TWI356191B - Optical system for stereo projection - Google Patents

Description

1356191 100年07月2'2日核正替換頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明關於一種投影光學系統，尤其係一種具有高對比 度之立體投影光學系統。 【先前技術】 [0002] 近年來，圖像投影儀，尤其數位投影儀，作為向觀眾顯 示多種訊息之工具已經逐漸流行。一般，這些投影儀用 於將由電腦生成之圖像投影到螢幕上。對觀看者來說， 圖像投影儀投影之圖像通常看起來係平面二維圖像，除 圖像本身外無法顯示任何圖像景深訊息。這種顯示可以 適用於顯示多種訊息。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之景深或結 構特徵之投影儀。 [0003] 使二維顯示之圖像能給出圖像景深之一種方式係通過立 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 〇 的、疊合的左眼及右眼圖像，這些圖像設置成模仿人之 左右眼觀看時，由於人眼睛間隔引起之三維物體表面之 微小差別，而具有之景深圖像。左眼及右眼圖像係這樣 來顯示，即觀看者之右眼看不到左眼圖像，左眼看不到 右眼圖像。這磕顯示方式一般借助於觀看者佩戴之光學 濾光鏡。 [0004] 通常顯示立體圖像之方式係使用兩個分開之圖像投影系 統分別來投影左眼圖像及右眼圖像。而這種系統在成功 地用於形成立體圖像之同時，系統之成本和重量則比單 096136371 表單編號A0101 第3頁/共14頁 1003267165-0 1356191 - 100年.07月日修正替&頁 個投影儀要高很多。而且，兩個投影儀要求光學對準相 對困難並比較費時。還有，由於這兩個系統之重量及體 積，使這種系統在兩個位置之間移動起來特別困難，還 有存在潛在之圖像對準之問題。 【發明内容】 [0005] 有鑒於此，有必要提供一種能夠提高對比度之立體投影 光學系統。 [0006] —種立體投影光學系統，其包括依光路設置之： [0007] 一圖像吸收器，用於接收入射光，對該入射光進行調制 β 並載入空間訊息，並出射經調制並載入有空間訊息之偏 振方向垂直之第一偏振光及第二偏振光； [0008] —穿透式光調制器，設置於所述圖像吸收器出射之第一 偏振光之出射光路上，該穿透式光調制器具有開啟及截 止兩個交替之工作狀態，該穿透式光調制器處於開啟狀 態時，所述第一偏振光穿過所述穿透式光調制器，該穿 透式光調制器處於截止狀態時，所述穿ιέ式光調制器將 | 入射的所述第一偏振光調制為第二偏振光並出射。 [0009] 上述立體投影光學系統使用時可通過為穿透式光調制器 輸入訊號使得該穿透式光調制器具有開啟及截止兩個交 替之工作狀態，使得觀看者之左、右眼交替獲得不同偏 振狀態之影像，當該輸入訊號之頻率足夠快時，觀看者 之左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直之兩片偏振片，就 可以觀察到立體之圖像訊息。 【實施方式】 096136371 表單编號Α0101 第4頁/共14頁 1003267165-0 1356191

100^.07¾ 22B 圆下&縣切圖，舉以下純實施例並配合圖式詳細描 ' 述如下。 [0011] 清參閱圖1及圖2，為本發明提供之第一實施例之立體投 影光學系統100之結構示意圖。該立體投影光學系統100 包括沿光路方向依次設置之一光源組件11 ' 一圖像吸收 器12、一設置於所述圖像吸收器12出射光路上之穿透式 光調制器14以及一投影鏡頭15。 [0012] 所述光源組件11包括依光路設置之一照明光源111、一色 輪112以及—積分器113。所述照明光源ill發射包括顯 示彩色圖像所需之紅光（1〇、綠光（G)及藍光（B)之白光 。該光源11可以為鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙燈或LED等 。在本實施例中，該光源丨丨為南素燈。所述色輪U2包括 紅、綠、藍三色區’其可在電機（圖未示）的帶動下高速 旋轉’以給投影光路配以各種色彩。所述積分器113用來 &均勻化及有效地使用光源11發出之光。 [0013] 所述圖像吸收器12包括依光路設置之一偏振分束器121及 一反射式空間光調制器122。所述偏振分束器 (Polarization Beam Splitter, PBS) 121 用於將來 自光源元件11之非偏振光變成第一偏振光及第二偏振光 ，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121反射，而P偏振 光透過該偏振分束器121。該偏振分束器121可以為金屬 柵格型偏振片（Wire Grid Polarizer，簡稱WGP偏振片 )，也可以為偏振分光棱鏡’在本實施例中，該偏振分束 器121為偏振分光棱鏡。該偏振分束器121根據對S偏振光 096136371 表單編號 A0101 第 5 頁/共 14 頁 1003267165-0 1356191 10+0+‘07月 ’修胃 和P偏振光之作用不同，可以分為反射S偏振光而透過卩偏 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23反射S偏振光，而可以讓P偏 振光透過。 [0014] 所述反射式空間光調制器122可以為矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCoS)顯示面板。該矽基液晶 顯示面板工藝結構結合了液晶技術與半導體積體電路技 術。LCoS面板利用半導體製程製作驅動面板，然後在電 晶體上採用研磨技術磨平，並鍍上鋁或銀等當作反射鏡 ，形成CMOS基板，再將CMOS基板與含有透明電極的玻璃 基板貼全後灌入液晶分子並封裝測試，形成LCoS面板。 LCoS面板通過控制光的偏振狀態來調制入射光並給入射 光加入空間訊息，形成包括該入射光及該空間訊息經過 調制之出射光。所述空間訊息可以為該LCoS所載入之控 制訊號電壓，該控制訊號電壓直接控制薄膜電晶體乏開 關狀態，再利用該薄膜電晶體來控制所述液晶分子之偏 轉狀態，而液晶分子具有明顯之光學各向異性，能夠控 制來自入射光之光線，從而實現為入射光載入圖像訊號 之目的。在本實施例中，該反射式空間光調制器122對S 偏振光進行調制並載入空間訊息，並將經調制及載入有 空間訊息之P偏振光反射出去，該P偏振光透過偏振分束 器121並發射出去。 [0〇15] 所述穿透式光調制器14可以為液晶顯示裝置（Liquid

Crystal Dispaly，LCD)。通過為該穿透式光調制器14 輪入脈衝訊號來控制該穿透式光調制器14之開啟與截止 096136371 表單编號A0101 第6頁/共14頁 1003267165-0 I35j6191 100年07.为左B :修正替換頁 。如圖3所不，為輪入穿透式光調制器“之輸入訊號以及 相對於左右眼輸出光之偏振狀態之波形圖。在本實施例 中，所述穿透式光謂制器14按照圖3所示之輸入訊號波形 圖開啟或截止’從而交替為左右眼提供不同偏振方向的S 偏振光及P偏振光。當為該穿透式光調制器輪入該訊號時 ，邊穿透式光調制器14便可交替輪出§偏振光或p偏振光 以提供觀看者左右眼之不同偏振方向之光。可以理解的 是，該輸入訊號之週期係可以調整的。通過穿透式光調 制器14之開啟與截止可以控制所輸入偏振光之偏振方向 ，在本實施例中，輸入穿透式光調制器14的係p偏振光， 下以P偏振光為例，來說明該穿透式光調制器14的作用原 理。當然，可以想到的是，對S偏振光之作用係與p偏振 光相同。 [0016] 在该穿透式光調制器14開啟時，如圖1所示，該p偏振光 直接穿過該穿透式光調制器14而不會對該P偏振光之偏振 狀態進行調制。但是，在穿透式光調制器14截止時，如 圖2所示，就會對穿過之P偏振光進行調制，即把輸入之p 偏振光調制為S偏振光輸出，從而可以交替地為觀看者提 供左右眼之不同偏振方向之光。 [0017] 所述投影鏡頭15設置於穿透式光調制器14之出射光之光 路上，用於將出射光所形成之圖像放大，並將放大之圖 像投影到螢幕（圖未示）上。 [0018] 圖4為本發明提供之第二實施例之立體投影光學系統200 之結構示意圖。該立體投影光學系統200包括沿光路方向 依次設置之一光源組件21、一圖像吸收器22，一設置於 096136371 表單編號 A0101 第 7 頁/共 14 頁 100326Ή65-0 1356191 所述圖像吸收器22出射光略上 一投影鏡頭25。 年.07月.☆日接 之穿透式光調制器24以及 [0019] 該第二貫狍例興第 同在於所述圖像 22之組成結構不同，第二實施 收器 之圖像吸收器22包括一 偏振分東器221及一穿透式空p 匕枯 光調制器222。該穿透式 空間光調制器222可以為液晶& _ 穿逐八 "尔裝置（Liquid Crystal Dispaly， LCD) 。 所述变 . 遷式空間光調制器222通 過控制輸入光之偏振狀態來詷在丨 入射光並給入射光加入 空間訊息’形成包括該空間铀自 心之經過調制之出射光。 所述空間訊息可以為所料透式”光則彳以22所載乂 的控制訊號電壓，雜制訊_壓直接控制_電晶體 之開關狀態’制㈣薄_晶體來控制所錢晶分子 之偏轉狀態’而液晶分子具有明顯之光學各向異性能

夠控制來自人射光之S線，從而實現為人射光栽入圖像 訊號之目的。在本實施例中，該所述穿透式空間光調制 器222對入射之S偏振光進行調制，並在所述s偏振光上疊 加空間訊息’以產生一包括空間訊息之出射光，即包括 有空間訊息之P偏振光。該P偏振光穿過該穿透式空間光 調制器222後發射出去。而該P偏振光或S偏振光在其他光 學元件如穿透式光調制器24中之傳輸光路相同。

[0020] 上述立體投影光學系統使用時可通過為穿透式光調制器 輸入訊號使得該穿透式光調制器具有開啟及截止兩個交 替之工作狀態，使得觀看者之左、右眼交替獲得不同偏 振狀態之影像，當該輸入訊號之頻率足夠快時，觀看者 之左右眼分別戴上檢偏方向相互垂直之兩片偏振片，就 096136371 表單編號A0101 第8頁/共Η頁 1003267165-0 ‘1356191 100年.07月22日修正替換頁 可以觀察到立體之圖像訊息。 [0021] 综上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利 申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本 發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技 藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆 應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】

[0022] 圖1係本發明第一實施例之立體投影光學系統在所述穿透 式光調制器開啟時之結構示意圖。 [0023] 圖2係本發明第一實施例之立體投影光學系統在所述穿透 式光調制器截止時之結構示意圖。 [0024] 圖3係圖1的所述穿透式光調制器之輸入訊號以及相對於 左右眼輸出之光之偏振狀態之波形圖。 [0025] 圖4係本發明提供之第二實施例之立體投影光學系統之結 構示意圖。 φ 【主要元件符號說明】 [0026] 立體投影光學系統：100、200 [0027] 光源組件：11、21 [0028] 照明光源：111 [0029] 色輪：11 2 [0030] 積分器：11 3 [0031] 圖像吸收器：12、22 096136371 表單編號A0101 第9頁/共14頁 1003267165-0 1356191 . ^. 100年.07月左日-修正齊被頁 [0032] 偏振分束器：121、221 [0033] 穿透式光調制器：14、24 [0034] 投影鏡頭：15、25 [0035] 反射式空間光調制器：122、222 096136371 表單編號A0101 第10頁/共14頁 1003267165-0

Claims (1)

1. Ido年07月2:2曰修正替換頁 135.6191 七、申請專利範圍： 1 . 一種立體投影光學系統，其包括沿光路設置的： 一圖像吸收器，用於接收入射光，對該入射光進行調制並 載入空間訊息，並出射經調制並載入有空間訊息之偏振方 向垂直之第一偏振光及第二偏振光； 一穿透式光調制器，設置於所述圖像吸收器出射之經調制 並載入有空間訊息之第一偏振光之出射光路上，該穿透式 光調制器具有開啟及截止兩個交替之工作狀態，該穿透式 光調制器按照圖輸入脈衝訊號開啟或截止，該穿透式光調 制器處於開啟狀態時，所述經調制並載入有空間訊息之第 一偏振光穿過所述穿透式光調制器，該穿透式光調制器處 於截止狀態時，所述穿透式光調制器將入射之所述經調制 並載入有空間訊息之第一偏振光調制為第二偏振光並出射 2 .如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其中， 所述立體投影光學系統還包括一光源組件，設置於圖像吸 收器之入射光路上，用於發射包括顯示彩色圖像所需之紅 光、綠光及藍光及白光。 3 .如申請專利範圍第2項所述之立體投影光學系統，其中， 所述光源組件包括依光路依次設置之一照明光源、一設置 於該照明光源之出射光路上之色輪以及一設置於該色輪之 出射光路上之積分器。 4 .如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其中， 所述穿透式光調制器為液晶顯示裝置。 5 .如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其中， 096136371 表單編號A0101 第11頁/共14頁 1003267165-0 1356191 100年.07月左日核正#頁 所述圖像吸收器包括依光路設置之一偏振分束器以及一反 射式空間光調制器。 6 .如申請專利範圍第5項所述之立體投影光學系統，其中， 所述偏振分束器為金屬柵格型偏振片。 7 .如申請專利範圍第5項所述之立體投影光學系統，其中， 所述偏振分束器為偏振分光棱鏡。 8 .如申請專利範圍第5項所述之立體投影光學系統，其中， 所述反射式空間光調制器為矽基液晶面板。 9 .如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其中， 所述圖像吸收器包括依光路設置之一偏振分束器以及一穿 I 透式空間光調制器。 10 .如申請專利範圍第9項所述之立體投影光學系統，其中， 所述偏振分束器為金屬柵格型偏振片。 11 .如申請專利範圍第9項所述之立體投影光學系統，其中， 所述偏振分束器為偏振分光棱鏡。 12 .如申請專利範圍第9項所述之立體投影光學系統，其中， 所述穿透式空間光調制器為一載入有空間訊息之液晶顯示 | 裝置。 13 .如申請專利範圍第1項所述之立體投影光學系統，其中， / 所述立體投影光學系統還包括一設置於所述穿透式空間光 調制器出射光方向上之投影鏡頭，用於將出射光所形成之 圖像放大。 096136371 表單編號A0101 第12頁/共14頁 1003267165-0