CN101329452B - 能显示立体图像的光学引擎设备 - Google Patents

Abstract

一种能显示立体图像的光学引擎设备，它采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像；所述的两片LCD与输入的R、G、B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别以P或S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器PBS合成后输出全幅图像的光调制信号，在经过R、G、B轮色显示；它具有结构简单，体积小，成本低，且有较快扫描速度和有较高透光效率，能显示较为清晰的立体图像等特点。

Description

能显示立体图像的光学引擎设备

技术领域

本发明涉及是一种能显示立体图象又能提高LCD扫描速度的光学引擎设备，属于光学仪器。

技术背景：

使用空间光阀投影机，如数字微反射镜器件(以后称为“DMD”)、透射型液晶显示器(以下称为“LCD”)和硅上发射型液晶(以下称为“LCOS”)等的数字投影系统。由于其能够提供标准的显示性能而受到高度关注，这些显示器提供如高分辨、宽色域、高亮度和高对比度。以美国TI公司为代表的“DMD”方案，及以日本EPSON公司为代表的3LCD方案均是成熟的技术方案，它们在市场中得到广泛应用，但由于其价格比较贵、体积较大，在当前采用LED光源的手持投影或便携投影领域应用较少。在当前的LCD领域对单片LCD及三片LCD都有不同的研究。如：三星电子株式会社研制的、专利申请号为03815332.7的专利申请技术，它是针对单片LCD或三片LCD进行的研究；三片LCD，日本EPSON公司有完整的技术方案可以提供对于单片LCD显示研究成果，但由于LCD的响应速度远不如LCOS或DMD来得快，因此想要采用R、G、B合色方案，还有待于LCD本身的扫屏速度提高。大部分对单片机LCD的研究都是在光源或照明系统上，但由于LCD本身扫屏速度的原因，无法实用，如专利申请号为200410081263.6所公开的技术等等。单用R、G、B三色TFT LCD液晶在国内研究较多，但由于效率低下、体积大，不是投影机的主流方案，尽在业余爱好者中流行，被称作DIY投影机。而LCOS，由于其器件的成品率还未达到理想状态，因此还未大量应用。

一般情况下投影机显示立体图象是比较复杂的，成本很高。如《最新液晶显示应用》，李维是等著介绍的立体投影显示，需要有二台不同的投影机才能实现。专利03803103.5立体光引擎体系结构。虽然用一台投影机实现立体投影，但其体积大、成本高，实现的过程比本发明复杂多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，体积小，成本低，且有较快扫描速度和有较高透光效率的能显示立体图像的光学引擎设备。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光光束分立器的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器，并在该偏振光光束合成器作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像；其特征在于所述的P、S两路偏振光信号为不等光程的光信号，所述的P、S两路偏振光信号分别由两组光模块产生，每块光模块均由一个红色光R、一个绿色光G、一个蓝色光B及合色棱镜组成，其中一光模块产生P光，该产生P光的光模块发出的偏振光经一1/4波片，以及起偏器的作用，分解出的P光直接进入一LCD，而分解出的S光经一反射器反射回上述产生P光的光模块中；另一光模块发出的偏振光经一1/4波片以及检偏器的作用，分解出的P光经一反射器反射回该光模块中，S光则进入另一LCD，出来后与前一LCD后的P光一起进入同一偏振光光束合成器。

所述的两片LCD与输入的R、G、B光信号进行同步调制，即由单色光同时以P或S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器合成后输出全幅图像的光调制信号，再经过R、G、B轮色显示。

本发明主要是采用了两片LCD的技术方案，它与现有技术相比，具有结构简单，体积小，成本低，且有较快扫描速度和有较高透光效率，能显示较为清晰的立体图像等特点。

附图说明

图1是本发明的一个实施例结构示意图。

图2是本发明的另一个实施例结构示意图。

图3是本发明的又一个实施例结构示意图。

图4是本发明的再一个实施例结构示意图。

图5是本发明的再一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像。

本发明所述的两片LCD与输入的R、G、B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别以P或S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器PBS合成后输出全幅图像的光调制信号，在经过R、G、B轮色显示。

实施例1，附图1所示，笨发明包括两片LCD105、106，两片PBS101、102及两片平面反射镜103、104，其工作特点如下，自然光经PBS101分解成二路，P光经过反射镜104进入液晶106进行图象信号的光调制。在检片偏振晶PBS102的作用下又合成了经过调制后的P+S自然光信号进入镜头系统成象。本发明所述的两片LCD105、106与输入信号R、G、B进行同步及调制。其主要点：①由单色光线，如红色(R)同时分别以P光或S光进入LCD106、105，由于LCD106、105各扫描不同的半屏，即在PBS102输出全幅图象光调制信号，再经过R、G、B轮色显示。因此比原来单片LCD其扫描速度提高一倍，不会发生帧频过低的图象或颜色闪烁的现象。②由于在PBS102中具有P光、S光同时输出，因此通过在LCD105、106中调制立体图象信号，图象输出端就得到P、S二个不同方向的偏振光。因此在最后的成像，经过反射的图象也是二个正交偏光图象。如果人眼佩带的正好是左右正交的偏光眼镜，就可以看到一幅立体图象。这种方式也可以用在背投电视中。③由于本发明少了一片LCD，因此它与标准的三片LCD方案相比成本降了很多。附图1所示的P、S光路有等光程的特点。

实施例2，附图2中所示的也为等光程光路的光机方案。在图2中，R、G、B光线经过CPC在合色棱镜(104)中合色，再由起偏PBS110分解成P光及S光，分别进入LCD105、106，由于每片LCD只需半屏扫描，即可在检偏PBS111中合成全幅图象；因此其扫描速度比单个LCD提高了一倍，达到了人眼所需求的最低频率要求，图象或颜色不再闪烁。同样由于P、S光单独调制，如观看时，左右眼用不同的偏振片眼睛，就能观察立体图象。图中所示的108、109为光程光管，内壁涂有全反射膜。根据R、G、B采用的CPC特点，光程管可以折算成等效CPC，以减少CPC长度，缩小整机体积。

实施例3，附图3所示的为不等光程光路的光机方案。图中所示，由R、G、B经过光导201、202、203在二相色板的作用下，在PBS208起偏器中被分解成P、S光，其中P光直接进入LCD210，S光经过反光镜212、213反射进入LCD211进入检偏装置PBS209。

实施例4，附图4是由本发明结构的六管LED光源方案。模块301、302分别由三个R、G、B及合色棱镜组成。由P301模块产生P光，P302产生S光，由于P301产生的偏振光经1/4波片303起偏PBS(305)作用。其S光经过反射镜310反射回301系统中。由于1/4波片303的作用变为圆偏振光。在系统内完成反射后，使P偏振光得到了加强。

同样的方法作用于模块P302，使S光得到了加强，由起偏PBS与检偏PBS305、306作用分别经过LCD307。LCD308在PBS309中合成P+S光，由于与图1、图2同样的原理，使得该方案可以比单个LCD提高一倍的扫描速度。同时可得到立体图象。本实施例最大的特征在于扩展了CPC管的用量大到6根。在LED光源不易集光的情况下，合成了6条CPC管的光通量，极大的提高了2LCD方案应用的亮度。本领域设计人员明白采用本发明还能集成其他方案用以提高LED光引擎的输出亮度。在不脱离其基本原理或基本特征的情况下具体化为其它特定形式。上述实施例的所有方面被认为仅仅是例证性的而非限定性的。

实施例5，附图5所示的是一种采用另外一种方式调制LCD也能达到同样的效果的实施例。其主要特点：绿色401产生P光，404为1/4波片，S光经过412反射镜反射，使经过PBS413的P光得到了加强。直接调制在LCD407上经PBS409出P光。R、B光由402、403CPC光管经1/4波片405加强后，由406反射出S光。R402与B403与LCD408同步调制，各占一半占空比。由于只有二片LCD轮回扫描R、B。因此其切换速度要比R、G、B三色切换快壹倍，与绿光401，P光在PBS409中合成最后混合成白色，也是一种提高LCD扫描的方法。

Claims (2)

1.一种能显示立体图像的光学引擎设备，它采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光光束分立器的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器，并在该偏振光光束合成器作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像；其特征在于所述的P、S两路偏振光信号为不等光程的光信号，所述的P、S两路偏振光信号分别由两组光模块产生，每组光模块均由一个红色光R、一个绿色光G、一个蓝色光B及合色棱镜组成，其中一光模块产生P光，该产生P光的光模块发出的偏振光经一1/4波片，以及起偏器的作用，分解出的P光直接进入一LCD，而分解出的S光经一反射器反射回上述产生P光的光模块中；另一光模块发出的偏振光经一1/4波片以及检偏器的作用，分解出的P光经一反射器反射回该光模块中，S光则进入另一LCD，出来后与前一LCD后的P光一起进入同一偏振光光束合成器。

2.根据权利要求1所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的两片LCD与输入的R、G、B光信号进行同步调制，即由单色光同时以P或S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器合成后输出全幅图像的光调制信号，再经过R、G、B轮色显示。

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