CN113589627A - 投影显示装置 - Google Patents

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张京
赵飞
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Abstract

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影显示装置。该投影显示装置包括光机模组，光机模组包括发光模组和调制模组，发光模组包括用于发出线偏振光的光源，调制模组包括调制组件，调制组件包括合光棱镜和LCOS调制器，合光棱镜包括四个直角棱镜，合光棱镜具有四个侧面和由四个直角棱镜形成的四个相交面；LCOS调制器包括第一LCOS调制器、第二LCOS调制器和第三LCOS调制器，第一LCOS调制器、第二LCOS调制器和第三LCOS调制器分别设置于三个不同侧面的出光侧；四个相交面中的至少两个用于使光源发出的光在合光棱镜中分光，四个相交面中的至少两个用于使光源发出的光在合光棱镜中合光。该投影显示装置能够解决调制模组的构成零部件较多和结构较复杂的问题。

Description

投影显示装置
技术领域
本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影显示装置。
背景技术
现有的投影显示装置通常包括依次连接的发光模组、调制模组和镜头模组，发光模组发出的光经过调制模组调制后，被镜头模组投射到特定位置(例如屏幕)上显示出图像。
然而在相关技术中，基于硅基液晶或反射式液晶光阀(liquid crystal onsilicon，LCOS)调制器的调制模组通常采用多个偏振分光棱镜(polarizing beamsplitter，PBS)和一个合光棱镜(也称X棱镜)进行合束，构成此种方式的零部件较多，结构较为复杂。
因此，目前亟待需要一种投影显示装置来解决上述问题。
发明内容
本申请提供了一种投影显示装置，以解决相关技术中的调制模组的构成零部件较多和结构较复杂的问题。
本申请实施例提供了一种投影显示装置，投影显示装置包括光机模组，光机模组包括发光模组和调制模组，发光模组包括用于发出线偏振光的光源，调制模组包括调制组件，调制组件包括合光棱镜和LCOS调制器，LCOS调制器用于产生调制光和非调制光，合光棱镜包括四个直角棱镜，合光棱镜具有四个侧面和由四个直角棱镜形成的四个相交面，LCOS调制器包括第一LCOS调制器、第二LCOS调制器和第三LCOS调制器，第一LCOS调制器、第二LCOS调制器和第三LCOS调制器分别设置于三个不同侧面的出光侧，四个相交面中的至少两个用于使光源发出的光在合光棱镜中分光，四个相交面中的至少两个用于使光源发出的光在合光棱镜中合光。
光入射到合光棱镜后，通过四个相交面中的两个相交面而实现分光，即分解为红光、绿光和蓝光；分解后的单色光再经过与每一个LCOS调制器相对设置的侧面后进入LCOS调制器中进行调制，调制后的单色光再经由与每一个LCOS调制器相对设置的侧面后进入合光棱镜中进行合光，合光后的光再由其中一个侧面出射。本申请的调制模组中的合光组件仅包括合光棱镜和LCOS调制器，即省略了多个偏振分光棱镜，如此可以减少合光组件的零部件，结构简单，从而可以降低投影显示装置的制造成本成型体积。
在一种可能的设计中，光源包括用于发出红光的红色激光光源、用于发出绿光的绿色激光光源和用于发出蓝光的蓝色激光光源，红光、绿光和蓝光中的一个单色光为第一线偏振态，另外两个单色光为第二线偏振态，第一线偏振态和第二线偏振态不同。采用具有第一线偏振态的一个单色光和具有第二线偏振态的两个单色光形成白色光，使得该白色光可以由第一高透面或第二高透面入射到合光棱镜中，并可以由第三高透面或第四高透面从合光棱镜中出射。
在一种可能的设计中，其中两个相交面为偏振分光面，另外两个相交面为二向色面，偏振分光面和二向色面交错分布，如此可以实现白光的分光和合光。
在一种可能的设计中，能够将具有不同线偏振态的两个单色光进行分光的偏振分光面设置有金属线栅，如此可使蓝光和绿光的分光效果(即透射P态光且反射S态光)更好，或分光角度更大。
在一种可能的设计中，两个偏振分光面均设置有金属线栅，如此也可使红光的本身的偏振分光的效果更好。
在一种可能的设计中，发光模组还包括匀光棱镜，匀光棱镜设置于绿色激光光源的出光侧，匀光棱镜用于减弱激光投影时的散斑。通过设置匀光棱镜可以减弱激光投影时的散斑。
在一种可能的设计中，匀光棱镜设置于绿色激光光源和红色激光光源的出光侧。如此可以在不影响投影效果的前提下，进一步节省投影显示装置的成本和减小体积。
在一种可能的设计中，匀光棱镜包括多个依次排列的平行四边形棱镜，每个平行四边形棱镜的斜边均设置有半透半反膜；
平行四边形棱镜的水平边的长度大于入射到平行四边形棱镜的入射光的相干长度。由于不同路径出射光的光程差等于平行四边形棱镜的水平边的长度，因此当平行四边形棱镜的水平边的长度大于入射到平行四边形棱镜的入射光的相干长度时，可减弱激光自身的相干性，从而可以减弱激光投影时的散斑。
在一种可能的设计中，匀光棱镜包括两排，两排匀光棱镜沿平行四边形棱镜的水平边成对称设置，如此可使出射光的光强更加均匀，以使散斑对比度越小，从而越能够减弱激光投影时的散斑。
在一种可能的设计中，发光模组还包括沿光源的光路依次设置的合束组件、第一聚焦透镜、扩散轮和准直透镜，合束组件用于将红光、绿光和蓝光进行合束，匀光棱镜设置于绿色激光光源和与绿色激光光源对应的合束组件之间，如此可以实现由发光模组发出的光更加均匀且散斑影响更小。
在一种可能的设计中，调制模组还包括匀光组件，匀光组件沿光路依次包括复眼透镜阵列和聚焦透镜，复眼透镜阵列设置于准直透镜的出光侧，调制组件设置于聚焦透镜的出光侧，如此可以实现在LCOS调制器上产生均匀的照明，同时实现局部调光功能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的投影显示装置的结构示意图；
图2为图1所示投影显示装置中光机模组的结构示意图；
图3为图2所示光机模组中发光模组的结构示意图；
图4为图3所示发光模组去除第一上盖后的结构示意图；
图5为本申请一个实施例提供的匀光棱镜的结构示意图；
图6为本申请另一个实施例提供的匀光棱镜的结构示意图；
图7为图3所示发光模组中调制模组的分解示意图；
图8为图7所示调制模组中合光组件的结构示意图；
图9为图3所示发光模组中镜头模组的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的投影显示装置的一种应用场景示意图。
附图标记：
1-光机模组；
11-发光模组；
111-光源；
111a-红色激光光源；
111b-绿色激光光源；
111c-蓝色激光光源；
112a-第一二向色镜；
112b-第一反射镜；
112c-第二二向色镜；
113-第一聚焦透镜；
114-扩散轮；
115-准直透镜；
116-匀光棱镜；
116a-平行四边形棱镜；
116b-半透半反膜；
117-第一上盖；
118-第一下盖；
119-第一连接件；
12-调制模组；
121-匀光组件；
121a-第一复眼透镜阵列；
121b-第二复眼透镜阵列；
121c-第二聚焦透镜；
121d-第二反射镜；
121e-第三聚焦透镜；
122-合光组件；
122a-合光棱镜；
122a1-第一高透面；
122a2-第二高透面；
122a3-第三高透面；
122a4-第四高透面；
122a5-第一相交面；
122a6-第二相交面；
122a7-第三相交面；
122a8-第四相交面；
122b-金属线栅；
122c-第一LCOS调制器；
122d-第二LCOS调制器；
122e-第三LCOS调制器；
123-第二上盖；
124-第二下盖；
125-第三上盖；
126-第三下盖；
127-第二连接件；
128-散热件；
13-镜头模组；
131-第一镜头组；
132-第三反射镜；
133-第二镜头组；
134-第四反射镜；
2-冷却模组；
21-风冷模块；
211-第一风扇；
22-液冷模块；
221-散热贴片；
222-液冷散热器；
223-第二风扇；
224-液泵；
3-控制模组；
31-信号传输器；
32-驱动器；
33-主控制器；
4-电源；
5-壳体。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本申请进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示，该投影显示装置包括壳体5(图1中省略盖设于壳体5上的上盖)以及容纳于壳体5内的光机模组1、冷却模组2和控制模组3，其中：光机模组1包括依次连接的发光模组11、调制模组12和镜头模组13(可参见图2)；冷却模组2用于冷却光机模组1和控制模组3；控制模组3用于控制光机模组1和冷却模组2工作。
冷却模组2包括风冷模块21和液冷模块22，风冷模块21和液冷模块22可以固定在壳体5的侧壁上，当然还可固定在壳体5的其它位置。风冷模块21包括第一风扇211，例如图1中风冷模块21包括两个第一风扇211，其中一个第一风扇211与光机模组1的发光模组11相对，另一个第一风扇211与光机模组1的调制模组12相对，这是因为发光模组11和调制模组12是光机模组1中产生热量最大的两个部分。进一步来说，发光模组11是光机模组1中产生热量最大的部分。液冷模块22包括散热贴片221(可参见图3)、液冷散热器222、连接散热贴片221和液冷散热器222之间的冷却管路(图中未示出)、与液冷散热器222相对的第二风扇223以及设置在冷却管路上的液泵224。在一些实施方式中，散热贴片221贴设在发光模组11的光源111(可参见图4)的外部，以快速有效地吸收光源111产生的热量，从而有效提高投影显示装置的散热效果。
控制模组3包括信号传输器31、与调制模组12的调制器连接的驱动器32以及分别与信号传输器31和调制器连接的主控制器33。在一些实现方案中，信号传输器31、驱动器32和主控制器33等部件均可以为PCB板，在PCB板上设置有能够实现上述部件功能的功能模块或器件。外部的图像信号通过信号传输器31向主控制器33传输，主控制器33根据接收到的图像信号控制驱动器32动作，驱动器32控制调制器对光源发出的光进行调制，以得到与输入投影显示装置相同的图像信号。此外，主控制器33还可包括但不限于能够控制光源111的发光和冷却模组2的工作等。可以理解的是，控制模组3在工作时也会产生热量，驱动器32可以设置在与调制模组12相邻的位置，例如图1中的第一风扇211可以与驱动器32和调制模组12相对。需要说明的是，每一个调制器均连接有一个驱动器32，示例性的，图1中的驱动器32为三个，即本申请采用的是三片式调制器的投影显示装置，当然投影显示装置也可根据实际需要采用一片式调制器或两片式调制器。其中，驱动器32的类型可以是现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)芯片、专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)芯片或者数字信号处理单元(digital signal processor，DSP)芯片等。
此外，该投影显示装置还包括电源4，电源4能分别与光机模组1、冷却模组2和控制模组3电连接，以对上述三者供电。电源4的类型例如可以是铅蓄电池、锂电池等，在此本申请不进行具体限定。
下面对光机模组1的各个部分进行说明。
<发光模组11>
发光模组11包括用于发出偏振光的光源111。本申请所指的光源111，既包括光源111为直接发出偏振光的发光元件(如半导体发光元件、半导体发光元件阵列、灯泡光源等)的情况，也包括光源111为发光元件与其它光学元件组合得到的能够发出偏振光的发光模组11(例如，发光元件与透镜组合的发光模组11、发光元件与偏振转换元件的发光模组11)。可以将本申请所述的光源看作一个发光的“黑盒子”，“黑盒子”中可以包含任何种类的光学元件。
在本实施例中，光源111为激光光源，如激光二极管光源、激光二极管阵列光源或激光器光源。该光源111具有光学扩展量小的特点，使得发出的偏振光在进入调制模组12时具有较小的光斑、较小的光发散角和较小的光学扩展量，避免了大量的光因发散角大而无法被利用，提高了光利用率。如果采用其他光源111，如灯泡光源、LED光源，其光学扩展量远大于激光光源的光学扩展量，为使入射到调制器装置的光斑满足入射面的大小，将会扩大光的发散角，这将使得大量的光无法被调制模组12利用，而在调制模组12的有效光学面之外被吸收转换成热量。
当然，在对光利用率要求不高的环境下，也可以采用灯泡或LED光源作为发光模组11的光源111。
如图4所示，图4为图3的分解示意图。在本实施例中，发光模组11包括红色激光光源111a、绿色激光光源111b和蓝色激光光源111c，发光模组11还包括用于将上述三种激光光源进行合束的合束组件，例如可以是二向色镜和聚焦透镜的组合，例如还可以是二向色镜、反射镜和聚焦透镜的组合。示例性的，红色激光光源111a位于一侧，绿色激光光源111b和蓝色激光光源111c位于与红色激光光源111a垂直设置的一侧；红色激光光源111a的出光侧设置有第一二向色镜112a，第一二向色镜112a用于透射红光且反射蓝光和绿光；绿色激光光源111b的出光侧设置有反射镜，反射镜用于反射绿光；蓝色激光光源111c的出光侧设置有第二二向色镜112c，第二二向色镜112c用于透射蓝光且反射绿光。具体的光路为：红色激光光源111a发出红光，经过第一二向色镜112a后，入射到第一聚焦透镜113；蓝色激光光源111c发出蓝光，经过第二二向色镜112c和第一二向色镜112a后，入射到第一聚焦透镜113；绿色激光光源111b发出绿光，经过第一反射镜112b、第二二向色镜112c和第一二向色镜112a后，入射到第一聚焦透镜113。
在一些实施方式中，发光模组11还包括扩散轮114和准直透镜115，扩散轮114用于消除激光散斑，准直透镜115起到能够使光在更长距离范围内平行且均匀的作用，从第一聚焦透镜113出射的光依次经过扩散轮114和准直透镜115射出，并入射到调制模组12中。该扩散轮114可以与电机相连，以通过电机控制其旋转，即扩散轮114通过旋转的方式将入射到扩散轮114上的光均匀反射。在一些实现方案中，扩散轮114可以由扩散片代替，扩散片和扩散轮114的区别在于：扩散片是固定不动的。从消除激光散斑的角度而言，扩散轮114的效果要优于扩散片。
当光源采用激光光源时，在投影时会存在散斑。在一些实施方式中，绿色激光光源111b的出光侧(具体是绿色激光光源111b和反射镜之间)设置有匀光棱镜116，该匀光棱镜116的作用为减弱激光光源自身的相干性，从而可以减弱投影时的散斑。根据视见函数可知：在可见光谱中，人眼对光谱中部(黄绿色)最敏感，越靠近光谱两端，越不敏感。因此，至少需要在绿色激光光源111b的出光侧设置匀光棱镜116，以降低人眼对绿光在投影时产生散斑的影响。
当然，为了提高投影效果，也可以在红色激光光源111a的出光侧(具体是红色激光光源111a和第一二向色镜112a之间)设置匀光棱镜116或者在蓝色激光光源111c的出光侧(具体是绿色激光光源111b和反射镜之间)设置匀光棱镜116。示例性的，如图4所示，绿色激光光源111b的出光侧设置有匀光棱镜116，红色激光光源111a的出光侧也设置有匀光棱。在该实施方式中未在蓝色激光光源111c的出光侧设置匀光棱镜116，以在不影响投影效果的前提下，进一步节省成本和减小体积。
请继续参阅图3和图4，发光模组11包括第一上盖117和与第一上盖117固定的第一下盖118，第一上盖117和第一下盖118之间形成第一腔体，发光模组11还设置有用于与调制模组12连接的第一连接件119，第一连接件119固定于第一上盖117和第一下盖118上。上述部件，诸如红色激光光源111a、绿色激光光源111b和蓝色激光光源111c、匀光棱镜116、第一二向色镜112a、第二二向色镜112c、第一反射镜112b、第一聚焦透镜113、扩散轮114和准直透镜115均收容于该第一腔体内，以利用第一上盖117和第一下盖118对上述部件进行保护。
下面对匀光棱镜116的结构、作用和原理进行说明。
如图5所示，其为匀光棱镜116的一种结构示意图。在该实施方式中，匀光棱镜116包括多个依次排列的平行四边形棱镜116a。其中对于棱镜而言，光线入射出射的平面叫侧面，与侧面垂直的平面叫主截面。根据主截面的形状可分成三棱镜、直角棱镜、五角棱镜、平行四边形棱镜。
每个平行四边形棱镜116a的斜边均设置有半透半反膜116b，即光入射到该半透半反膜116b后，会使一半的光反射，另一半的光透射。需要说明的是，位于匀光棱镜116两端的平行四边形棱镜116a除外，这是因为该平行四边形棱镜116a与外界(可认为是气体)存在全反射，因此当有入射光入射到位于匀光棱镜116两端的平行四边形棱镜116a时，光会完全反射。为保证反射的光与入射的光垂直，每个平行四边形棱镜116a的斜边均与水平边的夹角为45度。示例性的，入射光为LDn(LDn非处于匀光棱镜116两端的入射光，即LDn不是LD1)，由该入射光LDn经过平行四边形棱镜116a后的出射光依次为LDn1、LDn2、LDn3等，其中LDn1的光程为d1，LDn2的光程为d1+d2，LDn3的光程为d1+2d2，以此类推。可以知道的是，当LDn为LD1时，其中LD11的光程为d1+d2，LD22的光程为d1+2d2，LD23的光程为d1+3d2，以此类推。其中，d1为一个平行四边形棱镜116a两个水平边之间的距离，d2为一个平行四边形棱镜116a的水平边的长度。应用的原理为：光源发出的每一束激光经过匀光棱镜116后分为多束激光，不同束激光之间会行进不同路径，使得LDn1、LDn2等不同出射光所行进路径的长度不同，当不同路径出射光的光程差大于入射光的相干长度时，可以减弱激光自身的相干性，从而可以减弱激光投影时的散斑。示例性的，LDn1和LDn2的光程差为d2，当使d2大于LDn的相干长度时，即可减弱激光自身的相干性，从而可以减弱激光投影时的散斑。
如图6所示，其为匀光棱镜116的又一种结构示意图。该实施方式提供的匀光棱镜116相比图5所示匀光棱镜116的区别在于：该匀光棱镜116包括两排对称设置的图5所示匀光棱镜116。具体来说，两排图5所示匀光棱镜116沿平行四边形棱镜116a的水平边成对称设置。
示例性的，入射光为LDn，由该入射光LDn经过平行四边形棱镜116a后的出射光依次为LDn1、LDn2、LDn3等，其中LDn1的光程为2d1+d2，LDn2的光程为2d1，LDn3的光程为2d1+d2，LDn4的光程为2d1+3d2，以此类推。可以知道的是，当LDn为LD1时，其中LD11的光程为2d1+2d2，LD22的光程为2d1+d2，LD23的光程为2d1+2d2，以此类推。也就是说，在该实施方式中，相邻的两个出射光的光程差均为d2，与前述实施方式一致。然而，在该实施方式中除了基于图5中的原理之外，还基于的原理包括：散斑的大小由散斑对比度来表征，而散斑对比度取决于光强的均匀性。当各出射光的光强相等时，依据公式
Figure BDA0002477297250000081
其中C为散斑对比度，N为独立图样个数，例如当出射光为三条时，N等于3，
Figure BDA0002477297250000082
而当出射光为一条(可以理解为三条或多条出射光均叠加为一条出射光)时，C＝1，也就是说，只有当出射光的光强更加均匀时，散斑对比度越小，越接近
Figure BDA0002477297250000091
即出射光的光强越均匀，越能够减弱激光投影时的散斑。
以图5的LDn为例，入射光LDn的光强为I，根据半透半反的原理，LDn1的光强为1/2I，LDn2的光强为1/4I，LDn3的光强为1/8I，LDn3之后的出射光相比LDn1和LDn2的光强较小，可以忽略不计。而以图6的LDn为例，入射光LDn的光强为I，根据半透半反的原理，LDn1的光强约为1/3I，LDn2的光强约为1/3I，LDn3及其之后的出射光相比LDn1和LDn2的光强较小，可以忽略不计。因此，可以通过比较图5中的LDn1和LDn2的光强以及图6中LDn1和LDn2的光强可知，图6中的LDn1和LDn2的散斑对比度更小，因此图6所示匀光棱镜116相较于图5所示匀光棱镜116的出射光的光强更加均匀，从而能够进一步减弱激光投影时的散斑。
<调制模组12>
如图7所示，调制模组12包括第二上盖123和与第二上盖123固定的第二下盖124，第二上盖123和第二下盖124之间形成第二腔体，第二腔体用于容纳匀光组件121；调制模组12还包括第三上盖125和与第三上盖125固定的第三下盖126，第三上盖125和第三下盖126之间形成第三腔体，第三腔体用于容纳合光组件122；调制模组12还包括第二连接件127，第二连接件127用于连接匀光组件121和合光组件122，例如第二连接件127的一端与第二上盖123和第二下盖124固定，另一端与第三上盖125和第三下盖126固定。
匀光组件121设置于发光模组11的出光侧，具体来说，匀光组件121设置于准直透镜115的出光侧。例如，发光模组11通过第一连接件119与调制模组12的第二上盖123和第二下盖124连接。匀光组件121包括复眼透镜阵列和聚焦透镜，由发光模组11出射的光首先通过复眼透镜阵列，然后通过聚焦透镜，会使光照射LCOS调制器上；而且通过利用复眼透镜阵列和聚焦透镜可以实现在LCOS调制器上产生均匀的照明，同时实现局部调光功能。在另一些实现的方案中，复眼透镜阵列可以替换为光棒，光棒可以是实心光棒或空心光棒。在本实施方式中，复眼透镜阵列包括两列平行排列的第一复眼透镜阵列121a和第二复眼透镜阵列121b，聚焦透镜包括第二聚焦透镜121c和第三聚焦透镜121e，如此可以实现均匀照明，具体的实现原理在此不进行赘述。
在本实施方式中，匀光组件121和合光组件122之间具有夹角，例如二者可以为垂直设置，如此可增加结构的紧凑性。为此，可以在匀光组件121中设置反射镜，例如可以在第一聚焦透镜113和第二聚焦透镜121c之间设置第二反射镜121d。当然，匀光组件121和合光组件122之间也可以平行设置，如此匀光组件121也不再需设置反射镜，而且此时第一聚焦透镜113和第二聚焦透镜121c也为平行设置。
如图8所示，合光组件122包括合光棱镜122a和LCOS调制器，合光棱镜122a由四个直角棱镜组成，该合光棱镜122a具有四个侧面和由四个直角棱镜形成的四个相交面，四个侧面中相邻两个互相垂直，四个相交面中相邻两个互相垂直。在本实施方式中，四个侧面分别为第一高透面122a1、第二高透面122a2、第三高透面122a3和第四高透面122a4，如此可以实现白光能够高透地入射到合光棱镜122a中或从合光棱镜122a中出射，从而可以提高光的利用率；四个相交面分别为第一相交面122a5、第二相交面122a6、第三相交面122a7和第四相交面122a8，四个所述相交面中的至少两个用于使光源111发出的光在合光棱镜122a中分光，四个相交面中的至少两个用于使光源111发出的光在合光棱镜122a中合光。例如，第一相交面122a5和第二相交面122a6可以使光源111发出的光在合光棱镜122a中分光，第二相交面122a6和第三相交面122a7可以使光源111发出的光在合光棱镜122a中合光，具体描述参见下文。因此，通过设置该四个相交面具有不同的光学特性，以实现白色光的分光和合光。例如，可以规定第一相交面122a5分别与第一高透面122a1和第二高透面122a2相交，第二相交面122a6分别与第二高透面122a2和第三高透面122a3相交，第三相交面122a7分别与第三高透面122a3和第四高透面122a4相交，第四相交面122a8分别与第四高透面122a4和第一高透面122a1相交。
在本实施方式中，LCOS调制器的数量为三个，分别为第一LCOS调制器122c、第二LCOS调制器122d和第三LCOS调制器122e，每一个LCOS调制器分别设置于合光棱镜122a的一个侧面的出光侧。光入射到合光棱镜122a后，通过四个相交面中的两个相交面而实现分光，即分解为红光、绿光和蓝光；分解后的单色光再经过与每一个LCOS调制器相对设置的侧面后进入LCOS调制器中进行调制，调制后的单色光再经由与每一个LCOS调制器相对设置的侧面后进入合光棱镜122a中进行合光，合光后的光再由其中一个侧面出射。
需要说明的是，相关技术中所披露的调制模组的结构都相对复杂，构成的零部件较多。例如申请号为200910251608.0的专利，该专利中提供的基于LCOS调制器的调制模组采用多个偏振分光棱镜和一个合光棱镜进行合束，该调制模组的结构复杂，同时也增加了投影显示装置的成型体积。然而，本申请的调制模组12中的合光组件122仅包括合光棱镜122a和LCOS调制器，即省略了多个偏振分光棱镜，如此可以减少合光组件122的零部件，结构简单，从而可以降低投影显示装置的成型体积。
合光组件122的外部还设置有散热件128，例如散热件128可以固定(例如粘贴)于第三上盖125和/或第三下盖126，每一个LCOS调制器的外部均对应有一个散热件128，以通过设置散热件128实现对每一个LCOS调制器良好的散热。在一些实现方案中，散热件128可以是翅片。
请继续参阅图8，在本实施方式中，第一LCOS调制器122c设置于第一高透面122a1的一侧，第二LCOS调制器122d设置于第二高透面122a2的一侧，第三LCOS调制器122e设置于第三高透面122a3的一侧；从发光模组11出射的光为白色光，其中一个单色光为第一线偏振态(例如S态或P态)，另外两个单色光均为第二线偏振态(例如P态或S态)，该白色光可以由第一高透面122a1或第二高透面122a2入射到合光棱镜122a中，并可以由第三高透面122a3或第四高透面122a4从合光棱镜122a中出射。
在一种示例中，第一LCOS调制器122c用于调制红光，第二LCOS调制器122d用于调制蓝光，第三LCOS调制器122e用于调制绿光；从发光模组11出射的光为白色光，其中绿光为P态偏振光，红光和蓝光为S态偏振光，该白色光由第二高透面122a2入射到合光棱镜122a中，并由第四高透面122a4从合光棱镜122a中出射。在该示例中，第一相交面122a5具有可以高透红光且高反蓝绿光的光学特性，即第一相交面122a5是一个二向色面；第二相交面122a6具有可以透射P态偏振光且反射S态偏振光的光学特性，即第二相交面122a6是一个偏振分光面；第三相交面122a7具有可以高透蓝绿光且高反红光的光学特性，即第三相交面122a7是一个二向色面；第四相交面122a8具有可以透射P态偏振光且反射S态偏振光的光学特性，即第四相交面122a8是一个偏振分光面。即，其中两个相交面为偏振分光面，另外两个相交面为二向色面，偏振分光面和二向色面交错分布，从而可以实现对白色光的分光和合光。
在其他示例中，此处不进行具体赘述。需要说明的是，第一LCOS调制器122c、第二LCOS调制器122d和第三LCOS调制器122e所调制的单色光不限，可参见表1；组成白色光的一个单色光为第一线偏振态(例如S态或P态)，另外两个单色光均为第二线偏振态(例如P态或S态)；白光入射合光棱镜122a的侧面为其中两个相邻高透面中的一个(例如第一高透面122a1或第二高透面122a2)，合光后的光出射合光棱镜122a的侧面为另外两个相邻高透面中的一个(例如第三高透面122a3或第四高透面122a4)，以上情形可以自由组合。
表1
Figure BDA0002477297250000111
下面以上述示例所示的情形对光在合光组件122中的光路(即在此处忽略匀光组件121)进行说明。
(1)从发光模组11发出的白光经过第二高透面122a2后入射到第一相交面122a5，其中S态的红光会透过第一相交面122a5后入射到第四相交面122a8，经过第四相交面122a8后，S态的红光会反射并入射到第一高透面122a1，从第一高透面122a1透过的红光入射到第一LCOS调制器122c，经过第一LCOS调制器122c的调制变成P态的红光，P态的红光由第一LCOS调制器122c反射并依次经过第一高透面122a1、第四相交面122a8和第三相交面122a7，红光在第三相交面122a7反射并入射到第四高透面122a4，最后调制后的红光从第四高透面122a4出射；
(2)从发光模组11发出的白光经过第二高透面122a2后入射到第一相交面122a5，其中S态的蓝光会透过第一相交面122a5后反射到第二相交面122a6，经过第二相交面122a6后，S态的蓝光会反射并入射到第二高透面122a2，从第二高透面122a2透过的蓝光入射到第二LCOS调制器122d，经过第二LCOS调制器122d的调制变成P态的蓝光，P态的蓝光由第二LCOS调制器122d反射并依次经过第二高透面122a2、第二相交面122a6、第三相交面122a7和第四高透面122a4，最后调制后的蓝光从第四高透面122a4出射；
(3)从发光模组11发出的白光经过第二高透面122a2后入射到第一相交面122a5，其中P态的绿光会透过第一相交面122a5后反射到第二相交面122a6，经过第二相交面122a6后，P态的绿光会入射到第三高透面122a3，从第三高透面122a3透过的绿光入射到第三LCOS调制器122e，经过第三LCOS调制器122e的调制变成S态的绿光，S态的绿光由第三LCOS调制器122e反射并依次经过第三高透面122a3、第二相交面122a6、第三相交面122a7和第四高透面122a4，最后调制后的绿光从第四高透面122a4出射。
此外，对于第二相交面122a6而言，由于第二相交面122a6起到的是对蓝光和绿光的偏振分光的作用，为使蓝光和绿光的分光效果(即透射P态光且反射S态光)更好，或分光角度更大，第二相交面122a6可以考虑设置金属线栅122b，例如可以将金属线栅122b粘贴于第二相交面122a6上。即，不同线偏振态的两个单色光经过进行分光的偏振分光面设置有金属线栅122b。而对于第四相交面122a8而言，由于第四相交面122a8起到的是对红光本身的偏振分光的作用，因此具有偏振分光特性的镀膜面便能实现对红光本身的偏振分光的作用。当然，为使第四相交面122a8的偏振分光的效果更好，也可在第四相交面122a8设置金属线栅122b。
<镜头模组13>
如图9所示，镜头模组13与合光组件122连接，合光组件122出射的光能够入射到镜头模组13中。在一些实施方式中，该镜头模组13包括依次连接的第一镜头组131、第三反射镜132、第二镜头组133和第四反射镜134，其中第一镜头组131与合光组件122连接，最终投影显示装置的出射光从第四反射镜134射出。上述镜头模组13的具体组成仅作为本实施方式中镜头模组13的一种示例。镜头模组13可以根据实际需要进行设置，例如镜头模组13可仅设置出射镜头(例如第一镜头组131)。
本申请提供的投影显示装置可以包括工程投影机、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，而且该投影显示装置既可以放置在水平面上，也可以通过吊柱吊挂在屋顶上。示例性的，如图10所示，投影显示装置可以被放置在例如地面或桌子(例如电视柜)等的水平面上，用于将图像光向墙壁或屏幕等投射面放大投射。

Claims (14)

1.一种投影显示装置，其特征在于，所述投影显示装置包括光机模组，所述光机模组包括：
发光模组，包括用于发出线偏振光的光源；
调制模组，包括调制组件，所述调制组件包括合光棱镜和LCOS调制器，所述LCOS调制器用于产生调制光和非调制光；
所述合光棱镜包括四个直角棱镜，所述合光棱镜具有四个侧面和由四个所述直角棱镜形成的四个相交面；
所述LCOS调制器包括第一LCOS调制器、第二LCOS调制器和第三LCOS调制器，所述第一LCOS调制器、所述第二LCOS调制器和所述第三LCOS调制器分别设置于三个不同所述侧面的出光侧；
四个所述相交面中的至少两个用于使所述光源发出的光在所述合光棱镜中分光，四个所述相交面中的至少两个用于使所述光源发出的光在所述合光棱镜中合光。
2.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述光源包括用于发出红光的红色激光光源、用于发出绿光的绿色激光光源和用于发出蓝光的蓝色激光光源，所述红光、所述绿光和所述蓝光中的一个单色光为第一线偏振态，另外两个单色光为第二线偏振态，所述第一线偏振态和所述第二线偏振态不同。
3.根据权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，其中两个所述相交面为偏振分光面，另外两个所述相交面为二向色面，所述偏振分光面和所述二向色面交错分布。
4.根据权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，不同线偏振态的两个单色光经过的所述偏振分光面设置有金属线栅。
5.根据权利要求3所述的投影显示装置，其特征在于，两个所述偏振分光面均设置有金属线栅。
6.根据权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，所述发光模组还包括匀光棱镜，所述匀光棱镜设置于所述绿色激光光源的出光侧，所述匀光棱镜用于减弱激光投影时的散斑。
7.根据权利要求6所述的投影显示装置，其特征在于，所述匀光棱镜设置于所述绿色激光光源和所述红色激光光源的出光侧。
8.根据权利要求6所述的投影显示装置，其特征在于，所述匀光棱镜包括多个依次排列的平行四边形棱镜，每个所述平行四边形棱镜的斜边均设置有半透半反膜；
所述平行四边形棱镜的水平边的长度大于入射到所述平行四边形棱镜的入射光的相干长度。
9.根据权利要求8所述的投影显示装置，其特征在于，所述匀光棱镜包括两排，两排所述匀光棱镜沿所述平行四边形棱镜的水平边成对称设置。
10.根据权利要求6所述的投影显示装置，其特征在于，所述发光模组还包括沿所述光源的光路依次设置的合束组件、第一聚焦透镜、扩散轮和准直透镜，所述合束组件用于将所述红光、所述绿光和所述蓝光进行合束，所述匀光棱镜设置于所述绿色激光光源和与绿色激光光源对应的所述合束组件之间。
11.根据权利要求10所述的投影显示装置，其特征在于，所述调制模组还包括匀光组件，所述匀光组件沿光路依次包括复眼透镜阵列和聚焦透镜，所述复眼透镜阵列设置于所述准直透镜的出光侧，所述调制组件设置于所述聚焦透镜的出光侧。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，所述投影显示装置还包括冷却模组和控制模组，所述冷却模组用于冷却所述光机模组和所述控制模组，所述控制模组用于控制所述光机模组和所述冷却模组工作。
13.根据权利要求12所述的投影显示装置，其特征在于，所述冷却模组包括风冷模块和液冷模块，所述风冷模块分别与所述发光模组和所述调制模组相对，所述液冷模块包括散热贴片，所述散热贴片贴设在所述光源的外部。
14.根据权利要求12所述的投影显示装置，其特征在于，所述投影显示装置还包括壳体，所述光机模组、所述冷却模组和所述控制模组容纳于所述壳体内。
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