一种显示系统的制作方法

1.本技术涉及投影显示技术领域，具体涉及一种显示系统。


背景技术：

2.目前为实现高动态显示，常采用的方案包括扫描、局部调光、光导向技术以及双空间光调制器(slm，spatial light modulator)等，在这些方案中，基于双slm的方案由于具备光路简单以及可操作性强等特点，受到越来越多的关注。然而，该方案由于存在级联的两个或多个空间光调制器，导致对光源出射光的利用率较低。因此，越来越多的改善方案集中于提高双slm方案的光能利用率，并尝试采用光回收的方式提高从光源出射的光束的整体利用率，但是存在光束的均匀性较差的问题，导致最终的投影画面的效果不佳。


技术实现要素：

3.本技术提供一种显示系统，能够提高循环光束的角分布均匀性，实现均匀照明。
4.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：提供一种显示系统，该显示系统包括：光源组件、匀光组件、预调制组件、分光组件以及周期性破坏组件，光源组件用于产生光源光束；匀光组件设置于光源光束的光路上，用于对光源光束进行匀光处理；预调制组件设置于匀光组件的出射光路上，用于对光源光束中的第一光源光束进行预调制得到预调制光束，并对光源光束中的第二光源光束进行预调制，以形成循环光束；分光组件设置于预调制组件的出射光路上，用于对预调制光束与循环光束进行分离，其中，预调制光束经分光组件出射；周期性破坏组件设置于循环光束的光路上，用于对循环光束进行处理，以破坏循环光束的周期性，其中，被周期性破坏组件破坏光束周期性的循环光束入射至预调制组件。
5.通过上述方案，本技术的有益效果是：本技术所提供的显示系统包括光源组件、周期性破坏组件、匀光组件、预调制组件以及分光组件，光源组件发出的光源光束进入匀光组件匀光，匀光后光源光束进入预调制组件，用于照明的光源光束被预调制组件调制成预调制光束，预调制光束经分光组件出射以进入后续光路，不用于照明的光源光束被预调制组件调制后透射形成循环光束，循环光束进入周期性破坏组件，周期性破坏组件能够打破循环光束的周期性，使得进入预调制组件的循环光束的面分布更加连续，从而提升循环光束经过匀光组件匀光后的角分布均匀性，实现利用循环光束进行均匀照明，有助于提升投影显示效果。
附图说明
6.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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他的附图。其中：
7.图1是本技术提供的显示系统第一实施例的结构示意图；
device)，从匀光组件102出射的光源光束中的一部分(即第一光源光束)可被预调制组件103调制，生成预调制光束，以用于照明；从匀光组件102出射的光源光束中的另一部分(即第二光源光束)被预调制组件103调制后形成循环光束，该循环光束入射至周期性破坏组件105，实现对被预调制组件103透射的光源光束进行重复利用，提高光源光束的利用率。
22.分光组件104设置于预调制组件103的出射光路上，其用于对预调制光束与循环光束进行分离；具体地，分光组件104可以为采用偏振方向进行分光的器件(比如：偏振分光棱镜(pbs，polarizing beam splitter))、采用波长进行分光的器件(比如：bs)或按照区域进行分光的器件(比如：区域膜片)，预调制光束经分光组件104出射，从分光组件104出射的预调制光束与从预调制组件103出射的循环光束的光路不重叠，从而实现将循环光束与预调制光束分离。
23.进一步地，分光组件104可对预调制光束进行透射且对循环光束进行反射，或者分光组件104对预调制光束进行反射且对循环光束进行透射，预调制光束可经过分光组件104进入至后续光路，以进行投影显示。
24.周期性破坏组件105设置于循环光束的光路上，其用于对循环光束进行处理，以破坏循环光束的周期性并将循环光束传输至匀光组件102，即从周期性破坏组件105出射的循环光束被回收入射至匀光组件102，且从匀光组件102出射的循环光束的角分布均匀且连续；具体地，周期性破坏组件105可以为散射片(包括透射式散射片与反射式散射片)、可旋转的散射轮或衍射光学元器件(doe，diffractive optical elements)等，在激光系统中使用可旋转的散射轮能够消除激光散斑。
25.进一步地，从分光组件104出射的循环光束入射至周期性破坏组件105，经周期性破坏组件105散射后入射至匀光组件102，实现将光源光束转化成一定比例的照明光束，后续工作原理与从光源组件101出射的光源光束的工作原理相同，在此不再赘述，循环往复，实现对预调制组件103漏出的部分光源光束的重复利用，例如，光源光束通过匀光组件102入射至预调制组件103，从调制组件103出射的预调制光束占光源光束的80％，即80％的光源光束能够被用来照明；从调制组件103出射的循环光束占光源光束的20％，循环光束通过周期性破坏组件105进入预调制组件103，经预调制组件103调制后出射，假设有75％的循环光束可用于照明，则剩下的25％的循环光束再次通过周期性破坏组件105进入预调制组件103，循环往复，能够将不用于照明的光束转化成用于照明的光束，提高光束的利用率。而且，循环光束经周期性破坏组件105散射后周期性被破坏，能够提升从匀光组件102出射的光束的角分布的均匀性与连续性。
26.在一具体的实施例中，以匀光组件102为复眼为例来说明如何破坏光束的周期性，光束经过复眼后会进行面角转化，如果光束不经过周期性破坏组件105，则光束直接经过复眼进行匀光，匀光后非照明光束(即循环光束)经过循环光路再次1：1成像至复眼，即光束经过复眼匀光后，再次被该复眼匀光，其面角转化呈周期性；然而增加了周期性破坏组件105后，改变了循环光束进入复眼的面分布特性，打破了光束的周期性。
27.在其他实施例中，从周期性破坏组件105出射的循环光束还可以直接入射至预调制组件103，且从周期性破坏组件105出射的循环光束的角分布均匀且连续。
28.本实施例提供了一种显示系统，该显示系统包括产生光源光束的光源组件、对光源光束进行匀光的匀光组件、对部分光源光束进行预调制的预调制组件、对预调制光束与
循环光束进行分离的分光组件以及对循环光束进行处理的周期性破坏组件，通过在循环光束所在的光路中设置周期性破坏组件，可以破坏循环光束的周期性，使得进入匀光组件的循环光束的面分布更加连续，从而提升循环光束经过匀光组件匀光后的角分布均匀性，实现利用循环光束进行均匀照明；或者从周期性破坏组件出射的循环光束直接进入预调制组件，同样地，由于周期性破坏组件能够打破循环光束的周期性，可实现均匀照明，有助于提升投影显示效果。
29.请参阅图2，图2是本技术提供的显示系统第二实施例的结构示意图，该显示系统包括：光源组件101、复眼302、lcd 303、pbs 304、散射片305、散射器件106、第一压缩透镜107、中继透镜组(包括第一中继透镜1081至第三中继透镜1083)、光机系统109以及反射组件(包括第一反射镜1101至第三反射镜1103)。
30.光源组件101用于产生光源光束，该光源光束为线偏振光束，以降低光损失。
31.散射器件106设置于光源组件101的出射光路上，其用于对光源光束进行散射；具体地，散射器件106仅增大光源光束在散射器件106处的角度，不改变光源光束在散射器件106处的面分布，能够增大光源光束进入第一压缩透镜107的角度，并使其角分布更加连续，经过第一压缩透镜107成像至复眼302前的光斑变大且连续，提高光源光束经过复眼302后角分布的均匀性。
32.在一具体的实施例中，以光源光束为激光光束为例，由于像差的存在，对于理想的光学系统，激光光束的光学扩展量可以保持不变，但在实际应用中，激光光束的光学扩展量是逐渐变大的。然而一般来说激光光束的光学扩展量较小，因而本实施例中通过散射器件106来增大激光光束的光斑连续性，增大了激光光束的扩展量，使得激光光束经过复眼302的匀光效果更好。
33.第一压缩透镜107设置于散射器件106的出射光路上，其用于对光源光束进行压缩处理。复眼302设置于第一压缩透镜107的出射光路上，其用于对从第一压缩透镜107出射的光束进行匀光处理。
34.第一中继透镜1081设置于复眼302的出射光路上，其用于对从复眼302出射的光束进行处理，并将处理后的光束输入lcd 303；具体地，从第一中继透镜1081出射的光束的角度有多个，并不仅限于图2所示的角度；第一中继透镜1081可以将角分布转化成面分布，也可以将面分布转化成角分布。
35.lcd 303设置于复眼302的出射光路上，其用于对从第一中继透镜1081出射的光束中的一部分进行预调制得到预调制光束，并对从第一中继透镜1081出射的光束中的另一部分进行透射，以形成循环光束。
36.进一步地，复眼302的匀光原理是使入射的光束经过复眼302后角分布是均匀的，而不关心经过复眼302后光斑的形态(即面分布)；由于需要进行显示，因此lcd 303上的光斑需要是均匀的(即面分布均匀)，第一中继透镜1081能够将角分布转换成lcd 303上的面分布，使得面分布均匀。
37.可以理解地，光束在每一个位置都存在一个面和一个角度，在本实施例所提供的光路中，关注经过复眼302后光束的角分布和lcd 303上光束的面分布；在光束入复眼303之前时，由于光斑形态决定了光束经过复眼302后分割的次数，决定了光束的匀光效果，因此光斑的形态比较重要，光束的角度只需要小于复眼302的复眼容纳角度即可。
38.进一步地，如图3所示，入射光束进入复眼302，复眼302包括四个小单元，入射光束被分割四次，角度α即为复眼容纳角度，一般光束进入复眼302的角度需要保证小于α；如果入射光束的入射角度大于α，则入射光束经过复眼302后会产生旁瓣，降低光效率。
39.pbs 304设置于lcd 303的出射光路上，且pbs 304相对lcd 303倾斜放置，比如：pbs 304倾斜45
°
放置；具体地，pbs 304用于将预调制光束透射至光机系统109，并将循环光束反射至散射片305。
40.光机系统109包括主调制器，所述主调制器设置于pbs 304的透射光路上，其用于对预调制光束进行处理以进行显示；具体地，用于照明的光束经过分pbs 304之后，照射到主调制器进行主调制，另一部分无法用于照明的光束(即循环光束)经过第一反射镜1101、散射片305、第二反射镜1102以及第三反射镜1103进入复眼302。
41.进一步地，第一反射镜1101设置于pbs 304的出射光路上，其用于将循环光束反射至散射片305；具体地，pbs 304将从lcd 303出射的循环光束反射至第一反射镜1101，第一反射镜1101将接收到的循环光束反射至第二中继透镜1082。
42.第二中继透镜1082设置于第一反射镜1101的出射光路上，其用于对从第一反射镜1101出射的循环光束进行处理，并将处理后的循环光束射入散射片305，且第二中继透镜1082能够实现面角转化。
43.散射片305用于对循环光束进行处理，以破坏循环光束的周期性并传输至复眼302，使得从复眼302出射的光束的角分布均匀且连续；具体地，散射片305为透射式散射片，即从第二中继透镜1082出射的循环光束被透射至第二反射镜1102。
44.第三中继透镜1083设置于第二反射镜1102的出射光路上，其用于对从第二反射镜1102出射的循环光束进行处理，并射入第三反射镜1103，以使得第三反射镜1103将循环光束反射至复眼302；具体地，第三反射镜1103可紧贴复眼302放置，从第三反射镜1103出射的循环光束进入复眼302时可有一定的离焦量，也可以不离焦，可根据散射片305的散射角来确定，且在循环光束离焦时，光斑发散得更大，且光斑更加连续，经过复眼303的匀光效果更好。
45.进一步地，散射角是指将光束的角分布进行扩展后的角分布的圆锥角，散射角的大小可以根据匀光效果确定，一般散射角越大，光斑越大，更容易匀光，此时光束进入复眼302的离焦量可以更小或者不离焦。
46.该显示系统的工作原理为：光源光束从光源组件101出射，经过散射器件106散射增大角度后，由第一压缩透镜107成像至复眼302，进入复眼302的上半部分匀光，光源光束经过复眼302后的角分布得到匀化；第一中继透镜1081将经过复眼302匀光后的光源光束成像到lcd 303上，光源光束经过lcd 303预调制后，用于照明的光源光束(即预调制光束)经过pbs 304直接透射，进入光机系统109；不用于照明的光源光束(即循环光束)被pbs 304和第一反射镜1101反射，正射入第二中继透镜1082，然后由第二中继透镜1082成像至散射片305上，散射片305对循环光束的光斑进行散射，增大循环光束的角度，但不改变散射片305处光斑的面分布，打破原光束的周期性，散射后的循环光束经第二反射镜1102反射进入第三中继透镜1083，循环光束经过第三中继透镜1083后，可将散射片305处光斑的角分布转换为循环光束进入复眼302前的面分布，循环光束经过第三反射镜1103反射到复眼302的下半部分后，经复眼302的下半部分再次匀光并被第一中继透镜1081成像至lcd 303再次进行预
调制，以此形成循环光光路。
47.可以理解地，本实施例并不限于采用lcd 303作为slm，还适用于slm为dmd的方案。
48.本实施例中循环光束进入复眼的面分布来源于光源光束第一次从复眼出射时的角分布，通过散射片来扩大循环光束的角度，打破了循环光束的周期性，使循环光束进入复眼前的面分布更加连续，从而达到改善循环光束通过复眼后角分布的均匀性的目的。
49.请参阅图4，图4是本技术提供的显示系统第三实施例的结构示意图，本实施例与第三实施例类似，区别在于：本实施例中匀光组件为第一复眼402，周期性破坏组件为第二复眼405，其他器件的设计以及工作原理与第三实施例中类似，在此不再赘述。
50.第一复眼402用于将光源光束透射至lcd 303，第二复眼405用于将循环光束透射至lcd 303，第一复眼402的参数与第二复眼405的参数成比例设置，即第二复眼405的参数为对第一复眼402的参数等比例缩小/放大得到，不影响复眼焦距(即复眼容纳角度不变)。
51.进一步地，复眼(包括第一复眼402与第二复眼405)的参数包括复眼的整体尺寸、复眼小单元尺寸或半径。
52.反射组件设置于pbs 304的出射光路上，其用于对循环光束进行反射，反射组件包括第一反射镜1101、第二反射镜1102、第三反射镜1103，循环光束经过第一反射镜1101、第二反射镜1102、第三反射镜1103以及周期性破坏组件105进入第二复眼405。
53.可以理解地，第二复眼405也可以重新设计，其参数与第一复眼402的参数不同即可，同样能够实现循环光束在经过复眼后角分布均匀。具体地，第二复眼405的整体尺寸、复眼小单元尺寸或半径可以重新设计，相当于采用了不同的复眼分别对激光光束和循环光束进行匀光，能够打破光束经过同一个复眼后面角转化的周期性，使得循环光束的角分布更加均匀。
54.该显示系统的工作原理为：光源光束通过散射器件106扩大角度后，经过第一压缩透镜107到达第一复眼402，循环光光路将经过第一复眼402后光束的面分布成像到循环光光路对应的第二复眼405之前(即第三反射镜1103与第二复眼405之间)，由于第一复眼402与第二复眼405的参数不同，能够打破循环光束与第二复眼405的相关性，即打破循环光束的周期性，在不加入其他光学件的情况下，实现循环光束经过第二复眼405后角分布的均匀性较好。
55.请参阅图5，图5是本技术提供的显示系统第四实施例的结构示意图，本实施例与第三实施例类似，区别在于：本实施例中散射片505还设置在光源光束的光路上，且显示系统还包括第二压缩透镜512，第二压缩透镜512能够起到压缩入射的光束的宽度的效果，其他器件的设计以及工作原理与第三实施例中类似，在此不再赘述。
56.散射片505设置于光源光束与循环光束的光路上，可对光源光束进行散射，并将散射后的光源光束射入复眼302，实现共用散射片。
57.该显示系统的工作原理为：光源光束通过散射片505打散后，通过第一压缩透镜107入射到复眼302上，经过复眼302匀光后成像到lcd 303上，用于照明的光束被pbs 304透射至光机系统109，不用于照明的光束被pbs 304反射至第一反射镜1101，并经过第二中继透镜1082成像后，经第二反射镜1102、第三反射镜1103反射，再次进入散射片505，循环光束从散射片505的下半部分入射，经过散射片505扩大角度后，经过第二压缩透镜512成像至复眼302前，循环光束再次进入复眼302匀光，实现光循环。
58.本实施中第一次的光源光束与循环光束共用同一个散射片，第一次的光源光束和循环光束入射至同一平面内，使用散射片打破光束周期性，使循环光束进入复眼的面分布连续，从而使得从复眼输出的光束角分布均匀，实现在lcd上均匀照明。
59.请参阅图6，图6是本技术提供的显示系统第五实施例的结构示意图，本实施例与第三实施例类似，区别在于：本实施例中散射片605为反射式散射片，pbs 304相对lcd 303竖直放置，散射片605可紧贴于复眼302之前，也可以距离复眼302一定的距离，其他器件的设计以及工作原理与第三实施例中类似，在此不再赘述。
60.该显示系统的工作原理为：光源光束经过复眼302第一次匀光后，经过第一中继透镜1081成像至lcd 303上，光源光束以一定角度入射至lcd303，该角度小于/等于5
°
，角度过大会造成lcd 303的调制角度过小，从而导致预调制光束和循环光束在空间上无法分离；用于照明的光束被pbs304透射至光机系统109，不用于照明的光束(即循环光束)被pbs 304反射，被反射的循环光束进入散射片605，循环光束经过散射片605打散后被反射回复眼302，循环光束再次成像至lcd 303上，实现光回收。
61.在其他实施例中，分光组件还可以为反射式增亮膜(dual brightness enhancement film，dbef)，所述dbef用于将入射光束中的第一偏振光透射至所述光机系统109，将所述入射光束中的第二偏振光反射至所述周期性破坏组件，并将所述第二偏振光转换成所述第一偏振光；具体地，入射光束包括所述预调制光束与所述循环光束，第一偏振光为p光，第二偏振光为s光，即dbef透射入射光束中的p光，反射入射光束中的s光，再将被反射的s光转化为p光，实现循环利用，能够达到与pbs 304相同的效果。
62.本实施例中循环光束在pbs上被水平反射再次通过原光路，并经过两次复眼匀光，散射片能够扩大循环光束的角度，增大循环光束进入复眼前光斑的连续性，保证从复眼出射的循环光束的角分布均匀。
63.请参阅图7，图7是本技术提供的显示系统第六实施例的结构示意图，本实施例与第三实施例类似，区别在于：预调制组件为dmd 703，显示系统还包括第一全内反射(total internal reflection，tir)棱镜713、第二tir棱镜714以及第四中继透镜7084，反射组件还包括第四反射镜7104，其他器件的设计以及工作原理与第三实施例中类似，在此不再赘述。
64.第一tir棱镜713设置于复眼302的光路上，其用于将光源光束全反射至dmd 703，dmd 703用于对所述光源光束进行预调制，得到照明光束(即on光)与非照明光束(即off光)，经dmd 703预调制后得到的照明光束直接出射到后续光机系统中的主调制器并用于进行主调制，经dmd703预调制后得到的非照明光束照射到第二tir棱镜714上，并被反射至循环光路中，即第二tir棱镜714设置于dmd 703的出射光路上，其用于将非照明光束反射至第四反射镜7104，以形成循环光束。
65.第四反射镜7104设置于第二tir棱镜714的出射光路上，其用于将被第二tir棱镜714反射的循环光束反射至第一反射镜1101，第四反射镜7104和第一反射镜1101主要用于偏折光路，使得循环光束入射至第二中继透镜1082。
66.第四中继透镜7084设置于第二中继透镜1082以及散射片305之间，其用于对第二中继透镜1082出射的循环光束进行处理，并射入散射片305。
67.该显示系统的工作原理为：光源光束第一次经过复眼302匀光后，通过第一中继透镜1081和第一tir棱镜713成像至dmd 703上，用于照明的光束(即on光)直接从第一tir棱镜
713出射(图7中的虚线方向)，不用于照明的光束(off光)经过第一tir棱镜713、第二tir棱镜714、第四反射镜7104入射到第一反射镜1101，循环光束依次经过第二中继透镜1082与第四中继透镜7084成像至散射片305上，散射片305可增大循环光束的角度，通过在中间像处打破光束的周期性，改善循环光束进入复眼302前的面分布，从而改善从复眼302出射的光束的角分布。
68.综上所述，本技术提供一种改善循环光束经过复眼后角分布的均匀性的方案，主要对基于slm的光调制和光回收方案中出现的复眼对循环光束匀化效果差进行改进。光源组件发出的光源光束通过周期性破坏组件匀光后，第一次进入复眼匀光，匀光后光源光束通过中继透镜将复眼后的角分布转化为slm上的面分布。在lcd显示系统与dmd显示系统中还可加入pbs，在lcd显示系统中，利用pbs将非照明光束反射到循环光路；在dmd显示系统中，采用tir棱镜将非照明光束全反射到循环光路中，被pbs或tir棱镜的反射作用后的非照明光束即为循环光束，并经过中继透镜再次成像至复眼前。通过在循环光光路中加入周期性破坏组件，打破光束的周期性，使得循环光束进入复眼前的面分布更加连续，从而提升循环光束经过复眼匀光后角分布的均匀性，实现利用循环光束进行均匀照明。
69.以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。