[发明专利]偏振分光器及使用该偏振分光器的LCOS液晶立体投影系统

说明书

技术领域

本发明是关于偏振分光器件及投影显示技术领域，特别关于一种偏振分光器及使用该偏振分光器的立体显示LCOS液晶投影系统。

背景技术

人们对于图象显示品质的追求，已经从过去的二维平面图象转换为三维立体显示图象了，人们追求的目的在于观看高对比度、高清晰度且真实的影像。人类之所以能看到立体的影像，是因为我们的双眼可以各自独立看东西，双眼所观察影像的视角不同而在双眼内产生影像差异，刺激大脑视觉神经后便产生立体效果观看的感觉。基于此，人类广泛开展立体显示技术的研究工作，目前存在四种主流立体显示技术，其原理及实现方法包括分色技术、分光技术、分时技术和光栅技术。

其中需要特别提及的是，投影显示技术在21世纪得到了巨大的发展，广泛应用于电脑显示、投影电视、投影机等，随着三维游戏动画、立体影视显示的需要，立体投影显示技术逐渐成为投影显示的重要研究方向。

用于立体显示的投影系统已经被研究人员开发出来，其基本采用分光技术：让光束通过偏振转换后变为线性偏振光，通过偏振光束分光装置将其分离为不同偏振状态的偏振光，然后经过液晶面板调制，不同偏振状态的偏振光带上不同的图象信息射向投影镜头，观众带上偏振眼镜即可看到立体图象。

现有的立体显示液晶投影系统一般由光源组件、反射式液晶光学引擎和投影透镜等组成，光源组件包括照明光源、准直整形透镜组和滤光器(滤掉不需要的紫外光和红外光)等，用来输出均匀平行的照明光。在常见的反射式液晶光学引擎中，光源输出光被分成红绿蓝三色，分别提供给三个LCOS液晶面板进行调制，最后经调制的三束光被合成后经投影镜头射出形成图象。这种结构的液晶显示系统需使用三个液晶面板，以及其他多个光学器件，成本昂贵。

法国汤姆森特许公司在中国申请的专利CN03803103.5公开了一种立体光引擎体系结构，如图1所示，该投影系统仅使用了二块液晶微显示装置(LCOS)，但同时使用了四个偏振分光器，这样显得结构复杂繁琐，装配调整困难，而且该发明还使用若干滤光片，这些滤光片会浪费掉一部分光，影响光强，该发明成本也并未得到降低。在中国专利CN03137759.9(名称为一种LCOS液晶立体投影光机)也公布了类似的投影显示结构，该专利也使用了两片LCOS液晶面板，四个偏振分光器的分光面构成“米”字形放置，该结构中还使用了多个白光波片对光进行偏振转换，该发明同样结构复杂，而且宽波段的波片导致了光效率低。

法国汤姆森特许公司的另一中国专利CN200380104730.6揭露了高对比度的立体投影系统，具有第一通道(含两块LCOS液晶面板和一个偏振分光器)、第二通道(含两块LCOS液晶面板，一个偏振分光器)，第一通道与第二通道之间设有中继透镜系统实现光传输，第二通道用来对第一通道发出的S偏振光和P偏振光进行二级调制，再次形成S偏振光和P偏振光投射给投影透镜系统显示立体图象，此专利确实能提供高对比度的图象质量，但结构似乎更显复杂，成本更高。

针对上述结构较复杂的立体投影系统，美国专利US7059728和中国专利CN03141689.6均提出了仅使用一个偏振分光器和二个LCOS(硅基液晶)面板的三维投影显示装置，该偏振分光器中含一个偏振分光面，如图2所示，该结构在US0759728的FIG.6中和CN03141689.6的摘要附图中均得到了呈现，这种结构虽然简单紧凑，但实际上是没有立体显示使用价值的，这种结构中的偏振分光器及其他光学器件可以把P偏振光的纯度做得较高，但不可能把S偏振光的纯度做到实际可用的程度，因为目前的镀膜技术还不能满足这种要求。该投影系统产生的P偏振光和S偏振光对比度和隔离度很低，图象显示质量不好，观众难以真正感受到立体显示效果。

从以上所述得知，现阶段所出现的立体显示投影系统要么结构复杂成本昂贵，要么结构稍简单但却不能真正实现好的立体显示效果，而为了满足立体显示的需要，投影系统中不得不配入较多的光学器件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单的偏振分光器，该偏振分光器具有集成功能，对光利用率佳，从该偏振分光器出射的S偏振光和P偏振光有较高的隔离度和对比度，适用于投影系统，特别适合用于立体显示技术。

本发明还提供一种结构紧凑的LCOS液晶立体投影系统，使用了上述的偏振分光器，该投影系统三维显示效果良好，对光源利用率较高，且使用了较少的光学器件，易于装配。

本发明所述的偏振分光器采用以下技术方案：

一种偏振分光器，主要由透光的棱镜和棱镜上的偏振分光面构成，该偏振分光器至少含有三个偏振分光面：