专利名称：一种高亮度立体投影技术的制作方法
以往的立体投影技术常采用阴极射线管作为投影设备，为了表现两只眼睛的图象，一般的方法是采用两只三枪投影仪一上一下垂直安置，或左右并列水平安置，在每只投影仪的每个投影镜头前方放置线性起偏滤光片，并让两只投影仪投射出的光线正交起偏，这种正交偏振的立体图象投影到具有优良导电功能的金属荧幕上，该荧幕可以将投射光线反相180度后反射出去并进入观察者的视野，观察者配戴正交检偏滤光镜观看立体投影图象。这种立体投影技术的亮度受到投影仪前方的起偏滤光片的影响，在原投影仪可提供的亮度上降低了约60％以上的亮度，这成为这种立体投影仪的主要缺点，因为它只能在一个理想的暗环境中使用，当环境光线较亮，或希望在白天的室内环境中投影显示立体图象时，则它所能提供的亮度几乎是根本无法满足要求的。
本发明提出了一种实现高亮度立体投影显示的技术，利用这种立体投影技术可以实现白天室内环境的立体投影显示，也可以满足在高亮度环境中使用立体投影显示立体图象的要求，如在光线十分明亮的大型博览会中使用立体投影显示立体图象、或在光线十分明亮的娱乐场所、学术交流场所、模拟训练演示场所使用立体投影显示立体图象。
本发明的主要特征是采用两台液晶投影设备投射立体图象，两台液晶投影设备可以一上一下垂直安置，也可以左右并列水平安置，该液晶投影仪的液晶投影元件必须是线性起偏的液晶元件，液晶投影仪内置的光源经该液晶元件后将转换为线性偏振光，两只投影仪投射出的立体图象的线性起偏方向可以是完全一样的，也可以是不完全一样的。在一只投影仪的投影镜头的前方，安置一片具有对电场分量(或磁场)分量有四份之一波长移相功能的相移片，使这只投影仪投射出的光线中的电场分量或磁场分量被该相移片移相四份之一个波长的长度；在另一只投影仪的投影镜头前方，安置一片具有对电场分量或磁场分量有四份之三波长移相功能的相移片，使这只投影仪投射出的光线中的电场分量(或磁场)分量被该相移片移相四份之三个波长的长度，这样两只投影仪投射出的线性偏振光就形成了旋转偏振光，其中一个投影仪投射出的是左旋偏振光，而另一个投影仪投射出的是右旋偏振光。由于只是将线性偏振光转换为旋转偏振光，因此没有任何光线损失，仍然保持了原投影仪的投影亮度。这两路旋转偏振光投射到一个具有优良导电功能的金属幕上，并被该金属幕以反相180度的方式反射出去，观众通过一种特制的眼睛观看这种立体图象，该眼镜首先将接收到的光线中的电场(或磁场)移相四分之三波长，使其还原为原先的线性偏振光，再通过两个线性检偏片检出，使左眼只能看到左投影仪投射出的图象，而右眼只能看到右投影仪投射出的图象，最后形成立体图象。
下面结合附图对本发明进行进一步详细的说明。
图1是本发明的一个基本原理图。7、8、9、表示液晶投影仪中的红(R)、绿(G)、兰(B)三种光源发出的光线，2表示三个液晶投影单元，它们以矩阵的方式显示红(R)、绿(G)、兰(B)的矩阵图象，4是影像合成单元，它可以将相互独立的红(R)、绿(G)、兰(B)的矩阵图象合成为一个全彩色图象，并通过镜头5投射出去。红(R)、绿(G)、兰(B)的三种光源没有固定的偏振方向，其光线的振动方向是四面八方的，但经过液晶投影单元2后，输出光线变成线性偏振光3。影像驱动信号6驱动液晶投影单元2，以使液晶投影单元能够输出矩阵图象。这里要特别注意的是液晶投影单元输出的图象必须是线性起偏的，一个非线性起偏的液晶投影单元或其它平板显示单元，不能用于本发明中。
13和14是两台上述的液晶投影仪，它们可以垂直安置，也可以水平安置。15和16说明13和14输出的图象是线性起偏的，其起偏方向可以是任意方向。11和10是时分式立体图象播放装置，它们将时分式立体视频信号或计算机立体图象信号输入计算机图象处理系统12,12将反应左眼图象和右眼图像的视频信号按奇数场和偶数场分离，形成相互独立、同步的左眼视频信号25和右眼视频信号26，然后输入液晶投影仪13和14。液晶投影仪的镜头15的前方加装了四分之一波长移相器17，液晶投影仪的镜头16的前方加装了四分之三波长移相器18，它们将液晶投影仪13输出的线性起偏图象15转换为顺时针右旋偏振光28，而将将液晶投影仪14输出的线性起偏图象16转换为逆时针左旋偏振光29。将该旋转偏振光立体图象投射到具有优良导电功能的金属幕20上，20使投射图象的旋转偏振方向倒相180度后反射回去，进入观察者视野。显然，被反射回去的左旋偏振光变成了右旋偏振光，而被反射回去的右旋偏振光变成了左旋偏振光。观众配戴旋转偏振光滤光眼镜23观看立体投影图象，左眼前是只能让右旋偏振光通过的滤光片21，而右眼前是只能让左旋偏振光通过的滤光片22，左眼只能接收到右旋偏振光31(即左投影仪投射出的左眼图像)，而右眼只能接收到左旋偏振光(即右投影仪投射出的右眼图像)30，最后经过观察者大脑形成立体图象27。
图2说明了形成左旋偏振光和右旋偏振光的基本原理。15和16是两台液晶投影仪的镜头，经它投射出的图象是线性偏振光，线性偏振光由交变电场41和交变磁场34正交组成，43表示交变电场的场矢量，35表示交变磁场的场矢量，它们的相位完全相同，这两个同相位的场矢量合成了线性振动的场矢量37，这就是线性偏振光(或称为线性偏振电磁场)的基本特征。在15的前面安置一个能够将电场分量41移相四分之一波长的移相器17，这样磁场45的相位不变，而电场41的相位向后延时的四分之一波长形成被相移的电场分量46和电场矢量48，因此交变磁场的场矢量58和交变电场的场矢量48合成了旋转矢量28，该旋转矢量28是面对观察者逆时针旋转的，我们称其为左旋偏振光。在16的前面安置一个能够将电场41移相四分之三波长的电场移相器18，这样磁场59的相位不变，而电场41的相位向后延时了四分之三波长形成被移相的电场分量50和电场矢量56，因此交变磁场的场矢量51和交变电场的场矢量56合成了旋转矢量29，该旋转矢量29是面对观察者顺时针旋转的，我们称其为右旋偏振光。这样，如果用具有线性起偏作用的液晶投影仪15投射左眼图像，16投射右眼图像，并通过四份之一波长相移器17和四分之三波长的移相器18分别将其电场分量(或磁场分量)的相位移相，则可以形成左眼图象左旋偏振、右眼图象右旋偏振，而投射出的光线没有损失，因为移相器不损失光强度。用这样的方法形成的左旋偏振光和右旋偏振光具有极强的光亮度，基本于原液晶投影仪的光亮度相同，加之分别用两只投影仪投射左眼图象和右眼图像，因此立体图象的亮度将会加倍。
上述方法也可以采用一只对磁场具有四分之一波长移相功能的移相器和另一只对磁场具有四分之三波长移相功能的移相器分别对线性偏振的左眼图像和右眼图像中的交变磁场分量分别进行四分之一波长移相和四分之三波长移相而实现左旋偏振光和右旋偏振光。
图3说明了这种旋转偏振光必须投射到具有良好导电特性的金属屏幕上，以形成180度反相的反射旋转偏振光，同时也说明了观众是如何看到立体投影图象的。15是左投影仪的镜头，61是左投影仪投射的线性偏振图象，17是可以将电场分量(或磁场分量)移相四分之一波长的移相器，该移相器是透明的，因此不对光线形成衰减，61经过17之后变成左旋偏振光28,28投射到具有良好导电功能的金属屏幕60上，60将投射来的电磁波28倒相180度后反射回去，形成右旋偏振光65。16是右投影仪的镜头，62是右投影仪投射的线性偏振图象，18是可以将电场分量(或磁场分量)移相四分之三波长的移相器，该移相器也是透明的，因此也不对光线形成衰减，62经过18之后变成右旋偏振光29,29投射到具有良好导电功能的金属屏幕60上，60将投射来的电磁波29倒相180度后反射回去，形成左旋偏振光66。应该注意的是在此谈及的“左旋偏振光”和“右旋偏振光”均指观察者面对电磁波传播方向，合成矢量顺时针旋转为右旋偏振光，合成矢量逆时针旋转为左旋偏振光。70和71为观众配戴的旋转偏振检偏镜，70只允许右旋偏振光通过，不允许左旋偏振光通过；71只允许左旋偏振光通过，不允许右旋偏振光通过，因此观众的左眼可以通过这种眼镜观察到左眼立体投影图象68，而右眼可以通过这种眼镜观察到右眼立体投影图象69，最终经大脑合成为立体图象63。
当通过镜片70和71观察由金属屏幕60反射出的立体投影图象时，既有左旋偏振光也有右旋偏振光，即右旋偏振光65和左旋偏振光66是同时到达左眼和右眼前的镜片的，为了能够保证左眼只能看到右旋偏振光65，而右眼只能看到左旋偏振光66，就必须首先将旋转偏振光还原为线性偏振光，为了实现这一目的，应采用由特殊材料构成的眼睛镜片，一种是能将电场(或磁场)移相四分之一波长的相移器80，另一种是能将电场(或磁场)移相四分之三波长的相移器81，在80和81的后面，应分别设置能够正交检偏的线性偏振滤光片82和83。如果80接收到右旋偏振光65，则经过80将电场(或磁场)进行四分之一波长移相后，原线性偏振光即被还原，还原后的光线其线性偏振方向如91所示，由于91和82的偏振方向一致，因此左眼看到了左投影仪投射出的图象95。如果80接收到左旋偏振光65则经过80将电场(或磁场)进行四分之一波长移相后，旋转偏振光被还原为线性偏振光，但还原后的线性偏振光的振动方向为93，它同检偏滤光片82的检偏方向正好正交，因此左眼无法看到有投影仪投射出的图象。如果81接收到左旋偏振光66，则经过81将电场(或磁场)进行四分之三波长移相后，原线生偏振光即被还原，还原后的线性偏振方向如94所示，由于94和83的偏振方向一致，因此右眼可以看到右投影仪投射出的图象96，如果81接收到右旋偏振光65，则经过81将电场(或磁场)进行四分之三波长移相后，旋转偏振光被还原为线性偏振光，但还原后的线性偏振光的振动方向为92，它同检偏滤光片83的检偏方向正好正交，因此右眼无法看到左投影仪投射出的图象。左眼89接收到左投影仪投射的图象95，右眼90接收到右投影仪投射的图象96，因此在大脑中合成了立体图象63。
这种高亮度的立体投影技术可以用于投影时分式立体图象、双路同步立体图象和计算机生成单位立体图象，由于它基本不损失原投影仪的亮度，因此极大地拓展了其应用领域。它将液晶投影单元中的彩色图象线性起偏的特征同电磁场中的电场分量或磁场分量相移后引起线性偏振光转变为旋转偏振光的特性相结合，达到了实现高亮度立体投影的目的。
权利要求
1．本发明涉及一种高亮度立体投影技术，其基本特征是这种高亮度立体投影技术由一下几个部分组成两只平行或垂直放置且能够对投影图象线性起偏的液晶投影单元、两只放置在上述两只液晶投影单元的镜头前并可以分别对该线性起偏图象中的电场分量(或磁场分量)进行四分之一波长和四分之三波长相移的相移器、具有良好导电功能的金属屏幕、一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之一波长的移相器和线性偏振滤光片做成的左眼镜片、一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之三波长的移相器和线性偏振滤光片做成的右眼镜片，或一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之一波长的移相器和线性偏振滤光片做成的右眼镜片、一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之三波长的移相器和线性偏振滤光片做成的左眼镜片所组成。
2．权利要求1中所述的“两只平行或垂直放置且能够对投影图象线性起偏的液晶投影单元”，其基本特征是其中一只投影仪投射左眼图像，而另一只投影仪投射右眼图像，每一只投影仪投射出的图象都是线性偏振的。
3．权利要求1中所述的“两只放置在上述两只液晶投影单元的镜头前并可以分别对该线性起偏图象中的电场分量(或磁场分量)进行四分之一波长和四分之三波长相移的相移器”，其基本特征是将该相移器中的具有四分之一波长移相功能的相移器放置在上述的一只液晶投影单元的镜头前，可以将其线性偏振光转换为左旋偏振光，而将该相移器中的具有四分之三波长移相功能的相移器放置在上述的一只液晶投影单元的镜头前，可以将其线性偏振光转换为右旋偏振光，放置相移器后只是将投影图象由线性偏振光转换为旋转偏振光，不损失图象原有亮度。
4．权利要求1中所述的“具有良好导电功能的金属屏幕”，其基本特征是该金属幕可以将上述两只液晶投影单元投射来的旋转偏振图象反相180度后反射出去。
5．权利要求1中所述的“一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之一波长的移相器和线性偏振滤光片做成的左眼镜片、一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之三波长的移相器和线性偏振滤光片做成的右眼镜片”，其基本特征是该镜片靠近左眼一侧安置线性偏振滤光片、另一侧安置四分之一波长相移器，该镜片靠近右眼一侧安置线性偏振滤光片、另一侧安置四分之三波长相移器，左右眼前的偏振滤光片的偏振特性必须正交。
6．权利要求1中所述的“一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之一波长的移相器和线性偏振滤光片做成的右眼镜片、一种可以将光线中的电场分量(或磁场分量)移相四分之三波长的移相器和线性偏振滤光片做成的左眼镜片”，其基本特征是该镜片靠近左眼一侧安置线性偏振滤光片、另一侧安置四分之三波长相移器，该镜片靠近右眼一侧安置线性偏振滤光片、另一侧安置四分之一波长相移器，左右眼前的偏振滤光片的偏振特性必须正交。
全文摘要
采用两台具有线性起偏功能的液晶投影设备投射立体图象,在一只投影仪的镜头前方,安置一个四分之一波长移相器,在另一只投影仪的镜头前方,安置一个四分之三波长移相器,使两只投影仪投射出的线性偏振光形成左旋偏振光和右旋偏振光,将这两路旋转偏振光投射到金属幕上,观众通过左眼和右眼前分别安置的四分之一波长和四分之三波长相移器,及一对正交偏振激光片观看高亮度的立体图象。
文档编号G02B27/18GK1232976SQ9810161
公开日1999年10月27日 申请日期1998年4月22日 优先权日1998年4月22日
发明者李昌 申请人:李昌