CN103217863B - 一种基于偏振光回收的偏振3d系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于偏振光回收的偏振3D系统，其由分光片、光路调节器组、下偏振片、银幕、反射镜、上偏振片组成，从投影机透射的光，一路经分光片、光路调节器组、下偏振片投射到银幕上；另一路经分光片折射到反射镜上，折射到反射镜上的光，再经上偏光片投射到银幕上。本发明的优越效果在于：相对于一般的偏振3D系统，在放映3D影片时可实现双倍亮度，其3D效果比一般的偏振3D系统要明显与清晰；本发明相对于现有的双机3D系统与IMAX3D系统，系统组成简单，安装上也没有双机3D系统的要求，而且更节省成本。

Description

一种基于偏振光回收的偏振3D系统

技术领域

本发明涉及光学系统，更详细地说，涉及基于偏振光回收的偏振3D系统。

背景技术

偏振式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，通过在显示屏幕上加放偏光板，可以向观看者输送两幅偏振方向不同的两幅画面，当画面经过偏振眼睛时，由于偏振式眼镜的每只镜片只能接受一个偏振方向的画面，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。

图1所示为非偏振光和完全偏振光的示意图。图1左侧即为自然光在所有方向是均匀分布或传输的，即为非偏振光。图1右侧表示光线在同一方向上产生振动，此即为偏振光。

由光学原理可知，光其实就是由互相垂直的电场和磁场形成的一种电磁波，自然光是很多电磁波的混合物，它在各个方向的振动是均匀的。当它以特定的角度(布儒斯特角)经过非金属表面后反射形成的眩光是偏振光。偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。部分偏振光偏离角度的程度是不相同，偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。有了偏振光，有时会给摄像带来不利，玻璃表面的反射光，使人们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼。

人们利用偏振光的这种特性正好就能够很好的满足立体电影即3D电影的需求，使得人们的左右眼看到完全不同的画面。通过给两个投影机加装偏振片，让投影机投射出互相垂直的完全偏振光波，然后观众通过特定的偏振眼镜，就能让左右眼看到各自不同的画面而互不干涉。

偏振放映技术目前在3D电影院中较为常见，在早期放映立体电影时，也曾经使用过偏振眼镜。但确切的说，那时使用的眼镜应该叫线偏振眼镜。而现在普遍使用的圆偏振技术是在线偏振的基础上发展的，原理基本一致，但它在观看效果上比线偏振有了质的飞跃。

以前人们在使用线偏振眼镜看立体电影时，应始终保持眼镜处于水平状态，使水平偏振镜片看到水平偏振方向的图像，而垂直偏振镜片看到垂直偏振方向的图像。如果眼镜略有偏转，垂直偏振镜片就会看见一部分水平方向的图像，水平偏振镜片也会看见一部分垂直方向的图像，左、右眼就会看到明显的重影。

传统的偏振式3D技术，其缺点是，存在亮度损失。由偏光原理可知，这种技术会使画面亮度只能达到原来亮度的16%，所以偏振式3D技术对投影机的亮度输出的要求较高。或者通过使用双机输出的方式提高亮度。

发明内容

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，其由分光片、光路调节器组、下偏振片、银幕、反射镜、上偏振片组成。从投影机透射的光，一路经分光片、光路调节器组、下偏振投射到银幕上；另一路经分光片折射到反射镜上，折射到反射镜上的光，再经上偏光片投射到银幕上。

所述光路调节器组是一种用于调节光路中图像大小的装置。在光学上应用上实现对光路中的放大率进行调整。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，其技术解决方案的原理在于，光效是本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统基本的核心技术要素，而对于想获得优质3D视听体验观众来说无疑也是最重要的。因为传统的偏振式3D成像会对光亮有很大损耗，进而影响观众观看的视觉舒适度和影像层次的呈现，所以经常会看到观看3D电影的观众抱怨画面昏暗，看不清细节，长时间佩戴眼睛不适、疲劳等问题。虽然3D设备不能制造更多光亮，但可以尽量减少光的损耗。本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统能把原本在制造偏振光中消耗的光效回收再利用，而把光亮损耗减少到最低。

对于普通的偏振光3D系统来说，投影机发出的混合偏振光打到偏振片上，P光通过偏振片打到银幕上，而S光则被偏振片反射回来，在整个光路中，S光被白白浪费。因此实际银幕上可见光的亮度只有经过偏振光前的一半。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，投影机发出的混合偏振光先是通过分光片分为P光与S光，P光直接通过分光片，经过偏振片后打到银幕上，S光被分光片向上反射，通过上面的反射镜后，经过偏振片打到银幕上。这样就把原来浪费的S光重新回收利用了。经过这一循环利用，能够显著的提高到投射到偏振片上的光强度，这样经过偏振片输出的偏振光的亮度就可以提高一倍。

如果假定2D电影放映的亮度水平为双眼100%，则3D系统中的理论极限值为每只眼睛为50%，市场上大多数的3D设备只能达到每只眼睛10%—17%，本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统能够把偏振光中消耗的光效回收再利用，使得光效可达到接近30%。

本发明基于偏振光回收的偏振3D系统中的画面重合原理，通过调整上光路中反射镜的角度，使得通过上、下光路投射到银幕上的光斑重合。由于从投影机中投射出来的光是具有某种角度的发散光，而本发明中，上光路与下光路存在光路长度不一的情况，上光路与下光路在银幕中调整画面重合时，当中心点重合后，会在银幕中呈现出大图套小图的现象。为此，本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，在下光路中加入了一个光路调节器组，用于调整下光路中光的发散角度，使得下光路打出的光斑在银幕上能与上光路的光斑重合。

本发明所述光路调节器组是一种用于调节光路中图像大小的装置。在光学应用上实现对光路中的放大率进行调整。

目前，本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统的实现有两种技术，一种是线偏振光，就是上面所描述的偏振光。另一种是圆偏振光，它是其于线偏振光的，在线偏振光的基础上，通过光学起旋，让线偏振光旋转。圆偏振光偏振方向是有规律的旋转着的，它可分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们相互间的干扰非常小，它的通光特性和阻光特性基本不受旋转角度的影响。现在看偏振形式的3D电影时，观众佩戴的偏振眼镜片一个是左旋偏振片，另一个是右旋偏振片，也就是说观众的左右眼分别看到的是左旋偏振光和右旋偏振光带来的不同画面，通过人的视觉系统产生立体感。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统能够实现如上所述的两种技术，即一种是线偏振光，就是上面所描述的偏振光；另一种是圆偏振光。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统在应用中色彩损失是最小的，色彩显示更为准确，更接近其原始值。鉴于眼镜的透镜本身几乎没有任何颜色，对用于偏振光系统的节目内容进行色彩纠正也更为容易。尤其是肤色，在一个偏振光系统中，看上去更为真实可信。偏振式3D技术的3D效果也比较突出，立体感觉真实。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，光效是3D系统的核心技术要素，而对于想获得优质3D视听体验观众来说无疑也是最重要的。因为传统的偏振式3D成像会对光亮有很大损耗，进而影响观众观看的视觉舒适度和影像层次的呈现，所以经常会看到观看3D电影的观众抱怨画面昏暗，看不清细节，长时间佩戴眼睛不适、疲劳等问题。虽然3D设备不能制造更多光亮，但可以尽量减少光的损耗。本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统能把原本在制造偏振光中消耗的光效回收再利用，而把光亮损耗减少到最低。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统的优越效果在于：

1,本发明相对于一般的偏振3D系统，在放映3D影片时可实现双倍亮度，其3D效果比一般的偏振3D系统要明显与清晰。

2,本发明相对于现有的双机3D系统与IMAX3D系统，系统组成简单，由于双机3D系统需要使用两台放映机，两台放映机的相互间的关系，机位的摆放，镜头角度的选择，放映窗口的设置均需要专业人员计算调整。而本发明只需使用一台放映机，安装上也没有双机3D系统的要求。

3，本发明相对于现有的双机3D系统与IMAX3D系统，总体成本、后期维护成本要低廉。一台放映机的价格在30万以上，IMAX的成本更是上百万，本发明相对于这两种系统，成本节约了至少30-100万。在后期维护上，放映机的氙灯只能用3个月，一个氙灯成本在1万左右，使用本发明，一年至少能省下来4支氙灯，节约成本4万。

附图说明

图1为非偏振光与偏振光示意图；

图2为左旋和右旋偏振光波示意图；

图3为偏振光3D系统光效示意图；

图4为光基于本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统光效示意图；

图5为本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统画面重合调整示意图；

图6为本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统的上光路斑与下光路斑的示意图；

图7为本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统的光回收示意装置；

图8为本发明所述光路调节器组对光路放大率的调整示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图3至8，介绍本发明具体实施方式。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统由分光片1、光路调节器组2、下偏振片3、银幕4、反射镜5、上偏振片6构成。从投影机透射的光，一路经分光片1经光路调节器组2、下偏振3投射到银幕4上；另一组经分光片1折射到反射镜5上的光，经上偏光片6投射到银幕上。

光路调节器组2对下光路的调整如图8所示。光路调节器组2能够为一个光路调节器，也能够为多个光路调节器，是用于调节光路中图像大小的装置，在光学应用上实现对光路中的放大率进行调整。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统，基本工作原理如下所述。

如图3所示，对于普通的偏振光3D系统来说，投影机发出的混合偏振光打到偏振片上，P光通过偏振片打到银幕4上，而S光则被偏振片反射回来，在整个光路中，S光被白白浪费。因此实际银幕4上可见光的亮度只有经过偏振光前的一半。

如图4所示，传统的偏振式3D成像会对光亮有很大损耗，进而影响观众观看的视觉舒适度和影像层次的呈现。观众感觉电影银幕画面昏暗，看不清细节，长时间佩戴眼睛不适、疲劳等问题。本发明所述基于偏振光回收的3D系统能把原本在制造偏振光中消耗的光效回收再利用，而把光亮损耗减少到最低。

本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统的技术解决方案，投影机发出的混合偏振光先经过分光片1后，混合偏振光分为P光与S光，P光直接通过分光片1，经过偏振片后打到银幕4上，S光被分光片1向上反射，通过如图4所示的上面的反射镜5后，经过偏振片投射到银幕4上，就将原来图3中浪费的S光重新回收利用。经过这一循环利用，能够显著的提高到投射到偏振片上的光强度，这样经过偏振片输出的偏振光的亮度就可以提高一倍。

在本发明中，假定2D电影放映的亮度水平为双眼100%，则3D系统中的理论极限值为每只眼睛为50%，市面出售的3D设备一般只能达到每只眼睛10%—17%，通过本发明所述光回收装置把偏振光中消耗的光效回收再利用，光效提供近30%。

本发明基于偏振光回收的偏振3D系统的画面重合原理如图5所示，通过调整上光路中反射镜的角度，使得通过上下光路投射到银幕4上的光斑重合。通常，从投影机中出来的光是具有一定角度的发散光，而本发明中，上光路与下光路存在光路长度不一的状况，上光路与下光路在银幕4中调整画面重合时，当中心点重合后，会在银幕4中呈现出上光路投射到银幕4的光斑大于下光路投射到银幕4的光斑，两个光斑在银幕4上的重合效果看上去就是大光斑包围着小光斑，这就是大图套小图的现象，如图6所示。本发明所述基于偏振光回收的偏振3D系统解决大图套小图的现象，即在下光路中加入了一个光路调节器组2，用于调整下光路中光的发散角度，使得下光路投射的光斑在银幕4上能与上光路的光斑重合，如图7所示。

本发明所述光路调节器组2对下光路的调整如图8所示。光路调节器组2是一种用于调节光路中图像大小的装置。在光学应用上实现对光路中的放大率进行调整。

Claims (3)

1.一种基于偏振光回收的偏振3D系统，其由分光片、光路调节器组、下偏振片、银幕、反射镜、上偏振片组成，从投影机透射的光，一路经分光片、光路调节器组、下偏振片投射到银幕上；另一路经分光片折射到反射镜上，折射到反射镜上的光，再经上偏光片投射到银幕上。

2.如权利要求1所述基于偏振光回收的偏振3D系统，其特征在于光路调节器组能够为一个光路调节器，用于调节光路中图像的大小，实现对光路中的放大率的调整。

3.如权利要求1所述基于偏振光回收的偏振3D系统，其特征在于，光路调节器组能够为多个光路调节器，用于调节光路中图像的大小，实现对光路中的放大率的调整。