CN102566218A - 双芯片的被动偏振式三维投影*** - Google Patents

双芯片的被动偏振式三维投影*** Download PDF

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李卫华
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Abstract

一种双芯片的被动偏振式三维投影***，涉及图像显示技术领域，所解决的是降低成本及提高投影效果的技术问题。该***包括投影光源单元、偏振分光器件、偏振合光器件、微显示芯片、投影镜头；所述微显示芯片有两块，分别为第一微显示芯片、第二微显示芯片；所述投影光源单元用于按时序出射三基色非偏振光束至偏振分光器件，由偏振分光器件分光成两束偏振态相异的单一偏振态偏振光束后分别射至两块微显示芯片的受光面，再由两块微显示芯片按三基色信号调制时序分别调制后分别射入偏振合光器件，最后由偏振合光器件聚合成单束聚合光束后经投影镜头射出。本发明提供的***，适用于三维图像投影。

Description

双芯片的被动偏振式三维投影***
技术领域
本发明涉及图像显示技术，特别是涉及一种双芯片的被动偏振式三维投影***的技术。
背景技术
三维显示技术是未来显示技术的趋势，而在三维显示技术中，被动偏振式技术由于其技术的高可靠性、光能高利用率以及***设备，特别是偏振式眼镜的成本低廉等直接的优势，成为了未来三维显示技术中的主流技术。
现有投影机主要由投影光源、微显示芯片、投影镜头组成，投影光源用于按时序出射三基色光束至微显示芯片，微显示芯片用于接收图像信号，并对接收到的图像信号逐帧处理，处理时先将单一帧频图像分解为三基色分量信号，再根据三基色分量信号配合时序将依次射至其受光面的三种单基色光束分别调制为三种单基色投影图像光束，然后再将三种单基色投影图像光束合束为一束投影图像光束后通过投影镜头投影成像。
利用现有投影机实现被动偏振式三维投影显示的方式是，将两台投影机的投影图像分别通过不同偏振态的偏振滤光片，形成两路不同偏振态的投影图像，再将两路不同偏振态的投影图像重叠投影在屏幕上，观众则佩戴特制偏振滤光眼镜来观看影像，这种偏振滤光眼镜的左右眼镜片由两片不同偏振态的偏振滤光片制成，因此观众的左右眼会接收到不同的投影图像，从而在人的大脑中形成三维的影像。现有被动偏振式三维影像显示的方式，存在着以下缺陷：1）需要用两台投影机来实现三维影像显示，而且两台投影机需要有两路输入，因此其实施成本较高；2）将两路投影图像较正至重叠的难度较高，因此其影像重叠性较差；3）为了实现左右眼各自所需的偏振光，需要在两台投影机的出射光路上加装偏振滤光片，会造成投影光效降低。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低，影像重叠性好，且投影光效高的双芯片的被动偏振式三维投影***。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：包括投影光源单元、偏振分光器件、偏振合光器件、微显示芯片、投影镜头；
所述微显示芯片有两块，分别为第一微显示芯片、第二微显示芯片；
所述投影光源单元用于按时序出射三基色非偏振光束至偏振分光器件，由偏振分光器件分光成两束单一偏振态的偏振光束后分别射至两块微显示芯片的受光面，再由两块微显示芯片按三基色信号调制时序分别调制后分别射入偏振合光器件，最后由偏振合光器件聚合成单束聚合光束后经投影镜头射出；
所述偏振分光器件分光后的两束单一偏振态偏振光束中，射至第一微显示芯片受光面的偏振光束为S偏振态光束，射至第二微显示芯片受光面的偏振光束为P偏振态光束。
进一步的，所述偏振分光器件出射的S偏振态光束经过通S偏振态光的入光偏振片后射至第一微显示芯片的受光面，出射的P偏振态光束经过通P偏振态光的入光偏振片后射至第二微显示芯片的受光面。
进一步的，第一微显示芯片调制后的出射光束经过通S偏振态光的出光偏振片后射入偏振合光器件，第二微显示芯片调制后的出射光束经过通P偏振态光的出光偏振片后射入偏振合光器件。
进一步的，所述微显示芯片是LCD微显示芯片，或是LCOS微显示芯片。
进一步的，所述偏振分光器件是PBS棱镜或PBS玻片，所述偏振合光器件是PBS棱镜或PBS玻片。
本发明提供的双芯片的被动偏振式三维投影***，利用偏振分光器件将非偏振光束分光成两束单一偏振态的偏振光束后分别射至两块微显示芯片的受光面，再由两块微显示芯片根据各自接收到的图像信号分别调制为两束偏振态相异的单一偏振态投影图像光束，然后再利用偏振合光器件将两块微显示芯片调制的两束单一偏振态投影图像光束聚合成单束三维投影图像聚合光束后，经投影镜头投影成像，其实施成本要低于现有被动偏振式三维投影显示的实现方式，而且两路投影图像较正至重叠的难度较低，其影像重叠性好，投影图像的出射光路上也无需加装滤光片，其投影光效也较高。
附图说明
图1是本发明第一实施例的双芯片的被动偏振式三维投影***的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的双芯片的被动偏振式三维投影***中的投影光源单元的结构示意图；
图3是本发明第二实施例的双芯片的被动偏振式三维投影***的结构示意图；
图4是本发明第二实施例的双芯片的被动偏振式三维投影***中的投影光源单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种双芯片的被动偏振式三维投影***， 其特征在于：包括投影光源单元11、偏振分光器件12、偏振合光器件13、微显示芯片、投影镜头15；
所述微显示芯片有两块，分别为第一微显示芯片141、第二微显示芯片142；
所述投影光源单元11用于按微显示芯片的三基色信号调制时序出射三基色非偏振光束至偏振分光器件12，由偏振分光器件12分光成两束单一偏振态的偏振光束后分别射至两块微显示芯片141、142的受光面，再由两块微显示芯片141、142按三基色信号调制时序分别调制后分别射入偏振合光器件13，最后由偏振合光器件13聚合成单束聚合光束后经投影镜头15射出；
所述偏振分光器件12分光后的两束单一偏振态偏振光束中，射至第一微显示芯片141受光面的偏振光束为S偏振态光束，射至第二微显示芯片142受光面的偏振光束为P偏振态光束。
本发明第一实施例中，所述偏振分光器件12出射的S偏振态光束经过通S偏振态光的入光偏振片（图中未示）后射至第一微显示芯片141的受光面，出射的P偏振态光束经过通P偏振态光的入光偏振片（图中未示）后射至第二微显示芯片142的受光面，入光偏振片能纯化两块微显示芯片的入射光束，使两块微显示芯片的入射光束更趋于单一偏振态；
第一微显示芯片141调制后的出射光束经过通S偏振态光的出光偏振片（图中未示）后射入偏振合光器件，第二微显示芯片142调制后的出射光束经过通P偏振态光的出光偏振片（图中未示）后射入偏振合光器件，出光偏振片能遮挡和吸收经过微显示芯片调制后未改变偏振态的无用光线。
本发明第一实施例中，所述的三基色是红、绿、蓝三基色，所述微显示芯片是LCD微显示芯片，所述偏振分光器件是PBS棱镜或PBS玻片，所述偏振合光器件是PBS棱镜或PBS玻片。
如图2所示，本发明第一实施例中，所述投影光源单元包括一个反射镜104、两个二向色镜，及用于分别发出红、绿、蓝三种基色光的三个单基色发光源；
所述三个单基色发光源分别为第一基色发光源101、第二基色发光源102、第三基色发光源103，所述两个二向色镜分别为第一二向色镜105、第二二向色镜106；
所述第一基色发光源101的出射光射至反射镜104，由反射镜104反射后透过第一二向色镜105射至第二二向色镜106，再由第二二向色镜106反射输出；
所述第二基色发光源102的出射光射至第一二向色镜105，由第一二向色镜105反射至第二二向色镜106，再由第二二向色镜106反射输出；
所述第三基色发光源103的出射光透过第二二向色镜106后输出；
所述第二二向色镜106反射输出的光线及透射输出的光线的输出路径一致。
本发明第一实施例工作时，将两路图像信号分别输入两块微显示芯片，每块微显示芯片对接收到的图像信号逐帧处理，处理时先将单一帧频图像分解为三基色分量信号，再根据三基色分量信号配合时序将依次射至其受光面的三种单基色偏振光束分别调制为三种单基色的单一偏振态投影图像光束，然后再将三种单基色的单一偏振态投影图像光束合束为一束单一偏振态的投影图像光束射入偏振合光器件；
偏振合光器件将两块微显示芯片射入的两束单一偏振态的投影图像光束聚合成包含两种偏振态投影图像的单束三维投影图像聚合光束后，经投影镜头射至外部屏幕投影成像；
本发明第一实施例中，最终投影图像的图像帧频为120Hz，为了得到不闪烁的投影图像，微显示芯片的图像处理帧频需至少3倍于最终投影图像帧频，即大于等于360Hz。
如图3所示，本发明第二实施例所提供的一种双芯片的被动偏振式三维投影***， 其特征在于：包括投影光源单元21、偏振分光合光模块、微显示芯片、投影镜头25；
所述偏振分光合光模块内置有偏振分光器件22及偏振合光器件23，所述微显示芯片有两块，分别为第一微显示芯片241、第二微显示芯片242；
所述投影光源单元21用于按微显示芯片的三基色信号调制时序出射三基色非偏振光束至偏振分光合光模块的偏振分光器件22，由偏振分光合光模块的偏振分光器件22分光成两束单一偏振态的偏振光束后分别射至两块微显示芯片241、242的受光面，再由两块微显示芯片241、242按三基色信号调制时序分别调制后分别射入偏振分光合光模块的偏振合光器件23，最后由偏振分光合光模块的偏振合光器件23聚合成单束聚合光束后经投影镜头25射出；
所述偏振分光合光模块的偏振分光器件22分光后的两束单一偏振态偏振光束中，射至第一微显示芯片241受光面的偏振光束为S偏振态光束，射至第二微显示芯片242受光面的偏振光束为P偏振态光束。
本发明第二实施例中，所述偏振分光合光模块的偏振分光器件22出射的S偏振态光束经过通S偏振态光的入光偏振片后（图中未示）射至第一微显示芯片241的受光面，出射的P偏振态光束经过通P偏振态光的入光偏振片（图中未示）后射至第二微显示芯片242的受光面，入光偏振片能纯化两块微显示芯片的入射光束，使两块微显示芯片的入射光束更趋于单一偏振态；
第一微显示芯片241调制后的出射光束经过通S偏振态光的出光偏振片（图中未示）后射入偏振分光合光模块的偏振合光器件23，第二微显示芯片242调制后的出射光束经过通P偏振态光的出光偏振片（图中未示）后射入偏振分光合光模块的偏振合光器件23，出光偏振片能遮挡和吸收经过微显示芯片调制后未改变偏振态的无用光线。
本发明第二实施例中，所述的三基色是红、绿、蓝三基色，所述微显示芯片是LCOS微显示芯片，所述偏振分光合光模块的偏振分光器件及偏振合光器件是PBS棱镜或PBS玻片。
如图4所示，本发明第二实施例中，所述投影光源单元包括三基色旋转色轮202，及用于发出非偏振白光的白光源201，所述三基色旋转色轮202轴对称设有三个色区2021、2022、2023，且在三个色区2021、2022、2023内分别涂有红、绿、蓝三种基色；
所述三基色旋转色轮202旋转时，白光源201出射的白光依次透过三基色旋转色轮202的三个色区2021、2022、2023，即形成时序输出的三基色光线。
本发明第二实施例中，所述投影光源单元也可以采用由激光激发为三基色光线的三基色类荧光涂料色轮，与单基色激发用激光光源的组合，在三基色类荧光涂料色轮上轮轴对称设三个色区，并在三个色区内分别涂有可分别被激发为红、绿、蓝三种基色的荧光涂料；
三基色类荧光涂料色轮旋转时，单基色激发用激光光源出射的光依次击打在三基色类荧光涂料色轮的三个色区，即激发出时序输出的三基色光线。
本发明第二实施例工作时，将两路图像信号分别输入两块微显示芯片，每块微显示芯片对接收到的图像信号逐帧处理，处理时先将单一帧频图像分解为三基色分量信号，再根据三基色分量信号配合时序将依次射至其受光面的三种单基色偏振光束分别调制为三种单基色的单一偏振态投影图像光束，然后再将三种单基色的单一偏振态投影图像光束合束为一束单一偏振态的投影图像光束射入偏振分光合光模块的偏振合光器件；
偏振分光合光模块的偏振合光器件将两块微显示芯片射入的两束单一偏振态的投影图像光束聚合成包含两种偏振态投影图像的单束三维投影图像聚合光束后，经投影镜头射至外部屏幕投影成像；
本发明第二实施例中，最终投影图像的图像帧频为120Hz，为了得到不闪烁的投影图像，微显示芯片的图像处理帧频需至少3倍于最终投影图像帧频，即大于等于360Hz。

Claims (5)

1.一种双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：包括投影光源单元、偏振分光器件、偏振合光器件、微显示芯片、投影镜头；
所述微显示芯片有两块，分别为第一微显示芯片、第二微显示芯片；
所述投影光源单元用于按时序出射三基色非偏振光束至偏振分光器件，由偏振分光器件分光成两束单一偏振态的偏振光束后分别射至两块微显示芯片的受光面，再由两块微显示芯片按三基色信号调制时序分别调制后分别射入偏振合光器件，最后由偏振合光器件聚合成单束聚合光束后经投影镜头射出；
所述偏振分光器件分光后的两束单一偏振态偏振光束中，射至第一微显示芯片受光面的偏振光束为S偏振态光束，射至第二微显示芯片受光面的偏振光束为P偏振态光束。
2.根据权利要求1所述的双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：所述偏振分光器件出射的S偏振态光束经过通S偏振态光的入光偏振片后射至第一微显示芯片的受光面，出射的P偏振态光束经过通P偏振态光的入光偏振片后射至第二微显示芯片的受光面。
3.根据权利要求1所述的双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：第一微显示芯片调制后的出射光束经过通S偏振态光的出光偏振片后射入偏振合光器件，第二微显示芯片调制后的出射光束经过通P偏振态光的出光偏振片后射入偏振合光器件。
4.根据权利要求1所述的双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：所述微显示芯片是LCD微显示芯片，或是LCOS微显示芯片。
5.根据权利要求1所述的双芯片的被动偏振式三维投影***，其特征在于：所述偏振分光器件是PBS棱镜或PBS玻片，所述偏振合光器件是PBS棱镜或PBS玻片。
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Address after: 313000, Zhejiang, Huzhou, eight mile town, Wuxing science and Technology Pioneer Park, building 3, 2

Applicant after: Huzhou Qingwei Electronic Technology Co., Ltd.

Address before: 200050, B, building 357, 509 Zhao Lu, Changning District, Shanghai

Applicant before: Shanghai Sinova Technology Co., Ltd.

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Application publication date: 20120711