CN111458963B - 一种前投式2d/3d混合投影显示装置 - Google Patents
一种前投式2d/3d混合投影显示装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种前投式2D/3D混合投影显示装置,该装置由投影机、偏振片、偏振依赖液晶透镜阵列、四分之一波片孔隙阵列和保偏屏组成。投影机根据显示模式投影相应的片源;偏振片用于对光线进行偏振调制;偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,对水平方向的偏振光具有聚焦作用;四分之一波片孔隙阵列,包括四分之一波片区域和孔隙区域,入射光线通过所述孔隙区域可直接透射光线,不改变光的偏振态;入射光线通过所述四分之一波片区域产生二分之π的相位延迟;所述保偏屏,用于反射入射光,并保持偏振光的偏振态。所述装置能够实现2D显示、3D显示以及2D/3D混合显示三种模式。
Description
技术领域
本发明涉及2D/3D混合显示技术领域,特别涉及一种前投式2D/3D混合投影显示装置。
背景技术
3D显示虽然可以提供传统2D显示器所不具备的深度信息,但3D图像分辨率下降严重。对于已经习惯了当前高分辨率2D显示画面的观看者来说,3D图像分辨率的降低导致观看者的视觉体验感不佳。在3D图像中,背景图像往往接近于显示面板,3D深度几乎为零,但仍然存在图像分辨率降低的问题。
目前有两种提高3D图像中背景图像分辨率的方法。一种是采用时分复用技术,基于人眼的视觉暂留效应,同时显示2D背景图像和3D前景图像,形成2D/3D混合显示,即在2D显示模式下显示全分辨率的2D背景图像来补偿背景图像分辨率,同时在3D显示模式下显示3D前景图像来维持前景的深度信息。2D和3D显示模式的快速切换需要使用液晶透镜阵列,为了精确控制显示模式和有源器件同步需要增加光学器件,从而导致系统体积增大。更重要的是由于在投影系统中光线需要两次经过有源器件,很难实现对偏振光的精准调制。另一种是采用空分复用技术,通过同时使用背投影显示2D背景图像和前投影显示3D前景图像的方式形成2D/3D混合显示,但该方法需要使用两个投影机,导致系统复杂、所需投影空间大等问题。
发明内容
本发明提出一种前投式2D/3D混合投影显示装置,如附图1所示,所述装置由投影机、偏振片、偏振依赖液晶透镜阵列、四分之一波片孔隙阵列和保偏屏组成,该装置具有2D显示、3D显示、2D/3D混合显示三种模式。
所述投影机根据显示模式投影相应的片源,在2D显示模式下投影2D片源,在3D显示模式下投影3D片源,在2D/3D混合显示模式下投影2D/3D 混合片源。
所述偏振片,用于对所述投影机上像素发出的光线进行偏振调制,产生垂直方向的偏振光。
所述偏振依赖液晶透镜阵列,由平凹形状的聚合物层、平凸形状的液晶层、取向层以及玻璃基板组成。所述偏振依赖液晶透镜阵列可实现两种状态,状态1,如附图2所示,线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向垂直,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透射作用;状态2,如附图3所示,线偏振光的方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向平行,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透镜阵列的聚焦作用。
所述偏振依赖液晶透镜阵列,可以是呈一维柱状排列的柱透镜结构,如附图4所示,也可以是呈二维矩阵排列的微透镜阵列结构,如附图5所示。
所述四分之一波片孔隙阵列,包括四分之一波片区域和孔隙区域,所述四分之一波片区域和孔隙区域可以呈如附图6所示的一维条状排列,也可以呈如附图7所示的二维矩阵排列。入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域可直接透射光线,不改变光的偏振态;入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域产生二分之π的相位延迟,偏振方向旋转90°,如附图8所示。
所述保偏屏,用于反射入射光,并保持偏振光的偏振态。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,2D显示模式下的入射光路如附图9所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域,出射光仍为垂直方向的偏振光;2D显示模式下的反射光路如附图10所示,垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,3D显示模式下的入射光路如附图11所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的3D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;3D显示模式下的反射光路如附图12所示,由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,在2D/3D混合显示模式下的入射光路如附图13所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D/3D混合片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,垂直方向的线偏振光的振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;在2D/3D混合显示模式下的反射光路如附图14所示,垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示。由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光从反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像;2D图像光线和3D图像光线在空间互不影响,从而实现2D/3D混合显示。
本发明提供一种前投式2D/3D混合投影显示装置,所述装置通过偏振依赖液晶透镜阵列和四分之一波片孔隙阵列对不同方向偏振光进行调制,能够实现2D显示、3D显示以及2D/3D混合显示三种模式,该装置显示模式的切换不依赖于有源光学器件,系统紧凑、结构简单。
附图说明
附图1为一种前投式2D/3D混合投影显示装置示意图
附图2为偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振光的透射效果示意图
附图3为偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向偏振光的聚焦效果示意图
附图4为呈一维柱状排列的偏振依赖液晶透镜阵列示意图
附图5为呈二维矩阵排列的偏振依赖液晶透镜阵列示意图
附图6为呈一维条状排列的四分之一波片孔隙阵列的结构示意图
附图7为呈二维矩阵排列的四分之一波片孔隙阵列的结构示意图
附图8为光线入射到呈二维矩阵排列的四分之一波片孔隙阵列的不同区域后出射光线偏振态变化示意图
附图9为本发明装置的2D显示模式的入射光路示意图
附图10为本发明装置的2D显示模式的反射光路示意图
附图11为本发明装置的3D显示模式入射光路示意图
附图12为本发明装置的3D显示模式反射光路示意图
附图13为本发明装置2D/3D混合显示模式的入射光路示意图
附图14为本发明装置2D/3D混合显示模式的反射光路示意图
上述附图中的图示标号为:
1 投影机,2偏振片,300偏振依赖液晶透镜阵列,301平凹形状的聚合物层,302平凸形状的液晶层, 303取向层,304玻璃基板,400四分之一波片孔隙阵列,401四分之一波片区域,402孔隙区域,5保偏屏,6垂直方向的线偏振光,7左旋圆偏振光,8右旋圆偏振光,9水平方向的线偏振光,10观看者,11 2D图像,12 3D图像。
应该理解上述附图只是示意性的,并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明的一种前投式2D/3D混合投影显示装置的一个典型实施例,对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是,以下实施例只用于本发明做进一步的说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
本发明提出一种前投式2D/3D混合投影显示装置,如附图1所示,所述装置由投影机、偏振片、偏振依赖液晶透镜阵列、四分之一波片孔隙阵列和保偏屏组成,该装置具有2D显示、3D显示、2D/3D混合显示三种模式。
所述投影机为激光投影机,分辨率为1280 × 800,根据显示模式投影相应的片源,在2D显示模式下投影2D片源,在3D显示模式下投影3D片源,在2D/3D混合显示模式下投影2D/3D 混合片源。
所述偏振片,用于对所述投影机上像素发出的光线进行偏振调制,产生垂直方向的偏振光。
所述偏振依赖液晶透镜阵列,由平凹形状的聚合物层、平凸形状的液晶层、取向层以及玻璃基板组成。平凹形状的聚合物层的折射率为1.52,平凸形状的液晶层的o光折射率为1.52,e光折射率为1.74的,玻璃基板的折射率为1.52。所述偏振依赖液晶透镜阵列可实现两种状态,状态1,如附图2所示,线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向垂直,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透射作用;状态2,如附图3所示,线偏振光的方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向平行,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透镜阵列的聚焦作用。
所述偏振依赖液晶透镜阵列,可以是呈一维柱状排列的柱透镜结构,如附图4所示,也可以是呈二维矩阵排列的微透镜阵列结构,如附图5所示。
所述四分之一波片孔隙阵列,包括四分之一波片区域和孔隙区域,所述四分之一波片区域和孔隙区域可以呈如附图6所示的一维条状排列,也可以呈如附图7所示的二维矩阵排列。入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域可直接透射光线,不改变光的偏振态;入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域产生二分之π的相位延迟,偏振方向旋转90°,如附图8所示。
所述保偏屏,用于反射入射光,并保持偏振光的偏振态。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,2D显示模式下的入射光路如附图9所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域,出射光仍为垂直方向的偏振光;2D显示模式下的反射光路如附图10所示,垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,3D显示模式下的入射光路如附图11所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的3D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;3D显示模式下的反射光路如附图12所示,由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像。
所述一种前投式2D/3D混合投影显示装置,在2D/3D混合显示模式下的入射光路如附图13所示,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D/3D混合片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,垂直方向的线偏振光的振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;在2D/3D混合显示模式下的反射光路如附图14所示,垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示。由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光从反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像;2D图像光线和3D图像光线在空间互不影响,从而实现2D/3D混合显示。
在本实施例中,可通过偏振依赖液晶透镜阵列和四分之一波片孔隙阵列对不同方向偏振光进行调制,能够实现2D显示、3D显示以及2D/3D混合显示三种模式,该装置显示模式的切换不依赖于有源光学器件,系统紧凑、结构简单。
Claims (6)
1.一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,该装置由投影机、偏振片、偏振依赖液晶透镜阵列、四分之一波片孔隙阵列和保偏屏组成;所述投影机根据显示模式投影相应的片源,在2D显示模式下投影2D片源,在3D显示模式下投影3D片源,在2D/3D混合显示模式下投影2D/3D 混合片源;所述偏振片,用于对所述投影机上像素发出的光线进行偏振调制,产生垂直方向的偏振光;所述偏振依赖液晶透镜阵列,由平凹形状的聚合物层、平凸形状的液晶层、取向层以及玻璃基板组成;所述偏振依赖液晶透镜阵列可实现两种状态,状态1,线偏振光的偏振方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向垂直,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透射作用;状态2,线偏振光的方向与所述液晶透镜阵列中液晶分子长轴方向平行,所述偏振依赖液晶透镜阵列对该方向的偏振光具有透镜阵列的聚焦作用;所述四分之一波片孔隙阵列,包括四分之一波片区域和孔隙区域,入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域可直接透射光线,不改变光的偏振态;入射光线通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域产生二分之π的相位延迟,偏振方向旋转90°;所述保偏屏,用于反射入射光,并保持偏振光的偏振态。
2.根据权利要求1所述的一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,在2D显示模式下,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域,出射光仍为垂直方向的偏振光;垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示。
3.根据权利要求1所述的一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,在3D显示模式下,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的3D片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,此时所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像。
4.根据权利要求1所述的一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,在2D/3D混合显示模式下,所述投影机经过所述偏振片投影垂直方向偏振的2D/3D混合片源,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向偏振的光线具有透射作用,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,垂直方向的线偏振光的振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈45°夹角,垂直方向的线偏振光通过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域后变为左旋圆偏振光;垂直方向的线偏振光通过所述保偏屏反射仍为垂直方向的线偏振光,垂直方向的线偏振光反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的孔隙区域后直接透射光线,仍为垂直方向的偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对垂直方向的偏振光具有透射作用,实现2D图像的显示;由于半波损失,左旋圆偏振光由所述保偏屏反射后变为右旋圆偏振光,右旋圆偏振光从反方向经过所述四分之一波片孔隙阵列的四分之一波片区域时,光线振动面与所述四分之一波片区域的光轴呈135°夹角,右旋圆偏振光变为水平方向的线偏振光,所述偏振依赖液晶透镜阵列对水平方向的线偏振光具有透镜阵列的聚焦作用,光线被会聚成像,重构出3D图像;2D图像光线和3D图像光线在空间互不影响,从而实现2D/3D混合显示。
5.根据权利要求1所述的一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,所述偏振依赖液晶透镜阵列,可以是呈一维柱状排列的柱透镜结构,也可以是呈二维矩阵排列的微透镜阵列结构。
6.根据权利要求1所述的一种前投式2D/3D混合投影显示装置,其特征在于,所述四分之一波片孔隙阵列,可以呈一维条状排列,也可以呈二维矩阵排列。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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