CN107889552B - 使用调制器不对称驱动器的高亮度图像显示设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体图像显示装置。该立体图像显示装置包括：偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成透射光和一束或更多束反射光；第一调制器，其用于通过透射光以时分机制作为左图像或右图像交替发射时允许不同偏振的方式进行调制，将透射光发射在屏幕上；第二调制器，其用于通过反射光以时分机制交替地发射成左图像或右图像时允许不同偏振的方式进行调制，将反射光发射在屏幕上的，其中第一调制器和第二调制器以下方式设置：在特定时间点，第一调制器的相位延迟是0λ和1/2λ中的任一个，第二调制器相位延迟为0λ和1/2λ中的另一个。

Description

使用调制器不对称驱动器的高亮度图像显示设备及其操作 方法

技术领域

本发明涉及使用偏振分束器的高亮度立体图像显示设备，该偏振分束器配置为使得在透射光束路径上的调制器和在反射光束路径上的调制器被不对称地驱动，每个调制器具有单个液晶层，且不使用半波片，由此调高亮度。

背景技术

一般地，立体图像(或三维(3D)图像)是通过将不同图像投射到使用者的两只眼睛来实现的。对于投射在影院的大尺寸屏幕上的立体图像，主要使用的是其中左图像和右图像传输穿过偏振玻璃的偏振方法，该偏振玻璃包括具有彼此垂直的不同偏振方向的左偏振透镜和右偏振透镜。使用两个摄像机来获取图像，使用偏振元件来转换两个获取的图像，使得图像的偏振方向彼此垂直，具有垂直于彼此的偏振方向的图像显示在屏幕上，在使用者佩戴偏振玻璃的状态下，通过其左右眼看见由两个摄像机获取的图像，由此实现立体图像。

图1是示出用于显示立体图像的传统双投影仪系统的结构的图。

为了使用上述方法来显示立体图像，传统双投影仪系统配置为使得二维(2D)投影仪1和2中的一个发射左图像，二维(2D)投影仪1和2中的另一个发射右图像。这些图像穿过偏振方向彼此垂直的偏振滤光镜3和4，然后投射在屏幕5上。观看者在佩戴偏振玻璃6的状态下，通过偏振玻璃6的左图像透镜7和右图像透镜8看到在屏幕上彼此重叠的左图像和右图像，由此获得纵深效果。

在以上方法中，可以对左图像和右图像应用不同的偏振，而无论该偏振是线偏振还是圆偏振。

传统双投影仪型立体图像显示系统已经被单投影仪系统取代，单投影仪系统配置为使得投影仪交替地发射左图像和右图像。

图2是示出圆偏振滤光器型单投影仪系统的图。

如图2中所示，单投影仪型立体图像显示系统包括用于交替地发射左图像和右图像的投影仪201，包括左图像偏振滤光器和右图像偏振滤光器的圆偏振滤光器单元202，和用于与投影仪201的左图像发射和右图像发射同步地旋转圆偏振滤光器单元202的滤光器驱动单元203。此外，如图2中所示，单投影系统可以进一步包括同步单元204，其用于使投影仪201的左图像发射与投影仪201的右图像发射同步并将获取的同步信息传输至滤光器驱动单元203。

当其中左图像和右图像按顺序储存的立体图像内容输入到投影仪201时，投影仪201连续地发射立体图像内容。如上所述，圆偏振滤光器单元202包括左图像偏振滤光器和右图像偏振滤光器。圆偏振滤光器单元202旋转以使得当投影仪201发射每个左图像时左图像偏振滤光器位于投影仪201的发射端口，使得当投影仪201发射每个右图像时右图像偏振滤光器位于投影仪201的发射端口。

然而，在上述单投影型立体图像显示系统中，因为单个投影仪发射的图像光被分成左图像和右图像而使亮度显著降低。

发明内容

技术问题

为了解决传统单投影仪系统的问题，即为了防止亮度降低，提出了使用偏振分束器将透射光束和反射光束投射在屏幕上从而提高亮度的立体图像显示设备。特别地，基于使用偏振分束器的偏振分量将由投影仪依次发射的包括左图像和右图像的立体图像光分成至少一个透射光束和至少一个反射光束，通过调制器调制透射光束和反射光束，以使得根据左图像和右图像发射的时间而具有不同的偏振方向，以及经调制的光束在屏幕上重叠。

在以上设备中，每个调制器配置为具有两个液晶层。然而，每个调制器的液晶层中使用的透明电极的数量比在单个液晶单元中使用的透明电极的数量多，由此亮度降低至一定程度。

此外，通过偏振分束器分离的透射光束和反射光束具有彼此垂直的线偏振分量。因此，为了将透射光束和反射光束调制成具有相同方向的圆偏振光束，在选自透射光束路径和反射光束路径的任一个上提供半波片。结果，亮度被略微降低。

已经完成本发明来解决以上问题，并且本发明的一个目的是提供通过不对称驱动调制器实现高亮度立体图像的设备和其操作方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，通过提供一种立体图像显示设备可以实现以上和其他目的，该立体图像显示设备包括：偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成至少一个透射光束和至少一个反射光束；第一调制器，其用于调制透射光束，以在透射光束以时分机制交替发射为左图像和右图像时具有不同偏振光束，使得经调制的光束投射在屏幕上；第二调制器，其用于调制反射光束，以在反射光束以时分机制交替发射为左图像和右图像时具有不同偏振光束，使得经调制的光束投射在屏幕上，其中，第一调制器和第二调制器设置为：在特定时间，第一调制器的相位延迟是选自0λ和1/2λ中的一个，第二调制器的相位延迟为选自0λ和1/2λ中的另一个。

所述立体图像显示设备可以不使用半波片。因此，入射在第一调制器上的透射光束和入射在第二调制器上的反射光束可以具有彼此垂直的线偏振分量。

此外，第一调制器和第二调制器的每一个可以配置为具有单个液晶层。

此外，第一调制器和第二调制器的每一个可以包括线偏振器、单个液晶层和四分之一波片。在立体图像显示设备使用半波片的情况下，第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和第二调制器的四分之一波片的第二慢轴可以配置为使得它们之间具有90度的差。在立体图像显示设备不使用半波片的情况下，第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和第二调制器的四分之一波片的第二慢轴以相同的方向布置。

此外，第一调制器和第二调制器的每一个可以具有其中线偏振器、单个液晶层和四分之一波片依次布置的结构。或者，第一调制器和第二调制器的每一个可以具有其中线偏振器、四分之一波片和单个液晶层依次布置的结构。在此，线偏振器可以省略。

另外，在其中将具有第一幅值(下文称为“VH”)的电压施加到第一调制器和第二调制器的每一个时第一调制器和第二调制器的每一个具有0λ相位延迟的情况下和在其中将具有第二幅值(下文称为“VL”)的电压施加到第一调制器和第二调制器的每一个时第一调制器和第二调制器的每一个具有1/2λ相位延迟的情况下，可以将其中重复+VL、+VH、-VL和–VH的第一电压模式施加到第一调制器，并且可以在与第一电压模式相对应的时间将其中重复-VH、+VL、+VH和–VL的第二电压模式施加到第二调制器。

此外，第一调制器和第二调制器中一者可以配置为在第一时间周期期间发射经0λ相位延迟调制过的右圆偏振光束，第一调制器和第二调制器中另一者可以配置为在第一时间周期期间发射经1/2λ相位延迟调制过的右圆偏振光束。在这种情况下，第一调制器和第二调制器中一者可以配置为在第一时间周期期间发射经1/2λ相位延迟调制过的右圆偏振光束，第一调制器和第二调制器中另一者可以配置为在第一时间周期期间发射经0λ相位延迟调制过的右圆偏振光束。

在以上描述中，右圆偏振光束和左圆偏振光束中的每一个可以对应于选自左图像和右图像的任一个。

另外，在立体图像显示设备配置为还使用半波片的情况下，第一调制器的单个液晶层的第一取向方向和第二调制器的单个液晶层的第二取向方向可以配置为使得它们之间具有90度的差。

另外，在其中第一调制器的单个液晶层和第二调制器的单个液晶层无论是否使用半波片都以光学补偿弯曲(OCB)的形式配置的情况下，第一慢轴和第一取向方向以及第二慢轴和第二取向方向可以配置为使得它们之间具有90度的差。

根据本发明的另一个方面，提供一种立体图像显示设备，该立体图像显示设备包括：偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成至少一个透射光束和至少一个反射光束；第一调制器，其具有单个液晶层，该第一调制器配置为在第一时间周期期间将透射光束调制成第一圆偏振光束和在跟在第一时间周期之后的第二时间周期期间将透射光束调制成第二圆偏振光束，第一圆偏振光束选自经0λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的一个，第二圆偏振光束选自经1/2λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的另一个；第二调制器，其具有单个液晶层，该第二调制器配置为在第一时间周期期间将反射光束调制成经1/2λ相位延迟调制过的第一圆偏振光束和在第二时间周期期间将反射光束调制成经0λ相位延迟调制过的第二圆偏振光束。

在这种情况下，立体图像显示设备可以不使用半波片，由此入射在第一调制器上的透射光束和入射在第二调制器上的反射光束可以具有彼此垂直的线偏振分量。在此，第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和第二调制器的四分之一波片的第二慢轴可以以相同的方向布置。

根据本发明的又一个方面，提供一种立体图像显示设备，该立体图像显示设备包括：偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成具有第一线偏振分量的至少一个透射光束和具有第二线偏振分量的至少一个反射光束，第二线偏振分量垂直于第一线偏振分量；第一调制器，其配置为在第一时间周期期间将具有第一线偏振分量的透射光束调制成第一圆偏振光束和在跟在第一时间周期之后的第二时间周期期间将透射光束调制成第二圆偏振光束，第一圆偏振光束选自经0λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的一个，第二圆偏振光束选自经1/2λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的另一个；第二调制器，其配置为在第一时间周期期间将具有第二线偏振分量的反射光束调制成经1/2λ相位延迟调制过的第一圆偏振光束和在第二时间周期期间将反射光束调制成经0λ相位延迟调制过的第二圆偏振光束。

在此，第一调制器和第二调制器中的每一个可以配置为具有单个液晶层，第一调制器的四分之一薄片的第一慢轴和第二调制器的四分之一波片的第二慢轴可以以相同的方向布置。

有益效果

根据上述本发明的实施例，可以使用单个液晶类型的调制器获得高亮度立体图像和通过调制器的不对称驱动在左图像和右图像在透明度、串扰、颜色等方面彼此对称的状态下发射左图像和右图像，由此提高立体图像的质量。

此外，可以从传统立体图像显示设备省略半波片，因为调制器是不对称驱动的，由此降低了制造成本并进一步提高亮度。

附图说明

图1是示出用于显示立体图像的传统双投影仪系统的结构的图。

图2是示出圆偏振滤光器型单投影仪系统的图。

图3是示出使用本发明所适用的偏振分束器的立体图像显示设备的示例的图。

图4是示出使用多个本发明所适用的偏振分束器的立体图像显示设备的另一个示例的图。

图5是示出使用调制器的立体图像显示设备的图，其中的每一个调制器具有双液晶层。

图6是示出应用于参考图3至5所述的立体图像显示设备的一般调制器的结构的图。

图7是示出在使用具有双液晶层的调制器的情况下导致的缺点的图。

图8和9是示出根据本发明的实施例的具有单个液晶层的调制器的图。

图10是示出根据本发明的实施例，驱动使用具有单个液晶层的调制器的立体图像显示设备的操作的图。

图11是示出根据本发明的另一个实施例的立体图像显示设备的图。

图12是示出在使用如图11所示的不对称驱动电压显示立体图像的情况下的调制器的结构的图。

图13是示出在图11所示的立体图像显示设备中施加到透射光束路径上的调制器和反射光束路径上的调制器的驱动电压的模式。

图14是示出图11所示的立体图像显示设备的驱动机制的图。

图15和16是示出根据本发明的另一个实施例的单液晶型调制器的图。

图17和18是示出根据本发明的实施例，依据是否提供半波片而驱动立体图像显示设备的方法的图。

图19和20是示出根据本发明的另一个实施例，依据是否提供半波片而驱动立体图像显示设备的方法的图。

最佳实施方式

下文中，将参照所附的附图来描述本发明的优选实施例。应理解将和所附附图一起公开的详细描述旨在描述本发明的示例性实施例，而非旨在描述本发明可以通过其实施的唯一实施例。

以下详细描述包括详细的内容来提供本发明的充分理解。然而，对于本领域中技术人员而言明显的是本发明可以在没有该详细内容的情况下实施。在一些情况下，为了防止本发明的概念不清楚，现有技术的结构和装置会被省略、或者会基于每个结构和装置的主要功能以框图的形式示出。

首先，根据本发明的一个方面，提出使用偏振分束器的高亮度立体图像显示设备和驱动该显示设备的方法，该高亮度立体图像显示设备配置为使用具有单个液晶层的调制器提高亮度。为此，首先会描述使用本发明所适用的偏振分束器的立体图像显示设备。

图3是示出使用本发明所适用的偏振分束器的立体图像显示设备的示例的图。

在图3所示的立体图像显示设备中，使用偏振分束器(PBS)301将由投影仪302发射的光分离成两个光束，对分离的光束进行处理，并且将经处理的光束在屏幕303上重叠以提高亮度。

特别地，通过偏振分束器301将由投影仪302发射的图像光分离成具有不同偏振分量的两个光束。换言之，S-偏振光束被PBS 301反射，并且P-偏振光束投射穿过PBS 301。透射的P-偏振光束被透镜304放大，然后被投射在屏幕303上。另一方面，反射的S-偏振光束被反射元件305(诸如镜子)反射，然后被投射在屏幕303上。通过调制器306和307将这两个透射光束和反射光束转换成相同的线偏振光束或圆偏振光束。

同时，这两个透射光束和反射光束具有不同的偏振分量。因此，有必要将这两个透射光束和反射光束转换成相同的偏振光束。为此，在延伸穿过调制器307的反射光束路径上放置半波片308，而在延伸穿过调制器306的透射光束路径上不放置半波片，如此使得图像光束在穿过调制器306和307之前具有相同的线偏振光束，并且使得图像光束在穿过调制器306和307之后变成具有相同方向的圆偏振光束或者根据情况变成具有相同方向的线偏振光束。

另一方面，在延伸穿过调制器307的反射光束路径上可以不放置半波片，在延伸穿过调制器306的透射光束路径上可以放置半波片309，如此使得图像光束在穿过调制器306和307之前变成S-偏振光束，并且使得图像光束在穿过调制器306和307之后变成具有相同方向的圆偏振光束或者根据情况变成具有相同方向的线偏振光束。

图4是示出使用多个本发明所适用的偏振分束器的立体图像显示设备的另一个示例。具体而言，图4所示的立体图像显示设备是配制成图像光被偏振分束器分离成三个光束的三光束系统。

参考图4，由投影仪401发射的图像光可以被分离成透射穿过偏振分束器402和403的第一图像光束，被偏振分束器402反射并且之后被反射元件404反射的第二图像光束，以及被偏振分束器403反射并且之后被反射元件405反射的第三图像光束。该立体图像显示装置的特征在于根据其偏振分量将图像光分离成一个透射光束和两个反射光束，并且在于该两个反射光束是通过将图像光划分成两个相等的部分而形成的。因此，在该系统中，被彼此分离的两个反射光束可以作为单个图像被投射在屏幕上。

在图4所示的实施例中，偏振分束器402和403布置为使得在偏振分束器402和403之间限定预定的角度。此外，立体图像显示设备还包括折射元件406和407，其用于在图像光入射在偏振分束器402和403之间的连接部上时防止图像光损失。

同时，考虑到透射光束路径和反射光束路径之间的差异，图4中示出的偏振分束器402和403可以配置为棱镜形状。当然，偏振分束器402和403可以配置为具有任何各种其他形状。

然而，在上述双光束系统(参见图3)和三光束系统(参见图4)中，概念性地示出调制器。如下文会描述的，每个调制器配置为具有两个液晶层。

图5是示出使用调制器的立体图像显示设备的图，其中的每个调制器具有双液晶层。

除了使用棱镜形状的偏振分束器501替代图4中的偏振分束器402和403之外，图5中所示的三光束型立体图像显示设备与图4中所示的三光束型立体图像显示设备相同。此外，图5是进一步示出在图4的系统中透射光束透射穿过偏振分束器501和反射光束被反射元件404和反射元件405反射之后的过程的图。

在图5的实施例中，透射穿过偏振分束器501的透射光束以P-偏振光束示出，被偏振分束器501反射的反射光束以S-偏振光束示出。在图5的实施例中，半波片502示出为位于反射光束的反射光束路径上，以对齐透射光束和反射光束的偏振方向。因此，透射光束和发射光束全部都可以被转换成可以入射在调制器503上的P-偏振光束。当然，如之前参照图3所描述的，半波片502可以位于透射光束的透射光束路径上，以将透射光束和反射光束全部都转换成可以入射在调制器503上的S-偏振光束，而不是如图5所示的半波片502位于反射光束路径上。

同时，当发射左图像和右图像时，可以通过调制器503将透射光束和反射光束调制成具有不同偏振方向的线偏振光束或圆偏振光束。例如，基于在由投影仪401发射左图像的时间周期中和由投影仪401发射右图像的时间周期中的变化，LC面板驱动器504可以向调制器503对称地施加具有不同方向的电压，使得左图像被转换成左圆偏振光束，右图像被转换成右圆偏振光束。

如图5所示，每个调制器503被配制成具有双液晶层，其也同样地适用于在图3中概念性地示出的调制器306和307。

图6是示出应用于参考图3至5所述的立体图像显示设备的一般调制器的结构的图。

如图6所示，使用包括线偏振器601、第一液晶层602和第二液晶层603的双液晶层型LC面板作为应用于参考图3至5所述的立体图像显示设备的一般调制器。作为具体示例，在其中第一液晶层602和第二液晶层603的每一个以光学补偿弯曲(OCB)的形式配置的情况下，第一液晶层602的取向方向604可以是+45度，第二液晶层603的取向方向605可以是+135度。如上所述，两个液晶层布置为使得液晶层的取向方向之间具有90度的差。因此，在穿过液晶层之后，线偏振光束可以根据驱动电压而被转换成左圆偏振光束或右圆偏振光束。

图7是示出在使用具有双液晶层的调制器的情况下导致的缺点的图。

为了根据驱动电压控制第一液晶层602和第二液晶层603，需要围绕液晶层的透明电极701，如图7所示。当发射左图像和右图像时，将具有不同方向的驱动电压施加到透明电极701，使得第一液晶层602和第二液晶层603的相位被延迟1/4λ，以产生左圆偏振光束和右圆偏振光束。

然而，如果布置透明电极701，光则会损失，如如图7所示。换言之，在图5的实施例中，当为P-偏振光束的透射光束和反射光束穿过其中每个都具有双液晶层的调制器时，光束穿过具有不同折射率的介质，如图7所示。因此，光束中一些被反射，由此损失了光并且因此降低亮度。此外，具有这种双液晶层的调制器具有以下问题：除了如上所述的由于透明电极的亮度降低之外，还由于光学黏附702而难以制造调制器和难以维持调制器。

因此，在本发明的优选实施例中，提出了能够显示高亮度、高质量的立体图像的立体图像显示设备，其通过将具有单个液晶层的调制器并入参考图3至5所描述的双光束型或三光束型立体图像显示设备中来配置。

图8和9是示出根据本发明的实施例的具有单个液晶层的调制器的图。

如图8和9所示，根据该实施例的单液晶层型调制器800可以包括线偏振器801、液晶层(液晶单元)802和四分之一波片803。在其中液晶层以OCB形式配置的情况下，液晶层802布置为使得液晶层802的取向方向和四分之一波片803的取向方向之间的差为90度。因此，当线偏振光束透射穿过液晶层时，线偏振光束可以被调制成圆偏振光束。

此外，可以在发射左图像和右图像时向单个液晶层施加不同的驱动电压，使得线偏振光束被转换成左圆偏振光束或右圆偏振光束。为此，透明电极901可以布置成围绕液晶层，如图9所示。

可以看出，在如图9所示的其中使用具有单个液晶层的调制器的情况下，比如图7所示的其中使用具有双液晶层的调制器的情况下进一步降低了光损失。

图10是示出根据本发明的实施例，驱动使用具有单个液晶层的调制器的立体图像显示设备的操作。

图10的上部图示出透射光束路径上的图像光束的处理，图10的下部图示出反射光束路径上的图像光束的处理。首先参考图10的下部图，反射光束路径上的光束为水平偏振光束，其在穿过半波片1006时可以被转换成与透射光束一致的垂直偏振光束。另一方面，参考上部图，透射光束路径上的光束为垂直偏振光束，其在穿过半波片1001时可以被转换成与反射光束一致的水平偏振光束。在单个液晶层(液晶单元)1002和1007前面可以进一步提供线偏振器，以根据需要清除垂直偏振光束或水平偏振光束。

在该实施例中，假定在其中驱动电压的幅值较低(VL)的情况下，单个液晶层(液晶单元)1002和1007中的每一个具有1/2λ的相位延迟，在其中驱动电压的幅值较高(VH)的情况下，单个液晶层(液晶单元)1002和1007中的每一个具有0λ的相位延迟。同时，四分之一波片1003和1008的每一个可以具有135度或45度的慢轴。在图10的实施例中，假定透射光束路径上的四分之一波片1003和反射光束路径上的四分之一波片1008都具有相同的慢轴，即135度或45度的慢轴。

当将具有图10中右图所示模式的驱动电压施用到具有上述结构的立体图像显示设备的调制器1004和1005时，在发射左图像时可以将左图像调制成右圆偏振光束，在发射右图像时可以将右图像调制成左圆偏振光束，由此可以获得立体图像。

在其中使用具有单个液晶层的调制器的情况下，可以获得比其中使用具有双液晶层的调制器的情况更高亮度的立体图像。此外，参考图10描述的设备和驱动设备的方法可以同样地适用于图3中所示的双光束系统以及图4和5中所示的三光束系统。

然而，以上实施例可能具有以下缺点。

在具有单个液晶层的调制器中，如上所述的，该液晶层可以根据驱动电压而具有0λ或1/2λ的相位延迟。如果液晶层具有0λ的相位延迟，穿过液晶层和四分之一波片的光束被调制成左圆偏振光束而没有失真。另一方面，如果液晶层具有1/2λ的相位延迟，穿过液晶层和四分之一波片的光束被调制成右圆偏振光束，其质量略低。因此，左图像和右图像可能在透明度、串扰、颜色等方面彼此不对称。左图像和右图像之间的不对称可能妨碍具有单个液晶层的调制器在使用偏振分束器的立体图像显示设备中的使用。

不对称还可能在其中使用一般调制器的情况以及其中使用单液晶层的情况中成为问题。

图11是示出根据本发明的另一个实施例的立体图像显示设备的图。具体地，参考图11，调制器1101和1102的驱动电压设置为使用不对称驱动器1103来不对称地驱动位于透射光束路径上的调制器1102和位于反射光束路径上的调制器1101，以解决如上所述的左图像和右图像之间的不对称。

特别地，在其中当向单液晶型调制器1101和1102的每一个施加具有VL幅值的电压时单液晶型调制器1101和1102的每一个具有1/2λ的相位延迟和当向单液晶型调制器1101和1102的每一个施加具有VH幅值的电压时单液晶型调制器1101和1102的每一个具有0λ的相位延迟的情况下，对于在第一时间周期期间发射的左图像，通过在透射光束路径上的调制器1102中0λ的相位延迟产生的左圆偏振光束与通过在反射光束路径上的调制器1101中1/2λ的相位延迟产生的左圆偏振光束在屏幕上重叠，对于在第二时间周期期间发射的右图像，通过在透射光束路径上的调制器1102中1/2λ的相位延迟产生的右圆偏振光束与通过在反射光束路径上的调制器1101中0λ的相位延迟产生的右圆偏振光束在屏幕上重叠。

为此，在其中施加到透射光束路径上的调制器1102的电压幅值为VH的情况下，对称的LC面板驱动1103可以将施加到反射光束路径上的调制器1101的电压幅值设置为VL并且可以将设置的电压施加到反射光束路径上的调制器1101。另一方面，在其中施加到透射光束路径上的调制器1102的电压幅值为VL的情况下，对称的LC面板驱动1103可以将施加到反射光束路径上的调制器1101的电压幅值设置为VH并且可以将设置的电压施加到反射光束路径上的调制器1101。

如图11所示，由于透射光束路径上的调制器1102和反射光束路径上的调制器1101之间结构上的差异可以施加不对称驱动电压。图12是示出如上所述的在显示立体图像的情况下调制器的结构的图。

参考图12，反射光束路径上的调制器1101和透射光束路径上的调制器1102在以下方面彼此相同：每个调制器包括线偏振器1201、单个液晶层1202-1或1202-2和四分之一波片1203-1或1203-2。然而，在该实施例中，在反射光束路径上的四分之一波片1203-1的慢轴和在透射光束路径上的四分之一波片1203-2的慢轴可以布置为使得它们之间具有90度的差。例如，在其中反射光束路径上的四分之一波片1203-1的慢轴是135度的情况下，在透射光束路径上的四分之一波片1203-2的慢轴可以可以为45度。或者，在其中反射光束路径上的四分之一波片1203-1的慢轴是45度的情况下，在透射光束路径上的四分之一波片的慢轴可以可以为135度。

另外，在其中单个液晶层1202-1和1202-2的每一个以OCB形式配置的情况下，透射光束路径上的液晶层1202-2的取向方向可以设置为45度，四分之一波片1203-2的慢轴可以设置为135度。在这种情况下，在反射光束路径上的液晶层1202-1的取向方向可以设置为135度，四分之一波片1203-1的慢轴可以设置为45度。然而，在其中液晶层1202-1和1202-2的每一个有TN LC面板构成的情况下，TN LC面板配置为具有0度和90度的取向方向。因此，液晶层没有必要限制为以上实施例。

图13是示出在图11所示的立体图像显示设备中应用到在透射光束路径上的调制器1102和在反射光束路径上的调制器1101的驱动电压的模式。

在该实施例中，在其中在特定时间将幅值为VH的电压施加到选自透射光束路径上的调制器和反射光束路径上的调制器中一个的情况下，如上所述的，不对称驱动器在相同时间将幅值为VL的电压施加到选自透射光束路径上的调制器和反射光束路径上的调制器中的另一个。换言之，这种不对称驱动不对称地施加电压。图13示出在考虑以上内容的情况下优化的驱动电压的模式的示例。然而，只要保持上述特征，本发明不限于图13中示出的驱动电压。

图14是示出如图11所示的立体图像显示设备的驱动机制的图。

在其中通过半波片1401或1406将透射光束和反射光束都转换成垂直偏振光束或水平偏振光束的状态下，在特定时间(例如，发射左图像时)，可以向透射光束路径上的调制器1404施加驱动电压VL+，可以向反射光束路径上的调制器1405施加驱动电压VH+。在单个液晶层(液晶单元)1402和1007前还可以提供线偏振器，以根据需要清除垂直偏振光束或水平偏振光束。在这种情况下，透射光束路径上的调制器1404的液晶层1402可以具有1/2λ的相位延迟，反射光束路径上的调制器1405的液晶层1407可以具有0λ的相位延迟。由于透射光束路径上的调制器1404的四分之一波片1403的慢轴和反射光束路径上的调制器1405的四分之一波片1408的慢轴配置为使得它们之间具有90度的差，然而，在特定时间，透射光束和反射光束都被调制成具有一个方向的相同圆偏振光束，其选自左圆偏振光束和右圆偏振光束(例如，右圆偏振光束)。

在其中选自透射光束和反射光束中的一个被转换成相位延迟为0λ的左图像，而选自透射光束和反射光束中的另一个被转换成相位延迟为1/2λ的右图像的情况下，在特定时间左图像重叠在屏幕上，如上所述的，由于其中仅选自左图像和右图像中的一个是具有如上所述的1/2λ相位延迟的图像的不对称性，可以有效地防止立体图像质量的下降，由此可以提供高亮度、高质量的立体图像。

在上述本发明的优选实施例中，可以使用单液晶型调制器获得高亮度立体图像和同时通过调制器的不对称驱动使得左图像和右图像在透明度、串扰、颜色等方面能够彼此对称。

图15和16是示出根据本发明的另一个实施例的单个液晶类型的调制器的图。

如图12所示，单液晶型调制器1101和1102的每一个可以配置为使得线偏振器1201、单个液晶层1202-1或1202-2、和四分之一波片1203-1或1203-2依次排列。或者，如图15所示，单液晶型调制器的每一个可以配置为使得线偏振器1501、四分之一波片1502-1或1502-2、和单个液晶单元1503-1或1503-2依次排列。将参考图16描述使用单液晶型调制器的操作。

具有相同垂直方向或相同水平方向的透射光束和反射光束穿过在透射光束路径和反射光束路径上的调制器1504和1501的四分之一波片1602和1607。结果，透射光束被转换成左圆偏振光束，反射光束被转换成右圆偏振光束。如图16所示，在透射光束路径上的调制器1505的四分之一波片1602可以设置为使得具有135度的慢轴，反射光束路径上的调制器1504的四分之一波片1607可以设置为使得具有45度的慢轴。或者，在透射光束路径上的调制器1505的四分之一波片1602可以设置为使得具有45度的慢轴，反射光束路径上的调制器1504的四分之一波片1607可以设置为使得具有135度的慢轴，如此使得四分之一波片的慢轴之间具有90度的差。

同时，在该实施例中，在特定时间可以将具有VH和VL的不同幅值的电压施加到透射光束路径上的调制器1505和反射光束路径上的调制器1504。因此，当在特定时间施加幅值为VH的电压时，透射光束液晶单元1603具有0λ的相位延迟，结果是保持左圆偏振光束。另一方面，当施加幅值为VL的电压时，反射光束液晶单元1608具有1/2λ的相位延迟，结果是可以将右圆偏振光束转换成左圆偏振光束。

因此，透射光束和反射光束在特定时间被转换成具有相同方向的圆偏振光束，由此可以将重叠的图像投射在屏幕上。

下文中，将描述根据本发明的另一个方面在没有半波片的情况下实现立体图像显示设备的方法。

在上述使用偏振分束器的传统立体图像显示设备中，被偏振分束器反射的反射光束和透射穿过偏振分束器的透射光束具有彼此垂直的线偏振光束(例如，P-偏振光束和S-偏振光束)。由于这个原因，在选自透射光束路径和反射光束路径的一个上必须提供半波片(1/2λ延迟器)，使得线偏振光束具有相同的方向。然而，在其中使用调制器被不对称地驱动的原理的情况下，传统半波片可以被省略以进一步提高亮度。

图17和18是示出根据本发明的实施例依据是否提供半波片而驱动立体图像显示设备的方法的图。

特别地，图17示出在其中如参考图14所描述的使用半波片的情况下基于调制器的不对称驱动的设备的操作，图18示出在没有半波片的情况下，通过调制器的不对称驱动显示立体图像的方法。

在其中使用半波片的情况下，如图17所示的，透射光束路径上的光束和反射光束路径上的光束都可以作为具有相同方向的线偏振光束入射在调制器上。图17通过举例的方式示出透射光束和反射光束都作为具有垂直方向的线偏振光束入射在调制器上。

如上文参考图14所描述的，在透射光束路径上的四分之一波片的慢轴和在反射光束路径上的四分之一波片的慢轴可以配置为使得它们之间具有90度的差。在图17中，在透射光束路径上的四分之一波片的慢轴为例如135度，在反射光束路径上的四分之一波片的慢轴为例如45度。

此外，在第一时间周期T0期间，可以驱动反射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有0λ的相位延迟，可以驱动透射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有1/2λ的相位延迟。相比之下，在第二时间周期T1期间，可以驱动反射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有1/2λ的相位延迟，可以驱动透射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有0λ的相位延迟。作为上述不对称驱动的结果，如图17所示的，透射光束和反射光束可以在第一时间周期T0期间都被调制成右圆偏振光束，透射光束和反射光束可以在第二时间周期T1期间都被调制成左圆偏振光束。

在如上所述的其中使用不对称驱动原理的情况下，透射光束路径上的四分之一波片和反射光束路径上的四分之一波片光束可以具有相同的慢轴，如图18所示的。因此，可以在省略传统半波片时获得立体图像。

特别地，图18示出这样的情况：在不使用半波片对齐线偏振光束的方向以使得线偏振光束具有相同方向的情况下，透射光束和反射光束作为具有垂直于彼此的方向的线偏振光束入射在调制器上。

在第一时间周期T0和第二时间周期T1期间驱动调制器的方法中，除了透射光束路径上的调制器的四分之一波片的慢轴和反射光束路径上的调制器的四分之一波片的慢轴不像图17一样彼此对齐之外，图18与图17相同。在其中每个调制器的慢轴如上所述地改变的情况下，无论入射在调制器上的线偏振光束的方向如何，透射光束和反射光束在每个时间间隔期间都可以被调制成具有相同方向的圆偏振光束。

图19和20是示出根据本发明的另一个实施例，依据是否提供半波片而驱动立体图像显示设备的方法的图。

特别地，图19示出如下配置的设备的操作，每个调制器的四分之一波片和LC面板的位置在如参考图15和16所描述的其中使用半波片的情况下改变，图20示出在相同条件下没有半波片的情况下获得立体图像显示的方法。

在图19中，在透射光束路径上的调制器和在反射光束路径上的调制器的每一个中布置LC面板和四分之一波片的顺序与图17中示出的在在透射光束路径上的调制器和在反射光束路径上的调制器的每一个中布置LC面板和四分之一波片的顺序相反。然而，图19与图17在以下方面是相同的：当使用半波片使透射光束和反射光束作为具有相同方向的线偏振光束入射时，在透射光束路径上的调制器的四分之一波片的慢轴和在反射光束路径上的四分之一波片的慢轴配置为使得它们之间具有90度的差。

参考图19，在第一时间周期T0期间驱动透射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有1/2λ的相位延迟并驱动反射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有0λ的相位延迟的情况下，透射光束和反射光束都可以被调制成右圆偏振光束，如图19所示。另外，在第二时间周期T1期间驱动透射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有0λ的相位延迟并驱动反射光束路径上的调制器的LC面板以使得具有1/2λ的相位延迟的情况下，透射光束和反射光束都可以被调制成左圆偏振光束，如图19所示。

图20示出与图19不同的其中不使用半波片的情况。因此，在这种情况下，入射在调制器上的透射光束和反射光束是具有彼此垂直的方向的线偏振光束。即使在图20中，透射光束路径上的调制器的四分之一波片和反射光束路径上的调制器的四分之一波片在如参考图18所述的其中不使用半波片的情况下也可以具有相同的慢轴。

在其中透射光束路径上的调制器的四分之一波片和反射光束路径上的四分之一波片具有相同慢轴的情况下，透射光束和反射光束在特定时间穿过四分之一波片之后可以都被转换成具有相反方向的圆偏振光束，如图20所示。然而，在该实施例中，驱动调制器的LC面板以使得在特定时间具有1/2λ相位延迟的差异。因此，透射光束和反射光束可以在穿过调制器后被调制成具有相同方向的圆偏振光束。

同时，即使在其中不使用半波片的情况下，调制器的LC面板的取向方向和四分之一波片的慢轴可以以与如上所述其中使用半波片的情况相同的方式在它们之间具有90度的差。然而，在其中不使用半波片的情况下，透射光束路径上的调制器的慢轴和反射光束路径上的调制器的慢轴彼此对齐。因此，透射光束路径上的调制器的LC面板的液晶取向方向和反射光束路径上的调制器的LC面板的液晶取向方向可以彼此对齐。

已经给出本发明的示例性实施例的详细描述以使得本领域技术人员能够实施和进行本发明。尽管本发明已经参考示例性实施例进行描述，本领域技术人员会理解在不背离所附权利要求中描述的本发明的精神或范围的情况下可以在本发明中进行各种修改和改变。因此，本发明不应受限于本文描述的具体实施例，而应当赋予与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽的范围。

工业实用性

如上所述，本发明广泛地适用于其中有必要显示立体图像的家庭和办公室以及电影院，立体图像的左图像和右图像具有高亮度的对称质量。

Claims (20)

1.一种立体图像显示设备，包括：

偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成至少一个透射光束和至少一个反射光束；

第一调制器，其用于调制所述透射光束以使得根据以时分机制在左图像和右图像之间交替的所述透射光束具有不同偏振；以及

第二调制器，其用于调制所述反射光束以使得根据以时分机制在左图像和右图像之间交替的所述反射光束具有不同偏振，

其中，在特定时间，所述第一调制器的相位延迟是0λ和1/2λ中的一个，并且所述第二调制器的相位延迟为0λ和1/2λ中的另一个，

其中，所述第一调制器和所述第二调制器配置成接收彼此独立的具有不对称的电压的电压模式并且重复地将右圆偏振光束和左圆偏振光束发射在屏幕上，并且

其中，所述第一调制器和所述第二调制器的右圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成所述左图像和所述右图像中的一者，所述第一调制器和所述第二调制器的左圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成所述左图像和所述右图像中的另一者，并且所述左图像和所述右图像在透明度、串扰、颜色方面彼此对称。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述立体图像显示设备不使用半波片。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个配置为具有单个液晶层。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个包括单个液晶层和四分之一波片。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述立体图像显示设备不使用半波片，并且

其中，所述第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和所述第二调制器的四分之一波片的第二慢轴以相同的方向布置。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述立体图像显示设备使用半波片，并且

其中，所述第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和所述第二调制器的四分之一波片的第二慢轴配置为在其之间具有90度的差。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个具有在其中单个液晶层和四分之一波片在光的入射方向上依次布置的结构。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个具有在其中四分之一波片和单个液晶层在光的入射方向上依次布置的结构。

9.根据权利要求1所述的设备，其中：

当将具有第一幅值VH的电压施加到所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个时，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个具有0λ相位延迟，并且当将具有第二幅值VL的电压施加到所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个时，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个具有1/2λ相位延迟，

将其中重复+VL、+VH、-VL和–VH的第一电压模式施加到所述第一调制器，并且

在与所述第一电压模式相对应的时间，将其中重复-VH、+VL、+VH和–VL的第二电压模式施加到所述第二调制器。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的一个配置为在第一时间周期期间发射经0λ相位延迟调制过的所述右圆偏振光束，并且

其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的另一个配置为在所述第一时间周期期间发射经1/2λ相位延迟调制过的所述右圆偏振光束。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的一个配置为在跟在所述第一时间周期后的第二时间周期期间发射经1/2λ相位延迟调制过的所述左圆偏振光束，并且

其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的另一个配置为在所述第二时间周期期间发射经0λ相位延迟调制过的所述左圆偏振光束。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述右圆偏振光束和所述左圆偏振光束中的每一个对应于选自左图像和右图像中的任一个。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述立体图像显示设备还使用半波片，并且

其中，所述第一调制器的单个液晶层的第一取向方向和所述第二调制器的单个液晶层的第二取向方向配置为使得在其之间具有90度的差。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个配置为具有单个液晶层，

其中，所述第一调制器的单个液晶层和所述第二调制器的单个液晶层以光学补偿弯曲(OCB)的形式配置，并且

其中，所述第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和所述第一调制器的单个液晶层的第一取向方向与所述第二调制器的四分之一波片的第二慢轴和所述第二调制器的单个液晶层的第二取向方向配置为使得在其之间具有90度的差。

15.一种立体图像显示设备，包括：

偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成至少一个透射光束和至少一个反射光束；

第一调制器，其具有单个液晶层，所述第一调制器配置为在第一时间周期期间将透射光束调制成第一圆偏振光束，以及在跟在所述第一时间周期之后的第二时间周期期间将透射光束调制成第二圆偏振光束，所述第一圆偏振光束选自经0λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的一个，所述第二圆偏振光束选自经1/2λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的另一个；以及

第二调制器，其具有单个液晶层，所述第二调制器配置为在所述第一时间周期期间将所述反射光束调制成经1/2λ相位延迟调制过的所述第一圆偏振光束，以及在所述第二时间周期期间将所述反射光束调制成经0λ相位延迟调制过的所述第二圆偏振光束，

其中，所述第一调制器和所述第二调制器配置成接收彼此独立的具有不对称的电压的电压模式并且重复地将右圆偏振光束和左圆偏振光束发射在屏幕上，并且

其中，所述第一调制器和所述第二调制器的右圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成左图像和右图像中的一者，所述第一调制器和所述第二调制器的左圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成所述左图像和所述右图像中的另一者，并且所述左图像和所述右图像在透明度、串扰、颜色方面彼此对称。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述立体图像显示设备不使用半波片，由此入射在所述第一调制器上的透射光束和入射在所述第二调制器上的反射光束具有彼此垂直的线偏振分量。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和所述第二调制器的四分之一波片的第二慢轴以相同的方向布置。

18.一种立体图像显示设备，包括：

偏振分束器，其用于基于偏振分量将由投影仪发射出的图像光空间地分离成具有第一线偏振分量的至少一个透射光束和具有第二线偏振分量的至少一个反射光束，所述第二线偏振分量垂直于所述第一线偏振分量；

第一调制器，其配置为在第一时间周期期间将具有所述第一线偏振分量的透射光束调制成第一圆偏振光束，以及在跟在所述第一时间周期之后的第二时间周期期间将所述透射光束调制成第二圆偏振光束，所述第一圆偏振光束选自经0λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的一个，所述第二圆偏振光束选自经1/2λ相位延迟调制过的左圆偏振光束和右圆偏振光束中的另一个；以及

第二调制器，其配置为在所述第一时间周期期间将具有所述第二线偏振分量的反射光束调制成经1/2λ相位延迟调制过的所述第一圆偏振光束，以及在所述第二时间周期期间将所述反射光束调制成经0λ相位延迟调制过的所述第二圆偏振光束，

其中，所述第一调制器和所述第二调制器配置成接收彼此独立的具有不对称的电压的电压模式并且重复地将右圆偏振光束和左圆偏振光束发射在屏幕上，并且

其中，所述第一调制器和所述第二调制器的右圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成左图像和右图像中的一者，所述第一调制器和所述第二调制器的左圆偏振光束被组合以在所述屏幕上形成所述左图像和所述右图像中的另一者，并且所述左图像和所述右图像在透明度、串扰、颜色方面彼此对称。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一调制器和所述第二调制器中的每一个配置为具有单个液晶层。

20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一调制器的四分之一波片的第一慢轴和所述第二调制器的四分之一波片的第二慢轴以相同的方向布置。

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