CN109814325A - 一种双显示屏照明光路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双显示屏照明光路系统，包括：宽光谱调制光路、第一相位延迟元件、偏振分光元件、第一显示屏、第二显示屏、出射光路和镜头。所述入射宽光谱光束经所述宽光谱调制光路和第一相位延迟元件调制后形成包括偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱的偏振宽光谱光束。所述偏振分光元件将所述偏振宽光谱光束分光成第一偏振光和第二偏振光。所述第一偏振光进入所述第一显示屏并经所述第一显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，所述第二偏振光进入所述第二显示屏并经所述第二显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面。本发明通过采用两组显示屏，无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出。
Description
技术领域
本发明涉及投影机照明领域，更具体地说，涉及一种双显示屏照明光路系统。
背景技术
在现有的序列式照明激光投影技术中，其照明光路系统大致分为以下两种架构。
(1)蓝色激光光源搭配波长转换材料的架构：在这种架构中，以激光本身的蓝色光作为蓝色照明色光，而绿色及红色光则是激光轰击波长转换材料产生的宽频谱黄色转换光并搭配滤色轮滤除特定光谱获得的。
(2)蓝色激光光源搭配红色LED或者红色激光做为系统需要的蓝色及红色照明光，而绿光则是激光轰击波长转换材料时产生的宽频谱黄色转换光并滤除红色波段获得的。
然而，以上两种架构皆有相当高比例的转换光被捨弃，造成系统效率低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无需舍弃转换光，因此效率和色彩表现均佳的双显示屏照明光路系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双显示屏照明光路系统，包括：沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的宽光谱调制光路、第一相位延迟元件、偏振分光元件、第一显示屏、第二显示屏、出射光路和镜头；所述入射宽光谱光束经所述宽光谱调制光路调制成具有单一偏振方向的偏振宽光谱光束，所述第一相位延迟元件将所述偏振宽光谱光束中的偏振方向相同的第一颜色频谱和第二颜色频谱调制为偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱，所述偏振分光元件将所述偏振宽光谱光束中偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱分光成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光进入所述第一显示屏并经所述第一显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，所述第二偏振光进入所述第二显示屏并经所述第二显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，分别经调制后的第一偏振光和第二偏振光经所述出射光路调制成单一偏振方向的第一出射光和第二出射光并进入所述镜头以用于影像投射。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述第一相位延迟元件垂直于所述偏振宽光谱光束的传播光路设置，所述偏振分光元件的偏振分光面与所述偏振宽光谱光束的传播光路成角度设置，所述第一显示屏沿所述偏振分光面的穿透方向设置，所述第二显示屏沿所述偏振分光面的反射方向设置。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述偏振分光元件包括偏振分光棱镜或偏光板。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述第一显示屏和所述第二显示屏包括LCOS显示屏。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述入射宽光谱光束为黄光光束，所述第一出射光为红光光束，所述第二出射光光束为绿光光束。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述入射宽光谱光束为黄光光束，所述第一出射光为绿光光束，所述第二出射光光束为红光光束。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述宽光谱调制光路包括沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的复眼透镜和PCS。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，进一步包括设置在所述PCS和所述第一相位延迟元件之间的中继光学元件。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述出射光路包括依次设置在所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路上的第二相位延迟元件。
在本发明所述的双显示屏照明光路系统中，所述出射光路进一步包括沿着所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路设置在所述第二相位延迟元件之后的出射偏光板。
实施本发明的双显示屏照明光路系统，通过采用两组显示屏，仅需要将入射宽光谱光束调制为两组偏振方向相互正交的第一偏振光和第二偏振光，两者会依照本身的偏振状态对相对应的显示屏进行照明及调製，接下来偏振分光元件合光后，进入镜头投影至屏幕，因此无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出，故不论在效率上或者色彩表现上皆远高于其他的照明光路系统。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的双显示屏照明光路系统的第一实施例的原理框图；
图2是本发明的双显示屏照明光路系统的第二实施例的光路图；
图3是本发明的双显示屏照明光路系统的第三实施例的光路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种双显示屏照明光路系统，包括：沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的宽光谱调制光路、第一相位延迟元件、偏振分光元件、第一显示屏、第二显示屏、出射光路和镜头；所述入射宽光谱光束经所述宽光谱调制光路调制成具有单一偏振方向的偏振宽光谱光束，所述第一相位延迟元件将所述偏振宽光谱光束中的偏振方向相同的第一颜色频谱和第二颜色频谱调制为偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱，所述偏振分光元件将所述偏振宽光谱光束中偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱分光成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光进入所述第一显示屏并经所述第一显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，所述第二偏振光进入所述第二显示屏并经所述第二显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，分别经调制后的第一偏振光和第二偏振光经所述出射光路调制成单一偏振方向的第一出射光和第二出射光并进入所述镜头以用于影像投射。
实施本发明的双显示屏照明光路系统，通过采用两组显示屏，仅需要将入射宽光谱光束调制为两组偏振方向相互正交的第一偏振光和第二偏振光，两者会依照本身的偏振状态对相对应的显示屏进行照明及调製，接下来偏振分光元件合光后，进入镜头投影至屏幕，因此无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出，故不论在效率上或者色彩表现上皆远高于其他的照明光路系统。
图1是本发明的双显示屏照明光路系统的第一实施例的原理框图。如图1所示，本发明的双显示屏照明光路系统，包括：沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的宽光谱调制光路100、第一相位延迟元件A-4、偏振分光元件A-1、第一显示屏A-2、第二显示屏A-3、出射光路200和镜头A-8。
如图1所示，入射宽光谱光束B-1首先进入沿着入射宽光谱光束B-1的传播光路设置的宽光谱调制光路100进行调制。所述入射宽光谱光束B-1经所述宽光谱调制光路100调制成具有单一偏振方向的偏振宽光谱光束C-2。在本发明的一个优选实施例中，所述入射宽光谱光束B-1为黄光光束，优选地，其频谱分布由500nm至700nm，包含了绿色频谱以及红色频谱，在经过宽光谱调制光路100进行调制之后，形成单一偏振方向的偏振宽光谱光束C-2。在本发明的一个优选实施例中，所述宽光谱调制光路100包括沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的复眼透镜和PCS。在本发明的进一步的优选实施例中，所述宽光谱调制光路100包括沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的复眼透镜、PCS和扩散组件。
进一步如图1所示，所述第一相位延迟元件A-4垂直于所述偏振宽光谱光束C-2的传播光路设置，从而将所述偏振宽光谱光束C-2中的偏振方向相同的第一颜色频谱和第二颜色频谱调制为偏振方向相互正交的第一颜色频谱D-1和第二颜色频谱D-2，在本发明的优选实施例中，即绿色频谱D-1和红色频谱D-2。然后包含偏振方向相互正交的第一颜色频谱D-1和第二颜色频谱D-2的所述偏振宽光谱光束C-2进入其偏振分光面与所述偏振宽光谱光束C-2的传播光路成角度设置的所述偏振分光元件A-1。所述偏振分光元件A-1将所述偏振宽光谱光束C-2中偏振方向相互正交的第一颜色频谱D-1和第二颜色频谱D-2分光成第一偏振光和第二偏振光。
在本发明的优选实施例中，所述偏振分光元件A-1包括偏振分光棱镜或偏光板。在本实施例中，所述偏振分光元件A-1为红光反射绿光透射的偏振分光元件，当然在本发明的其他优选实施例中，所述偏振分光元件A-1还可以为绿光反射红光透射的偏振分光元件只有第一偏振光和第一显示屏A-2对应，第二偏振光和第二显示屏A-3对应即可。所述第一显示屏A-2沿所述偏振分光面的穿透方向设置，所述第二显示屏A-3沿所述偏振分光面的反射方向设置。穿透所述偏振分光元件A-1形成的第一偏振光进入所述第一显示屏A-2并经所述第一显示屏A-2调制之后反射回到所述偏振分光元件A-1的出射面。经所述偏振分光元件A-1反射形成的所述第二偏振光进入所述第二显示屏A-3并经所述第二显示屏A-3调制之后反射回到所述偏振分光元件A-1的出射面。分别经调制后的第一偏振光E-1和第二偏振光E-2经所述出射光路200调制成单一偏振方向的第一出射光F-1和第二出射光F-2并进入所述镜头A-8以用于影像投射。
在本发明的优选实施例中，所述第一显示屏A-2和所述第二显示屏A-3为LCOS显示屏。在本发明的优选实施例中，第一偏振光(绿色偏振光)D1和第二偏振光(红色偏振光)D2分别经LCOS显示屏调制之后，形成经调制后的第一偏振光(绿色影像光束)E-1和第二偏振光(红色影像光束)E-2，此时，第一偏振光(绿色影像光束)E-1和第二偏振光(红色影像光束)E-2的偏振方向相互正交，其可以通过所述出射光路200调制成单一偏振方向的第一出射光F-1和第二出射光F-2并进入所述镜头A-8以用于影像投射。在本发明的一个优选实施例中，所述出射光路200包括设置在所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路上的第二相位延迟元件，用于将第一偏振光(绿色影像光束)E-1和第二偏振光(红色影像光束)E-2调制成单一偏振方向的第一出射光F-1和第二出射光F-2。在本发明的进一步的优选实施例中，所述出射光路200进一步包括沿着所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路设置在所述第二相位延迟元件之后的出射偏光板，用于增强第一出射光F-1和第二出射光F-2的对比度。
实施本发明的双显示屏照明光路系统，通过采用两组显示屏，仅需要将入射宽光谱光束调制为两组偏振方向相互正交的第一偏振光和第二偏振光，两者会依照本身的偏振状态对相对应的显示屏进行照明及调製，接下来偏振分光元件合光后，进入镜头投影至屏幕，因此无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出，故不论在效率上或者色彩表现上皆远高于其他的照明光路系统。
图2是本发明的双显示屏照明光路系统的第二实施例的光路图。如图2所示，本发明的双显示屏照明光路系统，包括：沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的宽光谱调制光路100、第一相位延迟元件A-4、偏振分光元件A-1、第一显示屏A-2、第二显示屏A-3、出射光路200和镜头A-8。在本实施例中，所述宽光谱调制光路100包括复眼透镜A-9和PCS A-10。优选地，该所述宽光谱调制光路100还可以包括设置在所述PCS A-10和所述第一相位延迟元件A-4之间的中继光学元件。所述出射光路200包括第二相位延迟元件A-6和出射偏光板A-7。
如图2所示，入射宽光谱光束B-1首先进入沿着入射宽光谱光束B-1的传播光路依次设置的复眼透镜A-9和PCS A-10。在本优选实施例中，所述入射宽光谱光束B-1为黄光光束，优选地，其频谱分布由500nm至700nm，包含了绿色频谱以及红色频谱，在经过宽光谱调制光路100进行调制之后，形成单一偏振方向的偏振光谱光束C-1，再经中继光学元件(例如凸透镜)扩束之后，形成单一偏振方向的偏振宽光谱光束C-2。在单一偏振方向的偏振宽光谱光束C-2进入偏振分光元件A-1之前，将其先经过第一相位延迟元件A-4进行调制。该第一相位延迟元件A-4是波长选择型相位延迟元件，垂直于所述偏振宽光谱光束C-2的传播光路设置，从而将所述偏振宽光谱光束C-2中的偏振方向相同的绿色频谱和红色频谱调制为偏振方向相互正交的绿色频谱D-1和红色频谱D-2。然后包含偏振方向相互正交的绿色频谱D-1和红色频谱D-2的所述偏振宽光谱光束C-2进入其偏振分光面与所述偏振宽光谱光束C-2的传播光路成45度角设置的所述偏振分光元件A-1。所述偏振分光元件A-1将所述偏振宽光谱光束C-2中偏振方向相互正交的绿色频谱D-1和红色频谱D-2分光成绿色照明光D1和红色照明光D2。在本优选实施例中，所述偏振分光元件A-1是偏振分光棱镜，其可以为红光穿透绿光反射，也可以为绿光穿透红光反射。所述第一显示屏A-2沿所述偏振分光面的穿透方向设置，所述第二显示屏A-3沿所述偏振分光面的反射方向设置。穿透所述偏振分光元件A-1形成的第一偏振光进入所述第一显示屏A-2并经所述第一显示屏A-2调制之后反射回到所述偏振分光元件A-1的出射面。经所述偏振分光元件A-1反射形成的所述第二偏振光进入所述第二显示屏A-3并经所述第二显示屏A-3调制之后反射回到所述偏振分光元件A-1的出射面。分别经调制后的绿色偏振光E-1和红色偏振光E-2从所述偏振分光元件A-1的出射面向上射出。在本发明的其他优选实施例中，所述偏振分光元件A-1、所述第一显示屏A-2和所述第二显示屏A-3还可以采用其他设置方式，例如所述偏振分光元件A-1的偏振分光面与所述偏振宽光谱光束C-2的传播光路成135度角设置。只要所述第一显示屏A-2和所述第二显示屏A-3分别设置在穿透方向和反射方向即可。
分别经调制后的绿色偏振光E-1和红色偏振光E-2的偏振方向相互正交，其从所述偏振分光元件A-1的出射面向上射出后进入第二相位延迟元件A-6进行调制，该第二相位延迟元件A-6是波长选择型相位延迟元件，从而形成单一偏振方向的出射绿光F-1和出射红光F-2。然而，该出射绿光F-1和出射红光F-2进入出射偏光板，以增强对比度。最后形成的出射光进入镜头A-8进行投影。
实施本发明的双显示屏照明光路系统，通过采用两组显示屏，仅需要将入射宽光谱光束调制为两组偏振方向相互正交的第一偏振光和第二偏振光，两者会依照本身的偏振状态对相对应的显示屏进行照明及调製，接下来偏振分光元件合光后，进入镜头投影至屏幕，因此无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出，故不论在效率上或者色彩表现上皆远高于其他的照明光路系统。
图3是本发明的双显示屏照明光路系统的第三实施例的光路图。图3所示实施例与图2所示实施例近似，其区别仅在于，在图3所示实施例中，采用偏光板G-1作为偏振分光元件，并且在偏光板G-1的穿透方向及反射方向依序放置显示屏G-2及G-3，入射侧位于G-4，出射侧位于G-5。图3所示的实施例的其余元件构造以及实现方式，原理均与图2近似，在此就不再累述了。
实施本发明的双显示屏照明光路系统，通过采用两组显示屏，仅需要将入射宽光谱光束调制为两组偏振方向相互正交的第一偏振光和第二偏振光，两者会依照本身的偏振状态对相对应的显示屏进行照明及调製，接下来偏振分光元件合光后，进入镜头投影至屏幕，因此无特定频谱被捨弃，且具有100％纯色光输出，故不论在效率上或者色彩表现上皆远高于其他的照明光路系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双显示屏照明光路系统，其特征在于，包括：沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的宽光谱调制光路、第一相位延迟元件、偏振分光元件、第一显示屏、第二显示屏、出射光路和镜头；所述入射宽光谱光束经所述宽光谱调制光路调制成具有单一偏振方向的偏振宽光谱光束，所述第一相位延迟元件将所述偏振宽光谱光束中的偏振方向相同的第一颜色频谱和第二颜色频谱调制为偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱，所述偏振分光元件将所述偏振宽光谱光束中偏振方向相互正交的第一颜色频谱和第二颜色频谱分光成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光进入所述第一显示屏并经所述第一显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，所述第二偏振光进入所述第二显示屏并经所述第二显示屏调制之后反射回到所述偏振分光元件的出射面，分别经调制后的第一偏振光和第二偏振光经所述出射光路调制成单一偏振方向的第一出射光和第二出射光并进入所述镜头以用于影像投射。
2.根据权利要求1所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述第一相位延迟元件垂直于所述偏振宽光谱光束的传播光路设置，所述偏振分光元件的偏振分光面与所述偏振宽光谱光束的传播光路成角度设置，所述第一显示屏沿所述偏振分光面的穿透方向设置，所述第二显示屏沿所述偏振分光面的反射方向设置。
3.根据权利要求2所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述偏振分光元件包括偏振分光棱镜或偏光板。
4.根据权利要求2所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述第一显示屏和所述第二显示屏包括LCOS显示屏。
5.根据权利要求2所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述入射宽光谱光束为黄光光束，所述第一出射光为红光光束，所述第二出射光光束为绿光光束。
6.根据权利要求2所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述入射宽光谱光束为黄光光束，所述第一出射光为绿光光束，所述第二出射光光束为红光光束。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述宽光谱调制光路包括沿着入射宽光谱光束的传播光路依次设置的复眼透镜和PCS。
8.根据权利要求7所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，进一步包括设置在所述PCS和所述第一相位延迟元件之间的中继光学元件。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述出射光路包括设置在所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路上的第二相位延迟元件。
10.根据权利要求9所述的双显示屏照明光路系统，其特征在于，所述出射光路进一步包括沿着所述第一出射光和所述第二出射光的传播光路设置在所述第二相位延迟元件之后的出射偏光板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190528 |