CN112804468A - 用于激光电视的投影光机及激光电视 - Google Patents

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Abstract

本公开实施例提供一种用于激光电视的投影光机及激光电视。投影光机包括：三色激光光源、前端光路和后端光路，前端光路包括合光模块、光形调整模块、散斑抑制模块和匀光模块，后端光路包括偏振分光模块和LCoS显示芯片；三色激光光源发射的光依次分别经合光模块、光形调整模块、消散斑模块、匀光模块、以及偏振分光模块处理，再经LCoS显示芯片调制后投射到屏幕上，使得投影光机的投影画面的亮度更高，以及投影画面的光强分布更加均匀。

Description

用于激光电视的投影光机及激光电视
技术领域
本公开涉及投影显示技术领域，特别涉及一种用于激光电视的投影光机及激光电视。
背景技术
目前，投影光机市场主要被基于数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)的数字光处理技术(Digital Light Processing，DLP)和传统液晶显示技术(LiquidCrystal Display，LCD)显示技术占据。其中，DLP投影机光引擎和镜头的光学设计难度大，且成本居高不下。而传统的LCD技术，则有分辨率不高和对比度难以提高的问题，一般只应用于低端投影机市场。硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)是一种结合了半导体与传统液晶显示技术的新型微显示技术，具有高分辨率、高亮度、产品结构简单的优势。
目前，与投影光机的主要光源灯泡、发光二极管相比，激光光源具有功耗低、亮度高、单色性好、方向性好的优点，在投影显示领域拥有无可比拟的优势，可以实现色彩丰富，高对比度和高亮度的图像显示，尤其是在应用于三维立体(3D)显示时，优势更是不言而喻。
综上，如何利用LCoS显示技术与激光光源来提高投影光机的投影画面质量，是亟待解决的问题。
发明内容
本公开实施例提供一种用于激光电视的投影光机及激光电视，以提高投影光机的投影画面的亮度，以及改善投影画面的光强分布。
根据本公开实施例的一个方面，提供一种用于激光电视的投影光机，包括：三色激光光源、前端光路和后端光路，前端光路包括合光模块、光形调整模块、散斑抑制模块和匀光模块，后端光路包括偏振分光模块和硅基液晶LCoS显示芯片；其中，合光模块被配置为三色激光光源出射的光进行合光处理；光形调整模块被配置为对由合光模块出射的光进行准直和压缩处理，散斑抑制模块被配置为对由光形调整模块出射的光进行散斑抑制处理，匀光模块被配置为对由散斑抑制模块出射的光进行匀化和整形处理，或，散斑抑制模块被配置为对由合光模块出射的光进行散斑抑制处理，光形调整模块被配置为对由散斑抑制模块出射的光进行准直和压缩处理，匀光模块被配置为对由光形调整模块出射的光进行匀化和整形处理；偏振分光模块被配置为将由匀光模块出射的光投射到LCoS显示芯片上，将经LCoS显示芯片调制后的光投射到投影镜头，以及将投射到LCoS显示芯片上但未调制的光反射回前端光路。
在一些实施例中，上述用于激光电视的投影光机还包括：后继照明透镜组，位于匀光模块和LCoS显示芯片之间的光路中；和/或，偏振转换模块，位于三色激光光源和合光模块之间的光路中，被配置为将三色激光光源发出的光的偏振方向转换为与LCoS显示芯片相匹配的偏振方向。
在一些实施例中，散斑抑制模块包括衍射光学元件或消散扩散轮；和/或，合光模块包括X型合色棱镜或二向色镜。
在一些实施例中，匀光模块包括复眼阵列透镜或方棒积分器。
在一些实施例中，偏振转换模块包括二分之一波片。
在一些实施例中，偏振分光模块包括偏振分光棱镜或偏振分光薄片。
在一些实施例中，偏振分光模块还包括偏振片、1/4波片或颜色选择器。
在一些实施例中，偏振分光棱镜或偏振分光薄片的偏振分光面与入射光之间的夹角为45度角。
在一些实施例中，偏振分光模块被配置为将由匀光模块出射的光垂直投射到LCoS显示芯片上。
根据本公开实施例的另一个方面，提供一种激光电视，包括上述任一实施例用于激光电视的投影光机。
采用本公开上述实施例的投影光机或激光电视，三色激光光源发射的光依次分别经偏振转换模块、合光模块、消散斑模块、匀光模块、后继照明透镜组以及偏振分光模块处理，再经LCoS显示芯片调制后投射到屏幕上，使得投影光机的投影画面的亮度更高，以及投影画面的光强分布更加均匀。
当然，实施本公开任一实施例的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公开实施例或相关技术中的技术方案，下面对本公开实施例或相关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公开的一些实施例，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它的附图。
图1为本公开一些实施例用于激光电视的投影光机的俯视图；
图2为本公开一些实施例用于激光电视的投影光机的侧视图；
图3a为本公开一些实施例投影光机中的三色激光光源和合光模块的位置关系示意图；
图3b为本公开另一些实施例投影光机中的三色激光光源和合光模块的位置关系示意图；
图4a为本公开一些实施例投影光机中的偏振分光模块的工作原理示意图；
图4b为本公开另一些实施例投影光机中的偏振分光模块的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。
为提高投影光机的投影画面的亮度，以及改善投影画面的光强分布，本公开实施例提供了一种投影光机及激光电视。
图1为本公开一些实施例用于激光电视的投影光机的俯视图。图2为本公开一些实施例用于激光电视的投影光机的侧视图。
如图1和2所示，用于激光电视的投影光机包括：三色激光光源1、前端光路100和后端光路200，前端光路100包括合光模块2、光形调整模块3、散斑抑制模块4和匀光模块5，后端光路200包括偏振分光模块6和LCoS显示芯片7；其中，
合光模块2被配置为接收三色激光光源出射的光并对三色激光光源出射的光进行合光处理；
光形调整模块3被配置为接收由合光模块2出射的光并对由合光模块2出射的光进行准直和压缩处理，散斑抑制模块4被配置为接收由光形调整模块3出射的光并对由光形调整模块3出射的光进行散斑抑制处理，匀光模块5被配置为接收由散斑抑制模块4出射的光并对由散斑抑制模块4出射的光进行匀化和整形处理；
偏振分光模块6被配置为将由匀光模块5出射的光投射到LCoS显示芯片7上，将经LCoS显示芯片7调制后的光投射到投影镜头10，以及将投射到LCoS显示芯片7上但未调制的光反射回前端光路100。
采用本公开投影光机，三色激光光源1发射的光依次分别经合光模块2、光形调整模块3、消散斑模块、匀光模块5、以及偏振分光模块6处理，再经LCoS显示芯片7调制后投射到屏幕上，使得投影光机的投影画面的亮度更高，以及投影画面的光强分布更加均匀。
在上述实施例中，光形调整模块3对光形进行调整准直和压缩，使光学扩展量适合设计要求，且使激光光源发出的光更有利于后端光路200进行处理，提高光的传播效率，进而提高显示芯片的转换效率，使投影画面的亮度更高，光强分布更均匀。
在一些实施例中，散斑抑制模块4被配置为接收由合光模块2出射的光并对由合光模块2出射的光进行散斑抑制处理，光形调整模块3被配置为接收由散斑抑制模块4出射的光并对由散斑抑制模块4出射的光进行准直和压缩处理，匀光模块5被配置为接收由光形调整模块3出射的光并对由光形调整模块3出射的光进行匀化和整形处理。
在一些实施例中，上述投影光机还包括后继照明透镜组(图中未示出)，位于匀光模块5和LCoS显示芯片7之间的光路上，被配置为将由匀光模块5出射的光在LCoS显示芯片7上叠加。光线经过匀化和整形后进入后继照明透镜组，使匀化后光线在LCoS显示芯片7像面进行叠加，提高光利用率。
在一些实施例中，上述投影光机还包括偏振转换模块(图中未示出)。偏振转换模块被配置为将三色激光光源发出的光的偏振方向转换为与LCoS显示芯片7相匹配的偏振方向，换言之，偏振转换模块可以将三色激光光源发出的光的偏振方向转换为设计所需要的偏振方向(例如，s光偏振态或p光偏振态等不同偏振态)。在投影光机的光路中，偏振转换模块位于合光模块2之前，换言之，激光光线先进行偏振方向转换处理，再进行合光处理，因激光光源出射的平行光的偏振方向转换效率更高，使得到达LCoS显示芯片7的激光光线与LCoS显示芯片7的匹配度更高。
在一些实施例中，合光模块2包括X型合色棱镜(X-cube合色棱镜)或二向色镜。根据光源分布可以设置不同的合光棱镜。例如，三色激光光源1包括红色激光光源11、绿色激光光源12、蓝色激光光源13，红色激光光源11、绿色激光光源12、蓝色激光光源13可以并排放置在二向色镜的一侧使用，如图3a所示，或者，红色激光光源11、绿色激光光源12、蓝色激光光源13也可以围绕X型合光棱镜放置使用，如图3b所示。合光模块2可将红色激光光源11、绿色激光光源12和蓝色激光光源13发出的光进行合光，从而使不同位置单色或多色光源发出的光线的光轴重合，以便于后续模块(例如消散斑模块)的处理。
在一些实施例中，针对激光光源，本公开投影光机引入散斑抑制模块4，散斑抑制模块4包括衍射光学元件或消散扩散轮等消散器件，用于破坏激光光束之间的相干性，从而达到消散斑目的，提高投影画面质量，使投影画面更加通透细腻。
由于散斑抑制模块4和光形调整模块3之间光路较长，可引入反射镜8来压缩光路，进而减小投影光机的体积，如图1所示。另，在前端光路100与后端光路200之间也可以引入反射镜9来压缩光路，进一步减小投影光机的体积，如图2所示。
在一些实施例中，匀光模块5包括复眼阵列透镜或方棒积分器。激光光线进入匀光模块5进行匀化和整形处理，例如，匀光模块5将近高斯入射激光束转换成均匀强度光斑，并且使光斑形状比例与LCoS显示芯片相同，使激光光线的发光特性与设计所需照明特性相互匹配，提高光源利用率和照明效率，提升投影质量，使投影画面更亮更均匀。
在一些实施例中，偏振转换模块包括二分之一波片。二分之一波片具有低成本以及体积小的优势，可以降低投影光机的成本以及减小投影光机的体积。
在一些实施例中，光线进入后端光路200，首先进入偏振分光模块6，偏振分光模块6包括偏振分光棱镜或带固定装置的偏振分光薄片。在投影光机的光路中，偏振分光棱镜或偏振分光薄片放置于LCoS显示芯片7前，换言之，光线先经过偏振分光棱镜或偏振分光薄片，由偏振分光棱镜或偏振分光薄片将光线分离成两束偏振方向垂直的光。
在一些实施例中，偏振分光模块6还包括偏振片、1/4波片或颜色选择器。这里，偏振片可用于提升光线偏振度，1/4波片可作为补偿器使用。通过采用偏振片和1/4波片，可以减少杂光影响。且偏振片和1/4波片均可以提升投影画面的对比度。颜色选择器可用于旋转特定波长光线的偏振态，使不同波段的光线具有不同的偏振态，从而使不同颜色的光到达不同LCoS显示芯片，实现多芯片显示，获得更好的画质和更高亮度。
在一些实施例中，偏振分光棱镜或偏振分光薄片的偏振分光面与入射光之间的夹角为45度角，例如，由匀光模块5出射的光入射到偏振分光面时与偏振分光面的夹角为45度角，使经过LCoS显示芯片7调制过的光和未调制光沿垂直方向传播。
在一些实施例中，偏振分光模块6被配置为将由匀光模块5出射的光垂直投射到LCoS显示芯片7上。光线进入LCoS显示芯片7进行调制，按照显示需求转换光的偏振方向，从而实现画面显示的。从LCoS显示芯片7出射的光再次经过偏振分光模块6，经过LCoS调制过的光可穿过偏振分光元件，进入投影镜头10，在投影屏幕11上成像，未经调制的光则由偏振分光元件反射回光机***中。下面结合图4a和图4b来解释偏振分光模块的工作原理。
图4a为本公开一些实施例投影光机中的偏振分光模块的工作原理示意图。图4a为本公开另一些实施例投影光机中的偏振分光模块的工作原理示意图。
例如，如图4a所示，入射偏振光12(例如，由匀光模块5出射的光)进入偏振分光棱镜，入射偏振光12的入射方向与偏振分光棱镜的偏振分光面呈45度。入射偏振光12经偏振分光面的反射后垂直投射到LCoS显示芯片7上。光线进入LCoS显示芯片7进行调制。经LCoS显示芯片7调制后的光(即调制光13)穿过偏振分光棱镜投射到投影镜头10，再在投影屏幕11上成像显示。未经LCoS显示芯片7调制后的光(即未调制光14)经偏振分光面的反射后返回前端光路100中。
例如，如图4b所示，入射偏振光12进入偏振分光棱镜，入射偏振光12的入射方向与偏振分光棱镜的偏振分光面呈45度。入射偏振光12穿过偏振分光棱镜后垂直投射到LCoS显示芯片7上。光线进入LCoS显示芯片7进行调制。经LCoS显示芯片7调制后的光(即调制光13)经偏振分光面的反射后投射到投影镜头10，再在投影屏幕11上成像显示。未经LCoS显示芯片7调制后的光(即未调制光14)穿过偏振分光棱镜返回前端光路100中。
根据本公开另一方面，提供一种激光电视，包括上述任一实施例的投影光机。本公开激光电视采用上述实施例的投影光机，使得激光电视的显示画面的亮度更高，以及显示画面的光强分布更加均匀，进而提高显示品质。
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”或者其任何其它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它要素，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。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于激光电视的投影光机，其特征在于，包括：三色激光光源、前端光路和后端光路，前端光路包括合光模块、光形调整模块、散斑抑制模块和匀光模块，后端光路包括偏振分光模块和硅基液晶LCoS显示芯片；其中，
合光模块被配置为对三色激光光源出射的光进行合光处理；
光形调整模块被配置为对由合光模块出射的光进行准直和压缩处理，散斑抑制模块被配置为对由光形调整模块出射的光进行散斑抑制处理，匀光模块被配置为对由散斑抑制模块出射的光进行匀化和整形处理，或，散斑抑制模块被配置为对由合光模块出射的光进行散斑抑制处理，光形调整模块被配置为对由散斑抑制模块出射的光进行准直和压缩处理，匀光模块被配置为对由光形调整模块出射的光进行匀化和整形处理；
偏振分光模块被配置为将由匀光模块出射的光投射到LCoS显示芯片上，将经LCoS显示芯片调制后的光投射到投影镜头，以及将投射到LCoS显示芯片上但未调制的光反射回前端光路。
2.根据权利要求1所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，还包括：后继照明透镜组，位于匀光模块和LCoS显示芯片之间的光路中；和/或
偏振转换模块，位于三色激光光源和合光模块之间的光路中。
3.根据权利要求1所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，散斑抑制模块包括衍射光学元件或消散扩散轮；和/或
合光模块包括X型合色棱镜或二向色镜。
4.根据权利要求1所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，匀光模块包括复眼阵列透镜或方棒积分器。
5.根据权利要求1所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，偏振转换模块包括二分之一波片。
6.根据权利要求1所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，偏振分光模块包括偏振分光棱镜或偏振分光薄片。
7.根据权利要求6所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，偏振分光模块还包括偏振片、1/4波片或颜色选择器。
8.根据权利要求6所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，偏振分光棱镜或偏振分光薄片的偏振分光面与入射光之间的夹角为45度角。
9.根据权利要求1-8任意一项所述用于激光电视的投影光机，其特征在于，偏振分光模块被配置为将由匀光模块出射的光垂直投射到LCoS显示芯片上。
10.一种激光电视，其特征在于，包括：如权利要求1-9任意一项用于激光电视的投影光机。
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