專利名稱：立體投影光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種投影光學系統(tǒng)，尤其是一種具有立體投影顯示功能的立體投影光學系統(tǒng)
背景技術(shù)：
近年來，圖像投影儀，尤其數(shù)字投影儀，作為向觀眾顯示多種信息的工具已經(jīng)逐漸流行 。 一般，這些投影儀用于將由計算機生成的圖像投影到屏幕上。對觀看者來說，圖像投影儀 投影的圖像通常看起來是平面二維圖像，除圖像本身外無法顯示任何圖像景深信息。這種顯 示可以適用于顯示多種信息。但是，在某些情況下，觀看者希望能有比二維顯示能夠更大程 度地顯示圖像的景深或結(jié)構(gòu)特征的投影儀。
使二維顯示的圖像能給出圖像景深的一種方式是通過立體地顯示圖像。立體圖像，通常 稱為"三維"或"3D"圖像，在觀看者看來具有深度尺寸。這些圖像包括分開的、疊合的左 眼和右眼圖像，這些圖像設(shè)置成模仿人的左右眼觀看時，由于人眼睛間隔引起的三維物體表 面的微小差別，而具有的景深圖像。左眼和右眼圖像是這樣顯示的，即觀看者的右眼看不到 左眼圖像，左眼看不到右眼圖像。這種顯示方式一般借助于觀看者佩戴的光學濾光鏡。
通常顯示立體圖像的方式是使用兩個分開的圖像投影系統(tǒng)分別來投影左眼圖像和右眼圖 像。而這種系統(tǒng)在成功地用于形成立體圖像的同時，系統(tǒng)的成本和重量則比單個投影儀的要 高很多。而且，兩個投影儀要求光學對準相對困難并比較費時。還有，由于這兩個系統(tǒng)的重 量和體積，使這種系統(tǒng)在兩個位置之間移動起來特別困難，還有存在潛在的圖像對準的問題

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種單個的能夠投影立體圖像的立體投影光學系統(tǒng)。 一種立體投影光學系統(tǒng)，其包括沿光路依次設(shè)置的
一個偏振分束器，用于將入射光轉(zhuǎn)換成偏振狀態(tài)互相垂直的出射光； 一個用于接收所述偏振分束器的出射光的分時輪，其包括一個反射所述偏振分束器的出 射光的反射區(qū)，與一個透射所述偏振分束器的出射光的透射區(qū)，所述偏振分束器的出射光照
射在分時輪的反射區(qū)和透射區(qū)中的一個區(qū)上；
一個數(shù)字微鏡元件，設(shè)置于分時輪的出射光的光路上；一個全內(nèi)反射棱鏡，設(shè)置于所述分時輪與數(shù)字微鏡元件的光路之間，用于將分時輪的出 射光反射到該數(shù)字微鏡元件上，并數(shù)字微鏡元件發(fā)出的光穿過該全內(nèi)反射棱鏡而發(fā)射出去。
上述立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過分時輪的旋轉(zhuǎn)，為數(shù)字微鏡元件交替輸入不同偏振 狀態(tài)的光，從而使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影像，當該輸入信號的頻率 足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振片，就可以觀察到立體的 圖像信息。


圖l是本發(fā)明第一實施例提供的立體投影光學系統(tǒng)在光照射在分時輪的反射區(qū)的結(jié)構(gòu)示 意圖2是圖1的立體投影光學系統(tǒng)在光照射在分時輪的透射區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖3是在圖1的立體投影光學系統(tǒng)設(shè)置有多個偏振片的結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式
為了對本發(fā)明作更進一步的說明，舉以下較佳實施例并配合附圖詳細描述如下。
請參閱圖1和圖2，為本發(fā)明第一實施例提供的一種立體投影系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。該 立體投影系統(tǒng)100包括沿光路依次設(shè)置的一個光源組件11， 一個偏振分束器12，分別設(shè)置于 所述偏振分束器12的出射光光路上的第一、第二反射裝置13、 14， 一個設(shè)置于所述反射裝置 13、 14出射光光路上的分時輪15， 一個全內(nèi)反射棱鏡16， 一個數(shù)字微鏡元件17以及一個投影 鏡頭18。
所述光源組件ll包括依光路設(shè)置的一個照明光源l 11 、 一個色輪l 12以及一個積分器l 13 。所述照明光源111發(fā)射包括顯示彩色圖像所需的紅光(R)、綠光(G)和藍光(B)的白光。該光 源ll可以為鹵素燈、金屬鹵化物燈、氤燈或LED等。在本實施例中，該光源ll為鹵素燈。所 述色輪112包括紅、綠、藍三色區(qū)，其可在電機(圖未示)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，以給投影光路 配以各種色彩。所述積分器l 13用來均勻化和有效地使用光源11發(fā)出的光。
所述偏振分束器12設(shè)置于光源組件11的出射光路上，用于將來自光源組件ll的非偏振光 轉(zhuǎn)換成偏振狀態(tài)互相垂直的第一偏振光和第二偏振光并出射。在本實施例中所第一偏振光為 S偏振光，第二偏振光為P偏振光。該S偏振光被該偏振分束器12反射，而P偏振光透過該偏振 分束器12。當然可以想到的是，該S偏振光還可透過該偏振分束器12，而P偏振光被偏振分束 器12反射。該偏振分束器12可以為金屬柵格型檢偏器(Wire Grid Polarizer,簡稱WGP檢偏 器)，也可以為偏振分光棱鏡，在本實施例中，該偏振分束器12為偏振分光棱鏡。該偏振分 束器12根據(jù)對S偏振光和P偏振光的作用不同，可以分為反射S偏振光而透過P偏振光，與透過S偏振光而反射P偏振光兩種形式。在本實施例中，所述偏振分束器12反射S偏振光，而可以 讓P偏振光透過。
所述第一、第二反射裝置13、 14可以為一反射鏡，設(shè)置于所述偏振分束器12出射的光到 下述的分時輪15入射的光的光路上，其分別設(shè)置于偏振分束器12的兩條出射光路上，用于改 變偏振分束器12出射的S、 P偏振光的光路，以將該偏振分束器12的出射光耦合到分時輪15中
所述分時輪15設(shè)置于所述第一、第二反射裝置13、 14出射光光路上，用于周期性地讓第 一偏振光或第二偏振光照射在所述全內(nèi)反射棱鏡16上。所述分時輪15的結(jié)構(gòu)為將一個透明基 底分成兩個區(qū)，其中一個鍍上對光反射的反射膜，而在另一個區(qū)上鍍上可讓光穿透的透射膜 或者不鍍?nèi)魏文ぁＴ摲謺r輪15可以在一電機的帶動下以固定頻率旋轉(zhuǎn)，而且其頻率是可調(diào)的 。在本實施例中，所述分時輪15包括一個反射所述偏振分束器的出射光的反射區(qū)151，與一 個透射所述偏振分束器的出射光的透射區(qū)152。所述經(jīng)第一、第二反射裝置13、 14耦合到分 時輪15上的入射光在同一時間只照射在反射區(qū)151和透射區(qū)152的其中一個區(qū)上。當經(jīng)第一、 第二反射裝置13、 14耦合到分時輪15上的入射光，即第一偏振光和第二偏振光，照射在反射 區(qū)151上時，第一偏振光被反射進入全內(nèi)反射棱鏡16，而第二偏振光被該分時輪15反射出去 而沒有被利用。當經(jīng)第一、第二反射裝置13、 14耦合到分時輪15上的入射光照射在透射區(qū) 152上時，第一偏振光透射過該分時輪15而沒有被利用，第二偏振光透過該透射區(qū)152而到達 全內(nèi)反射棱鏡16。在該分時輪15以一定頻率旋轉(zhuǎn)時，第一、第二偏振光便交替進入全內(nèi)反射 棱鏡16中。
所述全內(nèi)反射棱鏡16 (Total Internal Reflection Prism， TIR)15、 16用玻璃或透明樹 脂制成，利用光的全反射原理，使入射光在一定入射角度范圍內(nèi)全部反射，而在其它入射角 度范圍內(nèi)，入射光將透過該全內(nèi)反射棱鏡16。該全內(nèi)反射棱鏡16設(shè)置于分時輪15的出射光的 光路上，其將分時輪15的出射的第一偏振光或第二偏振光耦合到數(shù)字微鏡元件17上。
所述數(shù)字微鏡元件(Digital Mirror Device, DMD) 17是用硅作基底，并用大規(guī)模集成電 路技術(shù)在硅片基底上制出多個存儲器，每個存儲器有兩條尋址電極(Addressing Electrodes)和兩個搭接電極(Landing Electrodes)。再在基底上設(shè)置兩個支撐柱，通過臂 梁鉸鏈(torsion Hinge)安裝一個微形反射鏡，從而形成一個微鏡單元。工作時，由視頻信 號驅(qū)動，并根據(jù)入射光與光學系統(tǒng)光軸的夾角，利用兩尋址電極的差動電壓使反射鏡繞臂梁 旋轉(zhuǎn)直到觸及搭接電極，從而決定一個微鏡單元的開關(guān)，以加載圖像信息。該數(shù)字微鏡元件 17設(shè)置于分時輪15的出射光的光路上，并且經(jīng)數(shù)字微鏡元件17發(fā)射的加載有圖像信息的第一偏振光或第二偏振光透射過該全內(nèi)反射棱鏡16到達投影鏡頭18
所述投影鏡頭18設(shè)置于所述全內(nèi)反射棱鏡16的出射光路上，用于將出射光所形成的圖像 放大，并將放大的圖像投影到屏幕(圖未示)上。
可以理解的是，為了進一步提高系統(tǒng)的對比度，還可以在上述的立體投影光學系統(tǒng)中加 入多個檢偏器19，該檢偏器19可以為一個偏光片。如圖3所示，該檢偏器19可以讓一定偏振 方向的光通過，而吸收其它偏振方向的光，例如讓P偏振光通過，而吸收S偏振光或者讓S偏 振光通過，而吸收P偏振光。該多個檢偏器19的具體的放置位置可以為沿光路的偏振分束器 12和第一或/與第二反射裝置13、 14之間；第一或/與第二反射裝置13、 14與分時輪15之間。 在本實施例中在第一、第二反射裝置13、 14與分時輪15之間設(shè)置有檢偏器19。
上述立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過分時輪的旋轉(zhuǎn)，為數(shù)字微鏡元件交替輸入不同偏振 狀態(tài)的光，從而使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影像，當該輸入信號的頻率 足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振片，就可以觀察到立體的 圖像信息。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效 果，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于，其包括沿光路依次設(shè)置的一個偏振分束器，用于將入射光轉(zhuǎn)換成偏振狀態(tài)互相垂直的兩條出射光；一個用于接收所述偏振分束器的出射光的分時輪，其包括一個反射所述偏振分束器的出射光的反射區(qū)，與一個透射所述偏振分束器的出射光的透射區(qū)，所述偏振分束器的出射光照射在分時輪的反射區(qū)和透射區(qū)中的一個區(qū)上；一個數(shù)字微鏡元件，設(shè)置于分時輪的出射光的光路上；一個全內(nèi)反射棱鏡，設(shè)置于所述分時輪與數(shù)字微鏡元件的光路之間，用于將分時輪的出射光反射到該數(shù)字微鏡元件上，并使數(shù)字微鏡元件發(fā)出的光穿過該全內(nèi)反射棱鏡而發(fā)射出去。
2 如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述偏振分 束器為金屬柵格型偏振片。
3 如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述偏振分 束器為偏振分光棱鏡。
4 如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述偏振分 束器的出射光包括偏振狀態(tài)互相垂直的第 一偏振光和第二偏振光。
5 如權(quán)利要求4所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述第一、 二偏振光為S偏振光和P偏振光。
6 如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述立體投 影光學系統(tǒng)還包括多個反射裝置，分別設(shè)置于偏振分束器與分時輪的光路之間，用于將偏振 分束器的出射光耦合到分時輪上。
7 如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述立體投 影光學系統(tǒng)還包括多個檢偏器，該多個檢偏器分別設(shè)置于偏振分束器與分時輪之間。
8 如權(quán)利要求7所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述檢偏器為一個偏振片。權(quán)利要求9如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述立體投 影光學系統(tǒng)還包括一個設(shè)置于所述全內(nèi)反射棱鏡的出射光方向上的投影透鏡，用于將出射光 所形成的圖像放大。權(quán)利要求IO如權(quán)利要求l所述的立體投影光學系統(tǒng)，其特征在于所述分時 輪的結(jié)構(gòu)為將一個透明基底分成兩個區(qū)，其中一個鍍上對光反射的反射膜，而在另一個區(qū)上 鍍上可讓光穿透的透射膜或者不鍍?nèi)魏文ぁ?br> 全文摘要
一種立體投影光學系統(tǒng)，其包括沿光路依次設(shè)置的一個偏振分束器，用于接收所述偏振分束器的出射光的分時輪，其包括一個反射區(qū)，與一個透射區(qū)，所述偏振分束器的出射光照射在反射區(qū)和透射區(qū)中的一個區(qū)上，一個設(shè)置于分時輪的出射光的光路上的數(shù)字微鏡元件以及一個設(shè)置于所述分時輪與數(shù)字微鏡元件的光路之間的全內(nèi)反射棱鏡。上述立體投影光學系統(tǒng)使用時可通過分時輪的旋轉(zhuǎn)，為數(shù)字微鏡元件交替輸入不同偏振狀態(tài)的光，從而使得觀看者的左、右眼交替獲得不同偏振狀態(tài)的影像，當該輸入信號的頻率足夠快時，觀看者的左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直的兩片偏振片，就可以觀察到立體的圖像信息。
文檔編號G02B27/28GK101408678SQ20071020202
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者林信力, 林光偉, 簡義本, 賴柏元 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司