CN107678231B - 硅基液晶投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅基液晶投影系统。该硅基液晶投影系统包括：第一硅基液晶片和第二硅基液晶片，光源模组，用于依序出射至少两束光；起偏元件，用于将每束宽谱光的偏振态转换为第一偏振态；波长选择偏振转换器件，用于将第一偏振态的每束宽谱光转换成具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束；偏振分光合光器件，用于将具有第一偏振态的第一光束沿第一光路传输至第一硅基液晶片，将具有第二偏振态的第二光束沿第二光路传输至第二硅基液晶片，并对第一硅基液晶片和第二硅基液晶片出射的光束进行合路出射。通过本发明，解决了现有技术中硅基液晶投影系统色域较小的问题，进而达到了提高硅基液晶投影系统色域宽度的效果。

Description

硅基液晶投影系统

技术领域

本发明是发明名称为“硅基液晶投影系统”申请号为CN201510013373.7的分案申请。

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种硅基液晶投影系统。

背景技术

随着投影技术的日新月异，硅基液晶(Liquid Crystal On Silion，简称LCOS)投影系统不断应用在生活中的各个场景，当前普遍应用的LCOS投影系统一般为图1中示出的单片式LCOS投影系统和图2中示出的三片式LCOS投影系统。

在图1所示出的单片式LCOS投影系统中，101为光源，102为PBS棱镜，103为LCOS芯片，104投影镜头。光源101可以为灯泡或者LED光源，发出时序的红、绿、蓝光依次入射到LCOS上进行调制，具体地，经过PBS棱镜102时，其中的具有某种偏振态(例如S光)的光被反射到LCOS芯片103上进行调制，调制后偏振态偏转90度，经过PBS棱镜透射，进入镜头104，最终经过人眼的积分效应形成彩色图像。

在图2所示出的三片式LCOS投影系统中，201为光源，202、203、204为二向色片，205、207、209为PBS棱镜，206(B)、208(R)、210(G)分别为处理蓝、红、绿光LCOS芯片，211为X-cube三色光合光棱镜。光源201可以为灯泡或者LED光源，经过二向色片202、203与204后分成红、绿、蓝三基色光，三路光束经过PBS棱镜205、207与209后，形成响应的LCOS面板的照明光源，入射到LCOS上经过调制后出射，在三色光合光棱镜211处合光后形成彩色图像。

其中，每个LCOS处理一种基色光，单色光图像空间叠加最终形成彩色图像。相比而言，采用单片式LCOS投影系统，其光效与亮度较低，而采用三片式LCOS投影系统，虽然亮度提高，但由于光学元件数量大幅增加，其装配难度以及成本也大幅提高。双片式LCOS投影系统兼顾成本与光效，成为一种较为理想的选择。同时，在光源选取方面，不论是单片式LCOS系统还是三片式LCOS系统，当前一般选用灯泡或者LED作为光源，选用灯泡作为光源，能够做到高亮度，但由于其光谱覆盖整个可见光，因此三基色色彩饱和度不够，色域范围较小，同时由于其红光比例过少，使得色彩亮度不够；选用LED作为光源，虽然色域较宽，但亮度有限。

上述单片式LCOS投影系统以及三片式LCOS投影系统，均为三基色构成的三角形色域，图3是单片式LCOS投影系统或三片式LCOS投影系统的色域图，如图3所示，可以看到，单片式LCOS投影系统或三片式LCOS投影系统的色域离REC.709标准还有一点差距，距离DCI标准相差更远。

针对相关技术中硅基液晶投影系统色域较小的问题，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硅基液晶投影系统，以解决现有技术中硅基液晶投影系统色域较小的问题。

根据本发明，提供了一种硅基液晶投影系统。

根据本发明的硅基液晶投影系统包括第一硅基液晶片和第二硅基液晶片，还包括：光源模组，用于依序出射至少两束光，所述至少两束光中的至少一束光为宽谱光，且所述至少两束光的合光包含三基色光；起偏元件，设置于所述光源模组的各宽谱光的传输光路中，用于将每束宽谱光的偏振态转换为第一偏振态；波长选择偏振转换器件，设置于所述起偏元件的后端光路中，用于将所述第一偏振态的每束宽谱光转换成具有所述第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束，其中所述第一偏振态与所述第二偏振态相互垂直，所述第一光束与所述第二光束具有不同的波谱范围；偏振分光合光器件，设置于所述波长选择偏振转换器件的后端光路中，用于将具有所述第一偏振态的所述第一光束沿第一光路传输至所述第一硅基液晶片，将具有所述第二偏振态的所述第二光束沿第二光路传输至所述第二硅基液晶片，并对所述第一硅基液晶片和所述第二硅基液晶片出射的光束进行合路出射。

进一步地，所述光源模组包括：激发光源，用于出射激发光；第一波长转换装置，设置在所述激发光的传输光路中，用于在所述激发光的照射下依序产生所述至少两束光。

进一步地，所述第一波长转换装置包括：三段式色轮，所述三段式色轮在所述激发光的照射下依序出射三束不同的基色光，所述三束不同的基色光中至少一束基色光为宽谱光。

进一步地，具有所述第一偏振态的所述第一光束和具有所述第二偏振态的所述第二光束为同色异谱的光。

进一步地，所述三束不同的基色光中至少一束基色光为窄谱光。

进一步地，所述三种基色光分别为红光、绿光、蓝光。

进一步地，所述第一波长转换装置包括：两段式色轮，所述两段式色轮在所述激发光的照射下依序出射两束光，所述两束光中的至少一束光为宽谱光，且所述两束光的合光包含三基色光。

进一步地，所述具有第一偏振态的第一光束和所述具有第二偏振态的第二光束分别为不同的基色光。

进一步地，所述两束光中的至少一束光为窄谱光。

进一步地，所述宽谱光为青光、黄光或者品红光中的任意一种。

进一步地，所述窄谱光为红光、绿光或者蓝光中的任意一种。

进一步地，所述硅基液晶投影系统还包括：分光部件，设置于所述波长转换装置和所述起偏元件之间的光路中，用于将所述波长转换装置出射的所述宽谱光和所述窄谱光分成沿不同光路传输的光，并将所述宽谱光引导至所述起偏元件，将所述窄谱光引导至光路中继元件组；所述光路中继元件组，设置于所述分光部件分出的所述窄谱光的传输光路中，用于将所述窄谱光中继至合光部件；所述合光部件，用于将所述波长选择偏振转换器件出射的光束与所述光路中继元件组中继的光束合路出射至所述偏振分光合光器件。

进一步地，所述光源模组进一步包括：窄谱光源，用于出射所述窄谱光；所述第一波长转换装置同时设置于所述激发光和所述窄谱光的传输光路中，用于在所述激发光源和所述窄谱光源的交替照射下依序产生所述至少两束光。

进一步地，所述光源模组进一步包括：第二波长转换装置，所述第二波长转换装置设置于所述窄谱光的传输光路中；所述第一波长转换装置设置于所述激发光的传输光路中，且所述激发光源和所述窄谱光源交替开启，以使所述第一波长转换装置和所述第二波长转换装置配合而依序产生所述至少两束光。

在本发明中，采用具有以下结构的硅基液晶投影系统：光源模组，用于依序出射至少两束光，所述至少两束光中的至少一束光为宽谱光，且所述至少两束光的合光包含三基色光；起偏元件，设置于所述光源模组的各宽谱光的传输光路中，用于将每束宽谱光的偏振态转换为第一偏振态；波长选择偏振转换器件，设置于所述起偏元件的后端光路中，用于将所述第一偏振态的每束宽谱光转换成具有所述第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束，其中所述第一偏振态与所述第二偏振态相互垂直，所述第一光束与所述第二光束具有不同的波谱范围；偏振分光合光器件，设置于所述波长选择偏振转换器件的后端光路中，用于将具有所述第一偏振态的所述第一光束沿第一光路传输至所述第一硅基液晶片，将具有所述第二偏振态的所述第二光束沿第二光路传输至所述第二硅基液晶片，并对所述第一硅基液晶片和所述第二硅基液晶片出射的光束进行合路出射。通过利用光源模组依序出射至少一束光为宽谱光的至少两束光，并经起偏元件、波长选择偏振转换器件和偏振分光合光器件对至少两束光的偏振态进行转换后分配到两个硅基液晶片上，经过硅基液晶片调制后合光出射，最终进入投影镜头成像。区别于现有的单片式LCOS投影系统以及三片式LCOS系统，本发明采用双片式LCOS结构，兼顾了系统的成本与光效，并且偏振分光合光组件将光源组件输出的多种不同颜色的光按照不同波长区间转换成不同的偏振态，实现了将多种不同颜色的光分成不同基色，增大了硅基液晶投影系统的色域，解决了现有技术中硅基液晶投影系统色域较小的问题，进而达到了提高硅基液晶投影系统色域宽度的效果。

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是根据相关技术的单片式LCOS投影系统的示意图；

图2是根据相关技术的三片式LCOS投影系统的示意图；

图3是根据相关技术的单片式LCOS投影系统或三片式LCOS投影系统的色域图；

图4是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统的示意图；

图5是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统中三段式色轮的正视图；

图6是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统的光谱与偏振态的关系图；

图7是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图；

图8是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统的色域图；

图9是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统的示意图；

图10是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图；

图11是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统的光谱与偏振态的关系图；

图12是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图；

图13是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统的色域图；

图14是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的示意图；

图15是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图；

图16是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的光谱的示意图；

图17是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图；

图18是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的光透过率与偏振态的关系图；

图19是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统的示意图；

图20是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统的示意图；

图21是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图；

图22是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图；以及

图23是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统的光透过率与偏振态的关系图。

具体实施方式

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能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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。

根据本发明实施例，提供了一种硅基液晶投影系统，以下对本发明实施例所提供的硅基液晶投影系统做具体介绍：

本发明实施例所提供的硅基液晶投影系统主要包括光源模组、起偏元件、波长选择偏振转换器件和偏振分光合光器件，其中：

光源模组用于依序出射至少两束光，至少两束光中的至少一束光为宽谱光，且至少两束光的合光包含三基色光，在本发明实施例中，宽谱光可以为光谱连续或者不连续，且光谱跨度范围大于或者等于10nm的光。

起偏元件设置于光源模组的各宽谱光的传输光路中，用于将每束宽谱光的偏振态转换为第一偏振态。

波长选择偏振转换器件设置于起偏元件的后端光路中，用于将第一偏振态的每束宽谱光转换成具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束，其中第一偏振态与第二偏振态相互垂直，第一光束与第二光束具有不同的波谱范围，在本发明实施例中，第一偏振态可以是P偏振态，则第二偏振态相应地为S偏振态；第一偏振态还可以是S偏振态，则第二偏振态相应地为P偏振态。

偏振分光合光器件设置于波长选择偏振转换器件的后端光路中，用于将具有第一偏振态的第一光束沿第一光路传输至第一硅基液晶片，将具有第二偏振态的第二光束沿第二光路传输至第二硅基液晶片，并对第一硅基液晶片和第二硅基液晶片出射的光束进行合路出射，其中，第一硅基液晶片和第二硅基液晶片为硅基液晶投影系统所包括的两片硅基液晶片，第一光束沿第一光路传输至第一硅基液晶片后，第一硅基液晶片对第一光束进行调制，第二光束沿第二光路传输至第二硅基液晶片后，第二硅基液晶片对第二光束进行调制，第一硅基液晶片和第二硅基液晶片对各自所接收的光进行的调制，可以采用现有技术中任意一种调制方式，此处不再赘述。

本发明实施例所提供的硅基液晶投影系统，通过利用光源模组依序出射至少一束光为宽谱光的至少两束光，并经起偏元件、波长选择偏振转换器件和偏振分光合光器件对至少两束光的偏振态进行转换后分配到两个硅基液晶片上，经过硅基液晶片调制后合光出射，最终进入投影镜头成像。区别于现有的单片式LCOS投影系统以及三片式LCOS系统，本发明采用双片式LCOS结构，兼顾了系统的成本与光效，并且偏振分光合光组件将光源组件输出的多种不同颜色的光按照不同波长区间转换成不同的偏振态，实现了将多种不同颜色的光分成不同基色，增大了硅基液晶投影系统的色域，解决了现有技术中硅基液晶投影系统色域较小的问题，进而达到了提高硅基液晶投影系统色域宽度的效果。

本发明实施例所提供的硅基液晶投影系统中的光源模组主要包括激发光源和第一波长转换装置，激发光源用于出射激发光，第一波长转换装置设置在激发光的传输光路中，用于在激发光的照射下依序产生上述至少两束光。其中，宽谱光既可以为单基色宽谱光，也可以为包括至少两种基色光宽谱光，对于宽谱光为单基色宽谱光的情况，具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束为同色异谱的光，对于宽谱光为包括至少两种基色光宽谱光的情况，具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束分别为不同的基色光，在本发明实施例中，单基色宽谱光是指光谱范围在一种基色光的光谱范围内的光，两种基色光的宽谱光是指光谱范围覆盖两种基色光的光谱范围的光，如青光、品红光、黄光等。

以下具体说明本发明实施例所提供的硅基液晶投影系统的结构：

图4是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统的示意图，如图4所示，在本发明第一实施例所提供的硅基液晶投影系统中，光源模组主要包括激光光源401和作为第一波长转换装置的三段式色轮403，起偏元件为起偏器407，具体地：

激光光源401用于产生第一颜色的激发光，在本发明实施例中，激光光源401可以采用半导体蓝光激光器，产生蓝色激发光。

三段式色轮403在激发光的照射下依序出射三束不同的基色光，三束不同的基色光中至少一束基色光为宽谱光，三束不同的基色光中至少一束基色光为窄谱光，具体地，可以在激发光的照射下依序出射红光、绿光和蓝光，其中红光，绿光中的至少一个为宽谱光。图5是根据本发明第一实施例的硅基液晶投影系统中三段式色轮的正视图，如图5所示，三段式色轮403包括第一色段S1、第二色段S2和第三色段S3，其中，第一色段S1上敷设有用于对激发光消偏振的散射粉，对应激光光源401采用半导体蓝光激光器产生蓝色激发光的情况，第一色段S1上涂有用于对蓝光进行消偏振的散色粉；第二色段S2上敷设有用于在激发光的激发下产生绿光的荧光粉，则第二色段S2上涂有绿色荧光粉；第三色段S3上敷设有用于在激发光的激发下产生红的荧光粉，则第三色段S3上涂有红色荧光粉。

起偏器407用于将三段式色轮403出射的红光、绿光和蓝光中的宽谱光转换为第一偏振态，若三段式色轮403出射的光中红光为宽谱光，则起偏器407将红光宽谱光装换为第一偏振态，波长选择偏振转换器408则将第一偏振态的红光宽谱光转换成具有第一偏振态的第一红光光束和具有第二偏振态的第二红光光束，则传输至第一硅基液晶片413的第一光束为第一红光光束，传输至第二硅基液晶片414的第二光束为第二红光光束，其中第一红光光束与第二红光光束具有不同的波谱范围；若三段式色轮403出射的光中绿光为宽谱光，则起偏器407将绿光宽谱光装换为第一偏振态，波长选择偏振转换器408则将第一偏振态的绿光宽谱光转换成具有第一偏振态的第一绿光光束和具有第二偏振态的第二绿光光束，则传输至第一硅基液晶片413的第一光束为第一绿光光束，传输至第二硅基液晶片414的第二光束为第二绿光光束，其中第一绿光光束与第二绿光光束具有不同的波谱范围；若三段式色轮403出射的光中红光和绿光均为宽谱光，则起偏器407将红光宽谱光和绿光宽谱光均装换为第一偏振态，波长选择偏振转换器408则将第一偏振态的红光宽谱光转换成具有第一偏振态的第一红光光束和具有第二偏振态的第二红光光束，同时将第一偏振态的绿光宽谱光转换成具有第一偏振态的第一绿光光束和具有第二偏振态的第二绿光光束，则传输至第一硅基液晶片413的第一光束包括第一红光光束和第一绿光光束，传输至第二硅基液晶片414的第二光束包括第二红光光束和第二绿光光束。在本发明实施例中，波长选择偏振转换器408可以将绿光宽谱光中波长较短的一部分转为S光(以下用G1S表示)，将绿光宽谱光中波长较长的一部分转为P光(以下用G2P表示)，将红光宽谱光中波长较短的一部分转为P光(以下用R1P表示)，将红光宽谱光中波长较长的一部分转为S光(以下用R2S表示)。

本发明第一实施例的硅基液晶投影系统还可以包括分光部件、光路中继元件组和合光部件，其中，分光部件设置于三段式色轮403和起偏元件407之间的光路中，用于将三段式色轮403出射的红光和绿光透射至起偏元件407，且反射蓝光；光路中继元件组设置于分光部件反射的蓝光的传输光路中，用于将分光部件反射的蓝光中继至合光部件；合光部件用于将波长选择偏振转换器件408出射的光束与光路中继元件组中继的光束合路出射至偏振分光合光器件。

具体地，在本发明第一实施例的硅基液晶投影系统中，分光部件可以为第一二向色镜406，合光部件可以为第二二向色镜409，光路中继元件组主要包括反射镜，其中：

第一二向色镜406用于反射蓝光，透射绿光和红光。

反射镜用于反射第一二向色镜406反射的蓝光，为保证光路传输的稳定性，一般将第一二向色镜406和第二二向色镜409的反射面与硅基液晶投影系统的光轴所成的锐角设置为45度角，此种情况，至少需要两块反射镜的配合，才能将第一二向色镜406反射的蓝光反射到第二二向色镜409，图4中示意性示出了反射镜包括第一反射镜410和第二反射镜411，其中，第一反射镜410与第一二向色镜406平行，第二反射镜411与第二二向色镜409平行，并且与第一反射镜410垂直。

第二二向色镜409用于接收并反射第二反射镜411反射的蓝光至偏振分光棱镜412，接收并透射第一偏振态的第一光束和第二偏振态的第二光束至偏振分光棱镜412，即，第二二向色镜409用于接收并反射第二反射镜411反射过来的蓝光至偏振分光棱镜412，接收并透射G1S光、G2P光、R1P光和R2S光至偏振分光棱镜412。

偏振分光棱镜412用于将蓝光转换为第一偏振态的光和第二偏振态的光，并将第一偏振态的光传输至第一硅基液晶片413，将第二偏振态的光传输至第二硅基液晶片414，以及将第一硅基液晶片413返回的第一调制光和第二硅基液晶片414返回的第二调制光合光为合光光束后进行出射，即，偏振分光棱镜412将蓝光转为S光蓝光和P光蓝光，并将S光蓝光和P光蓝光分配到两片硅基液晶片，然后将两片硅基液晶片返回的调制光合光为合光光束后进行出射。

此外，为保证光路传输的稳定性、光线的聚集性和强度，本发明第一实施例的硅基液晶投影系统还可以包括第一透镜402、匀光部件和第二透镜405，其中，匀光部件可以为方棒404，第一透镜402作为收集透镜，设置在激光光源401和三段式色轮403之间，用于聚焦激光光源401产生的激发光至三段式色轮403；方棒404设置在三段式色轮403和第二透镜405之间，用于对蓝光、绿光和红光进行匀光；第二透镜405作为中继透镜，设置在方棒404和偏振组件之间，用于聚焦匀光后蓝光、绿光和红光至偏振组件。

以下进一步对本发明第一实施例所提供的硅基液晶投影系统的工作原理说明如下：

激光光源401产生的蓝色激发光，经收集透镜402聚焦后入射到三段式色轮403上，涂有散射粉的第一色段S1将蓝光消偏振后出射，涂有绿色荧光粉的第二色段S2在蓝色激发光的激发下得到绿色荧光，涂有红色荧光粉的第三色段S3在蓝色激发光的激发下得到红色荧光，色轮输出的光进入方棒404匀光后，经中继透镜405到达二向色镜406处，二向色镜406反射蓝光，透射绿光和红光，反射的蓝光经过反射镜410、反射镜411后到达二向色镜409处，透射的绿光和红光经过起偏器407变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件408后，绿光和红光在不同波长区间发生了不同的偏振态变化，波长较短的绿光部分G1仍为S光，波长较长的绿光部分G2变为P光，波长较短的红光部分R1变为P光，波长较长的红光部分R2仍为S光，其光谱与偏振态的关系如图6所示，在图6中示出的光谱与偏振态的关系图中，示出了对于波长范围为480nm至600nm的绿光而言，将480nm至520nm的波长较短的绿光部分G1转换为S光，将530nm至600nm的波长较长的绿光部分G2转换为P光，其中，在本发明实施例中，520nm至530nm部分的绿光可以被转换为S光，也可以被转换为P光；同时还示出了对于波长范围为560nm至680nm的红光而言，将560nm至620nm的波长较短的红光部分R1转换为P光，将640nm至680nm的波长较长的红光部分R2转换为S光，同样，对于620nm至640nm部分的红光可以被转换为S光，也可以被转换为P光。

二向色镜409透射绿光和红光，反射蓝光，由此二向色镜409后光束中包含蓝光，R1P光、R2S光，G1S光、G2P光，经过PBS棱镜412后，蓝光被分成P光和S光入射到两个LCOS上，其中P光蓝光透射PBS棱镜412，入射到LCOS芯片414上，S光蓝光反射，入射到LCOS芯片413上，R1P光透射，入射到LCOS芯片414上，R2S光反射，入射到LCOS芯片413上，G1S光透射，入射到LCOS芯片414上，G2P光反射，入射到LCOS芯片413上，由此两个LCOS芯片上的光时序如图7所示，在本发明实施例中，两个LCOS芯片调制光的时序要与三段式色轮分段比例保持一致，也即是LCOS芯片与色轮要保持同步。经过LCOS调制后，出射光偏振态旋转90度，出射光束在PBS棱镜412处合光，出射光束中包含S光蓝光和P光蓝光合成的蓝光，R1s光、R2p光和G1p光、G2s光，最终进入投影镜头415形成图像。

本发明第一实施例所提供的硅基液晶投影系统，利用波长选择偏振转换器件408的特性，将绿光和红光分别在不同波长区间转换成不同的偏振态，入射到两个LCOS芯片上进行处理，从而实现了更多的基色，如图8所示，为本系统实现的五基色示意图。从图8中可以看出，硅基液晶投影系统的色域已经基本达到DCI标准，其中，还可以通过添加绿色滤光片来达到DCI绿光基色坐标，完全覆盖了REC.709标准，并且在青绿色部分色域大大增加，提升了该区域的色彩表现。同时，本系统采用两片式LCOS的结构，与单片式LCOS系统相比，仅增加了一片LCOS及为数不多的分光合光装置，结构相对简单，且具有较短的后焦(BFL)。在本系统中，由于蓝光没有转换成偏振光，而是在PBS处分成两种偏振光输入到两个LCOS上进行处理，不仅增加了蓝光的效率，同时也将两个LCOS上的能量分布变得更加均衡，有利于LCOS的散热，提高系统的寿命。

需要说明的是，在本发明实施例中的起偏器407不限于将红光和绿光中的黄色荧光变为S偏振光，也可以变为P偏振光，波长选择偏振转换器件408也不限于出射蓝光(即，B光)+R1p光、R2s光+G1s光、G2p光，也可以是B光+R1s光、R2p光+G1p光、G2s光，总之，只要满足将蓝光分配到两个LCOS上进行处理，将绿光和红光分成两个波段的两种偏振态分配到两个LCOS上进行处理即可。同时，光源部分也不限于一组蓝色激光光源激发分段荧光粉色轮的方式，光源可以为三组激光光源激发三个纯色段色轮，三组光源时序上调制。

图9是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统的示意图，如图9所示，在本发明第二实施例所提供的硅基液晶投影系统中，光源模组主要包括激光光源901和作为第一波长转换装置的两段式色轮903，起偏元件为起偏器906，具体地：

激光光源901用于产生第一颜色的激发光，在本发明实施例中，激光光源901可以采用半导体蓝光激光器，产生蓝色激发光。

两段式色轮903用于在激发光的照射下依序出射两束光，两束光中的至少一束光为宽谱光，且两束光的合光包含三基色光，具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束分别为不同的基色光，具体地，两段式色轮903可以在激发光的激发依序出射第一波段光和第二波段光，其中第一波段光为蓝光与青光的混合光，第二波段光为黄光宽谱光。图10是根据本发明第二实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图，如图10所示，两段式色轮903包括第四色段S4和第五色段S5，其中，第四色段S4上敷设有用于在激发光的激发下产生黄光的荧光粉，则第四色段S4上涂有黄色荧光粉；第五色段S5上敷设有用于在激发光的激发下产生青光的荧光粉，则第五色段S5上涂有青色荧光粉。

起偏器906将两段式色轮903出射的第一波段光和第二波段光转换为第一偏振态，波长选择偏振转换器件907将第一偏振态的蓝光与青光的混合光转换成具有第一偏振态的蓝光光束和具有第二偏振态的青光光束，将第一偏振态的黄光宽谱光转换成具有第一偏振态的绿光光束和具有第二偏振态的红光光束，则传输至第一硅基液晶片413的第一光束包括蓝光光束和绿光光束，传输至第二硅基液晶片414的第二光束包括青光光束和红光光束。在本发明实施例中，起偏器906将从两段式色轮903入射过来的青光和黄光变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件907后，青光和黄光在不同波长区间发生了不同的偏振态变化，青光中的蓝光B仍为S光，青绿色光C变为P光，黄光中的绿光G变为P光，红光R仍为S光，其光谱与偏振态的关系如图11所示。

偏振分光棱镜908用于将第一偏振态的光传输至第一硅基液晶片909，将第二偏振态的光传输至第二硅基液晶片910，以及将第一硅基液晶片909返回的第一调制光和第二硅基液晶片910返回的第二调制光合光为合光光束后进行出射。具体地，波长选择偏振转换器件907出射光入射到PBS棱镜908处，S光B光反射，入射到LCOS芯片909上，P光C光透射，入射到LCOS芯片910上，S光R光反射，入射到LCOS芯片909上，P光G光透射，入射到LCOS芯片910上，由此两个LCOS芯片上的光时序如图12所示，经过LCOS芯片调制后，出射光偏振态旋转90度，出射光束在PBS棱镜908处合光，出射光束中包含S光B光，P光C光，S光R光和P光G光，最终进入投影镜头911成像。在本发明第二实施例中，两个LCOS芯片调制光的时序要与两段式色轮903分段比例保持一致，也即是LCOS芯片与两段式色轮903要保持同步。

此外，为保证光路传输的稳定性、光线的聚集性和强度，本发明第二实施例的硅基液晶投影系统还可以包括第一透镜902、匀光部件和第二透镜905，其中，匀光部件可以为方棒904，第一透镜902作为收集透镜，设置在激光光源901和两段式色轮903之间，用于聚焦激光光源901产生的激发光至两段式色轮903；方棒904设置在两段式色轮903和第二透镜905之间，用于对黄光和青光进行匀光；第二透镜905作为中继透镜，设置在方棒904和偏振组件之间，用于聚焦匀光后黄光和青光至偏振组件。

以下进一步对本发明第二实施例所提供的硅基液晶投影系统的工作原理说明如下：

激光光源901产生的激发光经收集透镜902聚焦后入射到如图10所示的两段式色轮903上，涂有青色荧光粉的第五色段S5在蓝色激发光的激发下得到蓝光+青色荧光混合的青光，涂有黄色荧光粉的第四色段S4在蓝色激发光的激发下得到黄色荧光，色轮输出的光进入方棒904匀光后，经中继透镜905到达起偏器906处，起偏器将入射的青光和黄光变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件907后，青光和黄光在不同波长区间发生了不同的偏振态变化，青光中的蓝光B仍为S光，青绿色光C变为P光，黄光中的绿光G变为P光，红光R仍为S光，其光谱与偏振态的关系如图11所示，波长选择偏振转换器件907出射光入射到PBS棱镜908处，S光B光反射，入射到LCOS芯片909上，P光C光透射，入射到LCOS芯片910上，S光R光反射，入射到LCOS芯片909上，P光G光透射，入射到LCOS芯片910上，由此两个LCOS芯片上的光时序如图12所示，经过LCOS调制后，出射光偏振态旋转90度，出射光束在PBS棱镜908处合光，出射光束中包含S光B光，P光C光，S光R光和P光G光，最终进入投影镜头911成像。

本发明第二实施例所提供的硅基液晶投影系统在第一实施例所提供的硅基液晶投影系统的基础上，将三段式蓝+绿+红色轮变为两段式青+黄色轮，由原来的五基色变成四基色，如图13所示，从图13中可以看出，第二实施例所提供的硅基液晶投影系统的色域基本覆盖了REC.709的标准，其中，对于绿光部分，可以通过添加滤光片使得绿色部分色坐标达到DCI标准；对于红光部分，可以增加红色激光模组，在色轮黄色段点亮，与黄光荧光分出的红光相混合，使得红光色坐标达到DCI标准。

本发明第二实施例的硅基液晶投影系统采用双片式LCOS结构实现了四基色色域，相对于实施例一每个LCOS芯片上处理三种光的方式，该第二实施例的硅基液晶投影系统中每个LCOS芯片上处理两种光，因此提高了光的切换频率，可以降低color-breakup(彩虹效应)。

图14是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的示意图，图15是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图，图16是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的光谱的示意图，图17是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图，图18是根据本发明第三实施例的硅基液晶投影系统的光透过率与偏振态的关系图，如图14至图18所示，本发明第三实施例所提供的硅基液晶投影系统包括激光光源1401，收集透镜1402，色轮1403，方棒1404，中继透镜1405，二向色镜1406、1409，起偏器1407，波长选择偏振转换器件1408，反射镜1410、1411，PBS棱镜1412，LCOS芯片1413、1414，波长选择检偏器1415以及投影镜头1416。

光源模组主要包括激光光源1401和作为第一波长转换装置的两段式色轮1403，起偏元件为起偏器1407，具体地：

激光光源1401用于产生第一颜色的激发光，在本发明实施例中，激光光源1401可以采用半导体蓝光激光器，产生蓝色激发光。

两段式色轮1403在激发光的照射下依序出射两束光，两束光中的至少一束光为宽谱光，且两束光的合光包含三基色光，其中，具有第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束分别为不同的基色光，两束光中的至少一束光为窄谱光，其中，宽谱光为青光、黄光或者品红光中的任意一种。色轮分成两部分，蓝段涂有散射粉，蓝光消偏振后出射，黄段涂有黄色荧光粉，蓝激光激发黄色荧光粉得到黄色荧光出射，其光谱如图16所示，色轮输出的光进入方棒1404匀光后，经中继透镜1405到达二向色镜1406处，二向色镜1406反射蓝光，透射黄光，反射的蓝光经过反射镜1410、1411后到达二向色镜1409处，透射的黄光经过起偏器1407变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件1408后，绿光仍为S光，红光变为P光，二向色镜1409透射黄光，反射蓝光，由此二向色镜1409后光束中包含蓝光，S光绿光和P光红光，经过PBS棱镜后，蓝光被分成P光和S光入射到两个LCOS上，其中P光蓝光透射PBS，入射到LCOS 1414上，S光蓝光反射，入射到LCOS 1413上，S光绿光反射，入射到LCOS1413上，P光红光透射，入射到LCOS 1414上，LCOS上的光时序如图17所示，需要强调的是，两个LCOS芯片调制光的时序要与色轮分段比例保持一致，也即是LCOS芯片与色轮要保持同步。经过LCOS调制后，出射光偏振态旋转90度，出射光束中包含S光蓝光和P光蓝光合成的蓝光，P光绿光和S光红光，经过波长选择检偏器1415，其具有透射两种偏振态的蓝光，只透射P光绿光和S光红光的功能，如图18所示，如此提高了成像的对比度，成像光束进入镜头1416后最终成像。

以下进一步对本发明第三实施例所提供的硅基液晶投影系统的工作原理说明如下：

激光光源1401一般采用半导体蓝光激光器，经收集透镜1402聚焦后入射到如图15所示的荧光粉色轮上，色轮分成两部分，蓝段涂有散射粉，蓝光消偏振后出射，黄段涂有黄色荧光粉，蓝激光激发黄色荧光粉得到黄色荧光出射，其光谱如图16所示，色轮输出的光进入方棒1404匀光后，经中继透镜1405到达二向色镜1406处，二向色镜1406反射蓝光，透射黄光，反射的蓝光经过反射镜1410、1411后到达二向色镜1409处，透射的黄光经过起偏器1407变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件1408后，绿光仍为S光，红光变为P光，二向色镜1409透射黄光，反射蓝光，由此二向色镜1409后光束中包含蓝光，S光绿光和P光红光，经过PBS棱镜后，蓝光被分成P光和S光入射到两个LCOS上，其中P光蓝光透射PBS，入射到LCOS 1414上，S光蓝光反射，入射到LCOS 1413上，S光绿光反射，入射到LCOS 1413上，P光红光透射，入射到LCOS 1414上，LCOS上的光时序如图17所示，需要强调的是，两个LCOS芯片调制光的时序要与色轮分段比例保持一致，也即是LCOS芯片与色轮要保持同步。经过LCOS调制后，出射光偏振态旋转90度，出射光束中包含S光蓝光和P光蓝光合成的蓝光，P光绿光和S光红光，经过波长选择检偏器1415，其具有透射两种偏振态的蓝光，只透射P光绿光和S光红光的功能，如图18所示，如此提高了成像的对比度，成像光束进入镜头1416后最终成像。

其它部件与本发明第一实施例所提供的硅基液晶投影系统中相应的部件的功能相同，此处不再赘述，其中，分光部件用于将第一波长转换装置出射的宽谱光和窄谱光分成沿不同光路传输的光，并将宽谱光引导至所述起偏元件，将窄谱光引导至光路中继元件组，其中，所谓引导具体为将分光部件分出的宽谱光直接出射至起偏元件。

根据本发明第三实施例所提供的硅基液晶投影系统，采用两片式LCOS的结构，与单片式LCOS系统相比，仅增加了一片LCOS及为数不多的分光合光装置，结构相对简单，且具有较短的后焦(BFL)。同时，由于蓝光没有转换成偏振光，而是在PBS处分成两种偏振光输入到两个LCOS上进行处理，不仅增加了蓝光的效率，同时也将两个LCOS上的能量分布变得更加均衡，有利于LCOS的散热，提高系统的寿命。除此之外，本实施方式采用蓝光激发黄色荧光粉，其激发效率高，从黄色荧光粉中分出的绿光和红光也具有很高的光效，由此解决了灯泡机采用UHP灯红光比例过低的问题，使得系统具有很好的色彩亮度。在液晶响应方面，由于每个LCOS上只处理两个时序的光，因此其调制速率达到120HZ即可，相比于单片式LCOS，降低了难度。

本实施例中的起偏器1407不限于将黄色荧光变为S偏振光，也可以变为P偏振光，波长选择偏振转换器件1408也不限于出射S光绿光和P光红光，也可以出射P光绿光和S光红光，总之，只要满足将蓝光分配到两个LCOS上处理，绿光和红光分配到两个LCOS上进行处理即可。同时，光源部分也不限于一组蓝色激光光源激发分段荧光粉色轮的方式，光源可以为两组激光光源激发两个纯色段色轮，两组光源时序上调制。

图19是根据本发明第四实施例的硅基液晶投影系统的示意图，如图19所示，该第四实施例所提供的硅基液晶投影系统与图14中示出的硅基液晶投影系统相比，二者区别在于，第四实施例中的硅基液晶投影系统将一个光源+分段式色轮替换为两个光源+两个纯色色轮。如图19所示，两个光源+两个纯色色轮具体为：激光光源1901，窄谱光源1902，第一色轮1905，第二色轮1904。

作为第一波长转换装置的第一色轮1905设置在激光光源1901产生的激发光的传输光路中，作为第二波长转换装置的第二色轮1904设置于窄谱光源1902产生的窄谱光的传输光路中，第一色轮1905置和第二色轮1904配合而依序产生至少两束光，具体地：

激光光源1901采用半导体蓝光激光器，窄谱光源1902采用红光激光器、绿光激光器或者蓝光激光器(一般为红光激光器)，色轮1905为纯青色荧光粉轮(1902为红光激光器时)，纯黄色荧光粉(1902为蓝光激光器)，色轮1905为品红色荧光粉(1902为绿光激光器时)，色轮1904为散射粉色轮，用于对1902出射的激光进行消相干。通过光源1901和1902的交替开启，使得两个色轮配合而出射时序的蓝光和黄光，或者时序的红光和青光，或者时序的绿光和品红光。其余部分的各个光学元件及对应的工作原理与实施例三中的相同，此处不再赘述。

图20是根据本发明第五实施例的硅基液晶投影系统的示意图，图21是根据本发明第五实施例的硅基液晶投影系统中两段式色轮的正视图，图22是根据本发明第五实施例的硅基液晶投影系统中两片LCOS芯片上的光时序图，图23是根据本发明第五实施例的硅基液晶投影系统的光透过率与偏振态的关系图，如图20至图23所示，本发明第五实施例所提供的硅基液晶投影系统包括激光光源2001，收集透镜2002，色轮2003，方棒2004，中继透镜2005，二向色镜2006、2009，起偏器2007，波长选择偏振转换器件2008，反射镜2010、2011，PBS棱镜2012，LCOS芯片2013、2014，波长选择检偏器2015以及投影镜头2016。

光源模组主要包括由于出射窄谱光的窄谱光源，作为第一波长转换装置的色轮2003同时设置于激发光和窄谱光的传输光路中，用于在激发光源和窄谱光源的交替照射下依序产生至少两束光，当色轮出的窄谱光为蓝光时，则该窄谱光源与激发光光源为同一光源，当色轮出的窄谱光为红光时，则该窄谱光源与激发光源为不同的光源，该窄谱光源为红光激光光源，具体地：

激光光源2001采用半导体蓝光激光器+半导体红光激光器，经收集透镜2002聚焦后入射到如图21所示的荧光粉色轮上，色轮分成两部分，红段涂有散射粉，红光消偏振后出射，青段涂有青色荧光粉或者绿色荧光粉，蓝激光激发青色荧光粉得到青色荧光或者蓝激光激发绿色荧光粉加上未被吸收转化的蓝光形成青光出射，色轮输出的光进入方棒2004匀光后，经中继透镜2005到达二向色镜2006处，二向色镜2006反射红光，透射青光，反射的红光经过反射镜2010、2011后到达二向色镜2009处，透射的青光经过起偏器2007变为偏振光(例如S光)，经过波长选择偏振转换器件2008后，蓝光仍为S光，绿光变为P光，二向色镜20020透射青光，反射红光，由此二向色镜20020后光束中包含红光，S光蓝光和P光绿光，经过PBS棱镜后，红光被分成P光和S光入射到两个LCOS上，其中P光红光透射PBS，入射到LCOS2014上，S光红光反射，入射到LCOS 2013上，S光蓝光反射，入射到LCOS 2013上，P光绿光透射，入射到LCOS 2014上，LCOS上的光时序如图22所示，需要强调的是，两个LCOS芯片调制光的时序要与色轮分段比例保持一致，也跟两组光源的开断保持一致，即红色段红光激光器开，青色段蓝光激光器开，因此LCOS芯片与色轮和光源要保持同步。经过LCOS调制后，出射光偏振态旋转200度，出射光束中包含S光红光和P光红光合成的红光，P光蓝光和S光绿光，经过波长选择检偏器2015，其具有透射两种偏振态的红光，只透射P光蓝光和S光绿光的功能，如图23所示，如此提高了成像的对比度，成像光束进入镜头2016后最终成像。

在一般采用红光激光作为光源的投影系统中，由于红光激光经过散射粉后并没有完全消除偏振特性，因此最后经过镜头成像后图像上红色部分的散斑现象仍然较为严重，本发明第五实施例的硅基液晶投影系统，将红光激光光源经过散射粉后产生的红光分配到两个LCOS上进行处理，两个LCOS上红光分别具有不同的偏振态，如此相当于做了一次消偏振的功能，对于提高图像的质量有有利效果。同时，两个LCOS上均处理红光，提高了红光的比例，增加了色彩亮度。由于采用了红光激光，红色部分颜色会更加鲜艳，在蓝光及绿光色坐标相对不错的情况下，通过增大红光的色域使得整个系统的色域达到了DCI标准。

加红光的目的：整个系统的红光的比例少，增加红光一方面提高亮度，另一方面增加色域。添加的红光是红激光，可以消散斑，原因在于：偏振分光能够降低散斑对比度。

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 (11)

1.一种硅基液晶投影系统，包括第一硅基液晶片和第二硅基液晶片，其特征在于，还包括：

光源模组，包括激发光源和色轮，所述色轮上设置波长转换材料，所述激发光源激发色轮上的波长转换材料产生至少一束光为宽谱光；

起偏元件，设置于所述光源模组的各宽谱光的传输光路中，用于将每束宽谱光的偏振态转换为第一偏振态；

波长选择偏振转换器件，设置于所述起偏元件的后端光路中，用于将所述第一偏振态的每束宽谱光转换成具有所述第一偏振态的第一光束和具有第二偏振态的第二光束，其中所述第一偏振态与所述第二偏振态相互垂直，所述第一光束与所述第二光束具有不同的波谱范围；

偏振分光合光器件，设置于所述波长选择偏振转换器件的后端光路中，用于将具有所述第一偏振态的所述第一光束沿第一光路传输至所述第一硅基液晶片，将具有所述第二偏振态的所述第二光束沿第二光路传输至所述第二硅基液晶片，并对所述第一硅基液晶片和所述第二硅基液晶片出射的光束进行合路出射。

2.如权利要求1所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述色轮包括：三个区域，所述三个区域的色轮在所述激发光的照射下依序出射三束不同的基色光，所述三束不同的基色光中至少一束基色光为宽谱光。

3.如权利要求2所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，具有所述第一偏振态的所述第一光束和具有所述第二偏振态的所述第二光束为同色异谱的光。

4.如权利要求2任一项所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述三束不同的基色光分别为红光、绿光、蓝光。

5.如权利要求2所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述色轮包括两个区域，所述两个区域的色轮在所述激发光的照射下依序出射两束光，所述两束光中的至少一束光为宽谱光。

6.如权利要求5所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，具有所述第一偏振态的第一光束和具有所述第二偏振态的第二光束分别为不同的基色光。

7.如权利要求5所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述宽谱光为青光、黄光或者品红光中的任意一种。

8.如权利要求7所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述光源模组还出射窄谱光。

9.如权利要求8所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述硅基液晶投影系统还包括：

分光部件，设置于所述色轮和所述起偏元件之间的光路中，用于将所述色轮出射的所述宽谱光和所述窄谱光分成沿不同光路传输的光，并将所述宽谱光引导至所述起偏元件，将所述窄谱光引导至光路中继元件组；

所述光路中继元件组，设置于所述分光部件分出的所述窄谱光的传输光路中，用于将所述窄谱光中继至合光部件；

所述合光部件，用于将所述波长选择偏振转换器件出射的光束与所述光路中继元件组中继的光束合路出射至所述偏振分光合光器件。

10.如权利要求1所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述光源模组进一步包括：

窄谱光源，用于出射所述窄谱光。

11.如权利要求9所述的硅基液晶投影系统，其特征在于，所述光源模组进一步包括：

第二色轮，所述第二色轮设置于所述窄谱光的传输光路中；

所述色轮设置于所述激发光的传输光路中，且所述激发光源和所述窄谱光源交替开启，以使所述色轮和所述第二色轮配合而依序产生所述至少两束光。