专利名称：投影型三维图像屏幕及具有该屏幕的投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影型三维(3D)图像屏幕及包括该屏幕的投影系统，更具体地，涉及一种利用投影器显示3D图像并提高该3D图像的分辨率的屏幕及包括该屏幕的投影系统。
背景技术：
3D图像是基于立体显示原理实现的。双眼视差，即左右眼位置彼此分隔65mm而获得的特性，是实现立体效果的最重要因素。3D图像显示可通过使用佩镜式或者不佩镜式显示方式来显示。
在使用佩镜式方式进行3D图像显示的情况下，投影器上左右图像的偏振方向彼此不同，而使用者通过佩带该偏振眼镜看到3D图像。或者，以时间划分为基础显示左右图像，使用者通过佩带液晶调节镜(shutter glasses)看到3D图像。在使用偏振眼镜的显示方法中，利用偏振方向不同的性质或者圆偏振的旋转方向不同的性质来划分左右图像。另外，在同时表示左眼图像和右眼图像的第一投影器和第二投影器上形成偏振方向彼此垂直的偏振板。然后，将第一和第二投影器的图像合成起来，并通过彼此垂直的左右偏振板划分左右图像，从而，使用者可以看到3D图像。
时间划分方法交替提供左右图像。当提供左眼图像时，图像被聚焦在左眼上，而当提供右眼图像时，图像被聚焦在右眼上。时间划分眼镜调节方法通过眼镜来切换左右图像，而时间划分偏振眼镜方法在显示件上切换左右图像。然而，在使用眼镜的方法中，使用者需佩带眼镜，因此，不需要眼镜的显示方式是有利的。
不佩镜显示方法无需眼镜即可分离左/右图像而获得3D图像。不佩镜显示方法被分为视差栅栏型(parallax barrier-type)显示方法和透镜型显示方法。
视差栅栏型显示方法使用非常薄的垂直格柱(lattice column)即栅栏交替地将左右眼分别应看到的图像以垂直图案或图片的形式显印出来。如此，应提供给左眼的垂直图案图像和应提供给右眼的垂直图案图像通过栅栏分配，并且通过左右眼分别看到来自不同视点的图像，从而观察到立体图像。
投影型图像显示装置将显示部件形成的图像放大，利用投影透镜单元将放大的图像投影到屏幕单元上，并利用设置在屏幕单元内的左/右眼图像分离单元实现3D图像。图1A是常规投影型图像显示装置的示意图。投影型图像显示装置包括第一投影器10和第二投影器20，该装置通过利用屏幕单元S将图像分离为来自第一投影器10的第一图像和来自第二投影器20的第二图像并分别将所述第一和第二图像发送到右眼(RE)和左眼(LE)而形成3D图像。
屏幕单元S具有视差栅栏25，用于将来自投影器的图像分离为右眼和左眼的图像。参考图1A，视差栅栏25具有交替布置的狭缝26和栅栏27。来自第一和第二投影器10和20的图像被狭缝26分离为左眼的图像L和右眼的图像R，从而形成3D图像。
根据上述方法，由于分别通过狭缝26和栅栏27形成和阻挡图像，图像L仅在例如偶数行形成且被栅栏27阻挡，由此在奇数行形成黑线K，如图1B所示。类似的，图像R仅在例如奇数行形成且被栅栏27阻挡，由此在偶数行形成黑线K。
因此，显示装置的分辨率和3D图像的亮度受到影响。另外，由于使用了两个投影器来形成图像L和R，装置的体积增加。而且，需要增大投影器以形成3D图像，因此，投影器的制造成本也增加了。
发明内容
本发明提供一种包括在不改变投影器的结构情况下显示3D图像的层的屏幕以及包括该屏幕的投影系统。
根据本发明一方面，提供一种屏幕，其将投影器投射的图像分离至各视场，以实现三维图像，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据入射光的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列(lenticular lens array)，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束进行成像。
所述屏幕可还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述双折射装置和所述凸透镜阵列之间，用于转换通过所述双折射装置的光束的偏振方向。
所述屏幕可还包括漫射元件，所述漫射元件将通过所述凸透镜阵列的光束回路反射到所述双折射装置。
所述漫射元件可设置在所述凸透镜阵列的焦点上。
在所述双折射装置的入射面上可接合棱镜。
所述双折射装置可由方解石、向列型液晶或高双折射度的光学器件形成。
所述高双折射度的光学器件的双折射度可在0.1-0.5的范围内。
若所述双折射装置的寻常折射率为“no”且所述双折射装置的非寻常折射率为“ne”，则所述棱镜的折射率为(no+ne)/2。
根据本发明的另一方面，提供一种投影系统，其包括投影器和屏幕，所述投影器包括显示板，所述显示板通过根据顺序输入其中的第一视场像信号和第二视场像信号转换入射光而形成图像；偏振转换装置，所述偏振转换装置与所述显示板输出的第一视场像光束和第二视场像光束同步地顺序转换入射光的偏振方向；和投影透镜单元，所述投影透镜单元放大并投影第一视场像和第二视场像，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据从所述投影器输出的光束的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束形成图像，以便将第一视场像和第二视场像分离，从而形成三维图像。
根据本发明的另一方面，提供一种投影系统，其包括投影器和屏幕，所述投影器包括第一显示板，所述第一显示板通过根据输入的第一视场像信号空间转换入射到所述第一显示板上的入射光而形成第一视场像；第二显示板，所述第二显示板通过根据输入的第二视场像信号空间转换入射到所述第二显示板上的入射光而形成第二视场像；偏振转换装置，所述偏振转换装置与所述显示板输出的第一视场像光束和第二视场像光束同步地顺序转换偏振方向；和投影透镜单元，所述投影透镜单元放大并投影第一视场像和第二视场像，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据从所述投影器输出的光束的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束形成图像，以便将第一视场像和第二视场像分离，从而形成三维图像。
本发明的上述和其它特征和方面将通过下面结合附图对实施例的详细说明而显见。
图1A是常规投影型视差栅栏型3D图像显示装置的示意图。
图1B是示出通过图1A的3D图像显示装置显示的左眼图像和右眼图像的视图。
图2是根据本发明一示例性实施例的包括屏幕和投影器的投影系统的视图。
图3A和3B是示出形成在根据本发明一示例性实施例的屏幕上的双折射装置的操作的视图。
图4是示出被形成在根据本发明一示例性实施例的屏幕上的双折射装置和棱镜双折射的第一偏振光和第二偏振光的光路的变化的视图。
图5是示出利用根据本发明一示例性实施例的屏幕获得3D图像的细节视图。
图6是示出根据本发明另一示例性实施例的包括双板式投影器的投影系统的视图。
具体实施例方式
下面参考
本发明的优选实施例。所述的实施例用于帮助理解本发明，而不意在以任何方式限制本发明。
参考图2，根据本发明一实施例的投影系统包括将显示板105形成的图像放大并投影的投影器100和提供一定的观看区域并以3D图像形式显示图像的屏幕120。
投影器100包括根据输入的图像信号处理入射光而形成图像的显示板105，与输入到显示板105的图像信号同步变换的偏振转换装置110，以及将图像放大并投影到屏幕120上的投影透镜单元115。
显示板105可以是基于极化的液晶显示器(LCD)或者铁液晶显示器(FLCD，Ferro Liquid Crystal Display)，其可以是投影型或者反射型显示器。偏振转换装置110(例如液晶偏振转换器)选择性地向像素单元施加电能，以转换入射光的偏振方向。
输入到显示板105的一帧图像信号包括左眼(LE)的第一视场像(fieldimage)信号和右眼(RE)的第二视场像信号，所述第一视场像信号和第二视场像信号按时序输入到显示板105中。当第一视场像信号输入显示板105中时，对偏振转换装置110施加外部电压，由此第一视场像以第一偏振光(例如P偏振光)的形式在不改变偏振方向的情况下从偏振转换装置110中射出。当第二视场像信号输入显示板105中时，关闭外部电压，由此入射光在改变偏振方向后以第二偏振光(例如S偏振光)的形式从偏振转换装置110中射出。
第一视场像和第二视场像以不同的偏振方向按时序从显示板105射出，并且通过投影透镜单元115放大并投影到屏幕120上。
屏幕120包括折射率根据入射光的偏振方向不同而不同的双折射装置(birefringence device)124，将通过双折射装置124的光束再次回路反射到双折射装置124中的漫射元件132，设置在双折射装置124和漫射元件132之间并改变入射光的偏振方向的四分之一波片126和凸透镜阵列(lenticularlens array)130。
偏振方向平行于双折射装置124的晶体光轴的寻常光根据双折射装置124的寻常折射率(no)直线投射，而偏振方向垂直于双折射装置的晶体光轴的非寻常光根据非寻常折射率(ne)折射。因此，当第一和第二偏振光通过双折射装置24中时，它们以彼此不同的角度折射。双折射装置124可由例如方解石、向列型液晶或者高双折射度的光学器件形成。高双折射度的光学器件双折射范围为0.1-0.5，因此，它比通常的双折射装置具有更高的双折射度。例如，方解石的双折射度为大约0.2。
双折射装置的材料的寻常折射率(no)和非寻常折射率(ne)如下表所示。
〔表1〕
当双折射装置124由高双折射度的光学器件制成时，装置124的性质与由常规双折射材料制成的装置的性质的比较如下表所示。
〔表2〕
在大屏幕的情况下，优选但不是必须的，双折射装置124使用易于制成片状的高双折射度的光学器件制成，而不使用方解石。另外，当双折射度较大时，由于折射，图像发生较大偏移，因此，易于实现3D图像。
双折射装置124可选择顶角(α)以保持在一定的观看距离处左眼图像和右眼图像之间的距离是预定的。参考图3A，若观看距离是l，左眼图像和右眼图像之间的距离是d，则第一偏振光I和第二偏振光II之间的角度θ满足下式。
θ=tan-1(dl)...(1)]]>图3B是双折射装置124和漫射元件132的示意图，用于示出双折射装置124的顶角α、观看距离l和左右眼之间的距离d之间的关系。
根据公式1，第一偏振光I和第二偏振光II之间的角度θ等于第一偏振光的出射角α′ne和第二偏振光的出射角α′no之间的差值，并且可由下式表示。
θ＝α′ne-α′no(2)根据斯涅尔定律，公式(2)可由下式表示。
θ＝sin-1(nosin2α)-sin-1(nesin2α) (3)当no和ne确定时，双折射装置124的顶角α可根据公式3中的θ值计算得到。另外，根据顶角α可确定第一偏振光的出射角α′ne和第二偏振光的出射角α′no。
例如，若观看距离是1m，左右眼之间的距离是6.5cm，no为1.75，则双折射装置124的顶角α为大约6.8°，而α′ne为20.96°，α′no为24.67°。
另外，双折射装置124形成为一三角棱镜，并且可通过将棱镜122结合到双折射装置124上而形成棱镜片。棱镜122设置在光入射面上，双折射装置124设置在光出射面上。棱镜122和双折射装置124可形成阵列，或者一个棱镜122和一个双折射装置可形成在棱镜片中。
棱镜122可由例如紫外线(UV)固化塑胶制成，当入射光束透过棱镜122后，其相对于双折射装置124的入射角根据棱镜122的折射率确定，因此，棱镜122影响第一和第二偏振光I和II的光路。如果希望第一和第二偏振光I和II彼此对称地从屏幕射出，则棱镜122的折射率n可设定为n＝(no+ne)/2。例如，若no为1.41且ne为1.59，则n为1.5。
参考图4，当双折射装置124的光束入射角为θ′，第一偏振光的折射角为θno″，而第二偏振光的折射角为θne″，可根据斯涅尔定律得到以下公式。
sinθne′′=nsinθ′ne,sinθno′′=nsinθ′no...(4)]]>更具体地，若入射角θ′为10°，第一和第二偏振光I和II的双折射出射角的半角Δ为0.6°且棱镜122的折射率n为1.5，θne″为9.4°，而θno″为10.6°。
参考图5，第一偏振光I和第二偏振光II的光路被双折射装置124分开，两偏振光通过凸透镜阵列130并被聚焦在漫射元件132上。漫射元件132是反射型的，可位于凸透镜阵列130的焦距f1上。在如上所述的结构中，平行入射的光束被凸透镜阵列130折射，并聚焦在漫射元件132上。随后，光束沿着入射光路准确地回路反射。另外，如果棱镜122满足对称折射的条件，则入射到屏幕上的平行光束关于光轴对称折射，如图5所示，并在位于凸透镜阵列130的焦点上的漫射元件132上形成关于光轴彼此对称的图像，随后沿着与入射光路相同的光路回路反射。
改变入射光偏振方向的四分之一波片126设置在双折射装置124和凸透镜阵列130之间。四分之一波片126将漫射元件132回路反射的光束分为左眼图像和右眼图像，并使得所述左眼图像和右眼图像分别聚焦到左眼和右眼。更具体地，通过双折射装置124以不同的角度折射的第一偏振光(例如S偏振光)和第二偏振光(例如P偏振光)被转换为左偏振光和右偏振光，随后，在通过凸透镜阵列130后入射到漫射元件132上。入射到漫射元件132上的光束的偏振方向被改变，即，左偏振光以右圆偏振光形式回路反射，而右偏振光以左圆偏振光形式回路反射。此后，通过四分之一波片126，偏振方向再次改变，由此，右圆偏振光和左圆偏振光以P偏振的第一偏振光和S偏振的第二偏振光形式入射到双折射装置124上。另外，根据偏振方向的不同，通过双折射装置124将光束以不同的折射率投射，因此，将右眼图像和左眼图像分离，从而形成3D图像。
通过密封材料(例如硅密封胶)128使四分之一波片126和凸透镜阵列130彼此密封，并且密封材料128的折射率可比凸透镜阵列130的折射率小。
图6显示了包括具有两个显示板的投影器200的系统。投影器200包括第一显示板205和第二显示板210，并利用偏振转换装置215转换从第一显示板205和第二显示板210之一中射出的光束的偏振方向。第一显示板205形成例如右眼图像，第二显示板210形成例如左眼图像，且左右眼图像同时射出。另外，从第二显示板210射出的光束的偏振方向被偏振转换装置215转换，由此，左右眼图像的偏振方向彼此不同，随后，利用投影透镜单元220将所述图像放大并投射。屏幕120与上述实施例中的相同，因此省略对屏幕120的说明。
如图6所示的双板式投影器同时输出左右眼图像，而如图2所示的单板型投影器时序地输出左右眼图像。
根据本发明示例性实施例中的3D屏幕和投影系统，左眼图像光束和右眼图像光束具有不同的偏振方向并以彼此不同的角度折射，从而形成3D图像。因此，不需要对常规投影器进行修改，当使用本发明实施例中的屏幕时，使用者可观看到3D图像。另外，由于使用双折射装置使左眼图像和右眼图像分开，所以3D图像的分辨率与2D图像相比没有降低。
已经参考实施例对本发明进行了特定地显示和说明，本领域技术人员应理解可以在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，对各实施例的形式和细节进行各种修改。
本申请要求于2005年6月9日在韩国专利局申请的韩国专利申请No.10-2005-0049199的优先权，其全部内容在此引作结合。
权利要求
1.一种屏幕，其将投影器投射的图像分离至各视场，以实现三维图像，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据入射光的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束形成图像。
2.如权利要求1所述的屏幕，其中，还包括四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述双折射装置和所述凸透镜阵列之间，用于转换通过所述双折射装置的光束的偏振方向。
3.如权利要求1所述的屏幕，其中，还包括漫射元件，所述漫射元件将通过所述凸透镜阵列的光束回路反射到所述双折射装置。
4.如权利要求3所述的屏幕，其中，所述漫射元件设置在所述凸透镜阵列的焦点上。
5.如权利要求1所述的屏幕，其中，在所述双折射装置的入射面上接合棱镜。
6.如权利要求5所述的屏幕，其中，所述双折射装置和所述棱镜形成阵列。
7.如权利要求1所述的屏幕，其中，所述双折射装置由方解石、向列型液晶和高双折射度的光学器件中的至少一种形成。
8.如权利要求7所述的屏幕，其中，所述高双折射度的光学器件的双折射度在0.1-0.5的范围内。
9.如权利要求5所述的屏幕，其中，若所述双折射装置的寻常折射率为“no”且所述双折射装置的非寻常折射率为“ne”，则所述棱镜的折射率为(no+ne)/2。
10.一种投影系统，其包括投影器，其包括显示板，所述显示板通过根据顺序输入其中的第一视场像信号和第二视场像信号转换入射光而形成图像；偏振转换装置，所述偏振转换装置与所述显示板输出的第一视场像光束和第二视场像光束同步地顺序转换其上的入射光的偏振方向；和投影透镜单元，所述投影透镜单元放大并投影第一视场像和第二视场像；和屏幕，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据从所述投影器输出的光束的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束形成图像，以便将第一视场像和第二视场像分离，从而形成三维图像。
11.如权利要求10所述的投影系统，其中，将用于转换通过所述双折射装置的光束的偏振方向的四分之一波片设置在所述双折射装置和所述凸透镜阵列之间。
12.如权利要求10所述的投影系统，其中，还包括漫射元件，所述漫射元件将通过所述凸透镜阵列的光束回路反射到所述双折射装置。
13.如权利要求10所述的投影系统，其中，所述双折射装置由方解石、向列型液晶和高双折射度的光学器件中的至少一种形成。
14.如权利要求13所述的投影系统，其中，所述高双折射度的光学器件的双折射度在0.1-0.5的范围内。
15.如权利要求10所述的投影系统，其中，在所述双折射装置的入射面上接合棱镜，并且若所述双折射装置的寻常折射率为“no”且所述双折射装置的非寻常折射率为“ne”，则所述棱镜的折射率为(no+ne)/2。
16.如权利要求10所述的投影系统，其中，所述显示板为液晶显示板或铁液晶显示板。
17.一种投影系统，其包括投影器，所述投影器包括第一显示板，所述第一显示板通过根据输入的第一视场像信号空间转换入射到所述第一显示板上的入射光而形成第一视场像；第二显示板，所述第二显示板通过根据输入的第二视场像信号空间转换入射到所述第二显示板上的入射光而形成第二视场像；偏振转换装置，所述偏振转换装置与所述显示板输出的第一视场像光束和第二视场像光束同步地顺序转换偏振方向；和投影透镜单元，所述投影透镜单元放大并投影第一视场像和第二视场像；和屏幕，所述屏幕包括双折射装置，所述双折射装置根据从所述投影器输出的光束的偏振方向变化折射率；和凸透镜阵列，所述凸透镜阵列使用通过所述双折射装置的光束形成图像，以便将第一视场像和第二视场像分离，从而形成三维图像。
18.如权利要求17所述的投影系统，其中，将用于转换通过所述双折射装置的光束的偏振方向的四分之一波片设置在所述双折射装置和所述凸透镜阵列之间。
19.如权利要求17所述的投影系统，其中，还包括漫射元件，所述漫射元件将通过所述凸透镜阵列的光束回路反射到所述双折射装置。
20.如权利要求17所述的投影系统，其中，所述漫射元件设置在所述凸透镜阵列的焦点上。
21.如权利要求17所述的屏幕，其中，在所述双折射装置的入射面上接合棱镜。
22.如权利要求21所述的屏幕，其中，所述双折射装置和所述棱镜形成阵列。
23.如权利要求17所述的屏幕，其中，所述双折射装置由方解石、向列型液晶和高双折射度的光学器件中的至少一种形成。
24.如权利要求23所述的投影系统，其中，所述高双折射度的光学器件的双折射度在0.1-0.5的范围内。
25.如权利要求21所述的投影系统，其中，若所述双折射装置的寻常折射率为“no”且所述双折射装置的非寻常折射率为“ne”，则所述棱镜的折射率为(no+ne)/2。
26.如权利要求17所述的投影系统，其中，所述显示板为液晶显示板或铁液晶显示板。
27.如权利要求17所述的投影系统，其中，所述偏振转换装置是液晶偏振开关。
全文摘要
本发明提供一种用于形成投影型3D图像的屏幕和投影系统。所述屏幕将投影器投影的图像分离至各个视场以形成3D图像，其包括根据入射光的偏振方向变化折射率的双折射装置和使用通过所述双折射装置的光束进行3D成像的凸透镜阵列。
文档编号G03B21/00GK1877444SQ200610077208
公开日2006年12月13日 申请日期2006年4月30日 优先权日2005年6月9日
发明者瑟奇·谢斯塔克, 金兑熙, 金大式 申请人:三星电子株式会社