CN101393322A - 立体投影光学*** - Google Patents

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许建文
高嘉宏
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种立体投影光学***，其包括依光路设置的一个用于接收入射光并发射偏振状态垂直的第一偏振光和第二偏振光的图像吸收器，一个用于使特定偏振方向的光通过的检偏器，一个穿透式光调制器。该穿透式光调制器处于开启状态时，所述第一偏振光穿过所述穿透式光调制器，该穿透式光调制器处于截止状态时，所述穿透式光调制器将入射的所述第一偏振光调制为第二偏振光并出射。上述立体投影光学***使用时可通过为穿透式光调制器，使得观看者的左、右眼交替获得不同偏振状态的影像。同时利用光路上设置的检偏器，排除了由实光学元件所导致的图像杂讯以及由所述光路中的杂乱空间信息，从而提升了所投影的出射光的对比度。

Description

立体投影光学***
技术领域
本发明关于一种投影光学***，尤其是一种具有高对比度的立体投影光学***。
背景技术
近年来，图像投影仪，尤其数字投影仪，作为向观众显示多种信息的工具已经逐渐流行。一般，这些投影仪用于将由计算机生成的图像投影到屏幕上。对观看者来说，图像投影仪投影的图像通常看起来是平面二维图像，除图像本身外无法显示任何图像景深信息。这种显示可以适用于显示多种信息。但是，在某些情况下，观看者希望能有比二维显示能够更大程度地显示图像的景深或结构特征的投影仪。
使二维显示的图像能给出图像景深的一种方式是通过立体地显示图像。立体图像，通常称为“三维”或“3D”图像，在观看者看来具有深度尺寸。这些图像包括分开的、叠全的左眼和右眼图像，这些图像设置成模仿人的左右眼观看时，由于人眼睛间隔引起的三维物体表面的微小差别，而具有的景深图像。左眼和右眼图像是这样显示的，即观看者的右眼看不到左眼图像，左眼看不到右眼图像。这种显示方式一般借助于观看者佩戴的光学滤光镜。
通常的立体投影光学***都包括有一个用于将入射光分解成不同偏振方向的偏振分束器以及用于通过不同偏振光产生左眼图像和右眼图像的左图像产生元件和右图像产生元件。通过将左、右图像产生元件产生的左、右眼图像投射到屏幕上，当人的左右眼戴上不同偏振方向的眼镜，便可看到立体的图像。
但是当光从偏振分束器中射出后，在出射光中含有杂乱光，该杂乱光的存在，部分原因是所有的实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯，如偏振分束器在接收高水平的光通量时，其一般变成热负荷并且发生物理扭曲而引起应力双折射，这种应力双折射会导致光的去偏振和对比度的降低，还有一个原因是所述偏振光分别在各自的左、右图像产生元件上接收空间信息外，还会接收到由所述偏振光光路上的其它光，如偏振光束分离器等光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，而这些杂乱光没有在被投射到显示器之前有效地将其杂讯分离并排除，这些图像杂讯及杂乱空间信息会降低投影到屏幕的出射光的对比度。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够提高对比度的的立体投影光学***。
一种立体投影光学***，其包括依光路设置的：
一个图像吸收器，用于接收入射光，对该入射光进行调制并加载空间信息，并出射经调制并加载有空间信息的偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光；
一个检偏器，其设置于所述图像吸收器出射的第一偏振光的出射光路上，用于使特定偏振方向的光通过；
一个穿透式光调制器，设置于所述检偏器出射的第一偏振光的出射光路上，该穿透式光调制器具有开启和截止两个交替的工作状态，该穿透式光调制器处于开启状态时，所述第一偏振光穿过所述穿透式光调制器，该穿透式光调制器处于截止状态时，所述穿透式光调制器将入射的所述第一偏振光调制为第二偏振光并出射。
上述立体投影光学***使用时可通过为穿透式光调制器输入信号使得该穿透式光调制器具有开启和截止两个交替的工作状态，使得观看者的左、右眼交替获得不同偏振状态的影像，当该输入信号的频率足够快时，观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。同时利用光路上设置的检偏器，在该检偏器的作用下，允许特定偏振方向的光通过而分离并排除了由实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯以及由所述偏振光光路中的光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，从而提升了所投影的出射光的对比度。
附图说明
图1是本发明提供的第一实施例的立体投影光学***在所述穿透式光调制器开启时的结构示意图；
图2是本发明提供的第一实施例的立体投影光学***在所述穿透式光调制器截止时的结构示意图；
图3是图1的所述穿透式光调制器的输入信号以及相对于左右眼输出的光的偏振状态的波形图；
图4是本发明提供的第二实施例的立体投影光学***的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明作更进一步的说明，举以下较佳实施例并配合附图详细描述如下。
请参阅图1及图2，为本发明提供的第一实施例的立体投影光学***的结构示意图。该立体投影光学***100包括沿光路方向依次设置的一光源组件11、一个图像吸收器12、一个设置于所述图像吸收器12的一条出射光路上的检偏器13、一个设置于所述检偏器13出射光路上的穿透式光调制器14以及一个投影镜头15。
所述光源组件11包括依光路设置的一个照明光源111、一个色轮112以及一个积分器113。所述照明光源111发射包括显示彩色图像所需的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的白光。该光源11可以为卤素灯、金属卤化物灯、氙灯或LED等。在本实施例中，该光源11为卤素灯。所述色轮112包括红、绿、蓝三色区，其可在电机(图未示)的带动下高速旋转，以给投影光路配以各种色彩。所述积分器113用来均匀化和有效地使用光源11发出的光。
所述图像吸收器12包括依光路设置的一个偏振分束器121和一个反射式空间光调制器122。所述偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)121用于将来自光源组件11的非偏振光变成第一偏振光和第二偏振光，在本实施例中所第一偏振光为S偏振光，第二偏振光为P偏振光。该S偏振光被该偏振分束器121反射，而P偏振光透过该偏振分束器121。该偏振分束器121可以为金属栅格型偏振片(Wire Grid Polarizer，简称WGP偏振片)，也可以为偏振分光棱镜，在本实施例中，该偏振分束器121为偏振分光棱镜。该偏振分束器121根据对S偏振光和P偏振光的作用不同，可以分为反射S偏振光而透过P偏振光，与透过S偏振光而反射P偏振光两种形式。在本实施例中，所述偏振分束器23反射S偏振光，而可以让P偏振光透过。
所述反射式空间光调制器122可以为硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)显示面板。该硅基液晶显示面板工艺结构结合了液晶技术与半导体集成电路技术。LCoS面板利用半导体制程制作驱动面板，然后在电晶体上采用研磨技术磨平，并镀上铝或银等当作反射镜，形成CMOS基板，再将CMOS基板与含有透明电极的玻璃基板贴全后灌入液晶分子并封装测试，形成LCoS面板。LCoS面板通过控制光的偏振状态来调制入射光并给入射光加入空间信息，形成包括该入射光和该空间信息的经过调制的出射光。所述空间信息可以为该LCoS所加载的控制信号电压，该控制信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态，再利用该薄膜晶体管来控制所述液晶分子的偏转状态，而液晶分子具有明显的光学各向异性，能够控制来自入射光的光线，从而实现为入射光加载图像信号的目的。在本实施例中，该反射式空间光调制器122对S偏振光进行调制并加载空间信息，并将经调制及加载有空间信息的P偏振光反射出去，该P偏振光透过偏振分束器121并发射出去。
所述检偏器13可以为一个偏光片，其可以让一定偏振方向的光通过，而吸收其它偏振方向的光。例如让P偏振光通过，而吸收S偏振光或者让S偏振光通过，而吸收P偏振光。在本实施例中，该检偏器13吸收S偏振光而让P偏振光通过。
所述穿透式光调制器14可以为液晶显示装置(Liquid Crystal Dispaly，LCD)。通过为该穿透式光调制器14输入脉冲信号来控制该穿透式光调制器14的开启与截止。如图3所示，为输入穿透式光调制器13的输入信号以及相对于左右眼输出光的偏振状态的波形图。在本实施例中，所述穿透式光调制器13按照图3所示的输入信号波形图开启或截止，从而交替为左右眼提供不同偏振方向的S偏振光和P偏振光。当为该穿透式光调制器输入该信号时，该穿透式光调制器13便可交替输出S偏振光或P偏振光以提供观看者左右眼之不同偏振方向的光。可以理解的是，该输入信号的周期是可以调整的。通过穿透式光调制器13的开启与截止可以控制所输入偏振光的偏振方向，在本实施例中，输入穿透式光调制器13的是P偏振光，下以P偏振光为例，来说明该穿透式光调制器13的作用原理。当然，可以想到的是，对S偏振光的作用是与P偏振光相同的。
在该穿透式光调制器13开启时，如图1所示，该P偏振光直接穿过该穿透式光调制器13而不会对该P偏振光的偏振状态进行调制。但是，在穿透式光调制器13截止时，如图2所示，就会对穿过的P偏振光进行调制，即把输入的P偏振光调制为S偏振光输出，从而可以交替地为观看者提供左右眼之不同偏振方向的光。
所述投影镜头15设置于穿透式光调制器14的出射光的光路上，用于将出射光所形成的图像放大，并将放大的图像投影到屏幕(图未示)上。
图4为本发明提供的第二实施例的立体投影光学***的结构示意图。该立体投影光学***200包括沿光路方向依次设置的一光源组件21、一个图像吸收器22，一个设置于所述图像吸收器22的一条出射光路上的检偏器23、一个设置于所述检偏器23出射光路上的穿透式光调制器24以及一个投影镜头25。
该第二实施例与第一实施例的不同在于所述图像吸收器22的组成结构不同，第二实施例的图像吸收器22包括一个偏振分束器221和一个穿透式空间光调制器222。该穿透式空间光调制器222可以为液晶显示装置(Liquid Crystal Dispaly，LCD)。所述穿透式空间光调制器222通过控制输入光的偏振状态来调制入射光并给入射光加入空间信息，形成包括该空间信息的经过调制的出射光。所述空间信息可以为所述穿透式空间光调制器222所加载的控制信号电压，该控制信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态，再利用该薄膜晶体管来控制所述液晶分子的偏转状态，而液晶分子具有明显的光学各向异性，能够控制来自入射光的光线，从而实现为入射光加载图像信号的目的。在本实施例中，该所述穿透式空间光调制器222对入射的S偏振光进行调制，并在所述S偏振光上叠加空间信息，以产生一个包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的P偏振光。该P偏振光穿过该穿透式空间光调制器222后发射出去
因所述检偏器23可以让一定偏振方向的光通过，而吸收其它偏振方向的光。例如让P偏振光通过，而吸收S偏振光或者让S偏振光通过，而吸收P偏振光。所以当该检偏器23让P偏振光通过，而吸收S偏振光时，该检偏器23设置在穿透式空间光调制器222的S偏振光的出射光路上。当该检偏器23让S偏振光通过，而吸收P偏振光时，该检偏器23设置在穿透式空间光调制器222的P偏振光的出射光路上。在本实施例中，该检偏器13设置在穿透式空间光调制器2222的S偏振光的出射光路上。而该P偏振光或S偏振光在其它光学元件如穿透式光调制器24中的传输光路是相同的。
上述立体投影光学***使用时可通过为穿透式光调制器输入信号使得该穿透式光调制器具有开启和截止两个交替的工作状态，使得观看者的左、右眼交替获得不同偏振状态的影像，当该输入信号的频率足够快时，观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。同时利用光路上设置的检偏器，在该检偏器的作用下，允许特定偏振方向的光通过而分离并排除了由实光学元件所固有的光学特征所导致的图像杂讯以及由所述偏振光光路中的光学元件材料中的双折射所产生的杂乱空间信息，从而提升了所投影的出射光的对比度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

  1. 【权利要求1】一种立体投影光学***，其特征在于，该立体投影光学***包括依光路设置的：
    一个图像吸收器，用于接收入射光，对该入射光进行调制并加载空间信息，并出射经调制并加载有空间信息的偏振方向垂直的第一偏振光和第二偏振光；
    一个检偏器，其设置于所述图像吸收器出射的第一偏振光的出射光路上，用于使特定偏振方向的光通过；
    一个穿透式光调制器，设置于所述检偏器出射的第一偏振光的出射光路上，该穿透式光调制器具有开启和截止两个交替的工作状态，该穿透式光调制器处于开启状态时，所述第一偏振光穿过所述穿透式光调制器，该穿透式光调制器处于截止状态时，所述穿透式光调制器将入射的所述第一偏振光调制为第二偏振光并出射。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述检偏器为偏光片。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述穿透式光调制器为液晶显示装置。
  4. 【权利要求4】如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述图像吸收器包括依光路设置的一个偏振分束器以及一个反射式空间光调制器。
  5. 【权利要求5】如权利要求4所述的立体投影光学***，其特征在于：所述偏振分束器为金属栅格型偏振片和偏振分光棱镜的一种。
  6. 【权利要求6】如权利要求4所述的立体投影光学***，其特征在于：所述反射式空间光调制器为硅基液晶面板。
  7. 【权利要求7】如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述图像吸收器包括依光路设置的一个偏振分束器以及一个穿透式空间光调制器。
  8. 【权利要求8】如权利要求7所述的立体投影光学***，其特征在于：所述偏振分束器为金属栅格型偏振片和偏振分光棱镜中的一种。
  9. 【权利要求9】如权利要求7所述的立体投影光学***，其特征在于：所述穿透式空间光调制器为一个加载有空间信息的液晶显示装置。
  10. 【权利要求10】如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一偏振光为S偏振光和P偏振光中的一种。
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