CN207586563U - 立体投影光的偏振调制装置及立体影像放映系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于投影显示技术领域，提供了一种立体投影光的偏振调制装置，包括：偏振分束组件，用于将携带有影像信息的投影光束分束为两个透射光束和两个反射光束，其中，两透射光束的偏振态不同、两反射光束的偏振态也不同；第一光路方向调整组件，用于调整第一反射光束的传播方向；第二光路方向调整组件，用于调整第二反射光束的传播方向；偏振态转换组件，用于对两个透射光束和两个反射光束中的部分或全部进行偏振态调制，调制后两个透射光束和两个反射光束具有相同的偏振态。与双光路的偏振分光方式相比，本实用新型能有效减少反射光束与透射光束的光程差，从而使整个装置的体积大大缩小。

Description

立体投影光的偏振调制装置及立体影像放映系统

技术领域

本实用新型属于投影显示技术领域，尤其涉及一种立体投影光的偏振调制装置及立体影像放映系统。

背景技术

立体影像的观影原理，是由人的左右眼分别接收按照帧顺序播放的左右眼视频图像，再经过大脑将左右眼视频图像予以合成，产生立体效果。

目前的左右眼接收图像的技术主要有左右偏振分光方式、左右快门开关同步方式和左右红蓝分光方式等，其中，左右偏振分光方式的使用更为广泛。在左右偏振分光方式中，按照技术发展轨迹先后产生了单光路偏振分光技术和双光路偏振分光技术。

一种典型的单光路偏振分光的原理如图1所示，投影机11按照帧顺序依次投射出携带有左眼图像的投影光束和携带有右眼图像的投影光束，投影光束由偏振片12进行起偏而转换为线偏振光，再由偏振调制器13根据帧顺序调制出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光、并投射至幕布15，观众的左右眼分别通过佩戴的圆偏光眼镜16接收由幕布15反射的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，其中同步电路14用于控制投影机11和偏振调制器13同步工作。但是由于偏振片12为吸收型，在起偏过程中仅将部分光能量进行起偏而舍弃了另一部分光能量，使得大量的光能量在偏振片12上转化为热量，在使用高亮度的电影投影机时，偏振片12的温度会迅速上升，使得偏振片12的老化速度加快，光学性能明显变差，严重时强光束会将偏振片12烧毁。因此单光路偏振分光后来被双光路偏振分光取代。

双光路偏振分光方式的原理如图2所示，主要基于一斜板式的分光棱镜实现，该分光棱镜具有一倾斜设置的偏振分光膜2，来自投影机的投影光束被偏振分光膜分束为透射的P偏振光和反射的S偏振光，然后再将P偏振光转换为S偏振光或将S偏振光转换为P偏振光，最后再统一将两束光按照帧顺序调制为左旋圆偏振光或右旋圆偏振光。由于投影光在起偏过程中被充分利用，也提高了投影光线的利用率和投影画面的亮度。

但是，采用双光路偏振分光的调制系统尺寸会较大，所需光学器件也较大，在器件加工与组装时存在诸多困难。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题为现有的基于双光路偏振分光技术的立体投影偏振光调制装置体积大的问题，旨在提供一种体积较小的全新的立体投影光的偏振调制装置。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例是这样实现的，一种立体投影光的偏振调制装置，包括：

偏振分束组件，用于将携带有影像信息的投影光束分束为具有第一偏振态的第一透射光束、具有第二偏振态的第二透射光束、具有第二偏振态的第一反射光束和具有第一偏振态的第二反射光束；其中，被分束出的第一透射光束和第二透射光束向成像表面所在的方向传播，且所述第一透射光束与所述第一反射光束在成像表面上的成像位置相同，所述第二透射光束与所述第二反射光束在成像表面上的成像位置相同；

第一光路方向调整组件，用于调整所述第一反射光束的传播方向，使得所述第一反射光束向成像表面所在的方向传播；

第二光路方向调整组件，用于调整所述第二反射光束的传播方向，使得所述第二反射光束向成像表面所在的方向传播；

偏振态调制组件，用于对所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束中的部分或全部进行偏振态调制，以使所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束具有相同的偏振态。

本实用新型实施例还提供了一种立体影像放映系统，包括：

投影机，用于以帧顺序依次投射出携带有左眼影像信息的投影光束和携带有右眼影像信息的投影光束；

如上所述的立体投影光的偏振调制装置；

幕布，用于供所述立体投影光的偏振调制装置调制出的具有相同偏振态的各投影光束成像，且将所成的像反射至用户佩戴的3D眼镜。

本实用新型实施例与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实施例所提供的立体光的投影偏振调制装置采用偏振分光组件将投影光束分为包含两透射、两反射的四束光，其中两透射光束的偏振态不同、两反射光束的偏振态也不同，而由于一副完整影像画面所对应的光束在起偏时被分成两个反射光束，与一个透射光束、一个反射光束的双光路偏振分光方式相比，本实用新型实施例有效减少了反射光束与透射光束的光程差，使得后续的光路方向调整组件、光程补偿组件可以选用更小的尺寸，从而使整个装置体积大大缩小。

附图说明

图1是现有技术提供的立体影像放映系统采用单光路偏振分光的原理示意图；

图2是现有技术提供的立体影像放映系统采用双光路偏振分光的原理示意图；

图3是本实用新型第一实施例提供的立体投影光的偏振调制装置的结构原理图；

图4是本实用新型第二实施例提供的立体投影光的偏振调制装置的结构原理图；

图5是本实用新型第二实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件的结构原理图；

图6A和图6B分别是本实用新型第二实施例提供的第一基板上的偏振分光层的线栅结构示意图；

图7A和图7B分别是本实用新型第二实施例提供的第二基板上的偏振分光层的线栅结构示意图；

图8和图9分别是本实用新型第二实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件中两个偏振分光层的线栅结构示意图；

图10是本实用新型第二实施例提供的两个透射光束存在混合偏振区域的光路示意图；

图11是本实用新型第三实施例提供的立体投影光的偏振调制装置的结构原理图；

图12是本实用新型第三实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件的结构原理图；

图13是本实用新型第四实施例提供的立体投影光的偏振调制装置的结构原理图；

图14是本实用新型第四实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件的结构原理图；

图15是本实用新型第四实施例提供的两个透射光束存在混合偏振区域的光路示意图；

图16是本实用新型第五实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件的结构原理图；

图17是本实用新型第五实施例提供的棱镜组结构形式的偏振分束组件的结构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

不同于传统的双光路偏振分光方式将投影光束分成一透射光束、一反射光束的思路，本实用新型实施例将投影光束分为包含两透射、两反射的四束光。

基于此原理，如图3所示，本实用新型第一实施例提供了一种立体投影光的偏振调制装置，包括：偏振分束组件31、第一光路方向调整组件32、第二光路方向调整组件33和偏振态调制组件34，各组件的功能介绍如下：

偏振分束组件31-----用于将携带有影像信息的投影光束分束为具有第一偏振态的第一透射光束、具有第二偏振态的第二透射光束、具有第二偏振态的第一反射光束和具有第一偏振态的第二反射光束。

本实用新型实施例所提供的立体投影光的偏振调制装置31在使用时放置于投影机与成像表面(即幕布)之间，用于对投影机所投射出的投影光束进行光学作用，使投影光束在投射至成像表面之前具有统一的线偏振或圆偏振等偏振状态，成像表面再将具有偏振状态的投影光束反射至观众佩戴的3D眼镜中，其中，成像表面需具有保偏特性，即成像表面在反射投影光束的过程中不能改变投影光束的偏振状态，通常采用金属幕布实现。

首先，投影机交替投射出携带有左眼影像信息的投影光束和携带有右眼影像信息的投影光束，例如可以以帧顺序的方式投射，类似于播放视频，T1时刻投射携带左眼影像信息的投影光束，T2时刻投射携带右眼影像信息的投影光束、T3时刻再投射携带左眼影像信息的投影光束，T4时刻再投射携带右眼影像信息的投影光束，……，依此类推。从硬件上要求投影机能支持帧频率为100HZ或更高帧频率的视频播放，可采用数字微镜式投影机、硅上液晶式投影机等。

然后，由偏振分束组件31对投影光束进行偏振分束，本实用新型实施例中，偏振分束组件31将投影光束分为四束光，即第一透射光束、第一反射光束、第二透射光束、第二反射光束。其中，第一透射光束与第一反射光束携带的图像信息相同、并且在成像表面上的成像位置相同，相应地，第二透射光束与第二反射光束携带的图像信息相同、并且在成像表面上的成像位置相同。

分束出的第一透射光束具有第一偏振态、第一反射光束具有第二偏振态、第二透射光束具有第二偏振态、第二反射光束具有第一偏振态，其中，第一透射光束和第二透射光束直接向成像表面所在的方向传播，而第一反射光束由于被反射导致传播方向会与所对应的第一透射光束的传播方向垂直，同理，第二反射光束由于被反射导致传播方向会与所对应的第二透射光束的传播方向垂直，因此需要调整第一反射光束和第二反射光束的传播方向，以使第一反射光束和第二反射光束可以向成像表面所在的方向传播。

需要强调的是，由于第一透射光束和第二透射光束都是在分束后直接向成像表面所在的方向传播，因此，宏观看上去像是一整束光，但是由于二者的偏振状态不同，实质上还是应当理解为这是两束不同的光束。此外，图3中仅示意性地示出了第一透射光束与第二透射光束的传播路径，实际上由于投影机投射出的投影光束是发散的，该投影光束在经过偏振分束组件31分束之后得到的第一透射光束和第二透射光束仍然是发散的，使得第一透射光束和第二透射光束在成像表面的成像区域会有部分重叠。

上述第一偏振态和第二偏振态均为线性偏振且二者的偏振方向正交，例如一个为P偏振光、另一个为S偏振光，具体可以是第一偏振态为P偏振光、第二偏振态为S偏振光，或者第一偏振态为S偏振光、第二偏振态为P偏振光。

偏振分束组件31可以采用偏振分光膜来进行分束起偏，也可以采用光学线栅进行分束起偏，或者同时采用偏振分光膜和光学线栅结构进行分束起偏，例如采用偏振分光膜分束出第一透射光束和第一反射光束，采用光学线栅结构分束出第二透射光束和第二反射光束。

第一光路方向调整组件32-----用于调整第一反射光束的传播方向，使得第一反射光束向成像表面所在的方向传播。

第一光路方向调整组件32的调整方向可以使第一反射光束最终在成像表面的成像位置与第一透射光束的成像位置重叠，具体实施时，可以将第一光路方向调整组件32的调整方向设置为可调，以利于调整第一反射光束在成像表面的成像位置，通常可以采用平面镜、可对光束大小进行扩大或缩小的曲面镜等具有反射功能的器件实现，当然，也可以采用透镜等具有改变光路方向的光学器件实现。

第二光路方向调整组件33-----用于调整第二反射光束的传播方向，使得第二反射光束向成像表面所在的方向传播。

同理，第二光路方向调整组件33的调整方向可以使第二反射光束最终在成像表面的成像位置与第二透射光束的成像位置重叠，具体实施时，可以将第二光路方向调整组件的调整方向设置为可调，以利于调整第二反射光束33在成像表面的成像位置，通常可以采用平面镜、可对光束大小进行扩大或缩小的曲面镜等具有反射功能的器件实现，当然，也可以采用透镜等具有改变光路方向的光学器件实现。

偏振态调制组件34-----用于对第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束中的部分或全部进行偏振态调制，以使第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束具有相同的偏振态。

偏振态调制组件34将四束光按照帧顺序依次调制为仅能被左眼所接收的偏振态和仅能被右眼所接收的偏振态，例如，在当前帧将四束光调制为能被左眼接收而不能被右眼接收的偏振态，在下一帧将四束光调制为不能被左眼接收而能被右眼接收的偏振态。

但是，在任何一帧内，四束光的偏振态需要在到达成像表面之前被调制为一致，具体调制时，可以只调制部分光束的偏振态，例如，无论是在播放左眼影像对应的图像帧还是右眼影像对应的图像帧，偏振态调制组件34都只将第一透射光束和第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，这样四束光均具有第二偏振态，或者偏振态调制组件34都只将第二透射光束和第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，这样四束光均具有第一偏振态；还可以是四束光都参与偏振态的调制过程，例如，在播放左眼影像对应的图像帧时，偏振态调制组件34将第一透射光束和第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，这样四束光均具有第二偏振态，而在播放右眼影像对应的图像帧时，偏振态调制组件34将第二透射光束和第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，这样四束光均具有第一偏振态。

如上文所述，被上述偏振分束组件31分束出的四束光的偏振态为线性的P偏振或S偏振，那么，若观众佩戴的是线偏光眼镜，偏振态调制组件只需在每一帧将四束光调制为均为P偏振或调制为均为S偏振即可，而若观众佩戴的是圆偏光眼镜，还需要进一步调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。当需要调制为圆偏振光时，偏振态调制组件34需包括：偏振态转换单元和光调制器。

其中，偏振态转换单元需要在每一帧时，将四束光调制为具有统一的线偏振态，基于上文所述的原理，偏振态转换单元有两种工作模式：

模式一：偏振态转换单元用于将第一透射光束和第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，以使第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束均为第二偏振态；或者，用于将第二透射光束和所述第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，使得所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束均为第一偏振态。

模式二：偏振态转换单元用于在播放左眼影像对应的图像帧时，将第一透射光束和第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，使得四束光均具有第二偏振态，而在播放右眼影像对应的图像帧时，将第二透射光束和第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，使得四束光均具有第一偏振态。

然后，再由光调制器将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

其中，当偏振态转换单元工作在上述的模式一时，可选用半波片实现，半波片可将P偏振光转换为S偏振光或者S偏振光转换为P偏振光，当然也可以选用其他可将线偏振态旋转90度的器件实现，例如TN液晶盒等。当偏振态转换单元工作在上述的模式二时，可以在每束光的光路各选用1个可将偏振态旋转90度的器件实现，例如TN液晶盒等，只需控制四束光对应的TN液晶盒的工作，每帧图像需要控制其中两个TN液晶盒将线偏振光的偏振方向旋转90度、而另外两个处于无旋转的工作状态。

上述光调制器可选用具有四分之一波长延迟功能的器件实现，例如液晶器件或四分之一波片，可以是四束光路共用一个光调制器，也可以在四束光的光路上分别设置一个光调制器。

综上所述，在第一实施例中，由于一副完整影像画面所对应的投影光束在起偏时被偏振分束组件31分成两个反射光束，有效减少了反射光束与透射光束的光程差，使得后续的光路方向调整组件、光程补偿组件可以选用更小的尺寸，从而使整个装置的体积大大缩小。

本实用新型第一实施例中的偏振分束组件31、偏振态转换单元的结构、位置可以有多种设计方式，只要能满足上述光学功能即可，下文继续列举若干实施例来进行解释、说明。应当理解，具体实施时，本领域技术人员还可以在本实用新型的基础之上根据需要灵活变化出其他各种实施方案。

图4示出了本实用新型第二实施例的立体投影光的偏振调制装置，此实施例适用于观众佩戴圆偏光眼镜的情形。

本实施例中，偏振分束组件所分束出的光束的第一偏振态和第二偏振态均为线偏振，且二者的偏振方向正交，例如第一偏振态和第二偏振态分别为线性的P偏振和S偏振。偏振分束组件包括第一基板3111和第二基板3112，两个基板彼此相连接呈V字形，相连接的位置形成有脊A1，该脊A1的凸出方向与投影光束的传播方向相逆，即脊A1的凸出方向是朝向投影机所在的方向的。具体使用时，最好将脊A1放置于投影光束的中心线上。第一基板3111和第二基板3112上均设有偏振分光层，并且第一基板3111的偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二基板3112的偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束。在图4中，“●”表示所在光束为线偏振态且偏振方向垂直于纸面，表示所在光束为线偏振态且偏振方向平行于纸面，“○”则表示所在光束为圆偏振态。

作为第二实施例的一种变化结构，偏振分束组件还可以设计成偏振分光棱镜组的结构。如图5所示，该偏振分光棱镜组由至少第一棱镜3121、第二棱镜3122和第三棱镜3123三个等腰直角棱镜贴合形成，贴合后整体呈长方体结构，三个等腰直角棱镜采用透明的基材制成。第三棱镜3123的两个直角边分别与第一棱镜3121的斜边和第二棱镜3122的斜边相贴合，贴合处分别具有第一偏振分光层3124和第二偏振分光层3125，第一偏振分光层3124和第二偏振分光层3125垂直并彼此相连接呈V字形，相连接的位置形成有脊A2，该脊A2的凸出方向与投影光束的传播方向相逆，并且其中的第一偏振分光层3124可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二偏振分光层3125可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束。在上述偏振分光棱镜组中，脊A2所在的面为投影光束的入射面，具体使用时，最好将脊A2放置于投影光束的中心线上。

请再次参阅图4，本实施例中的第一光路方向调整组件321的功能与第一实施例中的第一光路方向调整组件32的功能相同，本实施例中的第二光路方向调整组件331的功能与第一实施例中的第一光路方向调整组件33的功能相同，具体不再赘述。偏振态调制组件包括：第一偏振态转换器3411、第二偏振态转换器3412和光调制器3413。其中，第一偏振态转换器3411位于第一反射光束所在的光路上，用于将第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态；第二偏振态转换器3412位于第二透射光束所在的光路上，用于将第二透射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态。应当理解，具体实施时还可以将第一偏振态转换器3411和第二偏振态转换器3412放置到另外两个光束所在的光路上，例如，将第一偏振态转换器3411位于第二反射光束所在的光路上，用于将第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态；并将第二偏振态转换器3412位于第一透射光束所在的光路上，用于将第一透射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态。

在第一偏振态转换器3411和第二偏振态转换器3412各自将所在光束的偏振态调整为一致之后，再由光调制器3413将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，例如，在当前帧，光调制器3413将各光束调整为左旋圆偏振光，以使观众佩戴的圆偏光眼镜的左镜片能透过该左旋圆偏振光、而右镜片则不能透过该左旋圆偏振光；在下一帧，光调制器3413将各光束调整为右旋圆偏振光，以使观众佩戴的圆偏光眼镜的右镜片能透过该右旋圆偏振光、而左镜片则不能透过该右旋圆偏振光。

其中，第一偏振态转换器3411和第二偏振态转换器3412可选用半波片实现，半波片可将P偏振光转换为S偏振光或者S偏振光转换为P偏振光，当然也可以选用可将线偏振态旋转90度的TN液晶盒等。上述光调制器可选用具有四分之一波长延迟功能的器件实现，例如液晶器件或四分之一波片，可以是四束光路共用一个光调制器，也可以在四束光的光路上分别设置一个光调制器。

第二实施例中，无论是板状的偏振分束组件上的偏振分光层，还是棱镜组结构的偏振分束组件上的偏振分光层，都采用线栅结构来实现偏振分光，其中，分束出第一透射光束和第一反射光束的线栅部分的各线栅排列方向，与分束出第二透射光束和第二反射光束的线栅部分的各线栅排列方向相正交。

具体地，对于板状的偏振分束组件上的偏振分光层，图6A和图6B为第一基板3111上偏振分光层上的线栅结构，其中图6A为线栅结构的平面图，图6B为线栅结构的切面示意图，“●”表示线栅的方向垂直于纸面。图7A和图7B为第二基板3112上偏振分光层上的线栅结构，其中图7A为线栅结构的平面图，图7B为线栅结构的切面示意图，表示线栅的方向平行于纸面。可以看出，第一基板3111偏振分光层中线栅的排列方向，与第二基板3112偏振分光层中线栅的排列方向正交。

而对于采用棱镜组结构的偏振分束组件上的偏振分光层，图8和图9分别示出了第一偏振分光层3124上的线栅结构和第二偏振分光层3125上的线栅结构，可以看出，图8中各线栅沿竖直方向排列，当无偏振的投影光束R_Randomly入射至第一偏振分光层3124上的线栅结构时，可分束出透射的S线偏振光R_s和反射的P线偏振光R_p；而图9中各线栅沿水平方向排列，当无偏振的投影光束R_Randomly入射至第二偏振分光层3125上的线栅结构时，可分束出反射的S线偏振光R_s和透射的P线偏振光R_p。

综上所述，在第二实施例中，一副完整影像画面所对应的投影光束在起偏时被两个基板上的偏振分光层分成两个反射光束，或者被棱镜组内部的两个偏振分光层分成两个反射光束，有效减少了反射光束与透射光束的光程差，使得后续的光路方向调整组件、光程补偿组件可以选用更小的尺寸，从而使整个装置体积大大缩小，并且，这种“V”形结构的偏振分束组件与双光路的斜板式的分光棱镜相比，可以做到更薄，厚度减小差不多一半。

进一步地，考虑到第二实施例中投影光束在经过偏振分束组件时并不是被严格地分成上下互不交叉的两部分，实际上通过偏振分束组件上半部分的光束会有一部分跑到下面,反之，通过偏振分束组件下半部分的光束也会有一部分跑到上面，所以在成像表面的中央区域实际是两种偏振态的光束混在一起，如图10所示，其中“点划线”表示投影光束的上半部分，“长短线”表示投影光束的下半部分，可以看出，在透射过偏振分束组件之后，投影光束的上半部分和下半部分会有一个混合区域，该混合区域存在有两种偏振态的透射光，这样后续的偏振态调制组件在对该混合区域的投影光束进行偏振态一致性调整时会困难。为解决此技术问题，本实用新型第三实施例提供了图11所示的立体投影光的偏振调制装置，此实施例适用于观众佩戴圆偏光眼镜的情形。

请参阅图11，与第二实施例不同的是，本实施例中第二偏振态转换器3412放置的位置，本实施例将第二偏振态转换器3412贴附于第二基板3112可透射出第二透射光束的表面上，这样相当于在第二透射光束在和第一透射光束混合之前，就已经将第二透射光束的偏振态进行了转换，在图10中示出的混合区域中的光束的偏振态已经一致了。应当理解，在具体实施时，若是第一偏振态转换器3411位于第二反射光束所在的光路上，则需要第二偏振态转换器3412贴附于第一基板3111可透射出第一透射光的表面上。

对于第二实施例中所示的棱镜结构形式的偏振分束组件，可以将第二偏振态转换器3412封装于该偏振分光棱镜组中，并位于第二偏振分光层3125可透射出第二透射光束的一侧，如图12所示。当然，也可以将第二偏振态转换器3412封装于第一偏振分光层3124可透射出第一透射光束的一侧。

第三实施例其余部分与第二实施例相同，不再赘述。

综上所述，在第三实施例中，一副完整影像画面所对应的投影光束不仅在起偏时被两个基板上的偏振分光层或者被棱镜组内部的两个偏振分光层分成两个反射光束，而且在第二透射光束在和第一透射光束混合之前，就已经将第二透射光的偏振态进行了转换，因此，在有效减少反射光束与透射光束的光程差、使整个装置体积大大缩小的同时，还更有利于后续的偏振光调制组件对两个透射光束的偏振态的调制，同样，本实施例中的“V”形结构的偏振分束组件与双光路的斜板式的分光棱镜相比，也可以做到更薄，厚度减小差不多一半。

图13示出了本实用新型第四实施例的立体投影光的偏振调制装置，此实施例同样适用于观众佩戴圆偏光眼镜的情形。

请参阅图13，本实施例中，偏振分束组件所分束出的光束的第一偏振态和第二偏振态均为线偏振，且二者的偏振方向正交，例如第一偏振态和第二偏振态分别为线性的P偏振和S偏振。偏振分束组件包括第一基板3211和第二基板3212，两个基板彼此相连接呈V字形，相连接的位置形成有脊B1，该脊B1的凸出方向与投影光束的传播方向相同，即脊B1的凸出方向与投影光束的传播方向一致。具体使用时，最好将脊B1放置于投影光束的中心线上。第一基板3211和第二基板3212上均设有偏振分光层，并且第一基板3211的偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二基板3212的偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束，其中，被第一基板3211的偏振分光层分束出的所述第一反射光束可穿过第二基板3212再由第二光路方向调整组件332将传播方向调整至成像表面所在的方向，被第二基板3212的偏振分光层分束出的第二反射光束可穿过第一基板3211再由第一光路方向调整组件322将传播方向调整至成像表面所在的方向。在图13中，“●”表示所在光束为线偏振态且偏振方向垂直于纸面，表示所在光束为线偏振态且偏振方向平行于纸面，“○”则表示所在光束为圆偏振态。

作为第四实施例的一种变化结构，偏振分束组件还可以设计成偏振分光棱镜组的结构。如图14所示，该偏振分光棱镜组由至少第一棱镜3221、第二棱镜3222和第三棱镜3223三个等腰直角棱镜贴合形成，贴合后整体呈长方体结构，三个等腰直角棱镜采用透明的基材制成。第三棱镜3223的两个直角边分别与第一棱镜3221的斜边和第二棱镜3222的斜边相贴合，贴合处分别具有第一偏振分光层3224和第二偏振分光层3225，第一偏振分光层3224和第二偏振分光层3225垂直并彼此相连接呈V字形，相连接的位置形成有脊B2，该脊B2的凸出方向与投影光束的传播方向一致，并且其中的第一偏振分光层3224可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二偏振分光层3225可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束，其中，被第一偏振分光层3224分束出的第一反射光束可穿过第二偏振分光层3225再由第二光路方向调整组件332将传播方向调整至成像表面所在的方向，被第二偏振分光层3225分束出的第二反射光束可穿过第一偏振分光层3224再由第一光路方向调整组件322将传播方向调整至成像表面所在的方向。在上述偏振分光棱镜组中，脊B2所在的面为投影光束的入射面，具体使用时，最好将脊B2放置于投影光束的中心线上。

请再次参阅图13，本实施例中的第一光路方向调整组件322的功能与第一实施例中的第一光路方向调整组件32的功能相同，本实施例中的第二光路方向调整组件332的功能与第一实施例中的第一光路方向调整组件33的功能相同，具体不再赘述。偏振态调制组件包括：偏振态转换器3421和光调制器3422。其中，偏振态转换器3421同时位于第一反射光束所在的光路上和第二透射光束所在的光路上，用于将第一反射光束和第二透射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态。应当理解，具体实施时还可以将偏振态转换器3421设置为同时位于第二反射光束所在的光路和第一透射光束所在的光路上，用于将第二反射光束和第一透射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态。

在偏振态转换器3421将所在光束的偏振态调整为一致之后，再由光调制器3422将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。光调制器3422具体的调制原理与第二实施例中光调整器3413的调制原理相同，不再赘述。

其中，偏振态转换器3421同样可以采用半波片或TN液晶盒等可将线偏振态旋转90度的器件实现，具体不再赘述。

与第二实施例相同，本实施例中的板状的偏振分束组件上的偏振分光层，或者棱镜组结构的偏振分束组件上的偏振分光层，都采用线栅结构来实现偏振分光，其中，分束出第一透射光束和第一反射光束的线栅部分的各线栅排列方向，与分束出第二透射光束和第二反射光束的线栅部分的各线栅排列方向相正交。具体的线栅结构请参阅图6A、图6B、图7A、图7B、图8和图9，具体不再赘述。

综上所述，在第四实施例中，一副完整影像画面所对应的投影光束被分成两个反射光束，有效减少了反射光束与透射光束的光程差，使得后续的光路方向调整组件、光程补偿组件可以选用更小的尺寸，从而使整个装置体积大大缩小，同样，本实施例中的“V”形结构的偏振分束组件与双光路的斜板式的分光棱镜相比，也可以做到更薄，厚度减小差不多一半。

与第二实施例相同的是，第四实施例同样有在两个透射光束的混合区域存在两种偏振态的透射光的情况，如图15所示。为解决此技术问题，本实用新型第五实施例提供了图16所示的立体投影光的偏振调制装置，此实施例适用于观众佩戴圆偏光眼镜的情形。

请参阅图16，与第四实施例不同的是偏振态转换器3421放置的位置，本实施例将偏振态转换器3421贴附于第二基板3212可透射出第二透射光束和第一反射光束的表面上，这样相当于在第二透射光束在和第一透射光束混合之前，就已经将第二透射光的偏振态进行了转换，在图15中示出的混合区域中的光束的偏振态已经一致了。应当理解，在具体实施时，还可以将偏振态转换器3421贴附于第一基板3211可透射出第一透射光束和第二反射光束的表面上。

对于第四实施例中所示的棱镜结构形式的偏振分束组件，在本实施例中可以将偏振态转换器3421封装于该偏振分光棱镜组中，并位于第二偏振分光层3225可透射出第二透射光束和第一反射光束的一侧，如图17所示。当然，也可以将偏振态转换器3421封装于第一偏振分光层3224可透射出第一透射光束和第二反射光束的一侧。

第五实施例其余部分与第四实施例相同，不再赘述。

综上所述，在第五实施例中，一副完整影像画面所对应的投影光束不仅在起偏时被两个基板上的偏振分光层或者被棱镜组内部的两个偏振分光层分成两个反射光束，而且在第二透射光束在和第一透射光束混合之前，就已经将第二透射光的偏振态进行了转换，因此，在有效减少反射光束与透射光束的光程差、使整个装置体积大大缩小的同时，还更有利于后续的偏振光调制组件对两个透射光束的偏振态的调制，同样，本实施例中的“V”形结构的偏振分束组件与双光路的斜板式的分光棱镜相比，也可以做到更薄，厚度减小差不多一半。

本实用新型第六实施例还提供了一种立体影像放映系统，包括投影机、偏振调制装置和幕布。其中，投影机用于以帧顺序依次投射出携带有左眼影像信息的投影光束和携带有右眼影像信息的投影光束；偏振调制装置可以采用上文任一实施例所提供偏振调制装置；而幕布则用于作为成像表面供所述立体投影光的偏振调制装置调制出的具有相同偏振态的各投影光束成像，并将所成的像反射至用户佩戴的3D眼镜。

本实用新型第七实施例还提供了一种立体投影光的偏振调制方法，所述方法包括下述步骤：

步骤S1，将携带有影像信息的投影光束分束为具有第一偏振态的第一透射光束、具有第二偏振态的第二透射光束、具有第二偏振态的第一反射光束和具有第一偏振态的第二反射光束；其中，被分束出的第一透射光束和第二透射光束向成像表面所在的方向传播，且所述第一反射光束和所述第二反射光束最终在成像表面上可拼接为一幅完整的影像画面.

步骤S2，调整第一反射光束和第二反射光束的传播方向，使得第一反射光束和第二反射光束向成像表面所在的方向传播。

步骤S3，对第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束、第二反射光束中的部分或全部进行偏振态调制，使得第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的偏振态。

上述各步骤具体的实现原理请参阅上文所披露的内容，不再一一赘述。

需要说明的是上述各实施例在具体实施时，还可以添加不同的功能组件实现相应的效果，例如，可以在各光束的光路中设置起过滤作用的偏振器件，使得各光束的偏振态更为纯净，还可以在部分光束的光路中设置光程补偿组件，使得所有光束在到达成像表面时的光程相同。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，包括：

偏振分束组件，用于将携带有影像信息的投影光束分束为具有第一偏振态的第一透射光束、具有第二偏振态的第二透射光束、具有第二偏振态的第一反射光束和具有第一偏振态的第二反射光束；其中，被分束出的第一透射光束和第二透射光束向成像表面所在的方向传播，且所述第一透射光束与所述第一反射光束在成像表面上的成像位置相同，所述第二透射光束与所述第二反射光束在成像表面上的成像位置相同；

第一光路方向调整组件，用于调整所述第一反射光束的传播方向，使得所述第一反射光束向成像表面所在的方向传播；

第二光路方向调整组件，用于调整所述第二反射光束的传播方向，使得所述第二反射光束向成像表面所在的方向传播；

偏振态调制组件，用于对所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束中的部分或全部进行偏振态调制，以使所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束具有相同的偏振态。

2.如权利要求1所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述第一偏振态和第二偏振态均为线偏振且二者的偏振方向正交；所述偏振态调制组件包括：偏振态转换单元和光调制器；

所述偏振态转换单元，用于将所述第一透射光束和所述第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，以使所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束均为第二偏振态；或者，用于将所述第二透射光束和所述第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，使得所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束均为第一偏振态；

或者，所述偏振态转换单元，用于在播放左眼影像对应的图像帧时，将所述第一透射光束和所述第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态，以使所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束均为第二偏振态，而在播放右眼影像对应的图像帧时，将所述第二透射光束和所述第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态，使得所述第一透射光束、所述第二透射光束、所述第一反射光束和所述第二反射光束均为第一偏振态；

所述光调制器，用于将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

3.如权利要求1所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述第一偏振态和第二偏振态均为线偏振且二者的偏振方向正交；所述偏振态调制组件包括：第一偏振态转换器、第二偏振态转换器和光调制器；

其中，所述第一偏振态转换器位于第一反射光束所在的光路上，用于将第一反射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态；所述第二偏振态转换器位于第二透射光束所在的光路上，用于将第二透射光束的偏振态从第二偏振态转换为第一偏振态；

或者，所述第一偏振态转换器位于第二反射光束所在的光路上，用于将第二反射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态；所述第二偏振态转换器位于第一透射光束所在的光路上，用于将第一透射光束的偏振态从第一偏振态转换为第二偏振态；

所述光调制器，用于将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

4.如权利要求3所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振分束组件包括两个基板，两个基板彼此相连呈V字形，且相连所形成的脊的凸出方向与投影光束的传播方向相逆；

所述两个基板上均设有偏振分光层，并且其中的第一基板的偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二基板的偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束。

5.如权利要求4所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于：

所述第二偏振态转换器贴附于所述第二基板可透射出第二透射光束的表面上；

或者，所述第二偏振态转换器贴附于所述第一基板可透射出第一透射光束的表面上。

6.如权利要求3所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振分束组件为偏振分光棱镜组；所述偏振分光棱镜组由至少三个棱镜贴合形成，贴合处具有两个偏振分光层，两个偏振分光层彼此相连呈V字形，且相连所形成的脊的凸出方向与投影光束的传播方向相逆，并且其中的第一偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束。

7.如权利要求6所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于：

所述第二偏振态转换器封装于所述偏振分光棱镜组中，并位于所述第二偏振分光层可透射出第二透射光束的一侧；

或者，所述第二偏振态转换器封装于所述偏振分光棱镜组中，并位于所述第一偏振分光层可透射出第一透射光束的一侧。

8.如权利要求1所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述第一偏振态和第二偏振态均为线偏振且二者的偏振方向正交；所述偏振态调制组件包括：偏振态转换单元和光调制器；

所述偏振态转换单元同时位于所述第一反射光束所在的光路和所述第二透射光束所在的光路上；

或者，所述偏振态转换同时位于第二反射光束所在的光路和第一透射光束所在的光路上；

所述光调制器，用于将统一具有第一偏振态或第二偏振态的第一透射光束、第二透射光束、第一反射光束和第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

9.如权利要求8所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振分束组件包括两个基板，两个基板彼此相连呈V字形，且相连所形成的脊的凸出方向与投影光束的传播方向相同；

所述两个基板包括第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板上均设有偏振分光层，并且其中的第一基板的偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二基板的偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束，其中，被所述第一基板的偏振分光层分束出的所述第一反射光束可穿过所述第二基板再由所述第二光路方向调整组件将传播方向调整至成像表面所在的方向，被所述第二基板的偏振分光层分束出的所述第二反射光束可穿过所述第一基板再由所述第一光路方向调整组件将传播方向调整至成像表面所在的方向。

10.如权利要求9所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振态转换单元贴附于所述第二基板可透射出第二透射光束和第一反射光束的表面上；

或者，所述偏振态转换单元贴附于所述第一基板可透射出第一透射光束和第二反射光束的表面上。

11.如权利要求8所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振分束组件为偏振分光棱镜组；所述偏振分光棱镜组由至少三个棱镜贴合形成，贴合处具有两个偏振分光层，两个偏振分光层彼此相连呈V字形，且相连所形成的脊的凸出方向与投影光束的传播方向相同，并且其中的第一偏振分光层可透射出第一透射光束而反射出第一反射光束，第二偏振分光层可透射出第二透射光束而反射出第二反射光束，其中，被所述第一偏振分光层分束出的所述第一反射光束可穿过所述第二偏振分光层再由所述第二光路方向调整组件将传播方向调整至成像表面所在的方向，被第二偏振分光层分束出的所述第二反射光束可穿过所述第一偏振分光层再由所述第一光路方向调整组件将传播方向调整至成像表面所在的方向。

12.如权利要求11所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振态转换单元封装于所述偏振分光棱镜组中，并位于所述第二偏振分光层可透射出第二透射光束和第一反射光束的一侧；

或者，所述偏振态转换单元封装于所述偏振分光棱镜组中，并位于所述第一偏振分光层可透射出第一透射光束和第二反射光束的一侧。

13.如权利要求1至12任一项所述的立体投影光的偏振调制装置，其特征在于，所述偏振分束组件中用于对投影光束进行偏振分束的偏振分光层为线栅结构，其中，分束出第一透射光束和第一反射光束的线栅部分的各线栅排列方向，与分束出第二透射光束和第二反射光束的线栅部分的各线栅排列方向相正交。

14.一种立体影像放映系统，其特征在于，包括：

投影机，用于以帧顺序依次投射出携带有左眼影像信息的投影光束和携带有右眼影像信息的投影光束；

权利要求1至13任一项所述的立体投影光的偏振调制装置；

幕布，用于供所述立体投影光的偏振调制装置调制出的具有相同偏振态的各投影光束成像，且将所成的像反射至用户佩戴的3D眼镜。