[发明专利]一种利用棱镜组合实现3D投影系统的光路结构

说明书

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，LCD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 硅基液晶面板）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1：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1：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。