立体图像显示装置的制作方法

本实用新型涉及立体投影技术，更具体而言涉及立体图像显示装置。

背景技术：

许多现有立体投影系统或装置利用两束互相垂直的光束或在圆偏振光的相反方向的光束将两个图像投影在屏幕上。利用垂直于光传输方向的两个偏振透镜来查看这两个图像。不同的图像通过不同的眼睛被捕捉以具有三维(3D)图像。

现有系统在许多方面存在缺点。例如，现有系统对光偏振要求高并且具有严重的能量损耗。这些现有系统的光学元件的尺寸大，并且光学配置复杂，这使其对于光束对准和图像对准方面是不能令人满意且难以实现。此外，由于复杂度和大尺寸，这些现有系统占据较多的空间，并且组装、操作以及维护都是困难且昂贵的。

技术实现要素：

本实用新型的示例性实施例提供了立体图像显示装置以解决现有系统中存在的一个或多个技术问题。

示例性实施例提供一种立体图像显示装置。立体图像显示装置包括偏振分束器、第一光反射器、第二光反射器、第一四分之一波长延迟器、第二四分之一波长延迟器、第三四分之一波长延迟器、第四四分之一波长延迟器。偏振分束器将来自投影仪的光束分成透射束、第一反射束、以及第二反射束。透射束具有第一偏振方向。第一反射束和第二反射束具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向。第一光反射器接收第一反射束并将第一反射束反射指引向屏幕。第二光反射器接收第二反射束并将第二反射束反射指引向屏幕。在透射束、第一反射束、以及第二反射束被投影到屏幕上之前，光调制器对透射束、第一反射束、以及第二反射束进行调制。第一四分之一波长延迟器设置在偏振分束器与第一光反射器之间。第二四分之一波长延迟器设置在第一光反射器与光调制器之间。第三四分之一波长延迟器设置在偏振分束器与第二光反射器之间。第四四分之一波长延迟器设置在第二光反射器与光调制器之间。

在一示例性实施例中，在偏振分束器与第一光反射器之间不存在空气间隙，在偏振分束器与第二光反射器之间不存在空气间隙。

在一示例性实施例中，偏振分束器包括结合在一起且有公共顶点的四个棱镜。具有用于出射透射束的棱镜在公共顶点处的顶角的范围(例如，72°)使得能够全反射。该顶角能够是其他角度，例如90°。

一个或多个其他示例性实施例将在以下进行描述。

根据本实用新型的示例性立体图像显示装置在一个或多个方面优于现有系统，该一个或多个方面包括但不限于简单的光学配置、减小的尺寸、更好的图像对准、降低的能量损耗、以及便于组装、操作、和维护。

附图说明

图1例示根据一示例性实施例的立体图像显示环境。

图2例示根据一示例性实施例的立体图像显示系统。

图3A示出例示根据一示例性实施例的图像对准的图。

图3B示出例示根据另一示例性实施例的图像对准的图。

图4示出例示根据一示例性实施例的偏振分束器和透镜对的图。

具体实施方式

为了促进对本实用新型的理解，以下对本实用新型的示例性实施例的附图进行描述。本领域技术人员会理解的是，对本文实施例的解释是为了促进而非限制本实用新型。

图1例示根据一示例性实施例的立体图像显示环境100。如所示，立体图像显示环境100包括投影仪102、立体图像显示装置110、屏幕120、以及驱动电路130。立体图像显示装置110包括偏振分束器112、光反射器113、光反射器116、四分之一波长延迟器114、四分之一波长延迟器115、四分之一波长延迟器117、四分之一波长延迟器118、以及光调制器119。

以示例的方式，偏振分束器112将来自投影仪102的光束分成透射束、第一反射束、以及第二反射束。透射束具有第一偏振反向(例如P偏振或P极化)，第一反射束和第二反射束具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向(例如S偏振或S极化)。第一反射束通过四分之一波长延迟器114并且入射到光反射器113上。第一反射束接着通过四分之一波长延迟器115并且入射到光调制器119。第二反射束通过四分之一波长延迟器117并且入射到光反射器116上。第二反射束接着通过四分之一波长延迟器118并且入射到光调制器119。在投射到屏幕120之前，透射束、第一反射束、以及第二反射束被光调制器119根据帧序列调制成左圆偏振光和右圆偏振光。

以示例的方式，驱动电路130与投影仪102和光调制器119通信。驱动电路130对从投影仪102获得的信号进行同步，并且生成电压信号。电压信号被施加到光调制器119。响应于电压信号，光调制器119根据帧序列调制透射束、第一反射束、以及第二反射束。在一些示例性实施例中，驱动电路130并入立体图像显示装置110中且因此是立体图像显示装置110的一部分。

图2例示根据一示例性实施例的立体图像显示系统200。立体图像显示系统200包括投影仪202、屏幕220、以及立体图像显示装置，该立体图像显示装置包括如图2中在投影仪202与屏幕220之间例示性示出的多个光学元件。

以示例的方式，如在图2中例示性示出的，偏振分束器212包括四个棱镜以分光束。这四个棱镜结合在一起(诸如通过使用光学胶或光学胶混合物)以降低光束的界面反射和能量损耗。

以示例的方式，四分之一波长延迟器214设置在偏振分束器212与光反射器213之间。四分之一波长延迟器214的一侧结合到偏振分束器212的一表面。四分之一波长延迟器214的相对侧结合到光反射器213的一表面。光反射器213的另一表面结合到四分之一波长延迟器215。

以示例的方式，四分之一波长延迟器217设置在偏振分束器212与光反射器216之间。四分之一波长延迟器217的一侧结合到偏振分束器212的一表面。四分之一波长延迟器217的相对侧结合到光反射器216的一表面。光反射器216的另一表面结合到四分之一波长延迟器218。

以示例的方式，四分之一波长延迟器214被设置成使得在偏振分束器212与光反射器213之间不存在空气间隙。空气间隙或空气层的存在会消耗能量并且引起对第一反射束的不期望的改变，诸如光散射、反射、折射、消光等。因此，通过第一反射束的投影形成的图像的明亮度降低，图像质量受损。通过根据示例性实施例所述的四分之一波长延迟器214的布置克服了这些缺点。

以示例的方式，四分之一波长延迟器217被设置成使得在偏振分束器212与光反射器216之间不存在空气间隙。该布置保存了第二反射束的能量并且提高了诸如明亮度之类的图像质量。

以示例的方式，每个四分之一波长延迟器214、215、217、及218都将光束变换成45度左圆偏振光束或135度右圆偏振光束。以示例的方式，每个四分之一波长延迟器214、215、217、及218都能通过以光学方式图案化以消除几何偏差的偏振聚合物膜、石英板或静态液晶装置来实现。例如，四分之一波长延迟器214和217是涂覆在偏振分束器212的表面上的四分之一波长延迟膜。四分之一波长延迟器215是涂覆在光反射器213的表面上的四分之一波长延迟膜。四分之一波长延迟器218是涂覆在光反射器216的表面上的四分之一波长延迟膜。

以示例的方式，仅出于例示性的目的，光反射器213和216被示出为棱镜。本领域技术人员会理解的是，能通过组合一个或多个光学元件(例如，镜面、棱镜、透镜等)来实施光反射器213和216之一或二者，以实现如本文所述的相同或相似的功能。

以示例的方式，光调制器219是液晶光阀型光调制器。以示例的方式，光调至器219被布置成使得屏幕220在光调制器219的一侧，而偏振分束器212、四分之一波长延迟器214-215、217-218、以及光反射器213、216在光调制器219的另一侧。尽管光调制器219示出为单个元件，本领域技术人员会理解的是，能将光调制器219实现为两个或更多单独的的元件来执行相同或相似的功能。

以示例的方式，投影仪202发射光束203，光束203入射到偏振分束器212上。光束203被分成三个光束，即透射束、第一反射束、及第二反射束。透射束的偏振方向与第一反射束和第二反射束的偏振方向正交。作为示例，透射束是P偏振态，第一反射束和第二反射束是S偏振态。作为另一示例，透射束是S偏振态光束，第一反射束和第二反射束是P偏振态光束。

以示例的方式，透射束在被光调制器219调制之后，具有光束范围230，并且投影到屏幕220上形成透射投影图。第一反射束通过四分之一波长延迟器214、光反射器213、四分之一波长延迟器215、以及光调制器219，具有光束范围231，并且投影在屏幕220上形成第一投影图。第二反射束通过四分之一波长延迟器217、光反射器216、四分之一波长延迟器218、以及光调制器219，具有光束范围232，并且投影在屏幕220上形成第二投影图。透射投影图被期望与第一投影图和第二投影图良好对准。

在一些示例性实施例中，立体图像显示装置包括透镜对221以促进透射投影图与第一投影图和第二投影图之间的更好对准。作为示例，透镜对221包括凸透镜222和凹透镜223。在一示例性实施例中，凸透镜222结合到偏振分束器212的一表面。凹透镜223可移动，使得凹透镜223的位置能被调节以调整透射投影图的大小，从而实现更好对准。

作为一示例性优点，由于配置简单，根据示例性实施例的立体图像显示装置能被容易地组装，且配置紧凑、尺寸得以降低，也便于操作和维护。

图3A示出例示根据一示例性实施例的图像对准的图310。图310包括第一投影图331、第二投影图332、以及透射投影图330。如所示，透射投影图330没有与第一投影图331和第二投影图332良好对准。

图3B示出例示根据另一示例性实施例的图像对准的图320。如图320所示，透射投影图330与第一投影图331和第二投影图332良好对准。例如，能通过调整如图2所示的凹透镜223的位置来实现该对准。

图4示出例示根据一示例性实施例的偏振分束器412和透镜对421的图400。

如所示，偏振分束器412包括棱镜404、棱镜405、棱镜406、及棱镜407。这四个棱镜结合在一起，具有公共顶点。

以示例的方式，棱镜404接收来自投影仪的入射光束。棱镜405的一表面是具有P偏振态的透射束的出射表面。棱镜406的一表面是具有S偏振态的第一反射束的出射表面，棱镜407的一表面是具有S偏振态的第二反射束的出射表面。

在许多情况下，来自投影仪的光束彼此并非平行。在许多现有系统中，一些光束在空气和现有系统的入射表面之间的界面处容易遭受全反射，因此不能到达屏幕形成图像。根据示例性实施例的偏振分束器412通过以下解决了这一技术问题：即，包括四个棱镜，其中棱镜404的一表面作为针对来自投影仪的光束的接收表面，从而提高了屏幕上图像的明亮度和质量。

在一示例性实施例中，棱镜405在公共顶点处的顶角410的大小范围使得能够实现全反射以提高反射束的质量。在一示例性实施例中，顶角410是72°。在一些示例性实施例中，顶角410是90°。

以示例的方式，棱镜对421包括凸透镜422和凹透镜423以促进如上所述的更好图像对准。凸透镜422的光轴与凹透镜423的光轴重合。在一示例性实施例中，通过诸如光学胶之类的粘合剂将凸透镜422结合到棱镜405的一表面，该表面作为透射束的出射表面。凹透镜423能沿着垂直于屏幕的方向移动以调整透射束形成的投影图的大小。

以非限制的方式，通过示例性实施例例示了本实用新型。本领域技术人员根据本文例示的示例性实施例，会想到一个或多个变型，这些变型仍落入这些示例性实施例的范围。