[实用新型]一种三片式LCOS激光投影显示用光学引擎

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种三片式LCOS激光投影显示用光学引擎，属于激光显示技术领域。

背景技术

投影显示技术经过几十年的的发展，逐步走向成熟，并得到广泛的应用。目前投影显示技术主要分为CRT、LCD、DLP、LCOS四类。CRT投影显示技术发展时间最长，技术最成熟，但由于其亮度低、显示尺寸有限、体积大、笨重、调整复杂且长时间显示静止画面会使阴极射线管产生灼伤等缺点，目前已很少使用；LCD投影显示技术近十年来发展十分迅速，它具有体积小、重量轻、操作简单、成本低等优点，但它存在光利用率低、像素感强等缺点；DLP投影显示技术，是目前唯一的全数字投影技术，其成像器件是DMD，它具有光能利用率比较高、响应速度快、亮度和色均匀性好、体积小、重量轻等优点；而LCOS投影显示技术则结合了LCD和DLP两种投影显示技术的优势，具有如下优点：（1）分辨率高、图像细腻；（2）开口率高、光能利用率高、亮度高；（3）对比度比LCD高，可达2000:1；（4）和DLP面板一样能直接反射光而使面板不易被灼伤；（5）无残影现象。

无论何种投影显示技术，光源都是保证其颜色逼真，图像色彩丰富的关键。在国际照明委员会（CIE）1931年发布的色度图上，激光显示色域三角形面积是传统CRT色域三角形面积的2倍以上，这就意味着激光投影显示的色域范围更宽广，所显示出来的颜色更逼真。另外，激光显示与传统显示相比，还存在如下优势：①由于激光的光谱为线谱，所以激光的色纯度、饱和度都很高；②与普通显示相比，在相同尺寸，相同显示效果条件下，激光显示损耗的光能较低；③激光显示在室温下寿命可达10万小时以上，其寿命长，可靠性高；④激光显示易于实现大尺寸屏幕。

综上所述，基于LCOS的激光投影显示技术，是未来投影显示技术的发展方向和必然趋势。理论上，在传统的投影显示混色机制中，无论是基于三片式LCOS的空间混色技术，还是基于单片式LCOS利用高速旋转的马达带动色轮实现时间混色技术，都有67%的光能被浪费掉了，所以基于LCOS投影显示技术，寻找一种新的混色机制，尽可能降低光能浪费，是投影显示技术领域当前的第一要务。

专利号为ZL200720310464.8的中国专利“LCOS光学引擎系统”公开了一种LCOS光学引擎系统，该系统包括UHP光源、光棒、中继透镜组、分色镜、反射镜、预起偏器、偏振分光镜（PBS）、LCOS芯片、X型合光棱镜和投影镜头；合光系统采用光核，光核内设的PBS棱镜和合色棱镜粘接为一体，在光核的R、G、B三个PBS棱镜的外侧分别设有LCOS芯片，该系统虽然实现了图像的彩色显示，但其UHP光源的工作寿命短，滤色降低光能的利用率，显示系统色域窄，系统散热复杂，可靠性和稳定性差。专利号为200710042362.7的中国专利“三色LED照明的三片式LCOS投影机光学引擎”，用红、绿和蓝三色LED光源代替上专利中的UHP光源；用红、绿和蓝三色光的三个结构相同的照明系统代替上专利中的分色照明系统。该系统也实现了图像的彩色显示，但由于LED光源是多点组成的面光源，这就要求其三个结构相同的照明系统整理光束时所用器件多，结构也比较复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种激光照明、光路结构简单的三片式LCOS投影显示用光学引擎。

为实现上述目的，本实用新型的一种三片式LCOS激光投影显示用光学引擎，包括光源、投影物镜、由三个偏振分光棱镜和一个X型合光棱镜以及分别设于三个偏振分光棱镜外侧的LCOS组成的光核,所述光源发出的光束通过光核射入投影物镜，所述光源为红、绿、蓝激光器，该三色激光器与光核之间设有三个光学结构相同的用于将相对应激光器发射的激光束调整为均匀矩形平行光束的匀光整形系统,所述三激光器的发光中心位于相应的匀光整形系统的主光轴上，且三匀光整形系统的主光轴相互平行；三激光器发出的三光束分别通过匀光整形系统调整为尺寸合适的均匀矩形平行光束后，其中两束光直接射入对应的偏振分光棱镜，另一束光通过反射镜的反射后进入对应的偏振分光棱镜，分别从三偏振分光棱镜出射的三色偏振光经X型合光棱镜合成为白光，进入投影物镜，实现激光全色显示。

进一步的，所述匀光整形系统包括用于将激光器发出的光束变成圆形平行光的扩束准直子系统、用于将圆形平行光变为均匀的矩形平行光的光束整形消散斑子系统和用于消散斑的共轭消相位器。

进一步的，所述扩束准直子系统是由一个双凹透镜和一个双凸透镜组成，且双凸透镜的焦点与双凹透镜的虚焦点重合。