专利名称：能显示立体图像的光学引擎设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及是一种能显示立体图象又能提高LCD扫描速度的光学引擎设备，属于光学 仪器。技术背景使用空间光阀投影机，如数字微反射镜器件(以后称为"DMD")、透射型液晶显示器(以 下称为"LCD")和硅上发射型液晶(以下称为"LC0S")等的数字投影系统。由于其能够 提供标准的显示性能而受到高度关注，这些显示器提供如高分辨、宽色域、高亮度和高对 比度。以美国TI公司为代表的"DMD"方案，及以日本EPSON公司为代表的3LCD方案均 是成熟的技术方案，它们在市场中得到广泛应用，但由于其价格比较贵、体积较大，在当 前采用LED光源的手持投影或便携投影领域应用较少。在当前的LCD领域对单片LCD及三 片LCD都有不同的研究。如三星电子株式会社研制的、专利申请号为03815332.7的专 利申请技术，它是针对单片LCD或三片LCD进行的研究；三片LCD，日本EPSON公司有完 整的技术方案可以提供对于单片LCD显示研究成果，但由于LCD的响应速度远不如LC0S 或DMD来得快，因此想要采用R、 G、 B合色方案，还有待于LCD本身的扫屏速度提高。大 部分对单片机LCD的研究都是在光源或照明系统上，但由于LCD本身扫屏速度的原因，无 法实用，如专利申请号为200410081263. 6所公开的技术等等。单用R、 G、 B三色TFT LCD 液晶在国内研究较多，但由于效率低下、体积大，不是投影机的主流方案，尽在业余爱好 者中流行，被称作DIY投影机。而LCOS，由于其器件的成品率还未达到理想状态，因此还 未大量应用。一般情况下投影机显示立体图象是比较复杂的，成本很高。如《最新液晶显示应用》， 李维是等著介绍的立体投影显示，需要有二台不同的投影机才能实现。专利03803103.5立体光引擎体系结构。虽然用一台投影机实现立体投影，但其体积大、成本高，实现的过程比本发明复杂多。发明内容本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，体积小，成本低， 且有较快扫描速度和有较高透光效率的能显示立体图像的光学引擎设备。本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它采用两片LCD,自然光或合成光信号 通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、 S两路偏振光信号；至少有P、 S两路 偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器 PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像。所述的两片LCD与输入的R、 G、 B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别以P或 S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器PBS合 成后输出全幅图像的光调制信号，在经过R、 G、 B轮色显示。所述的P、 S两路偏振光信号为等光程的光信号，自然光或合成光信号经一偏振光束 分光器PBS分解成P、 S两路光，P光经一发射器后进入一LCD进行图像和信号的光调制， S光经另一发射器后进入另一 LCD进行图像信号的光调制。所述的合成光信号是通过R、 G、 B光线分别经过光导CPC后同时进入合色棱镜中合色 后构成；所述的发射器为一光程光管，其内壁涂有全反射膜。所述的P、 S两路偏振光信号为不等光程的光信号，R、 G、 B光在各自的两相色板作用 下，通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、 S两路偏振光信号；其中一路P 光直接进入一片LCD，另一路S光经过反射器反射进入另一片LCD，分别通过两片LCD的P 光和S光进入同一偏振光光束合成器PBS。所述的P、 S两路偏振光信号为不等光程的光信号，所述的P、 S两路偏振光信号分别 由两组光模块产生，每块光模块均由三个R、 G、 B及合色棱镜组成，其中一光模块产生P 光，该光模块发出的偏振光经一l/4波片，以及起偏器PBS的作用，分解出的P光直接进 入一LCD，而分解出的S光经一反射器反射回上述光模块中；另一光模块发出的偏振光经 一1/4波片以及检偏器PBS的作用，分解出的P光经一反射器反射回该光模块中，S光则 进入另一 LCD，出来后与前一 LCD后的P光一起进入同一偏振光光束合成器PBS。本发明主要是采用了两片LCD的技术方案，它与现有技术相比，具有结构简单，体积 小，成本低，且有较快扫描速度和有较高透光效率，能显示较为清晰的立体图像等特点。
图1是本发明的一个实施例结构示意图。 图2是本发明的另一个实施例结构示意图。 图3是本发明的又一个实施例结构示意图。 图4是本发明的再一个实施例结构示意图。图5是本发明的再一个实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍本发明采用两片LCD,自然光或合成光信号 通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、 S两路偏振光信号；至少有P、 S两路 偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器 PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像。本发明所述的两片LCD与输入的R、 G、 B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别 以P或S光各自进入两LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器 PBS合成后输出全幅图像的光调制信号，在经过R、 G、 B轮色显示。实施例1，附图1所示，本发明包括两片LCD105、 106，两片PBS101、 102及两片平 面反射镜103、 104,其工作特点如下，自然光经PBSIOI分解成二路，P光经过反射镜104 进入液晶106进行图象信号的光调制。在检片偏振晶PBS102的作用下又合成了经过调制 后的P+S自然光信号进入镜头系统成象。本发明所述的两片LCD105、 106与输入信号R、 G、 B进行同步及调制。其主要点①由单色光线，如红色(R)同时分别以P光或S光进入 LCD106、 105，由于LCD106、 105各扫描不同的半屏，即在PBS102输出全幅图象光调制信 号，再经过R、 G、 B轮色显示。因此比原来单片LCD其扫描速度提高一倍，不会发生帧频 过低的图象或颜色闪烁的现象。②由于在PBS102中具有P光、S光同时输出，因此通过在 LCD105、 106中调制立体图象信号，图象输出端就得到P、 S二个不同方向的偏振光。因此 在最后的成像，经过反射的图象也是二个正交偏光图象。如果人眼佩带的正好是左右正交 的偏光眼镜，就可以看到一幅立体图象。这种方式也可以用在背投电视中。③由于本发明 少了一片LCD，因此它与标准的三片LCD方案相比成本降了很多。附图1所示的P、 S光路 有等光程的特点。实施例2，附图2中所示的也为等光程光路的光机方案。在图2中，R、 G、 B光线经 过CPC在合色棱镜(104)中合色，再由起偏PBS110分解成P光及S光，分别进入LCD105、 106，由于每片LCD只需半屏扫描，即可在检偏PBSlll中合成全幅图象；因此其扫描速度 比单个LCD提高了一倍，达到了人眼所需求的最低频率要求，图象或颜色不再闪烁。同样 由于p、 S光单独调制，如观看时，左右眼用不同的偏振片眼睛，就能观察立体图象。图 中所示的108、 109为光程光管，内壁涂有全反射膜。根据R、 G、 B采用的CPC特点，光 程管可以折算成等效CPC，以减少CPC长度，縮小整机体积。实施例3，附图3所示的为不等光程光路的光机方案。图中所示，由R、 G 、 B经过光 导201、 202、 203在二相色板204、 205、 206的作用下，在PBS208起偏器中被分解成P、 S光，其中P光直接进入LCD210， S光经过反光镜212、 213反射进入LCD211进入检偏装 置PBS209。实施例4，附图4是由本发明结构的六管LED光源方案。模块301、 302分别由三个R、 G、 B及合色棱镜组成。由P301模块产生P光，P302产生S光，由于P301产生的偏振光 经1/4波片303起偏PBS (305)作用。其S光经过反射镜310反射回301系统中。由于 1/4波片303的作用变为圆偏振光。在系统内完成反射后，使P偏振光得到了加强。同样的方法作用于模块P302，使S光得到了加强，由起偏PBS与检偏PBS305、 306作 用分别经过LCD307。 LCD308在PBS309中合成P+S光，由于与图1、图2同样的原理，使 得该方案可以比单个LCD提高一倍的扫描速度。同时可得到立体图象。本实施例最大的特 征在于扩展了CPC管的用量大到6根。在LED光源不易集光的情况下，合成了6条CPC管 的光通量，极大的提高了2LCD方案应用的亮度。本领域设计人员明白采用本发明还能集 成其他方案用以提高LED光引擎的输出亮度。在不脱离其基本原理或基本特征的情况下具 体化为其它特定形式。上述实施例的所有方面被认为仅仅是例证性的而非限定性的。实施例5，附图5所示的是一种采用另外一种方式调制LCD也能达到同样的效果的实施 例。其主要特点绿色401产生P光，404为l/4波片，S光经过412反射镜反射，使经 过PBS413的P光得到了加强。直接调制在LCD407上经PBS409出P光。R、 B光由402、 403 CPC光管经1/4波片405加强后，由406反射出S光。R402与B403与LCD408同步调 制，各占一半占空比。由于只有二片LCD轮回扫描R、 B。因此其切换速度要比R、 G、 B三 色切换快壹倍，与绿光401， P光在PBS409中合成最后混合成白色，也是一种提高LCD扫 描的方法。
权利要求
1、一种能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于它采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像。
2、 根据权利要求1所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的两片 LCD与输入的R、 G、 B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别以P或S光各自进入两 LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器PBS合成后输出全幅图 像的光调制信号，在经过R、 G、 B轮色显示。
3、 根据权利要求1或2所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的P、 S两路偏振光信号为等光程的光信号，自然光或由R、 G、 B合成光信号经一偏振光束分光 器PBS分解成P、 S两路光，P光经一反射器后进入一LCD进行图像和信号的光调制，S光 经另一反射器后进入另一 LCD进行图像信号的光调制。
4、 根据权利要求3所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的合成 光信号是通过R、 G、 B光线分别经过光导CPC后同时进入合色棱镜中合色后构成；所述的 反射器为一光程光管，其内壁涂有全反射膜。
5、 根据权利要求1或2所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的P、 S两路偏振光信号为不等光程的光信号，R、 G、 B光在各自的两相色板作用下，通过至少 一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、 S两路偏振光信号；其中一路P光直接进入一 片LCD，另一路S光经过反射器反射进入另一片LCD，分别通过两片LCD的P光和S光进 入同一偏振光光束合成器PBS。
6、 根据权利要求1或2所述的能显示立体图像的光学引擎设备，其特征在于所述的P、 S两路偏振光信号为不等光程的光信号，所述的P、 S两路偏振光信号分别由两组光模块产 生，每块光模块均由三个R、 G、 B及合色棱镜组成，其中一光模块产生P光，该光模块发 出的偏振光经一 1/4波片，以及起偏器PBS的作用，分解出的P光直接进入一LCD，而分 解出的S光经一反射器反射回上述光模块中；另一光模块发出的偏振光经一 1/4波片以及 检偏器PBS的作用，分解出的P光经一反射器反射回该光模块中，S光则进入另一LCD， 出来后与前一 LCD后的P光一起进入同一偏振光光束合成器PBS。
全文摘要
一种能显示立体图像的光学引擎设备，它采用两片LCD，自然光或合成光信号通过至少一偏振光束分立器PBS的分解后，产生P、S两路偏振光信号；至少有P、S两路偏振光信号各自分别通过所述两片LCD的图像信号光调制后，进入同一偏振光光束合成器PBS，并在该PBS作用下合成经过调制的P+S光信号进入镜头系统成立体图像；所述的两片LCD与输入的R、G、B光信号进行同步调制，即由单色光同时分别以P或S光各自进入两片LCD，并由两片LCD各自扫描不同的半屏，并在偏振光光束合成器PBS合成后输出全幅图像的光调制信号，在经过R、G、B轮色显示；它具有结构简单，体积小，成本低，且有较快扫描速度和有较高透光效率，能显示较为清晰的立体图像等特点。
文档编号G02B1/10GK101329452SQ20081006340
公开日2008年12月24日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者施振浩 申请人:宁波市科技园区华域电子有限公司