CN102402016A - 一种硅基液晶立体投影光机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅基液晶立体投影光机，可以实现彩色三维立体显示。该引擎主要包括照明光源、两个偏振分光装置、两个反射式硅基液晶微显示芯片和投影物镜等。本发明的光机采用两个偏振分光装置允许入射到硅基液晶反射式微显示芯片以及从反射式硅基液晶微显示芯片反射的成像光线均两次经过偏振分光镜的偏振分光膜，且一次为透射一次为反射，因而大大提高了工作光的消光比，并且使得两束出射偏振光的消光比完全相等，从而有效提高了投影图像的对比度，改善了像质。更重要的是比起现有的采用四个偏振分光装置的立体投影装置，采用两个偏振分光装置明显地降低了制造成本和工艺难度，有利于规模化生产。该投影光机还可以实现三维与二维图像显示的切换。

Description

一种硅基液晶立体投影光机

技术领域

本发明涉及硅基液晶投影光机，特别是一种硅基液晶立体投影光机。

 

背景技术

立体投影显示因其能产生身临其境的视觉感受而受到人们的广泛追捧。实现立体投影显示的技术有许多种，借助于液晶快门眼镜的主动式立体投影技术由于液晶快门眼镜造价高而不适合人多的普通家庭使用。借助于偏光眼镜的双光机立体投影技术，其偏光眼镜成本低，可以多人同时观看，但是却因整机体积庞大，生产成本高而只适用于广大电影院。因此，研究基于偏振技术的单光机立体投影显示技术，寻求适合多人同时观看，方便移动，价格低的立体投影显示技术十分必要。

硅基液晶——LCoS (Liquid Crystal on Silicon)微显示芯片属于反射式LCD(Liquid Crystal Display)，因此同LCD一样，LCoS微显示芯片只对偏振光产生调制作用，被调制后的出射光也是偏振光。由LCoS微显示芯片与偏振分光装置构成的LCoS投影光机具有光效率高、分辨率好、对比度高、成本低、体积小以及容易大规模生产等优点，但是这种LCoS投影光机只能投影普通平面图像，不具备投影立体画面的功能。

 

发明内容

技术问题： 本发明的目的在于提供一种硅基液晶立体投影光机，它可实现彩色图像的立体显示，具有结构简单、对比度高、光利用率高、成本低等特点。

本发明进一步的目的在于提供一种可在三维立体彩色投影显示和平面二维彩色投影显示之间互相切换的光机。

技术方案： 本发明的硅基液晶立体投影光机，包括光源、第一偏振分光装置、第二偏振分光装置、第一硅基液晶微显示芯片、第二硅基液晶微显示芯片、半波片、表面贴有四分之一波片的第一反射镜、表面贴有四分之一波片的第二反射镜、投影物镜。其中，

光源、第一偏振分光装置、半波片、第二偏振分光装置、投影物镜的中心光轴线顺序设置在同一条中心光轴线上，即半波片设置在第一偏振分光装置、第二偏振分光装置之间，光源位于第一偏振分光装置的入射面处，投影物镜位于第二偏振分光装置的出射面处；第一硅基液晶微显示芯片、第一反射镜位于第一偏振分光装置中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第二硅基液晶微显示芯片、和第二反射镜位于第二偏振分光装置中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第一硅基液晶微显示芯片和第二反射镜位于同一侧面，第一反射镜和第二硅基液晶微显示芯片位于另一侧面。

所述第一硅基液晶微显示芯片、第二硅基液晶微显示芯片是彩色滤光型硅基液晶微显示芯片。

所述第一偏振分光装置和第二偏振分光装置堆叠平行放置，且第一偏振分光膜与第二偏振分光膜平行。

第一反射镜和第二反射镜的表面贴有四分之一波片。

所述第一硅基液晶微显示芯片与表面贴有四分之一波片的第一反射镜分别位于所述第一偏振分光装置平行相对的两个侧面，并且表面贴有四分之一波片的第一反射镜能够首先接收从第一偏振分光膜反射的光源光。

第一硅基液晶微显示芯片、第二硅基液晶微显示芯片为基色相同的彩色滤光型硅基液晶微显示芯片。

所述立体投影光机还包括位置调节机构，用于当所述光机用于普通平面投影显示时，微调所述第一硅基液晶微显示芯片、第二硅基液晶微显示芯片的位置以使得所述微显示芯片的对应像素的成像位置重合。

所述光源为白色单色光源或者为由红、绿、蓝三色LED芯片组组成的光源。

所述光源为激光光源，且所述激光光源为白色单色光源或者为由红、绿、蓝三色激光灯组成的光源。

所述第一偏振分光装置、第二偏振分光装置为线栅偏振分光片或偏振分光棱镜。

当所述两片微显示芯片的输入图像信息分别对应左右眼视角时，上述本发明的LCoS立体投影光机可以实现彩色立体投影显示；当所述两片微显示芯片的输入图像信息相同时，则可以实现二维平面彩色投影显示。

本发明的硅基液晶立体投影光机中，两片LCoS微显示芯片、两个表面贴有四分之一波片的反射镜、偏振分光装置以及半波片的排列位置必须保证入射到LCoS微显示芯片上以及从LCoS微显示芯片反射的成像光线均分别两次经过了偏振分光膜，并且一次为反射一次为透射。以保证最终出射的S线偏振光和P线偏振光图像的对比度平衡。

本发明的硅基液晶立体投影光机中，在LCoS微显示芯片的表面贴上四分之一波片还可以进一步提高图像的对比度，改善像质。

有益效果：本发明具有如下有益效果：与背景技术相比，本发明主要采用两片LCoS微显示芯片和两个偏振分光装置实现了图像的彩色立体显示。光机结构简单、成本低，图像质量好。并且可以方便的在彩色三维立体显示模式和二维平面显示模式间自由切换。

 

附图说明

图1为本发明的一个实施例的示意图。

图2为本发明的另一个实施例示意图。

图中有：光源1、第一偏振分光装置2、第一偏振分光膜22、第一反射镜3、第一硅基液晶微显示芯片4、半波片5、第二偏振分光装置6、第二偏振分光膜23、第二硅基液晶微显示芯片7、第二反射镜8、投影物镜9、第一四分之一波片10、第二四分之一波片11。

第一路径第一线S偏振光13、第一路径第二线P偏振光19、第一路径第三线S偏振光20、第一路径第四线P偏振光21；第二路径第一线P偏振光14、第二路径第二线S偏振光15、第二路径第三线P偏振光16、第二路径第四线S偏振光17、成像光束19。

 

具体实施方式

下面结合附图详细阐述本发明，但描述并不限制本发明的内容。

图1是本发明硅基液晶立体投影光机的一个实施例。

光源1、第一偏振分光装置2、半波片5、第二偏振分光装置6、投影物镜9的中心光轴线顺序设置在同一条中心光轴线上，即半波片5设置在第一偏振分光装置2、第二偏振分光装置6之间，光源1位于第一偏振分光装置2的入射面处，投影物镜9位于第二偏振分光装置6的出射面处；第一硅基液晶微显示芯片4、第一反射镜3位于第一偏振分光装置2中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第二硅基液晶微显示芯片7、和第二反射镜8位于第二偏振分光装置6中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第一硅基液晶微显示芯片4和第二反射镜8位于同一侧面，第一反射镜3和第二硅基液晶微显示芯片7位于另一侧面。

光源是LED光源，可以为白色单色光源或者为由红、蓝、绿三色LED芯片组组成的光源。第一硅基液晶微显示芯片4和第二硅基液晶微显示芯片7可以是中国专利No.01113471.2和No.02217356.0中所描述的带有微型分色滤光片的硅基液晶反射式彩色微显示芯片。两个偏振分光装置即第一偏振分光装置2和第二偏振分光装置6堆叠平行放置且两偏振分光膜即第一偏振分光膜22、第二偏振分光膜23平行。半波片5位于两偏振分光装置的结合面处。表面贴有四分之一波片的第一反射镜3和第一LCoS微显示芯片4分别位于与第一偏振分光装置2的出光面相邻的两面，且反射镜3能首先接收偏振分光装置2反射的来自光源的光。表面贴有四分之一波片的第二反射镜8和第二LCoS微显示芯片7分别位于与第二偏振分光装置6的出光面相邻的两面，且第一硅基液晶微显示芯片4和第二硅基液晶微显示芯片7分别位于分光装置的两侧。可以分别输入相应于左右眼视角的立体图像信息。

当来自光源的照明光12入射到偏振分光装置2上时，光在偏振分光膜22处发生反射和透射，而被分成两个路径（图中虚线和实现部分）。被反射的第一路径第一线S线偏振光13入射到第一反射镜3上，方向旋转90°后从第一反射镜3反射回第一偏振分光装置2，从而透射过偏振分光膜入射到第一LCoS微显示芯片4上。入射到第一LCoS微显示芯片4上的第一路径第二线P偏振光19被调制后，部分带有彩色图像信息的线偏振光被反射且偏振方向旋转90°再次入射到偏振分光装置2上，从而被偏振分光膜反射出分光装置。第一路径第三线S偏振光20从偏振分光装置2出射后经过半波片5方向再次旋转90°（成为第一路径第四线P偏振光21）入射到偏振分光装置6并透射过其偏振分光膜，最后进入投影物镜。

透射过偏振分光膜22的第二路径第一线P偏振光14经过半波片5方向旋转90°（成为第二路径第二线S偏振光15）进入偏振分光装置6。第二路径第二线S偏振光15被分光装置6的偏振分光膜23反射到第二LCoS微显示芯片7上，经过调制后部分带有彩色图像信息的线偏振光被反射回第二偏振分光装置6且方向旋转90°，该束第二路径第三线P偏振光16透射过偏振分光膜入射到表面贴有四分之一波片的第二反射镜8上，反射镜8将其反射回偏振分光装置6且方向旋转90°成为第二路径第四线S线偏振光17而被偏振分光膜反射出第二偏振分光装置6。

最后从偏振分光装置出射的第二路径第四线S线偏振光17和第一路径第四线P偏振光21合成一束成像光束18后经投影物镜放大成像而作投影显示用。这样投影图像的一部分光是经第一LCoS微显示芯片4调制的P线偏振光，另一部分是经第二LCoS微显示芯片7调制的S线偏振光。如果观看者戴上由偏振方向相互垂直的偏振片制成的偏光眼镜且镜片方向分别与P线偏振光和S线偏振光平行，则观看者的两只眼睛就分别只能看到P线偏振光图像和S线偏振光图像。在第一硅基液晶微显示芯片4、第二硅基液晶微显示芯片7上输入对应于左右眼视角的立体图像信息的情况下，观看者的左右眼睛就可以分别看到对应该视角的图像，从而形成立体视觉。

当两片LCoS微显示芯片上的图像信息完全相同的时候，可以通过位置调节机构（未示出）来调整两片LCoS微显示芯片的位置，使两芯片对应的像素的投影图像完全重合。当在最初组装时，若已保证两芯片的对应像素的投影图像完全重合，则两芯片的位置可以固定而不需要调节装置。这时，观看者不必戴眼镜就可以观看到二维平面显示图像。

由于本硅基液晶立体投影光机不需要预起偏器件，不同的偏振光都得到了利用，因而可以有效提高系统的光学效率。

对于现有的常规偏振分光装置的偏振分光膜，其透射光和反射光的消光比是不同的，通常透射光的消光比（可大于1000：1）远远大于其反射光的消光比（约几十比一）。本发明中为了提高图像的对比度，使入射到LCoS微显示芯片上以及从LCoS微显示芯片反射的成像光线均分别两次经过了偏振分光膜，并且一次为反射一次为透射，使得图像的对比度大大提高，且保证了最终出射的两线偏振光的消光比非常平衡，从而使合成后的成像光束总体上的消光比达到最佳。

另外，由于光源入射光不是完全平行，宽角度入射光和斜射光在偏振分光膜上会产生偏振状态的几何旋转，为了校正这一效应，还可以在LCoS微显示芯片表面贴上四分之波片，以保证系统的对比度，如图2所示的本发明硅基液晶立体投影光机的一个实施例。

以上结合附图详细的描述了根据本发明优选实施例的装置及方法。然而，本领域技术人员很清楚，在不背离本发明的精神和范围的情况下，能对其做出各种修改和变化。因此，对实施例的详细说明和附图应被视为说明性的而不是限制性的。本发明的范围应有权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种硅基液晶立体投影光机，包括光源（1）、第一偏振分光装置（2）、第二偏振分光装置（6）、第一硅基液晶微显示芯片（4）、第二硅基液晶微显示芯片（7）、半波片（5）、第一反射镜（3）、第二反射镜（8）、投影物镜（9），其特征在于：

光源（1）、第一偏振分光装置（2）、半波片（5）、第二偏振分光装置（6）、投影物镜（9）的中心光轴线顺序设置在同一条中心光轴线上，即半波片（5）设置在第一偏振分光装置（2）、第二偏振分光装置（6）之间，光源（1）位于第一偏振分光装置（2）的入射面处，投影物镜（9）位于第二偏振分光装置（6）的出射面处；第一硅基液晶微显示芯片（4）、第一反射镜（3）位于第一偏振分光装置（2）中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第二硅基液晶微显示芯片（7）、和第二反射镜（8）位于第二偏振分光装置（6）中所述中心光轴线的两侧且平行相对；第一硅基液晶微显示芯片（4）和第二反射镜（8）位于同一侧面，第一反射镜（3）和第二硅基液晶微显示芯片（7）位于另一侧面。

2.  如权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于，所述第一硅基液晶微显示芯片（4）、第二硅基液晶微显示芯片（7）是彩色滤光型硅基液晶微显示芯片。

3.如权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述第一偏振分光装置（2）和第二偏振分光装置（6）堆叠平行放置，且第一偏振分光膜（22）与第二偏振分光膜（23）平行。

4.如权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于第一反射镜（3）和第二反射镜（8）的表面贴有四分之一波片。

5.如权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述第一硅基液晶微显示芯片（4）与表面贴有四分之一波片的第一反射镜（3）分别位于所述第一偏振分光装置（2）平行相对的两个侧面，并且表面贴有四分之一波片的第一反射镜（3）能够首先接收从第一偏振分光膜（22）反射的光源光（13）。

6.如权利要求1或2所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于第一硅基液晶微显示芯片（4）、第二硅基液晶微显示芯片（7）为基色相同的彩色滤光型硅基液晶微显示芯片。

7.如权利要求1或2所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述立体投影光机还包括位置调节机构，用于当所述光机用于普通平面投影显示时，微调所述第一硅基液晶微显示芯片（4）、第二硅基液晶微显示芯片（7）的位置以使得所述微显示芯片的对应像素的成像位置重合。

8.根据权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述光源（1）为白色单色光源或者为由红、绿、蓝三色LED芯片组组成的光源。

9.根据权利要求1所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述光源（1）为激光光源，且所述激光光源为白色单色光源或者为由红、绿、蓝三色激光灯组成的光源。

10.根据权利要求1或3所述的硅基液晶立体投影光机，其特征在于所述第一偏振分光装置（2）、第二偏振分光装置（6）为线栅偏振分光片或偏振分光棱镜。

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