[发明专利]偏振转换装置及使用其的投影系统

说明书

技术领域

本发明涉及偏振光转换器件及投影显示系统，特别涉及一种可将光源发 出的非偏振光全部转换为均匀的单一偏振光的偏振转换装置，以及采用该偏 振转换装置的单芯片LCOS液晶投影系统。

背景技术

传统的单芯片反射式液晶投影系统可归纳如图1所示，包括光源1、偏 振分光器2、反射式液晶芯片3和投影透镜4。光源1可为各种类型的光 源，本身可能含有滤光片(去除紫外红外光)、聚焦透镜组或者光棒等，光 源1发射光进入偏振分光器2后分离出P偏振光和S偏振光，其中仅有S偏 振光用来照明液晶芯片3，而P偏振光泄出损失掉，故该种投影系统光利用 率低，投影显示亮度不好。

为了克服上述缺陷，一般采用偏振转换器PCS(polarization conversion  systems)，该PCS用来将非偏振光转换为一种偏振状态光，其中可充分利用 光源发出的光全部转换为S偏振光以照明显示芯片，提高光效。两种典型的 PCS如图2和图3所示，图2中PCS由两块棱镜胶合组成，结合面上涂覆有 偏振分光膜层，在出射P偏振光的那一块棱镜的表面设置一个二分之一波 片，用来将该P偏振光转换为S偏振光，另一块棱镜的一侧面还涂覆有反光 膜用来反射S偏振光，最后从该PCS出射的光便全部为S偏振光了。图3中 PCS由三块棱镜胶合组成，在中间一块棱镜的出射面上设置二分之一波片， 光路工作原理可从图中看出，最后从该PCS出射的便全部为S偏振光。

以上两种PCS结构非常简单，在中国专利CN02217355.2和美国专利 US7281803中均被揭露，但存在缺陷：从这两种PCS出射的S偏振光不够均 匀。若将若干微小PCS组成阵列，可以使从PCS出射的光均匀化，中国专利 CN200480011836.6以及若干外国专利均公开了图4所示的PCS阵列结构，该 PCS阵列01由若干棱镜线性排列胶合在一起，在该PCS阵列01的出射面上间 隔设置有若干二分之一波片7，该PCS阵列01的入射面被分成若干间隔错开 的透光部分和不透光部分(设置不透光部分的目的是为了防止光束从此部分 进入，以免最后从PCS阵列出射的光中夹杂有非偏振光或P偏振光，这样会 影响光的利用率)，必须使用微透镜阵列02和03才能保证来自光源的光束只 进入PCS阵列01入射面上的透光部分。故采用该种PCS阵列01的投影系统光 源部分设计复杂，成本高。

美国专利US20070008494公开了另外一种结构的PCS阵列，如图5所 示，该PCS阵列04仍由若干棱镜线性排列组合在一起，在该PCS阵列04的光 出射面上每隔一块棱镜设置一个二分之一波片7，该PCS阵列04的入射面被 分成若干间隔错开的接收光部分和不接收光部分。与上一种PCS阵列01相 比，该PCS阵列04的部分棱镜结构和排列方式稍微不同(对比图4和图5容 易看出)，欲采用该PCS阵列04将非偏振光全部转换为S偏振光，必须还要 同时配合使用微透镜阵列05和06，将来自光源的光束倾斜一定角度，以保证 光束只进入PCS阵列04的入射面上的接收光部分，这样才能全部利用光源发 出的光，并且将射入该PCS阵列04的非偏振光全部转换为S偏振光。显然， 采用该种PCS阵列04的投影系统光源部分仍然设计复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的即是为了克服上述缺陷，提供一种结构新颖的PCS阵列式 的偏振转换装置，该偏振转换装置可以将射入的非偏振光束全部转换为一种 偏振状态光并且均匀化。本发明同时提供的投影系统采用该偏振转换装置， 不需要再配合使用微透镜阵列组，这样显著降低了光源部分的设计难度，且 节约了成本。均匀化的照明光可使液晶投影系统成像质量更好。

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

技术方案之一：

一种偏振转换装置，用来将入射的非偏振光转换为S偏振光出射，其结 构特征为：

(1)它包括顺序排列、结合成一体的七个棱镜，其中第四个棱镜横截面 为等边直角三角形，其他六个棱镜均为等大小的平行四边形棱镜，且这六个 棱镜对半且对称的分布在所述第四个棱镜的两边。

(2)在第一个棱镜、第四个棱镜、第七个棱镜的出射面上均设有二分之 一波片。