CN115145097B - 一种两片式3d投影系统及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两片式3D投影系统及其成像方法，涉及投影技术领域，包括投影仪和屏幕，投影仪光源模块与分光棱镜连接，分光棱镜分别与第一镜组和第二镜组连接，LCD模组分别与合光棱镜连接，合光棱镜和镜头连接；光源模块，用于产生白色会聚光；分光棱镜，用于将入射光分为S光和P光；第一光分路，用于将入射的P光转换为S光；第二光分路，用于将入射的S光转换为P光；合光棱镜用于将入射的S光和P光同步合并；镜头，用于将入射光发射到屏幕上成像。通过上述系统使用一台投影机来同时输出P/S两个图像，屏幕上重合实现分偏振效果，用户使用偏光眼镜即可观看3D效果，降低了3D投影系统的复杂度和成本，提高了画面稳定性。

Description

一种两片式3D投影系统及其成像方法

技术领域

本发明涉及投影技术领域，具体涉及一种两片式3D投影系统及其成像方法。

背景技术

随着3D投影技术的不断发展，3D投影系统已不局限于影院或商业用途，进入包括教育，娱乐，家庭等领域。

目前的3D投影系统实现方式主要分两种：一是使用高刷新率条件下的分时方式的左右画面快门眼镜切换方式，如使用刷新率高于120Hz的DLP，LCD或LCOS投影仪都可以实现，这种方式由于开关的原因，双眼会产生闪烁感，导致画面不稳定。另一种是使用双投影单元分别输出不同的偏振光，在屏幕上重合实现分偏振效果，但该方法采用两台投影，成本高。

发明内容

本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种两片式3D投影系统及其成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种两片式3D投影系统，包括投影仪和屏幕，所述投影仪包括光源模块、分光棱镜、第一镜组、第二镜组、第一反射镜、第二反射镜、第一LCD模组、第二LCD模组、合光棱镜和镜头；所述第一镜组、所述第一反射镜和所述第一LCD模组依次连接组成第一光分路；所述第二镜组、所述第二反射镜和所述第二LCD模组依次连接组成第二光分路；

所述光源模块与所述分光棱镜连接，所述分光棱镜分别与所述第一镜组和所述第二镜组连接，所述第一LCD模组和所述第二LCD模组分别与所述合光棱镜连接，所述合光棱镜和所述镜头连接；

所述光源模块，用于产生白色会聚光；所述分光棱镜，用于将入射光分为S光和P光；所述第一光分路，用于将入射的P光转换为S光；所述第二光分路，用于将入射的S光转换为P光；所述合光棱镜用于将入射的S光和P光同步合并；所述镜头，用于将入射光发射到所述屏幕上成像。

可选地，所述第一镜组依次由第一聚光镜、第一复眼透镜、第一偏光转换器、第二聚光镜构成；所述第二镜组依次由第三聚光镜、第二复眼透镜、第二偏光转换器、第四聚光镜构成。

可选地，所述镜头包括起偏器；所述屏幕依次包括液晶微透镜阵列、延迟膜和保偏屏。

可选地，所述液晶微透镜阵列包括各向同性聚合物层、液晶层、对准层和玻璃基板；所述液晶层的液晶分子沿X轴取向，具有普通折射率和非常折射率；所述各向同性聚合物层的折射率与所述液晶层的普通折射率相匹配，所述液晶层的异常折射率高于所述各向同性聚合物层的折射率。

可选地，所述延迟膜的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°。

可选地，所述延迟膜由多个延迟单元和多个针孔单元均匀交错排列组成；每一延迟单元的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°。

基于上述的一种两片式3D投影系统的成像方法，所述两片式3D投影系统的成像方法如下：

所述光源模块发出白色会聚光，经过所述分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；所述第一P光经过所述第一镜组后变为平行光，通过所述第一反射镜照射到所述第一LCD模组上，所述第一LCD模组显示输入S信号，所述第一P光经过所述第一LCD模组后变为第二S光，通过所述合光棱镜反射所述第二S光；反射的所述第一S光经过所述第二镜组后变为平行光，通过所述第二反射镜照射到所述第二LCD模组上，所述第二LCD模组显示输入的P信号，所述第一S光经过所述第二LCD模组变为第二P光，所述第二P光透过合光棱镜；所述第二S光和所述第二P光通过所述合光棱镜同步合并，由所述镜头发射到所述屏幕上成像。

基于上述的一种两片式3D投影系统的成像方法，所述两片式3D投影系统的成像方法如下：

所述光源模块发出白色会聚光，经过所述分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；所述第一P光经过所述第一镜组后变为平行光，通过所述第一反射镜照射到所述第一LCD模组上，所述第一LCD模组显示输入S信号，所述第一P光经过所述第一LCD模组后变为第二S光，通过所述合光棱镜反射所述第二S光；反射的所述第一S光经过所述第二镜组后变为平行光，通过所述第二反射镜照射到所述第二LCD模组上，所述第二LCD模组显示输入的P信号，所述第一S光经过所述第二LCD模组变为第二P光，所述第二P光透过合光棱镜；所述第二S光和所述第二P光通过所述合光棱镜同步合并作为入射光，所述入射光通过所述镜头成为Y偏振光，所述Y偏振光依次通过液晶微透镜阵列和延迟膜，在保偏屏反射后成为X偏振光，所述X偏振光依次通过延迟膜和液晶微透镜阵列周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示。

基于上述的一种两片式3D投影系统的成像方法，所述两片式3D投影系统的成像方法如下：

所述光源模块发出白色会聚光，经过所述分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；所述第一P光经过所述第一镜组后变为平行光，通过所述第一反射镜照射到所述第一LCD模组上，所述第一LCD模组显示输入S信号，所述第一P光经过所述第一LCD模组后变为第二S光，通过所述合光棱镜反射所述第二S光；反射的所述第一S光经过所述第二镜组后变为平行光，通过所述第二反射镜照射到所述第二LCD模组上，所述第二LCD模组显示输入的P信号，所述第一S光经过所述第二LCD模组变为第二P光，所述第二P光透过合光棱镜；所述第二S光和所述第二P光通过所述合光棱镜同步合并作为入射光，所述入射光通过所述镜头成为Y偏振光，所述Y偏振光通过液晶微透镜阵列不发生偏折，从所述延迟膜正面入射成为左旋圆偏振光，在所述保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向得到右旋圆偏振光，所述右旋圆偏振光从所述延迟膜反面入射成为X偏振光，所述X偏振光通过所述液晶层周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示。

基于上述的一种两片式3D投影系统的成像方法，所述两片式3D投影系统的成像方法如下：

所述光源模块发出白色会聚光，经过所述分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；所述第一P光经过所述第一镜组后变为平行光，通过所述第一反射镜照射到所述第一LCD模组上，所述第一LCD模组显示输入S信号，所述第一P光经过所述第一LCD模组后变为第二S光，通过所述合光棱镜反射所述第二S光；反射的所述第一S光经过所述第二镜组后变为平行光，通过所述第二反射镜照射到所述第二LCD模组上，所述第二LCD模组显示输入的P信号，所述第一S光经过所述第二LCD模组变为第二P光，所述第二P光透过合光棱镜；所述第二S光和所述第二P光通过所述合光棱镜同步合并作为入射光，所述入射光通过所述镜头成为Y偏振光，所述Y偏振光通过液晶微透镜阵列不发生偏折；所述Y偏振光的一部分从延迟单元正面入射成为左旋圆偏振光，在所述保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向得到右旋圆偏振光，所述右旋圆偏振光从所述延迟膜反面入射成为X偏振光，所述X偏振光通过所述液晶层周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示；所述Y偏振光的另一部分从针孔单元通过，由所述保偏屏反射，并再次通过 针孔单元，保持偏振状态不变，通过液晶微透镜阵列不发生偏折，实现2D显示。

本发明实施例提供了一种两片式3D投影系统，包括投影仪和屏幕，投影仪包括光源模块、分光棱镜、第一镜组、第二镜组、第一反射镜、第二反射镜、第一LCD模组、第二LCD模组、合光棱镜和镜头；第一镜组、第一反射镜和第一LCD模组依次连接组成第一光分路；第二镜组、第二反射镜和第二LCD模组依次连接组成第二光分路；光源模块与分光棱镜连接，分光棱镜分别与第一镜组和第二镜组连接，第一LCD模组和第二LCD模组分别与合光棱镜连接，合光棱镜和镜头连接；光源模块，用于产生白色会聚光；分光棱镜，用于将入射光分为S光和P光；第一光分路，用于将入射的P光转换为S光；第二光分路，用于将入射的S光转换为P光；合光棱镜用于将入射的S光和P光同步合并；镜头，用于将入射光发射到屏幕上成像。通过上述系统使用一台投影机来同时输出P/S两个图像，屏幕上重合实现分偏振效果，用户使用偏光眼镜即可观看3D效果，降低了3D投影系统的复杂度和成本，提高了画面稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明实施例提供的一种两片式3D投影系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种两片式3D投影系统。参见图1，图1为本发明实施例提供的一种两片式3D投影系统的系统框图。该系统包括投影仪和屏幕，投影仪包括光源模块、分光棱镜、第一镜组、第二镜组、第一反射镜、第二反射镜、第一LCD模组、第二LCD模组、合光棱镜和镜头；第一镜组、第一反射镜和第一LCD模组依次连接组成第一光分路；第二镜组、第二反射镜和所述第二LCD模组依次连接组成第二光分路。

光源模块与分光棱镜连接，分光棱镜分别与第一镜组和第二镜组连接，第一LCD模组和第二LCD模组分别与合光棱镜连接，合光棱镜和镜头连接；

光源模块，用于产生白色会聚光；分光棱镜，用于将入射光分为S光和P光；第一光分路，用于将入射的P光转换为S光；第二光分路，用于将入射的S光转换为P光；合光棱镜用于将入射的S光和P光同步合并；镜头，用于将入射光发射到屏幕上成像。

基于本发明实施例提供的一种两片式3D投影系统，使用一台投影机同时输出P/S两个图像，屏幕上重合实现分偏振效果，用户使用偏光眼镜即可观看3D效果，降低了3D投影系统的复杂度和成本，提高了画面稳定性。

在一个实施例中，第一镜组依次由第一聚光镜、第一复眼透镜、第一偏光转换器、第二聚光镜构成；第二镜组依次由第三聚光镜、第二复眼透镜、第二偏光转换器、第四聚光镜构成。

在一个实施例中，镜头包括起偏器，屏幕依次包括液晶微透镜阵列、延迟膜和保偏屏。

在一个实施例中，液晶微透镜阵列包括各向同性聚合物层、液晶层、对准层和玻璃基板；液晶层的液晶分子沿X轴取向，具有普通折射率和非常折射率；各向同性聚合物层的折射率与液晶层的普通折射率相匹配，液晶层的异常折射率高于各向同性聚合物层的折射率。

一种实现方式中，液晶层具有光学双折射特性，具有普通折射率和非常折射率。各向同性聚合物层的折射率与液晶材料的普通折射率相匹配。使得液晶微透镜阵列对X偏振光表现出聚焦效应，而对Y偏振光没有光学效应。

在一个实施例中，延迟膜的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°。

一种实现方式中，延迟膜为四分之一波长延迟膜。

在一个实施例中，延迟膜由多个延迟单元和多个针孔单元均匀交错排列组成；每一延迟单元的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°。

在一个实施例中，基于上述实施例提供的两片式3D投影系统，本发明实施例还提供了一种两片式3D投影系统的成像方法，如下：

光源模块发出白色会聚光，经过分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；第一P光经过第一镜组后变为平行光，通过第一反射镜照射到第一LCD模组上，第一LCD模组显示输入S信号，第一P光经过第一LCD模组后变为第二S光，通过合光棱镜反射第二S光；反射的第一S光经过第二镜组后变为平行光，通过第二反射镜照射到第二LCD模组上，第二LCD模组显示输入的P信号，第一S光经过第二LCD模组变为第二P光，第二P光透过合光棱镜；第二S光和第二P光通过合光棱镜同步合并，由镜头发射到屏幕上成像。

一种实现方式中，屏幕上的成像包括了第二S光和第二P光，第二S光和第二P光重合实现分偏振效果，用户使用偏光眼镜观看屏幕上的成像，即可观看3D效果，降低了3D投影系统的复杂度和成本，提高了画面稳定性。

在一个实施例中，基于上述实施例提供的两片式3D投影系统，本发明实施例还提供了一种两片式3D投影系统的成像方法，如下：

光源模块发出白色会聚光，经过分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；第一P光经过第一镜组后变为平行光，通过第一反射镜照射到第一LCD模组上，第一LCD模组显示输入S信号，第一P光经过第一LCD模组后变为第二S光，通过合光棱镜反射第二S光；反射的第一S光经过第二镜组后变为平行光，通过第二反射镜照射到第二LCD模组上，第二LCD模组显示输入的P信号，第一S光经过第二LCD模组变为第二P光，第二P光透过合光棱镜；第二S光和第二P光通过合光棱镜同步合并作为入射光，入射光通过镜头成为Y偏振光，Y偏振光依次通过液晶微透镜阵列和延迟膜，在保偏屏反射后成为X偏振光，X偏振光依次通过延迟膜和液晶微透镜阵列周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示。

一种实现方式中，液晶微透镜阵列将图像周期性地折射并聚焦在焦平面上，用户在焦平面上观看图像，即可实现裸眼3D效果。

在一个实施例中，基于上述实施例提供的两片式3D投影系统，本发明实施例还提供了一种两片式3D投影系统的成像方法，如下：

光源模块发出白色会聚光，经过分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；第一P光经过第一镜组后变为平行光，通过第一反射镜照射到第一LCD模组上，第一LCD模组显示输入S信号，第一P光经过第一LCD模组后变为第二S光，通过合光棱镜反射第二S光；反射的第一S光经过第二镜组后变为平行光，通过第二反射镜照射到第二LCD模组上，第二LCD模组显示输入的P信号，第一S光经过第二LCD模组变为第二P光，第二P光透过合光棱镜；第二S光和第二P光通过合光棱镜同步合并作为入射光，入射光通过镜头成为Y偏振光，Y偏振光通过液晶微透镜阵列不发生偏折，从延迟膜正面入射成为左旋圆偏振光，在保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向得到右旋圆偏振光，右旋圆偏振光从延迟膜反面入射成为X偏振光，X偏振光通过液晶层周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示。

一种实现方式中，Y偏振光的偏振态平行于液晶层的快轴，并且液晶层的普通折射率与各向同性聚合物层的折射率相匹配，所以Y偏振光可以直接通过液晶微透镜阵列不发生偏折。

一种实现方式中，左旋圆偏振光在保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向，由于半波损耗得到右旋圆偏振光。

一种实现方式中，X偏振光的入射偏振态平行于正液晶层的慢轴，液晶层的异常折射率高于各向同性聚合物层的折射率，X偏振光可以周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示。

在一个实施例中，基于上述实施例提供的两片式3D投影系统，本发明实施例还提供了一种两片式3D投影系统的成像方法，如下：

光源模块发出白色会聚光，经过分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；第一P光经过第一镜组后变为平行光，通过第一反射镜照射到第一LCD模组上，第一LCD模组显示输入S信号，第一P光经过第一LCD模组后变为第二S光，通过合光棱镜反射第二S光；反射的第一S光经过第二镜组后变为平行光，通过第二反射镜照射到第二LCD模组上，第二LCD模组显示输入的P信号，第一S光经过第二LCD模组变为第二P光，第二P光透过合光棱镜；第二S光和第二P光通过合光棱镜同步合并作为入射光，入射光通过镜头成为Y偏振光，Y偏振光通过液晶微透镜阵列不发生偏折；Y偏振光的一部分从延迟单元正面入射成为左旋圆偏振光，在保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向得到右旋圆偏振光，右旋圆偏振光从延迟膜反面入射成为X偏振光，X偏振光通过液晶层周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示；Y偏振光的另一部分从针孔单元通过，由保偏屏反射，并再次通过针孔单元，保持偏振状态不变，通过液晶微透镜阵列不发生偏折，实现2D显示。

一种实现方式中，屏幕反射的图像包括一部分2D图像和一部分3D图像，可以实现2D/3D混合显示。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种两片式3D投影系统，其特征在于，包括投影仪和屏幕，所述投影仪包括光源模块、分光棱镜、第一镜组、第二镜组、第一反射镜、第二反射镜、第一LCD模组、第二LCD模组、合光棱镜和镜头；所述第一镜组、所述第一反射镜和所述第一LCD模组依次连接组成第一光分路；所述第二镜组、所述第二反射镜和所述第二LCD模组依次连接组成第二光分路；所述光源模块与所述分光棱镜连接，所述分光棱镜分别与所述第一镜组和所述第二镜组连接，所述第一LCD模组和所述第二LCD模组分别与所述合光棱镜连接，所述合光棱镜和所述镜头连接；所述光源模块，用于产生白色会聚光；所述分光棱镜，用于将入射光分为S光和P光；所述第一光分路，用于将入射的P光转换为S光；所述第二光分路，用于将入射的S光转换为P光；所述合光棱镜用于将入射的S光和P光同步合并；所述镜头，用于将入射光发射到所述屏幕上成像；所述第一镜组依次由第一聚光镜、第一复眼透镜、第一偏光转换器、第二聚光镜构成；所述第二镜组依次由第三聚光镜、第二复眼透镜、第二偏光转换器、第四聚光镜构成；所述镜头包括起偏器；所述屏幕依次包括液晶微透镜阵列、延迟膜和保偏屏；所述液晶微透镜阵列包括各向同性聚合物层、液晶层、对准层和玻璃基板；所述液晶层的液晶分子沿X轴取向，具有普通折射率和非常折射率；所述各向同性聚合物层的折射率与所述液晶层的普通折射率相匹配，所述液晶层的异常折射率高于所述各向同性聚合物层的折射率；所述延迟膜的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°；所述延迟膜由多个延迟单元和多个针孔单元均匀交错排列组成；每一延迟单元的正面快轴与X轴呈45°，反面快轴与X轴呈135°。

2.根据权利要求1所述一种两片式3D投影系统的成像方法，其特征在于，所述两片式3D投影系统的成像方法如下：所述光源模块发出白色会聚光，经过所述分光棱镜后反射第一S光，透过第一P光；所述第一P光经过所述第一镜组后变为平行光，通过所述第一反射镜照射到所述第一LCD模组上，所述第一LCD模组显示输入S信号，所述第一P光经过所述第一LCD模组后变为第二S光，通过所述合光棱镜反射所述第二S光；反射的所述第一S光经过所述第二镜组后变为平行光，通过所述第二反射镜照射到所述第二LCD模组上，所述第二LCD模组显示输入的P信号，所述第一S光经过所述第二LCD模组变为第二P光，所述第二P光透过合光棱镜；所述第二S光和所述第二P光通过所述合光棱镜同步合并作为入射光，所述入射光通过所述镜头成为Y偏振光，所述Y偏振光通过液晶微透镜阵列不发生偏折；所述Y偏振光的一部分从延迟单元正面入射成为左旋圆偏振光，在所述保偏屏反射后保留偏振态并反转光的传播方向得到右旋圆偏振光，所述右旋圆偏振光从所述延迟膜反面入射成为X偏振光，所述X偏振光通过所述液晶层周期性地折射并聚焦在焦平面上，实现3D显示；所述Y偏振光的另一部分从针孔单元通过，由所述保偏屏反射，并再次通过针孔单元，保持偏振状态不变，通过液晶微透镜阵列不发生偏折，实现2D显示。