专利名称：立体投影光学系统的制作方法
技术领域：
本发明关于一种投影光学系统，尤其是一种具有立体投影显示功能的立体投影光学系统
背景技术：
近年来，图像投影仪，尤其数字投影仪，作为向观众显示多种信息的工具已经逐渐流行 。 一般，这些投影仪用于将由计算机生成的图像投影到屏幕上。对观看者来说，图像投影仪 投影的图像通常看起来是平面二维图像，除图像本身外无法显示任何图像景深信息。这种显 示可以适用于显示多种信息。但是，在某些情况下，观看者希望能有比二维显示能够更大程 度地显示图像的景深或结构特征的投影仪。
使二维显示的图像能给出图像景深的一种方式是通过立体地显示图像。立体图像，通常 称为"三维"或"3D"图像，在观看者看来具有深度尺寸。这些图像包括分开的、叠全的左 眼和右眼图像，这些图像设置成模仿人的左右眼观看时，由于人眼睛间隔引起的三维物体表 面的微小差别，而具有的景深图像。左眼和右眼图像是这样显示的，即观看者的右眼看不到 左眼图像，左眼看不到右眼图像。这种显示方式一般借助于观看者佩戴的光学滤光镜。
通常显示立体图像的方式是使用两个分开的图像投影系统分别来投影左眼图像和右眼图 像。而这种系统在成功地用于形成立体图像的同时，系统的成本和重量则比单个投影仪的要 高很多。而且，两个投影仪要求光学对准相对困难并比较费时。还有，由于这两个系统的重 量和体积，使这种系统在两个位置之间移动起来特别困难，还有存在潜在的图像对准的问题
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种单个的能够投影立体图像的立体投影光学系统。 一种立体投影光学系统，其包括
一个第一偏振分束器，该第一偏振分束器用于将入射光分成偏振状态相互垂直的第一偏
振光和第二偏振光；
一个第一、第二穿透式空间光调制器，分别对应设置于所述第一偏振分束器的第一、第 二偏振光的出射方向上；
一个第二偏振分束器，该第二偏振分束器设置于所述第一、第二穿透式空间光调制器的出射光的光路上；
从所述第一偏振分束器出射的第一偏振光被投射入第一穿透式空间光调制器，该第一穿 透式空间光调制器将该第一偏振光调制成第二偏振光发射出去，并透过第二偏振分束器发射 出去；
从所述第一偏振分束器出射的第二偏振光被投射入第二穿透式空间光调制器，该第二穿 透式空间光调制器将该第二偏振光调制成第一偏振光发射出去，该第一偏振光经第二偏振分 束器后反射出去。
上述的立体投影光学系统通过为第一、第二穿透式空间光调制器分别输入载有不同信息 的光，而该第一、第二穿透式空间光调制器所形成的两幅图像分别以第一偏振光和第二偏振 光通过投影透镜投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就 可以观察到立体的图像信息。
图l是本发明第一实施例的立体投影光学系统的结构示意图2是图1的立体投影光学系统的另一种结构的示意图3是在图1的立体投影光学系统设置有多个偏振片的结构示意图4是本发明第二实施例的立体投影光学系统的结构示意图。
具体实施例方式
为了对本发明作更进一步的说明，举以下较佳实施例并配合附图详细描述如下。
请参阅图l，为本发明所提供的第一实施例的立体投影光学系统100的结构示意图。该立 体投影光学系统100包括沿光路方向依次设置的一光源组件11、 一个第一偏振分束器12，分 别设置于第一偏振分束器12不同出射光路上的第一、第二反射装置13、 14，分别设置于所述 第一、第二反射装置13、 14的出射光路上的第一、第二穿透式空间光调制器15、 16， 一个设 置于所述第一、第二穿透式空间光调制器15、 16出射光路上的第二偏振分束器17，以及一个 设置于第二偏振分束器17出射光路上的投影透镜18。
所述光源组件ll包括依光路设置的一个照明光源l 11 、 一个色轮l 12以及一个积分器l 13 。所述照明光源111发射包括显示彩色图像所需的红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)的白光。该光 源ll可以为卤素灯、金属卤化物灯或氙灯等。在本实施例中，该光源ll为卤素灯。所述色轮 112包括红、绿、蓝三色区，其可在电机(图未示)的带动下高速旋转，以给投影光路配以各 种色彩。所述积分器l 13用来均匀化和有效地使用光源l 1发出的光。
所述第一偏振分束器(Polarization Beam Splitter, PBS) 12用于将来自光源组件l 1的
非偏振光变成偏振方向相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，例如变成S偏振光和P偏振光。 该S偏振光被该第一偏振分束器12反射，而P偏振光透过该第一偏振分束器12。该第一偏振分 束器12可以为金属栅格型偏振片(Wire Grid Polarizer,简称WGP偏振片)，也可以为偏振分 光棱镜，在本实施例中，该第一偏振分束器12为偏振分光棱镜。
所述第一、第二反射装置13、 14可以为一种反射镜，设置于所述第一偏振分束器12出射 的光到下述的第二偏振分束器17入射的光的光路上，其可分别设置于第一偏振分束器12的两 条出射光路上，也可以都设置于所述第一偏振分束器12出射的S、 P偏振光的其中一条出射光 的光路上，用于改变第一偏振分束器12出射的S、 P偏振光的光路，以将该第一偏振分束器 12的出射光耦合到第二偏振分束器17中。在本实施例中，该第一、第二反射装置13、 14分别 设置于第一偏振分束器12出射的S、 P偏振光的出射光路上。如图2所示，为另一种第一、第 二反射装置13、 14的设置方法，其将该第一、第二反射装置13、 14设置于第一偏振分束器12 的S偏振光的出射光路上。当然可以想到的是，该第一、第二反射装置13、 14还可设置于第 一偏振分束器12的P偏振光的出射光路上。另外，需要说明的是，该第一、第二反射装置13 、14可以设置于所述第一、第二穿透式空间光调制器15、 16的入射光路上，也可以设置于其 出射光路上。在本实施例中，该第一、第二反射装置设置于所述第一、第二穿透式空间光调 制器15、 16的入射光路上。
所述第一、第二穿透式空间光调制器15、 16结构及工作原理基本相同，下面以第一穿透 式空间光调制器15为例来说明其结构及工作原理。
所述第一穿透式空间光调制器15可以为液晶显示装置(Liquid Crystal Dispaly， LCD) 。所述第一穿透式空间光调制器15通过控制输入光的偏振状态来调制入射光并给入射光加入 空间信息，形成包括该空间信息的经过调制的出射光。所述空间信息可以为所述第一穿透式 空间光调制器15所加载的控制信号电压，该控制信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态， 再利用该薄膜晶体管来控制所述液晶分子的偏转状态，而液晶分子具有明显的光学各向异性 ，能够控制来自入射光的光线，从而实现为入射光加载图像信号的目的。在本实施例中，该 所述第一穿透式空间光调制器15对入射的S偏振光进行调制，并在所述S偏振光上叠加空间信 息，以产生一个包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的P偏振光。该P偏振光被该第一 穿透式空间光调制器l 5发射并透过第二偏振分束器l 7发射出去。
所述第二穿透式空间光调制器16对入射的所述P偏振光进行调制，并在所述P偏振光上叠 加空间信息，以产生一个包括空间信息的出射光，即包括有空间信息的S偏振光。该S偏振光 被第二穿透式空间光调制器16发射并又被第二偏振分束器17反射而发射出去。
所述第二偏振分束器17与第一偏振分束器12的结构及工作原理基本相同，在此不再赘述 。该第二偏振分束器17设置于第一、第二穿透式空间光调制器15、 16的出射光的光路上。由 所述第一穿透式空间光调制器15的出射光即P偏振光透过该第二偏振分束器17发射出去而进 入下述的投影透镜16中。而第二穿透式空间光调制器16的出射光即S偏振光被该第二偏振分 束器17反射而发射出去而进入投影透镜18中，以被投影到屏幕上(图未示)。
所述投影透镜18设置于第二偏振分束器17的出射光的光路上，用于将出射光所形成的图 像放大，并将放大的图像投影到屏幕上。
可以理解的是，为了进一步提高系统的对比度，还可以在上述的立体投影光学系统中加 入多个偏振片19，如图3所示，该偏振片17可以让一定偏振方向的光通过，而吸收其它偏振 方向的光，例如让P偏振光通过，而吸收S偏振光或者让S偏振光通过，而吸收P偏振光。该多 个偏振片19的具体的放置位置可以为第一、第二偏振分束器12、 17的光路之间的任意位置。 在本实施例中在第一所述第一穿透式空间光调制器15与第二偏振分束器17之间以及第二穿透 式空间光调制器16与第二偏振分束器17之间都设置有偏振片19。
请参阅图4，为本发明提供的第二实施例的投影光学系统200的结构示意图。该立体投影 光学系统200包括沿光路方向依次设置的一光源组件21、 一个第一偏振分束器22，分别设置 于第一偏振分束器22不同出射光路上的第一、第二反射装置23、 24，设置于所述第一、第二 反射装置23、 24的出射光路上的第一、第二穿透式空间光调制器25、 26， 一个设置于所述第 一、第二穿透式空间光调制器25、 26出射光路上的第二偏振分束器27以及一个设置于第二偏 振分束器17出射光路上的投影透镜28。
该第二实施例与第一实施例的不同在于所述第一、第二偏振分束器22、 27对S偏振光及 P偏振光的作用不同。在该第二实施例中，所述第一、第二偏振分束器22、 27反射P偏振光， 而可以让S偏振光透过各偏振分束器。而该P偏振光和S偏振光在各光学元件即第一偏振分束 器22、第一、第二穿透式空间光调制器25、 26以及第二偏振分束器27中的传输光路是相同的
同理，为了进一步提高系统的对比度，还可以在第二实施例的立体投影光学系统200中 加入多个偏振片29，其设置位置与第一实施例相同。
上述的立体投影光学系统通过为第一、第二穿透式空间光调制器分别输入载有不同信息 的光，而该第一、第二穿透式空间光调制器所形成的两幅图像分别以P偏振光和S偏振光或S 偏振光和P偏振光通过投影透镜投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的 两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效 果，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
权利要求1一种立体投影光学系统，其特征在于其包括一个第一偏振分束器，该第一偏振分束器用于将入射光分成偏振状态相互垂直的第一偏振光和第二偏振光；一个第一、第二穿透式空间光调制器，分别对应设置于所述第一偏振分束器的第一、第二偏振光的出射方向上；一个第二偏振分束器，该第二偏振分束器设置于所述第一、第二穿透式空间光调制器的出射光的光路上；从所述第一偏振分束器出射的第一偏振光被投射入第一穿透式空间光调制器，该第一穿透式空间光调制器将该第一偏振光调制成第二偏振光发射出去，并透过第二偏振分束器发射出去；从所述第一偏振分束器出射的第二偏振光被投射入第二穿透式空间光调制器，该第二穿透式空间光调制器将该第二偏振光调制成第一偏振光发射出去，该第一偏振光经过第二偏振分束器后反射出去。
2.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述第一、 第二偏振分束器为金属栅格型偏振片。
3.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述第一、 第二偏振分束器为偏振分光棱镜。
4.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述第一、 第二穿透式空间光调制器为液晶显示装置。
5.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述第一偏 振光为S偏振光和P偏振光中的一种。
6.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于当第一偏振 光为S偏振光时，第二偏振光为P偏振光。
7.如权利要求5所述的立体投影光学系统，其特征在于当第一偏振 光为P偏振光时，第二偏振光为S偏振光。
8.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述立体投 影光学系统还包括至少两个反射装置，该两个反射装置设置于所述第一偏振分束器的出射光 到第二偏振分束器的入射光的光路上，用于将第一偏振分束器的出射光耦合到第二偏振分束 器中。
9.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述立体投 影光学系统还包括一个设置于所述第二偏振分束器出射光方向上的投影透镜，用于将出射光 所形成的图像放大。
10.如权利要求l所述的立体投影光学系统，其特征在于所述立体 投影光学系统还包括多个偏振片，该多个偏振片分别设置于第一偏振分束器与第二偏振分束 器光路之间。
全文摘要
一种立体投影光学系统，其包括依光路依次设置的一个用于将入射光分成第一偏振光和第二偏振光的第一偏振分束器，一个设置于所述第一偏振光出射方向的第一穿透式空间光调制器，一个设置于所述第二偏振光出射方向的第二穿透式空间光调制器，以及一个设置于所述第一、第二穿透式空间光调制器出射光的出射方向的第二偏振分束器。上述的立体投影光学系统通过为第一、第二穿透式空间光调制器分别输入载有不同信息的光，而该第一、第二穿透式空间光调制器所形成的两幅图像分别以第一偏振光和第二偏振光通过投影透镜投影出去，当观看者的左右眼分别戴上检偏方向相互垂直的两片偏振片，就可以观察到立体的图像信息。
文档编号G02B27/22GK101377571SQ20071020148
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者许建文, 高嘉宏 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司