CN102313996A - 立体投影光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立体投影光学***，其包括一光源，用于发射非偏振光；一图像对比增强器，用于使所述光源发射的非偏振光产生同一出射光路的第一S偏振光及第一P偏振光；一图像接收器，设置于所述图像对比增强器的出射光路上，用于将所述第一P偏振光调制成第二S偏振光反射出去，且将所述第一S偏振光调制成第二P偏振光透射出去；以及一投影镜头，用于接收来自所述图像接收器经调制的第二S偏振光及第二P偏振光。其优点在于：为一单一的立体投影光学***，而不需使用两个投影***，从而达成降低成本及轻量化的效果。
Description
技术领域
本发明是关于一种立体图像显示装置，尤其是关于一种具有立体投影显示功能的立体投影光学***。
背景技术
随着光学科技的不断进步，投影仪已广泛地应用于各种场合。在一般的会议简报等场合中，为了让与会者能清楚了解讨论内容，主持人可以通过操作投影仪将报告相关的内容或图表投射在显示屏上，使得与会者能够观看投射在显示屏上的资料清楚掌握报告的内容。再者投影仪的使用范围随着影音设备和储存介质的进步，例如高功率的音响，高储存容量的DVD等等，使得一般家庭也能在家中通过投影仪搭配着音响，通过投影仪投射出来的超大画面享受如同电影院中身临其境的视听感受。这使得投影仪的使用范围逐渐普及到一般家庭中。
一般显示立体图像的方式是使用两个分开的图像投影***分别来投射右眼图像与左眼图像。虽然此***能成功用于形成立体图像，但***成本与重量比单个投影仪高出很多，且两台投影仪要求光学对准相对困难并比较费时。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种立体投影光学***，由整合光学组件成为能够显示立体图像的单一立体投影光学***，而不需使用两个投影***，从而达成降低成本及轻量化的效果。
根据上述目的，本发明提供一种立体投影光学***，其包括一光源，用于发射非偏振光；一图像对比增强器，用于使所述光源发射的非偏振光产生同一出射光路的第一S偏振光及第一P偏振光；一图像接收器，设置于所述图像对比增强器的出射光路上，用于将所述第一P偏振光调制成第二S偏振光反射出去，且将所述第一S偏振光调制成第二P偏振光透射出去；以及一投影镜头，用于接收来自所述图像接收器的经调制的第二S偏振光及第二P偏振光。
其中，所述图像对比增强器进一步包括：一第一偏振分光组件，用于将来自于所述光源的非偏振光变成第三S偏振光及第三P偏振光；一第一偏振转换组件与一第一光反射装置，用于将所述第一偏振分光组件产生的第三S偏振光进行偏振转换，成为所述第一P偏振光；以及一第二偏振转换组件与一第二光反射装置，用于将所述第一偏振分光组件产生的第三P偏振光进行偏振转换，成为所述第一S偏振光；
所述图像接收器进一步包括：一第二偏振分光组件，设置于所述图像对比增强器的出射光路上，用于反射所述第一S偏振光并透射所述第一P偏振光；一第一反射式空间光调制器，用于对所述第二偏振分光组件透射的第一P偏振光进行调制并叠加空间信息，成为经调制的所述第二S偏振光；以及一第二反射式空间光调制器，用于对所述第二偏振分光组件反射的第一S偏振光进行调制并叠加空间信息，成为经调制的所述第二P偏振光。
本发明的优点在于：该立体投影光学***使用时可通过由图像对比增强器使得图像的对比度增加，使得观看者的左、右眼能同时获得不同偏振状态的图像，观看者的左右眼分别戴上检偏方向互相垂直的两片偏振片，就可以观察到立体图像信息，而不需使用两个投影***，从而可达成降低成本及轻量化的效果。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是依据本发明的立体投影光学***的其中一实施例的结构示意图，显示偏振光S3、P1、S2的光路。
图2是依据图1的立体投影光学***的结构示意图，显示偏振光P3、S1、P2的光路。
图3是图1的图像对比增强器改用非平面光反射装置的结构示意图。
主要组件符号说明
11～光源 12～图像对比增强器
13～图像接收器 14～投影镜头
22～图像对比增强器
100～立体投影光学*** 121～第一偏振分光组件
122～第一偏振转换组件 123～第二偏振转换组件
124～第一光反射装置 125～第二光反射装置
126～第一非平面光反射装置 127～第二非平面光反射装置
131～第二偏振分光组件 132～第一反射式空间光调制器
133～第二反射式空间光调制器
S1～第一S偏振光 P1～第一P偏振光
S2～第二S偏振光 P2～第二P偏振光
S3～第三S偏振光 P3～第三P偏振光
具体实施方式
请参阅图1及图2，为本发明实施例所提供的立体投影光学***100)的结构示意图。立体投影光学***100包括沿光路方向依次设置的一光源11，一设置于光源11出射光路上的图像对比增强器12，一设置于图像对比增强器12出射光路上的图像接收器13，以及一设置于图像接收器13出射光路上的投影镜头14。
光源11用来发射非偏振光，且可发射红光、绿光、蓝光或白光，而用于显示彩色图像。光源11可以为卤素灯、金属卤化物灯或发光二极管。在本实施例中，光源11为发光二极管。
图像对比增强器12设置于所述光源11的出射光路上，用于使光源11发射的非偏振光产生S偏振光及P偏振光。图像对比增强器12包括一第一偏振分光组件121及第一、第二偏振转换组件122、123各一个以及第一、第二光反射装置124、125各一个，其中第一偏振转换组件122贴合于第一偏振分光组件121的第一表面上，而第一光反射装置124紧邻于第一偏振转换组件122并与第一偏振转换组件122直接接触。并且，第二偏振转换组件123贴合于第一偏振分光组件121的第二表面上，而第二光反射装置125紧邻于第二偏振转换组件123，并与第二偏振转换组件123直接接触。上述第一偏振分光组件121的第一表面与第二表面垂直或大致上垂直。在另一实施例中，第一偏振转换组件122或第二偏振转换组件123可与第一偏振分光组件121的第一表面或第二表面相隔一距离，如图3所示。
第一偏振分光组件(Polarization Beam Splitter，PBS)121用于将来自于光源11的非偏振光变成S偏振光及P偏振光，在本实施例中，分别将其称为第三S偏振光S3以及第三P偏振光P3。第一偏振分光组件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，第一偏振分光组件121为偏振分光棱镜。第一偏振分光组件121可将光源11的非偏振光变成第三S偏振光S3并反射至第一偏振转换组件122以及第一光反射装置124，如图1所示；同时，将光源11的非偏振光变成第三P偏振光P3并透射至第二偏振转换组件123以及第二光反射装置125，如图2所示。
第一、第二偏振转换组件122、123的结构及工作基本原理相同，另一方面，第一、第二光反射装置124、125的结构及工作原理也相同，下面以第一偏振转换组件122及第一光反射装置124为例来说明其工作原理。
所述第一偏振转换组件122可以为四分之一波长延迟片(Quarter Wave Plate，QWP)，QWP是利用双折射原理，也就是利用不同电场偏振方向其折射率也不同，可将分别在互相垂直的偏振方向的光变成彼此有1/4波长相位差的光，QWP可以采塑料材质或玻璃材质。
所述第一光反射装置124可以为反射镜，反射镜可以为平面、圆弧面或非球面，反射镜可以为金属材质、玻璃材质或塑料材质，反射镜可将入射光反射，使得入射光转换成波长相位相同但方向相反的反射光，经过偏振转换器与光反射装置所造成的波长相位差，可将S偏振光转换成P偏振光，同理可将P偏振光转换成S偏振光。
在本实施例中，如图1所示，当光源11的非偏振光变成第三S偏振光S3并反射至第一偏振转换组件122与第一光反射装置124时，该第一偏振转换组件122与第一光反射装置124便对第三S偏振光S3进行偏振转换，以产生第一P偏振光P1。第一P偏振光P1被第一光反射装置124反射并经由第一偏振分光组件121往图像接收器13发射出去。
如图2所示，当光源11的非偏振光变成第三P偏振光P3入射至第二偏振转换组件123与第二光反射装置125时，该第二偏振转换组件123与第二光反射装置125便对第三P偏振光P3进行偏振转换，以产生第一S偏振光S1。第一S偏振光S1被第二光反射装置125反射并经由第一偏振分光组件121往图像接收器13反射出去。
图像接收器13设置于所述图像对比增强器12的出射光路上。图像接收器13包括一第二偏振分光组件131以及第一、第二反射式空间光调制器132、133各一个。第一反射式空间光调制器132与第二偏振分光组件131的第一表面平行。另一方面，第二反射式空间光调制器133与第二偏振分光组件131的第二表面平行。
所述第二偏振分光组件131与第一偏振分光组件121的结构及工作基本原理相同，第二偏振分光组件131可为金属栅格型偏振片或偏振分光棱镜，在此不再赘述。第二偏振分光组件131在操作时，当接收图像对比增强器12的第一P偏振光P1时，如图1所示，第二偏振分光组件131用于透射第一P偏振光P1；而当接收图像对比增强器12的第一S偏振光S1时，则如图2所示，第二偏振分光组件131用于反射第一S偏振光S1，。所述第一、第二反射式空间光调制器132、133的结构及工作基本原理相同，下面以第一反射式空间光调制器132为例来说明其结构及工作原理。
第一反射式空间光调制器132可以为硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)显示面板。LCoS显示面板利用半导体工艺制作驱动面板，并镀上铝或银等当作反射镜，以形成互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)基板，再将CMOS基板与含有透明电极的玻璃基板贴紧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，形成包括入射光及空间信息的经过调制的出射光。所述空间信息可以为LCoS所加载的控制信号电压，控制信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态，再利用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异向性(Optical Anisotropic)，能够控制来自入射光的光线，而实现入射光加载图像信号的目的。
在本实施例中，如图1所示，第一反射式空间光调制器132对第一P偏振光P1进行调制，并在所述第一P偏振光P1上叠加空间信息，以产生一包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的第二S偏振光S2。第二S偏振光S2被第一反射式空间光调制器132反射并经第二偏振分光组件131往投影镜头14发射出去。
当图像对比增强器12射出第一P偏振光P1时，也会同时射出第一S偏振光S1，如图2所示，所述第二反射式空间光调制器133对第一S偏振光S1进行调制，并在所述第一S偏振光S1上叠加空间信息，以产生一包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的第二P偏振光P2。第二P偏振光P2被第二反射式空间光调制器133反射并经第二偏振分光组件131往投影镜头14发射出去。
投影镜头14设置于第二偏振分光组件131的出射光的光路上，用于接收来自图像接收器13的经调制的第二S偏振光S2及第二P偏振光P2，并将出射光所形成的图像放大，并将放大的图像投影到屏幕上。
可以理解的是，为了提高***的亮度，如图3所示，图像对比增强器22中的光反射装置124、125是可以为圆弧面或非球面的非平面反射装置126、127。
上述的立体投影光学***，由于同时输出不同偏振状态的图像，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。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的范围并不以上述实施方式为限，凡熟悉本案技术的人士依本发明的精神所作的等效修饰或变化，皆应涵盖于本申请专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种立体投影光学***，其特征在于，包括：
一光源，用于发射非偏振光；
一图像对比增强器，用于使所述光源发射的非偏振光产生同一出射光路的第一S偏振光及第一P偏振光；
一图像接收器，设置于所述图像对比增强器的出射光路上，用于将所述第一P偏振光调制成第二S偏振光反射出去，且将所述第一S偏振光调制成第二P偏振光透射出去；以及
一投影镜头，用于接收来自所述图像接收器的经调制的第二S偏振光及第二P偏振光。
2.如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述图像对比增强器进一步包括：
一第一偏振分光组件，用于将来自于所述光源的非偏振光变成第三S偏振光及第三P偏振光；
一第一偏振转换组件与一第一光反射装置，用于将所述第一偏振分光组件产生的第三S偏振光进行偏振转换，成为所述第一P偏振光；以及
一第二偏振转换组件与一第二光反射装置，用于将所述第一偏振分光组件产生的第三P偏振光进行偏振转换，成为所述第一S偏振光。
3.如权利要求2所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一偏振分光组件为金属栅格型偏振片或偏振分光棱镜。
4.如权利要求2所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一、第二偏振转换组件为四分之一波长延迟片。
5.如权利要求2所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一、第二光反射装置为平面反射镜，或者为圆弧面反射镜，还或者为非球面反射镜。
6.如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述图像接收器进一步包括：
一第二偏振分光组件，设置于所述图像对比增强器的出射光路上，用于反射所述第一S偏振光并透射所述第一P偏振光；
一第一反射式空间光调制器，用于对所述第二偏振分光组件透射的第一P偏振光进行调制并叠加空间信息，成为经调制的所述第二S偏振光；以及
一第二反射式空间光调制器，用于对所述第二偏振分光组件反射的第一S偏振光进行调制并叠加空间信息，成为经调制的所述第二P偏振光。
7.如权利要求6所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一与第二偏振分光组件为金属栅格型偏振片或偏振分光棱镜。
8.如权利要求6所述的立体投影光学***，其特征在于：所述第一、第二反射式空间光调制器为硅基液晶面板。
9.如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述光源发射彩色图像所需的红光、绿光、蓝光或白光。
10.如权利要求1所述的立体投影光学***，其特征在于：所述投影镜头用于将接收到的经调制的第二S偏振光及第二P偏振光的图像放大。
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