专利名称：一种投影仪及其光路的控制方法
技术领域：
本发明涉及投影显示领域，特别是涉及一种投影仪及其光路的控制方法。
背景技术：
现有的3D电影播放，为双镜头方式，需要两台相同的普通投影仪，分别在两台投影仪的投影镜头前加相互正交的线偏振镜片，通过线偏振镜片对光束的偏振作用，两线偏振镜片分别出射S-偏振光和P-偏振光，将该S-偏振光和P-偏振光投射到不改变入射光偏振态的屏幕上，如金属屏幕、磨砂屏幕。之后，观看者配带3D眼镜，3D眼镜的左右镜片分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样观看者的左右眼就能分别接收其中一个偏振方向的画面，再经过大脑即可合成立体影像。上述3D电影的播放方式，成本很高，且操作很复杂， 首先，屏幕位置要预先固定，然后需要分别对两台投影仪调焦和调整投影镜头投射的倾斜角度，使投影到屏幕上的图像高精度重合，对操作者的专业性要求高，难以大众化，目前只应用于影院。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种投影仪及其光路控制方法，使得其应用于3D电影播放时操作简便，方便3D电影播放的大众化。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决
一种投影仪，包括光源、偏振分光单元、第一微显示芯片、第二微显示芯片、第一六轴调整装置、第二六轴调整装置和投影镜头；所述光源发射照明光束；所述偏振分光单元设置于所述光源的出口，接收光束并反射接收光束中的S-偏振光、透射接收光束中的P-偏振光；所述第一微显示芯片和所述第二微显示芯片设置于所述偏振分光单元的相邻光出口侧；所述第一微显示芯片接收所述照明光束的S-偏振光，将其调制成P-偏振光，并反射回所述偏振分光单元；所述第二微显示芯片接收所述照明光束的P-偏振光，将其调制成S-偏振光，并反射回所述偏振分光单元；第一六轴调整装置与所述第一微显示芯片连接，用于调整所述第一微显示芯片的位置；第二六轴调整装置与所述第二微显示芯片连接，用于调整所述第二微显示芯片的位置；所述投影镜头与所述第一微显示芯片间隔所述偏振分光单元相对设置，用于接收所述偏振分光单元出射的光束并将其放大输出。本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决
一种投影仪光路的控制方法，包括以下步骤1)对照明光束进行偏振分光处理，将所述照明光束中的S-偏振光和P-偏振光分别沿两个方向射出；2)对所述照明光束中的S-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成P-偏振光；对所述照明光束中的P-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成S-偏振光；3)将步骤2)中得到的所述P-偏振光和S-偏振光合成一束光束；4)将步骤3)中合成的所述光束放大处理后输出。本发明与现有技术对比的有益效果是
本发明的投影仪，利用偏振分光单元对光束的进行分光，并通过偏振分光单元和第一微显示芯片、第二微显示芯片以及投影镜头的空间设置，将分开的S-偏振光和P-偏振光分别调制后又合成一束光束，使得投影仪出射的光束即是包括S-偏振光和P-偏振光的光束， 后续投影到金属屏幕上即可用于3D的显示。本发明的投影仪成本低，微型化，容易操作，播放调焦等操作与普通的2D投影仪没有明显区别，使得其应用于3D电影播放时操作简便，方便3D电影播放的大众化，可以让大众在家就能观看3D影像。
图1是本发明具体实施方式
的投影仪中的偏振分光单元选用光栅偏振分光器时的内部光路图2是本发明具体实施方式
的投影仪中的偏振分光单元选用偏振分光棱镜时的内部光路图3是本发明具体实施方式
的第一微显示芯片和第二微显示芯片输入图像关系图； 图4是本发明具体实施方式
的投影仪输入图2所示图像时在外界屏幕上呈现的图像； 图5是本发明具体实施方式
的投影仪光路的控制方法流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明做进一步详细说明。如图1所示，为本具体实施方式
的投影仪内部光路图。投影仪包括光源1、偏振分光单元2、第一微显示芯片3、第二微显示芯片4、第一六轴调整装置5、第二六轴调整装置6 和投影镜头7。其中，光源1为LED，发射照明光束。光源除可选用LED外，也可选用卤素灯等其它非偏振光源，还可选用包含P-偏振光和S-偏振光的线偏振光源。 偏振分光单元2为光栅偏振分光器，其接收光束并反射接收光束中的S-偏振光、 透射接收光束中的P-偏振光。当照明光束入射时，光栅偏振分光器反射照明光束的S-偏振光分量，然后入射到第一微显示芯片3 ；光栅偏振分光器透射照明光束的P-偏振光分量， 然后入射到第二微显示芯片4。本具体实施方式
中的偏振分光单元2也可选用偏振分光棱镜，具体内部光路图如图2所示。优选地，偏振分光单元2的参数为Rs > 0. 8 ;Tp > 0. 8 ；分光系数
1为0. 9彡1彡1 ；反射光消光比I为I > 100 :1 ；透射光消光比1为& > SsRsW ΦTs Ts
100 1 ；其中，Rs为对S-偏振光的反射率，Rp为对P-偏振光的反射率，Ts为对S-偏振光的透射率，Tp为对P-偏振光的透射率。当偏振分光单元2的参数满足上述设置时，可对P-偏振光和S-偏振光起到更好的分光效果，分出的P-偏振光和S-偏振光相互之间无串扰，后续形成的合成光束用于3D投影显示时，能使投影的图像的色彩亮度一致性好，图像的对比度好(黑暗分明)，3D对比度好(左右眼只分别看到其中一幅影像，影像串扰更低)，即给观看者带来更逼真的3D观看效果。第一微显示芯片3和第二微显示芯片4均为LCOS微显示器，两者设置于偏振分光单元2的相邻光出口侧21和22。当照明光束中的S-偏振光分量入射至第一微显示芯片3 时，第一微显示芯片3将照明光束的S-偏振光分量调制成P-偏振光，并反射回偏振分光单元2 ；当照明光束中的P-偏振光分量入射至第二微显示芯片4时，第一微显示芯片3将照明光束的P-偏振光分量调制成S-偏振光，并反射回偏振分光单元2。当上述调制后的P-偏振光反射回偏振分光单元2时，偏振分光单元2对其透射，当上述调制后的S-偏振光反射回偏振分光单元2时，偏振分光单元2对其反射，经过偏振分光单元2后，调制的P-偏振光和S-偏振光合成一束光束。优选地，上述偏振分光单元2投影到第一微显示芯片3所在侧和第二微显示芯片 4所在侧的尺寸分别为Ll和L2，所述第一微显示芯片的有效显示尺寸为L3，所述第二微显示芯片的有效显示尺寸为L4，满足Ll >L3，L2>L4。满足该尺寸大小关系，即可保证各微显示芯片的影像信息可以完整的通过偏振分光单元2传递到投影镜头7。投影镜头7与第一微显示芯片3间隔偏振分光单元2相对设置，即设置于隔偏振分光单元2光出口侧23，用于接收偏振分光单元2出射的合成光束并将其放大输出。投影镜头7输出的放大光束透射至外界不改变入射光偏振态的屏幕上，如金属屏幕、磨砂屏幕等，用于3D投影显示用。第一六轴调整装置5与第一微显示芯片3连接，用于调整第一微显示芯片3的位置；第二六轴调整装置6与第二微显示芯片4连接，用于调整第二微显示芯片4的位置。两六轴调整装置包括XY平移滑台，XY斜度滑台，Z轴向平移导轨，以及绕Z轴旋转的平台，分别对相应的LCOS微显示器的位置进行调整，从而对到达投影镜头7的影像的清晰度，一致性等方面进行最佳调整。使用投影仪时，首先利用第一六轴调整装置5对第一微显示芯片3的位置进行调整1)对第一六轴调整装置5的XY平移滑台进行调整，使LCOS微显示器的中心与投影镜头7的中心轴线进行对中；2)对第一微显示芯片3输入图像信息源，调整第一六轴调整装置 5的Z轴向平移导轨，使投影仪投射在外界幕布的图像清晰；3)对第一六轴调整装置5的Z 轴旋转平台进行调整，使投影仪投射在外界幕布的图像为水平状态；4)对第一六轴调整装置5的XY斜度滑台和Z轴向平移导轨进行配合调整，使投影仪投射在外界幕布的图像整幅清晰一致。接着，再根据上述调整方法利用第二六轴调整装置6对第二微显示芯片4的位置进行调整，最终使第一微显示芯片3与第二微显示芯片4投射出的图像完全重合清晰。需要说明地是，该投影仪使用时对输入的图像信息源也有一定要求。当第一微显示芯片3和第二微显示芯片4输入图像信息源为相同的影像时，第一微显示芯片3和第二微显示芯片4会显示方向相同的影像，但通过偏振分光单元2和投影镜头7后，在光束的携带作用下，两者在外界屏幕上的影像互为“镜像”关系，则无法用于3D投影显示。而当第一微显示芯片3和第二微显示芯片4输入图像信息源是相互“镜像”关系时，如图3所示，以输入的内容为AB所示，第一微显示芯片3输入的图像应为AB，第二微显示芯片4输入的图像为BA，则在光束的携带作用下，两者在外界屏幕上即可实现有“双目视差”的图像，如图 4所示，才能用于3D投影显示。本具体实施方式
的投影仪中，利用偏振分光单元2对光束的分光处理，配合第一微显示芯片3、第二微显示芯片4与偏振分光单元2的空间位置关系，第一微显示芯片3和第二微显示芯片4分别接收分开的S-偏振光和P-偏振光，并对接收到的光的偏振方向进行旋转90°的调制，调制后的光又经偏振分光单元2合成一束光束，经投影镜头5放大后输出。投影仪出射的光束即是包括S-偏振光和P-偏振光的光束，后续投影到金属屏幕上即可用于3D的显示。投影仪使用时容易操作，通过第一六轴调整装置5和第二六轴调整装置 6调整即可，播放调焦等操作与普通的2D投影仪没有明显区别，使得其应用于3D电影播放时操作简便，方便3D电影播放的大众化。本具体实施方式
中还包括一种投影仪光路的控制方法，如图5所示，包括以下步骤A1)对照明光束进行偏振分光处理将照明光束中的S-偏振光和P-偏振光分别沿两个方向射出；A 2)对照明光束中分出的S-偏振光和P-偏振光进行调制处理对照明光束中的S-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成P-偏振光；对照明光束中的P-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成S-偏振光；A 3)将步骤2)中得到的P-偏振光和S-偏振光合成一束光束；A 4)将步骤3)中合成的光束放大处理后输出。优选地，步骤1)中通过偏振分光单元将照明光束中的S-偏振光反射射出，将照明光束中的P-偏振光透射射出。步骤2)中通过第一微显示芯片对照明光束中的S-偏振光进行偏振调制处理，通过第二微显示芯片对照明光束中的P-偏振光进行偏振调制处理。所述步骤3 )，控制P-偏振光和S-偏振光从相邻的两侧入射至偏振分光单元，并使经过偏振分光单元透射的所述P-偏振光和反射的所述S-偏振光从同一出口出射，合成一
束光束O以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种投影仪，其特征在于包括光源、偏振分光单元、第一微显示芯片、第二微显示芯片、第一六轴调整装置、第二六轴调整装置和投影镜头；所述光源发射照明光束；所述偏振分光单元设置于所述光源的出口，接收光束并反射接收光束中的S-偏振光、 透射接收光束中的P-偏振光；所述第一微显示芯片和所述第二微显示芯片设置于所述偏振分光单元的相邻光出口侧；所述第一微显示芯片接收所述照明光束的S-偏振光，将其调制成P-偏振光，并反射回所述偏振分光单元；所述第二微显示芯片接收所述照明光束的P-偏振光，将其调制成S-偏振光，并反射回所述偏振分光单元；第一六轴调整装置与所述第一微显示芯片连接，用于调整所述第一微显示芯片的位置；第二六轴调整装置与所述第二微显示芯片连接，用于调整所述第二微显示芯片的位置；所述投影镜头与所述第一微显示芯片间隔所述偏振分光单元相对设置，用于接收所述偏振分光单元出射的光束并将其放大输出。
2.根据权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述偏置分光单元的参数为Rs>0. 8 ;Tp > 0. 8 ；分光系数I1为Rs1 ；反射光消光比#为> 100 :1 ；透射光消光比1为空> 100 :1 ；其 FsPp ΦTs Ts中，Rs为对S-偏振光的反射率，Rp为对P-偏振光的反射率，Ts为对S-偏振光的透射率， Tp为对P-偏振光的透射率。
3.根据权利要求1或2所述的投影仪，其特征在于所述偏振分光单元在所述第一微显示芯片所在侧的投影尺寸大于所述第一微显示芯片的有效显示尺寸，所述偏振分光单元在所述第二微显示芯片所在侧的投影尺寸大于所述第二微显示芯片的有效显示尺寸。
4.根据权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述偏振分光单元为光栅偏振分光器或偏振分光棱镜。
5.根据权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述第一微显示芯片和所述第二微显示芯片为LCOS微显示器。
6.根据权利要求1所述的投影仪，其特征在于所述第一六轴调整装置和第二六轴调整装置包括XY平移滑台，XY斜度滑台，Z轴向平移导轨和绕Z轴旋转的平台。
7.一种投影仪光路的控制方法，其特征在于包括以下步骤1)对照明光束进行偏振分光处理，将所述照明光束中的S-偏振光和P-偏振光分别沿两个方向射出；2)对所述照明光束中的S-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成P-偏振光；对所述照明光束中的P-偏振光进行偏振调制处理，将其调制成S-偏振光；3)将步骤2)中得到的所述P-偏振光和 S-偏振光合成一束光束；4)将步骤3)中合成的所述光束放大处理后输出。
8.根据权利要求7所述的投影仪光路的控制方法，其特征在于所述步骤1)中通过偏振分光单元将所述照明光束中的S-偏振光反射射出，将所述照明光束中的P-偏振光透射射出。
9.根据权利要求7所述的投影仪光路的控制方法，其特征在于所述步骤2)中通过第一微显示芯片对所述照明光束中的S-偏振光进行偏振调制处理，通过第二微显示芯片对所述照明光束中的P-偏振光进行偏振调制处理。
10.根据权利要求7所述的投影仪光路的控制方法，其特征在于所述步骤3)，控制所述P-偏振光和所述S-偏振光从相邻的两侧入射至偏振分光单元，并使经过所述偏振分光单元透射的所述P-偏振光和反射的所述S-偏振光从同一出口出射，合成一束光束。
全文摘要
本发明公开了一种投影仪，包括光源、偏振分光单元、第一微显示芯片、第二微显示芯片、第一六轴调整装置、第二六轴调整装置和投影镜头；所述光源发射照明光束，利用偏振分光单元对光束的进行分光，并通过偏振分光单元和第一微显示芯片、第二微显示芯片以及投影镜头的空间设置，将分开的S-偏振光和P-偏振光分别调制后又合成一束光束，使得投影仪出射的光束即是包括S-偏振光和P-偏振光的光束，后续投影到金属屏幕上即可用于3D的显示。本发明的投影仪成本低，微型化，容易操作，播放调焦等操作与普通的2D投影仪没有明显区别，使得其应用于3D电影播放时操作简便，方便3D电影播放的大众化，可以让大众在家就能观看3D影像。
文档编号G03B21/20GK102162982SQ20111009386
公开日2011年8月24日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者廖汉忠, 林家用, 程雪岷 申请人:清华大学深圳研究生院