CN101770080A

CN101770080A - 投影立体显示器

Info

Publication number: CN101770080A
Application number: CN201010002076A
Authority: CN
Inventors: 古川昭夫; 滝口由朗
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: US8451390B2; US20100171890A1; JP2010160241A; JP4835957B2; CN101770080B

Abstract

一种投影立体显示器，包括：立体显示器光学系统，接收来自光源的线偏振光并显示第一画面和第二画面，该第一画面和第二画面两者通过具有相互正交的偏振方向的线偏振光具有双眼视差，其中所述立体显示器光学系统包括：反射液晶面板，其响应于画面信号，调制并反射来自光源的线偏振光，第一偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离第一画面，延迟器件，将第一画面的偏振方向转换为与其正交的方向，以及第二偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离第二画面，并且将第二画面叠加在其偏振方向通过所述延迟器件转换的第一画面上。

Description

投影立体显示器

技术领域

本发明涉及包括光学系统的投影立体显示器，该光学系统包括反射液晶面板和起偏器。

背景技术

存在多种投影立体显示器，其分别提供独立图像给观众的右眼和左眼，以允许使用双眼视差的立体视觉，并且已经提出各种投影立体显示器的系统。例如，两个投影显示器(投影仪)用于叠加具有相互正交的偏振方向的右眼画面和左眼画面，并且投影它们，当佩戴使用具有正交的偏振方向的起偏振片作为右眼和左眼透镜的一幅眼镜的观众观看画面时，允许观众体验立体视觉。

此外，例如如在日本未审专利申请公开No.2001-4957中描述的，存在一种投影立体显示器，其中从单个投影仪中包括的两个反射液晶面板获得具有正交的偏振方向的右眼画面和左眼画面，并且各画面通过反射起偏器(如偏振束分离器)相互空间叠加，以便允许立体显示。在该系统中，可利用一个投影仪实现立体显示器。

发明内容

在上述现有技术的立体显示器中，偏振束分离器组合由一个面板反射的画面光和由另一个面板反射的画面光以允许立体显示。

然而，这种立体显示器中的偏振束分离器还具有将来自光源的入射光分发到两个反射液晶面板的功能。因此，来自光源的入射光必须处于包括相等量的相互正交的偏振分量的非偏振状态。优选地使用如灯或发光二极管的非偏振光源。

然而，在使用如激光器的偏振光源的情况下，必须预先将光转换为非偏振状态，从而分量的数目和光损耗增加。激光器光源具有比灯或发光二极管低的功耗，并且具有高的聚光属性和非常高的颜色纯度，所以可实现具有更高效率和宽色域的投影仪。此外，通过上述使用反射液晶面板的投影仪，可以以低成本实现高清晰度和大屏幕的立体显示器。因此，需要这样的光学配置，其中可照常使用具有线偏振的激光器作为光源。

期望提供一种投影立体显示器，其使用线偏振光源并通过使用具有简单光学系统的反射液晶面板的单个投影仪实现立体显示器。

根据本发明的实施例，提供了一种投影立体显示器，包括：立体显示器光学系统，接收来自光源的线偏振光并显示第一画面和第二画面，所述第一画面和第二画面两者通过具有相互正交的偏振方向的线偏振光具有双眼视差。所述立体显示器光学系统包括：反射液晶面板，其响应于画面信号，调制并反射来自光源的线偏振光；第一偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离所述第一画面；延迟器件，将所述第一画面的偏振方向转换为与其正交的方向；以及第二偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离所述第二画面，并且将所述第二画面叠加在其偏振方向通过所述延迟器件转换的所述第一画面上。

在根据本发明实施例的投影立体显示器中，来自光源的线偏振光通过所述第一偏振器件和所述第二偏振器件到达反射液晶面板。通过所述反射液晶面板，将到达的线偏振光的偏振方向调制为对应于用于左眼的第一画面和对应于用于右眼的第二画面的偏振方向，然后反射该线偏振光。通过第一和第二偏振器件将反射光偏振分离为第一画面和第二画面，并且通过延迟器件(λ/2波片)将第一画面的偏振方向转换为与其正交的方向，然后在第二偏振器件中将第一画面空间叠加到第二画面上。

在根据本发明实施例的投影立体显示器中，作为第一偏振器件和第二偏振器件的功能，只有偏振分离来自反射液晶面板的反射光并组合两种画面的功能是必须的，而将入射光分发到反射液晶面板的功能不是必须的。因此，具有高聚光属性和低功耗的激光器可用作具有简单光学系统的线偏振光源，并且可通过使用激光器实现具有比现有技术的投影立体显示器更高效率和更高性能的投影立体显示器。

从下面的描述中，本发明的其它和进一步目的、特征和优点将更完全地出现。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的投影立体显示器的配置的图示。

图2是用于彩色显示的立体显示器的配置的图示。

图3是根据本发明第二实施例的投影立体显示器的配置的图示。

图4是根据修改1的投影立体显示器的配置的图示。

图5是根据修改2的投影立体显示器的配置的图示。

图6是根据修改3的投影立体显示器的配置的图示。

图7是其中激光器光源应用于现有技术中的立体显示器光学系统的比较示例的图示。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述优选实施例。将按照以下顺序给出描述：

(1)第一实施例：图示基本配置的示例

(2)比较示例：在激光器应用于现有技术中的立体显示器光学系统的情况下的配置示例

(3)应用示例：其中基本配置应用于彩色显示的示例

(4)第二实施例：其中用另一偏振器件替代第一偏振器件的示例

(5)修改1：其中集成两个反射液晶面板的示例

(6)修改2：其中第一画面和第二画面具有相等的光程长度的示例

(7)修改3：其中利用圆偏振光投影画面的示例

第一实施例

图1图示根据本发明第一实施例的投影立体显示器(以下称为立体显示器)1的配置。立体显示器1基于从外部提供的输入画面信号立体显示画面，并且大概包括光源10和立体显示器光学系统20。

光源10是激光器(LD或固态激光器)，并且来自光源10的激光10a包括例如在与纸面平行的方向上(在附图中的箭头所示的方向上)的线偏振分量(第一线偏振分量)。

立体显示器光学系统20包括：第一调制部分23A，其由第一偏振束分离器21A和第一反射液晶面板22A配置；以及第二调制部分23B，其由第二偏振束分离器21B和第二反射液晶面板22B配置。作为延迟器件的λ/2波片24安排在第一调制部分23A和第二调制部分23B之间。投影透镜和屏幕(都没有示出)安排在第二调制部分23B中的第二偏振束分离器21B的画面发射侧。

第一偏振束分离器21A和第二偏振束分离器21B都具有这样的配置，其中介电多层膜通过覆盖结合到直角棱镜的斜面，并且具有反射与斜面平行的偏振分量并允许不与斜面平行的偏振分量通过其的功能。具有第一线偏振分量的激光10a进入第一偏振束分离器21A和第二偏振束分离器21B的每个。

已经通过第一偏振束分离器21A的激光10a和已经通过第二偏振束分离器21B的激光10a分别进入第一反射液晶面板22A和第二反射液晶面板22B。第一反射液晶面板22A和第二反射液晶面板22B具有调节入射光的偏振方向以便分别对应于例如用于左眼的第一画面和用于右眼的第二画面、并且反射入射光的功能。

λ/2波片24具有将具有垂直于纸面的偏振方向的分量(第二线偏振分量)转换为具有平行于纸面的偏振方向的分量(第一线偏振分量)的功能，该第二线偏振分量从来自第一反射液晶面板22A的反射光分离。

在这种配置中，在根据该实施例的立体显示器1中，以下面的方式执行立体显示。即，在立体显示器1中，具有第一线偏振分量并且已经从光源10发射的激光10a分别通过第一偏振束分离器21A和第二偏振束分离器21B，以到达第一反射液晶面板22A和第二反射液晶面板22B。在第一反射液晶面板22A中，将入射激光10a的偏振方向调制为对应于例如用于左眼的第一画面的偏振方向，并且反射调制的光。调制的反射光通过第一偏振束分离器21A偏振分离，并且第二线偏振分量通过第一偏振束分离器21A反射，以发射作为第一画面25A。反射光的第一线偏振分量通过第一偏振束分离器21A，以在朝向光源10的方向上返回。从第一偏振束分离器21A发射的第一画面25A通过λ/2波片24转换为第一线偏振分量，然后通过第二偏振束分离器21B。

另一方面，在第二反射液晶面板22B中，将入射激光10a的偏振方向调制为对应于例如用于右眼的第二画面的偏振方向，然后反射到第二偏振束分离器21B。在第二偏振束分离器21B中，如在第一偏振束分离器21A的情况下，反射具有第二线偏振分量的用于右眼的第二画面25B，并且将第二画面25B叠加在第一画面25A上并且发射。第一画面25A和第二画面25B聚焦在投影透镜(未示出)上以投影在屏幕上。然后，当通过一对偏振眼镜观看投影在屏幕上的画面时，可观看立体画面。

因此，在根据该实施例的立体显示器1中，因为只使用线偏振光，所以允许用于左眼的第一画面和用于右眼的第二画面相互空间重叠并投影。因此，具有高聚光属性和低功耗的激光器可用作光源，并且可实现具有比现有技术的投影立体显示器更高效率和更高性能的投影立体显示器。

此外，立体显示器1具有这样的配置，其中第一反射液晶面板22A和第二反射液晶面板22B并行安排，并且它们反射入射光，因此与现有技术中的立体显示器光学系统相比，允许减少用于立体显示器光学系统的空间，并且不同于现有技术，偏振束分离器不需要具有将入射光分发到反射液晶面板的功能，所以允许减少光学元件的数目。因此，允许小型化和成本降低。

下面将参照其中激光器光源应用于现有技术中的立体显示器光学系统作为比较示例的配置，详细描述减少光学元件的数目的效果。

比较示例

图7图示现有技术中的立体显示器光学系统120。激光110a和激光110b在垂直于纸面的方向上偏振。激光110a通过镜子121转向，然后激光110a的偏振通过λ/2波片122转换为平行于纸面的方向，并且激光110a通过第一偏振束分离器123A。激光110b直接进入第一偏振束分离器123A以在第一偏振束分离器123A中反射。结果，通过叠加具有正交偏振方向的两个分量而变为非偏振状态的激光110进入第二偏振束分离器123B，并且激光110再次分离为两个分量以分别进入第一反射液晶面板124A和第二反射液晶面板124B。具有由第一反射液晶面板124A调制的偏振的反射光和具有由第二反射液晶面板124B调制的偏振的反射光从第二偏振束分离器123B发出，分别作为第一画面125A和第二画面125B。

在比较示例中，为了给第二偏振束分离器123B提供将光分发到两个面板的功能，必须将入射光转换为非偏振状态。因此，除了反射液晶面板外，还必须四个光学元件，即，镜子121、λ/2波片122、第一偏振束分离器123A和第二偏振束分离器123B。另一方面，在根据本实施例的立体显示器1中，不必将线偏振光转换为非偏振状态。因此，光学元件的数目减少为3，即，第一偏振束分离器21A、第二偏振束分离器21B和λ/2波片24，从而如上所述允许降低制造成本和立体显示器的小型化。

应用示例1

图2所示的立体显示器2具有这样的配置，其中组合上述立体显示器1中的立体显示器光学系统20以允许显示三原色R(红)、G(绿)和B(蓝)的彩色显示。在该情况中，用于各组件的参照标号对应于颜色RGB表示，例如立体显示器光学系统20R、20G和20B。立体显示器2包括立体显示器光学系统20R、20G和20B、以及用于组合从立体显示器光学系统20R、20G和20B发出的这些颜色的画面的复用棱镜26。

换句话说，在立体显示器2中，如在上述实施例的情况下，红色激光10aR已经进入其中的立体显示器光学系统20R发出通过叠加右和左画面形成的红色画面。同样，绿色激光10aG已经进入其中的立体显示器光学系统20G发出绿色画面，并且蓝色激光10aB已经进入其中的立体显示器光学系统20B发出蓝色画面，并且这些三原色画面通过复用棱镜26组合以合成彩色画面。然后，可通过例如一对偏振眼镜27观看作为立体画面的合成的彩色画面。彩色画面可以投影到屏幕上。

第二实施例

图3图示根据本发明第二实施例的立体显示器3的配置。立体显示器3具有这样的配置，其中第一实施例中的第一偏振束分离器21A用线栅起偏器30替代，并且λ/2波片24安排在线栅起偏器30之前的位置。其它配置、功能和效果与上述实施例中的那些相同。非常薄的金属线在与纸面平行的方向上形成在线栅起偏器30的表面，并且线栅起偏器30允许具有垂直于纸面的偏振方向的光通过它，并且反射具有平行于纸面的偏振方向的光。

在该实施例中，在激光10a进入线栅起偏器30之前，激光10a的偏振方向通过λ/2波片24转换，使得激光10a具有第二线偏振分量。具有第二线偏振分量的激光10a通过线栅起偏器30，并且被调制，然后通过第一反射液晶面板22A反射。反射光通过线栅起偏器30偏振分离，然后具有第一线偏振分量的反射光发射为第一画面25A。第一画面25A被线栅起偏器30反射，然后通过第二偏振束分离器21B，并且叠加在如在第一实施例的情况下形成的第二画面25B上以实现立体显示。

此外，同样在该实施例中，当应用图2所示的配置时，可实现使用三原色的投影立体显示器。

修改1

图4图示第一实施例的修改1。立体显示器4具有这样的配置，其中集成第一反射液晶面板22A和第二反射液晶面板22B以形成单个反射液晶面板40。其它配置与第一实施例的那些相同。

在这种配置中，在立体显示器4中，反射液晶面板40左半区域形成第一画面25A，并且反射液晶面板40的右半区域形成第二画面25B，使得液晶面板的驱动电路简化。

修改2

图5图示根据修改2的立体显示器5的配置。立体显示器5具有这样的配置，其中第一实施例中的第二反射液晶面板22B安排在图1中安排第二反射液晶面板22B的位置后面的位置，使得第二反射液晶面板22B和第二偏振束分离器21B之间的空间大于第一反射液晶面板22A和第一偏振束分离器21A之间的空间。在这种配置中，在立体显示器5中，第一画面25A和第二画面25B的光程长度相互相等，并且两个画面的投影直径容易相互匹配。

修改3

图6图示根据修改3的立体显示器6的配置。立体显示器6具有这样的配置，其中在对应于图2所示的彩色显示器的立体显示器2中，作为延迟器件的λ/4波片60增加到复用棱镜26的发射侧。

在图2所示的立体显示器2中，显示作为相互正交的线偏振光的第一画面25A和第二画面25B。另一方面，在立体显示器6中，因为使用λ/4波片60，所以将第一画面25A和第二画面25B转换为具有相对旋转方向的圆偏振光。在该情况下，作为用于观看的一对偏振眼镜61，可以使用其中将用作λ/4波片61A的层增加到偏振滤光层61B的表面的一对偏振眼镜。换句话说，在一对偏振眼镜61中，通过λ/4波片61，将来自立体显示器6(λ/4波片60)的圆偏振光转换为线偏振光，然后通过偏振滤光层61B将线偏振光分离为第一画面25A和第二画面25B。

因此，在立体显示器6中，使用了圆偏振光，因此即使观众的头倾斜，也可以避免由于第一画面25A和第二画面25B之间的泄漏导致的串扰。其它功能和效果与第一实施例的那些相同。

尽管参照各实施例等描述了本发明，但是本发明不限于此，并且可以进行各种改变。例如，在图6中，用于彩色显示的立体显示器6具有这样的配置，其中使用了通过λ/4波片60的圆偏振光。然而，该配置可以应用于立体显示器1到5。

本申请包含涉及于2009年1月7日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-001433中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。

本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims

1.一种投影立体显示器，包括：

光源，发射线偏振光；以及

立体显示器光学系统，接收来自所述光源的线偏振光并显示第一画面和第二画面，所述第一画面和第二画面两者通过具有相互正交的偏振方向的线偏振光具有双眼视差，

其中所述立体显示器光学系统包括

反射液晶面板，其响应于画面信号，调制并反射来自所述光源的线偏振光，

第一偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离所述第一画面，

延迟器件，将所述第一画面的偏振方向转换为与其正交的方向，以及

第二偏振器件，从来自所述反射液晶面板的反射光分离所述第二画面，并且将所述第二画面叠加在其偏振方向通过所述延迟器件转换的所述第一画面上。

2.如权利要求1所述的投影立体显示器，其中

包括作为所述光源的对应于三种颜色RGB的三种光源和作为立体光学系统的对应于三种颜色的三种立体光学系统，以及

所述投影立体显示器包括画面合成部件，用于组合从三种立体光学系统发出的画面。

3.如权利要求1所述的投影立体显示器，其中

所述反射液晶面板划分为两部分，即，对应于所述第一偏振器件的第一反射液晶面板和对应于所述第二偏振器件的第二反射液晶面板。

4.如权利要求1所述的投影立体显示器，其中

所述反射液晶面板包括为所述第一画面执行调制的第一区域和为所述第二画面执行调制的第二区域。

5.如权利要求3所述的投影立体显示器，其中

所述第二偏振器件和所述第二反射液晶面板之间的空间大于所述第一偏振器件和所述第一反射液晶面板之间的空间，并且所述第一画面和所述第二画面的光程相互相同。

6.如权利要求1所述的投影立体显示器，还包括：

延迟器件，将在所述第二偏振器件中相互叠加的所述第一画面和所述第二画面转换为具有相对旋转方向的圆偏振光。

7.如权利要求1所述的投影立体显示器，其中

所述光源为激光器。