专利名称：一种利用棱镜组合实现3d投影系统的光路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影技术领域，特别涉及一种3D投影光路原理及实现方法。
背景技术：
随着投影技术的不断发展，投影设备已不局限于影院或商业用途，进入包括教育，娱乐，家庭等领域。投影技术的不断进步，为人们带来更高画质，解像度的投影设备来满足人们的日常实际使用要求。而且，随着3D影视的兴起和推广，人们对3D投影设备逐步开始产生需求。目前的3D投影设备实现方式主要分两种一是使用高刷新率条件下的分时方式的左右画面快门眼镜切换方式，如使用刷新率高于120Hz的DLP，IXD或LCOS投影仪都可 以实现。这种方式由于开关的原因，双眼会产生闪烁感。另一种是目前3D影院主要采用的左右画面分偏振的方式，这种方式画面稳定，眼镜成本低廉。在家用投影领域则使用双投影单元分别输出不同的偏振光，在屏幕上重合实现分偏振效果，但该方法采用两台投影，成本高，调节难度大，使用不方便。针对目前双单元偏振3D投影设备的不足，国内也有厂商推出单镜头偏振投影的方案，如目前主要采用的使用偏振分光装置将偏振方向互相垂直的偏振光投射入两个成像器件，实现偏振3D投影的方法。这种方法，非常巧妙地实现了 3D投影，但是由于两路偏振图像的极性问题，必须使用不同的成像器件，给电路设计和图像信息处理方面带来不便，并且直接的输出偏振态为线偏振光，给观众观影带来不便。本发明通过反射变换和圆偏振片解决了这些问题。
发明内容
本发明提供了一种通过棱镜组合实现完全相同的双成像元件的3D图像合成，并加入了圆偏振片，使输出左右眼图像为圆偏振光。本发明可以显示2D和3D的投影内容，在显示2D投影时，使用双画面叠加，可以增强投射亮度接近一倍，在显示3D投影时，可提供观看角度较大的圆偏振3D图像。为解决上述技术问题，本发明提供了四种光路结构方案和多种实现方法，其主要包括
光输入可以是多种投影使用输入光源，经过整形和准直；
偏振分光器可以是偏振分光棱镜或偏振分光片；
反射器可以是直角棱镜或反射镜；
图像显示模块数量两个，可以是LCOS (Liquid Crystal on Silicon娃基液晶面板)或其他反射式等效显示装置；
圆偏振起偏器1/4波片；
投射系统投影仪镜头。本发明使用反射器的镜像原理，解决了所需图像显示器不同极性问题，并且改进了输出画面的光特性，转化为更方便人们观看的圆偏振光形式。光输入提供投影仪照明光束；
偏振分光器有两个作用，一是将输入光分为偏振方向相互垂直的线偏振光P光和S光，二是将带有图像信息的P光和S光合并成重叠的图像；
反射器使用于P光或S光单光路上，主要作用是镜像变换，使相同的成像元件所成的图像可以重叠；
图像显示模块是图像加载元件或多元件部件，使用数量为2套，分别放置于P光和S光光路末端，功能是使入射的光线的偏振状态发生改变来加载图像 信号或通过反射强度变化来加载图像信号。两套图像显示模块距离偏振分光器的光程相等；
圆偏振器偏器主要使用1/4波片或其他等效装置使线偏振光转化为圆偏振光，具体的左旋和右旋特性由起偏器光轴的放置方向决定的；
投射系统为投影仪镜头，主要作用是将画面输出到投影仪外部。本发明由于反射器位置和方向的不同，可以有4种基础的实现光路，而且由于偏振分光器和反射器可以采用的器件选择问题，有更多的实际变化。4种基础实现光路有
基础光路I :反射器位于P光路径，方向与偏振分光器垂直；
基础光路2 :反射器位于P光路径，方向与偏振分光器平行；
基础光路3 :反射器位于S光路径,方向与偏振分光器垂直；
基础光路4 :反射器位于S光路径,方向与偏振分光器平行。偏振分光器和反射器类型
类型I :偏振分光器和反射器都为棱镜结构，而且棱镜为一体结构或分离结构；
类型2 :偏振分光器为棱镜结构,反射器为反射镜,而且棱镜为一体结构或分离结构； 类型3 :偏振分光器为偏振分光片，反射器为直角棱镜；
类型4 :偏振分光器为偏振分光片，反射器为反射镜。本发明的有益效果是原理结构简单，生产制造易于实现；双图像显示模块可以充分利用光源，在2D显像时得到更高的亮度；单镜头3D显示，不需要复杂调整操作；通过镜像变换，排除了需采用不同图像显示模块的缺点；加入了圆偏振起偏器，使投射光线为圆偏振光，更适合人们观看。
附图I为本发明的基础光路I结构不意图。附图2为本发明的基础光路2结构不意图。附图3为本发明的基础光路3结构不意图。附图4为本发明的基础光路4结构不意图。附图标注
1-光输入源
2-偏振分光器
3-反射器
4_第一图像显示模块5-第二图像显示模块
6-圆偏振起偏器
7-投射系统
-S极化线偏振光
I-P极化线偏振光
具体实施例方式本发明的光路工作原理如下
步骤I:光输入端输入照明光；
步骤2 :经过偏振分光器分为P极化线偏振光(简称光源P光)和S极化线偏振光(简称·光源S光)，两种线偏振光极化方向相互垂直；
步骤3 :两路线偏振光沿偏振分光器的两个传播路径分别沿透射方向(光源P光)和反射方向(光源S光)传播；
步骤4-1 :光源P光(或光源S光)经反射器进入第一图像显示模块；
步骤4-2 :光源S光(或光源P光)直接进入第二图像显示模块；
步骤5-1 :经第一图像显示模块加载显示信号后反射成为S极化线偏振光(或P极化线偏振光)简称为第一图像S光(或第一图像P光)；
步骤5-2 :经第二图像显示模块加载显示信号后反射成为P极化线偏振光(或S极化线偏振光)简称为第二图像P光(或第二图像S光)；
步骤6-1 :第一图像S光(或第一图像P光)经反射器进入偏振分光器；
步骤6-2 :第二图像P光(或第二图像S光)直接进入偏振分光器；
步骤7-1 :第一图像S光(或第一图像P光)经偏振分光器反射(或透射)进入圆偏振起偏器；
步骤7-2 :第二图像P光(或第二图像S光)经偏振分光器透射(或反射)进入圆偏振起偏器；
步骤8 :第一图像S光(或第一图像P光)和第二图像P光(或第二图像S光)在圆偏振起偏器中分别被转化成第一图像左旋圆偏振光(或第一图像右旋圆偏振光)和第二图像右旋圆偏振光(或第二图像左旋圆偏振光)，并合并进入投射系统；
步骤9 :第一图像和第二图像由投射系统投射，完成投影过程。在第一图像显示模块和第二图像显示模块分别加载3D信号的左右眼图像时，投影效果为圆偏振3D ;在第一图像显示模块和第二图像显示模块加载相同2D图像时，投影效果为2D，实现了相同光源情况下的光亮度倍增。本发明结构简单，光源利用率高；单投射镜头实现3D，用户操作简单；圆偏振光的应用避免了线偏振光的观看限制问题。本发明所针对的图像显示模块为反射式显示器件或显示系统，包括但不仅限于LCOS或DLP器件或其他合适的显示系统。本发明附图中的结构只是本光路结构的基础形态，其中偏振分光器和反射器都可以使用偏振分光片和反射镜代替，所以仅更换本发明中所用棱镜或将棱镜拆分或组合的做法依旧属于本发明的等效变换。
权利要求
1.一种利用棱镜组合实现3D投影系统的光路结构，其特征在于，包括 一个偏振分光器，其特点是将一束入射光分解成偏振正交的两路线偏振光，并将反射回的两个线偏振图像合并成为一幅图像； 反射器，置于两路光线通道的其中一路，产生镜像效果，实现两幅图像的合并； 圆偏振片，将线偏振光变换为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光； 图像显示模块，数量为两套，使用反射式图像显示器件，放置于两路光路末端，实现图像信息加载，分别加载3D图像的左右眼信号时为3D投影，加载相同的2D信号时为2D投影。
2.如权利要求I所述的光路结构，偏振分光器可使用偏振分光棱镜或偏振分光片。
3.如权利要求I和2所述的光路结构，反射器可使用直角棱镜或反射镜。
4.如权利要求I所述的光路结构，两路光路为等光程设计。
5.如权利要求I所述的光路结构，偏振分光器和反射器棱镜结构可组合为一体胶合结构或分解为分离棱镜结构。
6.如权利要求I所述的光路结构，图像显示模块可以是单片式LCOS，三片式LCOS模块，单片式DLP模块或多片式DLP模块。
7.如权利要求I和2所述的光路结构，反射器可位于P光路或S光路。
8.如权利要求I和2和7所述的光路结构，反射器反射面可与偏振分光器工作面平行或垂直。
9.如权利要求1-8所述的光路结构，增加光源和投影镜头是搭建完整投影系统的必要条件。
全文摘要
一种利用棱镜组合来实现偏振光3D投影的光路结构和实现方法，主要组成部件有偏振分光器，反射器，圆偏振片。依靠偏振分光器分解和合并不同偏振态的光线实现光源起偏和图像合成；反射器实现镜像变换，以便成像元件的选择可以统一；圆偏振片使输出光线为圆偏振光，以便用户更方便的观看。本发明适用于以两套反射式成像的显示器件搭建偏振3D投影系统。本发明提供了一种简单、有效、实用的实现光路。
文档编号G02B27/18GK102902151SQ201210420208
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者白炜 申请人:白炜