CN106164751A - 用于立体图像装置的调制器和使用该调制器的立体图像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于立体图像装置的调制器，其包括：两个间隔开的衬底；设在所述衬底之间的两个电极；和设在所述电极之间的液晶单元，其中，两个衬底中的至少一个被分为多个电极，这些电极中的每个被形成为绝缘的，使得能够施加多个不同的电压。

Description

用于立体图像装置的调制器和使用该调制器的立体图像装置
技术领域
以下的描述涉及配置为使立体图像的串扰最小化的用于立体图像装置的调制器，以及使用该调制器的高亮度立体图像装置，并且更具体地，涉及能够解决由于分束器造成的光路差问题以及反射元件的效率问题的立体图像装置。
背景技术
图1是示出使用普通投影仪、调制器和3D眼镜的立体图像实现方法的示意图。
由投影仪1产生的图像被转换为线偏振光，以透射穿过调制器2。通过使用与投影仪1连通的信号驱动调制器2，将透射穿过调制器2的图像光调制为顺时针方向或逆时针方向的圆偏振光，并且将其照射到屏幕上。可以通过3D眼镜4将从屏幕反射的图像光作为立体图像呈现给观看者。
图2为示出传统调制器的配置的图。
线偏振的入射光通过连续穿过透明衬底9、透明电极8、液晶(LC)层7、透明电极6和透明电极5而射出。
彼此间隔开的透明电极6和8由电压驱动装置10使用不同的电压来驱动，使得将射出的光转换为顺时针方向或逆时针方向的圆偏振光。
图3为示出根据入射光的入射角的在LC层中的光传播路径。
如果入射角不垂直于LC层13并且为θ1，那么LC层13的厚度d和透射穿过LC层13的光束的长度1之差，即(1-d)，如下。
等式1
l-d＝d(1/Cos[ASin{(n1/n2)Sinθ1}]-1)
其中，n1表示空气的折射率且为1，并且n2表示LC层的折射率且约为1.5。
图4为示出基于等式1，根据入射角θ1的变化的光路差(l-d)/d的示图。
在图4中，0％的光路差对应于光垂直入射到LC层上的情况。当入射角增加时，l变得大于d并且因此光路差增大。
通过立体图像系统的投射比(TR；投影仪与屏幕之间的距离/屏幕的宽度)来确定最大入射角。例如，当TR为1.5和1.3时，最大入射角分别为约18度和21度。
因此，光路差为2.1％(在18度的情况下)和3.0％(在21度的情况下)。由于偏振转换效率与光路差成比例，因此出现相位延迟。由于光路差，使得穿过调制器的中心部分和最外面部分的光的圆偏振光转换效率分别为2.1％和3.0％。
TR为1.3，并且通过对在入射角为1到24度时的光路差取平均值而获得的值为1.4％。
通过该差值，左眼和右眼通过3D眼镜4感知到的图像中出现串扰，使得立体图像的图像质量变差。
如上所述，除了用于立体图像装置的调制器的问题之外，使用分束器用于高亮度立体图像实现的立体图像装置具有如下问题。
图5为在立体图像装置中使用以用于高亮度立体图像实现的分束器的侧视图。
如在图5中所示，在立体图像装置中使用的分束器中，当具有P偏振光和S偏振光的混合的光输入分束器1时，P偏振光可以透射，而S偏振光被反射。反射的S偏振光可以被设置在分束器1上侧的反射镜2反射并且然后穿过半波延迟器4。反射的S偏振光可以转换为P偏振光，并然后传播至屏幕。透射穿过分束器1的P偏振光可以穿过设置在分束器1下侧的棱镜3并传播至屏幕。
虽在图5中未示出，但是如上所述，透射穿过分束器的光可以由在图2中示出的调制器调制并且之后投射至屏幕上。
但是，为了将该技术应用至立体图像装置，以下条件是必须的。
从投影仪发出的光的图像具有预定尺寸。为了在屏幕上实现具有良好效率和高图像质量的立体图像，由沿着透射路径传播的光在屏幕上显示的图像的尺寸和由沿着反射路径传播的光在屏幕上显示的图像的尺寸应该彼此相等或者相似，使得这两个图像彼此重叠。即，在使用分束器以便实现高亮度的立体图像的立体图像装置中，随着通过两个路径的光在屏幕上的重叠率增加，立体图像的质量可以增加。需要用于对透射光路径和反射光路径之间的路径差进行补偿的手段。
此外，由于分束器的反射镜2形成在棱镜上，因此制造成本增加。此外，当光被反射镜反射时，可能出现光损耗。
发明内容
【技术问题】
本发明的一个目标设计为解决在能够减少在立体图像的中心部分和外部部分中出现的串扰的用于立体图像装置的调制器中存在的问题。
本发明的另一个目标为提供使用该调制器的立体图像装置，该立体图像装置能够有效减小由于在透射光和反射光之间的光路差导致的影响，同时还使用分束器来实现高亮度的立体图像。
本发明的另一个目标是提供除了上述发明之外或者独立于上述发明，能够通过全反射增加光利用效率的高亮度立体图像装置。
本发明的效果并不限于上述效果，并且根据以下说明，本文未描述的其他效果对本领域技术人员而言会变得显而易见。
【技术方案】
能够通过提供用于立体图像装置的调制器来实现本发明的目标，其中，所述调制器包括第一衬底和与第一衬底间隔开的第二衬底，设在第一衬底和第二衬底之间的第一和第二电极，以及设在第一电极和第二电极之间的液晶部分，其中，第一电极和第二电极中的一个或更多个被分为多个电极，以便施加多个不同的电压并且所述多个电极彼此绝缘。
此外，使用该调制器的立体图像装置包括用于投射立体图像的投影仪和调制器，所述调制器用于基于与投影仪连通的信号来将由投影仪投射的立体图像调制为顺时针或逆时针方向的圆偏振光。
该立体图像装置还可以包括分束器，所述分束器用于在从投影仪照射出的光之中透射具有第一偏振方向的光并反射具有第二偏振方向的光。
在本发明的另一方面，该立体图像装置还可以包括在分束器附近彼此黏附的多个单元棱镜，以使输入到分束器的光和被分束器透射或反射的光通过；以及衬底，所述衬底用于将入射光引导至多个单元棱镜，以便防止由于在分束器附近布置多个棱镜单元时出现的公差而导致的光损耗。
该立体图像装置还可以包括用于折射和反射被分束器反射的光并将光照射向屏幕的棱镜。这时，被分束器反射至棱镜的反射表面的光的入射角等于或大于将被分束器反射的光全反射向屏幕的临界角。
【有益效果】
根据本发明，由于根据区段将电极分为多个电极并且根据区段对多个分离的电极施加不同电压，因此能够减少由于调制器的光路差而导致的偏振光的相位延迟，并能够显著减小串扰。
即，由于将低电压施加至中心电极而将高电压施加至外部电极，使得液晶图案在区段之间是不同的，相位延迟在区段之间也是不同的。因此，能够减少由于光路差引起的相位延迟。
因此，能够使在立体图像的中心部分和外部部分出现的串扰最小化以获得高质量的立体图像。
根据本发明的另一方面，由于在利用分束器来提供高亮度立体图像时，由反射光形成的图像的尺寸与由透射光形成的图像的尺寸可以相等，因此能够提高图像质量和屏幕亮度。
特别地，通过在棱镜前面提供衬底，能够抑制由于在棱镜的入射表面之间形成的空间而导致的光损耗。
此外，通过在衬底前面提供折射元件，能够防止光进入棱镜的入射表面之间形成的空间。因此能够防止光的耗散。
此外，通过在透射路径上提供透镜或者在反射路径上提供反射元件-棱镜组件，由反射光形成的图像可以匹配由透射光形成的图像。因此能够实现高质量的立体图像。
此外，除上述方法之外或者独立于上述方法，能够实施利用全反射来增加光利用效率的高亮度立体图像装置。
附图说明
图1是示出使用一般投影仪、调制器和3D眼镜的立体图像实现方法的示意图。
图2为示出常规调制器的配置的图。
图3为示出根据入射光的入射角，在LC层中的光传播路径的示图。
图4为示出根据入射角的变化的光路差的示图。
图5为在用于实现高亮度立体图像的立体图像装置中使用的分束器的侧视图。
图6为根据本发明的实施例的调制器的横截面视图。
图7为示出中心电极和外部电极的布置的平面图。
图8为示出根据本发明的实施例，根据在调制器中施加的电压改变的液晶图案的示图。
图9为由于对施加至图7中示出的电极的电压进行优化而导致的光路差和相位延迟的图表。
图10为根据本发明的实施例的调制器的局部横截面视图。
图11为示出根据本发明的操作的光传播路径的图表。
图12为示出光在立体图像装置中的传播的侧视图。
图13和14为图示了通过分束器来调节透射光和反射光之间的光路差的方法的示图。
图15为图示了将偏振光分离并且然后在相同方向上收集偏振光的技术的示例的示图。
图16为示出根据本发明的一方面，光在立体图像装置中传播的侧视图。
图17和18为示出在本发明的一个实施例中棱镜被分离的状态和耦合的状态的示图。
图19为示出在本发明的一个实施例中衬底附接到棱镜的状态的示图。
图20为示出光在具有根据图19的棱镜、衬底和传播路径的透镜的立体图像装置中的传播的侧视图。
图21为示出消除在图16中示出的系统中由透射光形成的图像的尺寸与由反射光形成的图像的尺寸之间的差别的另一方法的示图。
图22为示出与图16、18、19和20相比，增大光学效率的方法的示图。
图23为示出由铝和银制成的可见光区域的反射率的示图。
图24为示出根据本发明的实施例的立体图像装置的示图。
图25为示出根据入射角的折射率的示图。
图26示出了根据本发明的实施例的多分割立体图像显示装置。
具体实施方式
后文中将参照附图描述本发明的实施例。
图6为根据本发明的实施例的调制器的横截面视图。
如在图6中所示，根据本发明的实施例的调制器包括形成其外形的第一衬底39和第二衬底35。第一衬底39和第二衬底35可以由透明材料制成。第一电极38和第二电极36可以设在第一衬底39和第二衬底35之间，并且液晶部分37可以设于第一电极38和第二电极36之间。
第一电极38和第二电极36中的任一个可以作为公共电极，而另一个可以包括分开的电极。可以对该分开的电极施加不同的电压，并且该分开的电极是绝缘的。
第一电极38和第二电极36是透明电极，并且可以由例如氧化铟锡(ITO)或ZnO之类的透明导电无机材料制成。
在图6中，如果第一电极38为公共电极而第二电极36包括分开的电极，则设在第二电极36中心的电极可以定义为中心电极20，并且设在第二电极36外侧的电极可以定义为外部电极16、17、18、19、21、22、23和24。
替代地，第二电极36可以为公共电极，而第一电极38可以包括分开的电极，或者第一电极38和第二电极36两者都可以包括分开的电极。
图7为示出中心电极20和外部电极16、17、18、19、21、22、23和24的布置的平面图。
中心电极和外部电极可以彼此分开并绝缘，并且多个外部电极可以彼此分开并绝缘。此处，可以使用不同的电压来驱动中心电极20和外部电极16、17、18、19、21、22、23和24。外部电极16、17、18、19、21、22、23和24可以设在中心电极20周围。
以通过切割同心圆的上侧和下侧获得的形状来布置调制器的电极，并且外部电极可以具有矩形形状，以与从投影仪输出的图像的形状和屏幕的形状一致或者为了用于提供电压的连接器的连接的便利性。光的入射角在中心电极20中是最小的，而在外部电极16、17、18、19、21、22、23和24中相对较大。
多个外部电极16、17、18、19、21、22、23和24可以布置在中心电极20的两侧，并且可以相对于中心电极20对称。特别地，可以对与中心电极20间隔同样距离的外部电极施加相同的电压，这是由于在与中心电极20向右间隔第一距离的外部电极(例如21)和与中心电极20向左间隔第一距离的外部电极(例如19)上的入射光的角度可以是相同的。
相对于中心电极20对称并与中心电极20间隔相同距离的外部电极16和24、17和23、18和22、以及19和21形成各自的对，并且可以对形成每个对的外部电极施加相同的电压。为此，这些电极可以是电连接的。
施加至中心电极20的电压可以小于施加至外部电极16、17、18、19、21、22、23和24的电压，并且所施加的电压朝向位于最外侧的外部电极逐渐增大。
图8为示出根据本发明的实施例，根据在调制器中施加的电压改变的液晶图案的示图。
当施加的电压较高时，相位延迟较低，而当施加的电压较低时，相位延迟较高。图8(a)示出当施加的电压较高并且因此在第一电极38和第二电极36之间的电势差较高时的液晶布置，图8(b)示出当施加的电压较低并且因此在第一电极38和第二电极36之间的电势差较低的时的液晶布置。
因此，在图7和图8的结构中，当施加的电压从中心电极20向外部电极16、17、18、19、21、22、23和24增加时，在对应于外部电极16、17、18、19、21、22、23和24的液晶部分37中可以形成图8(b)中示出的液晶布置状态，并且在对应于外部电极16、17、18、19、21、22、23和24的液晶部分37中可以形成图8(a)中示出的液晶布置状态。例如，执行控制，使得对中心电极20施加5V的电压，对外部电极19和21施加5.2V的电压，对外部电极18和22施加5.4V的电压，对外部电极17和23施加5.6V的电压，并且对外部电极16和24施加5.8V的电压。因此，与调制器30的外部部分相比，相位延迟在调制器30的中心部分增大，从而减小了由于外部部分和中心部分之间的光路差导致的相位延迟。
图9为对施加至图7中示出的电极的电压进行优化而导致的光路差和相位延迟的图表。
在此，由(A)表示的部分为示出根据背景技术的光路差变化的图表，而由(B)表示的部分为示出根据本发明的相位变化的图。
(B)示出了当根据区段对施加至调制器的电压进行调节使得产生最佳圆偏振光时的相位延迟。
在(B)的图表中，与对应于分开的电极的区段相一致地，以锯齿状形成相位延迟曲线。该锯齿形状中的上升区段的斜率可以对应于与(A)中的每个区段相对应的光路差的斜率。
参照图9的曲线(B)，即使在入射角增大时，相位延迟也在预定范围内变化。与之相比，在背景技术中，随着入射角的增大，光路差增加，并且由于光路差的增加，相位延迟增加。
即，在(A)的情况下，在向电极施加相同电压的状态下，随着入射角的增大，光路差连续增大。与之相比，在(B)中，相位延迟快速地减小的部分是指在彼此分开并绝缘的中心电极和外部电极之间的部分或者在外部电极和位于该外部电极外侧的另一个外部电极之间的部分。因为如上所述施加的电压根据电极(中心或外部电极)的位置改变，因此相位延迟不会超出预定水平。
在(B)中所示的锯齿之中，上升曲线的斜率是光路差计算等式(等式1)的斜率，相位延迟值在电极之间的边界中大幅度垂直减少，并且重复相位延迟值在最低点以上述斜率上升并且之后在下一个边界下降的图案。
为了优化，考虑电极的尺寸和允许的串扰而确定电极的区段，并且之后通过减去每个区段的串扰均值来改变电压。当电极的区段被分为6个区段时，能够获得图9的(B)中示出的锯齿曲线。
由于光路差/相位延迟导致的串扰的影响可以用每个曲线下面的面积之比来表示。当计算曲线(A)下面的空间的面积与曲线(B)下面的空间的面积之比时，与曲线(A)下面的空间的面积相比较，曲线(B)下面的空间的面积减小。因此，与背景技术相比较，串扰的影响明显减小。
图10为根据本发明的实施例的调制器的局部横截面视图。
如在图10中所示，设置间隙t，使得分开的电极彼此绝缘，以使得将不同电压施加至分开的电极，并且该间隙可以设置为数μm到数十μm使得对光透射穿过调制器的速度的影响最小化。
图11为根据本发明的操作的光传播路径的示图。
从投影仪发出的光可以散射并输入到调制器30。这时，施加的电压可以从调制器30的第二电极36的中心电极20向外部电极16到29以及21到24逐渐增大。由于施加至中心和外部电极的电压不同，第二电极36与第一电极38之间的电势差从中心电极到外部电极逐渐增大。
如上所述，液晶部分37的相位延迟可以在电势差减小时增加而在电势差增加时减小。入射到中心部分上的光的路径与入射到外部部分上的光的路径不根据电势差而改变，但是施加至中心部分和外部部分的电势差被用于补偿由于光路差引起的相位延迟。因此，穿过外部部分的液晶部分的光的相位并不明显地不同于穿过液晶部分的中心部分的光的相位。
下文中将描述可应用上述调制器的立体图像装置。更具体地，与背景技术比较，以下的立体图像装置提供了改善的亮度。
图12为示出光在立体图像装置中传播的侧视图。
如在图12中所示，从投影仪中的用于产生图像的图像表面5发射的光在穿过投影透镜6之后被分束器7分为具有偏振分量的光。即，具有S偏振分量和P偏振分量的光被分束器7反射或者透射穿过分束器7。
具有反射的S偏振分量的光被反射元件9反射，通过半波延迟器8被转换为具有P偏振分量的光，并通过调制器13聚焦在屏幕11上。这时，所使用的调制器13可以为参照图6和7描述的调制器。
调制器13可以通过电信号来改变偏振状态。此外，如上所述，可以在中心电极和外部电极之间产生不同的电势差以减小串扰。
透射穿过分束器7的具有P偏振分量的光在经过调制器12后到达屏幕11。结果，从图像表面5发出的具有混合的偏振分量的光被调制器12和13转换成一个P偏振状态并且之后导向屏幕11。
这时，反射光的起源是反射光图像表面10，其可以与透射光图像表面5相隔距离d1。因此，到达屏幕11的透射光和反射光的尺寸(即，高度)为d4和d5，d4和d5彼此不同并且因此不能在没有改变时使用。
在图12中，假设被分束器7反射的光和透射穿过分束器7的光的光轴之间在屏幕11上的角度为θ1。如果值θ1非常小或者从分束器7到屏幕11的距离d3显著大于从分束器7到反射元件9的距离d2，那么透射光的图像表面5与反射光的图像表面10之间的间隙约等于从分束器7到反射元件9之间的距离d2。透射穿过分束器7的光在屏幕11上的尺寸d4小于反射光的尺寸d5。
如上所述，透射光与反射光在屏幕上的尺寸可以相等。
图13示出通过在透射光的光路上使用透镜14增加图像的尺寸，来将透射穿过分束器7的光在屏幕上的高度d4调整至反射光在屏幕11上的高度d5的方法。
该方法看起来简单。但是由于透镜14的放大率应根据分束器7和屏幕11之间的距离d3改变，因此根据剧场环境准备许多类型的透镜以根据距离d3选择合适的透镜。通过使用变焦透镜能够减少所需要的透镜的数目，但是由于透射率、尺寸和价格，使得变焦透镜的各个透镜的数目应限制在2或3。虽然根据投射系统来调节变焦位置，但是需要各种类型的变焦透镜。
因此，需要大量的人力来设计、制造和维护透镜14。
由于透镜14的曲率和材料受限制，透镜14的直径(即，有效直径)受限制。这意味着，当从投射透镜6发出的光的发散角较大时，难以使用该方法。因此，该方法适用于具有相对较小发散角的图像系统。
图14示出使用具有预定曲率的反射元件15(例如反射镜)来代替图13的透镜14的方法。在这种情况下，反射元件15的曲率约为5Km，并因此无法制造这种反射元件。虽然能够制造反射元件，但是由于反射元件15的光轴与反射光的光轴之间的差较大，因此像差较大并且不容易聚焦。因此，屏幕11上的图像失真，并且因此实质上不能使用反射元件。
在图15中示出了使偏振光分离并之后在相同方向上收集偏振光的技术的另一个示例。
在图15中，将P偏振光和S偏振光的混合输入到设在光学元件17和19(诸如棱镜)之间的分束器18，P偏振光透射，而S偏振光被反射。此外，通过设在其他光学元件16和17之间的分束器21，P偏振光透射并且S偏振光被反射。反射的S偏振光被半波延迟器20和22转换为P偏振光。
根据图15的配置，P偏振光在理论上是完全透射的，但是S偏振光被均分并根据透射光的直径被反射。该技术被用于将从例如灯之类的光源发出的光的偏振光与特定的偏振光(例如P偏振光)对齐，并在液晶显示装置中利用所对齐的偏振光。
下文中将提出能够有效解决上述光路差问题的立体图像装置。
图16为示出根据本发明的一方面，光在立体图像装置中传播的侧视图。
如在图16中所示，根据本发明的实施例的立体图像装置可以包括用于根据偏振分量来反射或透射入射光的分束器34和35，设在分束器34和35外侧以围绕分束器34和35的棱镜23、24和25，以及用于将来自分束器34和35的光再次朝向屏幕33反射的反射元件26和27。
此外，在反射元件26和27后面可以设置用于将导向屏幕的光转换为另一偏振分量(例如，将S偏振光转换为P偏振光)的半波延迟器28和31和用于对转换后的光进行调制(例如，将线偏振光调制为圆偏振光)的调制器29和32。这时，调制器29和32可以具有参照图6和7描述的上述结构。
分束器34和35可以包括两个倾斜的分束器，为方便起见，将其定义为第一分束器34和第二分束器35。在第一分束器34和第二分束器35之间可以设置预定的角度。
输入到第一分束器34的P偏振光穿过第一分束器34，而S偏振光被向下反射。输入到第二分束器35的P偏振光穿过第二分束器35，而S偏振光被向上反射。
棱镜23、24和25包括多个单元棱镜，并可以在其中设有分束器34和35。特别地，通过涂覆工艺，第一分束器34可以位于第一单元棱镜23和第二单元棱镜24之间的边界(黏附表面)，而第二分束器35可以位于第二单元棱镜24和第三单元棱镜25之间的边界(黏附表面)。
输入到分束器34和35的光可以通过棱镜23和25的入射表面输入到分束器34和35。被分束器34和35反射或透射的光可以通过棱镜23、24和25的出射表面而射出。在此，被第一分束器34反射的光不应与第一单元棱镜23的入射表面和第二单元棱镜24的出射表面干涉，并且被第二分束器35反射的光不应与第三单元棱镜25的入射表面和第二单元棱镜24的出射表面干涉。为此，第二单元棱镜24的两侧之间的角度θ1应小于90度。
第一单元棱镜23的入射表面与被第一分束器34反射的光之间的角度θ2以及第三单元棱镜25的入射表面与被第二分束器35反射的光之间的角度θ2应等于或者大于0.1度。
如果被第一分束器34反射的光穿过第一单元棱镜23，第一单元棱镜23的出射表面可以是平的，使得不会出现由于折射造成的额外的像差。该条件可应用于被第二分束器35反射的光穿过第三单元棱镜25的情况。
为此，第一单元棱镜23的入射表面和出射表面之间的角度θ3和第二单元棱镜24的两侧之间的角度θ1可以具有相同的值(θ1＝θ3)。此外，第二单元棱镜24的入射表面和出射表面之间的角度θ3和第二单元棱镜24的两侧之间的角度θ1具有相同的值(θ1＝θ3)。
通过这种配置，透射穿过分束器34和35的光可以通过第一调制器30投射到屏幕33上。被分束器34和35反射的光可以通过第二调制器29和第三调制器32投射到屏幕33上，以与经过透射路径的光在屏幕33上重叠。
图17和18为示出在本发明的一个实施例中，棱镜分离的状态和耦接的状态的示图。
即，图17示出在配置棱镜的单元棱镜分离的情况，图18示出单元棱镜耦接的情况。
在图17中，当制造单元棱镜时形成角度θ5、θ6和θ7。此处，在第一单元棱镜23和第三单元棱镜25的情况下，所述角度是指入射表面和黏附表面(黏附至第二单元棱镜的表面)之间的角度。在第二单元棱镜24的情况下，所述角度是指在不包括出射表面的两个黏附表面(黏附至第一单元棱镜的表面和黏附至第三单元棱镜的表面)之间的角度。
与理论值相比较，该角度可以具有预定公差δ。当使用光学材料制造单元棱镜时，即使在制造精度较高时也可能出现微小误差。
因此，如图18所示，第一单元棱镜23的入射表面与第三单元棱镜25的入射表面之间的理论角度θ8应该为180度。但是，通过将第一单元棱镜23的入射表面和黏附表面之间的角度θ7、第二单元棱镜24的两个黏附表面之间的角度θ6和第三单元棱镜25的入射表面和黏附表面之间的角度θ5求和而获得的实际角度可以为180±δ°度。
如果出现该公差，那么第一单元棱镜23的入射表面和第三单元棱镜25的入射表面可以分离或者可以重叠。因此，在屏幕上实现的图像的图像质量可能由于穿过分离部分或重叠部分的光而恶化。
如果从投影仪到屏幕的距离为L，并且重叠或分离的距离为Δ，那么Δ可以表示如下。
等式2
例如，在L＝25m并且δ＝3’(sec)的情况下，因此，基本难以使用棱镜。
公差3’是当前可实现的加工精度。例如，即使在δ＝1’的超精加工中，屏幕的偏差也约为7mm并且因此难以使用棱镜。
因此，为了改善该问题，在本发明的实施例中，如图19所示，在第一单元棱镜25的入射表面和第三单元棱镜23的入射表面上设有衬底36。
图19为示出在本发明的一个实施例中，衬底附接于棱镜的状态的示图。
衬底36由光可以透射穿过的透明光学元件构成，并且可以是平的。衬底36覆盖第一单元透镜23的入射表面和第三单元透镜的入射表面之间形成的间隙，以阻止光直接进入该间隙，从而阻止了光能损耗。此处，光能损耗意味着光传播路径中的不期望的变化，诸如光散射、漫反射、折射或者耗散。
衬底36的折射率可以等于或者相似于棱镜23、24和25的折射率，以便防止衬底36与棱镜23、24和25之间的额外的折射。因此，穿过衬底36的光输入至第一和第三单元透镜23和25，并之后输入到分束器34和35，以被分束器34和35根据其偏振分量而反射或透射。
可以形成黏附层37，使得衬底36设在第一单元棱镜23的入射表面和第三单元棱镜25的入射表面上，从而稳固地定位衬底36。
作为黏附层37的材料，可以使用折射率等于或相似于第一和第三单元透镜23和25以及衬底36的折射率的材料来抑制像差的出现。
图20为示出光在具有根据图19的棱镜、衬底和传播路径的透镜的立体图像装置中传播的侧视图。
图20示出使在图16中示出的系统中由透射光形成的图像的尺寸d6与由反射光形成的图像的尺寸d7之间的差最小化的方法。
在图20的实施例中，由透射光形成的图像被放大，使得其尺寸等于由反射图像形成的图像的尺寸。为此，透镜37设在透射穿过分束器34和35以及第二单元棱镜24的光的路径上，以调节由透射光形成的图像的尺寸。
图21示出消除在图16所示的系统中由透射光形成的图像的尺寸d6与由反射光形成的图像的尺寸d7之间的差的另一种方法。
在图21的实施例中，由反射光形成的图像被减小，使得其尺寸等于由透射图像形成的图像的尺寸。为此，在反射光的路径上设置了包括反射元件和棱镜的反射元件-棱镜组件38和39，来代替例如反射镜的反射元件。因此，当被分束器34和35反射并穿过第一和第三单元棱镜23和25的光穿过反射元件-棱镜组件38和39时，与图16的状态相比，图像的尺寸可能被减小至等于由透射光形成的图像的尺寸。
图22示出相比较于图16、18、19和20，增加光学效率的方法。
在图22中，当黏附单元棱镜时，单元棱镜的顶点位于由虚线圈表示的部分中。具体地，在第一单元棱镜23的入射表面和第三单元棱镜25的入射表面之间的边界中可以形成精细空间。该空间的尺寸被定义为t1。t1通常为0.1到0.2mm。在这种情况下，透射穿过该空间的光散射而造成光损耗。
为了防止这种光损耗，在本实施例中，可以在衬底36的前面设置折射元件40和41。当为了方便起见将折射元件40和41划分为第一折射元件40和第二折射元件41时，第一折射元件40和第二折射元件41之间的角度不是180度(平的)，而可以小于或大于180度。即，第一折射元件40的入射表面和第二折射元件41的入射表面之间的角度可以小于180度，并且第一折射元件40的出射表面和第二折射元件41的出射表面之间的角度可以大于180度。
如果假设折射元件40和41是通过使平的光学元件弯曲而制造的，那么弯曲角度在入射表面一侧小于180度，而在出射表面一侧大于180度。在第一折射元件40和第二折射元件42连接的情况下，其间的间隙可能不存在或者可能存在微小间隙t2。
通过该配置，当光输入到折射元件40和41时，光在垂直方向上在连接处分离，从而防止光进入第一单元棱镜23的入射表面和第三单元棱镜25的入射表面之间的边界中的空间t1。更具体地，在连接处分离的光的方向在折射元件40和41的出射表面处改变，使得光在分离的状态下保持平行。这时，间隙可以为t3。由于间隙t3大于空间t1，因此能够防止由于该空间产生的光能损耗。
即便当间隙t2产生时，由于该间隙可以具有数十μm的值，因此不会产生光损耗。
下文中将描述根据本发明的另一方面，用于使用全反射来改善亮度的立体图像装置。
在图21的实施例中，在反射元件-棱镜组件38和39中，例如在反射镜-棱镜组件中，通过用铝或银涂覆棱镜的表面来制造反射镜。
图23示出由铝和银制成的可见光区域的反射率，即，当入射光的波长为400nm到700nm时的反射率。
参照图23，银的反射率比铝的反射率高约5％，但是与铝相比，银可能容易由于氧化而被侵蚀。因此，反射镜-棱镜组件34和35或者折射元件-棱镜组件的反射镜通常由铝制成。但是，用铝涂覆棱镜表面的过程增加了成本，并且可能会由于反射而出现光损耗。
为了改善该缺点，在本发明的一方面，提出了用全反射来最大化反射效率的方法。
图24为示出根据本发明的实施例的立体图像装置的示图。
为了便于描述，虽然如参照图21所描述的，光被一个偏振分束器(PBS)均分，但是光可以被分为3个或更多个路径并且被投射到屏幕上。
参照图24，被PBS 2反射的光穿过全反射镜10而被照射向屏幕，全反射镜10为具有两个折射表面和一个反射表面的棱镜。这种全反射镜与输入到反射镜表面的光的入射角相关。
图25为示出根据入射角的折射率的示图。特别地，在图25中，棱镜的材料为BK7。
参照图25，全反射角(即，临界角)约为41.2°。因此，在图24中，当最小入射角Θ1和最大入射角Θ2大于临界角时出现全反射。另外，如果被棱镜反射的光具有等于或大于临界角的入射角时，如图25所示，反射率为100％，这比铝的反射率98％高很多，从而改善了反射光的亮度。
该方法适用于双光或者三光立体图像装置的反射元件-棱镜组件，用以改善图像的总亮度。
图26示出根据本发明的实施例的多分割立体图像显示装置。特别地，在图26中，假设光被PBS11和12分为3束光。
参照图26，从投影仪发出的光被PBS11和12划分，使得S偏振光被反射而P偏振光透射。如果输入到全反射镜13和14的光的反射的S偏振光的最小入射角Θ3和Θ5以及最大入射角Θ4和Θ6等于或者大于临界角，那么所有光都被全反射，从而获得100％的反射效率。
本领域技术人员将领会的是，在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，可以以本文提出的方式以外的其他具体方式执行本发明。因此以上示例性实施例在所有方面都被解释为示例性而非限制性的。本发明的范围应该由所附权利要求及其法律等同物而非由上述描述来确定，并且在所附权利要求的意义和等同范围之内的所有改变旨在包含在其中。
[工业适用性]
根据本发明的调制器不仅可以在上述立体图像装置中使用，还可以在用于显示来自投影仪的左图像和右图像的多种立体图像装置中使用。

Claims (14)

1.一种用于立体图像装置的调制器，包括：
第一衬底和与所述第一衬底间隔开的第二衬底；
设在所述第一衬底和所述第二衬底之间的第一电极和第二电极；和
设在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶部分，
其中，所述第一电极或所述第二电极中的一个或更多个被分为多个电极，以便施加多个不同的电压，并且所述多个电极彼此绝缘。
2.根据权利要求1所述的调制器，其中，所施加的电压被控制为从所述第一电极或所述第二电极的中心部分向外部部分逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的调制器，其中，透射穿过所述液晶部分的光的相位延迟被控制为从所述液晶部分的中心部分向外部部分逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的调制器，其中，
所述第一电极或所述第二电极包括：中心电极，以及与所述中心电极间隔开并且设在所述中心电极外侧的外部电极，并且
所述中心电极和所述外部电极被布置为彼此绝缘。
5.根据权利要求4所述的调制器，其中，
所述外部电极包括彼此间隔开的多个外部电极，并且
所述外部电极被布置为彼此绝缘。
6.根据权利要求4所述的调制器，其中，施加至所述外部电极的电压被控制为高于施加至所述中心电极的电压。
7.根据权利要求4所述的调制器，其中，
所述外部电极相对于所述中心电极对称，并且
将相同的电压施加至与所述中心电极间隔相同距离的所述外部电极。
8.根据权利要求1所述的调制器，其中，当将不同的电压施加至所述第一电极或所述第二电极时，
对于在所述液晶部分中形成的液晶图案而言，与对其施加不同电压的部分相应地形成不同的图案，并且
在与施加了相对较高电压的电极部分相对应的液晶图案中出现的相位延迟少于在与施加了相对较低电压的电极部分相对应的液晶图案中出现的相位延迟。
9.一种立体图像装置，包括：
用于投射立体图像的投影仪；和
调制器，其用于基于与所述投影仪连通的信号来将由所述投影仪投射的立体图像调制为顺时针方向或逆时针方向的圆偏振光，
其中，所述调制器包括：第一电极、第二电极和设在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶部分，并且
其中，所述第一电极或所述第二电极中的一个或更多个被分为多个电极，以便施加多个不同的电压并且所述多个电极彼此绝缘。
10.根据权利要求9所述的立体图像装置，其中，所施加的电压被控制为从所述第一电极或所述第二电极的中心部分向外部部分逐渐增大。
11.根据权利要求9所述的立体图像装置，其中，透射穿过所述液晶部分的光的相位延迟被控制为从所述液晶部分的中心部分向外部部分逐渐减小。
12.根据权利要求9所述的立体图像装置，还包括：分束器，所述分束器用于在从投影仪照射的光之中透射具有第一偏振方向的光并反射具有第二偏振方向的光。
13.根据权利要求12所述的立体图像装置，还包括：
在所述分束器附近彼此黏附的多个单元棱镜，以使输入到所述分束器的光和被所述分束器透射或反射的光通过；和
衬底，其用于将入射光引导至所述多个单元棱镜，以便防止由于在所述分束器附近布置所述多个单元棱镜时出现的公差而导致的光能损耗。
14.根据权利要求12所述的立体图像装置，还包括：用于折射和反射被所述分束器反射的光并将所述光照射至屏幕的棱镜，
其中，被所述分束器反射至所述棱镜的反射表面的光的入射角等于或大于将被所述分束器反射的光全反射向屏幕的临界角。
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