3d投影系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D投影系统，包括用于依时序显示具有视差的左眼图像和右眼图像的显示屏、用于将所述显示屏显示的左眼图像或右眼图像光线分为传播方向不同的且偏振方向不同的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振光分光器件、用于将所述第一偏振光线的传播方向调整为与所述第二偏振光线的传播方向一致的反射镜、用于将所述所述第一偏振光线的光程调整为与所述第二偏振光线的光程一致的光程调整器件、以及用于将传播方向一致的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振态调整为偏振状态一致的偏振转换器件。本发明3D投影系统具有图像质量高、功耗低的优点。本发明还提供一种应用于上述3D投影系统的控制方法。
【专利说明】3D投影系统及控制方法
【【技术领域】】
[0001]本发明属于光学投影领域，尤其涉及一种3D投影系统及应用于所述3D投影系统的控制方法。
【【背景技术】】
[0002]人的左眼和右眼有间距，造成两眼的视角存在细微的差别，这样的差别会让左眼和右眼分别观察的景物有略微的视差，从而在人的大脑中形成立体(3D)图像。
[0003]目前3D显示系统包括较为先进的一种技术为3D投影系统，现有技术中的3D投影系统由于将显示光线偏振化会降低显示画面的亮度，不可避免的降低了显示画面的质量和用户体验。为了输出足够亮度的画面，通常只能通过提高投影系统的发光元件的亮度来实现，这又提高了投影系统的功耗，并降低了重要的发光元件的的寿命。
[0004]因此，如何在不增加功耗并保持重要发光元件的寿命的情况下，提高3D投影系统的亮度和显示效果成为业内亟待解决的问题。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明提供一种一种3D投影系统，包括:显示屏，用于依时序显示具有视差的左眼图像和右眼图像；偏振光分光器件，设置于所述显示屏出光面，用于接收所述显示屏显示的左眼图像和右眼图像光线，并将所述左眼图像或右眼图像光线分为传播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光线和第二偏振光线；反射镜，设置于所述第一偏振光线的光路上，用于将所述第一偏振光线和第二偏振光线的传播方向调整为同一方向；光程调整器件，设置于所述第二偏振光线的光路上，用于将所述第一偏振光线和第二偏振光线的光程调整为一致；偏振转换器件，设置于所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的光路上，用于将传播方向、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振态调整为一致，并输出至外部投影屏眷。
[0006]根据本发明的一优选实施例，当所述显示屏显示左眼图像时，所述偏振转换器件将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第一偏振方向，当所述显示屏显示右眼图像时，所述偏振转换器件将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第二偏振方向。
[0007]根据本发明的一优选实施例，所述第一偏振方向垂直于所述第二偏振方向。
[0008]根据本发明的一优选实施例，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件和第二偏振转换器件，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件将所述第二偏振光线的偏振方向调整与所述第一偏振光线的偏振方向一致；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第二偏振转换器件保持所述第二偏振光线的偏振方向，所述第一偏振转换器件将所述第一偏振光线的偏振方向调整与所述第二偏振光线的偏振方向一致。
[0009]根据本发明的一优选实施例，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件、第二偏振转换器件和第三偏振转换器件，所述第三偏振转换器件将第二偏振光线的偏振方向调整为与所述第一偏振光线的偏振方向一致，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件保持经所述第三偏振转换器件调整后的第二偏振光线的偏振方向；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第一偏振转换器件将所述第一偏振光线的偏振方向旋转±90度，所述第二偏振转换器件将经所述第三偏振转换器件调整后的第二偏振光线的偏振方向旋转±90度。
[0010]根据本发明的一优选实施例，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件、第二偏振转换器件和第三偏振转换器件，所述第三偏振转换器件将第一偏振光线的偏振方向调整为与所述第二偏振光线的偏振方向一致，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持经所述第三偏振转换器件调整后的所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件保持所述第二偏振光线的偏振方向；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第一偏振转换器件将经所述第三偏振转换器件调整后的所述第一偏振光线的偏振方向旋转±90度,所述第二偏振转换器件将所述第二偏振光线的偏振方向旋转±90度。
[0011]根据本发明的一优选实施例，所述偏振光分光器件为PBS板,所述第一偏振光线为所述PBS板输出的P光，所述第二偏振光线为所述PBS板输出的S光。
[0012]根据本发明的一优选实施例，所述光程调整器件包括具有相同焦距的凸透镜和凹透镜，通过调整所述所述凸透镜和凹透镜之间的距离，调整通过所述凸透镜和凹透镜的第一偏振光线的光程。
[0013]根据本发明的一优选实施例，所述显示屏为DLP显示屏。
[0014]本发明还提供一种3D投影系统的控制方法，包括:显示左眼图像；将左眼图像光线转换为传播方向一致、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线；将所述左眼图像的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向均调整为第一偏振方向并输出；显不右眼图像；将右眼图像光线转换为传播方向一致、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线；将所述右眼图像的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向均调整为第二偏振方向并输出，所述第二偏振方向垂直垂直于所述第二偏振方向。
[0015]相较于现有技术，所述3D投影系统在显示任意的左眼图像或右眼图像时，从显示屏输出的光线转换为偏振方向相互垂直的第一偏振光线和第二偏振光线，通过光程调整及偏振态的调整后，均能以单一的偏振态投射在屏幕上，即，任意图像的亮度几乎没有受到损失，以接近所述显示屏的出光亮度到达透射到所述屏幕上，保持了原图像的亮度，提高了显示效果并降低了 3D投影系统的功耗，同时也提高了投影仪中重要的发光元件的使用寿命。另外，由于第一偏振光经过了所述光程调整器件的光程调整，使第一偏振光线和第二偏振光线的光程一致，避免了第一偏振光线和第二偏振光线的光程不一致而影响显示效果，从而给用户带来良好的3D视觉体验。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0016]图1是本发明提供的3D投影系统的一实施例的结构及光路示意图；
[0017]图2是本发明提供的3D投影系统的一实施例的另一种光路示意图；
[0018]图3是本发明提供的3D投影系统另一实施例的结构示意图；
[0019]图4是本发明提供的3D投影系统另一实施例的结构示意图。【【具体实施方式】】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0021]请参阅图1，图1为本发明提供的3D投影系统的一实施例的结构示意图，该3D投影系统100包括显示屏11、偏振光分光器件12、光程调整器件10，反射镜15以及偏振转换器件160。所述3D投影系统100将3D立体图像投影到屏幕18上，用户通过3D眼镜可观测到3D图像。
[0022]更具体的，所述显示屏11用于依时序显示具有视差的左眼图像L和右眼图像R。一般的，所述显示屏11显示的图像为自然光或非偏振化光。所述显示屏11可以DLP (DigitalLight Process1n)显示屏或者出射光线为自然光的显示屏，此处不做具体限制。
[0023]所述偏振光分光器件12设置在所述显示屏11的出光面，用于将所述显示屏11显示的左眼图像L或右眼图像R的自然光线分为传播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光线和第二偏振光线，优选的，所述第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向垂直。本实施例中，所述偏振光分光器件12为PBS (Polarizing Beam Splitter)板,将所述显示屏11产生的光线分为沿原光路方向传播的P型线偏振光(简称P光)和垂直于原光路方向S型线偏振光(简称S光),其中P光和S光的偏振方相互垂直,如图1所不。所述第一偏振光线对应所述PBS板输出的P光，所述第二偏振光线对应所述PBS板输出的S光。其中，S光被所述反射镜15反射后改变传播方向与P光的传播方向一致。
[0024]在其他实施方式中，所述偏振光分光器件12还可以是PBS棱镜等形式的偏振分光装置，在此不做具体限定。
[0025]所述光程调整器件10用于调整所述所述第一偏振光线的光程与所述第二偏振光线的光程一致。本实施例中，所述光程调整器件10为具有相同焦距的凸透镜13和凹透镜14组合，其设置在所述第一偏振光线光路上，通过调整凸透镜13和凹透镜14之间的距离，可以延长或缩短所述第一偏振光线的光程，使其与所述第二偏振光线的光程一致。
[0026]偏振转换器件16设置在所述第一偏振光线和第二偏振光线的光路上,其用于将传播方向一致的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振态调整为一致。具体的，当所述显示屏11显示左眼图像L时，所述偏振转换器件16将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第一偏振方向；当所述显示屏11显示右眼图像R时，所述偏振转换器件16将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第二偏振方向。
[0027]本实施例中,所述偏振转换器件16包括第一偏振转换器件161和第二偏振转换器件162。当所述显示屏11显示左眼图像L时，所述第一偏振转换器件161保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件162将所述第二偏振光线的偏振方向调整与所述第一偏振光线的偏振方向一致；当所述显示屏11显示右眼图像R时，所述第二偏振转换器件162保持所述第二偏振光线的偏振方向,所述第一偏振转换器件161将所述第一偏振光线的偏振方向调整与所述第二偏振光线的偏振方向一致。
[0028]所述第一偏振转换器件161和第二偏振转换器件162可以是扭曲向列型液晶盒或其他偏转转换器件，液晶盒用于调整偏振光的偏振方向已为本领域内技术人员所熟知，在此不做赘述。
[0029]以下详细介绍3D投影系统100的工作原理:
[0030]如图1所示，在Tl时间，所述显示屏11显示左眼图像L，左眼图像L光线经过所述偏振光分光器件12 (PBS板)后,分为偏振方向相互垂直的P光和S光，P光沿原光路传播，S光沿垂直远光路的方向传播,经过所述反射镜15的反射后,传播方向与P光传播方向一致。P光经过所述光程调整器件16调整光程后，P光和S光具有相同的光路和相位，分别同时传播到所述第一偏振转换器件161和第二偏振转换器件162,通过控制所述第一偏振转换器件161和第二偏振转换器件162，使通过所述第一偏振转换器件161的P光的偏振方向保持不变，通过第二偏振转换器件162的S光的偏振方向旋转90度,从而与P光的偏振方向一致。然后偏振方向一致的P光和S光(即左眼图像L光线)同时传播到屏幕18上。
[0031]如图2所示，T2时间，所述显示屏11显示右眼图像R，所述右眼图像R的光路及控制与左眼图像L的光路及控制相似，不同之处在于，当代表右眼图像R的P光和S光分别传播到所述第一偏振转换器件161和第二偏振转换器件162时，通过控制，使通过所述第二偏振转换器件162的S光的偏振方向保持不变,通过第一偏振转换器件161的P光的偏振方向旋转90度,从而与S光的偏振方向一致。然后偏振方向一致的P光和S光(即右眼图像R光线)同时传播到屏幕18上。
[0032]T1+T2为一个完整的3D图像帧，通过3D眼镜等分光装置，使Tl时刻的左眼图像L仅能传播到用户左眼中，T2时刻的右眼图像R仅能传播到用户右眼中，则用户可在大脑中形成该帧图像的3D画面。上述周期循环往复，用户可观看到动态3D画面。
[0033]相较于现有技术，所述3D投影系统100在显示任意的左眼图像L或右眼图像R时，从显示屏11输出的光线分成P光和S光后，通过光程调整及偏振态的调整后，均能以单一的偏振态投射在屏幕18上，即，任意图像的亮度几乎没有受到损失，以接近所述显示屏11的出光亮度到达透射到所述屏幕上18，保持了原图像的亮度，提高了显示效果并降低了 3D投影系统100的功耗，同时也提高了投影仪中重要的发光元件的使用寿命。另外，由于P光经过了所述光程调整器件10的光程调整，使P光与S光的光程一致，避免了 P光、S光的光程不一致而影响显示效果，从而给用户带来良好的3D视觉体验。
[0034]请参阅图3，图3是本发明提供的3D投影系统另一实施例的结构示意图。由于本实施例的3D投影系统200与图1所示的第一实施例中的3D投影系统100结构类似，图3仅对其主要不同之处进行标示和说明。与图1所示的3D投影系统100相比，3D投影系统200主要不同之处在于:
[0035]偏振转换器件26还包括第三偏振转换器件263，所述第三偏振转换器件263设置在所述反射镜25与所述第二偏振转换器件262之间，其在任意时刻均将第二偏振光线的偏振方向调整为与第一偏振光线的偏振方向一致。
[0036]当所述显示屏21显示左眼图像L时，所述第一偏振转换器件261保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件262保持所述第二偏振光线的偏振方向；当所述显示屏21显示右眼图像R时，所述第一偏振转换器件261将所述第一偏振光线的偏振方向旋转一预定角度，该旋转角度优选为±90度，所述第二偏振转换器件262将所述第二偏振光线的偏振方向旋转一预定角度，该旋转角度优选为±90度。
[0037]所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262可以是扭曲向列型液晶盒或其他偏转转换器件，液晶盒用于调整偏振光的偏振方向已为本领域内技术人员所熟知，在此不做赘述。当然在某些变形实施方式中，由于入射到所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262的第一偏振光线和第二偏振光线具有相同的偏振方向，第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向旋转也一致,所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262可以采用相同的控制装置或控制步骤，简化控制方法。另外，所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262亦可集成为一体式，简化结构和控制，并降低产品的成本。
[0038]所述第三偏振转换器件263可以是1/2波片(也成为半波片)。
[0039]以下详细介绍3D投影系统200的工作原理:
[0040]如图3所示，在Tl时间，所述显示屏21显示左眼图像L，左眼图像L光线经过所述所述偏振光分光器件22 (PBS板)后,分为偏振方向相互垂直的P光和S光，P光沿原光路传播，S光沿垂直远光路的方向传播,经过所述反射镜25的反射,传播方向与P光传播方向一致，然后经所述第三偏振转换器件263调整偏振方向与P光偏振方向一致。P光经过所述光程调整器件26调整光程后，P光和S光具有相同的光程偏振方向，分别同时传播到所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262,控制所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262使通过的P光和S光(即左眼图像L光线)的偏振方向保持不变，并传播到屏幕28上。
[0041]如图4所示,T2时间,所述显示屏21显示右眼图像R，所述右眼图像R的光路及控制与左眼图像L的光路及控制相似，不同之处在于，当代表右眼图像R的P光和S光分别传播到所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262时，通过控制，使通过第一偏振转换器件261的P光的偏振方向旋转±90度，同时使通过所述第二偏振转换器件262的S光的偏振方向旋转±90度,然后偏振方向一致的P光和S光(即右眼图像R光线)同时传播到屏幕28上。S卩，Tl时刻的左眼图像L光线的偏振方向与右眼图像R光线的偏振方向相互垂直。
[0042]T1+T2为一个完整的3D图像帧，通过3D眼镜等分光装置，使Tl时刻的左眼图像L仅能传播到用户左眼中，T2时刻的右眼图像R仅能传播到用户右眼中，则用户可在大脑中形成该帧图像的3D画面。上述周期循环往复，用户可观看到动态3D画面。
[0043]可以理解的是，在其他变形实施例中，所述第三偏振转换器件263还可以设置在所述光程调整器件20与所述第一偏振转换器件261之间，其与图3、图4所示的第二实施例的3D投影系统200作于和控制方法相似，在此不再赘述。
[0044]相较于现有技术，在第二实施例的3D投影系统200中，第二偏振光线在到达所述第二偏振转换器件162之前，先经过所述第三偏振转换器件163调整其偏振方向与所述第一偏振光线的偏振方向为一致，所以在Tl时刻和T2时刻,所述第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262时仅需同步控制所述第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向旋转±90度即可,甚至可以将第一偏振转换器件261和第二偏振转换器件262集成为一个偏振转换器件，投影系统200的控制方法更加简单和稳定。
[0045]在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
【权利要求】
1.一种3D投影系统，包括: 显示屏，用于依时序显示具有视差的左眼图像和右眼图像； 偏振光分光器件，设置于所述显示屏出光面，用于接收所述显示屏显示的左眼图像和右眼图像光线，并将所述左眼图像或右眼图像光线分为传播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光线和第二偏振光线； 反射镜，设置于所述第一偏振光线的光路上，用于将所述第一偏振光线和第二偏振光线的传播方向调整为同一方向； 光程调整器件，设置于所述第二偏振光线的光路上，用于将所述第一偏振光线和第二偏振光线的光程调整为一致； 偏振转换器件，设置于所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的光路上，用于将传播方向、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振态调整为一致，并输出至外部投影屏幕。
2.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，当所述显示屏显示左眼图像时，所述偏振转换器件将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第一偏振方向，当所述显示屏显示右眼图像时，所述偏振转换器件将所述第一偏振光线和所述第二偏振光线的偏振方向统一调整为第二偏振方向。
3.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述第一偏振方向垂直于所述第二偏振方向。
4.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件和第二偏振转换器件，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件将所述第二偏振光线的偏振方向调整与所述第一偏振光线的偏振方向一致；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第二偏振转换器件保持所述第二偏振光线的偏振方向，所述第一偏振转换器件将所述第一偏振光线的偏振方向调整与所述第二偏振光线的偏振方向一致。
5.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件、第二偏振转换器件和第三偏振转换器件，所述第三偏振转换器件将第二偏振光线的偏振方向调整为与所述第一偏振光线的偏振方向一致，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件保持经所述第三偏振转换器件调整后的第二偏振光线的偏振方向；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第一偏振转换器件将所述第一偏振光线的偏振方向旋转±90度,所述第二偏振转换器件将经所述第三偏振转换器件调整后的第二偏振光线的偏振方向旋转±90度。
6.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括第一偏振转换器件、第二偏振转换器件和第三偏振转换器件，所述第三偏振转换器件将第一偏振光线的偏振方向调整为与所述第二偏振光线的偏振方向一致，当所述显示屏显示左眼图像时，所述第一偏振转换器件保持经所述第三偏振转换器件调整后的所述第一偏振光线的偏振方向，所述第二偏振转换器件保持所述第二偏振光线的偏振方向；当所述显示屏显示右眼图像时，所述第一偏振转换器件将经所述第三偏振转换器件调整后的所述第一偏振光线的偏振方向旋转±90度,所述第二偏振转换器件将所述第二偏振光线的偏振方向旋转±90度。
7.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述偏振光分光器件为PBS板，所述第一偏振光线为所述PBS板输出的P光，所述第二偏振光线为所述PBS板输出的S光。
8.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述光程调整器件包括具有相同焦距的凸透镜和凹透镜，通过调整所述所述凸透镜和凹透镜之间的距离，调整通过所述凸透镜和凹透镜的第一偏振光线的光程。
9.如权利要求1所述的3D投影系统，其特征在于，所述显示屏为DLP显示屏。
10.一种3D投影系统的控制方法，包括: 显示左眼图像； 将左眼图像光线转换为传播方向一致、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线；将所述左眼图像的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向均调整为第一偏振方向并输出； 显示右眼图像； 将右眼图像光线转换为传播方向一致、光程一致的第一偏振光线和第二偏振光线；将所述右眼图像的第一偏振光线和第二偏振光线的偏振方向均调整为第二偏振方向并输出，所述第二偏振方向垂直垂直于所述第二偏振方向。
【文档编号】G02B27/26GK104330953SQ201310309653
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】刘美鸿, 母林 申请人:深圳市亿思达科技集团有限公司