CN104052989A - 一种光谱变换装置、立体显示*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光谱变换装置、立体显示***，属于显示技术领域，其可解决现有的立体显示***需要两组光源，光源成本较高，不适合普通商业应用的问题。本发明的光谱变换装置、立体显示***只需要一组光源，通过光谱变换装置就能获得两组色光序列，降低了立体显示***的光源成本，更适合普通商业应用。

Description

一种光谱变换装置、立体显示***

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光谱变换装置、立体显示***。

背景技术

光谱分离技术是目前较为先进的一种立体显示技术。其基本原理是将红色、绿色和蓝色三原色对应的光谱各自变换为两种光谱范围不重叠的红色、绿色和蓝色光谱，即形成两组红色、绿色和蓝色三原色光谱，其中，一组三原色光谱形成左眼图像进入人的左眼，另一组三原色光谱形成右眼图像进入人的另外右眼眼睛，由此形成立体图像。

如图1所示，现有技术的立体投影显示***组成示意图，包括：用于产生两组色序色光(R1G1B1、R2G2B2)的光源部，该光源部包括由红色光源(11、12)、绿色光源(21、22)和蓝色光源(31、32)三原色光源组成两组光源；

用于将上述两组色序色光(R1G1B1、R2G2B2)依次耦合至同一光路的耦合器(41、42)；

用于将两组色序色光(R1G1B1、R2G2B2)形成3D图像投影到显示屏6的3D数字放映机5；

还包括控制器10，所述控制器10与所述3D数字放映机5相连接，根据所述3D数字放映机5的3D同步信号控制所述光源部发出R1G1B1、R2G2B2色序色光射入到所述3D数字放映机5。

其中，所述控制器10可以通过温控、压控或者流控的方式控制所述光源部发出R1G1B1、R2G2B2色序色光。其中，R1G1B1色序用于左眼图像序列，R2G2B2色序用于右眼图像；

还包括窄带滤光眼镜7，经3D数字放映机5投射在显示屏6上的左眼图像和右眼图像反射进入窄带滤光眼镜7，其中，窄带滤光眼镜7左眼镜片镀的是RlGlBl滤光膜，右眼镜片镀的是R2G2B2滤光膜，当观众观看RlGlBl与R2G2B2图像序列时，左眼镜片通过RlGlBl序列，过滤R2G2B2，右眼镜片通过R2G2B2序列，过滤RlGlBl序列，使观众的左眼只能看到左眼图像，右眼只能看到右眼图像，这样就实现了3D的效果。

光谱分离显示技术具有以下优点：1.左右立体图像对被严格滤波和高度分离，戴上眼镜观看立体图像时无重影现象；2.图像质量好，无闪烁，舒适性好，持久观看无头晕现象；3.眼镜不需要配备电源和复杂的电路，眼镜轻便，因此舒适感更好；4.不需信号同步发射器，头部可随意移动，配戴者互相之间不会产生干扰，可满足大量观众场合应用。

然而，上述的立体显示***需要两组光源，目前光源供应商不多，光源成本较高，不适合普通商业应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的立体显示***光源成本高的问题，提供一种能够降低立体显示***光源成本的光谱变换装置、立体显示***。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光谱变换装置，包括光谱转换单元和滤光单元，其特征在于，所述光谱转换单元包括至少一组色光转换区域和非色光转换区域；

其中，所述色光转换区域用于将光源色光转换为激发色光，所述非色光转换区域用于透射光源色光；

所述滤光单元包括与所述光谱转换单元的色光转换区域和非色光转换区域分别对应的激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域；

其中，所述激发色光滤光区域用于透射激发色光；所述光亮调节滤光区域用于部分吸收或全部透射光源色光。

优选的是，所述色光转换区域包括三原色的色光转换区域；各原色的色光转换区域含有与该原色色光光谱对应的荧光物质。

优选的是，所述的三原色的色光转换区域依次排列；所述的三原色的色光转换区域整体上与非色光转换区域间隔布置。

优选的是，相邻的两个所述三原色的色光转换区域之间设有非色光转换区域。

优选的是，所述荧光物质为量子点；所述量子点为CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdTe/CdS中的任意一种。

优选的是，所述三原色为红、绿、蓝，所述荧光物质为红色荧光物质、绿荧光物质、蓝荧光物质。

优选的是，所述的非色光转换区域为透明区域。

优选的是，所述激发色光滤光区域分别含有与激发色光光谱对应的滤光物质。

优选的是，所述光谱转换单元和滤光单元同轴设置。

本发明的另一个目的还在于提供一种立体显示***，包括：

光源部，该光源部包括用于接收控制器的发光时序信号产生一组色序色光的光源；以及用于将所述一组色序色光耦合至同一光路上耦合器；

光谱转换部，该光谱转换部包括如权利要求1-10任一所述光谱转换装置，所述的光谱转换装置用于将从光源部入射的所述一组色序色光转化为两组色序色光；该光谱转换部还包括驱动单元，该驱动单元，用于接收控制器的控制信号驱动光谱转换装置与光源部的发光时序相配合；

3D数字放映机，将从光谱转换部入射的两组色序色光作为3D图像投影到显示屏上；

控制器，与所述3D数字放映机相连接，根据所述3D数字放映机的3D同步信号控制所述光源部发出一组色序色光射入到所述光谱转换部；并发出控制信号控制光谱转换部的驱动单元，使光谱转换装置与光源部的发光时序相配合。

本发明的光谱变换装置、立体显示***只需要一组光源，就能获得两组色光序列，降低了立体显示***的光源成本，更适合普通商业应用。

附图说明

图1为现有技术的立体投影显示***组成示意图。

图2为本发明实施例1光谱转换装置的结构示意图。

图3为本发明实施例1具有多组色光转换区域和非色光转换区域的光谱转换单元的布置示意图。

图4为本发明实施例1光谱转换单元中一种色光转换区域和非色光转换区域布置示意图。

图5为本发明实施例1光谱转换单元中另一种色光转换区域和非色光转换区域布置示意图。

图6为与图3对应的本发明实施例1具有多组激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域滤光单元的布置示意图。

图7为与图4对应的本发明实施例1滤光单元的激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域布置示意图。

图8为本发明实施例1两组色序的色光的光强和波长比较图。

图9为本发明实施例2的立体投影显示***组成示意图。

图10为本发明实施例2的立体投影显示***工作过程示意图。

其中：

1.红光光源；11.第一红光光源；12.第二红光光源；2.绿光光源；21.第一绿光光源；22.第二绿光光源；3.蓝光光源；31.第一蓝光光源；32.第二蓝光光源；41.第一耦合器；42.第二耦合器；5.3D数字放映机；6.显示屏；7.窄带滤光眼镜；8.驱动单元；9.光谱变换装置；91.光谱转换单元；92.滤光单元；10.控制器；13.光源部；14.光谱转换部。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图2-7所示，本实施例提供一种的光谱变换装置，包括光谱转换单元91和滤光单元92，优选的，如图2所示，光谱转换单元91和滤光单元92为圆形盘状，入射的一组色序色光从光谱转换单元91入射，经过光谱转换单元91和滤光单元92处理形成两组色序色光；应当理解其它形状的也是可行的，只要光谱转换单元91和滤光单元92能配合对一组色光序列进行处理获得两组色光序列即可。优选的，光谱转换单元91和滤光单元92同轴设置，这样在驱动时更加容易实现同步控制。应当理解的是，本实施例中上述的光谱转换单元91和滤光单元92是分开制作的，当然也可以将两者贴合为一整体，或分别制作在同一衬底的两个面上。

本发明的光谱变换装置需要一组光源(发出一组色光序列)，就能获得两组色光序列，降低了立体显示***的光源成本，更适合普通商业应用。

优选的，光谱转换单元91包括至少一组色光转换区域和非色光转换区域；色光转换区域用于将光源色光转换为激发色光。非色光转换区域用于透射光源色光，即该非色光转换区域允许光源色光直接透过；优选的，非色光转换区域为透明区域。

如图3所示，应当理解的是，上述色光转换区域(图中用Z表示)和非色光转换区域(图中用F表示)可以为多组(其中，图3中多个0表示多组色光转换区域和非色光转换区域)，间隔分布于圆形盘状的光谱转换单元91上，色光转换区域和非色光转换区域的组数越多，在相同转速下刷新频率也就会越快(此时刷新频率需要与光源发光时序相匹配)，这样有利于形成高品质的画面。

优选的，所述色光转换区域包括三原色的色光转换区域，各原色的色光转换区域含有与该原色色光光谱对应的荧光物质。本实施例以红/绿/蓝三原色为例介绍，其它类型的三原色也是可以的。

所述色光转换区域包括红/绿/蓝三原色的色光各自独立的色光转换区域，三原色的色光转换区域依次排列，所述的三原色的色光转换区域整体上与非色光转换区域间隔布置。如图4所示，逆时针依次为红光转换区域、绿光转换区域和蓝光转换区域，其中，红光转换区域、绿光转换区域和蓝光转换区域分别含有与红/绿/蓝色光光谱对应的荧光物质。应当理解的是，上述红光转换区域、绿光转换区域和蓝光转换区域顺序也可以为互换。

如图5所示，相邻的两个所述三原色的色光转换区域之间设有非色光转换区域。也就是说，各三原色的色光转换区域与非色光转换区域间隔布置。

应当理解的是，图4和图5的色光转换区域和非色光转换区域的布置不同，并不影响将一组色序色光转换两组色序色光。只需调整光源的发光时序与色光转换区域和非色光转换区域的布置相对应即可。

上述荧光物质可以选量子点，量子点作为一种新型的荧光物质，相比于传统的荧光物质其优势非常明显。首先，量子点的发射谱单一而且很“窄”，其半峰宽(FWHM)大都在40nm以下，更好的可以达到30nm甚至十几个nm。

其次，量子点的激发谱很宽，可以在低于发射谱的广泛区间内任意选择激发波长。

再次，量子点的发光强度高。与常用有机小分子染料相比，量子点的发光强度要高几倍乃至几十倍。这一方面取决于量子点的荧光量子效率，另外也决定于量子点的摩尔消光系数。

量子点的化学元素构成主要分为II-VI族量子点和III-V族量子点，如CdSe，CdTe，InAs，InP，CdS，ZnS等等。为了提高荧光量子效率和稳定性，“核-壳”(core-shell)型量子点制备成为重要选择之一，其基本思路是在量子点外层形成高带隙的“墙”，以约束电子的非辐射越迁。优选的，量子点为CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdTe/CdS等中的任意一种。

由于量子点的光致发光谱最终取决于量子点材料的带隙和量子点的尺度大小，因此这种量子点在制备中主要通过控制尺度进行量子点光谱的调制，即采用同种化学材料，通过控制量子点的大小，得到不同颜色的量子点。

应当理解的是，可以采用已知的技术根据不同的可见光光谱，制备具有相应光谱的量子点，在此不再一一赘述。

本实施例中，光源色光可以为光源红光(R1)、光源绿光(G1)、光源蓝光(B1)，相应地，激发色光可以为激发红光(R2)、激发绿光(G2)、激发蓝光(B2)。

以图4为例进行介绍，光源发出的光源红光(R1)照射在红光转换区域的红色荧光物质时，激发出激发红光(R2)，其中，光源红光(R1)和激发红光(R2)具有不同光谱范围，即两者的光谱范围不重合，这样在后续滤光时能保证有针对性的进行滤光处理。

同样，光源发出的光源绿光(G1)照射在绿光转换区域的绿色荧光物质时，激发出激发绿光(G2)，其中，光源绿光(G1)和激发绿光(G2)具有不同光谱范围，即两者的光谱范围不重合，这样在后续滤光时能保证有针对性的进行滤光处理。

同样，光源发出的光源蓝光(B1)照射在蓝光转换区域的蓝色荧光物质时，激发出激发蓝光(B2)，其中，光源蓝光(B1)和激发蓝光(B2)具有不同光谱范围，即两者的光谱范围不重合，这样在后续滤光时能保证有针对性的进行滤光处理。

这样，光源的发出的R1/G1/B1的色光经色光转换区域激发获得一组R2/G2/B2色序的色光。应当理解的是，可以控制红/绿/蓝三种颜色的荧光物质的比例，进而控制R2/G2/B2的三原色的比例，保证R2/G2/B2的三原色的色光能合成白光。

如图4所示，非色光转换区域可以为透明区域，当光源发出的三原色光通过该透明区域时可直接透射，本实施例中，光源发出了一组R1/G1/B1色序的色光，应当理解的是，可以控制光源中R1/G1/B1的比例保证三原色的光能合成白光。

光谱变换装置9还包括滤光单元92，滤光单元92包括与光谱转换单元91的色光转换区域和非色光转换区域分别对应的激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域；其中，所述激发色光滤光区域用于透射激发色光；所述光亮调节滤光区域用于部分吸收光源色光或全部透射光源色光。

具体地，如图6所示，与图3相对应，应当理解的是，激发色光滤光区域(图6中用J表示)和光亮调节滤光区域(图5中用T表示)可以为多组(其中，图中多个0表示多组激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域)，分布于圆形盘状的滤光单元92上，与色光转换区域和非色光转换区域相对应，对来自光谱转换单元91的色光进行处理。

应当理解的是，光源红光(R1)激发荧光物质产生激发红光(R2)时，能量不能完全转化，会透射部分光源红光(R1)，因此，从色光转换区域出射的光实际上包括两部分，一部分是激发R2/G2/B2，另一部分是残余的光源红光(R1)、光源绿光(G1)、光源蓝光(B1)。需要将该残余的光源红光(R1)、光源绿光(G1)、光源蓝光(B1)过滤(吸收掉)，而将激发红光(R2)全部透射。

如图7所示，与图4对应，激发色光滤光区域包括红光滤光区域、绿光滤光区域和蓝光滤光区域。用于过滤残余的光源红光(R1)、光源绿光(G1)、光源蓝光(B1)过滤(吸收掉)。此时，上述两部分色光经过滤光单元92的红光滤光区域、绿光滤光区域和蓝光滤光区域后的获得一组R2/G2/B2色序的色光。

应当理解的是，可以采用已知的技术根据不同的可见光光谱，制备相应的滤光膜，在此不再一一赘述。

如图7所示，与图4对应，滤光单元92还包括光亮调节滤光区域，用于部分吸收或全部透过从光谱转换单元的非色光转换区域透射出的R1/G1/B1色序的色光，若该光亮调节滤光区域为透明区域，如图8所示，根据上述R2/G2/B2色序的产生过程可知R2/G2/B2色序的色光的光强小于R1/G1/B1色序的色光的光强，则R2/G2/B2色序的色光经过3D数字放映机和显示屏的反射进入右眼，R1/G1/B1色序的色光经过3D数字放映机和显示屏的反射进入左眼，使得两眼接收到不同光强的色序的色光，不能达到较佳的观看效果，不能获得好的显示图像效果。

为了使进入两眼的色光的光强相同，需要对从光谱转换单元91的非色光转换区域透射的R1/G1/B1色序的色光进行吸收，如图7所示，光亮调节滤光区域含有能够分别吸收R1/G1/B1色光的物质，其中，光源色光R1/G1/B1的吸收区域的布置顺序和激发色光滤光区域中滤光区域的布置顺序相同。可以采用已知技术根据不同光谱的色光，制备相应的部分吸收该光谱的色光的吸收膜，在此不再一一赘述。

经过光亮调节滤光区域降低光强获得R11/G11/B11色序的色光，该R11/G11/B11色序的色光的光强与R2/G2/B2色序的色光的光强相等。

实施例2

如图9所示，本实施例提供一种立体显示***，包括：

光源部13，该光源部13包括用于接收控制器的发光时序信号产生一组色序色光(R1G1B1)的光源1、2、3；以及用于将所述一组色序色光耦合至同一光路上耦合器41、42。

光谱转换部14，该光谱转换部14包括光谱转换装置9和驱动单元8，所述的光谱转换装置9用于将从光源部13入射的所述一组色序色光(R1G1B1)转化为两组色序色光(R1G1B1、R2G2B2)；所述驱动单元8，用于接收控制器10的控制信号驱动光谱转换装置9与光源部13的发光时序相配合；其中，R1G1B1色序用于左眼图像序列，R2G2B2色序用于右眼图像。

光谱转换装置9包括光谱转换单元91和滤光单元92，光谱转换单元91和滤光单元92为圆形盘状，具体结构和功能见实施例1所述，在此不再一一赘述。

优选的，所述光谱转换单元91和滤光单元92同轴设置。

优选的，驱动单元8可以为电机；所述的光谱转换单元91和滤光单元92同轴设置连接与该电机上。

立体显示***还包括3D数字放映机5，将从光谱转换部14入射的两组色序色光作为3D图像投影到显示屏上。

立体显示***还包括控制器10，与所述3D数字放映机5相连接，根据所述3D数字放映机5的3D同步信号控制所述光源部13发出一组色序色光射入到所述光谱转换部14；并发出控制信号控制光谱转换部14的驱动单元8，使光谱转换装置9与光源部13的发光时序相配合。

其中，所述控制器10可以通过温控、压控或者流控的方式控制所述光源部13发出R1G1B1色序色光。

可选地，立体显示***还包括用于分别接收显示屏6反射的两组三原色的色序色光的窄带滤光眼镜7。

经3D数字放映机5投射在显示屏6上的左眼图像和右眼图像反射进入窄带滤光眼镜7，其中，窄带滤光眼镜7左眼镜片镀的是RlGlBl滤光膜，右眼镜片镀的是R2G2B2滤光膜，当观众观看RlGlBl与R2G2B2图像序列时，左眼镜片通过RlGlBl序列，过滤R2G2B2，右眼镜片通过R2G2B2序列，过滤RlGlBl序列，使观众的左眼只能看到左眼图像，右眼只能看到右眼图像，这样就实现了3D的效果。

本实施例的立体显示***只需要一组光源(发出一组色光序列)，就能经过光谱转换装置9获得两组色光序列，降低了立体显示***的光源成本，更适合普通商业应用。

该立体显示***的工作过程如下：

光源部13的光源1、2、3接收控制器10发出的发光时序信号周期性的发出红(R)/绿(G)/蓝(B)色光、耦合器41、42将上述色光耦合至同一光路上；

光谱转换部14的驱动单元8接收控制器10的控制信号驱动光谱转换装置9与光源部13的发光时序相配合。

光谱转换装置9包括光谱转换单元91和滤光单元92，光谱转换单元91和滤光单元92为圆形盘状，且同轴设置，并共同由驱动单元8，例如，电机驱动。

滤光单元92的激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域分别与光谱转换单元91的色光转换区域和非色光转换区域对应。

如图10所示，3D数字放映机5接收一帧图像数据，在时间段1-3内3D数字放映机5需要接收适合左眼图像的色光序列，时间段4-6内3D数字放映机5需要接收适合右眼图像的色光序列；然后，将左眼图像和右眼图像投影到显示屏6上。

具体地，时段1内，光源红光R1经耦合器42照射在光谱转换装置9上，此时，驱动单元8接收控制器的信号使光谱转换单元91的红光转换区域处于光路中，从而激发出激发红光R2，由于，红光转换区域和滤光单元92的红光滤光区相对应，此时，激发红光R2和部分未激发的光源红光R1经过滤光单元92的红光滤光区，该红光滤光区吸收部分未激发的光源红光R1，透过激发红光R2，形成激发红光R2。

同样，在时段2内光源绿光G1经过光谱变换装置透射出激发绿光G2；

同样，在时段3内光源蓝光B1经过光谱变换装置透射出激发蓝光B2，从而形成适合右眼图像的R2/G2/B2色序的色光。

在时段4，光源红光R1经耦合器42照射在光谱转换装置9上，此时，驱动单元8接收控制器的信号使光谱转换单元91的非色光转换区域(透明区域)处于光路中，使光源红光R1透射；由于，非色光转换区域和滤光单元92的光亮调节滤光区域相对应，此时，光源红光R1透射在滤光单元92的光亮调节滤光区域的对应的光源红光R1吸收区域(也可以是透明区域)，获得R11色光；

同样，在时段5内经过光谱变换装置，获得G11色光；

同样，在时段6内经过光谱变换装置，获得B11色光；从获得适合左眼眼图像的R11/G11/B11色序的色光。

3D数字放映机5通过上述的适合右眼图像的R2/G2/B2色序的色光和适合左眼眼图像的R11/G11/B11色序的色光将右眼图像和左眼图像投影至显示屏6，通过显示屏6的反射，左眼图像进入眼镜的左眼窄带滤光片，右眼图像进入右眼窄带滤光片，从而在观察者的头脑中形成立体图像。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光谱变换装置，包括光谱转换单元和滤光单元，其特征在于，

所述光谱转换单元包括至少一组色光转换区域和非色光转换区域；所述色光转换区域用于将光源色光转换为激发色光，所述非色光转换区域用于透射光源色光；

所述滤光单元包括与所述光谱转换单元的色光转换区域和非色光转换区域分别对应的激发色光滤光区域和光亮调节滤光区域；所述激发色光滤光区域用于透射激发色光；所述光亮调节滤光区域用于部分吸收或全部透射光源色光。

2.如权利要求1所述的光谱变换装置，其特征在于，所述色光转换区域包括三原色的色光转换区域；各原色的色光转换区域含有与该原色色光光谱对应的荧光物质。

3.如权利要求2所述的光谱变换装置，其特征在于，所述的三原色的色光转换区域依次排列；所述的三原色的色光转换区域整体上与非色光转换区域间隔布置。

4.如权利要求2所述的光谱变换装置，其特征在于，相邻的两个所述三原色的色光转换区域之间设有非色光转换区域。

5.如权利要求2所述的光谱变换装置，其特征在于，所述荧光物质为量子点；所述量子点为CdSe/CdS、CdSe/ZnS、CdTe/CdS中的任意一种。

6.如权利要求2-5任一所述的光谱变换装置，其特征在于，所述三原色为红、绿、蓝，所述荧光物质为红色荧光物质、绿荧光物质、蓝荧光物质。

7.如权利要求1所述的光谱变换装置，其特征在于，所述的非色光转换区域为透明区域。

8.如权利要求1所述的光谱变换装置，其特征在于，所述激发色光滤光区域分别含有与激发色光光谱对应的滤光物质。

9.如权利要求1所述的光谱变换装置，其特征在于，所述光谱转换单元和滤光单元同轴设置。

10.一种立体显示***，其特征在于，包括：

光源部，该光源部包括用于接收控制器的发光时序信号产生一组色序色光的光源；以及用于将所述一组色序色光耦合至同一光路上耦合器；

光谱转换部，该光谱转换部包括如权利要求1-9任一所述光谱转换装置，所述的光谱转换装置用于将从光源部入射的所述一组色序色光转化为两组色序色光；该光谱转换部还包括驱动单元，该驱动单元，用于接收控制器的控制信号驱动光谱转换装置与光源部的发光时序相配合；

3D数字放映机，将从光谱转换部入射的两组色序色光作为3D图像投影到显示屏上；

控制器，与所述3D数字放映机相连接，根据所述3D数字放映机的3D同步信号控制所述光源部发出一组色序色光射入到所述光谱转换部；并发出控制信号控制光谱转换部的驱动单元，使光谱转换装置与光源部的发光时序相配合。