专利名称：用来呈现立体影像的投影系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用来呈现立体影像的投影系统及其相关方法，尤其涉及一种分别
针对相对于左眼视角与右眼视角的影像光线进行偏光处理，藉以呈现立体影像的投影系统 及其相关方法。
背景技术：
—般而言，立体影像的工作原理即是将左眼所看到的影像和右眼所看到的影像分 别传送到左眼及右眼，藉由左右眼视角的角度差异，而使得左右眼所接收到的影像在使用 者的脑中叠合为具有景深以及层次感的一立体影像。而常见的做法就是利用不同的投影装 置，一台投射左眼视角影像，另一台投射右眼视角影像，左眼视角影像与右眼视角影像为不 同角度的偏振光线，通常为互相正交(如一为a度，另一为a+90度)，两影像光线分别投 射至显示屏幕上，而由显示屏幕所反射的影像光线亦具有互相正交的偏振方向；观赏者则 可戴上相对应的偏光眼镜，偏光眼镜的工作原理为利用两正交偏光镜片分别作为左右眼镜 镜片，使得观赏者左右眼分别只能看到a度及a+90的偏振光线，而显示屏幕所反射的两 正交偏振光则可分别为左右眼所接收，进而利用视觉暂留作用在脑中叠合为立体影像。
然而利用不同的投影装置投影相对于左眼视角影像与右眼视角影像的不同角度 偏振光线具有以下缺点使用两部投影机的体积庞大且占用空间；增加硬件成本；整合两 部投影机必须精密定位，否则易造成投影至显示屏幕的影像无法完美重叠，而产生影像错 位或焦距不等的情况发生；以及经过偏振的光线其光通量会因而减少，使得观赏者觉得影 像亮度不足，无法于外界亮度充足的环境观看等。故如何设计出具有高成像质量且可节省 设备成本与机构空间的呈现立体影像的投影系统便为现今立体显示产业所需努力的重要 课题。
发明内容
本发明提供一种分别针对相对于左眼视角与右眼视角的影像光线进行偏光处理， 藉以呈现立体影像的投影系统及其相关方法，以解决上述问题。 本发明公开一种投影系统，其包含有一壳体；一镜头，其用来投影影像于一显示屏
幕；一影像产生装置，其安装于该壳体内，该影像产生装置用来交替地在一第一时序输出一
第一组影像光线以及在一第二时序输出一第二组影像光线，该第一组影像光线与该第二组
影像光线具有相异的视角；一光学控制单元，其安装于该壳体内，该光学控制单元用来反射
该影像产生装置所传来的该第一组影像光线或该第二组影像光线至该镜头；一偏光单元，
其用来在旋转至一第一角度时偏光输出该第一组影像光线，以及在旋转至一第二角度时偏
光输出该第二组影像光线，该第一角度与该第二角度实质上相差九十度；以及一驱动装置，
其安装于该壳体内，该驱动装置用来驱动该偏光单元旋转至该第一角度或该第二角度。 本发明还公开该影像产生装置用来交替地在该第一时序输出相对于左眼视角的
该第一组影像光线，以及在该第二时序输出相对于右眼视角的该第二组影像光线。
本发明还公开该影像产生装置在该第一时序与该第二时序之外不输出影像光线。
本发明还公开该影像产生装置包含有一光源，其用来产生影像光线；一会聚透镜， 其用来聚集该光源所产生的影像光线；一色轮，其用来过滤该会聚透镜所传来的影像光线， 以产生相对应的有色光束；一积分柱，其用来均匀该色轮所传来的有色光束；一聚光透镜， 其用来聚集该积分柱所传来的有色光束；以及一棱镜照明装置，其用来将该聚光透镜所传 来的有色光束反射至该光学控制单元。 本发明还公开该光学控制单元为一数字微镜组组件，其用来选择性地反射该影像
产生装置所传来的该第一组影像光线或该第二组影像光线至该镜头。 本发明还公开该偏光单元为一偏光片。 本发明还公开该偏光单元安装于该镜头与该显示屏幕之间。 本发明还公开该偏光单元结合于该镜头。 本发明还公开该偏光单元设置于该镜头的一表面上。 本发明还公开该偏光单元为一偏光膜，其涂布于该镜头的该表面上。 本发明还公开该偏光单元以激光处理的方式形成于该镜头的该表面上。 本发明还公开该驱动装置为一马达。 本发明还公开该投影系统另包含有一第一偏光镜片，其用来接收并允许该显示屏 幕反射该偏光单元所传来的该第一组影像光线通过；以及一第二偏光镜片，其设置于该第 一偏光镜片一侧，该第二偏光镜片用来接收并允许该显示屏幕反射该偏光单元所传来的该 第二组影像光线通过。 本发明还公开该显示屏幕由铝质或银质材料所构成。
本发明还公开该投影系统为一数字光学处理投影机。 本发明还公开一种用来呈现立体影像的方法，其包含有下列步骤在一第一时序 输出一第一组影像光线至一镜头；旋转一偏光单元至一第一角度，藉以偏光输出由该镜头 所传来的该第一组影像光线至一显示屏幕；在该第一时序后的一第二时序输出一第二组影 像光线至该镜头，该第一组影像光线与该第二组影像光线具有相异的视角；以及旋转该偏 光单元至一第二角度，藉以偏光输出由该镜头所传来的该第二组影像光线至该显示屏幕， 该第一角度与该第二角度实质上相差九十度。 本发明还公开在该第一时序输出相对于左眼视角的该第一组影像光线至该镜头， 以及在该第一时序后的该第二时序输出相对于右眼视角的该第二组影像光线至该镜头。
本发明还公开在该第一时序输出相对于右眼视角的该第一组影像光线至该镜头， 以及在该第一时序后的该第二时序输出相对于左眼视角的该第二组影像光线至该镜头。
相比较于现有技术，本发明提供只需一台投影装置即可达到立体显示效果的立体 投影系统及其相关方法，故可以有效地减少机构空间、节省硬件成本，而且可以解除两部投 影机必须精密定位的限制，并且改善经过偏振的光线其光通量会因而减少的问题，故本发 明为兼具高成像质量以及可节省设备成本与机构空间的投影系统设计。
图1为本发明较佳实施例的用来呈现立体影像的投影系统的示意图。
图2为本发明较佳实施例的投影系统呈现立体影像的流程图。
图3为本发明较佳实施例的偏光单元位于第一角度以及第二角度的示意图。
图4为本发明较佳实施例的偏光单元在不同时序下的偏光角度与投影影像光线 的关系表。 主要组件符号说明50投影系统52壳体54镜头56显示屏幕58影像产生装置581光源582会聚透镜583色轮584积分柱585聚光透镜586光阑587中继透镜588棱镜照明装置60光学控制单元62偏光单元64驱动装置66第一偏光镜片68第二偏光镜片
具体实施例方式
请参阅图1，图1为本发明较佳实施例的用来呈现立体影像的一投影系统50 的示意图，投影系统50可以为一数字光学处理投影机(digital light processing projector)，投影系统50包含有一壳体52，其用来包覆内部组件、 一镜头54，其可以安装 于壳体52上，镜头54用来投影影像于一显示屏幕56，以及一影像产生装置58，其安装于 壳体52内。显示屏幕56可以采用由铝质或银质所构成的材料，藉以维持影像产生装置58 所产生影像光线的偏光特性。影像产生装置58用来输出影像光线，影像产生装置58可以 包含一光源581、一会聚透镜(converging lens) 582、一色轮583 (color wheel)、一积分柱 (integration rod) 584、一聚光透镜(condenser lens)585、一光阑(stop) 586、一中继透镜 (relay lens) 587，以及一棱镜照明装置(prism illumination device)588。光源581用 来产生影像光线，会聚透镜582会聚光源581所产生的影像光线至色轮583，色轮583由一 系列红色、绿色、蓝色滤光镜构成，当色轮583环绕转轴旋转时，其一系列红色、绿色、蓝色 滤光镜可依序拦截影像光线，因此，当影像光线通过色轮583后，即转换成相对应的有色光 束，随后有色光束通过积分柱584以均匀亮度，再经聚光透镜585及光阑586后，进入中继 透镜587，然后聚集至棱镜照明装置588。 投影系统50还包含有一光学控制单元60，其安装于壳体52内，光学控制单元60 可以为一数字微镜组组件(digital micromirror device, DMD)，棱镜照明装置588可以 将有色光束反射至光学控制单元60，光学控制单元60可以包含具有一组可枢转约± 12 度的像素镜片组成阵列，当可枢转像素镜片将入射光束反射至镜头54时，称为一开状态 (0Nstate);或将入射光束反射至偏离镜头54的位置时，称为一关状态(OFF state);而藉 由光学控制单元60的开、关状态则可以选择性地将具有信息内容的影像光线，反射通过棱 镜照明装置588，并导向进入镜头54，藉以投影于显示屏幕56。 投影系统50还包含有一偏光单元62，可以为一偏光片并且安装于镜头54与显示 屏幕56之间，用来偏光输出影像产生装置58所产生的影像光线；投影系统50还包含有一 驱动装置64，其安装于壳体52内，驱动装置64用来驱动偏光单元62旋转至一第一角度或一第二角度，驱动装置64可以为一马达；投影系统50还包含有一第一偏光镜片66以及一 第二偏光镜片68，第一偏光镜片66与第二偏光镜片68结合为一偏光眼镜，使用者可以藉由 配戴该偏光眼镜观看投影系统50所输出的立体影像，意即第一偏光镜片66与第二偏光镜 片68为两正交偏光镜片，使得观赏者左右眼分别只能看到a度及a+90的偏振光线，而显 示屏幕56所反射的两正交偏振光则可分别为左右眼所接收，进而利用视觉暂留作用在脑 中叠合为立体影像。 请参阅图2，图2为本发明较佳实施例的投影系统50呈现立体影像的流程图，图2
包括下列步骤 步骤100 :开始。 步骤102 :影像产生装置58在一第一时序(Tl)输出一第一组影像光线至光学控 制单元60。 步骤104 :光学控制单元60反射该第一组影像光线至镜头54。 步骤106 :驱动装置64驱动偏光单元62旋转至一第一角度，藉以使偏光单元62偏
光输出由镜头54所传来的该第一组影像光线至显示屏幕56。 步骤108 :使用第一偏光镜片66接收并允许显示屏幕56反射偏光单元62所传来 的该第一组影像光线通过。 步骤110 :影像产生装置58不输出影像光线。 步骤112 :影像产生装置58在一第二时序(T2)输出一第二组影像光线至光学控
制单元60，其中该第一组影像光线与该第二组影像光线具有相异的视角。 步骤114 :光学控制单元60反射该第二组影像光线至镜头54。 步骤116 :驱动装置64驱动偏光单元62旋转至一第二角度，藉以使偏光单元62偏
光输出由镜头54所传来的该第二组影像光线至显示屏幕56，其中该第一角度与该第二角
度实质上相差九十度。 步骤118 :使用第二偏光镜片68接收并允许显示屏幕56反射偏光单元62所传来
的该第二组影像光线通过。 步骤120 :结束。 在此，对上一流程进行详细的说明首先投影系统50的影像产生装置58可在该 第一时序(Tl)内输出该第一组影像光线至光学控制单元60，影像产生装置58可以藉由图 l所示的各内部组件产生该第一组影像光线，在此不再详述，其中该第一组影像光线可以为 相对应左眼视角的偏振影像光线。之后光学控制单元60反射该第一组影像光线至镜头54， 同时间驱动装置64便会驱动偏光单元62旋转至该第一角度，其中当偏光单元62位于该第 一角度时，偏光单元62可以允许由镜头54传来的相对应左眼视角的该第一组影像光线全 部通过，而将该第一组影像光线投影至显示屏幕56，由于显示屏幕56可以采用由铝质或银 质所构成的材料，故可维持该第一组影像光线的偏光特性，意即不会在显示屏幕56反射该 第一组影像光线后影响其偏光特性。而在观赏者端，由于观赏者配戴结合第一偏光镜片66 与第二偏光镜片68的偏光眼镜，且配戴于左眼的第一偏光镜片66可接收并允许显示屏幕 56反射偏光单元62所传来的该第一组影像光线通过，故观赏者的左眼便可看到相对于该 第一角度的偏振光线。 接下来，当驱动装置64驱动偏光单元62由该第一角度旋转至该第二角度的过程
7中，影像产生装置58并不输出任何影像光线，以避免观赏者的左右眼分别通过第一偏光镜 片66与第二偏光镜片68同时看到影像，而无法产生立体影像的效果。当驱动装置64驱动 偏光单元62旋转至该第二角度时，同时间影像产生装置58在该第二时序(T2)内会输出该 第二组影像光线至光学控制单元60，其中该第一时序(Tl)与该第二时序(T2)可以为等时 间间距或为不等时间间距，视设计需求而定。影像产生装置58可以藉由图l所示的各内部 组件产生该第二组影像光线，在此便不再详述。光学控制单元60反射该第二组影像光线至 镜头54，其中该第一组影像光线与该第二组影像光线具有相异的视角，意即当该第一组影 像光线为相对应左眼的偏振光线时，该第二组影像光线为相对应右眼的偏振光线，由于左 眼视角影像与右眼视角影像为不同角度的偏振光线，通常为互相正交，故可以设计该第一 角度与该第二角度实质上相差九十度，请参阅图3，图3为本发明较佳实施例的偏光单元62 位于该第一角度以及该第二角度的示意图。其中当偏光单元62位于该第二角度时，偏光单 元62可允许由镜头54传来的相对应右眼视角的该第二组影像光线全部通过，而将该第二 组影像光线投影至显示屏幕56，由于显示屏幕56可以采用由铝质或银质构成的材料，故可 维持该第二组影像光线的偏光特性，意即不会在显示屏幕56反射该第二组影像光线后影 响其偏光特性。同理，在观赏者端，由于观赏者配戴结合第一偏光镜片66与第二偏光镜片 68的偏光眼镜，且配戴于右眼的第二偏光镜片68可以接收并允许显示屏幕56反射偏光单 元62所传来的该第二组影像光线通过，故观赏者的右眼便可以看到相对于该第二角度的 偏振光线。请参阅图4，图4为本发明较佳实施例的偏光单元62在不同时序下的偏光角度 与投影影像光线的关系表，上述步骤102至步骤118可重复执行，意即影像产生装置58可 交替地在该第一时序(Tl)输出相对于左眼的影像光线以及在该第二时序(T2)输出相对于 右眼的影像光线，进而产生一连串交替的两正交偏振光线，且在不同时序内分别由左右眼 所接收，最后利用视觉暂留作用在脑中叠合为立体影像。 综上所述，由于该第一角度与该第二角度实质上相差九十度，故使得观赏者左眼 与右眼在该第一时序(Tl)与该第二时序(T2)内仅能分别看到a度及a+90的偏振光线， 进而利用视觉暂留作用在脑中叠合为立体影像。而在上述实施例中，影像产生装置58在该 第一时序(Tl)内所产生的该第一组影像光线亦可为对应右眼视角的偏振影像光线，此时 影像产生装置58在该第二时序(T2)内所产生的该第二组影像光线便相对应地为对应左眼 视角的偏振影像光线，其作用原理相同于前述实施例，在此便不再详述。
此外，偏光单元62除了可以为一独立组件并且安装于镜头54与显示屏幕56间的 机构设计外，偏光单元62亦可结合于镜头54，例如套设于镜头54之上，而与镜头54同步动 作，意即可以利用驱动装置64同步驱动偏光单元62与镜头54 ;偏光单元62或者可以设置 于镜头54的一表面上，例如偏光单元62为一偏光膜，其涂布于镜头54的表面上，或是偏光 单元62以激光处理的方式形成于镜头54的表面上，故亦可利用驱动装置64同步驱动偏光 单元62与镜头54。综上所述，只要是利用偏光单元62选择性地输出镜头54所传来的影像 光线皆属于本发明所保护的范畴。 相比较于现有技术，本发明提供只需一台投影装置即可达到立体显示效果的立体 投影系统及其相关方法，故可以有效地减少机构空间、节省硬件成本，而且可以解除两部投 影机必须精密定位的限制，并且改善经过偏振的光线其光通量会因而减少的问题，故本发 明为兼具高成像质量以及可节省设备成本与机构空间的投影系统设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明权利要求书范围所作的等同变 化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
一种用来呈现立体影像的投影系统，包括一壳体；一镜头，用来投影影像于一显示屏幕；一影像产生装置，安装于所述壳体内，所述影像产生装置用来交替地在一第一时序输出一第一组影像光线以及在一第二时序输出一第二组影像光线，所述第一组影像光线与所述第二组影像光线具有相异的视角；一光学控制单元，安装于所述壳体内，所述光学控制单元用来反射所述影像产生装置所传来的所述第一组影像光线或所述第二组影像光线至所述镜头；一偏光单元，用来在旋转至一第一角度时偏光输出所述第一组影像光线以及在旋转至一第二角度时偏光输出所述第二组影像光线，所述第一角度与所述第二角度实质上相差九十度；以及一驱动装置，安装于所述壳体内，所述驱动装置用来驱动所述偏光单元旋转至所述第一角度或所述第二角度。
2. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述影像产生装置用来交替地在所述第一时序 输出相对于左眼视角的所述第一组影像光线以及在所述第二时序输出相对于右眼视角的 所述第二组影像光线。
3. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述影像产生装置在所述第一时序与所述第二 时序之外不输出影像光线。
4. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述影像产生装置包括 一光源，用来产生影像光线；一会聚透镜，用来聚集所述光源所产生的影像光线；一色轮，用来过滤所述会聚透镜所传来的影像光线，以产生相对应的有色光束； 一积分柱，用来均匀所述色轮所传来的有色光束； 一聚光透镜，用来聚集所述积分柱所传来的有色光束；以及一棱镜照明装置，用来将所述聚光透镜所传来的有色光束反射至所述光学控制单元。
5. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述光学控制单元为一数字微镜组组件，用来 选择性地反射所述影像产生装置所传来的所述第一组影像光线或所述第二组影像光线至 所述镜头。
6. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述偏光单元为一偏光片。
7. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述偏光单元安装于所述镜头与所述显示屏幕 之间。
8. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述偏光单元结合于所述镜头。
9. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述偏光单元设置于所述镜头的一表面上。
10. 如权利要求9所述的投影系统，其中所述偏光单元为一偏光膜，涂布于所述镜头的 所述表面上。
11. 如权利要求9所述的投影系统，其中所述偏光单元以激光处理的方式形成于所述 镜头的所述表面上。
12. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述驱动装置为一马达。
13. 如权利要求1所述的投影系统，其还包括一第一偏光镜片，用来接收并允许所述显示屏幕反射所述偏光单元所传来的所述第一 组影像光线通过；以及一第二偏光镜片，设置于所述第一偏光镜片的一侧，所述第二偏光镜片用来接收并允 许所述显示屏幕反射所述偏光单元所传来的所述第二组影像光线通过。
14. 如权利要求1所述的投影系统，其中所述显示屏幕由铝质或银质材料所构成。
15. 如权利要求1所述的投影系统，为一数字光学处理投影机。
16. —种用来呈现立体影像的方法，包括 在一第一时序输出一第一组影像光线至一镜头；旋转一偏光单元至一第一角度，藉以偏光输出由所述镜头所传来的所述第一组影像光 线至一显示屏幕；在所述第一时序后的一第二时序输出一第二组影像光线至所述镜头，所述第一组影像 光线与所述第二组影像光线具有相异的视角；以及旋转所述偏光单元至一第二角度，藉以偏光输出由所述镜头所传来的所述第二组影像 光线至所述显示屏幕，所述第一角度与所述第二角度实质上相差九十度。
17. 如权利要求16所述的方法，其中在所述第一时序输出所述第一组影像光线至所述 镜头的步骤包括在所述第一时序输出相对于左眼视角的所述第一组影像光线至所述镜头， 并且在所述第一时序后的所述第二时序输出所述第二组影像光线至所述镜头的步骤包括 在所述第一时序后的所述第二时序输出相对于右眼视角的所述第二组影像光线至所述镜 头。
18. 如权利要求16所述的方法，其中在所述第一时序输出所述第一组影像光线至所述 镜头的步骤包括在所述第一时序输出相对于右眼视角的所述第一组影像光线至所述镜头， 并且在所述第一时序后的所述第二时序输出所述第二组影像光线至所述镜头的步骤包括 在所述第一时序后的所述第二时序输出相对于左眼视角的所述第二组影像光线至所述镜 头。
19. 如权利要求16所述的方法，还包括在所述第一时序与所述第二时序之外不输出影 像光线。
20. 如权利要求1所述的方法，还包括使用一第一偏光镜片接收并允许所述显示屏幕反射所述偏光单元所传来的所述第一 组影像光线通过；以及使用一第二偏光镜片接收并允许所述显示屏幕反射所述偏光单元所传来的所述第二 组影像光线通过。
全文摘要
本发明涉及一种用来呈现立体影像的投影系统及其方法。该投影系统，包括一镜头，用来投影影像于一显示屏幕；一影像产生装置，用来交替地在一第一时序输出一第一组影像光线以及在一第二时序输出一第二组影像光线，该第一组与该第二组影像光线具有相异的视角；一光学控制单元，用来反射该影像产生装置所传来的该第一组影像光线或该第二组影像光线至该镜头；一偏光单元，用来在旋转至一第一角度时偏光输出该第一组影像光线以及在旋转至一第二角度时偏光输出该第二组影像光线，该第一角度与该第二角度实质上相差九十度；以及一驱动装置，用来驱动该偏光单元旋转至该第一或该第二角度。该投影系统具有高成像质量且可节省设备成本与机构空间。
文档编号G02B27/22GK101738737SQ200810171899
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者张耀宗 申请人:纬创资通股份有限公司