CN108345160B - 一种投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明保护一种投影显示系统包括：发光装置，用于发出第一光，第一光包含红光、绿光和蓝光光谱；位于第一光的光路上的第一光调制系统，用于调制第一光，并出射第一图像光和第一非图像光；位于第一图像光的光路上的第二光调制系统，用于调制第一图像光，并出射第二图像光和第二非图像光，第二图像光进入投影显示系统的出射光路而形成图像；第一光调制系统和第二光调制系统中的一个光调制系统仅包括一个光调制器，另一个光调制系统包括两个光调制器，且该两个光调制器在光路中并联；光回收系统，用于回收第一非图像光和/或第二非图像光，并将其引导至第一光调制系统或第二光调制系统的入射面。

Description

一种投影显示系统

技术领域

本发明涉及投影显示领域，特别是涉及一种投影显示系统。

背景技术

现有技术中，投影设备采用单LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)系统进行图像处理，或者采用3LCD系统进行图像处理。

当采用单LCD系统进行图像处理时，红、绿、蓝三色光轮流被LCD处理，得到红绿蓝三个图像，在人眼处根据视觉暂留合成所需要显示的彩色图像，该技术方案下，图像的显示质量很低，例如会出现闪烁、亮度低等问题。

当采用3LCD系统进行图像处理时，同一时间，每个LCD只处理一种颜色光，然后合光后出射得到彩色图像，相当于三个LCD进行了并联。该技术方案虽然解决了图像闪烁和亮度低的问题，但是图像的对比度与单LCD系统的对比度几乎没有分别，耗费了高成本却没有带来令人满意的显示效果，不适合应用在高端的市场上。

如图10所示，为现有技术中的投影显示系统的光路结构示意图，白光W经波长分光器件分成黄光Y和蓝光B，其中黄光Y进一步被分成红光R和绿光G，蓝光B、绿光G和红光R分别入射到LCD1、LCD2和LCD3上，经LCD调制处理后形成蓝绿红各自三色图像光，然后经X-Cube合光后经过投影镜头在屏幕上形成图像。在该技术方案中，总有一个颜色的光(如图中的红光R)的光程较其他两束光的光程长，途经的透镜更多，导致该光的光损失大、成像质量差。此外，该技术方案中，X-Cube采用四个三棱柱拼接，每个三棱柱与其他三棱柱接触的表面都需要镀膜，镀膜困难，并且每个拼接棱柱之间有缝隙，进一步造成光损失。综上种种因素影响，导致3LCD的投影显示系统的显示效果不佳。

因此，一种更高显示效果投影显示系统亟待开发。

发明内容

针对上述现有技术的投影显示系统对比度低的缺陷，本发明提供一种能够提供高对比度、高亮度的投影显示系统，包括：

发光装置，用于发出第一光，所述第一光包含红光、绿光和蓝光光谱；第一光调制系统，位于所述第一光的光路上，用于调制所述第一光，并出射第一图像光和第一非图像光；第二光调制系统，位于所述第一图像光的光路上，用于调制所述第一图像光，并出射第二图像光和第二非图像光，所述第二图像光进入所述投影显示系统的出射光路而形成图像；所述第一光调制系统和所述第二光调制系统中的一个光调制系统仅包括一个光调制器，另一个光调制系统包括两个光调制器，且该两个光调制器在光路中并联；光回收系统，用于回收所述第一非图像光和/或第二非图像光，并将其引导至所述第一光调制系统或第二光调制系统的入射面。

在一种实施方式中，所述第一光为第一子光和第二子光的时序光，其中所述第一子光为包含两种颜色光的宽谱光，所述第二子光为一单色光；所述第一光调制系统包括第一光调制器，所述第二光调制系统包括第二光调制器和第三光调制器，所述第二光调制器和所述第三光调制器在光路中并联；所述投影显示系统还包括分光元件，当所述第一光处于第一子光时序时，所述分光元件将所述第一光调制系统出射的第一图像光分为两种颜色的图像光，该两种颜色的图像光分别入射到所述第二光调制器和所述第三光调制器；当所述第一光处于第二子光时序时，所述分光元件将所述第一光调制系统出射的第一图像光引导至所述第二光调制器。

在一种实施方式中，所述第一光为第一子光和第二子光的时序光，其中所述第一子光为包含两种颜色光的宽谱光，所述第二子光为一单色光；所述第一光调制系统包括第一光调制器和第二光调制器，所述第二光调制系统包括第三光调制器，所述第一光调制器和所述第二光调制器在光路中并联；所述投影显示系统还包括分光元件，当所述第一光处于第一子光时序时，所述分光元件将所述第一光分为两种颜色的光，该两种颜色的光分别入射到所述第一光调制器和所述第二光调制器，当所述第一光处于第二子光时序时，所述分光元件将所述第一光引导至所述第二光调制器。

在一种实施方式中，所述光回收系统用于回收所述第一非图像光和/或第二非图像光，并将其引导至所述第一光调制系统的入射面。

在一种实施方式中，所述第一光为红光、绿光和蓝光的时序光，所述第一光调制系统包括第一光调制器，所述第二光调制系统包括第二光调制器和第三光调制器，所述第二光调制器和所述第三光调制器在光路中并联；所述第二光调制器位于所述第一图像光的光路上，用于调制所述第一图像光；所述光回收系统用于回收所述第一非图像光，并将其引导至所述第三光调制器的入射面，所述第三光调制器用于调制所述第一非图像光；所述第二光调制器和所述第三光调制器出射的图像光合光为第二图像光。

在一种实施方式中，还包括匀光装置，用于在所述光回收系统回收的光入射至光调制系统之前，对该光进行匀光。

在一种实施方式中，还包括光通量调节装置，用于在所述光回收系统回收的光入射至光调制系统之前，根据指定的参数对该光的光通量进行调节。

在一种实施方式中，在一帧图像期间，所有经光回收系统回收的光的中，红光、绿光和蓝光的比例符合白光中红绿蓝的比例。

在一种实施方式中，所述在光路中并联的两个光调制器为液晶光阀类型的光调制器。

在一种实施方式中，所述仅包括一个光调制器的光调制系统的光调制器类型为液晶光阀类型的光调制器或数字微镜装置类型的光调制器。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：本发明通过使第一光依次经过第一光调制系统和第二光调制系统，使得每一束光都至少经过了两个光调制器的调制，增加了显示系统的对比度范围；同时，本发明通过光回收系统将第一光调制系统和/或第二光调制系统的非图像光回收再利用，提高了光利用率，实现了同功率下更大的出射光亮度；而且，本发明仅使用了三个光调制器，在未明显增加成本的情况下实现了上述改善成像质量的效果，解决了现有技术高成本低效果的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一的投影显示系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二的投影显示系统的结构示意图。

图3为本发明实施例三的投影显示系统的结构示意图。

图4为本发明实施例四的投影显示系统的结构示意图。

图5为本发明实施例五的投影显示系统的结构示意图。

图6为本发明实施例六的投影显示系统的结构示意图。

图7为本发明实施例七的投影显示系统的结构示意图。

图8为本发明实施例八的投影显示系统的结构示意图。

图9为本发明实施例九的投影显示系统的结构示意图。

图10为现有技术中的投影显示系统的光路结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术的投影显示系统中，三个光调制器“并联”而带来的对比度不高、一种颜色光损失过大等问题，本发明将三个光调制器的关系进行了改变。本发明的主要发明构思，就是将两个光调制器进行“并联”得到一个光调制系统，然后将这一对“并联”的光调制器再与另外一个包括单个光调制器的光调制系统进行“串联”。进一步为使投影显示的亮度提高，引入光回收系统，对光调制系统出射的非图像光进行回收再利用。通过该技术方案，在不明显增加成本的情况下，提高了投影显示系统的显示效果，是一种经济实用的技术方案。

本发明中，光调制器出射的图像光，是指光调制器依据图像数据信号将入射光调制后的用于图像显示的光，而非图像光是指经光调制器调制后的不用于显示图像的光。举例来说明，对于DMD(Digital Micromirro Device,数字微镜装置)光调制器，其“ON”状态的微镜出射的光为图像光，其“OFF”状态的微镜出射的光为非图像光。一般地，在无光回收系统的投影显示系统中，光调制器出射的非图像光直接被吸收，而本发明将这部分非图像光回收再利用，使其重新回到光路中，经再次调制后至少部分地以图像光的方式出射，从而提高光的利用率。

本发明中，光学元件的串联和并联的概念参照电路元件的串联和并联，只是将电流替换为光束，将电路元件替换为光学元件。具体地，所谓“两个光调制器在光路中并联”即为将一束光分成两个子光束，使两个子光束分别经过两个光调制器调制后再合光；所谓“两个光调制器在光路中串联”即为使一束光先后经过两个光调制器。

在本发明的投影显示系统中，任何一束光都至少经过两个光调制器的调制然后出射，假若前一光调制器的可调节的灰度范围为0～N1，后一光调制器的可调节的灰度范围为0～N2，则将两者“串联”，使得光先经过前一光调制器，再经过后一光调制器，那么整个系统的可调灰度范围变为0～N1×N2，增加了投影显示系统的动态范围，减小了最小亮度单位，大大提高了投影显示系统的显示效果和对比度。

而且，本发明仅将两个光调制器进行“并联”，避免了现有技术中三个光调制器“并联”时的光程不一致而带来的某一光的光损失过大、成像质量差的问题；避免了三路光合光时合光装置设计复杂、有额外光损失的问题。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“第三”等的描述仅用于描述目的，以便于描述方便，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

请参见图1，如图1所示为本发明实施例一的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统10包括发光装置110、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统130，其中第一光调制系统包括第一光调制器121，第二光调制系统包括第二光调制器122和第三光调制器123。

本实施例中，发光装置110发出第一光。第一光调制系统的第一光调制器121位于第一光的光路上，用于调制第一光，并出射第一图像光和第一非图像光。随后，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，用于对第一图像光进行调制，并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统10的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。

本实施例中，光回收系统130将第一光调制系统的第一光调制器121出射的第一非图像光回收，并将其引导至第一光调制器的入射面，该部分光以入射光的身份再次进入第一光调制器121，经调制后产生新的第一图像光和第一非图像光，如此反复多次，使得大部分第一光经第一光调制系统调制后作为第一图像光出射。

下面对本实施例中的各部件进行一一说明。

<发光装置>

本实施例中，发光装置110发出的第一光为蓝光和黄光的时序光，发光装置110依时序周期性的出射蓝光和黄光，其中黄光为包含红光光谱和绿光光谱的宽谱光。

时序光的获得方式可以有多种，在一个实施方式中，发光装置110为激发光激发荧光色轮的光源装置，包括蓝色激发光源、荧光色轮及驱动装置。其中蓝色激发光源可以为一激光光源，如激光二极管阵列、激光器光源等，还可以为LED阵列光源。荧光色轮包括两个区域——蓝光区域和黄光区域，其中蓝光区域为散射区域，黄光区域为黄色波长转换区域，波长转换区域包括荧光材料层，如荧光粉-有机粘接剂层、荧光玻璃、荧光陶瓷等。驱动装置驱动荧光色轮转动，使得蓝光区域和黄光区域依时序依次接收蓝色激发光源的照射，从而依时序出射蓝光和黄光。荧光色轮可以为透射式色轮，即入射光和出射光分别位于荧光色轮的两侧；荧光色轮还可以为反射式色轮，即入射光和出射光位于荧光色轮的同侧。

可以理解，荧光色轮也可以替换为其他类型的波长转换装置。例如，波长转换装置还可以为色桶/色筒，包括沿桶/筒面环绕分布的多个区域，色桶/色筒绕其轴线方向旋转，以使该多个区域依时序周期性处于激发光的照射下；或者，波长转换装置还可以为色板，包括沿一直线方向依次排布的多个区域，色板沿该直线方向线性振动，以使该多个区域依时序周期性处于激发光的照射下，此处不再赘述。

在另一个实施方式中，发光装置同样为激发光激发荧光色轮的光源装置，但是蓝色激发光源替换为其他激发光源，如紫外光激发光光源，蓝光区域替换为蓝色荧光粉区域，同样可以达到上述实施方式的效果。

在另一个实施方式中，发光装置为彼此独立的蓝光光源和黄光光源的组合光源，其中蓝光光源为激光光源，如激光二极管阵列、激光器光源等，还可以为LED阵列光源；黄光光源为激光激发荧光材料的光源，如蓝光激发波长转换装置的光源，其中的波长转换装置既可以是固定式的波长转换片，也可以是仅包括黄光区域的荧光色轮。通过将蓝光光源和黄光光源进行合光，控制两者的开启和关闭即可获得时序的蓝光和黄光。

在其他实施方式中，第一光也可以为其他颜色种类的光，只要相应地将上述发光装置的发光特性改变即可。第一光为第一子光(本实施例中为黄光)和第二子光(本实施例中为蓝光)的时序光，其中第一子光为包含两种颜色光的宽谱光，第二子光为一单色光。例如，第一光可以为第一子光青光和第二子光红光的时序光，其中第一子光青光为包含蓝光光谱和绿光光谱的宽谱光；或者，第一光也可以为第一子光品红光和第二子光绿光的时序光，其中第一子光品红光为包含蓝光光谱和红光光谱的宽谱光。总之，第一光包含红光、绿光和蓝光光谱，且在每一周期叠加表现为白光，以满足投影显示图像使用。

<光调制系统>

本实施例中，在一帧图像期间，第一光调制系统和第二光调制系统根据该图像的相关数据对发光装置110出射的第一光进行调制。第一光调制系统和第二光调制系统在光路中呈串联连接的关系，发光装置110发出的第一光以均匀的光分布入射到第一光调制系统，先被第一光调制系统调制，然后再被第二光调制系统调制，这两次调制过程中，都是基于同一个图像进行的调制。

具体地，本实施例中，发光装置110发出的第一光为黄光(第一子光)和蓝光(第二子光)的时序光。在蓝光(第二子光)时序内，第一光调制器121将蓝光调制为蓝色的第一图像光，该蓝色的第一图像光经分光元件160被引导入射到第二光调制系统的第二光调制器122，经第二光调制器122调制后成为蓝色的第二图像光，该蓝色的第二图像光经合光装置140引导进入投影显示系统10的出射光路；在黄光(第一子光)时序内，第一光调制器121将黄光调制为黄色的第一图像光，该黄色的第一图像光经分光元件160分成红色的第一图像光和绿色的第一图像光，分别入射到第二光调制器122和第三光调制器123，并分别被调制为红色的第二图像光和绿色的第二图像光，该红色和绿色的第二图像光经合光装置140合光后被其引导进入投影显示系统10的出射光路。从而在一个周期内，蓝色、红色和绿色的第二图像光出射后形成时序的彩色图像。

在本实施例中，各调制器对光的调制虽然基于同一图像，但是各调制器对不同颜色的光的调制信号是有区别的。已知一般的彩色图像中至少包含红色分量图像数据、绿色分量图像数据和蓝色分量图像数据，光调制器可以根据不同的颜色分量图像数据对不同的入射光进行调制。例如，在一个实施方式中，当第一光处于蓝光时序时，第一光调制器121根据图像数据源中的蓝色分量图像数据对蓝光进行调制，第二光调制器122根据图像数据源中的蓝色分量图像数据对蓝光进行调制；当第一光处于黄光时序时，第二光调制器122根据图像数据源中的红色分量图像数据对红光进行调制，第三光调制器123根据同一个图像数据源中的绿色分量图像数据对绿光进行调制，第一光调制器121则根据图像数据源中的红色和绿色分量图像数据对第一光进行调制。具体地，在一种实施方式中，当第一光处于黄光时序时，针对各个像素，第一光调制器121根据图像数据源该像素的红色和绿色中灰度值较大的颜色进行调制——假若一像素仅为单一的红色或绿色，则第一光调制器121直接根据该像素的红色或绿色的灰度值配合第二光调制器122或第三空间光调制器123同步调制，使得该像素最终显示出的亮度与该帧图像数据的灰度值相符；假若一像素为红色和绿色的混合色，则第一光调制器121根据红色和绿色中灰度值较大的一个进行调制，并配合第二光调制器122或第三空间光调制器123同步调制使得该像素的灰度值较大的色显示出的亮度与该帧图像数据的该色的灰度值相符；同时，对于灰度值较小的颜色，通过获得红色和绿色的灰度值比值，相应的调整该颜色对应的第一光调制器或第二光调制器的光通过率(如适当减小光通过率)，使得该颜色能够最终显示出与该帧图像数据相符的灰度值。

可以理解，在其他实施方式中，当第一光处于黄光时序时，第二光调制器和第三光调制器调制的光的颜色也可以互换。当第一光处于蓝光时序时，分光元件也可以将第一光调制系统出射的第一图像光引导至第三光调制器。

上述实施方式仅列举了第一光为蓝光和黄光的时序光的情况，对于<发光装置>的描述中，第一光为第一子光和第二子光的时序光的情形，可以参照黄光(相当于第一子光)和蓝光(相当于第二子光)的时序光的描述进行套用，此处不再赘述。

本实施例中，分光元件160为二向色片，反射红光和蓝光，并透射绿光。可以理解，在本发明另一实施方式中，通过将光路调换，也可以将分光元件设置透射红光和蓝光并反射绿光的二向色片。二向色片可以为在透明基板上镀制多层介质膜的器件等。在分光元件160的出射光路上，还可以如图所示设置反射镜，用于对光路进行引导，还可以进一步增加透镜等光学元件(图未示)。

本实施例中，合光装置140由两个直角棱镜拼接而成，通过在该两个直角棱镜的临近面镀制波长选择膜，使得第二光调制器122和第三光调制器123在波长选择膜上的透射反射特性相异，从而实现合光。进一步的，合光装置140的两个直角棱镜的临近面之间有空气隙，以利于波长选择膜的功能的实现。在本发明的另一个实施方式中，合光装置包括偏振分光片，该偏振分光片能够依入射光的偏振态进行分光合光。通过设置使第二光调制器与第三光调制器出射的光的偏振态不同(如一个为S偏振光，一个为P偏振光)，可以实现两者出射的图像光的合光。可以理解，合光装置还可以是二向色片或者偏振片。

在本实施例中，第一光调制器121、第二光调制器122和第三光调制器123都是透射式液晶光阀LCD。透射式液晶光阀包括用于调节光的偏振态的液晶层，通过控制施加在液晶层上的电压，控制液晶层内液晶分子的排列方向，从而控制出射光的偏振态。在本实施例中，要求发光装置110提供的第一光为单一偏振态的偏振光，才能被LCD调制。

本实施例中，由于光路中并联的两个光调制器(第二光调制器和第三光调制器)为液晶光阀类型的光调制器，可以使两者通过两个直角棱镜拼接的合光装置进行合光，有利于光路结构的紧凑。

在一般的LCD中，出射端包括一偏振片，用于将非图像光反射或吸收，使得LCD只出射用于显示的图像光；而本发明为了对非图像光进行回收利用，移除了LCD出射端的偏振片，使得不同偏振态的图像光和非图像光都能够从光调制系统中出射。在一个实施方式中，光调制器为液晶光阀类型的光调制器，其出射光中偏振态与入射光偏振态不同的为图像光，其出射光中偏振态与入射光偏振态相同的为非图像光，例如：第一光为P偏振光，则第一光调制器的出射光中，S偏振光为图像光部分，P偏振光部分为非图像光部分。本发明使图像光和非图像光都能够从光调制系统中出射，然后对其分光，并将其中的非图像光部分进行再利用，从而实现光的利用率的提高。

本实施例中，来自发光装置110的光经过第一光调制器121，分为两束分别进入第二光调制器122和第三光调制器123，然后再合为一束。该过程中，任何一种颜色的光的光程都相等(不考虑因不同波长的光在介质中的光速不同而带来的光程差误差问题)，也即任何一种颜色的光的成像过程基本相同，不存在因某一颜色光额外增加中继成像器件而带来的问题。该技术方案避免了现有技术中三个光调制器“并联”时的光程不一致而带来的某一光的光损失过大、成像质量差的问题；同时避免了三路光合光时合光装置设计复杂、有额外光损失的问题。可以理解，将第一光调制系统和第二光调制系统的位置调换，仍然能保证各光的光程相等。

在本发明的其他实施方式中，光调制系统的光调制器不限于透射式液晶光阀LCD，也可以是其他液晶光阀类型的光调制器，如反射式液晶光阀LCOS，还可以是数字微镜装置类型的光调制器DMD，后续实施例中对其进行描述。

<光回收系统>

本实施例中，光回收系统130用于回收第一光调制系统出射的第一非图像光，并将其引导至第一光调制系统的入射面。

光回收系统130包括一偏振分光片131，用于透射第一图像光并反射第一非图像光。其中，透射的第一图像光经分光元件160进入第二光调制系统，而被反射的第一非图像光被多个反射镜反射引导至第一光调制器121的入射面。本发明保护的技术方案不限于图1中数量或种类的反射镜，反射镜可以是平面反射镜或曲面反射镜，此外，光回收系统130还可以包括中继透镜等光学元件。

在本实施例中，投影显示系统10还包括匀光装置150，设置于第一光调制器121的入射面之前的光路上，用于在光回收系统130回收的第一非图像光入射至第一光调制器121之前对其进行匀光。该匀光装置150的作用在于将回收后的光重新均匀化，以保证入射至第一光调制器121的光是均匀分布的，否则第一光调制器将无法出射正确的图像光。

本实施例中，匀光装置130包括复眼透镜对，该复眼透镜对的入射面包括互相不重叠的第一区域和第二区域，其中第一光从第一区域入射，回收的光从第二区域入射，该技术方案可以适用于第一光与回收的光波长相同、偏振态相同的情形。当然，这种几何合光的方式也同样可以适用于第一光与回收的光的偏振态不同的情形，甚至适用于第一光与回收的光为非偏振光的情形，只要保证合光后的光在入射到光调制器之前变成单一偏振态的光即可，具体地，可以通过在匀光装置与光调制器之间的光路上设置一偏振转换元件即可实现。

在另一个实施方式中，第一光和回收的光也可以从相同的位置入射到匀光装置，通过使第一光和回收的光具有不同的偏振态，使得两者在匀光装置前通过偏振合光的方式合为一束即可。

在另一个实施方式中，匀光装置还可以是匀光棒等器件。

本实施例中，光回收系统130仅对第一光调制系统的第一非图像光进行回收，是由于第一光调制系统仅包括一个第一光调制器121，对其进行光回收的光路结构简单，而且第一光调制系统位于光路的上游位置，对其进行回收能够更为明显的提高光利用率，是一种较为经济的光回收方式。由于本实施例的光回收系统130不对第二光调制系统进行回收，第二光调制器122和第三光调制器123的出射端需要设置偏振片，阻止第二非图像光进入投影显示系统的出射光路，或者在合光装置140之后设置偏振片对第二非图像光进行阻挡。

实施例二

请参见图2，如图2所示为本发明实施例二的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统20包括发光装置210、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统230，其中第一光调制系统包括第一光调制器221，第二光调制系统包括在光路中并联的第二光调制器222和第三光调制器223。

本实施例中，发光装置110发出第一光。第一光调制系统的第一光调制器221位于第一光的光路上，用于调制第一光，并出射第一图像光和第一非图像光。随后，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，用于对第一图像光进行调制，并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统20的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。

本实施例中，光回收系统230将第二光调制系统的第二光调制器222和第三光调制器223出射的第二非图像光回收，并将其引导至第一光调制器221的入射面，该部分光以入射光的身份再次进入第一光调制器221，经调制后产生新的第一图像光和第一非图像光，如此反复多次，提高了光的利用率。

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例对第二光调制系统的第二非图像光进行回收，而实施例一对第一光调制系统的第一非图像光进行回收，相应地，光回收系统230发生了变化。

本实施例中，第二光调制器222发出的第二图像光和第二非图像光从合光装置240的一侧入射，第三光调制器223发出的第二图像光和第二非图像光从合光装置240的另一侧入射。然后，在合光装置240的分光面位置，第二光调制器222发出的第二图像光被反射，第三光调制器223发出的第二图像光被透射，从而第二光调制器222和第三光调制器223发出的第二图像光光合光后出射，形成第二光调制系统的第二图像光；同时，第二光调制器222发出的第二非图像光被透射，第三光调制器223发出的第二非图像光被反射，从而第二光调制器222和第三光调制器223发出的第二非图像光光合光后从另一侧出射，形成第二光调制系统的第二非图像光。

本实施例中，合光装置240包括一偏振分光片，对同一个光调制器出射的不同偏振态的图像光和非图像光进行分光。第二光调制器222和第三光调制器223出射的图像光的偏振态不同，例如：第二光调制器222出射S偏振态的图像光和P偏振态的非图像光，而第三光调制器223出射P偏振态的图像光和S偏振态的非图像光，该两个光调制器的出射光分别从不同侧面入射到偏振分光片，从而实现两个图像光的合光和两个非图像光的合光。

本实施例中，光回收系统230仅对第二光调制系统的第二非图像光进行回收，而不回收第一光调制系统的第一非图像光。因此，在第一光调制器221的出射端需要设置偏振片，以阻止第一非图像光进入第二光调制系统。

本实施例中，其他光学组件，如发光装置210、匀光装置250、分光元件260等器件的结构功能可以参照实施例一及其扩展实施方式中的描述，此处不再赘述。

实施例三

请参见图3，如图3所示为本发明实施例三的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统30包括发光装置310、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统330，其中第一光调制系统包括第一光调制器321，第二光调制系统包括在光路中并联的第二光调制器322和第三光调制器323，投影显示系统30还包括分光元件360、合光装置340和匀光装置350。

本实施例中，发光装置310发出第一光。第一光调制系统的第一光调制器321位于第一光的光路上，用于调制第一光，并出射第一图像光和第一非图像光。随后，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，用于对第一图像光进行调制，并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统30的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。

本实施例结合了实施例一和实施例二，同时对第一光调制系统的第一非图像光和第二光调制系统的第二非图像光进行回收，本实施例中的光回收系统330为上述实施例一中的光回收系统130和实施例二中的光回收系统230的组合。该技术方案最大限度地提高了投影显示系统的光利用率，具有相对于实施例一和实施例二更高的亮度。

本实施例中的各光学器件，如发光装置310、第一光调制系统、第二光调制系统、光回收系统330、分光元件360和合光装置340的具体特征可以参照上述实施例及其扩展实施方式中的描述，此处不再赘述。

本实施例的一个实施方式中，匀光装置350包括第一区域、第二区域和第三区域，分别对应第一光、第一光调制系统的第一非图像光和第二光调制系统的第二非图像光的入射位置。

实施例四

请参见图4，如图4所示为本发明实施例四的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统40包括发光装置410、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统430，其中第一光调制系统包括在光路中并联的第一光调制器421和第二光调制器422，第二光调制系统包括第三光调制器423，投影显示系统40还包括分光元件460、合光装置440和匀光装置450。

本实施例中，发光装置410发出第一光，第一光调制系统位于第一光的光路上，分光元件460位于发光装置410和第一光调制系统之间，用于将第一光分成两束光，分别入射到第一光调制系统的第一光调制器421和第二光调制器422。经第一光调制系统调制后出射第一图像光和第一非图像光，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，对第一图像光进行调制并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统40的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。光回收系统430分别对第一非图像光和第二非图像光进行回收，并将其引导至第一光调制系统的入射面。在第一光调制系统之前，设置有匀光装置450，对第一光、第一非图像光和第二非图像光进行匀光，从而使得入射到第一光调制系统的两个光调制器的光是均匀分布的。

本实施例与上述实施例三的区别在于，本实施例相当于将实施例三中的第一光调制系统和第二光调制系统的位置对调，即本实施例中的第一光调制系统包括两个并联的光调制器，而第二光调制系统仅包括一个光调制器。该技术方案中，发光装置发出的光分成两路后入射到两个不同的光调制器(第一光调制器421和第二光调制器422)，经调制后得到强度减弱的图像光，该图像光再入射到第三光调制器423进行调制，使得三个光调制器的产热更加均匀，减缓了光调制器因热效应而导致的老化，从而延长了光调制器的使用寿命。

本实施例中各光学器件的具体特征可以参照上述各实施例及其扩展实施方式中的描述，此处不再赘述。

具体地，在本实施例的一个实施方式中，发光装置410发出的第一光为黄光(第一子光)和蓝光(第二子光)的时序光，其中黄光为包含红光光谱和绿光光谱的宽谱光。当第一光处于黄光时序时，分光元件460将第一光分成红光和绿光，并分别引导红光和绿光入射到第一光调制器421和第二光调制器422(也可以将两者互换)，经光调制器调制后，第一光调制器421出射红色的第一图像光和第一非图像光，第二光调制器422出射绿色的第一图像光和第一非图像光，其中红色的第一图像光和绿色的第一图像光经合光装置440合光后出射，并入射到第二光调制系统，红色的第一非图像光和绿色的第一非图像光则经合光装置440合光后进入光回收系统430；当第一光处于蓝光时序时，分光元件460将蓝光引导入射至第一光调制器421(或者第二光调制器422)，经第一光调制器421调制后，出射的蓝色的第一图像光经合光装置440引导出射往第二光调制系统，出射的蓝色第一非图像光经合光装置440引导出射往光回收系统430。光回收系统430将红绿蓝的第一非图像光引导往匀光装置450的入射面，使其与第一光合光后重新入射至第一光调制系统。入射至第三光调制器423的第一图像光经调制后形成沿相同光路出射的第二图像光和第二非图像光，该第二图像光和第二非图像光的混合光入射到光回收系统430的偏振分光片431后，第二图像光透射而进入投影显示系统的出射通道，而第二非图像光被偏振分光片431反射而被回收，被光回收系统430引导至匀光装置450的入射面，与第一光和第一非图像光合光后重新入射至第一光调制系统。

实施例五

请参见图5，如图5所示为本发明实施例五的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统50包括发光装置510、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统530，其中第一光调制系统包括在光路中并联的第一光调制器521和第二光调制器522，第二光调制系统包括第三光调制器523，投影显示系统50还包括分光元件560、合光装置540和匀光装置550。

本实施例中，发光装置510发出第一光，第一光调制系统位于第一光的光路上，分光元件560位于发光装置510和第一光调制系统之间，用于将第一光分成两束光，分别入射到第一光调制系统的第一光调制器521和第二光调制器522。经第一光调制系统调制后出射第一图像光和第一非图像光，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，对第一图像光进行调制并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统50的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。光回收系统530对第二非图像光进行回收，并将其引导至第一光调制系统的入射面。在第一光调制系统之前，设置有匀光装置550，对第一光和第二非图像光进行匀光，从而使得入射到第一光调制系统的两个光调制器的光是均匀分布的。

本实施例与实施例四的区别在于，本实施例仅对第二非图像光进行回收。

实施例六

请参见图6，如图6所示为本发明实施例六的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统60包括发光装置610、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统630，其中第一光调制系统包括在光路中并联的第一光调制器621和第二光调制器622，第二光调制系统包括第三光调制器623，投影显示系统60还包括分光元件660、合光装置640和匀光装置650。

本实施例中，发光装置610发出第一光，第一光调制系统位于第一光的光路上，分光元件660位于发光装置610和第一光调制系统之间，用于将第一光分成两束光，分别入射到第一光调制系统的第一光调制器621和第二光调制器622。经第一光调制系统调制后出射第一图像光和第一非图像光，第一图像光入射到第二光调制系统，第二光调制系统位于第一图像光的光路上，对第一图像光进行调制并出射第二图像光和第二非图像光。第二图像光进入投影显示系统60的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。光回收系统630对第一非图像光进行回收，并将其引导至第一光调制系统的入射面。在第一光调制系统之前，设置有匀光装置650，对第一光和第一非图像光进行匀光，从而使得入射到第一光调制系统的两个光调制器的光是均匀分布的。

本实施例与实施例四的区别在于，本实施例仅对第一非图像光进行回收。

实施例七

请参见图7，如图7所示为本发明实施例七的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统70包括发光装置710、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统730，其中第一光调制系统包括第一光调制器721，第二光调制系统包括在光路中并联的第二光调制器722和第三光调制器723，投影显示系统70还包括分光元件760、合光装置740和匀光装置750。

本实施例中，发光装置710发出第一光，第一光调制系统位于第一光的光路上，第一光入射到第一光调制器721，经调制后出射第一图像光和第一非图像光。第一图像光入射到第二光调制系统，分光元件760位于第一光调制系统和第二光调制系统之间，用于将第一图像光分成两束光，分别入射到第二光调制系统的第二光调制器722和第三光调制器723。经分别调制，第二光调制器722出射的第二图像光和第三光调制器出射的第二图像光入射到合光装置740，然后合为第二图像光进入投影显示系统70的出射光路，如进入投影镜头(图未示)，被投射到屏幕上，形成显示图像。光回收系统730对第一非图像光进行回收，并将其引导至第一光调制系统的入射面。在第一光调制系统之前，设置有匀光装置750，对第一光和第一非图像光进行匀光，从而使得入射到第一光调制系统的两个光调制器的光是均匀分布的。

本实施例与实施例一的区别仅在于，本实施例中的第一光调制器721为反射式液晶光阀类型的光调制器LCOS。由于一般的技术方案中，入射光垂直入射于LCOS，当图像光和非图像光共同出射时，会被LCOS前方的呈45°放置的偏振选择片分成两束，并将其中的非图像光阻挡，导致非图像光无法出射。本实施例取消LCOS前方呈45°放置的偏振选择片，而如图所示设置一全反射棱镜，使得入射光在全反射棱镜的全反射面处以大于临界角入射而被反射至LCOS，而出射光以小角度入射到该全反射面，从而使得图像光和非图像光能够沿同一方向从全反射棱镜透射。之后，第一图像光和第一非图像光被光回收系统730的偏振分光片731分为两束，第一图像光入射到第二光调制系统，第一非图像光被光回收系统回收。

在实施例七的基础上，同样可以进一步也对第二光调制系统的第二非图像光进行回收，可以参照实施例三的描述，此处不再赘述。

在本发明的另一实施方式中，第一光调制系统包含两个光调制器，第二光调制系统包含一个光调制器，其中第二光调制系统的光调制器为反射式液晶光阀类型的光调制器。本实施方式可以通过结合实施例四(第一光调制系统包含两个光调制器，第二光调制系统包含一个光调制器)和实施例七(包含单个光调制器的光调制系统的光调制器类型为反射式液晶光阀)得到，此处不再赘述。本实施方式同样可以进一步同时对第一光调制系统和第二光调制系统进行光回收。

在本发明的另一个实施方式中，在实施例七的基础上，第一光调制器还可以替换为数字微镜装置类型的光调制器，数字微镜装置的开状态(ON光)为图像光，数字微镜装置的关状态(OFF光)为非图像光，图像光和非图像光从数字微镜装置中出射后，沿不同方向出射，其中图像光进入第二光调制系统，非图像光被光回收系统回收。本实施方式同样可以进一步同时对第一光调制系统和第二光调制系统进行光回收。

实施例八

请参见图8，如图8所示为本发明实施例八的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统80包括发光装置810、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统830，其中第一光调制系统包括第一光调制器821，第二光调制系统包括在光路中并联的第二光调制器822和第三光调制器823，投影显示系统80还包括合光装置840。

本实施例中发光装置810出射第一光，第一光调制器821位于第一光的光路上，用于将第一光调制后出射第一图像光和第一非图像光。该第一图像光和第一非图像光沿相同光路出射，入射到光回收系统830的偏振分光片831后分开，其中第一图像光被反射后入射到第二光调制器822的入射面，而第一非图像光透射后入射到第三光调制器823的入射面。第一图像光经第二光调制器822调制后出射图像光和非图像光，第一非图像光经第三光调制器823调制后出射图像光和非图像光。第二光调制器822出射的图像光和第三光调制器823出射的图像光经合光装置840合光后合成为第二光调制系统的第二图像光，进入投影显示系统70的出射光路。

本实施例中，光回收系统830不是将回收光引导至第一光调制系统的入射面，而是将回收光引导至第二光调制系统的入射面，相当于第一光调制系统的全部输出光(包括第一图像光和第一非图像光)都被利用并输出到第二光调制系统。本实施例技术方案相对于没有光回收的串联式双空间光调制系统而言，降低了对比度，而提高了出光效率；相对于并联式三空间光调制系统而言，不仅提高了对比度，还提高了光利用率。

本实施例中，发光装置810发出的第一光为红光、绿光和蓝光的时序光，发光装置810依时序周期性的出射红光、绿光和蓝光(当然，三色光的次序也可以为其他排列方式如红蓝绿)。该时序光既可以通过激发光源激发多区域荧光色轮的方式获得，也可以通过控制一个包含红绿蓝子光源的各子光源开关的方式获得，此处不再赘述。

在本实施例中，由于第一光调制器821出射的第一图像光和第一非图像光必然是相同颜色的光，而且第一图像光与第一非图像光沿相同光路从第一光调制器821中出射，因此用于分光的分光片831必然是偏振分光片，第一图像光和第一非图像光为偏振态不同的光。因此，本实施例中的第一光调制器821为液晶光阀类型的光调制器，如LCD或LCOS。

在每一帧图像的任意时刻，投影显示系统80的光路中的光只有一种颜色，因此各个光调制器都是依照图像数据中该颜色分量的图像数据对入射光进行调制。即，当第一光调制器821依图像数据的红色分量进行调制时，第二光调制器822和第三光调制器823也依图像数据的红色分量进行调制。

在本实施例的一个实施方式中，偏振分光片831和第三光调制器823之间设置有匀光装置(图未示)，用于在光回收系统830回收的第一非图像光入射至第二光调制系统之前对其进行匀光。

在本实施例的一个变形实施方式中，第一光调制器还可以替换为数字微镜装置类型的光调制器，该技术方案中，第一图像光和第一非图像光分别沿不同光路从第一光调制器中出射，不需要偏振分光片即可分为两束光，其中第一图像光被引导至第二光调制器，第一非图像光被光回收系统引导至第三光调制器。

实施例九

请参见图9，如图9所示为本发明实施例九的投影显示系统的结构示意图，投影显示系统90包括发光装置910、第一光调制系统、第二光调制系统和光回收系统930，其中第一光调制系统包括第一光调制器921，第二光调制系统包括在光路中并联的第二光调制器922和第三光调制器923，投影显示系统90还包括分光元件960、合光装置940和匀光装置950。

本实施例与实施例一的区别在于，增加了光通量调节装置970。光通量调节装置970设置在光回收系统回收的光入射至光调制系统之前的光路上，用于在光回收系统回收的光入射至光调制系统之间，根据指定的参数对该光的光通量进行调节。

在本实施例中，光通量调节装置970设置在第一非图像光的回收光路上，对第一非图像光的光通量进行调节。本发明中，第一光为时序光，在不同颜色的光通过光调制系统时，由于一帧图像中各个颜色的分布以及各个颜色的比重可能不同，将导致各个颜色光的图像光和非图像光的光通量比例不同，假若将全部非图像光都回收，使得每一颜色的光全部以图像光的形式出射，将导致最终合成的彩色图像颜色混乱。因此，本实施例在实施例一的基础上增加光通量调节装置970，对回收再利用的非图像光的光通量进行调节，减少某些颜色的光的回收率，从而使得最终出射的图像中各颜色光的比例能够与原始图像数据相吻合。

具体地，光通量调节装置通过一控制装置控制，控制装置根据每一帧图像中红绿蓝各颜色总量的比例，计算出该帧图像的非图像光中红绿蓝各颜色的比例，并结合光回收系统的收集效率，得到在没有光通量调节装置的情况下回收到光调制系统的各颜色光的光通量。通过在不同的颜色光的时序改变光透过率，控制各个颜色的光实际回收到光调制系统的光通量。

在本发明的一个实施方式中，在一帧图像期间，经光通量调节装置控制，所有经光回收系统回收到光调制系统的光中，红光、绿光和蓝光的比例符合白光中红绿蓝的比例，相当于入射到第一光调制系统的光总是与第一光成分相同的光，即光回收系统相当于加强了第一光的光照强度。

以上，实施例九列举了在实施例一的基础上增加光通量调节装置的技术方案。可以理解，也可以在上述其他实施例的基础上增加光通量调节装置来控制回收光中各颜色光的比例，以使每一帧图像期间，所有被光回收系统回收到光调制系统的光中，红光、绿光和蓝光的比例符合白光中红绿蓝的比例。该技术方案能够保证投影显示系统的出射图像颜色精确还原输入的每一帧图像数据的信息。

本发明的投影显示系统适用于应用场景各种投影显示设备，如工程投影机、影院投影机、激光电视、家庭影院、教育投影机和便携式微型投影机等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种投影显示系统，其特征在于，包括：

发光装置，用于发出第一光，所述第一光包含红光、绿光和蓝光光谱；

第一光调制系统，位于所述第一光的光路上，用于调制所述第一光，并出射第一图像光和第一非图像光，其中，所述第一图像光和所述第一非图像光具有不同的偏振态；

第二光调制系统，位于所述第一图像光的光路上，用于调制所述第一图像光，并出射第二图像光和第二非图像光，所述第二图像光进入所述投影显示系统的出射光路而形成图像，所述第二图像光和所述第二非图像光具有不同的偏振态；

所述第一光调制系统和所述第二光调制系统中的一个光调制系统仅包括一个光调制器，另一个光调制系统包括两个光调制器，且该两个光调制器在光路中并联；

光回收系统，用于回收所述第一非图像光和/或第二非图像光，并将其引导至所述第一光调制系统或第二光调制系统的入射面；

所述光回收系统包括一偏振分光片，用于对所述第一光调制系统和/或第二光调制系统出射的不同偏振态的图像光和非图像光进行分光。

2.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，所述第一光为第一子光和第二子光的时序光，其中所述第一子光为包含两种颜色光的宽谱光，所述第二子光为一单色光；

所述第一光调制系统包括第一光调制器，所述第二光调制系统包括第二光调制器和第三光调制器，所述第二光调制器和所述第三光调制器在光路中并联；

所述投影显示系统还包括分光元件，当所述第一光处于第一子光时序时，所述分光元件将所述第一光调制系统出射的第一图像光分为两种颜色的图像光，该两种颜色的图像光分别入射到所述第二光调制器和所述第三光调制器；

当所述第一光处于第二子光时序时，所述分光元件将所述第一光调制系统出射的第一图像光引导至所述第二光调制器。

3.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，所述第一光为第一子光和第二子光的时序光，其中所述第一子光为包含两种颜色光的宽谱光，所述第二子光为一单色光；

所述第一光调制系统包括第一光调制器和第二光调制器，所述第二光调制系统包括第三光调制器，所述第一光调制器和所述第二光调制器在光路中并联；

所述投影显示系统还包括分光元件，当所述第一光处于第一子光时序时，所述分光元件将所述第一光分为两种颜色的光，该两种颜色的光分别入射到所述第一光调制器和所述第二光调制器，当所述第一光处于第二子光时序时，所述分光元件将所述第一光引导至所述第二光调制器。

4.根据权利要求2或3所述的投影显示系统，其特征在于，所述光回收系统用于回收所述第一非图像光和/或第二非图像光，并将其引导至所述第一光调制系统的入射面。

5.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，所述第一光为红光、绿光和蓝光的时序光，所述第一光调制系统包括第一光调制器，所述第二光调制系统包括第二光调制器和第三光调制器，所述第二光调制器和所述第三光调制器在光路中并联；所述第二光调制器位于所述第一图像光的光路上，用于调制所述第一图像光；

所述光回收系统用于回收所述第一非图像光，并将其引导至所述第三光调制器的入射面，所述第三光调制器用于调制所述第一非图像光；

所述第二光调制器和所述第三光调制器出射的图像光合光为第二图像光。

6.根据权利要求1、2、3或5中任一项所述的投影显示系统，其特征在于，还包括匀光装置，用于在所述光回收系统回收的光入射至光调制系统之前，对该光进行匀光。

7.根据权利要求1、2、3或5所述的投影显示系统，其特征在于，还包括光通量调节装置，用于在所述光回收系统回收的光入射至光调制系统之前，根据指定的参数对该光的光通量进行调节。

8.根据权利要求7所述的投影显示系统，其特征在于，在一帧图像期间，所有经光回收系统回收的光中，红光、绿光和蓝光的比例符合白光中红绿蓝的比例。

9.根据权利要求1、2、3或5所述的投影显示系统，其特征在于，所述在光路中并联的两个光调制器为液晶光阀类型的光调制器。

10.根据权利要求9所述的投影显示系统，其特征在于，所述仅包括一个光调制器的光调制系统的光调制器类型为液晶光阀类型的光调制器或数字微镜装置类型的光调制器。

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