CN103189792A - 立体投影方法及系统、电视机 - Google Patents

Abstract

一种立体投影系统包括激光偏振光源，用于产生偏振光；微显示器，用于利用3D信号对所述激光偏振光源产生的偏振光进行调制；投影机，用于利用所述调制后的偏振光进行投影；以及投影屏幕，用于接收来自所述投影机的投影。

Description

立体投影方法及系统、 电祸几 技术领域 本发明涉及光学领域， 具体而言， 涉及一种立体投影方法及系统、 电视 机。 背景技术 立体显示主要是通过时序和偏振光等技术实现的。 其中偏振光技术较之 于时序技术， 结构更简单， 也没有频繁开关闪烁造成的眼睛的不适， 能给观 众更好的视觉享受。 但传统的投影显示的光源都是非偏振光， 须利用起偏器 产生偏振光， 造成光能损失。 针对相关技术中在进行立体投影时光能损失比较大且立体投影设备结构 比较复杂的问题， 目前尚未提出有效的解决方案。 发明内容 针对相关技术中在进行立体投影时光能损失比较大且立体投影设备结构 比较复杂的问题而提出本发明， 为此， 本发明的主要目的在于提供一种立体 投影方法及系统、 电视机， 以解决上述问题。 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种立体投影系统。 该立体投影系统包括： 激光偏振光源， 用于产生偏振光； 啟显示器 ( Microdisplay ), 用于利用 3D信号对所述激光偏振光源产生的偏振光进行 调制； 投影机， 用于利用调制的偏振光进行立体投影； 以及投影屏幕， 用于 接收来自所述投影机的立体投影。 为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种立体投影方法。 该立体投影方法中， 釆用激光偏振光源产生的偏振光进行立体投影。 为了实现上述目的， 根据本发明的另一方面， 提供了一种电视机， 该电 视机包括本发明所提供的立体投影系统。 通过本发明， 釆用包括以下结构的投影系统： 激光偏振光源， 用于产生 偏振光； 啟显示器， 用于利用 3D信号对所述激光偏振光源产生的偏振光进 行调制； 投影机， 用于利用调制后的偏振光进行立体投影； 以及投影屏幕， 用于接收来自所述投影机的投影， 解决了相关技术中在进行立体投影时光能 损失比较大且立体投影设备结构比较复杂的问题， 进而达到了减少立体投影 时的光能损失以及简化立体投影设备结构的效果。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部 分， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的 不当限定。 在附图中： 图 1是 居本发明第一实施例的立体投影系统的示意图； 图 2是 居本发明第二实施例的立体投影系统的示意图； 图 3a是才艮据本发明实施例的利用 P偏振光获取 S偏振光的示意图； 图 3b是才艮据本发明实施例的获取 S偏振光和 P偏振光的示意图 图 3c是才艮据本发明实施例的产生左旋偏振光的示意图； 图 3d是才艮据本发明实施例的产生右旋偏振光的示意图； 图 4是 居本发明实施例的激光投影光源的示意图； 图 5a是根据本发明第一实施例的消相千机构的示意图； 图 5b是如图 5a所示的消相千机构对偏振光进行消相千的示意图； 图 6a是根据本发明第二实施例的消相千机构的示意图； 图 6b是如图 6a所示的消相千机构对偏振光进行消相千的示意图； 图 7是根据本发明第三实施例的投影系统的示意图。 具体实施方式 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 图 1是 居本发明第一实施例的立体投影系统的示意图。 如图 1所示， 该立体投影系统包括激光偏振光源、 微显示器、 投影机和 投影屏幕。 其中， 激光偏振光源用于输出偏振光； 微显示器， 用于利用 3D信号对 所述激光偏振光源产生的偏振光进行调制； 投影机用于利用调制后的偏振光 进行立体投影； 以及投影屏幕用于接收来自所述投影机的立体投影。 在该实施例中， 由于釆用了偏振光源， 并且通过啟显示器来利用 3D信 号对偏振光进行调制， 以及对调制后的偏振光进行投影， 从而能够实现立体 投影， 进一步地， 由于激光偏振光源可以直接产生偏振光， 因而可以不使用 起偏器， 从而可以减少立体投影时的光能损失， 并且可以简化立体投影设备 结构。 上述根据本发明实施例的投影系统可以分为前投式， 也可以是背投式， 其中， 前投的保偏屏幕为反射式， 背投的保偏屏幕为投射式。 图 2是 居本发明第二实施例的立体投影系统的示意图。 该实施例与上述实施例的主要区别在于该实施例的投影系统还包括消相 千机构、 光束整形机构以及微显示器。 其中， 消相千机构用于对所述激光偏振光源输出的偏振光进行消相千。 光束整形机构用于将所述激光偏振光源输出的偏振光中的 s偏振光和 p偏振 光分别投射到所述两个微显示器上；以及该投影系统中的微显示器包括两个， 该两个微显示器用于对所述 s偏振光和所述 p偏振光分别进行调制。 上述立体投影系统还包括偏振光眼镜， 用于接收来自所述投影屏幕散射 的光。 下面结合附图来描述根据本实施例的投影方法。 如图 2所示， 激光光源用于输出的 s偏振光和 p偏振光， 保偏消相千机 构对偏振光进行消相千， 光束整形机构将消相千后的 s偏振光和 p偏振光分 别投射到两个不同的啟显示器 MD上， 这两个啟显示器同时用 3D信号中的 左眼信号和右眼信号分别调制， 从微显示器出来的光经合镜和投影镜后， 投 射到屏幕上， 保偏屏幕散射的光 （投射或反射） 可用偏振光眼镜接收。 在激光显示中多釆用半导体激光器和倍频固体激光器， 多数情况下， 这 些激光器输出光为线偏振光。 激光光源本质上是偏振光源， 具有开发优质偏振显示系统的内在潜力。 本发明利用激光光源的偏振特性， 实现从激光偏振光的产生、 激光偏振光的 消相千、 3D信号的偏振光调制、 偏振光的投影、 屏幕的偏振特性保持和偏振 光的接收的全偏振的激光 3D投影系统。 激光投影在色彩、 效率、 寿命和环 保等方面较传统的投影技术都具有突出的优势， 但由于激光光束的高度相千 性带来的图像散斑会严重地影响了画质， 本发明提出的激光偏振光立体投影 系统的具有消相千的功能， 克服了激光投影图像散斑噪音的缺陷， 使 3D激 光投影显示成为大屏幕、 高清晰度、 色彩完美的立体显示技术。 图 3a是才艮据本发明实施例的获取 S偏振光的示意图。 在该实施例中， 激光器的偏振方向为 P光偏振方向， 即以激光器原始输 出线偏振光为 P偏振光。 S偏振光可由加 90。偏振转换器或将激光器旋转 90。 获得。 如图所示， 通过对 P偏振光加 90°偏振转换器或将激光器旋转 90°。 基于同样的道理， 投影系统所需的偏振光也可以激光器原始输出线偏振 光为 S偏振光， P光由转换获得。 图 3b是才艮据本发明实施例的获取 S偏振光的示意图。 如图 3b所示， 可将激光器原始输出线偏振光以与 45。光轴入射偏振光分 离器， 偏振光分离器输出光将含 S光和 P光。 在本发明中， 上述立体投影系统中的所述激光光源优选地釆用激光器阵 列。 除产出线偏振光 S光和 P光之外， 也可由激光器输出的线偏振光产生左 旋偏振光和右旋偏振光。 这可以由激光器原始输出线偏振光以与 45°光轴入 射四分之一波片实现。 其中， 四分之一波片由双折射材料组成。 图 3c是才艮据本发明实施例的产生左旋偏振光的示意图； 图 3d是才艮据本 发明实施例的产生右旋偏振光的示意图。 如图 3c和图 3d所示， 水平方向极化光经过四分之一波片之后， 从四分 之一波片出射的光变为左旋偏振光。 如将四分之一波片旋转 90。， 快慢轴将 交换方向， 此时， 得到右旋偏振光。 图 4是 居本发明实施例的激光投影光源的示意图。 作为激光投影光源， 可以使用激光器列阵， 比如， 需 5瓦光功率的输出， 使用 5个 1瓦激光器组束比用一个 5瓦激光器更好。 这是因为激光器列阵中 的各个激光器的输出光， 相位不同， 波长也可能有所差异， 合成光束的相千 性较单个激光器输出光束更低，这对减少激光散斑有重要作用。如图 4所示， 可以根据需要釆用激光器 1至激光器 N来进行激光输出。 对于上述的保偏消相千机构， 由于激光显示性能上最大的挑战就是激光 图像散斑噪音。 这是由激光光束的高度相千性引起的。 现已有多种消散斑的 技术被应用到激光显示中， 但这些技术没有考虑保持激光光束的偏振特性。 在本发明中，提出以下几种可用于 3D激光显示的保偏的消散斑的技术方案。 图 5a是根据本发明第一实施例的消相千机构的示意图。 在该实施例中， 消相千机构釆用非对称的光纤结构来实现。 通过多模光纤保偏消散斑， 如图 5a所示， 用非对称的光纤结构可使沿不 同方向偏振的光纤模的模式结构差异很大， 这样一个方向的偏振艮难耦合到 另一个方向， 从而达到保偏的目的。 图 5b是如图 5a所示的消相千机构对偏振光进行消相千的示意图。 如图 5b 所示， 将偏振光投入多模保偏光纤时， 光将分解为许多模式， 由于各模式传播速度不同， 随着光在光纤中传播， 不同模式的光的相千性越 来越小， 光从光纤中输出时， 相千性将大为降低。 激光图像的散斑也将随之 减少。 图 6a是根据本发明第二实施例的消相千机构的示意图。 在该实施例中， 消相千机构釆用散射片来实现。 如图 6a所示， 该实施例釆用散射片进行保偏消散斑， 散射片是消散斑技 术之一。 但消散斑应用中的散射片不具保偏性能， 优选地， 本发明用保偏屏 幕的材料制成具有保偏性能的散射片。图 5a中，激光束入射到保偏散射片上， 经散射片反射成一定散射较的光束， 然后经过准直等处理进入下一个部件。 为加强消相关效果， 优选地， 散射片需运动， 运动形式可是转动等。 图 6b是如图 6a所示的消相千机构对偏振光进行消相千的示意图。 该实施例示出了保偏散射片是投射式的情况。 对于激光束的整形， 光束整形机构可以釆用复眼透镜和光棒， 另外， 整 形机构不一定设置于消散斑机构 （也即消相千机构） 之后， 也可设置在消散 斑机构之前。 其中， 在光束整形机构釆用复眼透镜时， 消散斑机构既可以设 置于复眼透镜之前或之后， 也可以设置在复眼透镜之中， 其中， 该复眼透镜 可以由多个镜头构成。 对于激光束的调制， 微显示器可用 DLP, LCOS和 LCD, 使用 LCOS和 LCD时， 两个啟显示器偏振方向可以相同同， 也可以不同。 如都用 S光投到 两个接收 S光的微显示器， 再将从一个微显示器出来的光， 通过类似 3a的 方式改换其偏振态； 或者用类似 3c, 3d将从一个微显示器出来的光变换为左 旋偏振光， 将从另一个啟显示器出来的光变换为右旋偏振光。 也可用 S光投 到一个接收 S光微显示器， P光投到另一个接收 P光微显示器。 两个微显示器也可以是集成为一个微显示器， 如微显示器每一像素分为 两小像素， 一个为左眼信号， 另一个为右眼信号。 用 S 光入射微显示器， 用按像素设计的偏光转换屏将其中一个小像素出射光的偏振态转换。

^啟显示器利用 3D信号对激光束的调制可以通过下列方式来实现：

S光投向一个啟显示器 （MD ), P光投向另一个啟显示器 （MD )。 左眼 信号加载到一个微显示器， 右眼信号加载到另一个微显示器。 从两个微显示 器出来的两光束可合束后一起投影到屏幕上， 也可分别投影到屏幕上。 投到 显示器 S光或 P光都包含红绿蓝三色， 由于激光器容易高速调制， 红绿蓝 三色可以时序的方式依次通过微显示器， 这样可用一个微显示器实现三色的 投影。 复杂的设计也可将红绿蓝三色分开， 投到三个不同的微显示器上， 这 时， 左眼信号和右眼信号都各须一个三片式投影机来完成投影。 在上述方式中， S光投向一个接收 S光啟显示器 （MD ), P光投向一个 接收 P光微显示器（MD )。 可选地， 也可将两束 S光或两束 P光投向两个接 收 S光微显示器或两个接收 P光微显示器， 然后将其中一个微显示器出射的 线偏振光改变偏振方向；或两个啟显示器出射的偏振光一个改成左旋偏振光， 另一个改成右旋偏振光。 对于投影屏幕， 该投影屏幕可以釆用保偏屏幕， 同时还可以釆用偏振眼 镜对屏幕散射的光线进行接收。 图 7是根据本发明第三实施例的投影系统的示意图。 在第一实施例中的投影系统， S光和 P光是合束输出的， 同时经过消散 斑机构和整形机构， 在 i显示器之前， 将 S光和 P光分离， 之后再合束后再 到投影系统， 这样的系统可在微显示器之前的各环节使用激光器原始输出的 线偏振光， 然后用偏振分离器件分出 S光和 P光。 不同于本发明第一实施例中的投影系统， 该实施例示出了另外一种类型 的投影系统， 在该投影系统中， 投影系统釆用如图 7所示的分离结构， 这是 激光光源输出需用分离的 S光和 P光。 如图所示， 在该实施例中， 对 S偏振光和 P偏振光分别进行处理， 即， 对 S偏振光和 P偏振光分别进行消相千、 整形、 以及将整形后的偏振光分别 投射到微显示器， 利用右眼信号和左眼信号对 S偏振光和 P偏振光分别进行 调制， 以及将投影机将调制后的图像投影到保偏屏幕上。 本发明实施例还提供了一种立体投影方法。 在该立体投影方法中， 投影 机釆用激光偏振光源输出的偏振光进行投影。 上述立体投影方法还可以包括： 对所述激光偏振光源输出的偏振光进行 消相千。 上述立体投影方法还包括： 对所述激光偏振光源输出的偏振光中的 s偏 振光和 p偏振光分别进行调制。 本发明所提供的立体投影方法， 利用激光光源的偏振特性， 实现从激光 偏振光的产生、激光偏振光的消相千、 3D信号的偏振光调制、偏振光的投影、 屏幕的偏振特性保持和偏振光的接收的全偏振的激光 3D投影系统。 激光投 影在色彩、 效率、 寿命和环保等方面较传统的投影技术都具有突出的优势。 上述实施例中的立体投影系统还可以用于电视机中， 因而， 本发明实施 例还提供了一种电视机。 传统电视机与投影机的区别主要区别在于， 电视机作为显示设备， 其信 号源主要来自于天线和有线电视频道。 而投影机作为显示设备， 信号源主要 来自 DVD、 蓝光 （Blu-Ray ) 和计算机等。 但是， 由于机顶盒的出现， 电视 也可播放来自 DVD、 Blu-Ray等的片源， 投影机也可也可播放来自电视频道 的片源。 根据本发明实施例的投影系统可分为前投和背投两种形式， 对于背投的 投影机， 屏幕和投影机一体化， 内置机顶盒， 从而能接收和处理电视信号， 也即可以作为根据本发明实施例的电视机。 对于前投的投影机， 展幕和投影 机分离， 一般不含机顶盒。 其中， 前投的保偏屏幕为反射式， 背投的保偏屏 幕为投射式。 从以上的描述中， 可以看出， 本发明实现了减少立体投影时的光能损失 以及简化立体投影设备结构的效果。 进一步地， 本发明利用激光光源的偏振 特性、 实现从激光的产生、 消相千、 调制、 屏幕散射和观看接接收全过程的 偏振立体投影系统， 结合了偏振立体显示结构简单、 观看舒适等优点和激光 显示大色域、 高效节能等优点。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本 领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的 ^"神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护 范围之内。

Claims (1)

1. 权 利 要 求 书

   1. 一种立体投影系统， 其特征在于， 包括： 激光偏振光源， 用于产生偏振光；

   显示器， 用于利用 3D 信号对所述激光偏振光源产生的偏振光 进行调制；

   投影机， 用于利用所述调制后的偏振光进行立体投影； 以及 投影屏幕， 用于接收来自所述投影机的立体投影。

   2. 根据权利要求 1所述的立体投影系统， 其特征在于， 所述激光光源釆 用激光器阵列。

   3. 根据权利要求 1所述的立体投影系统， 其特征在于， 还包括：

   消相千机构，用于对所述激光偏振光源产生的偏振光进行消相千。

   4. 根据权利要求 3所述的立体投影系统， 其特征在于， 所述消相千机构 釆用消相千多模光纤或散射片。

   5. 根据权利要求 4所述的立体投影系统， 其特征在于， 所述散射片与所 述投影屏幕釆用相同的材料。

   6. 根据权利要求 1所述的立体投影系统， 其特征在于， 还包括光束整形 机构， 其中， 所述啟显示器包括两个啟显示器， 其中：

   所述光束整形机构， 用于所述激光偏振光源产生的偏振光中的 s 偏振光和 p偏振光分别投射到所述两个 4啟显示器上；

   所述两个啟显示器， 用于对所述 s偏振光和所述 p偏振光分别进 行调制。

   7. 根据权利要求 1所述的立体投影系统， 其特征在于， 还包括：

   偏振光眼镜， 用于接收来自所述投影屏幕散射的光。

   8. —种立体投影方法， 其特征在于， 釆用激光偏振光源产生的偏振光进 行立体投影。

   . 根据权利要求 8所述的立体投影方法， 其特征在于， 还包括： 对所述激光偏振光源产生的偏振光进行消相千。

   10. 根据权利要求 9所述的立体投影方法， 其特征在于， 还包括：

   对所述激光偏振光源产生的偏振光中的 s偏振光和 p偏振光分别 进行调制。

   11. 一种电视机， 其特征在于， 包括权利要求 1至 7中任一项所述的立体 投影系统。