；
所述投影透镜用于接收经由所述偏极化分光镜透射的携带第一图像信息的第一类型的平行偏振光和经由所述偏极化分光镜反射的携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光。
2.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述投影透镜的入射面正对于所述第一显示基板，所述偏极化分光镜设置于所述投影透镜和第一显示基板之间且与所述第一显示基板成45°角。
3.如权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，所述光回收装置包括光回收组件和第二显示基板，所述光回收组件用于将经由所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光转换为第二类型的平行偏振光并反射至所述第二显示基板，所述第二显示基板用于将所述光回收组件反射的第二类型的平行偏振光转换为携带第二图像信息的第一类型的平行偏振光并反射至所述光回收组件，所述光回收组件还用于将所述携带第二图像信息的第一类型的平行偏振光转化为所述携带第二图像信息的第二类型的平行偏振光并反射至所述偏极化分光镜的第二表面。
4.如权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，所述光回收组件包括反射镜和设置于反射镜表面的四分之一波片，所述反射镜和四分之一波片的设置方向平行于所述偏极化分光镜且其入射面朝向所述第二显示基板。
5.如权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，所述光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面和第二直角面为透射面，斜面为表面，所述第二直角面平行于所述第二显示基板，所述斜面平行于所述偏极化分光镜，所述第一直角面的表面设置有半波片，所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光由所述第一直角面入射。
6.如权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，所述光回收组件包括45°直角棱镜，其第一直角面和第二直角面为透射面，斜面为表面，所述第二直角面平行于所述第二显示基板，所述斜面平行于所述偏极化分光镜，所述第二直角面的表面设置有半波片，所述偏极化分光镜透射的第一类型的平行偏振光由所述第一直角面入射。
7.如权利要求3至6中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，所述第一显示基板和第二显示基板为同一显示基板的不同区域。
8.如权利要求3至6中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，所述第一显示基板和第二显示基板为硅基液晶。
9.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述第一图像信息和第二图像信息相同。
10.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述第一图像信息和第二图像信息分别为左眼图像和右眼图像。
11.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，还包括光源和照明系统，所述照明系统对光源发出的自然光进行转换后生成所述平行偏振光。
12.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述偏极化分光镜选自金属光栅或PBS膜。
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