專利名稱：立體投影光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種投影光學系統(tǒng)，尤其是一種具有立體投影顯示功能的立體投影光學系統(tǒng)
背景技術：
近年來，圖像投影儀，尤其數(shù)字投影儀，作為向觀眾顯示多種信息的工具已經(jīng)逐漸流行 。 一般，這些投影儀用于將由計算機生成的圖像投影到屏幕上。對觀看者來說，圖像投影儀 投影的圖像通?？雌饋硎瞧矫娑S圖像，除圖像本身外無法顯示任何圖像景深信息。這種顯 示可以適用于顯示多種信息。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 度地顯示圖像的景深或結構特征的投影儀。
使二維顯示的圖像能給出圖像景深的一種方式是通過立體地顯示圖像。立體圖像，通常 稱為"三維"或"3D"圖像，在觀看者看來具有深度尺寸。這些圖像包括分開的、疊全的左 眼和右眼圖像，這些圖像設置成模仿人的左右眼觀看時，由于人眼睛間隔引起的三維物體表 面的微小差別，而具有的景深圖像。左眼和右眼圖像是這樣顯示的，即觀看者的右眼看不到 左眼圖像，左眼看不到右眼圖像。這種顯示方式一般借助于觀看者佩戴的光學濾光鏡。
通常顯示立體圖像的方式是使用兩個分開的圖像投影系統(tǒng)分別來投影左眼圖像和右眼圖 像。而這種系統(tǒng)在成功地用于形成立體圖像的同時，系統(tǒng)的成本和重量則比單個投影儀的要 高很多。而且，兩個投影儀要求光學對準相對困難并比較費時。還有，由于這兩個系統(tǒng)的重 量和體積，使這種系統(tǒng)在兩個位置之間移動起來特別困難，還有存在潛在的圖像對準的問題

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種單個的能夠投影立體圖像的立體投影光學系統(tǒng)。 一種立體投影光學系統(tǒng)，其包括
一個第一偏振分束器，該第一偏振分束器用于將入射光分成偏振方向垂直的第一偏振光
和第二偏振光；
一個穿透式光調(diào)制器，設置于所述第一偏振分束器出射的第一偏振光的出射光路上，該 穿透式光調(diào)制器具有開啟和截止兩個交替的工作狀態(tài)，該穿透式光調(diào)制器處于開啟狀態(tài)時， 所述第一偏振光穿過所述穿透式光調(diào)制器，該穿透式光調(diào)制器處于截止狀態(tài)時，所述穿透式光調(diào)制器將入射的所述第一偏振光調(diào)制為第二偏振光并出射；
一個圖像吸收器，該圖像吸收器設置于所述穿透式光調(diào)制器的出射光路上，其包括一個 第二偏振分束器和一個第一反射式空間光調(diào)制器以及一個第二反射式空間光調(diào)制器；
所述第一偏振分束器出射的第一偏振光穿過所述開啟狀態(tài)的穿透式光調(diào)制器，經(jīng)過第二 偏振分束器后照射在第一反射式空間光調(diào)制器上，該第一反射式空間光調(diào)制器將該第一偏振 光調(diào)制成第二偏振光反射出去，調(diào)制后反射的該第二偏振光經(jīng)過第二偏振分束器后發(fā)射出去
所述第一偏振分束器出射的第一偏振光入射到所述截止狀態(tài)的穿透式光調(diào)制器，并經(jīng)該 穿透式光調(diào)制器將該第一偏振光調(diào)制成第二偏振光后出射，調(diào)制后出射的該第二偏振光經(jīng)過 第二偏振分束器后照射在第二反射式空間光調(diào)制器上，該第二反射式空間光調(diào)制器將該第二 偏振光調(diào)制成第一偏振光反射出去，該調(diào)制后反射的第一偏振光經(jīng)過第二偏振分束器后發(fā)射 出去。
上述的立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過為穿透式光調(diào)制器輸入信號使得該穿透式光調(diào)制 器具有開啟和截止兩個交替的工作狀態(tài)，使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影 像，當該輸入信號的頻率足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振 片，就可以觀察到立體的圖像信息。


圖l是本發(fā)明第一實施例的立體投影光學系統(tǒng)在所述穿透式光調(diào)制器開啟時的結構示意
圖2是本發(fā)明第一實施例的立體投影光學系統(tǒng)在所述穿透式光調(diào)制器截止時的結構示意
圖3是圖1的所述穿透式光調(diào)制器的輸入信號以及相對于左右眼輸出的光的偏振狀態(tài)的波 形圖4是在圖1的立體投影光學系統(tǒng)設置有一個偏振片的結構示意圖5是圖1的穿透式光調(diào)制器的輸入信號以及與該輸入信號相對應的為左、右眼所投射的 光的偏振狀態(tài)的波形圖6是本發(fā)明提供的第二實施例的立體投影光學系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式
為了對本發(fā)明作更進一步的說明，舉以下較佳實施例并配合附圖詳細描述如下。 請參閱圖1及圖2，為本發(fā)明所提供的第一實施例的立體投影光學系統(tǒng)100的結構示意圖
。該立體投影光學系統(tǒng)ioo包括沿光路方向依次設置的一光源組件ii、 一個第一偏振分束器
12， 一個設置于所述第一偏振分束器12的一條出射光路上的穿透式光調(diào)制器13， 一個設置于 穿透式光調(diào)制器13出射光路上的圖像吸收器14，以及一個設置于圖像吸收器14出射光路上的 投影鏡頭15。
所述光源組件ll包括依光路設置的一個照明光源l 11 、 一個色輪l 12以及一個積分器l 13 。所述照明光源111發(fā)射包括顯示彩色圖像所需的紅光(R)、綠光(G)和藍光(B)的白光。該光 源ll可以為鹵素燈、金屬鹵化物燈或氙燈等。在本實施例中，該光源ll為鹵素燈。所述色輪 112包括紅、綠、藍三色區(qū)，其可在電機(圖未示)的帶動下高速旋轉，以給投影光路配以各 種色彩。所述積分器l 13用來均勻化和有效地使用光源l 1發(fā)出的光。
所述第一偏振分束器(Polarization Beam Splitter, PBS) 12用于將來自光源組件l 1的 非偏振光變成第一偏振光和第二偏振光，在本實施例中所第一偏振光為S偏振光，第二偏振 光為P偏振光。該S偏振光被該第一偏振分束器12反射，而P偏振光透過該第一偏振分束器12 。該第一偏振分束器12可以為金屬柵格型偏振片(Wire Grid Polarizer,簡稱WGP偏振片)， 也可以為偏振分光棱鏡，在本實施例中，該第一偏振分束器12為偏振分光棱鏡。
所述穿透式光調(diào)制器13可以設置于所述第一偏振分束器12的S偏振光的出射光路上，也 可以設置于所述第一偏振分束器12的P偏振光的出射光路上，可以想到的是，這兩種設置方 法的立體投影光學系統(tǒng)的結構及工作原理是基本相同的。在本實施例中，該穿透式光調(diào)制器 13設置于所述第一偏振分束器12的P偏振光的出射光路上。該穿透式光調(diào)制器13可以為液晶 顯示裝置(Liquid Crystal Dispaly， LCD)。通過為該穿透式光調(diào)制器13輸入脈沖信號來控 制該穿透式光調(diào)制器13的開啟與截止。如圖3所示，為輸入穿透式光調(diào)制器13的輸入信號以 及相對于左右眼輸出光的偏振狀態(tài)的波形圖。在本實施例中，所述穿透式光調(diào)制器13按照圖 3所示的輸入信號波形圖開啟或截止，從而交替為左右眼提供不同偏振方向的S偏振光和P偏 振光。當為該穿透式光調(diào)制器輸入該信號時，該穿透式光調(diào)制器13便可交替輸出S偏振光或 P偏振光以提供觀看者左右眼之不同偏振方向的光。可以理解的是，該輸入信號的周期是可 以調(diào)整的。通過穿透式光調(diào)制器13的開啟與截止可以控制所輸入偏振光的偏振方向，在本實 施例中，輸入穿透式光調(diào)制器13的是P偏振光，下以P偏振光為例，來說明該穿透式光調(diào)制器 13的作用原理。當然，可以想到的是，對S偏振光的作用是與P偏振光相同的。
在該穿透式光調(diào)制器13開啟時，如圖1所示，該P偏振光直接穿過該穿透式光調(diào)制器13而 不會對該P偏振光的偏振狀態(tài)進行調(diào)制。但是，在穿透式光調(diào)制器13截止時，如圖2所示，就 會對穿過的P偏振光進行調(diào)制，即把輸入的P偏振光調(diào)制為S偏振光輸出，從而可以交替地為
觀看者提供左右眼之不同偏振方向的光。
所述圖像吸收器14設置于所述穿透式光調(diào)制器13的出射光路上。該圖像吸收器14包括一 個第二偏振分束器141以第一、第二反射式空間光調(diào)制器142、 143各一個。所述第二偏振分 束器141與第一偏振分束器12的結構及工作原理基本相同，在此不再贅述。該第二偏振分束 器141在所述穿透式光調(diào)制器13開啟時，如圖1所示，接收的入射光為P偏振光，在穿透式光 調(diào)制器13截止時，如圖2所示，接收的入射光為S偏振光。所述第一、第二反射式空間光調(diào)制 器142、 143的結構及工作原理基本相同，下面以第一穿透式光調(diào)制器143為例來說明其結構 及工作原理。
所述第一反射式空間光調(diào)制器143可以為硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LCoS)顯示面板。該硅基液晶顯示面板工藝結構結合了液晶技術與半導體集成電路技術。 LCoS面板利用半導體制程制作驅動面板，然后在電晶體上采用研磨技術磨平，并鍍上鋁或銀 等當作反射鏡，形成CM0S基板，再將CMOS基板與含有透明電極的玻璃基板貼全后灌入液晶分 子并封裝測試，形成LCoS面板。LCoS面板通過控制光的偏振狀態(tài)來調(diào)制入射光并給入射光加 入空間信息，形成包括該入射光和該空間信息的經(jīng)過調(diào)制的出射光。所述空間信息可以為該 LCoS所加載的控制信號電壓，該控制信號電壓直接控制薄膜晶體管的開關狀態(tài)，再利用該薄 膜晶體管來控制所述液晶分子的偏轉狀態(tài)，而液晶分子具有明顯的光學各向異性，能夠控制 來自入射光的光線，從而實現(xiàn)為入射光加載圖像信號的目的。在本實施例中，當穿透式光調(diào) 制器13開啟時，如圖1所示，該第一反射式空間光調(diào)制器142對該P偏振光進行調(diào)制，并在所 述P偏振光上疊加空間信息，以產(chǎn)生一個包括空間信息的出射光，即包括有空間信息的S偏振 光。該S偏振光被第一反射式空間光調(diào)制器142反射并經(jīng)第二偏振分束器141發(fā)射出去。
當穿透式光調(diào)制器13截止時，如圖2所示，所述第二反射式空間光調(diào)制器143對入射的所 述S偏振光進行調(diào)制，并在所述S偏振光上疊加空間信息，以產(chǎn)生一個包括空間信息的出射光 ，即包括有空間信息的P偏振光。該P偏振光被第二反射式空間光調(diào)制器143發(fā)射并穿透第二 偏振分束器141后發(fā)射出去。
所述投影鏡頭15設置于第二偏振分束器141的出射光的光路上，用于將出射光所形成的 圖像放大，并將放大的圖像投影到屏幕上。
可以理解的是，為了進一步提高系統(tǒng)的對比度，還可以在上述的立體投影光學系統(tǒng)中加 入一個偏振片16，如圖4所示，該偏振片16可以讓一定偏振方向的光通過，而吸收其它偏振 方向的光，例如讓P偏振光通過，而吸收S偏振光或者讓S偏振光通過，而吸收P偏振光。該多 個偏振片16的具體的放置位置可以為第一偏振分束器12與穿透式光調(diào)制器13的光路之間的任
意位置。在本實施例中在第一偏振分束器12與穿透式光調(diào)制器13的光路之間設置有偏振片 16。
如圖5所示，是穿透式光調(diào)制器13的輸入信號以及與該輸入信號相對應的交替為投射到 左眼、右眼的光的偏振狀態(tài)的波形圖。當觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片 偏振片時，例如，左眼戴上P偏振片，而右眼戴上S偏振片，則左眼只可看到P偏振片而右眼 只可看到S偏振光。根據(jù)人眼的視覺暫留現(xiàn)象(人眼在某個視像消失后，仍可使該物像在視網(wǎng) 膜上滯留O. l—O. 4秒左右)，當穿透式光調(diào)制器13的輸出光的變換周期小于物像在視網(wǎng)膜上 滯留的時間時，觀看者便可以看到立體的圖像。
請參閱圖6，為本發(fā)明提供的第二實施例的投影光學系統(tǒng)200的結構示意圖。該立體投影 光學系統(tǒng)200包括沿光路方向依次設置的一光源組件21、 一個第一偏振分束器22， 一個設置 于所述第一偏振分束器22的一條出射光路上的穿透式光調(diào)制器23， 一個設置于穿透式光調(diào)制 器23出射光路上的圖像吸收器24，以及一個設置于圖像吸收器24出射光路上的投影鏡頭25。
同第一實施例，所述圖像吸收器24包括一個第二偏振分束器241和第一、第二反射式空 間光調(diào)制器242、 243各一個。該第二實施例與第一實施例的不同在于所述第一、第二偏振分 束器22、 241對S偏振光及P偏振光的作用不同。在本第二實施例中，所述第一、第二偏振分 束器22、 241反射P偏振光，而可以讓S偏振光透過各偏振分束器。而該P偏振光和S偏振光在 各光學元件即第一偏振分束器22、第一、第二反射式空間光調(diào)制器242、 243以及第二偏振分 束器241中的傳輸光路是相同的。
同理，為了進一步提高系統(tǒng)的對比度，還可以在第二實施例的立體投影光學系統(tǒng)200中 加入一個偏振片26，其設置位置與第一實施例相同。
上述的立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過為穿透式光調(diào)制器輸入信號使得該穿透式光調(diào)制 器具有開啟和截止兩個交替的工作狀態(tài)，使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影 像，當該輸入信號的頻率足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振 片，就可以觀察到立體的圖像信息。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術效 果，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權利要求
權利要求1一種立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于，其包括一個第一偏振分束器，該第一偏振分束器用于將入射光分成偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光；一個穿透式光調(diào)制器，設置于所述第一偏振分束器出射的第一偏振光的出射光路上，該穿透式光調(diào)制器具有開啟和截止兩個交替的工作狀態(tài)，該穿透式光調(diào)制器處于開啟狀態(tài)時，所述第一偏振光穿過所述穿透式光調(diào)制器，該穿透式光調(diào)制器處于截止狀態(tài)時，所述穿透式光調(diào)制器將入射的所述第一偏振光調(diào)制為第二偏振光并出射；一個圖像吸收器，該圖像吸收器設置于所述穿透式光調(diào)制器的出射光路上，其包括一個第二偏振分束器、一個第一反射式空間光調(diào)制器以及一個第二反射式空間光調(diào)制器；所述第一偏振分束器出射的第一偏振光穿過所述開啟狀態(tài)的穿透式光調(diào)制器，并經(jīng)過第二偏振分束器后照射在第一反射式空間光調(diào)制器上，該第一反射式空間光調(diào)制器將該第一偏振光調(diào)制成第二偏振光反射出去，調(diào)制后出射的該第二偏振光經(jīng)過第二偏振分束器后發(fā)射出去；所述第一偏振分束器出射的第一偏振光入射到所述截止狀態(tài)的穿透式光調(diào)制器，并經(jīng)該穿透式光調(diào)制器將該第一偏振光調(diào)制成第二偏振光后出射，調(diào)制后出射的該第二偏振光經(jīng)過第二偏振分束器后照射在第二反射式空間光調(diào)制器上，該第二反射式空間光調(diào)制器將該第二偏振光調(diào)制成第一偏振光反射出去，該調(diào)制后出射的第一偏振光經(jīng)過第二偏振分束器后發(fā)射出去。
2.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述第一、 第二偏振分束器為金屬柵格型偏振片。
3.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述第一、 第二偏振分束器為偏振分光棱鏡。
4.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述穿透式 光調(diào)制器為液晶顯示裝置。
5.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于:所述第一、第二反射式空間光調(diào)制器為硅基液晶面板。
6.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于:所述第一偏振光為S偏振光和P偏振光中的一種。
7.如權利要求6所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于:當?shù)谝黄窆鉃镾偏振光時，第二偏振光為P偏振光。
8.如權利要求6所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于:當?shù)谝黄窆鉃镻偏振光時，第二偏振光為s偏振光。
9.如權利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于:所述立體投影光學系統(tǒng)還包括一個偏振片，該偏振片分別設置于第一偏振分束器與所述穿透式光調(diào)制器 的光路之間。
全文摘要
一種立體投影光學系統(tǒng)，其包括一個第一偏振分束器，一個穿透式光調(diào)制器，其對應設置于所述第一偏振分束器的第一偏振光和第二偏振光的其中一種偏振光的出射光路上；一個圖像吸收器，該圖像吸收器設置于所述穿透式光調(diào)制器的出射光路上，其包括一個第二偏振分束器和一個第一、第二反射式空間光調(diào)制器。上述的立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過為穿透式光調(diào)制器輸入信號使得該穿透式光調(diào)制器具有開啟和截止兩個交替的工作狀態(tài)，使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影像，當該輸入信號的頻率足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振片，就可以觀察到立體的圖像信息。
文檔編號H04N13/00GK101377572SQ20071020150
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權日2007年8月28日
發(fā)明者許建文, 高嘉宏 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司