CN101408676A - 立体投影光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种立体投影光学系统，其包括一个用于将入射光分成第一偏振光和第二偏振光的偏振分束器，分别设置于第一、第二偏振光的出射光路上的第一、第二数字微镜元件，两个分别设置于第一、第二数字式微镜元件与偏振分束器的光路之间的全内反射棱镜，以及一个设置于所述第一、第二数字微镜元件的出射光的光路上的光复合器，用于将入射至该光复合器的入射光组合起来，形成投影光束。上述的立体投影光学系统通过该第一、第二数字微镜元件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检偏器，就可以观察到立体的图像信息。
Description
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；
一个第一数字微镜元件，设置于第一偏振分束器的第一偏振光的出射光路上；
一个第二数字微镜元件，设置于第一偏振分束器的第二偏振光的出射光路上；
一个第一全内反射棱镜，设置于所述偏振分束器与第一数字微镜元件的光路之间，用于将偏振分束器出射的第一偏振光反射到第一数字微镜元件上，并使第一数字微镜元件发出的光穿过该第一全内反射棱镜而发射出去；
一个第二全内反射棱镜，设置于所述偏振分束器与第二数字微镜元件的光路之间，用于将偏振分束器出射的第二偏振光反射到第二数字微镜元件上，并使第二数字微镜元件发出的光穿过该第二全内反射棱镜而发射出去；
一个光复合器，设置于所述第一、第二数字微镜元件的出射光的光路上，用于将来自第一、第二全内反射棱镜的入射光组合起来，形成投影光束。
与现有技术相比，上述的立体投影光学系统通过为第一、第二数字微镜元件分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二数字微镜元件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检偏器，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检偏器的结构示意图；
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及图2，为本发明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、一个偏振分束器12、分别设置于所述偏振分束器12的出射光的光路上的第一数字微镜元件13和第二数字微镜元件14各一个，分别设置于第一、第二数字微镜元件13、14与偏振分束器12的光路之间的全内反射棱镜15、16各一个，一个设置于第一、第二数字微镜元件13、14的出射光路上的光复合器17以及一个设置于所述光复合器17的出射光路上的投影镜头18。
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、氙灯或LED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。
所述偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)12设置于光源组件11的出射光路上，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，在本实施例中所第一偏振光为S偏振光，第二偏振光为P偏振光。该S偏振光被该偏振分束器12反射，而P偏振光透过该偏振分束器121。该偏振分束器121可以为金属栅格型检偏器(Wire Grid Polarizer，简称WGP检偏器)，也可以为偏振分光棱镜，在本实施例中，该偏振分束器12为偏振分光棱镜。该偏振分束器12根据对S偏振光和P偏振光的作用不同，可以分为反射S偏振光而透过P偏振光，与透过S偏振光而反射P偏振光两种形式。在本实施例中，所述偏振分束器12反射S偏振光，而可以让P偏振光透过。
所述第一、第二数字微镜元件(Digital Mirror Device，DMD)13、14的结构及工作原理基本相同，下面以第一数字微镜元件13为例来说明其结构及工作原理。所述第一数字微镜元件13用硅作基底，并用大规模集成电路技术在硅片基底上制出多个存储器，每个存储器有两条寻址电极(Addressing Electrodes)和两个搭接电极(Landing Electrodes)。再在基底上设置两个支撑柱，通过臂梁铰链(torsion Hinge)安装一个微形反射镜，从而形成一个微镜单元。工作时，由视频信号驱动，并根据入射光与光学系统光轴的夹角，利用两寻址电极的差动电压使反射镜绕臂梁旋转直到触及搭接电极，从而决定一个微镜单元的开关，以加载图像信息。该第一数字微镜元件13设置于偏振分束器12发射的S偏振光的光路上，并发射加载有图像信息的S偏振光。
所述第二数字微镜元件14设置于偏振分束器12发射的P偏振光的光路上，同第一数字微镜元件13，发射加载有图像信息的P偏振光。
所述第一、第二全内反射棱镜(Total Internal Reflection Prism，TIR)15、16的结构及工作原理基本相同，下面以第一全内反射棱镜15为例来说明其结构及工作原理。所述第一全内反射棱镜15用玻璃或透明树脂制成，利用光的全反射原理，使入射光以一定入射角度范围全部反射到第一数字微镜元件13上。该第一全内反射棱镜15设置于第一数字微镜元件13与偏振分束器12的光路之间，以将偏振分束器12的出射的S偏振光耦合到第一数字微镜元件13上，并且经第一数字微镜元件13发射的加载有图像信息的S偏振光透射过该第一全内反射棱镜15到达光复合器17。
同理，第二全内反射镜16设置于第二数字微镜元件14与偏振分束器12的光路之间，以将偏振分束器12的出射的P偏振光耦合到第二数字微镜元件14上，并且经第二数字微镜元件14发射的加载有图像信息的P偏振光透射过该第二全内反射棱镜16到达光复合器17。
所述光复合器17可以为一个偏振分束器或者为一个合光棱镜(X-Prism)。在本实施例中，该光复合器17为一个偏振分束器，用于将第一、第二数字微镜元件13、14发射的加载有图像信息的S偏振光和P偏振光组合形成投影光束。
所述投影镜头18设置于所述光复合器17的出射光路上，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(图未示)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检偏器19，该检偏器19可以为一个偏光片。如图2所示，该检偏器19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。该多个检偏器19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/与第二数字微镜元件13、14之间；第一或/与第二数字微镜元件13、14和光复合器17之间，用于滤除所述偏振分束器12及第一、第二数字微镜元件13、14的出射光中的杂光。在本实施例中在第一、第二数字微镜元件13、14和光复合器17之间设置有检偏器19。
图3为本发明提供的第二实施例的立体投影光学系统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、一个偏振分束器22、分别设置于所述偏振分束器22的出射光的光路上的第一数字微镜元件23和第二数字微镜元件24各一个，分别设置于第一、第二数字微镜元件23、24与偏振分束器22的光路之间的全内反射棱镜25、26各一个，一个设置于第一、第二数字微镜元件23、24的出射光路上的光复合器27以及一个设置于所述光复合器27的出射光路上的投影镜头28。
该第二实施例与第一实施例的不同在于所述偏振分束器22对S偏振光及P偏振光的作用不同。在该第二实施例中，所述偏振分束器22反射P偏振光，而可以让S偏振光透过各偏振分束器。而该P偏振光和S偏振光在如第一、第二数字微镜元件23、24等光学元件的传输光路是相同的。
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中加入多个检偏器29，在设置位置与第一实施例相同。
上述的立体投影光学系统通过为第一、第二数字微镜元件分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二数字微镜元件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检偏器，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；
一个第一数字微镜元件，设置于第一偏振分束器的第一偏振光的出射光路上；
一个第二数字微镜元件，设置于第一偏振分束器的第二偏振光的出射光路上；
一个第一全内反射棱镜，设置于所述偏振分束器与第一数字微镜元件的光路之间，用于将偏振分束器出射的第一偏振光反射到第一数字微镜元件上，并使第一数字微镜元件发出的光穿过该第一全内反射棱镜而发射出去；
一个第二全内反射棱镜，设置于所述偏振分束器与第二数字微镜元件的光路之间，用于将偏振分束器出射的第二偏振光反射到第二数字微镜元件上，并使第二数字微镜元件发出的光穿过该第二全内反射棱镜而发射出去；
一个光复合器，设置于所述第一、第二数字微镜元件的出射光的光路上，用于将来自第一、第二全内反射棱镜的入射光组合起来，形成投影光束。
2.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述偏振分束器为金属栅格型检偏器。
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：所述光复合器为合光棱镜。
5.如权利要求1所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述光复合器为偏振分束器。
6.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述偏振分束器为金属栅格型检偏器。
7.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述偏振分束器为偏振分光棱镜。
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多个检偏器，该多个检偏器分别设置于偏振分束器与第一、第二数字微镜元件以及第一、第二数字微镜元件与光复合器之间，用于滤除所述偏振分束器及第一、第二数字微镜元件的出射光中的杂光。
9.如权利要求8所述的立体投影光学系统，其特征在于：所述检偏器为一个偏光片。
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一个设置于所述光复合器的出射光方向上的投影透镜，用于将出射光所形成的图像放大。
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|---|---|---|---|---|
| CN102483520A (zh) * | 2009-06-29 | 2012-05-30 | 瑞尔D股份有限公司 | 在中间像面使用空间复用的立体投影系统 |
| CN103185969A (zh) * | 2011-12-29 | 2013-07-03 | 台达电子工业股份有限公司 | 立体显示装置 |
| CN105137606A (zh) * | 2015-10-08 | 2015-12-09 | 哈尔滨理工大学 | 基于数字微镜器件的立体视觉成像装置和方法 |
| CN112987328A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种3d投影组件、3d投影仪及显示系统 |
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2007
- 2007-10-09 CN CNA2007102019680A patent/CN101408676A/zh active Pending
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