TW200916828A - Optical system for stereo projection - Google Patents

Description

200916828 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種投影光學系統’尤其係—種具有立 體投影顯示功能之立體投影光學系統。 【先前技術】 近年來，圖像投影儀，尤其數位投影儀，作為向觀 眾顯示多種訊息之工具已經逐漸流行。一般，這些投影 ，用於將由電腦生成之圖像投影到螢幕上。對觀看 說，圖像投影儀投影之圖像通常看起來係平面二維圖 像’除圖像本身外無法顯示任何时景深訊息。這種顯 不可以適用於顯示多種訊息。但是，在某些情況下，觀 看者希望能有比二維顯示能夠更大程度地顯示圖像之景 深或結構特徵之投影儀。 使二維顯示之圖像能給出圖像景深之一種方式係通 過立體地顯示圖像。立體圖像，通常稱為“三維，，或 圖像，在觀看者看來具有深度尺寸。這些圖像包 刀開的宜合的左眼及右眼圖像，這些圖像設置成模 仿人之左右眼觀看時，由於人眼睛間隔⑽之三維物體 表面之微小差別’而具有之景深圖像。左眼及右眼圖像 係化樣來顯不，即觀看者之右眼看不到左眼圖像，左眼 看不到右眼圖像。這種顯示方式-般借助於觀看者佩戴 之光學濾、光鏡。 ^通常顯示立體圖像之方式係使用兩個分開之圖像投 〜系統分別來投影左眼圖像及右眼圖像。而這種系統在 200916828 成功地用於形成立體圖像之同時，系統之成本和重旦 比單個投影儀要高很多。而且’兩個投影儀要 = 準相對困難並比較費時。還有，由於這兩個系統之重θ 及體積，使這種系統在兩個位置之間移 里 難’還有存在潛在之圖像對準之問題。 特別困 【發明内容] 影立體圖像 有鑒:於此，有必要提供一種單個的能夠投 的立體投影光學系統。 一種立體投影光學系統，其包括： 互相垂直 一偏振分束器，用於將入射光分成偏振狀態 之第一偏振光及第二偏振光； 一第一數位微鏡元件，設置於第一偏振分束器之第 偏振光之出射光路上； 一第二數位微鏡元件，設置於第一偏振分束养之第 偏振光之出射光路上； 弟—全内反射棱鏡’設置於所述偏振分束器斑第 數位微鏡元件之光路之間，用於將偏振分束器出射之第 一偏振光反射到第一數位微鏡元件上，並第—數位微鏡 元件發出之光穿過該第一全内反射棱鏡而發射出去； 一第二全内反射棱鏡，設置於所述偏振分束器與第_ 數位微鏡元件之光路之間，用於將偏振分束器出射之第 二偏振光反射到第二數位微鏡元件上，並第二數位微鏡 元件發出之光穿過該第二全内反射棱鏡而發射出去. 一光複合器，設置於所述第一、第二數位微鏡元件之 8 200916828 出射光之光路上， 的入射光組合起來，於將來自第~、第二全内反射徒鏡 办成投影光束。 與先剛技街相比， 一、第二數位微鉸_述之立體投影光學系統通過為第 該第-、第二數：：件分別輪入載有不同訊息之光，而 一偏振光及第二偏/鏡兀件所形成之兩幅圖像分別以第 者的左右眼分別戴通過投影鏡頭投影出去，當觀看 就可以觀察到立辨檢偏方向相互垂直之兩片檢偏器， 【實施方式】Km 下面將結合附圖 細描述如下。 準以下較佳實施例並配合圖式詳 請參閱圖1及圖 體投影光學系统1〇〇，=本發明提供之第一實施例之立 統100包括沿先路之結構示意圖。該立體投影光學系 振分束器12、分別=依次設置之—光源組件11、-偏 光路上之第一數位::於所述偏振分束器12之出射光之 各一個，分別設置#^件13及第二數位微鏡元件14 偏振分束器U—、I數位微鏡元件13、14與 個，一設置於第之全内反射棱鏡15、16各— 路上之光複合器17::數位微鏡元件13、14之出射光 4, . A 及—έ又置於所述光複合器17之出 射光路上之投影鏡頭18。 川所^f源I件U包括依光路設置之—照明光源 發射勺輪112以及一積分器113。所述照明光源山 發射包括㈣彩㈣之紅光(R)、綠光(G)及藍光⑻ 200916828 之白光。該光源11可以為时燈、金屬i化物燈、氤燈 或LED等。在本實施例中，該光源u為齒素燈。所述 ^輪出包括紅、綠、藍三色區’其可在電機（圖未示）之 j下冋速&轉’以給投影光路配以各種色彩。所述積 分益113用來均勻化及有效地使用光源11發出的光。 所述偏振分束器（Polarizaii〇n Beam Splitter，PBS) 12 設置于光源組件11之出射光路上，用於將來自光源組件 11之非偏振光變成第一偏振光及第二偏振光，在本實施 例中所第-偏縣為s偏振光，第二偏振光為P偏振光。 該S偏振光被該偏振分束器12反射，而p偏振光透過該 偏，分束5 121該偏振分束器121可以為金屬栅格型檢 偏器（Wire Gdd P〇larizer，簡稱WGp檢偏器），也可以為 偏振分光棱鏡，在本實_巾，該偏振分束器12為偏振 分光棱鏡。該偏振分束器12根據對s偏振光及？偏振光 之作用不同’可以分為反射S偏振光而透過^振光， 與透過S偏振光而反射P偏振光兩種形式。在本實施例 中所述偏振分束為12反射s偏振光，而可以讓p偏振 光透過。 所述第一、第二數位微鏡元件 Device，DMD)13、U之結構及工作原理基本相同，下面 以第一數位微鏡元件13為例來說明其結構及工作原理。 所述第一數位微鏡元件13用矽作基底，並用大型積體電 路技術在料基底上制出複數記憶體，每個記憶體有兩 條尋址電極（Addressing EleCtrodes)及兩個搭接電極 200916828 (Landing Electrodes)。再在基底上設置兩個支撐柱，通過 臂梁鉸鏈(torsion Hinge)安裝一微形反射鏡，從而形成一 微鏡單元。工作時，由視頻訊號驅動，並根據入射光與 光學系統光軸之夾角，利用兩尋址電極之差動電壓使反 射鏡繞臂梁旋轉直到觸及搭接電極，從而決定一微鏡單 元的開關，以載入圖像訊息。該第一數位微鏡元件13設 置於偏振分束器12發射之S偏振光之光路上，並發射載 入有圖像訊息之S偏振光。 所述第二數位微鏡元件14設置於偏振分束器12發射 之p偏振光之光路上，同第一數位微鏡元件13，發射載 入有圖像訊息之p偏振光。 所述第一、第二全内反射棱鏡（T〇tal Imernal Reflection Prism ’ TIR)15、16之結構及工作原理基本相 同，下面以第一全内反射棱鏡15為例來說明其結構及工 作原理。所述第一全内反射棱鏡15用玻璃或透明樹脂製 成’利用光之全反射原理，使入射光以—定入射角度範 圍全部反射到第一數位微鏡元件13上。該第一全内反射 棱鏡15設置於第一數位微鏡元件13與偏振分束器之 ，路之間，以將偏振分束器12之出射之3偏振光耦合到 第一數位微鏡元件13上，並且經第一數位微鏡元件13 發射之載入有圖像訊息之S偏振光透射過該第一全内反 射棱鏡15到達光複合器17。 同理，第二全内反射鏡16設置於第二數位微鏡元件 14與偏振分束器12之光路之間，以將偏振分束器12之 11 200916828 出射之p偏振光耦合到第二數位微鏡元件14上，並且p 第二數位微鏡元件14發射之載入有圖像訊息之p偏振= 透射過該弟一全内反射棱鏡16到達光複合3| I?。 所述光複合器17可以為一偏振分束器或者為一人光 棱鏡(X-Prism)。在本實施例中，該光複合器η為一偏振 分束器，用於將第一、第二數位微鏡元件13、Μ發射$ 載入有圖像訊息之S偏振光及ρ偏振光組合形成投影^ 4·^ ^ w 束。 所述投影鏡頭18設置於所述光複合器17之出射光路 上，用於將出射光所形成之圖像放大，並將放大之圖 投影到螢幕（圖未示）上。 ° 可以理解的是，為了進一步提高系統之對比度，還可 以在上述之立體投影光學系統中加入複數檢偏器19，該 檢偏器19可以為-偏光片。如圖2所示，該檢偏器 可以讓-定偏振方向之光通過，而吸收其他偏振方向之 光，例如讓Ρ偏振光通過，而吸收S偏振光或者讓S偏 振光通過，而吸收ρ偏振光。該複數檢偏器19之具體放 置位置可以為沿光路之第一偏振分束器12及第一或/與 第二數位微鏡元件13、14之間；第一或/與第二數位微鏡 兀件13、14及^複合n 17之間，用於濾除所述偏振分 束器12及第一、第二數位微鏡元件13、14之出射光中 的雜光。在本實施例中在第一、第二數位微鏡元件13、 14及光複合器π之間設置有檢偏器19。 圖3為本發明提供之第二實施例之立體投影光學系 12 200916828 統200之結構示意圖。該讀投影光學系統2⑻包括^ 光路方向依次設置之—緖組件21、—偏振分束器^ 分別设置於所述偏振分束器22之出射光之光路上之第— 數位微鏡^件23及第二數位微鏡元件24各-個，分別 設置於第-、第二數位微鏡元件23、24與偏振分束器U 之光路之間之全内反射棱鏡25、26各-個，—設置於第 -、第二數位微鏡元件23、24之出射光路上之光複合哭 :二設置於所述光複合器27之出射光路上之 該第二實施例與第一實施例之不同在於所述偏振分 束為22對S偏振光及p偏振光之作用不同 者 =例中，所述偏振分束器22反射P偏振光，而可^; 振分束器。而該p偏縣及3偏振光在 路相同。 微鏡70件23、24等光學元件之傳輸光

實^理’☆為了進—步提高系統之對比度，還可以在第-=例之立體投影找系統勘中加人複數檢偏弟y 在设置位置與第一實施例相同。 DD 上述之立體投影光學系統通 鏡元件分別輸 為弟-、弟二數位微 位货心之先，而該第-、第-赵 域兀件所形成之兩幅圖像分 數 偏振光通過投f彡鏡頭投影出去，1偏振先及弟二 戴上檢偏方向相互垂直之兩片檢：看叙左右眼分別 體之圖像訊息。 B ，就可以觀察到立 13 200916828 綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出 專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式， ‘本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案 技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明提供之第一實施例之立體投影光學系 統之結構不意圖。 圖2係在圖1之立體投影光學系統設置有複數偏振 片之結構示意圖。 圖3係本發明提供之第二實施例之立體投影光學系 統之結構示意圖。 【主要元件符號說明】 立體投影光學系統100、200光源組件 11、21 照明光源 111 色輪 112 積分器 113 偏振分束器12、22 光複合器 17 ' 27 投影透鏡 18、28 檢偏器 19、29 第一、第 二數位微鏡元件 13、14、 23、24 第一、第 二全内反射棱鏡 15 、 16 、 25 > 26 14

Claims (1)

1. 200916828 十、申請專利範圍： 1. 一種立體投影光學系統，其包括： 一偏振分束器，用於將入射光分成偏振狀態互相垂直 之第一偏振光及第二偏振光； 一第一數位微鏡元件，設置於第一偏振分束器之第一 偏振光之出射光路上； 一第二數位微鏡元件，設置於第一偏振分束器之第二 偏振光之出射光路上； 一第一全内反射棱鏡，設置於所述偏振分束器與第一 數位微鏡元件之光路之間，用於將偏振分束器出射之 第一偏振光反射到第一數位微鏡元件上，並第一數位 微鏡元件發出之光穿過該第一全内反射棱鏡而發射出 去； 一第二全内反射棱鏡，設置於所述偏振分束器與第二 數位微鏡元件之光路之間，用於將偏振分束器出射之 第二偏振光反射到第二數位微鏡元件上，並第二數位 微鏡元件發出之光穿過該第二全内反射棱鏡而發射出 去； 一光複合器，設置於所述第一、第二數位微鏡元件之 出射光之光路上，用於將來自第一、第二全内反射棱 鏡的入射光組合起來，形成投影光束。 2. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述立體投影光學系統還包括一光源組件，設置 於第一偏振分束器之入射光路上，用於发射包括顯示 15 200916828 彩色圖像所需之紅光、綠光及藍光及白光。 3. 如申請專利範圍第2項所述之立體投影光學系統，其 ‘中，所述光源組件包括依光路依次設置之一照明光 源、一設置於該照明光源之出射光路上之色輪以及一 設置於該色輪之出射光路上之積分器。 4. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述偏振分束器為金屬柵格型偏振片。 5. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述偏振分束器為偏振分光棱鏡。 6. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述光複合器為合光棱鏡。 7. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述光複合器為偏振分束器。 8. 如申請專利範圍第7項所述之立體投影光學系統，其 中，所述偏振分束器為金屬栅格型檢偏器。 9. 如申請專利範圍第7項所述之立體投影光學系統，其 中’所述偏振分束β為偏振分光棱鏡。 10. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述立體投影光學系統還包括多個檢偏器，該多 個檢偏器分別設置於偏振分束器與第一、第二數位微 鏡元件以及第一、第二數位微鏡元件與光複合器之 間，用於濾除所述偏振分束器及第一、第二數位微鏡 元件的出射光中的雜光。 11. 如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 16 200916828 中，所述檢偏器為一偏光片。 12.如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其 中，所述立體投影光學系統還包括一設置於所述第二 偏振分束器出射光方向上之投影透鏡，用於將出射光 所形成之圖像放大。 17