CN101943799A - 偏振式立体双投影光学系统 - Google Patents

Abstract

一种实现偏振式立体双投影的光学系统，主要应用于出射光是单一偏振方向偏振光的LCD或LCOS投影机的立体投影领域。此系统包括两台LCD或LCOS投影机，一对立体转换器和平台调整机构组成。通过立体转换器可以实现两台投影机的出射光具有互相垂直偏振方向的特性，平台调整机构调整投影机对位，使得投影画面基本重合在屏幕上，从而人佩戴相应的偏光眼镜能够看到左右眼合成的立体图像。

Description

偏振式立体双投影光学系统

技术领域

本发明涉及一种偏振式立体双投影光学系统

背景技术

近年来，投影仪随着成本的降低，逐渐在商务会议，大型展示，家庭影院等很多方面占据了一席之地，且不断向高亮度，高解像度和小型化发展。目前主流显示终端除平面图像本身外无法显示任何图像景深信息，但在自然环境里人眼所观察的都是立体的世界，观看者有希望看到立体显示的需求，这样首先在高端影院里出现了立体显示的偏振式双投影系统。由于人眼睛间隔引起的左右眼看到物体表面的微小差别，而在大脑里合成具有的景深尺寸的立体图像，也通常称为三维或3D图像。立体显示设备可以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，借助于观看者佩戴的光学滤光镜，观看者的右眼看不到左眼图像，左眼看不到右眼图像，从而实现立体感。然而这种系统在成功地用于形成立体图像的同时，因为光学滤光镜的缘故，系统的光能量损失至少一半以上。因此，有必要解决这个大问题。

发明内容

本发明提供一种偏振式立体双投影光学系统，每台投影机的光引擎都是投射出相同偏振方向的偏振光，通过各自的立体转换器进行偏光变换，转变成偏振方向相互垂直的偏振光。不同的光引擎接受不同的信号输入后调制成不同的图像投影到金属屏幕上，从而人佩戴相应偏光眼镜以后左右眼看到了各自的图像，经大脑合成立体图像。

本发明也是一种高效利用光能的立体投影光学系统，传统的双投影光学系统都是采用偏光器件把非偏振光转化成偏振光，亮度损失一半以上。而本系统的偏光变换效率有94％左右。

本发明也是一种成本较低的立体投影光学系统，由于效率高，同样投影画面大小同样亮度所需要的设备综合成本相对更低。

附图说明

图1是一种LCOS双投影的偏振式立体投影光学系统示意图。

图2是另一种LCOS双投影的偏振式立体投影光学系统示意图。

图3是一种LCD双投影的偏振式立体投影光学系统示意图。

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，左右两个虚框代表两台投影机，他们是并排放置的两台完全相同的LCOS投影机。投影机的光源11可以是LED，UHP，LD等，发出的光经过PCS光栅13以后转变成S线偏振光，通过LCOS14调制后变成带有信息的P线偏振光经投射镜16投射出去。左边投影机的图像经过一片高透过率玻璃17(他的厚度折算成光程，等于波片的厚度折算成的光程)，光的偏振特性未发生改变，仍然为P线偏振光，在金属幕上成像；右边投影机的图像经过1/2波片18(波片光轴与光偏振方向夹角呈45°或135°)后，光的偏振特性发生改变，由P线偏振光转变为S线偏振光，同样在金属幕上成像，两台投影机的相对位置可以由平台调整机构或者手动校正，使得投射图像基本重合在金属幕上。观察者在佩戴上左侧是P线偏振片，右侧是S线偏振片的偏光眼镜时，左眼将只能看到左投影机投射出的图像，右眼同样只能看到右投影机投射出的图像，从而在大脑中形成立体图像。

所述1/2波片，是一种适用于450nm～650nm可见光波长范围的消色差波片。

请参阅图2，为本发明提供的第二实施例的偏振式立体双投影系统的光学结构示意图。该立体投影光学系统包括两台LCOS投影机，这两台投影机是左右对称的，投影原理也同图一实例，经LCOS24调制后都是P线偏振光出射。在左投影机的投射镜28的入光侧放置一1/4波片26，入射光的偏振方向与波片光轴呈45°，出射光将转变为左旋圆偏振光，并通过投射镜将图像投影在屏幕上；在右投影机的投射镜的入光侧放置另一1/4波片27，入射光的偏振方向与波片光轴呈135°(两波片光学特性完全相同，但光轴互相垂直)，出射光将转变为右旋圆偏振光，并通过投射镜将图像投影在金属幕上。

所述1/4波片，是一种适用于450nm～650nm可见光波长范围的消色差波片。

请参阅图3，为本发明提供的第三实施例的偏振式立体双投影系统的光学结构示意图。立体转换器是1/2波片36和等厚的玻璃片35，除了将调制光信息的反射式液晶LCOS换成穿透式液晶LCD34以外，工作原理同第一、第二实施例，在此不再重述。

另外，本人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 (8)

1.一种立体双投影光学系统，其特征是：两台投影机的光引擎输出均匀分布能量相当的线偏振光，且偏振方向相同。一对立体转换器分别插入到两台光引擎的镜头入光侧或出光侧，从而将偏振方向相同的线偏振光调制成偏振方向相互垂直的偏振光，平台调整机构可以调整两台光引擎相对位置，使投影图像重合在屏幕上，观察者佩戴相应的偏光眼镜以后可以看到立体图像。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：两台投影机的光引擎可以是完全相同的，也可以是空间对称的。但是光引擎的出射光都具有相同的偏振特性。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：投影屏幕是能确保反射光不改变偏振特性的屏幕，通常都是金属幕。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：一对立体转换器可以放置在投射镜的入光侧，也可以放置在投射镜的出光侧。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：一对立体转换器既可以是1/2波片和与之等光程厚度的玻璃片组合(或者在1/2波片放置于投射镜的出光侧时且波片厚度远小于投影距离时可以省略玻璃片)；也可以是两个1/4波片的组合。1/2波片光轴与光偏振方向夹角为45°或135°；1/4波片光轴与光偏振方向的夹角分别为45°和135°。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：光阀可以是穿透式液晶LCD，也可以是反射式液晶LCOS。

7.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：平台调整机构具有调节投影图像在屏幕上基本重合在一起的作用。

8.如权利要求1所述的光学系统，其特征是：3D图像投影时，观看者需要佩戴一副偏振方向互相垂直的眼镜。立体转换器含有1/2波片时佩戴光轴为0°和90°的线偏光眼镜，立体转换器含有1/4波片时佩戴左旋，右旋圆偏光眼镜。

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