CN110312113A - 一种激光电视投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种激光电视投影系统，包括：投影光源模组、匀化与起偏模组、位相片、PBS棱镜、第一LCOS光阀、第二LCOS光阀和投影镜头；投影光源模组，提供第一白光光场；匀化与起偏模组，将第一白光光场起偏，得到第二白光光场；位相片，对第二白光光场中的分时耦合光场和第三基色光中的一个进行位相转换，得到第三白光光场；第三白光光场中的P偏振光透射PBS棱镜后经第一LCOS光阀反射得到的第一反射光场以及将第三白光光场中的S偏振光在PBS棱镜处反射后经第二LCOS光阀反射得到的第二反射光场均经过PBS棱镜后传导至投影镜头，避免了三片式光阀架构由于中继光路的分光折叠因素导致透镜元件过多的情况。

Description

一种激光电视投影系统
技术领域
本发明涉及激光显示技术领域，特别是涉及一种激光电视投影系统。
背景技术
激光电视投影系统是通过光阀控制投影光源得到投影图像，利用投影镜头将投影图像放大并显示在投影屏幕上的装置，在我们生活中应用广泛。目前激光电视投影系统多以单片式光阀或三片式光阀为主，单片式光阀是指使用一片光阀，通过时分方式加载RGB(红绿蓝，Red Green Blue)信号，三片式光阀是指使用三片光阀，分别加载RGB信号。
目前，在单片式光阀应用中，一般采用单色纯激光光源激发RGB或RGBY(红绿蓝黄，Red Green Blue Yellow)荧光轮，由于时分的影响，存在显示亮度不高和画面质量较低的缺陷，而且受限于光源和光阀的扩展不变量，要提高显示亮度，则需要加大光阀的尺寸，导致UST(超短焦，Ultra Short Throw)投影镜头的物面变大，镜头尺寸变大，整个系统的体型也就相应变大；而采用三色纯激光光源，则受限于绿光、红光半导体激光二极管的价格，整体成本变得高昂，并且存在激光散斑效应。
在三片式光阀中虽然具有高亮度和高画面质量等优点，但是由于中继光路的分光折叠等因素，使用的透镜元件过多，导致UST投影镜头的后截距拉长，同等光圈条件下，UST投影镜头的尺寸也就变大。
目前还未出现一种低成本、小型化以及高亮度的激光电视投影系统。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种激光电视投影系统，以实现激光电视投影系统的低成本、小型化以及高亮度的设计需求。具体技术方案如下：
本发明实施例提供一种激光电视投影系统，包括：投影光源模组、匀化与起偏模组、位相片、PBS(偏振分光，Polarization Beam Splitter)棱镜、第一LCOS(硅基液晶，Liquid Crystal On Silicon)光阀、第二LCOS光阀和投影镜头；
所述投影光源模组，用于提供第一白光光场，所述第一白光光场为第一基色光、第二基色光和第三基色光的耦合光场，其中，所述第一基色光和所述第二基色光分时耦合，得到分时耦合光场，所述光分时耦合光场与所述第三基色光空间耦合，得到所述第一白光光场；
所述匀化与起偏模组，用于将所述第一白光光场起偏，得到第二白光光场，所述第二白光光场所包含的光均为预设类型偏振光，所述预设类型偏振光为P偏振光和S偏振光之一；
所述位相片，用于对第二白光光场中的所述分时耦合光场和所述第三基色光中的一个进行位相转换，得到第三白光光场，所述第三白光光场包括P偏振光和S偏振光；
所述PBS棱镜，用于将所述第三白光光场中的P偏振光透射，以及将所述第三白光光场中的S偏振光反射，并且P偏振光透射后经所述第一LCOS光阀反射得到的第一反射光场，以及S偏振光反射后经所述第二LCOS光阀反射得到的第二反射光场，均经过所述PBS棱镜后传导至所述投影镜头。
可选地，所述第一LCOS光阀与所述PBS棱镜之间设置有第一位相补偿1/4波片板；
所述第二LCOS光阀与所述PBS棱镜之间设置有第二位相补偿1/4波片板。
可选地，所述第一LCOS光阀和所述第二LCOS光阀中的一个位于所述PBS棱镜的顶部，另一个位于所述PBS棱镜的侧面；
所述投影镜头、所述PBS棱镜和所述第二LCOS光阀位于同一直线方向上，其中，所述PBS棱镜位于所述投影镜头和所述第二LCOS光阀之间。
可选地，所述位相片为R位相片、RB位相片、G位相片或GB位相片。
可选地，所述第一基色光为蓝光，所述第二基色光为绿光，所述第三基色光为红光；或者，
所述第一基色光为蓝光，所述第二基色光为红光，所述第三基色光为绿光。
可选地，所述匀化与起偏模组，包括：前复眼透镜、后复眼透镜和PCS(偏光转换系统，Polarizing Conversion System)起偏阵列棱镜；
所述第一白光光场经所述前复眼透镜后被分割成多个阵列，并聚焦于所述后复眼透镜的后表面上；
所述PCS起偏阵列棱镜将所述后复眼透镜透射出的光场起偏，得到所述第二白光光场。
可选地，所述投影光源模组，包括：激光光源模组、第一二向色镜、第二二向色镜、第一荧光轮、第二荧光轮、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，其中：
所述激光光源模组用于发出两束平行的第一基色光，其中，两束平行的第一基色光中的一束射向所述第一荧光轮，另一束射向所述第二荧光轮；
所述第一荧光轮包括透射区、第一荧光区以及与所述第一荧光区对应的散热基板，所述散热基板靠近所述第一荧光区的一侧镀有镜面高反膜，所述第一基色光透过设置在所述激光光源模组和所述第一荧光轮之间的第二二向色镜后射向所述第一荧光轮：当所述第一基色光照射所述第一荧光区时，激发得到第二基色光，所述第二基色光经镜面高反膜反射，并射向所述第二二向色镜处发生反射，得到第二基色光的水平光场；当所述第一基色光照射所述透射区时透射，所述透射区透射的第一基色光依次经过所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜反射后得到第一基色光的水平光场，所述第一基色光的水平光场透过所述第二二向色镜后和第二基色光的水平光场分时耦合，得到所述分时耦合光场；
所述第二荧光轮包括第二荧光区以及与所述第二荧光区对应的散热基板，所述散热基板靠近所述第二荧光区的一侧镀有镜面高反膜，所述第一基色光透过设置在所述激光光源模组和所述第二荧光轮之间的第一二向色镜后，照射所述第二荧光区激发得到第三基色光，所述第三基色光经镜面高反膜反射，并射向所述第一二向色镜处发生反射，得到第三基色光的水平光场；
所述分时耦合光场和所述第三基色光的水平光场空间耦合，得到所述第一白光光场。
可选地，所述激光光源模组包括第一阵列激光光源模组和第二阵列激光光源模组，所述第一阵列激光光源模组和所述第二阵列激光光源模组的结构相同；
所述第一阵列激光光源模组和所述第二阵列激光光源模组均包括：激光二极管阵列、导热铜板、导热管、散热片和准直透镜阵列；
所述激光二极管阵列均匀排列安装在所述导热铜板上，所述导热铜板内插所述导热管，所述导热管内含冷媒，所述导热管的另一端接所述散热片，所述准直透镜阵列置于所述激光二极管阵列前端，所述准直透镜阵列的透镜面上的子眼与所述激光二极管阵列中的激光二极管一一对应；
所述准直透镜阵列的透镜面上的子眼采用双曲非球面透镜，所述双曲非球面透镜的曲面的双曲方程为：
其中：cx为所述双曲非球面透镜在x方向的曲率，cy为所述双曲非球面透镜在y方向的曲率，kx为所述双曲非球面透镜在x方向的圆锥系数，ky为所述双曲非球面透镜在y方向的圆锥系数。
可选地，所述第一基色光的远场为高斯分布；
所述第一阵列激光光源模组和所述第二二向色镜之间设置有第一扩散片；
所述第二阵列激光光源模组和所述第一二向色镜之间设置有第二扩散片；
所述第一扩散片和所述第二扩散片用于将第一基色光进行扩散，使第一基色光的远场扩展为双向类平顶分布。
可选地，所述第一二向色镜和所述第二荧光轮之间设置有第一聚光透镜模组，所述第一聚光透镜模组用于将所述第一二向色镜透射的第一基色光在所述第二荧光轮上聚焦形成条形光斑，并将所述第二荧光轮激发的第三基色光准直成平行光场并射向所述第一二向色镜；
所述第二二向色镜和所述第一荧光轮之间设置有第二聚光透镜模组，所述第二聚光透镜模组用于将所述第二二向色镜透射的第一基色光在所述第一荧光轮上聚焦形成条形光斑，并将所述第一荧光轮激发的第二基色光准直成平行光场并射向所述第二二向色镜。
可选地，所述第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组结构相同，所述第一聚光透镜模组和所述第二聚光透镜模组均包括非球面透镜和球面透镜，所述非球面透镜靠向激光光源模组布设，所述球面透镜靠向所述第一荧光轮或所述第二荧光轮布设；
所述非球面透镜的非球面的方程为：
其中：c为球面顶点处的曲率，k为二次项非球面系数，An为高阶项非球面系数，n取2～7，ρ为归一化径向坐标。
可选地，所述透射区为扇形扩散片，所述第一荧光轮与所述第一反射镜之间设置有准直模组；
所述第三反射镜与所述第二二向色镜之间依次设置有准直补偿透镜和第三扩散片，所述第三扩散片左右或者上下循环移动。
可选地，所述透射区为扇形结构，所述第一荧光区为扇形环带结构，所述透射区的张角在89°～91°之间，所述第一荧光区的张角在269°～271°之间，所述透射区的张角与所述第一荧光区的张角互补。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种激光电视投影系统，通过匀化与起偏模组对第一白光光场起偏，得到第二白光光场，其中，第二白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向一致，分时耦合光场和第三基色光均为S偏振光或P偏振光；再通过位相片对第二白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的一个进行位相转换，得到第三白光光场，其中，第三白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向相互垂直，分时耦合光场和第三基色光中的一个为S偏振光，另一个为P偏振光；最后通过PBS棱镜对第三白光光场中的P偏振光透射以及S偏振光反射，将P偏振光透射后经所述第一LCOS光阀反射得到的第一反射光场以及S偏振光反射后经所述第二LCOS光阀反射得到的第二反射光场传导至所述投影镜头；在此过程中，通过匀化与起偏模组和位相片的配合使得第三白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向相差90°，并且通过PBS棱镜，分时耦合光场和第三基色光传导至相应的光阀，避免了三片式光阀架构由于中继光路的分光折叠等因素导致使用的透镜元件过多的情况，减少了透镜元件的使用，缩短了投影镜头的后截距，也有效缩小了现有激光电视投影系统的厚度，缩小整体外形，并降低了成本；并且通过采用双LCOS光阀架构，提高了显示亮度，改善了画面质量，满足了高分辨率以及超短焦投影的使用需求。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的激光电视投影系统的主视图；
图2为本发明实施例所提供的激光电视投影系统的仰视图；
图3为本发明实施例所提供的激光电视投影系统图2中局部结构(PBS棱镜与LCOS光阀的装配结构)的右视图；
图4为本发明实施例所提供的PCS阵列起偏棱镜的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的投影光源模组的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明实施例提供的一种激光电视投影系统进行详细说明。
参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种激光电视投影系统的主视图，图2为本发明实施例提供的一种激光电视投影系统的仰视图，包括：投影光源模组1、匀化与起偏模组2、位相片5、PBS棱镜6、LCOS光阀8和投影镜头9，LCOS光阀8包括第一LCOS光阀和第二LCOS光阀；
投影光源模组1，用于提供第一白光光场，第一白光光场为第一基色光、第二基色光和第三基色光的耦合光场，其中，第一基色光和第二基色光分时耦合，得到分时耦合光场，光分时耦合光场与第三基色光空间耦合，得到第一白光光场；
匀化与起偏模组2，用于将第一白光光场起偏，得到第二白光光场，第二白光光场所包含的光均为预设类型偏振光，预设类型偏振光为P偏振光和S偏振光之一；
位相片5，用于对第二白光光场中的分时耦合光场和第三基色光中的一个进行位相转换，得到第三白光光场，第三白光光场包括P偏振光和S偏振光；
PBS棱镜6，用于将第三白光光场中的P偏振光透射，以及将第三白光光场中的S偏振光反射，并且P偏振光透射后经第一LCOS光阀反射得到的第一反射光场，以及S偏振光反射后经第二LCOS光阀反射得到的第二反射光场，均经过PBS棱镜6后传导至投影镜头9。
采用上述图1和图2所示的激光电视投影系统，通过匀化与起偏模组2和位相片5的配合使得第三白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向相差90°，并且通过PBS棱镜6，分时耦合光场和第三基色光传导至相应的光阀，避免了三片式光阀架构由于中继光路的分光折叠等因素导致使用的透镜元件过多的情况，减少了透镜元件的使用，缩短了投影镜头9的后截距，也有效缩小了现有激光电视投影系统的厚度，缩小整体外形，并降低了成本；并且通过采用双LCOS光阀架构，提高了显示亮度，改善了画面质量，满足了高分辨率以及超短焦投影的使用需求。
进一步的，在本发明的一个实施例中，投影镜头9可以采用UST投影镜头，更具体地可以采用4K高分辨率超短焦投影镜头，投影镜头9由正光焦度镜组、负光焦度镜组、反光碗组成，投影镜头9采用物方远心的折反形式，投影镜头9的透射比小于0.25，投影镜头9的投影尺寸在80英寸至120英寸之间，投影镜头9的空气等效后截距大于15.2mm。
在其他实施例中，也可以采用其他类型的投影镜头，本发明在此不做限制。
进一步的，LCOS光阀8与PBS棱镜6之间可以设置有位相补偿1/4波片板7，有利于提升画面对比度。
具体的，第一LCOS光阀与PBS棱镜6之间设置有第一位相补偿1/4波片板；第二LCOS光阀与PBS棱镜6之间设置有第二位相补偿1/4波片板。
具体的，PBS棱镜6可以采用H-ZLAF52A材料，PBS棱镜6的偏振对比度大于1000:1，以提升画面对比度。
具体的，PBS棱镜6可以由两块三角棱镜胶合而成，三角棱镜的胶合面镀制偏振分光膜，S偏振光在偏振分光膜处发生反射，P偏振光在偏振分光膜处透射。
进一步的，参见图3，图3为本发明实施例图2中局部结构(PBS棱镜与LCOS光阀的装配结构)的右视图，第一LCOS光阀和第二LCOS光阀中的一个位于PBS棱镜6的顶部，另一个位于PBS棱镜6的侧面。
投影镜头9、PBS棱镜6和第二LCOS光阀位于同一直线方向上，其中，PBS棱镜6位于投影镜头9和第二LCOS光阀之间。
具体的，第一LCOS光阀和第二LCOS光阀的尺寸可以均为0.55英寸，以便减小激光电视投影系统的尺寸。
具体的，第三白光光场中的P偏振光在PBS棱镜6中的偏振分光膜处透射，射向第一LCOS光阀处反射得到第一反射光场，第一反射光场为S偏振光，第一反射光场射向PBS棱镜6中的偏振分光膜处发生反射后传导至投影镜头9；第三白光光场中的S偏振光在PBS棱镜6中的偏振分光膜处发生反射，射向第二LCOS光阀处反射得到第二反射光场，第二反射光场为P偏振光，第二反射光场射向PBS棱镜6中的偏振分光膜处透射后传导至投影镜头9。
进一步的，第一基色光为蓝光，第二基色光为绿光，第三基色光为红光；或者，
第一基色光为蓝光，第二基色光为红光，第三基色光为绿光。
进一步的，位相片5为R(红，Red)位相片、RB(红蓝，Red Blue)位相片、G(绿，Green)位相片或GB(绿蓝，Green Blue)位相片。
R位相片，用于将红光的偏振方向旋转90°；RB位相片，用于将红光和蓝光的偏振方向旋转90°；G位相片，用于将绿光的偏振方向旋转90°；GB位相片，用于将蓝光和蓝光的偏振方向旋转90°。
具体的，当第一基色光、第二基色光和第三基色光分别为蓝光、绿光和红光时，位相片5可以采用R位相片，也可以采用GB位相片，只要使得第三白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向相差90°即可；当第一基色光、第二基色光和第三基色光分别为蓝光、红光和绿光时，位相片5可以采用G位相片，也可以采用RB位相片，只要使得第三白光光场中的分时耦合光场和第三基色光的偏振方向相差90°即可。
匀化与起偏模组2包括：前复眼透镜、后复眼透镜和PCS起偏阵列棱镜；
第一白光光场经前复眼透镜后被分割成多个阵列，并聚焦于后复眼透镜的后表面上；
PCS起偏阵列棱镜将后复眼透镜透射出的光场起偏，得到第二白光光场。
具体的，参考图4所示，图4为本发明实施例所提供的PCS阵列起偏棱镜的结构示意图，PCS起偏阵列棱镜包括第一平行四方棱镜201、第二平行四方棱镜202、金属片203和半波片204；第一平行四方棱镜201、第二平行四方棱镜202、金属片203和半波片204的数量为多个，从下向上按照第一平行四方棱镜201、第二平行四方棱镜202、第一平行四方棱镜201、第二平行四方棱镜202……的方式布设，第一平行四方棱镜201和第二平行四方棱镜202的两端为竖直面，第一平行四方棱镜201和第二平行四方棱镜202之间设有偏振分光膜，金属片203布设在第一平行四方棱镜201的前端并且两者之间一一对应，后复眼透镜透射出的光场穿过相邻金属片203之间的空间进入第二平行四方棱镜202中；
当半波片204布设在第一平行四方棱镜201的后端并且半波片204和第一平行四方棱镜201之间一一对应时，第一白光光场中的S偏振光在偏振分光膜处反射，竖直射向相邻的偏振分光膜处反射，水平射向第二平行四方棱镜202的后端；第一白光光场中的P偏振光透过偏振分光膜，进入第一平行四方棱镜201的后端，并且在透过半波片204时，偏振方向旋转90°，第二白光光场所包括的光均为S偏振光。
当半波片204布设在第二平行四方棱镜202的后端并且半波片204和第二平行四方棱镜202之间一一对应时，第一白光光场中的P偏振光透过偏振分光膜，水平射向第一平行四方棱镜201的后端；第一白光光场中的S偏振光在偏振分光膜处反射，竖直射向相邻的偏振分光膜处反射，水平透过半波片204时，偏振方向旋转90°，第二白光光场所包括的光均为P偏振光。
匀化与起偏模组2和位相片5之间设置有整形透镜模组3和折叠反射镜4；
整形透镜模组3包括第一透镜和第二透镜，匀化与起偏模组2射出的第二白光光场穿过第一透镜后，经折叠反射镜4反射射向第二透镜，穿过第二透镜射向位相片5；
整形透镜模组3与前复眼透镜、后复眼透镜按照形成柯勒照明系统所要求的方式进行布设，使得整形透镜模组的出瞳位上形成均匀的照明光场。
采用本发明实施例提供的激光电视投影系统，第一白光光场经前复眼透镜后被分割成多个阵列，并聚焦于后复眼透镜的后表面上，然后穿过相邻金属片203之间的空间，保证了第一白光光场的利用率，降低了第二白光光场在PCS起偏阵列棱镜处起偏时光的损失；进一步的，半波片204所处的水平位置与相邻金属片203之间的空间所处的水平位置重合，能够更好的提高第一白光光场的利用率，进一步降低了第二白光光场在PCS起偏阵列棱镜处起偏时光的损失。
进一步的，在本发明的另一个实施例中，如图5所示，图5为本发明实施例所提供的投影光源模组的结构示意图，投影光源模组1包括：激光光源模组101、第一二向色镜103、第二二向色镜104、第一荧光轮106、第二荧光轮107、第一反射镜109、第二反射镜110、第三反射镜111，其中：
激光光源模组101用于发出两束平行的第一基色光，其中，两束平行的第一基色光中的一束射向第一荧光轮106，另一束射向第二荧光轮107；
第一荧光轮106包括透射区、第一荧光区以及与第一荧光区对应的散热基板，散热基板靠近第一荧光区的一侧镀有镜面高反膜，第一基色光透过设置在激光光源模组101和第一荧光轮106之间的第二二向色镜104后射向第一荧光轮106：当第一基色光照射第一荧光区时，激发得到第二基色光，第二基色光经镜面高反膜反射，并射向第二二向色镜104处发生反射，得到第二基色光的水平光场；当第一基色光照射透射区时透射，透射区透射的第一基色光依次经过第一反射镜109、第二反射镜110和第三反射镜111反射后得到第一基色光的水平光场，第一基色光的水平光场透过第二二向色镜104后和第二基色光的水平光场分时耦合，得到分时耦合光场；
第二荧光轮107包括第二荧光区以及与第二荧光区对应的散热基板，散热基板靠近第二荧光区的一侧镀有镜面高反膜，第一基色光透过设置在激光光源模组101和第二荧光轮107之间的第一二向色镜103后，照射第二荧光区激发得到第三基色光，第三基色光经镜面高反膜反射，并射向第一二向色镜103处发生反射，得到第三基色光的水平光场；
分时耦合光场和第三基色光的水平光场空间耦合，得到第一白光光场。
具体的，第一荧光轮106还设置有马达和控制器，控制器控制马达使得的第一荧光轮106的转速保持为7200rpm或14400rpm；第二荧光轮107还设置有马达和控制器，控制器控制马达使得的第二荧光轮107的转速保持为7200rpm或14400rpm。
进一步的，激光光源模组101包括第一阵列激光光源模组和第二阵列激光光源模组，第一阵列激光光源模组和第二阵列激光光源模组的结构相同；
第一阵列激光光源模组和第二阵列激光光源模组均包括：激光二极管阵列、导热铜板、导热管、散热片、准直透镜阵列、电源、控制系统和风扇；
激光二极管阵列均匀排列安装在导热铜板上，导热铜板内插导热管，导热管内含冷媒，导热管的另一端接散热片，在风扇作用下将散热片的热量带走，采用的电源为恒流源，控制系统通过PWM(脉宽调制，Pulse Width Modulation)方式控制电流的幅值，控制激光二极管阵列的电流的通断和强度，并监控激光二极管阵列的靶条温度和风扇的转速，准直透镜阵列置于激光二极管阵列前端，准直透镜阵列的透镜面上的子眼与激光二极管阵列中的激光二极管一一对应；
准直透镜阵列的透镜面上的子眼采用双曲非球面透镜，双曲非球面透镜的曲面的双曲方程为：
其中：cx为双曲非球面透镜在x方向的曲率，cy为双曲非球面透镜在y方向的曲率，kx为双曲非球面透镜在x方向的圆锥系数，ky为双曲非球面透镜在y方向的圆锥系数。
采用上述的子眼结构，有利于实现更好的激光光场准直，减少光束散角。
进一步的，第一基色光的远场为高斯分布；
激光光源模组101与第一二向色镜103或第二二向色镜104之间设置有扩散片102，扩散片102包括第一扩散片和第二扩散片。
相应的，第一扩散片位于第一阵列激光光源模组和第二二向色镜104之间，第二扩散片位于第二阵列激光光源模组和第一二向色镜103之间；
第一扩散片和第二扩散片用于将第一基色光进行扩散，使第一基色光的远场扩展为双向类平顶分布。
具体的，第一扩散片对激发返回来的光场中的第二基色光具有反射光场作用的同时，也对激发返回来的光场中第二基色光以外的光具有滤光作用；第二扩散片对激发返回来的光场中的第三基色光具有反射光场作用的同时，也对激发返回来的光场中第三基色光以外的光具有滤光作用，以满足白场配色的要求。
具体的，若第一荧光轮106上的第一荧光区为绿色荧光片，经第二二向色镜104后的反射光场只保留波长500nm以上的光线；若第二荧光轮107上的第二荧光区为红色荧光片，经第一二向色镜103后的反射光场只保留波长600nm以上的光线。
第一扩散片和第二扩散片均具有二向扩散特性，其中，水平方向上扩散半角控制在1.2°～1.8°之间，俯仰方向上扩散半角控制在0.65°～1.05°之间；优选的，水平方向上扩散半角为1.5°，俯仰方向上扩散半角为0.85°。
进一步的，还包括聚光透镜模组105，聚光透镜模组105包括第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组；
相应的，第一聚光透镜模组位于第一二向色镜103和第二荧光轮107之间，第一聚光透镜模组用于将第一二向色镜103透射的第一基色光在第二荧光轮107上聚焦形成条形光斑，并将第二荧光轮107激发的第三基色光准直成平行光场并射向第一二向色镜103；
第二聚光透镜模组位于第二二向色镜104和第一荧光轮106之间，第二聚光透镜模组用于将第二二向色镜104透射的第一基色光在第一荧光轮106上聚焦形成条形光斑，并将第一荧光轮106激发的第二基色光准直成平行光场并射向第二二向色镜104。
进一步的，第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组结构相同，第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组均包括非球面透镜和球面透镜，非球面透镜靠向激光光源模组布设，球面透镜靠向第一荧光轮或第二荧光轮布设；
非球面透镜的非球面的方程为：
其中：c为球面顶点处的曲率，k为二次项非球面系数，An为高阶项非球面系数，n取2～7，ρ为归一化径向坐标。
采用上述的聚光透镜模组105，可以减少像差，实现更好的聚焦效应，有利于在第一荧光轮106和第二荧光轮107上聚焦形成条形光斑，第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组的透镜组合焦距f控制在15mm～20mm之间，最大口径控制在32mm以内。
进一步的，透射区为扇形扩散片，第一荧光轮与第一反射镜之间设置有准直模组108，有利于消除蓝光光场的散斑。
具体的，扇形扩散片的扩散半角控制在3.5°～6.5°之间。
第三反射镜111与第二二向色镜104之间依次设置有准直补偿透镜112和第三扩散片113，第三扩散片113左右或者上下循环移动，具体可以通过在第三扩散片113装载振动马达的方式实现第三扩散片113左右或者上下微平移，马达震动频率控制在100Hz-300Hz之间，有利于消除蓝光光场的散斑。
具体的，第三扩散片113的扩散半角控制在2°～3°之间，优选的，第三扩散片113的扩散半角为2.5°。
进一步的，透射区为扇形结构，第一荧光区为扇形环带结构，透射区的张角在89°～91°之间，第一荧光区的张角在269°～271°之间，透射区的张角与第一荧光区的张角互补，有利于实现白光配色场；当透射区的张角为90°，第一荧光区的张角为270°时，能够更好的满足配光需求。
本发明实施例提供的激光电视投影系统所用的投影光源模组，实现了第一基色光与第二基色光的分时耦合，得到分时耦合光场，并且实现了分时耦合光场与第三基色光的空间耦合，得到第一白光光场；此外，采用双路荧光轮，实现RGB配色，提高了显示色域，也解决了纯激光显示中的散斑问题，能以丰富、艳丽的色彩再现客观世界；通过光路简单折叠，使得系统布局紧凑，可有效缩小现有激光电视的厚度，缩小整体外形，并降低了成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种激光电视投影系统，其特征在于，包括：投影光源模组、匀化与起偏模组、位相片、偏振分光PBS棱镜、第一硅基液晶LCOS光阀、第二LCOS光阀和投影镜头；
所述投影光源模组，用于提供第一白光光场，所述第一白光光场为第一基色光、第二基色光和第三基色光的耦合光场，其中，所述第一基色光和所述第二基色光分时耦合，得到分时耦合光场，所述光分时耦合光场与所述第三基色光空间耦合，得到所述第一白光光场；
所述匀化与起偏模组，用于将所述第一白光光场起偏，得到第二白光光场，所述第二白光光场所包含的光均为预设类型偏振光，所述预设类型偏振光为P偏振光和S偏振光之一；
所述位相片，用于对第二白光光场中的所述分时耦合光场和所述第三基色光中的一个进行位相转换，得到第三白光光场，所述第三白光光场包括P偏振光和S偏振光；
所述PBS棱镜，用于将所述第三白光光场中的P偏振光透射，以及将所述第三白光光场中的S偏振光反射，并且P偏振光透射后经所述第一LCOS光阀反射得到的第一反射光场，以及S偏振光反射后经所述第二LCOS光阀反射得到的第二反射光场，均经过所述PBS棱镜后传导至所述投影镜头。
2.根据权利要求1所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一LCOS光阀与所述PBS棱镜之间设置有第一位相补偿1/4波片板；
所述第二LCOS光阀与所述PBS棱镜之间设置有第二位相补偿1/4波片板。
3.根据权利要求1所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一LCOS光阀和所述第二LCOS光阀中的一个位于所述PBS棱镜的顶部，另一个位于所述PBS棱镜的侧面；
所述投影镜头、所述PBS棱镜和所述第二LCOS光阀位于同一直线方向上，其中，所述PBS棱镜位于所述投影镜头和所述第二LCOS光阀之间。
4.根据权利要求1所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述位相片为R位相片、RB位相片、G位相片或GB位相片。
5.根据权利要求1所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一基色光为蓝光，所述第二基色光为绿光，所述第三基色光为红光；或者，
所述第一基色光为蓝光，所述第二基色光为红光，所述第三基色光为绿光。
6.根据权利要求1所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述匀化与起偏模组，包括：前复眼透镜、后复眼透镜和偏光转换系统PCS起偏阵列棱镜；
所述第一白光光场经所述前复眼透镜后被分割成多个阵列，并聚焦于所述后复眼透镜的后表面上；
所述PCS起偏阵列棱镜将所述后复眼透镜透射出的光场起偏，得到所述第二白光光场。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述投影光源模组，包括：激光光源模组、第一二向色镜、第二二向色镜、第一荧光轮、第二荧光轮、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，其中：
所述激光光源模组用于发出两束平行的第一基色光，其中，两束平行的第一基色光中的一束射向所述第一荧光轮，另一束射向所述第二荧光轮；
所述第一荧光轮包括透射区、第一荧光区以及与所述第一荧光区对应的散热基板，所述散热基板靠近所述第一荧光区的一侧镀有镜面高反膜，所述第一基色光透过设置在所述激光光源模组和所述第一荧光轮之间的第二二向色镜后射向所述第一荧光轮：当所述第一基色光照射所述第一荧光区时，激发得到第二基色光，所述第二基色光经镜面高反膜反射，并射向所述第二二向色镜处发生反射，得到第二基色光的水平光场；当所述第一基色光照射所述透射区时透射，所述透射区透射的第一基色光依次经过所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜反射后得到第一基色光的水平光场，所述第一基色光的水平光场透过所述第二二向色镜后和第二基色光的水平光场分时耦合，得到所述分时耦合光场；
所述第二荧光轮包括第二荧光区以及与所述第二荧光区对应的散热基板，所述散热基板靠近所述第二荧光区的一侧镀有镜面高反膜，所述第一基色光透过设置在所述激光光源模组和所述第二荧光轮之间的第一二向色镜后，照射所述第二荧光区激发得到第三基色光，所述第三基色光经镜面高反膜反射，并射向所述第一二向色镜处发生反射，得到第三基色光的水平光场；
所述分时耦合光场和所述第三基色光的水平光场空间耦合，得到所述第一白光光场。
8.根据权利要求7所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述激光光源模组包括第一阵列激光光源模组和第二阵列激光光源模组，所述第一阵列激光光源模组和所述第二阵列激光光源模组的结构相同；
所述第一阵列激光光源模组和所述第二阵列激光光源模组均包括：激光二极管阵列、导热铜板、导热管、散热片和准直透镜阵列；
所述激光二极管阵列均匀排列安装在所述导热铜板上，所述导热铜板内插所述导热管，所述导热管内含冷媒，所述导热管的另一端接所述散热片，所述准直透镜阵列置于所述激光二极管阵列前端，所述准直透镜阵列的透镜面上的子眼与所述激光二极管阵列中的激光二极管一一对应；
所述准直透镜阵列的透镜面上的子眼采用双曲非球面透镜，所述双曲非球面透镜的曲面的双曲方程为：
其中：cx为所述双曲非球面透镜在x方向的曲率，cy为所述双曲非球面透镜在y方向的曲率，kx为所述双曲非球面透镜在x方向的圆锥系数，ky为所述双曲非球面透镜在y方向的圆锥系数。
9.根据权利要求8所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一基色光的远场为高斯分布；
所述第一阵列激光光源模组和所述第二二向色镜之间设置有第一扩散片；
所述第二阵列激光光源模组和所述第一二向色镜之间设置有第二扩散片；
所述第一扩散片和所述第二扩散片用于将第一基色光进行扩散，使第一基色光的远场扩展为双向类平顶分布。
10.根据权利要求7所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一二向色镜和所述第二荧光轮之间设置有第一聚光透镜模组，所述第一聚光透镜模组用于将所述第一二向色镜透射的第一基色光在所述第二荧光轮上聚焦形成条形光斑，并将所述第二荧光轮激发的第三基色光准直成平行光场并射向所述第一二向色镜；
所述第二二向色镜和所述第一荧光轮之间设置有第二聚光透镜模组，所述第二聚光透镜模组用于将所述第二二向色镜透射的第一基色光在所述第一荧光轮上聚焦形成条形光斑，并将所述第一荧光轮激发的第二基色光准直成平行光场并射向所述第二二向色镜。
11.根据权利要求10所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述第一聚光透镜模组和第二聚光透镜模组结构相同，所述第一聚光透镜模组和所述第二聚光透镜模组均包括非球面透镜和球面透镜，所述非球面透镜靠向激光光源模组布设，所述球面透镜靠向所述第一荧光轮或所述第二荧光轮布设；
所述非球面透镜的非球面的方程为：
其中：c为球面顶点处的曲率，k为二次项非球面系数，An为高阶项非球面系数，n取2～7，ρ为归一化径向坐标。
12.根据权利要求7所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述透射区为扇形扩散片，所述第一荧光轮与所述第一反射镜之间设置有准直模组；
所述第三反射镜与所述第二二向色镜之间依次设置有准直补偿透镜和第三扩散片，所述第三扩散片左右或者上下循环移动。
13.根据权利要求7所述的激光电视投影系统，其特征在于，所述透射区为扇形结构，所述第一荧光区为扇形环带结构，所述透射区的张角在89°～91°之间，所述第一荧光区的张角在269°～271°之间，所述透射区的张角与所述第一荧光区的张角互补。
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