CN101408675A - 立体投影光学系统 - Google Patents

Abstract

一种立体投影光学系统，其包括依光路依次设置的一个用于将入射光分成第一偏振光和第二偏振光的第一偏振分束器，一个设置于所述第一偏振光出射方向的第一图像吸收器，以及一个设置于所述第二偏振光出射方向的第二图像吸收器。上述的立体投影光学系统通过为第一、第二图像吸收器分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二图像吸收器所形成的两幅图像分别以第一偏振光和第二偏振光投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。

Description

立体投影光学系统

技术领域

本发明关于一种投影光学系统，尤其是一种具有立体投影显示功能的立体投影光学系统。

背景技术

近年来，图像投影仪，尤其数字投影仪，作为向观众显示多种信息的工具已经逐渐流行。一般，这些投影仪用于将由计算机生成的图像投影到屏幕上。对观看者来说，图像投影仪投影的图像通常看起来是平面二维图像，除图像本身外无法显示任何图像景深信息。这种显示可以适用于显示多种信息。但是，在某些情况下，观看者希望能有比二维显示能够更大程度地显示图像的景深或结构特征的投影仪。

使二维显示的图像能给出图像景深的一种方式是通过立体地显示图像。立体图像，通常称为“三维”或“3D”图像，在观看者看来具有深度尺寸。这些图像包括分开的、叠合的左眼和右眼图像，这些图像设置成模仿人的左右眼观看时，由于人眼睛间隔引起的三维物体表面的微小差别，而具有的景深图像。左眼和右眼图像是这样显示的，即观看者的右眼看不到左眼图像，左眼看不到右眼图像。这种显示方式一般借助于观看者佩戴的光学滤光镜。

通常显示立体图像的方式是使用两个分开的图像投影系统分别来投影左眼图像和右眼图像。而这种系统在成功地用于形成立体图像的同时，系统的成本和重量则比单个投影仪的要高很多。而且，两个投影仪要求光学对准相对困难并比较费时。还有，由于这两个系统的重量和体积，使这种系统在两个位置之间移动起来特别困难，还有存在潜在的图像对准的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种单个的能够投影立体图像的立体投影光学系统。

一种立体投影光学系统，其包括：

一个第一偏振分束器，该第一偏振分束器用于将入射光分成偏振状态互相垂直的第一偏振光和第二偏振光；

一个第一图像吸收器，该第一图像吸收器设置于所述第一偏振光出射方向上，且其包括一个第二偏振分束器以及一个第一反射式空间光调制器；

一个第二图像吸收器，该第二图像吸收器设置于所述第二偏振光出射方向上，且其包括一个第三偏振分束器以及一个第二反射式空间光调制器，

所述第一偏振光进入第二偏振分束器，被反射后照射在该第一反射式空间光调制器上，第一反射式空间光调制器将该第一偏振光调制成第二偏振光反射出去，并透过该第二偏振分束器发射出去；

所述第二偏振光进入并透过该第三偏振分束器，且照射在第二反射式空间光调制器上，该第二反射式空间光调制器将该第二偏振光调制成第一偏振光反射出去，该第一偏振光经第三、第二偏振分束器反射后发射出去。

与现有技术相比，上述的立体投影光学系统通过为第一、第二图像吸收器分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二图像吸收器所形成的两幅图像分别以第一偏振光和第二偏振光通过投影镜头投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。

附图说明

图1是本发明提供的第一实施例的立体投影光学系统的结构示意图；

图2是在图1的立体投影光学系统设置有多个偏振片的结构示意图；

图3是本发明提供的第二实施例的立体投影光学系统的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明作更进一步的说明，举以下较佳实施例并配合附图详细描述如下。

请参阅图1，为本发明所提供的第一实施例的立体投影光学系统100的结构示意图。该立体投影光学系统100包括沿光路方向依次设置的一光源组件11、一个第一偏振分束器12，分别设置于第一偏振分束器12不同出射光路上的第一、第二图像吸收器13、14，两个设置于第一偏振分束器12与第一图像吸收器13的光路之间的反射装置15，以及一个设置于第一图像吸收器13出射光路上的投影镜头16。

所述光源组件11包括依光路设置的一个照明光源111、一个色轮112以及一个积分器113。所述照明光源111发射包括显示彩色图像所需的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的白光。该光源11可以为卤素灯、金属卤化物灯或氙灯等。在本实施例中，该光源11为卤素灯。所述色轮112包括红、绿、蓝三色区，其可在电机(图未示)的带动下高速旋转，以给投影光路配以各种色彩。所述积分器113用来均匀化和有效地使用光源11发出的光。

所述第一偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)12用于将来自光源组件11的非偏振光变成第一偏振光和第二偏振光，即变成S偏振光和P偏振光。该S偏振光被该第一偏振分束器12反射，而P偏振光透过该第一偏振分束器12。该第一偏振分束器12可以为金属栅格型偏振片(Wire Grid Polarizer，简称WGP偏振片)，也可以为偏振分光棱镜，在本实施例中，该第一偏振分束器12为偏振分光棱镜。

所述两个反射装置15可以为一种反射镜，设置于所述第一偏振分束器12出射的光到下述的第一图像吸收器13入射光的光路上，用于改变第一偏振分束器12出射的S偏振光的光路，以将该第一偏振分束器12的出射光耦合到第一图像吸收器13中。在本实施例中，该两个反射装置13分别设置于第一偏振分束器12出射的S偏振光的出射光路上。当然可以想到的是，该两个反射装置13还可设置于第一偏振分束器12与第二图像吸收器14的入射光路上。

所述第一、第二图像吸收器(Image Assimilator)13、14分别设置于S、P偏振光的出射光路上，即第一图像吸收器13接收S偏振光，第二图像吸收器14接收P偏振光。所述第一、第二图像吸收器13、14结构及工作原理基本相同，下面以第一图像吸收器13为例来说明其结构及工作原理。

所述第一图像吸收器13包括一个第二偏振分束器131和一个第一反射式空间光调制器132。该第二偏振分束器131可以为金属栅格型偏振片(Wire Grid Polarizer，简称WGP偏振片)，也可以为偏振分光棱镜，在本实施例中，该第二偏振分束器131为偏振分光棱镜。该第二偏振分束器131用于将入射的第一偏振光即S偏振光反射到第一反射式空间光调制器132中。所述第一反射式空间光调制器132可以为硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)显示面板。该硅基液晶显示面板工艺结构结合了液晶技术与半导体集成电路技术。LCoS面板利用半导体制程制作驱动面板，然后在电晶体上采用研磨技术磨平，并镀上铝或银等当作反射镜，形成CMOS基板，再将CMOS基板与含有透明电极的玻璃基板贴全后灌入液晶分子并封装测试，形成LCoS面板。LCoS面板通过控制光的偏振状态来调制入射光并给入射光加入空间信息，形成包括该入射光和该空间信息的经过调制的出射光。所述空间信息可以为该LCoS所加载的控制信号电压，该控制信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态，再利用该薄膜晶体管来控制所述液晶分子的偏转状态，而液晶分子具有明显的光学各向异性，能够控制来自入射光的光线，从而实现为入射光加载图像信号的目的。在本实施例中，该第一反射式空间光调制器132对该S偏振光进行调制，并在所述S偏振光上叠加空间信息，以产生一个包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的P偏振光。该P偏振光重新被第一反射式空间光调制器132反射并透过第二偏振分束器131发射出去。

第二图像吸收器14包括一个用于直接接收所述P偏振光的第三偏振分束器141和一个第二反射式空间光调制器142。所述P偏振光直接透过该第三偏振分束器141并照射到第二反射式空间光调制器142中。该第二反射式空间光调制器142对该P偏振光进行调制，并在所述P偏振光上叠加空间信息，以产生一个包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的S偏振光。该S偏振光重新被第二反射式空间光调制器142反射并被第三偏振分束器141反射而到达第二偏振分束器131。该加载有空间信息的S偏振光最后经第二偏振分束器131反射而发射出去。

所述投影镜头16设置于第一图像吸收器13的出射光的光路上，用于将出射光所形成的图像放大，并将放大的图像投影到屏幕上。

可以理解的是，为了进一步提高系统的对比度，还可以在上述的立体投影光学系统中加入多个偏振片17，如图2所示，该偏振片17可以让一定偏振方向的光通过，而吸收其它偏振方向的光，例如让P偏振光通过，而吸收S偏振光或者让S偏振光通过，而吸收P偏振光。该多个偏振片17的具体的放置位置可以为沿光路的第一偏振分束器12和第一或/与第二图像吸收器13、14之间；第一与第二图像吸收器13、14之间。在本实施例中在第一偏振分束器12与第一、第二图像吸收器13、14之间以及第一、第二图像吸收器13、14之间都设置有偏振片17，以提高系统的对比度。

请参阅图3，为本发明提供的第二实施例的投影光学系统200的结构示意图。该立体投影光学系统200包括沿光路方向依次设置的一光源组件21、一个第一偏振分束器22，分别设置于第一偏振分束器22不同出射光路上的第一、第二图像吸收器23、24，一个设置于所述第一偏振分束器22与第二图像吸收器24的入射光路上的反射装置25以及一个设置于第一图像吸收器23出射光路上的投影镜头26。

同第一实施例，所述第一图像吸收器23包括一个第二偏振分束器231和一个第一反射式空间光调制器232。所述第二图像吸收器24包括一个第三偏振分束器241和一个第二反射式空间光调制器242。该第二实施例与第一实施例的不同在于因投影镜头26设置于第一图像吸收器23的出射光路上，而该第一图像吸收器23用于调制P偏振光并为其加载空间信息，使得在该立体投影光学系统200中只需要一个反射装置25，用于将第一偏振分束器22发射的S偏振光耦合到第一图像吸收器24中。而该P偏振光和S偏振光在各光学元件即第一偏振分束器22、第一、第二图像吸收器23、24中的传输光路与第一实施例是相同的。

同理，为了进一步提高系统的对比度，还可以在第二实施例的立体投影光学系统200中加入多个偏振片27，在设置位置与第一实施例相同。

需要进一步说明的是，当第一、第二、第三偏振分束器22、231、241对S偏振光及P偏振光的作用不同时，即，所述第一、第二、第三偏振分束器22、231、241都反射P偏振光，而可以让S偏振光透过各偏振分束器，各光学元件在光路中的设置位置是不变的。

上述的立体投影光学系统通过为第一、第二图像吸收器分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二图像吸收器所形成的两幅图像分别以P偏振光和S偏振光或S偏振光和P偏振光通过投影镜头投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种立体投影光学系统，其特征在于：其包括：

一个第一偏振分束器，该第一偏振分束器用于将入射光分成偏振状态互相垂直的第一偏振光和第二偏振光；

一个第一图像吸收器，该第一图像吸收器设置于所述第一偏振光出射方向上，且其包括一个第二偏振分束器以及一个第一反射式空间光调制器；

一个第二图像吸收器，该第二图像吸收器设置于所述第二偏振光出射方向上，且其包括一个第三偏振分束器以及一个第二反射式空间光调制器，

所述第一偏振光进入第二偏振分束器，被反射后照射在该第一反射式空间光调制器上，第一反射式空间光调制器将该第一偏振光调制成第二偏振光反射出去，并通过该第二偏振分束器发射出去；

所述第二偏振光进入并透过该第三偏振分束器，且照射在第二反射式空间光调制器上，该第二反射式空间光调制器将该第二偏振光调制成第一偏振光反射出去，该第一偏振光依次通过第三、第二偏振分束器发射出去。

2.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述第一、第二、第三偏振分束器为金属栅格型偏振片。

3.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述第一、第二、第三偏振分束器为偏振分光棱镜。

4.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述第一、第二反射式空间光调制器为硅基液晶面板。

5.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述第一偏振光为S偏振光和P偏振光中的一种。

6.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于：当第一偏振光为S偏振光时，第二偏振光为P偏振光。

7.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于：当第一偏振光为P偏振光时，第二偏振光为S偏振光。

8.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述立体投影光学系统还包括一个设置于所述第一图像吸收器的出射光方向上的投影镜头，用于将出射光所形成的图像放大。

9.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述立体投影光学系统还包括多个偏振片，该多个偏振片分别设置于第一偏振分束器与第一、第二图像吸收器之间或者第一、第二图像吸收器的光路之间。

10.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述立体投影光学系统还包括至少一个反射装置，该反射装置设置于所述第一偏振分束器的出射光到第一图像吸收器的入射光的光路上，用于将第一偏振分束器的出射光耦合到第一图像吸收器中。

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