專利名稱：偏振分光器及使用該偏振分光器的lcos液晶立體投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于偏振分光器件及投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別關(guān)于一種偏振分 光器及使用該偏振分光器的立體顯示LCOS液晶投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們對(duì)于圖象顯示品質(zhì)的追求，已經(jīng)從過(guò)去的二維平面圖象轉(zhuǎn)換為三維 立體顯示圖象了，人們追求的目的在于觀看高對(duì)比度、高清晰度且真實(shí)的影 像。人類之所以能看到立體的影像，是因?yàn)槲覀兊碾p眼可以各自獨(dú)立看東 西，雙眼所觀察影像的視角不同而在雙眼內(nèi)產(chǎn)生影像差異，刺激大腦視覺(jué)神 經(jīng)后便產(chǎn)生立體效果觀看的感覺(jué)?；诖?，人類廣泛開(kāi)展立體顯示技術(shù)的研 究工作，目前存在四種主流立體顯示技術(shù)，其原理及實(shí)現(xiàn)方法包括分色技 術(shù)、分光技術(shù)、分時(shí)技術(shù)和光柵技術(shù)。其中需要特別提及的是，投影顯示技術(shù)在21世紀(jì)得到了巨大的發(fā)展，廣 泛應(yīng)用于電腦顯示、投影電視、投影機(jī)等，隨著三維游戲動(dòng)畫、立體影視顯 示的需要，立體投影顯示技術(shù)逐漸成為投影顯示的重要研究方向。用于立體顯示的投影系統(tǒng)已經(jīng)被研究人員開(kāi)發(fā)出來(lái)，其基本采用分光技 術(shù)讓光束通過(guò)偏振轉(zhuǎn)換后變?yōu)榫€性偏振光，通過(guò)偏振光束分光裝置將其分 離為不同偏振狀態(tài)的偏振光，然后經(jīng)過(guò)液晶面板調(diào)制，不同偏振狀態(tài)的偏振 光帶上不同的圖象信息射向投影鏡頭，觀眾帶上偏振眼鏡即可看到立體圖 象?，F(xiàn)有的立體顯示液晶投影系統(tǒng)一般由光源組件、反射式液晶光學(xué)引擎和 投影透鏡等組成，光源組件包括照明光源、準(zhǔn)直整形透鏡組和濾光器(濾掉 不需要的紫外光和紅外光)等，用來(lái)輸出均勻平行的照明光。在常見(jiàn)的反射 式液晶光學(xué)引擎中，光源輸出光被分成紅綠藍(lán)三色，分別提供給三個(gè)LCOS 液晶面板進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng)調(diào)制的三束光被合成后經(jīng)投影鏡頭射出形成圖 象。這種結(jié)構(gòu)的液晶顯示系統(tǒng)需使用三個(gè)液晶面板，以及其他多個(gè)光學(xué)器 件，成本昂貴。
法國(guó)湯姆森特許公司在中國(guó)申請(qǐng)的專利CN03803103.5公開(kāi)了一種立體光 引擎體系結(jié)構(gòu)，如圖l所示，該投影系統(tǒng)僅使用了二塊液晶微顯示裝置 (LCOS)，但同時(shí)使用了四個(gè)偏振分光器，這樣顯得結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁瑣，裝配調(diào) 整困難，而且該發(fā)明還使用若干濾光片，這些濾光片會(huì)浪費(fèi)掉一部分光，影 響光強(qiáng)，該發(fā)明成本也并未得到降低。在中國(guó)專利CN03137759.9(名稱為一 種LCOS液晶立伴投影光機(jī))也公布了類似的投影顯示結(jié)構(gòu)，該專利也使用 了兩片LCOS液晶面板，四個(gè)偏振分光器的分光面構(gòu)成"米"字形放置，該 結(jié)構(gòu)中還使用了多個(gè)白光波片對(duì)光進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換，該發(fā)明同樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而 且寬波段的波片導(dǎo)致了光效率低。法國(guó)湯姆森特許公司的另一中國(guó)專利CN200380104730.6揭露了高對(duì)比度 的立體投影系統(tǒng)，具有第一通道(含兩塊LCOS液晶面板和一個(gè)偏振分光 器)、第二通道(含兩塊LCOS液晶面板， 一個(gè)偏振分光器)，第一通道與 第二通道之間設(shè)有中繼透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光傳輸，第二通道用來(lái)對(duì)第一通道發(fā)出 的S偏振光和P偏振光進(jìn)行二級(jí)調(diào)制，再次形成S偏振光和P偏振光投射給 投影透鏡系統(tǒng)顯示立體圖象，此專利確實(shí)能提供高對(duì)比度的圖象質(zhì)量，但結(jié) 構(gòu)似乎更顯復(fù)雜，成本更高。針對(duì)上述結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的立體投影系統(tǒng)，美國(guó)專利US7059728和中國(guó)專利 CN03141689.6均提出了僅使用一個(gè)偏振分光器和二個(gè)LCOS (硅基液晶)面 板的三維投影顯示裝置，該偏振分光器中含一個(gè)偏振分光面，如圖2所示， 該結(jié)構(gòu)在US0759728的FIG6中和CN03141689.6的摘要附圖中均得到了呈 現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單緊湊，但實(shí)際上是沒(méi)有立體顯示使用價(jià)值的，這種結(jié) 構(gòu)中的偏振分光器及其他光學(xué)器件可以把P偏振光的純度做得較高，但不可 能把S偏振光的純度做到實(shí)際可用的程度，因?yàn)槟壳暗腻兡ぜ夹g(shù)還不能滿足 這種要求。該投影系統(tǒng)產(chǎn)生的P偏振光和S偏振光對(duì)比度和隔離度很低，圖 象顯示質(zhì)量不好，觀眾難以真正感受到立體顯示效果。從以上所述得知，現(xiàn)階段所出現(xiàn)的立體顯示投影系統(tǒng)要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本 昂貴，要么結(jié)構(gòu)稍簡(jiǎn)單但卻不能真正實(shí)現(xiàn)好的立體顯示效果，而為了滿足立 體顯示的需要，投影系統(tǒng)中不得不配入較多的光學(xué)器件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的偏振分光
器，該偏振分光器具有集成功能，對(duì)光利用率佳，從該偏振分光器出射的s偏振光和p偏振光有較高的隔離度和對(duì)比度，適用于投影系統(tǒng)，特別適合用 于立體顯示技術(shù)。本發(fā)明還提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，使用了上述的 偏振分光器，該投影系統(tǒng)三維顯示效果良好，對(duì)光源利用率較高，且使用了 較少的光學(xué)器件，易于裝配。本發(fā)明所述的偏振分光器采用以下技術(shù)方案一種偏振分光器，主要由透光的棱鏡和棱鏡上的偏振分光面構(gòu)成，該偏 振分光器至少含有三個(gè)偏振分光面-第一偏振分光面，入射光射在該偏振分光面上分成S偏振光和P偏振光；第二偏振分光面，從第一偏振分光面出射的S偏振光射入該第二偏振分 光面后被反射給第一偏振分光面，然后經(jīng)該第一偏振分光面再次反射出，所 述S偏振光中夾雜的P偏振光先后被第二偏振分光面、第一偏振分光面濾出 到該偏振分光器外部；第三偏振分光面，從第一偏振分光面出射的P偏振光透過(guò)該偏振分光面 后射出。其中，所述三個(gè)偏振分光面相互平行且與光射入方向均呈45。夾角。 所述偏振分光器的一種結(jié)構(gòu)為該偏振分光器是由四塊棱鏡順序合成為 一體的，沿光射入方向分別為第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡和第四棱鏡， 所述第二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱鏡之間，第一偏振分光面設(shè)在第 二棱鏡和第三棱鏡之間，第三偏振分光面設(shè)在第三棱鏡和第四棱鏡之間。此 種結(jié)構(gòu)的偏振分光器可以被合成為表面平整的長(zhǎng)方體。所述偏振分光器的另一種結(jié)構(gòu)為該偏振分光器是由三塊棱鏡順序合成 為一體的，沿光射入方向分別為第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡，所述第一 偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱鏡之間，第二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡上 的和第一偏振分光面相對(duì)且平行的表面上，第三偏振分光面設(shè)在第二棱鏡和 第三棱鏡之間。上述偏振分光器的三個(gè)偏振分光面上分別鍍有均勻一致特性的偏振分 光膜層。本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是
一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，包括輸出非偏振光的光源組件， 一個(gè) 將非偏振光轉(zhuǎn)換為偏振光并分成P偏振光和S偏振光的偏振分光器，由圖象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)的兩塊LCOS液晶面板，其中，所述P偏振光和S偏振光分別 投射給上述兩塊LCOS液晶面板，經(jīng)調(diào)制反射后再通過(guò)所述偏振分光器合成 一束光進(jìn)入投影鏡頭。所述偏振分光器含有第一偏振分光面，從光源組件輸出的非偏振光射入該偏振分光面上分成S偏振光和P偏振光；第二偏振分光面，從第一偏振分光面出射的s偏振光射入該第二偏振分光面后被反射給第一偏振分光面，然后經(jīng)該第一偏振分光面再次反射后提供給一 LCOS液晶面板，所述S偏振光中夾雜的P偏振光先后被第二偏振分光 面、第一偏振分光面濾出到偏振分光器外部。第三偏振分光面，從第一偏振分光面出射的P偏振光透過(guò)該偏振分光面 后提供給另一LCOS液晶面板，從所述兩塊LCOS液晶面板調(diào)制反射出的偏 振光經(jīng)該第三偏振分光面合成后提供給投影鏡頭。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，其中，所述第一偏振分光面、第二偏振分光面和第 三偏振分光面相互平行且與光射入方向均呈45°夾角。所述偏振分光器的一種結(jié)構(gòu)方式為該偏振分光器是由四塊棱鏡順序合 成為一體的，沿光入射方向分別為第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡和第四棱 鏡，所述第二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱鏡之間，第一偏振分光面設(shè) 在第二棱鏡和第三棱鏡之間，第三偏振分光面設(shè)在第三棱鏡和第四棱鏡之 間。該偏振分光器被合成為表面平整的長(zhǎng)方體形狀。所述偏振分光器的一種另結(jié)構(gòu)方式為所述偏振分光器是由三塊棱鏡順序合成為一體的，沿光入射方向分別為第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡，所 述第一偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱鏡之間，第二偏振分光面設(shè)在第一 棱鏡上的和第一偏振分光面相對(duì)且平行的表面上，第三偏振分光面設(shè)在第二 棱鏡和第三棱鏡之間，此種情況下偏振分光器被合成為一個(gè)不規(guī)則體。所述第一偏振分光面、第二偏振分光面和第三偏振分光面上分別鍍有均 勻一致特性的偏振分光膜層。所述光源組件輸出的非偏振光為一8° +8°的矩形準(zhǔn)直白光。 所述的LCOS液晶面板為彩色的硅基液晶面板。 所述兩塊LCOS液晶面板前分別設(shè)置有四分之一波片，可選的，在非偏 振光射入所述偏振分光器的路徑上設(shè)有色溫校準(zhǔn)片。根據(jù)與現(xiàn)有技術(shù)中的立體顯示投影系統(tǒng)及其偏振分光裝置相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明的偏振分光器中至少含有三個(gè)偏振分光面，這三個(gè)偏振分光 面上鍍有均勻一致特性的偏振分光膜層，對(duì)光利用率佳，當(dāng)將該偏振分光器用在液晶投影系統(tǒng)中時(shí)，在光束傳輸過(guò)程S偏振光被三次過(guò)濾，P偏振光被 二次過(guò)濾，從該偏振分光器最后出射的S偏振光和P偏振光各自純度好，S 偏振光和P偏振光具有較高的隔離度和對(duì)比度，極適于立體投影顯示。2 、本發(fā)明的立體投影系統(tǒng)中僅使用一個(gè)具有良好偏振轉(zhuǎn)換和分離功能 的上述偏振分光器，而沒(méi)有使用濾光片等其他光器件，使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊，可靠性好。3、該偏振分光器是一個(gè)集成光學(xué)器件，能有效減少和消除界面殘余反 射，其中光源提供的士8。的矩形準(zhǔn)直光，也使得本發(fā)明對(duì)光的利用率更 好。 .4、偏振分光器由幾個(gè)棱鏡合成為一體的，其中可以由該幾個(gè)具有規(guī)則 形狀的棱鏡合成，使得偏振分光器成為具有平整表面的長(zhǎng)方體，此種構(gòu)造更 易于生產(chǎn)裝配。


圖1為中國(guó)專利CN03803103.5所述的液晶顯示投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中使用一個(gè)偏振分光器和二個(gè)LCOS液晶面板的三維投 影顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述的偏振分光器的結(jié)構(gòu)截面示意圖。圖4為本發(fā)明所述偏振分光器的另一種結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖5為本發(fā)明一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)實(shí)施例一的原理示意圖。圖6為本發(fā)明立體投影系統(tǒng)實(shí)施例二的原理示意圖。圖7為本發(fā)明所述偏振分光器內(nèi)光束傳輸?shù)囊环N光路示意圖。圖8為本發(fā)明所述偏振分光器的一種結(jié)構(gòu)變化示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本 發(fā)明的眾多具體細(xì)節(jié)作進(jìn)一步的說(shuō)明。以往的偏振分光器一般為立方體形狀，即由二個(gè)三角棱鏡膠合而成，在 其中間接觸面上鍍有偏振分光膜層，由該偏振分光膜層形成一個(gè)偏振分光 面，該偏振分光面可以將非偏振光轉(zhuǎn)換為偏振光并分離出S光和P光，但對(duì)光的偏振轉(zhuǎn)換效率不夠好，分離出的S光和P光有較低的隔離度。在美國(guó)專 利US7059728的FIG.8中示出了一種偏振分光器，其實(shí)際上由二個(gè)偏振分光 器合成為一體，其含有相互平行且與光射入方向成45。角的二個(gè)偏振分光 面，該偏振分光器可以對(duì)S光和P光過(guò)濾二次，其對(duì)光的偏振轉(zhuǎn)換效率較 好，但該偏振分光器主要用于單片LCOS投影系統(tǒng)進(jìn)行平面顯示，其損失掉50 ^的P光。若不增加使用其它將光束換向傳輸?shù)墓鈱W(xué)器件，該偏振分光器是 不能用作立體投影顯示的，因?yàn)榧词共捎秒p片LC0S，最后被雙LCOS調(diào)制反射 出的S光和P光沒(méi)有被合成一束光，象素不能對(duì)準(zhǔn)重合。請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4，為本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)新穎的偏振分光器，該偏振分光 器由透光的棱鏡合成一體，該棱鏡可以為玻璃棱鏡，合成方式可以為膠合或 者釆用緊固件使棱鏡緊密貼合在一起。通過(guò)在棱鏡表面鍍偏振分光膜層，使 得本偏振分光器至少含有三個(gè)偏振分光面。圖3示出了本發(fā)明所述偏振分光器一種結(jié)構(gòu)的沿光束射入方向的橫截面 示意圖，該偏振分光器2包含第一偏振分光面6、第二偏振分光面5和第三 偏振分光面7 :第一偏振分光面6 ，入射光1射在該偏振分光面6上分成S偏振光和P 偏振光；第二偏振分光面5，從第一偏振分光面6出射的S偏振光射入該第二偏 振分光面5后被反射給第一偏振分光面6 ，然后經(jīng)該第一偏振分光面6再次 反射出，所述S偏振光中夾雜的殘余P偏振光先后被第二偏振分光面5、第 一偏振分光面6濾出到該偏振分光器2外部(如圖中虛線所示)；第三偏振分光面7 ，從第一偏振分光面6出射的P偏振光透過(guò)該偏振分 光面7后射出。以上描述的光路可參考圖3中箭頭所示意。其中，上述三個(gè)偏振分光面相互平行且與光射入方向均呈45。夾角，該 三個(gè)偏振分光面分別鍍有均勻一致特性的偏振分光膜層，這樣可以保證偏振
分光的一致性以及簡(jiǎn)化鍍膜工藝。在本實(shí)施例中，該偏振分光器2是由四塊棱鏡順序合成為一體的，沿光束1射入方向分別為第一棱鏡8、第二棱鏡9、第三棱鏡10和第四棱鏡11， 所述第二偏振分光面5設(shè)在第一棱鏡8和第二棱鏡9之間，第一偏振分光面 6設(shè)在第二棱鏡9和第三棱鏡10之間，第三偏振分光面7設(shè)在第三棱鏡10和 第四棱鏡ll之間。在以上結(jié)構(gòu)中，第一棱鏡8最好制作成為等邊直角三角形 棱鏡，第二棱鏡9最好制作成斜邊角為45°的等邊梯形棱鏡，且該等邊梯形 的上邊長(zhǎng)等于前面所述等邊直角三角形的斜邊長(zhǎng)，第三棱鏡10最好制作成平 行四邊形棱鏡，且該平行四邊形的斜邊長(zhǎng)等于前面所述等邊梯形的下邊長(zhǎng)， 第四棱鏡ll也被制作成為一個(gè)等邊直角三角形棱鏡，該等邊直角三角形的斜 邊長(zhǎng)等于前面所述平行四邊形的斜邊長(zhǎng)，這樣偏振分光器2可以被合成為一 個(gè)表面平整的長(zhǎng)方體，結(jié)構(gòu)空間良好，易于生產(chǎn)裝配。上述偏振分光器2中，既可以通過(guò)在第二棱鏡9的斜面上鍍偏振分光膜 層形成第一偏振分光面6 ，也可以在第三棱鏡10的斜面上鍍偏振分光膜層以 形成第一偏振分光面6，同樣，第二偏振分光面5既可以設(shè)置在第一棱鏡8 上，也可以設(shè)在第二棱鏡9上，第三偏振分光面7既可以設(shè)置在第三棱鏡10 上，也可以設(shè)在第四棱鏡ll的斜表面上。在圖3所示的光路中，被第一偏振分光面6分離出的S偏振光經(jīng)二次反 射，即S偏振光從偏振光束中被二次過(guò)濾后射出，S偏振光中夾雜的殘余P 偏振光被去掉至偏振分光器2外部。而被分離出的P偏振光透過(guò)第三偏振分 光面7后再射出，P偏振光中夾雜的殘余S偏振光被過(guò)濾掉。此時(shí)從該偏振 分光器2出射的S偏振光和P偏振光已經(jīng)各自有較高的純度，若將該S偏振 光和P偏振光再經(jīng)液晶面板調(diào)制反射，則從液晶面板出射的S偏振光和P偏 振光具有更高的隔離度，對(duì)比度更好，因此本發(fā)明的偏振分光器2適合圖象 顯示，特別適用于立體投影顯示。本發(fā)明的偏振分光器還可以為另一種結(jié)構(gòu)，如圖4所示，該偏振分光器 2a仍然含有三個(gè)偏振分光面第一偏振分光面6、第二偏振分光面5和第三 偏振分光面7 。入射光1經(jīng)過(guò)該偏振分光器2a的光路如前面關(guān)于圖3中描述 的光路完全一致，故在這里不再重述。該三個(gè)偏振分光面相互平行且與光束 1射入方向均呈45°夾角，該第一偏振分光面6、第二偏振分光面5和第三 偏振分光面7的光學(xué)特性也與前面所述偏振分光器2a中的一致。
該偏振分光器2a的具體結(jié)構(gòu)為其由三塊棱鏡順序合成為一體，合成方 式可以為膠合或者其它機(jī)械緊固方式。沿光束1射入方向分別為第一棱鏡 9a、第二棱鏡10a 、第三棱鏡lla ，所述第一偏振分光面6設(shè)在第一棱鏡9a 和第二棱鏡10a之間，第二偏振分光面5設(shè)在第一棱鏡9a上的和第一偏振分 光面6相對(duì)且平行的表面上，第三偏振分光面7設(shè)在第二棱鏡10a和第三棱 鏡lla之間。在這種結(jié)構(gòu)中，第一棱鏡9a為斜邊角為45。的等邊梯形棱鏡， 第二棱鏡10a也為斜邊角為45。的等邊梯形棱鏡，第三棱鏡lla為一斜邊角 為45° ，另一斜邊角為90°的梯形棱鏡，該偏振分光器2a雖然被合成為不規(guī) 則體形狀，但相比圖3所示的偏振分光器2來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)尺寸稍小，既可以 節(jié)省材料，又可以在光學(xué)顯示系統(tǒng)的應(yīng)用中節(jié)約空間。上述偏振分光器2a中，既可以通過(guò)在第一棱鏡9a的梯形下底面上鍍偏振 分光膜層形成第一偏振分光面6 ，也可以在第二棱鏡10a的梯形下底面上鍍 偏振分光膜層以形成第一偏振分光面6 ，第二偏振分光面5只能被設(shè)置在第 一棱鏡9a的梯形上表面，而第三偏振分光面7既可以設(shè)置在第二棱鏡10a 上，也可以設(shè)在第三棱鏡lla的斜表面上。由于輸入光束1在該偏振分光器2a中的光路與光束1在偏振分光器2中 的光路相同，因而最后從該偏振分光器2a出射的S偏振光和P偏振光仍然各 自有較高的純度，對(duì)光利用率好，該偏振分光器2a同樣特別適用于立體投影 顯示，當(dāng)然也適用于二維平面顯示。下面結(jié)合附圖具體描述本發(fā)明的采用了上述偏振分光器的立體顯示液晶 投影系統(tǒng)。本發(fā)明LCOS液晶立體投影系統(tǒng)實(shí)施例一請(qǐng)參照?qǐng)D5 ，該LCOS液晶立體投影系統(tǒng)包括輸出非偏振光束1的光 源組件(圖中未示出)， 一個(gè)將非偏振光束1轉(zhuǎn)換為偏振光并分成P偏振光 和S偏振光的偏振分光器2 ，由圖象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)的兩塊LCOS液晶面板3 和4，其中，最后從偏振分光器2最后出射的P偏振光和S偏振光分別投射 給上述兩塊LCOS液晶面板3和4 ，經(jīng)調(diào)制反射后再通過(guò)所述偏振分光器2 合成一束光進(jìn)入投影鏡頭12。所述光源組件一般包括光源、整形勻化透鏡系統(tǒng)和聚焦透鏡等，光源可 以為高壓汞燈或LED，或者其它合適的光源以產(chǎn)生適于投影顯示的光。在光 源后方還可以設(shè)置反射鏡裝置，以提高對(duì)光源的利用率。在本實(shí)施例中通
設(shè)置光源組件以輸出發(fā)散角范圍為一8。 +8°的矩形準(zhǔn)直白光。本發(fā)明使用的兩塊LCOS液晶面板3和4為彩色的硅基液晶面板，在該 LCOS液晶面板3和4前分別設(shè)有四分之一波片13和14，以調(diào)整LCOS液晶 面板起偏角保證一致性。另外，該兩塊LC0S液晶面板3和4由圖象信號(hào)同步 驅(qū)動(dòng)。在本實(shí)施例中投影系統(tǒng)采用了圖3所示結(jié)構(gòu)的偏振分光器2 ，從光源組 件輸出的非偏振光束1射入該偏振分光器2 ，在第一偏振分光面6上分成S 偏振光和P偏振光后出射，然后S偏振光射入第二偏振分光面5后被反射給 第一偏振分光面6 ，然后經(jīng)該第一偏振分光面6再次反射后提供給LCOS液 晶面板3，所述S偏振光中夾雜的P偏振光先后被第二偏振分光面5、第一 偏振分光面6濾出到偏振分光器2外部(見(jiàn)圖5中虛線所示意)。從第一偏 振分光面6出射的P偏振光透過(guò)第三偏振分光面7后提供給LCOS液晶面板 4 。LCOS液晶面板3對(duì)S偏振光進(jìn)行調(diào)制，S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光并被 賦予圖象信息。從LCOS液晶面板3出射的P偏振光先后經(jīng)第一偏振分光面 6、第三偏振分光面7透射出去，提供給投影鏡頭12。LCOS液晶面板4對(duì)接收的P偏振光進(jìn)行調(diào)制，P偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振 光并被賦予圖象信息。從LCOS液晶面板4出射的S偏振光經(jīng)第三偏振分光 面7反射后提供給投影鏡頭12。投影鏡頭12接收的攜帶有圖象信息的P偏振光和S偏振光被合為一束 光，在其顯示時(shí)，若LCOS液晶面板3和4被同一圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，觀眾便 可以看到畫質(zhì)良好的平面影像。當(dāng)本發(fā)明的LCOS液晶面板3和4被來(lái)自同 一景象而不同視角的不同圖象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)時(shí)，觀眾便可以看到真實(shí)的立體 圖象。本實(shí)施例的立體顯示投影系統(tǒng)中，對(duì)輸入的非偏振光束1利用率良好。 S偏振光在光路傳輸中經(jīng)三次反射，S偏振光中夾雜的殘余P偏振光被濾出 到偏振分光器2外部，夾雜的P偏振光經(jīng)三次衰減，很容易達(dá)到萬(wàn)分之幾的 對(duì)比度，即S光的純度很高。對(duì)于P偏振光，其也經(jīng)偏振分光面二次過(guò)濾， 夾雜的S偏振光可達(dá)幾萬(wàn)分之一，P偏振光同樣有很高的純度。最后提供給 投影鏡頭12的P偏振光和S偏振光之間具有很好的隔離度，高度30db以上或 者更高，立體顯示效果良好。
本發(fā)明的立體投影系統(tǒng)中僅使用一個(gè)具有良好偏振轉(zhuǎn)換和分離功能的上述偏振分光器2，而沒(méi)有使用濾光片等其他光學(xué)器件，使得本發(fā)明對(duì)光的利 用率高，結(jié)構(gòu)緊湊可靠性好，易于裝配調(diào)整。另外該偏振分光器2是一個(gè)集 成光學(xué)器件，能有效減少和消除界面殘余反射，在投影系統(tǒng)中去除了絕大部 分可以產(chǎn)生施尾現(xiàn)象的光振蕩面?？蛇x的，在非偏振光束1射入所述偏振分 光器2的路徑上設(shè)置色溫校準(zhǔn)片(圖中未示出)，用于光偏黃偏紅調(diào)整。本 發(fā)明所顯示的影像具有優(yōu)良的畫質(zhì)和對(duì)比度。實(shí)施例二請(qǐng)參照?qǐng)D6 ，本發(fā)明的立體顯示液晶投影系統(tǒng)采用了如圖4所示結(jié)構(gòu)的 偏振分光器2a，該立體顯示液晶投影系統(tǒng)的其它組成部件與前面所描述的實(shí) 施例一中的完全相同。該偏振分光器2a含三個(gè)偏振分光面第二偏振分光面5、 第一偏振分光面6和第三偏振分光面7，其具體結(jié)構(gòu)在前面已經(jīng)給予描 述。光源組件(圖中未示出)提供±8°的矩形準(zhǔn)直白光l射入該偏振分光 器2a，入射光束1在第一偏振分光面6上分出S偏振光和P偏振光，然后S 偏振光射入第二偏振分光面5后被反射給第一偏振分光面6 ，然后經(jīng)該第一 偏振分光面6再次反射后提供給LCOS液晶面板3 ，所述S偏振光中夾雜的 P偏振光先后被第二偏振分光面5 、第一偏振分光面6濾出到偏振分光器2a 外部(見(jiàn)圖6中虛線所示意)。從第一偏振分光面6出射的P偏振光透過(guò)第 三偏振分光面7后提供給LCOS液晶面板4 。LCOS液晶面板3對(duì)S偏振光進(jìn)行調(diào)制，S偏振光轉(zhuǎn)換為P偏振光并被 賦予圖象信息。從LCOS液晶面板3出射的P偏振光先后經(jīng)第一偏振分光面6、 第三偏振分光面7透射出去，提供給投影鏡頭12。LCOS液晶面板4對(duì)接收的P偏振光進(jìn)行調(diào)制，P偏振光轉(zhuǎn)換為S偏振 光并被賦予圖象信息。從LCOS液晶面板4出射的S偏振光經(jīng)第三偏振分光 面7反射后提供給投影鏡頭12。投影鏡頭12接收的攜帶有圖象信息的P偏振 光和S偏振光被合為一束光。在投影顯示系統(tǒng)中必須要保證的是P偏振光的光路和S偏振光的光路 各自的光程要相等，這樣才能實(shí)現(xiàn)同步顯示，即P偏振光象素和S偏振光象 素對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)調(diào)整偏振分光器2a的尺寸大小來(lái)保證S光和P光等光程，例如 調(diào)整第三棱鏡lla沿光束射入方向的厚度。
當(dāng)本發(fā)明的LCOS液晶面板3和4被來(lái)自同一景象而不同視角的不同圖 象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)時(shí)，在投影鏡頭12投射影像時(shí)，觀眾便可以看到具有真實(shí)立 體效果的圖象。本發(fā)明同樣可進(jìn)行二維平面顯示切換，即LCOS液晶面板3 和4受同一圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)。同前面所述實(shí)施例一中的LCOS液晶立體投影系統(tǒng)一樣，本實(shí)施例對(duì)光 束l利用率良好。S偏振光在光路傳輸中經(jīng)三次反射，S偏振光中夾雜的殘 余P偏振光被濾出到偏振分光器2a外部，夾雜的P偏振光經(jīng)三次衰減，很容 易達(dá)到萬(wàn)分之幾的對(duì)比度，即S光的純度很高。對(duì)于P偏振光，其也經(jīng)偏振 分光面二次過(guò)濾，夾雜的S偏振光可達(dá)幾萬(wàn)分之一，P偏振光同樣有很高的 純度。最后提供給投影鏡頭12的P偏振光和S偏振光之間具有很好的隔離 度，高度30db以上，本實(shí)施例投影系統(tǒng)立體顯示效果良好。雖然在前面已經(jīng)綜述了本發(fā)明的若干細(xì)節(jié)，但所述的偏振分光器及應(yīng)用 其的投影顯示系統(tǒng)并不局限于以上各附圖和實(shí)施方式所示意，下面對(duì)此做舉 例說(shuō)明請(qǐng)參照?qǐng)D7 ，偏振分光器2內(nèi)的光路并不同于圖3和圖4中描繪的光 路，入射光1在該偏振分光器2內(nèi)分成S偏振光和P偏振光后，其中S偏振 光在兩偏振分光面之間進(jìn)行了往復(fù)的多次反射(至少二次)，最后被發(fā)射出 去的S偏振光純度極高。在實(shí)際應(yīng)用中，所需要對(duì)偏振光純化次數(shù)的多少取 決于最終顯示時(shí)亮度和純度的平衡。顯然也可以在圖4所示結(jié)構(gòu)的偏振分光 器2a中實(shí)現(xiàn)這種光路。該種光路的偏振分光器適用于投影系統(tǒng)中，特別適合 于對(duì)隔離度高要求的立體顯示系統(tǒng)?？蓪?duì)本發(fā)明的偏振分光器做一些修改性的變化，如圖8所示，在偏振分 光器2中后續(xù)增加一個(gè)偏振分光面，這時(shí)偏振分光器2含有四個(gè)互相平行的 偏振分光面。光束1射入該偏振分光器2后，所得到的P偏振光經(jīng)過(guò)三個(gè)偏 振分光面透射出去，P偏振光被三次過(guò)濾純化。這種結(jié)構(gòu)的偏振分光器2雖 然不適合用于立體顯示(由于S偏振光和P偏振光最后沒(méi)有被合成)，但適 合用于平面顯示，或者僅僅為得到高純度的P偏振光。當(dāng)然，在這種偏振分 光器2中還可以繼續(xù)增加偏振分光面以不斷提高偏振光的純度。以上具體實(shí)施方式
僅用來(lái)詮釋本發(fā)明的創(chuàng)造精神，而不是對(duì)本發(fā)明的實(shí) 施范圍加以限制，例如本發(fā)明所述的偏振分光器可以使用在其它的顯示系統(tǒng) 之中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行不脫離本發(fā)明精神的任何修改 或局部替換，如可以對(duì)本發(fā)明偏振分光器的形狀尺寸或者增加光學(xué)器件合成等做一些變化性的設(shè)計(jì)，或?qū)Ρ景l(fā)明的LCOS液晶立體投影系統(tǒng)做些增減光學(xué)零部件的變化。這些變化均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種偏振分光器，主要由透光的棱鏡和棱鏡上的偏振分光面構(gòu)成，其特征在于該偏振分光器至少含有三個(gè)偏振分光面第一偏振分光面，入射光射在該偏振分光面上分成S偏振光和P偏振光；第二偏振分光面，從第一偏振分光面出射的S偏振光射入該第二偏振分光面后被反射給第一偏振分光面，然后經(jīng)該第一偏振分光面再次反射出，所述S偏振光中夾雜的P偏振光先后被第二偏振分光面、第一偏振分光面濾出到該偏振分光器外部；第三偏振分光面，從第一偏振分光面出射的P偏振光透過(guò)該偏振分光面后射出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振分光器，其特征在于所述三個(gè)偏振分光面相互平行且與光射入方向均呈45。夾角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種偏振分光器，其特征在于所述偏振分光器是由四塊棱鏡順序合成為一體的，沿光射入方向分別為第一棱鏡、第 二棱鏡、第三棱鏡和第四棱鏡，所述第二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱 鏡之間，第一偏振分光面設(shè)在第二棱鏡和第三棱鏡之間，第三偏振分光面設(shè) 在第三棱鏡和第四棱鏡之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種偏振分光器，其特征在于所述偏振分光器為長(zhǎng)方體形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種偏振分光器，其特征在于所述偏振分光器是由三塊棱鏡順序合成為一體的，沿光射入方向分別為第一棱鏡、第 二棱鏡、第三棱鏡，所述第一偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第二棱鏡之間，第 二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡上的和第一偏振分光面相對(duì)且平行的表面上，第 三偏振分光面設(shè)在第二棱鏡和第三棱鏡之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種偏振分光器，其特征在于所述三個(gè)偏振分光面上分別鍍有均勻一致特性的偏振分光膜層。
7. —種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，包括輸出非偏振光的光源組件；一個(gè)將非偏振光轉(zhuǎn)換為偏振光并分成P偏振光和s偏振光的偏振分光 器；由圖象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)的兩塊LCOS液晶面板；其中，所述P偏振光和S偏振光分別投射給上述兩塊LCOS液晶面板， 經(jīng)調(diào)制反射后再通過(guò)所述偏振分光器合成一束光進(jìn)入投影鏡頭； 其特征在于所述偏振分光器含有第一偏振分光面，從光源組件輸出的非偏振光射入該偏振分光面上分成 S偏振光和P偏振光；第二偏振分光面，從第一偏振分光面出射的S偏振光射入該第二偏振分 光面后被反射給第一偏振分光面，然后經(jīng)該第一偏振分光面再次反射后提供給一 LCOS液晶面板，所述S偏振光中夾雜的P偏振光先后被第二偏振分光面、第一偏振分光面濾出到偏振分光器外部。第三偏振分光面，從第一偏振分光面出射的p偏振光透過(guò)該偏振分光面后提供給另一 LCOS液晶面板，從所述兩塊LCOS液晶面板調(diào)制反射出的偏 振光經(jīng)該第三偏振分光面合成后提供給投影鏡頭。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征在于 所述第一偏振分光面、第二偏振分光面和第三偏振分光面相互平行且與光射 入方向均呈45°夾角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征在 于所述偏振分光器是由四塊棱鏡順序合成為一體的，沿光入射方向分別為 第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡和第四棱鏡，所述第二偏振分光面設(shè)在第一 棱鏡和第二棱鏡之間，第一偏振分光面設(shè)在第二棱鏡和第三棱鏡之間，第三 偏振分光面設(shè)在第三棱鏡和第四棱鏡之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9任意一項(xiàng)所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其 特征在于所述偏振分光器為長(zhǎng)方體形狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征 在于所述偏振分光器是由三塊棱鏡順序合成為一體的，沿光入射方向分別 為第一棱鏡、第二棱鏡、第三棱鏡，所述第一偏振分光面設(shè)在第一棱鏡和第 二棱鏡之間，第二偏振分光面設(shè)在第一棱鏡上的和第一偏振分光面相對(duì)且平 行的表面上，第三偏振分光面設(shè)在第二棱鏡和第三棱鏡之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征 在于所述第一偏振分光面、第二偏振分光面和第三偏振分光面上分別鍍有均勻一致特性的偏振分光膜層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征在 于所述光源組件輸出的非偏振光為一8。 +8°的矩形準(zhǔn)直白光。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征在 于所述LCOS液晶面板為彩色的硅基液晶面板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7或14所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征 在于所述兩塊LCOS液晶面板前分別設(shè)置有四分之一波片。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種LCOS液晶立體投影系統(tǒng)，其特征在 于在非偏振光射入所述偏振分光器的路徑上設(shè)有色溫校準(zhǔn)片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種偏振分光器及使用了該偏振分光器的LCOS液晶立體投影系統(tǒng)。所述偏振分光器主要由透光的棱鏡和棱鏡上的偏振分光面構(gòu)成，該偏振分光器包含有三個(gè)偏振分光面，該偏振分光器由四個(gè)棱鏡或者三個(gè)棱鏡合成為一體，該偏振分光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)光利用率好，非偏振光經(jīng)該偏振分光器后可得到各自純度較高的S偏振光和P偏振光。本發(fā)明所述的LCOS液晶立體投影系統(tǒng)采用了該偏振分光器和由圖象信號(hào)同步驅(qū)動(dòng)的兩塊LCOS液晶面板，最終投射給投影鏡頭的S偏振光和P偏振光分別經(jīng)過(guò)三次過(guò)濾和兩次過(guò)濾，均具有較高的對(duì)比度，分別攜帶有不同圖象信息的S偏振光和P偏振光之間的隔離度非常高，本發(fā)明投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，產(chǎn)生的圖象質(zhì)量和立體顯示效果良好。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101162296SQ20071007725
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者兵 何, 何建平, 和建航, 左國(guó)梁, 權(quán) 張, 王仁貴 申請(qǐng)人:昂納明達(dá)數(shù)字顯示技術(shù)(深圳)有限公司