CN105511091B - 分光合光装置和投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分光合光装置和投影显示系统。其中，分光合光装置包括：分光部件，用于对光源出射的光进行分光处理，光源出射的光包括待校正基色光和宽谱光，其中，分光部件包括第一分光膜，第一分光膜将光源出射的光分成沿第一光通道传输至光调制器的第一光和沿第二光通道传输至光调制器的第二光，其中第一光为宽谱光中的一部分与待校正基色光的混合光，第二光为宽谱光中的剩余部分的光；以及合光部件，用于对光调制器调制后的光进行合光处理。通过本发明，解决了现有技术中无法得到满足投影显示标准的基色光的问题，达到了对光源中的基色光进行校正得到满足投影显示标准的基色光的效果。

Description

分光合光装置和投影显示系统

技术领域

本发明涉及投影显示领域，具体而言，涉及一种分光合光装置和投影显示系统。

背景技术

目前，固态光源越来越广泛地应用于照明和显示领域。其中，对于投影显示领域，通常采用固态光源激发荧光粉来产生受激光，将产生的受激光作为投影光源。由于激光等固态光源的能量密度高，因此其激发荧光粉产生的受激光亮度高，因此，该项技术在投影显示领域得到了广泛应用。

一般采用主波长约为445nm蓝光作为激发光，其色坐标约为(0.15，0.016)，具有成本低的优点。然而，在国际通用的数字电视标准Rec709中，纯蓝光的色坐标为(0.15，0.06)，其主波长为462nm。因此，为了达到投影显示标准如Rec709标准，激光荧光粉技术会采用两种蓝光激光作为投影光源。一种为成本较低的蓝光激光，用于激发除蓝光基色光之外的基色光；另一种为主波长约为462nm，色坐标为(0.15，0.06)的蓝光激光，用于产生蓝光基色光。这项技术被广泛地应用到了投影显示系统中，现有的投影显示系统大都为三片式空间调制器(Spatial Light Modulator，简称为SLM)的激光荧光粉投影显示系统。三片式SLM激光荧光粉投影显示系统主要有三种技术，分别为三数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice，简称为DMD)，三液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称为LCD)及三液晶附硅(Liquid Crystal on Silicon，简称为LCoS)。

发明人发现，在对光源输出的光进行分光时，通常将同一颜色的基色光分光到不同的光调制器上，导致无法得到满足投影显示标准的基色光。

针对现有技术中无法得到满足投影显示标准的基色光的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种分光合光装置和投影显示系统，以解决现有技术中无法得到满足投影显示标准的基色光的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种分光合光装置。根据本发明的分光合光装置包括：分光部件，用于对光源出射的光进行分光处理，所述光源出射的光包括待校正基色光和宽谱光，其中，所述分光部件包括第一分光膜，所述第一分光膜将所述光源出射的光分成沿第一光通道传输至光调制器的第一光和沿第二光通道传输至所述光调制器的第二光，其中第一光为所述宽谱光中的一部分与所述待校正基色光的混合光，所述第二光为所述宽谱光中的剩余部分的光；以及合光部件，用于对所述光调制器调制后的光进行合光处理。

进一步地，所述分光部件还包括第二分光膜，所述第二分光膜将沿第二光通道传输的第二光分成沿第三光通道传输至所述光调制器的第三光和沿第四光通道传输至所述光调制器的第四光，所述第三光和第四光均为基色光。

进一步地，所述合光部件包括第一合光膜和第二合光膜，所述第二合光膜对所述光调制器调制后的第三光和所述光调制器调制后的第四光进行合光处理，所述第一合光膜对所述第一光和所述第一合光膜合光处理后的光进行合光处理。

进一步地，所述分光合光装置包括依次邻接的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜的交界面设置有第一膜片，所述第二棱镜和第三棱镜的交界面设置有第二膜片，所述第一分光膜和所述第一合光膜均为所述第一膜片，所述第二分光膜和所述第二合光膜均为所述第二膜片。

进一步地，所述分光部件包括设置有所述第一分光膜的第一滤光片和设置有所述第二分光膜的第二滤光片。

进一步地，所述合光部件包括设置有所述第一合光膜的第三滤光片和设置有所述第二合光膜的第四滤光片。

进一步地，所述待校正基色光为蓝光，所述宽谱光为黄光或者绿光。

进一步地，所述宽谱光中的一部分为所述黄光或者绿光中波段靠近所述蓝光的预设波段的光。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种投影显示系统。根据本发明的投影显示系统包括光调制器，还包括：光源，用于出射包括待校正基色光和宽谱光的光；以及上述的分光合光装置。

进一步地，所述光源包括：激发光源，用于输出激发光；以及波长转换器，用于将所述激发光转换为受激光，并出射包括待校正基色光和宽谱光的光，所述包括待校正基色光和宽谱光的光为所述受激光与未被所述波长转换器转换的激发光的混合光。

进一步地，所述激发光源采用蓝光激光器，所述激发光为主波长为445nm的蓝光，所述波长转换器包括黄光波长转换材料或者绿光波长转换材料。

进一步地，所述光调制器包括第一光调制器、第二光调制器和第三光调制器，所述第一光调制器对沿第一光通道传输的光进行调制，所述第二光调制器对沿第三光通道传输的光进行调制，所述第三光调制器对沿第四光通道传输的光进行调制。

根据本发明实施例，通过采用分光合光装置，该分光合光装置包括：分光部件，用于对光源出射的光进行分光处理，光源出射的光包括待校正基色光和宽谱光，其中，分光部件包括第一分光膜，第一分光膜将光源出射的光分成沿第一光通道传输至光调制器的第一光和沿第二光通道传输至光调制器的第二光，其中第一光为宽谱光中的一部分与待校正基色光的混合光，第二光为宽谱光中的剩余部分的光；以及合光部件，用于对光调制器调制后的光进行合光处理。利用第一分光膜截取光源输出的光中的待校正基色光和宽谱光中的一部分光，得到满足投影显示标准的基色光，输出至光调制器，从而解决了现有技术中无法得到满足投影显示标准的基色光的问题，达到了对光源中的基色光进行校正得到满足投影显示标准的基色光的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的分光合光装置的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的投影显示系统的示意图；

图3是根据本发明实施例的滤光膜截取波长的示意图；

图4是根据本发明实施例的滤光膜截取后的蓝光的光谱示意图；以及

图5是跟据本发明实施例的第二投影显示系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列元器件的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些元器件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些系统、产品或设备固有的其它元器件。

本发明实施例提供了一种分光合光装置。

图1是根据本发明实施例的分光合光装置的示意图。如图1所示，该分光合光装置10包括分光部件101和合光部件102。

分光部件101用于对光源出射的光进行分光处理，光源出射的光包括待校正基色光和宽谱光，其中，分光部件包括第一分光膜(图中未示出)，第一分光膜将光源出射的光分成沿第一光通道传输至光调制器20的第一光和沿第二光通道传输至光调制器20的第二光，其中第一光为宽谱光中的一部分与待校正基色光的混合光，该第一光为满足投影显示标准的基色光，第二光为宽谱光中的剩余部分的光。合光部件102用于对光调制器调制后的光进行合光处理。

光源出射的光可以是白光，也可以是蓝光和绿光的混合光。待校正基色光为待校正的基色光，该待校正基色光可以是不满足投影显示标准的基色光，例如主波长为445nm的蓝光。宽谱光可以是基色光，例如绿光，也可以是其他颜色光，例如黄光。具体地，宽谱光为光谱范围较宽且连续的光，例如，光谱范围大于10nm且光谱连续的光。宽谱光可以是LED光，也可以是激发光激发荧光粉所产生的荧光等。待校正基色光所具有的波长与宽谱光的所具有的波长之间相隔一定波段。第一分光膜用于将光源出射的光分成沿第一光通道传输的第一光和沿第二光通道传输的第二光，其中，第一光为由待校正基色光和宽谱光中的一部分波段的光混合得到的混合光，第二光为宽谱光中与待校正基色光混合的那部分之外的剩余部分的光，也即是，宽谱光中一部分波段的光与待校正基色光混合，得到满足投影显示标准的基色光即第一光或者混合光。这里的宽谱光的一部分是指宽谱光中波段靠近待校正基色光的预设波段的光。第一光沿第一光通道传输到光调制器，另一部分波段的光则沿第二光通道传输到光调制器。其中，接收第一光的光调制器与接收第二光的光调制器为不同的光调制器。

这样，经过第一分光膜分光后，将待校正基色光与宽谱光的一部分截取出来，最终得到满足投影显示标准(如数字电视标准Rec709)的基色光。例如，当待校正基色光为蓝光，宽谱光为黄光时，如图3所示，其中，横坐标表示波长，左侧纵坐标表示光的相对强度，右侧坐标表示反射率。曲线601为光源输出的光，曲线602为滤光膜截取的波长，其中，曲线601的第一波峰所示的光是主波长为445nm的蓝光，第二波峰所示的光为宽谱的黄光，通过第一分光膜将蓝光和黄光的短波长部分截取出来，得到满足标准Rec709的蓝光。曲线602所包含的波段即为本发明实施例中通过第一分光膜截取的波段，例如，0～530nm。

根据本发明实施例，通过采用第一分光膜截取光源输出的光中的待校正基色光和宽谱光中的一部分光，得到满足投影显示标准的基色光，输出至光调制器，从而解决了现有技术中无法得到满足投影显示标准的基色光的问题，达到了对光源中的基色光进行校正得到满足投影显示标准的基色光的效果。

优选地，分光部件还包括第二分光膜，第二分光膜将沿第二光通道传输的第二光分成第三光通道传输至光调制器的第三光和沿第四光通道传输至光调制器的第四光，第三光和第四光均为基色光。第二分光膜用于将第二光分成分别沿第三光通道传输的第三光和沿第四光通道传输的第四光。当宽谱光包括为黄光时，第三光可以是绿光，第四光可以是红光。分光后的第三光和第四光可以是满足投影显示标准的基色光，这样，就可以得到满足投影显示标准的三种基色光。

优选地，合光部件包括第一合光膜和第二合光膜，第二合光膜对光调制器调制后的第三光和光调制器调制后的第四光进行合光处理，第一合光膜对第一光和第一合光膜合光处理后的光进行合光处理。

根据本发明实施例，利用第一合光膜和第二合光膜对调制后的光进行合光处理，由于合光后的光所包含的基色光均为满足投影显示标准的基色光，将合光处理后的光输出后可以用于进行立体成像，进行投影显示，例如实现3D显示等。

优选地，分光合光装置包括依次邻接的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，第一棱镜和第二棱镜的交界面设置有第一膜片，第二棱镜和第三棱镜的交界面设置有第二膜片，第一分光膜和第一合光膜均为第一膜片，第二分光膜和第二合光膜均为第二膜片。也即是第一分光膜与第一合光膜为同一膜片，第二分光膜与第二合光膜为同一膜片。

具体地，第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜可以依次顺序排列，光源输出的光依次通过第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，其中，第一棱镜与第二棱镜的交界面设置有第一膜片，第一膜片与第一分光膜具有相同的作用；第二棱镜与第三棱镜的交界面上设有第二膜片，第二膜片与第二分光膜具有相同的作用。

根据本发明实施例，采用第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜以及第一膜片和第二膜片作为分光合光装置，这样，使得分光部件与合光部件为同一部件，从而减少光源校正设备中部件的数量，使得光源校正设备结构简单，进而使得分光合光装置的结构更加简单。

进一步地，分光部件和合光部件为同一飞利浦棱镜，第一滤光膜镀在飞利浦棱镜的一面上。

如图2所示，分光部件和合光部件为同一飞利浦(Philips)棱镜205，第一滤光膜镀在飞利浦棱镜的一面2052上，其中，第一滤光膜用于将光源输出的白光中预设波段的基色光反射到光调制器206上。

具体地，采用Philips棱镜作为分光合光装置。该白光入射到全反射(TIR)棱镜204上，经面2041全反射后透过面2042，再入射到Philips棱镜205，透射面2051，再入射到面2052，该面2052镀有滤光膜，可将蓝光及黄光的短波长部分反射到面2051，经面2051全反射后入射到SLM206，再经SLM进行图像调制后返回到面2051，再经2051全反射后入射到面2052，再经面2052上的滤光膜反射出Philips棱镜，再透射出TIR棱镜204，进入投影镜头207后输出。

该实施例中，滤光膜的滤波示意图如图3和图4所示。图3中，横坐标表示波长，左侧纵坐标表示光的相对强度，右侧坐标表示反射率。曲线601为光源输出的所具有的波长，曲线602为滤光膜截取的波长，其中，曲线602所包含的波段即为本发明实施例中的预设波段，例如，0～530nm。图4所示的波形图即为截取后的预设波段的基色光，其色坐标为(0.15，0.06)。

可选地，分光部件包括设置有第一分光膜的第一滤光片和设置有第二分光膜的第二滤光片。

具体地，如图5所示，分光部件705的第一滤光片7051上设置有第一分光膜，用于将光源输出的光704分成沿第一光通道传输至第一光调制器7061的第一光和沿第二光通道传输至第二滤光片7052，第二滤光片7052上设置有第二分光膜，第二分光膜用于对第二光进行分光处理。

进一步地，合光部件包括设置有第一合光膜的第三滤光片和设置有第二合光膜的第四滤光片。

具体地，如图5所示，合光部件707包括设置有第一合光膜的第三滤光片7071和设置有第二合光膜的第四滤光片7072。其中，调制后的第三光和第四光经过第四滤光片7072后合光，再出射至第三滤光片7071，第一光经第一光调制器7061调制后输出至第三滤光膜7071，第三滤光膜7071将调制后的第一光和合光后的第三光和第四光进行合光，再经过投影透镜708输出。

优选地，本发明实施例中的待校正基色光为蓝光，宽谱光为黄光或者绿光。

进一步地，宽谱光中的一部分为黄光或者绿光中波段靠近蓝光的预设波段的光。具体地可以参见上述实施例中对图3的描述，这里不做赘述。

本发明实施例，通过第一滤光膜将蓝光以及黄光的段波长部分截取出来，如图3和图4所示，从而得到满足投影显示标准的蓝色基色光。

本发明实施例还提供了一种投影显示系统。该投影显示系统，包括光调制器，还包括：光源和分光合光装置。其中，光源用于出射包括待校正基色光和宽谱光的光。这里的光源、待校正基色光和宽谱光的描述可以参见本发明实施例中分光合光装置的描述，这里不做赘述。分光合光装置为发明上述实施例中所提供的分光合光装置。

优选地，光源包括：激发光源，用于输出激发光；波长转换器，用于将激发光转换为受激光，并出射包括待校正基色光和宽谱光的光，包括待校正基色光和宽谱光的光为受激光与未被波长转换器转换的激发光的混合光。

如图2所示，光源包括：激发光源201，用于输出激发光；以及波长转换器，用于将激发光转换为受激光，并出射包括待校正基色光和宽谱光的光。其中，波长转换器可以包括：色轮202和驱动旋转装置203。激发光源201可以采用成本较低的主波长445nm的蓝光激光器，也可以采用产生其他波长的激发光的激光器。激发光源可以采用激光器。

根据本发明实施例，采用激发光源产生激发光，使得产生的受激光亮度高，从而提高投影的效果，且无需采用两种波长的激光器就可以得到满足投影显示标准的基色光。

进一步地，激发光源采用蓝光激光器，激发光为主波长为445nm的蓝光，波长转换器包括黄光波长转换材料或者绿光波长转换材料。

具体地，色轮202上涂有产生受激光的荧光粉，色轮在激发光的激发下产生受激光；驱动旋转装置203，色轮202设置在驱动旋转装置203上，驱动旋转装置203用于驱动色轮202旋转。

激发光源201输出的激发光激发色轮202上的荧光粉，使其产生受激光，同时，受激光与未发生激发作用的激发光混合生成白光。当激发光为蓝光时，荧光粉可以是黄光荧光粉，也可以是红光荧光粉和绿光荧光粉的混合荧光粉，使得混合光包括三种基色光。

进一步地，激发光源为蓝光激光器，激发光为主波长为445nm的蓝光，色轮202上涂有黄色荧光粉，色轮在激发光的激发下，产生黄色激发光，其中，飞利浦棱镜205的面2052设有滤光膜，该滤光膜用于过滤出蓝光和黄光的一部分合成的蓝光。

优选地，投影显示系统还包括：全反射棱镜，用于将白光全反射到光源校正设备。

优选地，光调制器包括第一光调制器、第二光调制器和第三光调制器，第一光调制器对沿第一光通道传输的光进行调制，第二光调制器对沿第三光通道传输的光进行调制，第三光调制器对沿第四光通道传输的光进行调制。沿第一光通道传输的光为本发明实施例中的第一光，沿第三光通道传输的光的光为本发明实施例中的第三光，沿第四光通道传输的光为本发明实施例中的第四光。下面通过结合图2或图5对光调制器进行描述。

结合图2对本发明实施例进行描述。如图2所示，主波长约为445nm的蓝光激光器作为激发光源，将激发光入射到色轮202上，该色轮202设置在驱动旋转装置203上，色轮202产生受激光黄光，该黄光与未激发的蓝光混合生成白光；该白光入射到TIR棱镜204上，经面2041全反射后透过面2042，再入射到Philips棱镜205，经过透射面2051，再入射到面2052，该面2052镀有滤光膜即第一分光膜，可将蓝光及黄光的短波长部分即第一光(具体地见图3和图4)反射到面2051，经面2051全反射后入射到第一光调制器即SLM206(其中，黄光中的剩余绿光部分经第三光通道传输至第二光调制器，红光部分经第四光通道传输至第三光调制器，图中均未示出)。蓝光及黄光的短波长部分再经SLM206进行图像调制后返回到面2051，再经2051全反射后入射到面2052，再经面2052上的滤光膜反射出Philips棱镜205，再透射出TIR204，进入投影镜头207后输出。

根据本发明实施例，通过滤光膜将蓝光及黄光的短波长部分截取出来，可获得满足Rec709标准要求的蓝光色坐标。如图3和图4所示。

在三LCD及三LCoS的投影显示系统中也可以采用发明实施例的方案，获取满足Rec709的蓝光色坐标。

具体地，如图5所示，主波长约为445nm的蓝光激光器701作为激发光源，入射到色轮702上，该色轮702置于驱动旋转装置703，产生受激光黄光及未激发的蓝光混合而成的白光704；该白光704入射到分光部件705上，经二向色片7051即第一滤光片滤光后，蓝光和黄光的短波长部分入射到LCD面板或LCoS面板即光调制器7061，黄光的剩余部分经过第二滤光片7052后，分光成绿光和红光，绿光部分经第三光通道传输至第二光调制器7062，红光部分经第四光通道传输至第三光调制器7063。再经LCD面板或LCoS面板图像调制后入射到合光部件707的二向色片7071即第二滤光片，再进入投影镜头708后输出。白光704经二向色片7051及7071滤光后，可以获得满足Rec709标准要求的蓝光色坐标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分光合光装置，其特征在于，包括：

分光部件，用于对光源出射的光进行分光处理，所述光源出射的光包括待校正基色光和宽谱光，所述宽谱光的光谱范围大于10nm且所述光谱连续，其中，所述分光部件包括第一分光膜，所述第一分光膜将所述光源出射的光分成沿第一光通道传输至光调制器的第一光和沿第二光通道传输至所述光调制器的第二光，其中第一光为所述宽谱光中的一部分与所述待校正基色光的混合光，所述第二光为所述宽谱光中的剩余部分的光；以及

合光部件，用于对所述光调制器调制后的光进行合光处理，

其中，所述待校正基色光为蓝光，所述宽谱光为黄光或者绿光；所述分光部件还包括第二分光膜，所述第二分光膜将沿第二光通道传输的第二光分成沿第三光通道传输至所述光调制器的第三光和沿第四光通道传输至所述光调制器的第四光，所述第三光和第四光均为基色光。

2.根据权利要求1所述的分光合光装置，其特征在于，所述合光部件包括第一合光膜和第二合光膜，所述第二合光膜对所述光调制器调制后的第三光和所述光调制器调制后的第四光进行合光处理，所述第一合光膜对所述第一光和所述第一合光膜合光处理后的光进行合光处理。

3.根据权利要求2所述的分光合光装置，其特征在于，所述分光合光装置包括依次邻接的第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第二棱镜的交界面设置有第一膜片，所述第二棱镜和第三棱镜的交界面设置有第二膜片，所述第一分光膜和所述第一合光膜均为所述第一膜片，所述第二分光膜和所述第二合光膜均为所述第二膜片。

4.根据权利要求2所述的分光合光装置，其特征在于，所述分光部件包括设置有所述第一分光膜的第一滤光片和设置有所述第二分光膜的第二滤光片。

5.根据权利要求4所述的分光合光装置，其特征在于，所述合光部件包括设置有所述第一合光膜的第三滤光片和设置有所述第二合光膜的第四滤光片。

6.根据权利要求1至5任一项所述的分光合光装置，其特征在于，所述宽谱光中的一部分为所述黄光中波段靠近所述蓝光的预设波段的光，或者绿光中波段靠近所述蓝光的预设波段的光。

7.一种投影显示系统，包括光调制器，其特征在于，还包括：

光源，用于出射包括待校正基色光和宽谱光的光；以及

权利要求1至6中任一项所述的分光合光装置。

8.根据权利要求7所述的投影显示系统，其特征在于，所述光源包括：

激发光源，用于输出激发光；以及

波长转换器，用于将所述激发光转换为受激光，并出射包括待校正基色光和宽谱光的光，所述包括待校正基色光和宽谱光的光为所述受激光与未被所述波长转换器转换的激发光的混合光。

9.根据权利要求8所述的投影显示系统，其特征在于，

所述激发光源采用蓝光激光器，所述激发光为主波长为445nm的蓝光，所述波长转换器包括黄光波长转换材料或者绿光波长转换材料。

10.根据权利要求9所述的投影显示系统，其特征在于，所述光调制器包括第一光调制器、第二光调制器和第三光调制器，所述第一光调制器对沿第一光通道传输的光进行调制，所述第二光调制器对沿第三光通道传输的光进行调制，所述第三光调制器对沿第四光通道传输的光进行调制。

Images