一种投影显示装置.pdf

摘要
申请专利号：	CN201010298589.X	申请日：	2010.09.29
公开号：	CN102436068A	公开日：	2012.05.02
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G02B 27/18申请公布日:20120502\|\|\|专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):G02B 27/18合同备案号:2012990000264让与人:北京中视中科光电技术有限公司受让人:中视迪威激光显示技术有限公司发明名称:一种投影显示装置申请日:20100929申请公布日:20120502许可种类:排他许可备案日期:20120424\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G02B 27/18申请日:20100929\|\|\|公开
IPC分类号：	G02B27/18; G02B27/28; G03B21/14	主分类号：	G02B27/18
申请人：	北京中视中科光电技术有限公司
发明人：	成华; 毕勇; 亓岩
地址：	100094 北京市海淀区永丰产业基地永捷北路3号B座4层
优先权：
专利代理机构：	北京中海智圣知识产权代理有限公司 11282	代理人：	胡静
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内容摘要

本发明属于光学领域，提供一种投影显示装置。该种投影显示装置包括：光源、第一PBS棱镜、调整组件、第二PBS棱镜、第一LCoS光调制器、第二LCoS光调制器、偏振片及投影透镜。本发明通过将非偏振光分离为P偏振光和S偏振光，再使P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜上，从而将从第二PBS棱镜出射的经过调制的P′偏振光和S′偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以方便的吸收从第二PBS棱镜出射的未经调制的反射的P偏振光，大大提高了全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单容易装配。

权利要求书

1：一种投影显示装置，包括：光源，其特征在于，还包括：第一 PBS 棱镜、调整组件、第二 PBS 棱镜、第一 LCoS 光调制器、第二 LCoS 光调制器、偏振片、投影透镜，其中：所述第一 PBS 棱镜，用于将光源发射的非偏振光分离为 P 偏振光和 S 偏振光；所述调整组件，用于调整所述 P 偏振光和所述 S 偏振光入射到第二 PBS 棱镜的角度；所述第二 PBS 棱镜，用于接收以预设角度入射的所述 P 偏振光和所述 S 偏振光，将所述 P 偏振光中透射出过所述第二 PBS 棱镜的偏振膜的 P 偏振光入射到第一 LCoS 光调制器上，将所述 S 偏振光以及所述 P 偏振光中不能透射出所述第二 PBS 棱镜的偏振膜的 P 偏振光反射到第二 LCoS 光调制器上；还用于将收到的 S′偏振光发射出去；还用于将所述第二 LCoS 光调制器反射的 P′偏振光和 P 偏振光透射出去；所述预设角度是所述 P 偏振光和所述 S 偏振光与所述第二 PBS 棱镜垂直线的夹角；所述第一 LCoS 光调制器，用于将透射出所述第二 PBS 棱镜的 P 偏振光调制为 S′偏振光，并将调制后所得的 S′偏振光反射到所述第二 PBS 棱镜上；所述第二 LCoS 光调制器与所述第一 LCoS 光调制器垂直放置，并且所述第一 LCoS 光调制器和所述第二 LCoS 光调制器相对于所述第二 PBS 棱镜的偏振膜对称放置，所述第二 LCoS 光调制器用于将所述第二 PBS 棱镜反射的 S 偏振光调制为 P′偏振光，并将调制后所得的 P′偏振光反射到所述第二 PBS 棱镜上，同时将反射出所述第二 PBS 棱镜的 P 偏振光再次反射到所述第二 PBS 棱镜上；所述偏振片，用于吸收经过所述第二 LCoS 光调制器反射到所述第二 PBS 棱镜，再由所述第二 PBS 棱镜透射出的 P 偏振光；所述投影透镜，用于将通过所述第二 PBS 棱镜出射的 P′偏振光和 S′偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。
2：根据权利要求 1 所述的投影显示装置，其特征在于，所述调整组件包括两个反光器，所述反光器分别设置于所述第一 PBS 棱镜分离后产生的 P 偏振光和 S 偏振光的光路上。
3：根据权利要求 2 所述的一种投影显示装置，其特征在于，所述反光器是反光镜、或者反光膜。
4：根据权利要求 1 所述的投影显示装置，其特征在于，所述装置还包括半波片，所述半波片设置在所述第一 LCoS 光调制器与所述第二 PBS 棱镜之间；所述第一 LCoS 光调制器与第二 LCoS 光调制器的类型相同。
5：根据权利要求 1 所述的投影显示装置，其特征在于，所述预设角度为 θ1，所述 P 偏振光与 S 偏振光自身发散角为 θ2，所述 P′偏振光透射出所述第二 PBS 棱镜时，与所述第二 PBS 棱镜的水平夹角为 θ3，所述 θ3 由所述投影显示装置所在投影显示系统决定，所述预设角度 θ1 ≤ θ3-θ2。

说明书

一种投影显示装置
    【技术领域】
     本发明属于光学领域，涉及一种投影显示装置。背景技术一种新型的反射式硅基液晶 (Liquid Crystal on Silicon， yixia 以下简称 LCoS) 显示技术在大屏幕投影显示和微型显示器方面具有明显的竞争优势和巨大的市场前景。由于 LCoS 技术特有的优势，其应用领域非常广泛，不但容易占领民用和消费类市场 ( 如高清电视 )，也可以进入军事、医疗和各类工业市场。
     在现有的双 LCoS 光学引擎中，偏极化分光镜 (Polarization Beam SPlitter，以下简称 PBS) 起着将非偏振光分成 P 偏振光和 S 偏振光的作用，如图 1 所示 P 偏振光在 PBS 棱镜的偏振膜处透射， S 偏振光在 PBS 棱镜的偏振膜处反射。对于 F ＝ 2.4 的光学系统，通常 S 偏振光的反射率和透射率之比 RS/TS ＝ 1000，而 P 偏振光透射率和反射率之比 TP/RP ＝ 20，这说明大概有 5％的 P 偏振光在 PBS 棱镜的偏振膜处发生反射，和 S 偏振光一起出射。正是由于反射的 5％的 P 偏振光的存在，使得投影显示装置的全黑全白对比度只能做到 20 ∶ 1 左右。
     为了提高全黑全白对比度，现有技术中还有一种多 PBS 方案以及离轴照明方案，该方案可以使投影显示装置的全黑全白对比度大于 1500 ∶ 1，如公开号为 CN2630880 的中国实用新型专利，如图 2 所示，该实用新型公开了一种反射式液晶立体投影光机，包括光源组件，分光 / 合光系统和投影镜头，所述分光 / 合光系统包括一个由 4 个宽波带的偏振分光镜组成的呈 “米” 字形放置的偏振分光镜组，两块白光波片和两片反射式液晶。
     但是多 PBS 方案以及离轴照明方案的缺点是：
     1)P 偏振光和 S 偏振光重合出射， S 偏振光中反射的 P 偏振光无法被消除或吸收，致使其全黑全白对比度不能提高很多；
     2) 光学部件多，其中众多是吸收型的偏振片，光损耗高；
     3) 结构复杂难调试，造成工业上的装配复杂。
     发明内容鉴于以上问题，本发明的主要目的在于提供一种投影显示装置，大大提高了全黑全白对比度，并且使得投影透镜的后焦距缩短，整个投影装置体积减小，光损耗降低、结构简单容易装配。
     为解决达到以上目的，本发明所提供的投影显示装置，包括：
     第一 PBS 棱镜，用于将光源发射的非偏振光分离为 P 偏振光和 S 偏振光；
     调整组件，用于调整所述 P 偏振光和所述 S 偏振光入射到第二 PBS 棱镜的角度；
     所述第二 PBS 棱镜，用于接收以预设角度入射的所述 P 偏振光和所述 S 偏振光，将所述 P 偏振光中透射出过所述第二 PBS 棱镜的偏振膜的 P 偏振光入射到第一 LCoS 光调制器上，将所述 S 偏振光以及所述 P 偏振光中不能透射出所述第二 PBS 棱镜的偏振膜的 P 偏
     振光反射到第二 LCoS 光调制器上；还用于将收到的 S′偏振光发射出去；还用于将所述第二 LCoS 光调制器反射的 P′偏振光和 P 偏振光透射出去；所述预设角度是所述 P 偏振光和所述 S 偏振光与所述第二 PBS 棱镜垂直线的夹角；
     所述第一 LCoS 光调制器，用于将透射出所述第二 PBS 棱镜的 P 偏振光调制为 S′ 偏振光，并将调制后所得的 S′偏振光反射到所述第二 PBS 棱镜上；
     所述第二 LCoS 光调制器与所述第一 LCoS 光调制器垂直放置，并且所述第一 LCoS 光调制器和所述第二 LCoS 光调制器相对于所述第二 PBS 棱镜的偏振膜对称放置，所述第二 LCoS 光调制器用于将所述第二 PBS 棱镜反射的 S 偏振光调制为 P′偏振光，并将调制后所得的 P′偏振光反射到所述第二 PBS 棱镜上，同时将反射出所述第二 PBS 棱镜的 P 偏振光再次反射到所述第二 PBS 棱镜上；
     偏振片，用于吸收经过所述第二 LCoS 光调制器反射到所述第二 PBS 棱镜，再由所述第二 PBS 棱镜透射出的 P 偏振光；
     投影透镜，用于将通过所述第二 PBS 棱镜出射的 P′偏振光和 S′偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。
     所述调整组件包括两个反光器，所述反光器分别设置于所述第一 PBS 棱镜分离后产生的 P 偏振光和 S 偏振光的光路上。所述反光器是反光镜、或者反光膜。
     所述装置还包括半波片，所述半波片设置在所述第一 LCoS 光调制器与所述第二 PBS 棱镜之间；所述第一 LCoS 光调制器与第二 LCoS 光调制器的类型相同。
     所述预设角度为 θ1，所述 P 偏振光与 S 偏振光自身发散角为 θ2，所述 P′偏振光透射出所述第二 PBS 棱镜时，与所述第二 PBS 棱镜的水平夹角为 θ3，所述 θ3 由所述投影显示装置所在投影显示系统决定，所述预设角度 θ1 ≤ θ3-θ2。
     本发明的有益效果是：
     1) 通过第一 PBS 棱镜将自然光分离为 P 偏振光和 S 偏振光，再通过调整组件调整 P 偏振光和 S 偏振光的角度，使 P 偏振光和 S 偏振光以预设角度入射到第二 PBS 棱镜上，从而将从第二 PBS 棱镜出射的经过调制的 P′偏振光和 S′偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二 PBS 棱镜出射的未经调制的反射的 P 偏振光，大大提高了全黑全白对比度；
     2) 由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗；
     3) 由于使用了较少的元器件，结构简单容易装配。
     附图说明图 1 为现有技术中双 LCoS 光学引擎的结构示意图；
     图 2 为现有技术中公开号为 CN2630880 的中国实用新型专利所述的反射式液晶立体投影光机结构示意图；
     图 3 为本发明提供的投影显示装置的实施例 1 结构示意图；
     图 4 为本发明提供的投影显示装置的实施例 2 结构示意图。
     具体实施方式以下结合具体实施例及附图对本发明进一步说明，但不作对其的限定：
     实施例 1
     如图 3 所示，本实施例 1 提供了一种投影显示装置，该装置包括：光源 10、第一 PBS 棱镜 11、调整组件 12、第二 PBS 棱镜 13、第一 LCoS 光调制器 14、第二 LCoS 光调制器 15、偏振片 16 及投影透镜 17 ；
     其中，光源 10，用于发射非偏振光；
     第一 PBS 棱镜 11，用于接收光源 10 发射的非偏振光，并将该非偏振光分离为 P 偏振光和 S 偏振光；
     其中，第一 PBS 棱镜 11 及第二 PBS 棱镜 13 由两个直角棱镜结合，两个直角棱镜的结合面是利用满足 45 度布儒斯特角条件的干涉淀积偏振膜。在图 3 中将 PBS 棱镜的偏振膜以加粗的黑线表示。该偏振膜的特性是透射 P 偏振光，反射 S 偏振光。当非偏振光以 45 度角入射到 PBS 棱镜的偏振膜时，与入射面平行的大部分 P 偏振光会无阻碍的透过 PBS 棱镜的偏振膜，小部分 P 偏振光会在 PBS 棱镜的偏振膜处发生反射；与入射面垂直的大部分 S 偏振光会被 PBS 棱镜的偏振膜反射，小部分 S 偏振光会透过 PBS 棱镜的偏振膜，这样就将非偏振光分离成两束相互垂直的光束。
     调整组件 12，用于调整由第一 PBS 棱镜 13 分离出的 P 偏振光和 S 偏振光入射到第二 PBS 棱镜 13 的角度，使 P 偏振光和 S 偏振光均以预设角度 θ1 入射到第二 PBS 棱镜 13 上， P 偏振光和 S 偏振光之间的夹角为 2θ1 ；
     本实施例中，调整组件 12 可以是两个反光器，这两个反光器分别放置在由第一 PBS 棱镜 11 分离出的 P 偏振光和 S 偏振光的方向上，用来调整 P 偏振光和 S 偏振光的入射角度，使 P 偏振光和 S 偏振光均以预设角度入射到第二 PBS 棱镜 13 上。其中，反光器可以是反光镜或反光膜等一切能够反光的元件。
     其中，预设角度是 P 偏振光与第二 PBS 棱镜 13 垂直线的夹角，或者是 S 偏振光与第二 PBS 棱镜 13 垂直线的夹角，如图 3 所示，预设角度为 θ1。
     现有技术中，由于大概有 5％的 P 偏振光在 PBS 棱镜的偏振膜处发生了反射，而且反射的 P 偏振光、透射的 P 偏振光和反射的 S 偏振光重合出射，因此无法利用偏振片来吸收其中反射的 p 偏振光，导致现有技术中投影显示装置的全黑全白对比度不会很高。
     本实施例设置预设角度 θ1 的目的是为了将 P 偏振光和 S 偏振光从空间上分开，这样使分别通过第一 LCoS 光调制器 14 和第二 LCoS 光调制器 15 调制后得到的 S′偏振光和 P′偏振光也就以不同的角度出射，因而调制后的 P′偏振光和 S′偏振光路不重合，由于反射的 P 偏振光和反射的 S′偏振光重合，这样就可以方便的通过偏振片吸收 S′偏振光中反射的 P 偏振光，由于反射的 P 偏振光大大减少了，因此投影显示装置的全黑全白对比度也就大大增加了。但是预设角度 θ1 也不能太大，因为预设角度 θ1 和 θ3 呈线性关系， θ3 是 P′偏振光从第二 PBS 棱镜 13 出射时，与第二 PBS 棱镜 13 的水平夹角， θ3 由投影显示装置所在的投影显示系统决定，例如，对于 F ＝ 2.0 的光学系统， θ3 为 14°，对于 F ＝ 2.4 的光学系统， θ3 为 11.8°，因此 θ3 的角度值这也就决定了 θ1 的选取范围，即 θ1 ≤ θ3-θ2，其中， θ2 是 P 偏振光与 S 偏振光的自身发散角， θ2 由光源决定，一般可控制在几百毫弧度。因此下面详细介绍 P 偏振光和 S 偏振光以预设角度 θ1 入射到第二 PBS 棱镜 13 之后的光路流程。第二 PBS 棱镜 13，用于接收以预设角度入射的 P 偏振光和 S 偏振光，将该 P 偏振光中透射出第二 PBS 棱镜 13 的偏振膜的 P 偏振光入射到第一 LCoS 光调制器 14 上，将该 S 偏振光以及该 P 偏振光中不能透射出第二 PBS 棱镜 13 的偏振膜的 P 偏振光反射到第二 LCoS 光调制器 15 上；还用于将收到的 S′偏振光反射出去；还用于将第二 LCoS 光调制器 15 反射的 P′偏振光和 P 偏振光透射出去；
     本发明实施例中预设阈值量可以是 P 偏振光总量的百分比，例如，设预设阈值量为 5％，则有大于 5％的 P 偏振光，也就是说最多有 95％的 P 偏振光可以通过第二 PBS 棱镜 13 透射到第一 LCoS 光调制器 14 上，同时有小于 5％的 P 偏振光通过第二 PBS 棱镜 13 反射到第二 LCoS 光调制器 15 上。
     需要说明的是，本实施例中 S 偏振光也有一小部分透射出第二 PBS 棱镜 13，但是透射出的第二 PBS 棱镜 13 的 S 偏振光量小于第二 PBS 棱镜 13 反射的 P 偏振光量，使得透射的 S 偏振光对本发明实施例的影响不大，因此，本发明实施例中不对透射的 S 偏振光进行描述。
     第一 LCoS 光调制器 14，用于对透射出第二 PBS 棱镜 13 的 P 偏振光进行调制，调制后为 S′偏振光，并将得到的 S′偏振光反射到第二 PBS 棱镜 13 上；第二 LCoS 光调制器 15，与第一 LCoS 光调制器 14 垂直放置，并且第一 LCoS 光调制器 14 和第二 LCoS 光调制器 15 相对于第二 PBS 棱镜 13 的偏振膜对称放置，第二 LCoS 光调制器 15 用于对第二 PBS 棱镜 13 反射的 S 偏振光进行调制，调制后为 P′偏振光，并将调制后所得的 P′偏振光反射到第二 PBS 棱镜 13 上，同时将第二 PBS 棱镜 13 反射 P 偏振光再次反射到第二 PBS 棱镜 13 上；
     图 3 中将 P 偏振光和 S 偏振光以一条光线示意，但实际应用中， P 偏振光和 S 偏振光均是一宽光束， P 偏振光束完全覆盖整个第一 LCoS 光调制器 14， S 偏振光束完全覆盖整个第二 LCoS 光调制器 15。
     需要说明的是， LCoS 光调制器的特性是只能调制一种偏振方向的光，例如，如果一个 LCoS 光调制器可以将 P 偏振光调制为 S 偏振光，则就不能调制 S 偏振光，也就是说不能将 S 偏振光调制为 P 偏振光；相反的，如果一个 LCoS 光调制器如果可以将 S 偏振光调制为 P 偏振光，则就不能调制 P 偏振光，也就是说不能将 P 偏振光调制为 S 偏振光。
     偏振片 16，用于吸收经过所述第二 LCoS 光调制器反射到所述第二 PBS 棱镜，再由所述第二 PBS 棱镜透射出的 P 偏振光；
     前面已经描述过，由于将分离的 P 偏振光和 S 偏振光以预设角度入射到第二 PBS 棱镜 13 上，因此分别经过第一 LCoS 光调制器 14 和第二 LCoS 光调制器调制后从第二 PBS 棱镜 13 出射的 S′偏振光和 P′偏振光路不重合，而反射的 P 偏振光和反射的 S′偏振光重合，这样就很方便的通过偏振片吸收 S′偏振光中反射的 P 偏振光，达到提高全黑全白对比度的目的。
     本实施例中，可以采用预设参数的偏振片 16 就可以达到相应的全黑全白对比度。例如， P 偏振光的透射率和反射率之比为 20 ∶ 1，一般采用的偏振片的偏振比参数是
     200 ∶ 1，则表明本发明实施例提供的投影显示装置的全黑全白对比度为4000 ∶ 1，与现有技术相比，本发明实施例提供的投影显示装置的全黑全白对比度大大提高了。投影透镜 17，用于将通过第二 PBS 棱镜 13 出射的 P′偏振光和 S′偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。这样，就在屏幕上形成了两幅由两束偏振方向互相垂直的光形成的图像投影，观看者配戴上用一对正交偏振片制成的眼镜，即可实现双像的分离，从而在二维平面上产生出三维立体图像。
     本发明实施例通过第一 PBS 棱镜将非偏振光分离为 P 偏振光和 S 偏振光，再通过调整组件 12 调整 P 偏振光和 S 偏振光的入射角度，使 P 偏振光和 S 偏振光以预设角度入射到第二 PBS 棱镜上，从而将从第二 PBS 棱镜出射的经过调制的 P′偏振光和 S′偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二 PBS 棱镜出射的未经调制的反射的 P 偏振光，大大提高了投影显示装置的全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单，容易装配。
     实施例 2
     实施例 2 与实施例 1 所公开的内容相比，增加了一个半波片，因为实施例 1 中第一 LCoS 光调制器 14 和第二 LCoS 光调制器 15 的类型是不同的，即第一 LCoS 光调制器 14 是调制 P 偏振光的光调制器，第二 LCoS 光调制器 15 是调制 S 偏振光的光调制器，这样在实际应用中要准备两种类型不同 LCoS 光调制器，维修更换比较麻烦，而且备件成本较高，为了使得维修更换方便，降低备件成本，实施例 2 其中一个 LCoS 光调制器前放置一个半波片，半波片可以改变偏振光的偏振方向，例如， P 偏振光经过半波片后变为 S 偏振光， S 偏振光经过半波片变为 P 偏振光。通过在其中一个 LCoS 光调制器前放置半波片，可以将某一个偏振方向的光改变为另一个偏振方向的光，这样，在实际操作中准备两个相同类型的 LCoS 光调制器即可。下面以图 4 为例具体说明与半波片相关的内容，其它内容均与实施例 1 相同，此处不再赘述。
     如图 4 所示为实施例 2 提供的投影显示装置的示意图，在第一 LCoS 光调制器 14 前放置半波片 18，这样，从第二 PBS 棱镜 13 透射出的大于预设阈值量的 P 偏振光先入射到半波片 18 上，通过半波片 18 后 P 偏振光改变为 S 偏振光，再通过第一 LCoS 光调制器 14 调制， S 偏振光又改变为 P 偏振光，然后再反射到半波片 18 上，再次经过半波片 18 后， P 偏振光再次改变为 S′偏振光入射到第二 PBS 棱镜 13 上，最后经过第二 PBS 棱镜 13 反射出去。这样，第一 LCoS 光调制器 14 调制的是 S 偏振光，而第二 LCoS 光调制器 15 调制的也是 S 偏振光，因此在实际应用中，可以只准备相同类型的 LCoS 光调制器即可，使得维修更换方便，备件成本更低。
     本实施例通过第一 PBS 棱镜将非偏振光分离为 P 偏振光和 S 偏振光，再通过调整组件 12 调整 P 偏振光和 S 偏振光的入射角度，使 P 偏振光和 S 偏振光以预设角度入射到第二 PBS 棱镜上，从而将从第二 PBS 棱镜出射的经过调制的 P′偏振光和 S′偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二 PBS 棱镜出射的未经调制的反射的 P 偏振光，大大提高了投影显示装置的全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单，容易装配；进一步地，通过在第一 LCoS 光调制器和第二 PBS 棱镜之间放置半波片，可以在实际操作中只准备两个相同类型的 LCoS 光调制器，即第一 LCoS 光调制器和第二 LCoS 光调制类型相同，使得维修更换方便，备件成本更低。
     以上已对本发明的技术内容作了详细说明。对本领域一般技术人员而言，在不背
     离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都不会超出本申请所附权利要求的保护范围。

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1、(10)申请公布号 CN 102436068 A(43)申请公布日 2012.05.02CN102436068A*CN102436068A*(21)申请号 201010298589.X(22)申请日 2010.09.29G02B 27/18(2006.01)G02B 27/28(2006.01)G03B 21/14(2006.01)(71)申请人北京中视中科光电技术有限公司地址 100094 北京市海淀区永丰产业基地永捷北路3号B座4层(72)发明人成华毕勇亓岩(74)专利代理机构北京中海智圣知识产权代理有限公司 11282代理人胡静(54) 发明名称一种投影显示装置(57) 摘要本发明属。

2、于光学领域，提供一种投影显示装置。该种投影显示装置包括：光源、第一PBS棱镜、调整组件、第二PBS棱镜、第一LCoS光调制器、第二LCoS光调制器、偏振片及投影透镜。本发明通过将非偏振光分离为P偏振光和S偏振光，再使P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜上，从而将从第二PBS棱镜出射的经过调制的P偏振光和S偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以方便的吸收从第二PBS棱镜出射的未经调制的反射的P偏振光，大大提高了全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单容易装配。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请。

3、权利要求书 1 页说明书 6 页附图 3 页CN 102436074 A 1/1页21.一种投影显示装置，包括：光源，其特征在于，还包括：第一PBS棱镜、调整组件、第二PBS棱镜、第一LCoS光调制器、第二LCoS光调制器、偏振片、投影透镜，其中：所述第一PBS棱镜，用于将光源发射的非偏振光分离为P偏振光和S偏振光；所述调整组件，用于调整所述P偏振光和所述S偏振光入射到第二PBS棱镜的角度；所述第二PBS棱镜，用于接收以预设角度入射的所述P偏振光和所述S偏振光，将所述P偏振光中透射出过所述第二PBS棱镜的偏振膜的P偏振光入射到第一LCoS光调制器上，将所述S偏振光以及所述P偏振光中不能透射。

4、出所述第二PBS棱镜的偏振膜的P偏振光反射到第二LCoS光调制器上；还用于将收到的S偏振光发射出去；还用于将所述第二LCoS光调制器反射的P偏振光和P偏振光透射出去；所述预设角度是所述P偏振光和所述S偏振光与所述第二PBS棱镜垂直线的夹角；所述第一LCoS光调制器，用于将透射出所述第二PBS棱镜的P偏振光调制为S偏振光，并将调制后所得的S偏振光反射到所述第二PBS棱镜上；所述第二LCoS光调制器与所述第一LCoS光调制器垂直放置，并且所述第一LCoS光调制器和所述第二LCoS光调制器相对于所述第二PBS棱镜的偏振膜对称放置，所述第二LCoS光调制器用于将所述第二PBS棱镜反射的S偏振光调制为P。

5、偏振光，并将调制后所得的P偏振光反射到所述第二PBS棱镜上，同时将反射出所述第二PBS棱镜的P偏振光再次反射到所述第二PBS棱镜上；所述偏振片，用于吸收经过所述第二LCoS光调制器反射到所述第二PBS棱镜，再由所述第二PBS棱镜透射出的P偏振光；所述投影透镜，用于将通过所述第二PBS棱镜出射的P偏振光和S偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。2.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述调整组件包括两个反光器，所述反光器分别设置于所述第一PBS棱镜分离后产生的P偏振光和S偏振光的光路上。3.根据权利要求2所述的一种投影显示装置，其特征在于，所述反光器是反光镜、或者反光膜。4.根据。

6、权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述装置还包括半波片，所述半波片设置在所述第一LCoS光调制器与所述第二PBS棱镜之间；所述第一LCoS光调制器与第二LCoS光调制器的类型相同。5.根据权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述预设角度为1，所述P偏振光与S偏振光自身发散角为2，所述P偏振光透射出所述第二PBS棱镜时，与所述第二PBS棱镜的水平夹角为3，所述3由所述投影显示装置所在投影显示系统决定，所述预设角度13-2。权利要求书CN 102436068 ACN 102436074 A 1/6页3一种投影显示装置技术领域0001 本发明属于光学领域，涉及一种投影显示装置。。

7、背景技术0002 一种新型的反射式硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，yixia以下简称LCoS)显示技术在大屏幕投影显示和微型显示器方面具有明显的竞争优势和巨大的市场前景。由于LCoS技术特有的优势，其应用领域非常广泛，不但容易占领民用和消费类市场(如高清电视)，也可以进入军事、医疗和各类工业市场。0003 在现有的双LCoS光学引擎中，偏极化分光镜(Polarization Beam SPlitter，以下简称PBS)起着将非偏振光分成P偏振光和S偏振光的作用，如图1所示P偏振光在PBS棱镜的偏振膜处透射，S偏振光在PBS棱镜的偏振膜处反射。对于F2.4的光学系统。

8、，通常S偏振光的反射率和透射率之比RS/TS1000，而P偏振光透射率和反射率之比TP/RP20，这说明大概有5的P偏振光在PBS棱镜的偏振膜处发生反射，和S偏振光一起出射。正是由于反射的5的P偏振光的存在，使得投影显示装置的全黑全白对比度只能做到201左右。0004 为了提高全黑全白对比度，现有技术中还有一种多PBS方案以及离轴照明方案，该方案可以使投影显示装置的全黑全白对比度大于15001，如公开号为CN2630880的中国实用新型专利，如图2所示，该实用新型公开了一种反射式液晶立体投影光机，包括光源组件，分光/合光系统和投影镜头，所述分光/合光系统包括一个由4个宽波带的偏振分光镜组成的呈。

9、“米”字形放置的偏振分光镜组，两块白光波片和两片反射式液晶。0005 但是多PBS方案以及离轴照明方案的缺点是：0006 1)P偏振光和S偏振光重合出射，S偏振光中反射的P偏振光无法被消除或吸收，致使其全黑全白对比度不能提高很多；0007 2)光学部件多，其中众多是吸收型的偏振片，光损耗高；0008 3)结构复杂难调试，造成工业上的装配复杂。发明内容0009 鉴于以上问题，本发明的主要目的在于提供一种投影显示装置，大大提高了全黑全白对比度，并且使得投影透镜的后焦距缩短，整个投影装置体积减小，光损耗降低、结构简单容易装配。0010 为解决达到以上目的，本发明所提供的投影显示装置，包括：0011 。

10、第一PBS棱镜，用于将光源发射的非偏振光分离为P偏振光和S偏振光；0012 调整组件，用于调整所述P偏振光和所述S偏振光入射到第二PBS棱镜的角度；0013 所述第二PBS棱镜，用于接收以预设角度入射的所述P偏振光和所述S偏振光，将所述P偏振光中透射出过所述第二PBS棱镜的偏振膜的P偏振光入射到第一LCoS光调制器上，将所述S偏振光以及所述P偏振光中不能透射出所述第二PBS棱镜的偏振膜的P偏说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 2/6页4振光反射到第二LCoS光调制器上；还用于将收到的S偏振光发射出去；还用于将所述第二LCoS光调制器反射的P偏振光和P偏振光透射出。

11、去；所述预设角度是所述P偏振光和所述S偏振光与所述第二PBS棱镜垂直线的夹角；0014 所述第一LCoS光调制器，用于将透射出所述第二PBS棱镜的P偏振光调制为S偏振光，并将调制后所得的S偏振光反射到所述第二PBS棱镜上；0015 所述第二LCoS光调制器与所述第一LCoS光调制器垂直放置，并且所述第一LCoS光调制器和所述第二LCoS光调制器相对于所述第二PBS棱镜的偏振膜对称放置，所述第二LCoS光调制器用于将所述第二PBS棱镜反射的S偏振光调制为P偏振光，并将调制后所得的P偏振光反射到所述第二PBS棱镜上，同时将反射出所述第二PBS棱镜的P偏振光再次反射到所述第二PBS棱镜上；0016 。

12、偏振片，用于吸收经过所述第二LCoS光调制器反射到所述第二PBS棱镜，再由所述第二PBS棱镜透射出的P偏振光；0017 投影透镜，用于将通过所述第二PBS棱镜出射的P偏振光和S偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。0018 所述调整组件包括两个反光器，所述反光器分别设置于所述第一PBS棱镜分离后产生的P偏振光和S偏振光的光路上。0019 所述反光器是反光镜、或者反光膜。0020 所述装置还包括半波片，所述半波片设置在所述第一LCoS光调制器与所述第二PBS棱镜之间；所述第一LCoS光调制器与第二LCoS光调制器的类型相同。0021 所述预设角度为1，所述P偏振光与S偏振光自身发散角为2，。

13、所述P偏振光透射出所述第二PBS棱镜时，与所述第二PBS棱镜的水平夹角为3，所述3由所述投影显示装置所在投影显示系统决定，所述预设角度13-2。0022 本发明的有益效果是：0023 1)通过第一PBS棱镜将自然光分离为P偏振光和S偏振光，再通过调整组件调整P偏振光和S偏振光的角度，使P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜上，从而将从第二PBS棱镜出射的经过调制的P偏振光和S偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二PBS棱镜出射的未经调制的反射的P偏振光，大大提高了全黑全白对比度；0024 2)由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗；0025 3)由于使用了。

14、较少的元器件，结构简单容易装配。附图说明0026 图1为现有技术中双LCoS光学引擎的结构示意图；0027 图2为现有技术中公开号为CN2630880的中国实用新型专利所述的反射式液晶立体投影光机结构示意图；0028 图3为本发明提供的投影显示装置的实施例1结构示意图；0029 图4为本发明提供的投影显示装置的实施例2结构示意图。具体实施方式说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 3/6页50030 以下结合具体实施例及附图对本发明进一步说明，但不作对其的限定：0031 实施例10032 如图3所示，本实施例1提供了一种投影显示装置，该装置包括：光源10、第一PBS。

15、棱镜11、调整组件12、第二PBS棱镜13、第一LCoS光调制器14、第二LCoS光调制器15、偏振片16及投影透镜17；0033 其中，光源10，用于发射非偏振光；0034 第一PBS棱镜11，用于接收光源10发射的非偏振光，并将该非偏振光分离为P偏振光和S偏振光；0035 其中，第一PBS棱镜11及第二PBS棱镜13由两个直角棱镜结合，两个直角棱镜的结合面是利用满足45度布儒斯特角条件的干涉淀积偏振膜。在图3中将PBS棱镜的偏振膜以加粗的黑线表示。该偏振膜的特性是透射P偏振光，反射S偏振光。当非偏振光以45度角入射到PBS棱镜的偏振膜时，与入射面平行的大部分P偏振光会无阻碍的透过PBS棱镜。

16、的偏振膜，小部分P偏振光会在PBS棱镜的偏振膜处发生反射；与入射面垂直的大部分S偏振光会被PBS棱镜的偏振膜反射，小部分S偏振光会透过PBS棱镜的偏振膜，这样就将非偏振光分离成两束相互垂直的光束。0036 调整组件12，用于调整由第一PBS棱镜13分离出的P偏振光和S偏振光入射到第二PBS棱镜13的角度，使P偏振光和S偏振光均以预设角度1入射到第二PBS棱镜13上，P偏振光和S偏振光之间的夹角为21；0037 本实施例中，调整组件12可以是两个反光器，这两个反光器分别放置在由第一PBS棱镜11分离出的P偏振光和S偏振光的方向上，用来调整P偏振光和S偏振光的入射角度，使P偏振光和S偏振光均以预设。

17、角度入射到第二PBS棱镜13上。其中，反光器可以是反光镜或反光膜等一切能够反光的元件。0038 其中，预设角度是P偏振光与第二PBS棱镜13垂直线的夹角，或者是S偏振光与第二PBS棱镜13垂直线的夹角，如图3所示，预设角度为1。0039 现有技术中，由于大概有5的P偏振光在PBS棱镜的偏振膜处发生了反射，而且反射的P偏振光、透射的P偏振光和反射的S偏振光重合出射，因此无法利用偏振片来吸收其中反射的p偏振光，导致现有技术中投影显示装置的全黑全白对比度不会很高。0040 本实施例设置预设角度1的目的是为了将P偏振光和S偏振光从空间上分开，这样使分别通过第一LCoS光调制器14和第二LCoS光调制器。

18、15调制后得到的S偏振光和P偏振光也就以不同的角度出射，因而调制后的P偏振光和S偏振光路不重合，由于反射的P偏振光和反射的S偏振光重合，这样就可以方便的通过偏振片吸收S偏振光中反射的P偏振光，由于反射的P偏振光大大减少了，因此投影显示装置的全黑全白对比度也就大大增加了。但是预设角度1也不能太大，因为预设角度1和3呈线性关系，3是P偏振光从第二PBS棱镜13出射时，与第二PBS棱镜13的水平夹角，3由投影显示装置所在的投影显示系统决定，例如，对于F2.0的光学系统，3为14，对于F2.4的光学系统，3为11.8，因此3的角度值这也就决定了1的选取范围，即13-2，其中，2是P偏振光与S偏振光的自。

19、身发散角，2由光源决定，一般可控制在几百毫弧度。因此下面详细介绍P偏振光和S偏振光以预设角度1入射到第二PBS棱镜13之后的光路流程。说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 4/6页60041 第二PBS棱镜13，用于接收以预设角度入射的P偏振光和S偏振光，将该P偏振光中透射出第二PBS棱镜13的偏振膜的P偏振光入射到第一LCoS光调制器14上，将该S偏振光以及该P偏振光中不能透射出第二PBS棱镜13的偏振膜的P偏振光反射到第二LCoS光调制器15上；还用于将收到的S偏振光反射出去；还用于将第二LCoS光调制器15反射的P偏振光和P偏振光透射出去；0042 本发明实。

20、施例中预设阈值量可以是P偏振光总量的百分比，例如，设预设阈值量为5，则有大于5的P偏振光，也就是说最多有95的P偏振光可以通过第二PBS棱镜13透射到第一LCoS光调制器14上，同时有小于5的P偏振光通过第二PBS棱镜13反射到第二LCoS光调制器15上。0043 需要说明的是，本实施例中S偏振光也有一小部分透射出第二PBS棱镜13，但是透射出的第二PBS棱镜13的S偏振光量小于第二PBS棱镜13反射的P偏振光量，使得透射的S偏振光对本发明实施例的影响不大，因此，本发明实施例中不对透射的S偏振光进行描述。0044 第一LCoS光调制器14，用于对透射出第二PBS棱镜13的P偏振光进行调制，调制。

21、后为S偏振光，并将得到的S偏振光反射到第二PBS棱镜13上；0045 第二LCoS光调制器15，与第一LCoS光调制器14垂直放置，并且第一LCoS光调制器14和第二LCoS光调制器15相对于第二PBS棱镜13的偏振膜对称放置，第二LCoS光调制器15用于对第二PBS棱镜13反射的S偏振光进行调制，调制后为P偏振光，并将调制后所得的P偏振光反射到第二PBS棱镜13上，同时将第二PBS棱镜13反射P偏振光再次反射到第二PBS棱镜13上；0046 图3中将P偏振光和S偏振光以一条光线示意，但实际应用中，P偏振光和S偏振光均是一宽光束，P偏振光束完全覆盖整个第一LCoS光调制器14，S偏振光束完全覆。

22、盖整个第二LCoS光调制器15。0047 需要说明的是，LCoS光调制器的特性是只能调制一种偏振方向的光，例如，如果一个LCoS光调制器可以将P偏振光调制为S偏振光，则就不能调制S偏振光，也就是说不能将S偏振光调制为P偏振光；相反的，如果一个LCoS光调制器如果可以将S偏振光调制为P偏振光，则就不能调制P偏振光，也就是说不能将P偏振光调制为S偏振光。0048 偏振片16，用于吸收经过所述第二LCoS光调制器反射到所述第二PBS棱镜，再由所述第二PBS棱镜透射出的P偏振光；0049 前面已经描述过，由于将分离的P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜13上，因此分别经过第一LCoS光调制。

23、器14和第二LCoS光调制器调制后从第二PBS棱镜13出射的S偏振光和P偏振光路不重合，而反射的P偏振光和反射的S偏振光重合，这样就很方便的通过偏振片吸收S偏振光中反射的P偏振光，达到提高全黑全白对比度的目的。0050 本实施例中，可以采用预设参数的偏振片16就可以达到相应的全黑全白对比度。例如，P偏振光的透射率和反射率之比为201，一般采用的偏振片的偏振比参数是2001，则表明本发明实施例提供的投影显示装置的全黑全白对比度为40001，与现有技术相比，本发明实施例提供的投影显示装置的全黑全白对比度大大提说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 5/6页7高了。005。

24、1 投影透镜17，用于将通过第二PBS棱镜13出射的P偏振光和S偏振光进行合成，并将合成后的光投影在屏幕上。这样，就在屏幕上形成了两幅由两束偏振方向互相垂直的光形成的图像投影，观看者配戴上用一对正交偏振片制成的眼镜，即可实现双像的分离，从而在二维平面上产生出三维立体图像。0052 本发明实施例通过第一PBS棱镜将非偏振光分离为P偏振光和S偏振光，再通过调整组件12调整P偏振光和S偏振光的入射角度，使P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜上，从而将从第二PBS棱镜出射的经过调制的P偏振光和S偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二PBS棱镜出射的未经调制的反射的P偏振。

25、光，大大提高了投影显示装置的全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单，容易装配。0053 实施例20054 实施例2与实施例1所公开的内容相比，增加了一个半波片，因为实施例1中第一LCoS光调制器14和第二LCoS光调制器15的类型是不同的，即第一LCoS光调制器14是调制P偏振光的光调制器，第二LCoS光调制器15是调制S偏振光的光调制器，这样在实际应用中要准备两种类型不同LCoS光调制器，维修更换比较麻烦，而且备件成本较高，为了使得维修更换方便，降低备件成本，实施例2其中一个LCoS光调制器前放置一个半波片，半波片可以改变偏振光的偏振方向，例如。

26、，P偏振光经过半波片后变为S偏振光，S偏振光经过半波片变为P偏振光。通过在其中一个LCoS光调制器前放置半波片，可以将某一个偏振方向的光改变为另一个偏振方向的光，这样，在实际操作中准备两个相同类型的LCoS光调制器即可。下面以图4为例具体说明与半波片相关的内容，其它内容均与实施例1相同，此处不再赘述。0055 如图4所示为实施例2提供的投影显示装置的示意图，在第一LCoS光调制器14前放置半波片18，这样，从第二PBS棱镜13透射出的大于预设阈值量的P偏振光先入射到半波片18上，通过半波片18后P偏振光改变为S偏振光，再通过第一LCoS光调制器14调制，S偏振光又改变为P偏振光，然后再反射到半。

27、波片18上，再次经过半波片18后，P偏振光再次改变为S偏振光入射到第二PBS棱镜13上，最后经过第二PBS棱镜13反射出去。这样，第一LCoS光调制器14调制的是S偏振光，而第二LCoS光调制器15调制的也是S偏振光，因此在实际应用中，可以只准备相同类型的LCoS光调制器即可，使得维修更换方便，备件成本更低。0056 本实施例通过第一PBS棱镜将非偏振光分离为P偏振光和S偏振光，再通过调整组件12调整P偏振光和S偏振光的入射角度，使P偏振光和S偏振光以预设角度入射到第二PBS棱镜上，从而将从第二PBS棱镜出射的经过调制的P偏振光和S偏振光在空间上分开，最后通过偏振片就可以很方便的吸收从第二PB。

28、S棱镜出射的未经调制的反射的P偏振光，大大提高了投影显示装置的全黑全白对比度；并且由于使用了较少的元器件，因此也大大降低了光损耗，同时也使得结构简单，容易装配；进一步地，通过在第一LCoS光调制器和第二PBS棱镜之间放置半波片，可以在实际操作中只准备两个相同类型的LCoS光调制器，即第一LCoS光调制器和第二LCoS光调制类型相同，使得维修更换方便，备件成本更低。0057 以上已对本发明的技术内容作了详细说明。对本领域一般技术人员而言，在不背说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 6/6页8离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都不会超出本申请所附权利要求的保护范围。说明书CN 102436068 ACN 102436074 A 1/3页9图1图2说明书附图CN 102436068 ACN 102436074 A 2/3页10图3说明书附图CN 102436068 A。

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