3d投影系統及控制方法

3d投影系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種3D投影系統，包括用于依時序顯示具有視差的左眼圖像和右眼圖像的顯示屏、用于將所述顯示屏顯示的左眼圖像或右眼圖像光線分為傳播方向不同的且偏振方向不同的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振光分光器件、用于將所述第一偏振光線的傳播方向調整為與所述第二偏振光線的傳播方向一致的反射鏡、用于將所述所述第一偏振光線的光程調整為與所述第二偏振光線的光程一致的光程調整器件、以及用于將傳播方向一致的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振態調整為偏振狀態一致的偏振轉換器件。本發明3D投影系統具有圖像質量高、功耗低的優點。本發明還提供一種應用于上述3D投影系統的控制方法。
【專利說明】3D投影系統及控制方法
【【技術領域】】
[0001]本發明屬于光學投影領域，尤其涉及一種3D投影系統及應用于所述3D投影系統的控制方法。
【【背景技術】】
[0002]人的左眼和右眼有間距，造成兩眼的視角存在細微的差別，這樣的差別會讓左眼和右眼分別觀察的景物有略微的視差，從而在人的大腦中形成立體(3D)圖像。
[0003]目前3D顯示系統包括較為先進的一種技術為3D投影系統，現有技術中的3D投影系統由于將顯示光線偏振化會降低顯示畫面的亮度，不可避免的降低了顯示畫面的質量和用戶體驗。為了輸出足夠亮度的畫面，通常只能通過提高投影系統的發光元件的亮度來實現，這又提高了投影系統的功耗，并降低了重要的發光元件的的壽命。
[0004]因此，如何在不增加功耗并保持重要發光元件的壽命的情況下，提高3D投影系統的亮度和顯示效果成為業內亟待解決的問題。
【
【發明內容】
】
[0005]本發明提供一種一種3D投影系統，包括:顯示屏，用于依時序顯示具有視差的左眼圖像和右眼圖像；偏振光分光器件，設置于所述顯示屏出光面，用于接收所述顯示屏顯示的左眼圖像和右眼圖像光線，并將所述左眼圖像或右眼圖像光線分為傳播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光線和第二偏振光線；反射鏡，設置于所述第一偏振光線的光路上，用于將所述第一偏振光線和第二偏振光線的傳播方向調整為同一方向；光程調整器件，設置于所述第二偏振光線的光路上，用于將所述第一偏振光線和第二偏振光線的光程調整為一致；偏振轉換器件，設置于所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的光路上，用于將傳播方向、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振態調整為一致，并輸出至外部投影屏眷。
[0006]根據本發明的一優選實施例，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述偏振轉換器件將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第一偏振方向，當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述偏振轉換器件將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第二偏振方向。
[0007]根據本發明的一優選實施例，所述第一偏振方向垂直于所述第二偏振方向。
[0008]根據本發明的一優選實施例，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件和第二偏振轉換器件，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件將所述第二偏振光線的偏振方向調整與所述第一偏振光線的偏振方向一致；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第二偏振轉換器件保持所述第二偏振光線的偏振方向，所述第一偏振轉換器件將所述第一偏振光線的偏振方向調整與所述第二偏振光線的偏振方向一致。
[0009]根據本發明的一優選實施例，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件、第二偏振轉換器件和第三偏振轉換器件，所述第三偏振轉換器件將第二偏振光線的偏振方向調整為與所述第一偏振光線的偏振方向一致，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件保持經所述第三偏振轉換器件調整后的第二偏振光線的偏振方向；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第一偏振轉換器件將所述第一偏振光線的偏振方向旋轉±90度，所述第二偏振轉換器件將經所述第三偏振轉換器件調整后的第二偏振光線的偏振方向旋轉±90度。
[0010]根據本發明的一優選實施例，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件、第二偏振轉換器件和第三偏振轉換器件，所述第三偏振轉換器件將第一偏振光線的偏振方向調整為與所述第二偏振光線的偏振方向一致，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持經所述第三偏振轉換器件調整后的所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件保持所述第二偏振光線的偏振方向；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第一偏振轉換器件將經所述第三偏振轉換器件調整后的所述第一偏振光線的偏振方向旋轉±90度,所述第二偏振轉換器件將所述第二偏振光線的偏振方向旋轉±90度。
[0011]根據本發明的一優選實施例，所述偏振光分光器件為PBS板,所述第一偏振光線為所述PBS板輸出的P光，所述第二偏振光線為所述PBS板輸出的S光。
[0012]根據本發明的一優選實施例，所述光程調整器件包括具有相同焦距的凸透鏡和凹透鏡，通過調整所述所述凸透鏡和凹透鏡之間的距離，調整通過所述凸透鏡和凹透鏡的第一偏振光線的光程。
[0013]根據本發明的一優選實施例，所述顯示屏為DLP顯示屏。
[0014]本發明還提供一種3D投影系統的控制方法，包括:顯示左眼圖像；將左眼圖像光線轉換為傳播方向一致、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線；將所述左眼圖像的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向均調整為第一偏振方向并輸出；顯不右眼圖像；將右眼圖像光線轉換為傳播方向一致、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線；將所述右眼圖像的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向均調整為第二偏振方向并輸出，所述第二偏振方向垂直垂直于所述第二偏振方向。
[0015]相較于現有技術，所述3D投影系統在顯示任意的左眼圖像或右眼圖像時，從顯示屏輸出的光線轉換為偏振方向相互垂直的第一偏振光線和第二偏振光線，通過光程調整及偏振態的調整后，均能以單一的偏振態投射在屏幕上，即，任意圖像的亮度幾乎沒有受到損失，以接近所述顯示屏的出光亮度到達透射到所述屏幕上，保持了原圖像的亮度，提高了顯示效果并降低了 3D投影系統的功耗，同時也提高了投影儀中重要的發光元件的使用壽命。另外，由于第一偏振光經過了所述光程調整器件的光程調整，使第一偏振光線和第二偏振光線的光程一致，避免了第一偏振光線和第二偏振光線的光程不一致而影響顯示效果，從而給用戶帶來良好的3D視覺體驗。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]圖1是本發明提供的3D投影系統的一實施例的結構及光路示意圖；
[0017]圖2是本發明提供的3D投影系統的一實施例的另一種光路示意圖；
[0018]圖3是本發明提供的3D投影系統另一實施例的結構示意圖；
[0019]圖4是本發明提供的3D投影系統另一實施例的結構示意圖。【【具體實施方式】】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0021]請參閱圖1，圖1為本發明提供的3D投影系統的一實施例的結構示意圖，該3D投影系統100包括顯示屏11、偏振光分光器件12、光程調整器件10，反射鏡15以及偏振轉換器件160。所述3D投影系統100將3D立體圖像投影到屏幕18上，用戶通過3D眼鏡可觀測到3D圖像。
[0022]更具體的，所述顯示屏11用于依時序顯示具有視差的左眼圖像L和右眼圖像R。一般的，所述顯示屏11顯示的圖像為自然光或非偏振化光。所述顯示屏11可以DLP (DigitalLight Process1n)顯示屏或者出射光線為自然光的顯示屏，此處不做具體限制。
[0023]所述偏振光分光器件12設置在所述顯示屏11的出光面，用于將所述顯示屏11顯示的左眼圖像L或右眼圖像R的自然光線分為傳播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光線和第二偏振光線，優選的，所述第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向垂直。本實施例中，所述偏振光分光器件12為PBS (Polarizing Beam Splitter)板,將所述顯示屏11產生的光線分為沿原光路方向傳播的P型線偏振光(簡稱P光)和垂直于原光路方向S型線偏振光(簡稱S光),其中P光和S光的偏振方相互垂直,如圖1所不。所述第一偏振光線對應所述PBS板輸出的P光，所述第二偏振光線對應所述PBS板輸出的S光。其中，S光被所述反射鏡15反射后改變傳播方向與P光的傳播方向一致。
[0024]在其他實施方式中，所述偏振光分光器件12還可以是PBS棱鏡等形式的偏振分光裝置，在此不做具體限定。
[0025]所述光程調整器件10用于調整所述所述第一偏振光線的光程與所述第二偏振光線的光程一致。本實施例中，所述光程調整器件10為具有相同焦距的凸透鏡13和凹透鏡14組合，其設置在所述第一偏振光線光路上，通過調整凸透鏡13和凹透鏡14之間的距離，可以延長或縮短所述第一偏振光線的光程，使其與所述第二偏振光線的光程一致。
[0026]偏振轉換器件16設置在所述第一偏振光線和第二偏振光線的光路上,其用于將傳播方向一致的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振態調整為一致。具體的，當所述顯示屏11顯示左眼圖像L時，所述偏振轉換器件16將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第一偏振方向；當所述顯示屏11顯示右眼圖像R時，所述偏振轉換器件16將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第二偏振方向。
[0027]本實施例中,所述偏振轉換器件16包括第一偏振轉換器件161和第二偏振轉換器件162。當所述顯示屏11顯示左眼圖像L時，所述第一偏振轉換器件161保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件162將所述第二偏振光線的偏振方向調整與所述第一偏振光線的偏振方向一致；當所述顯示屏11顯示右眼圖像R時，所述第二偏振轉換器件162保持所述第二偏振光線的偏振方向,所述第一偏振轉換器件161將所述第一偏振光線的偏振方向調整與所述第二偏振光線的偏振方向一致。
[0028]所述第一偏振轉換器件161和第二偏振轉換器件162可以是扭曲向列型液晶盒或其他偏轉轉換器件，液晶盒用于調整偏振光的偏振方向已為本領域內技術人員所熟知，在此不做贅述。
[0029]以下詳細介紹3D投影系統100的工作原理:
[0030]如圖1所示，在Tl時間，所述顯示屏11顯示左眼圖像L，左眼圖像L光線經過所述偏振光分光器件12 (PBS板)后,分為偏振方向相互垂直的P光和S光，P光沿原光路傳播，S光沿垂直遠光路的方向傳播,經過所述反射鏡15的反射后,傳播方向與P光傳播方向一致。P光經過所述光程調整器件16調整光程后，P光和S光具有相同的光路和相位，分別同時傳播到所述第一偏振轉換器件161和第二偏振轉換器件162,通過控制所述第一偏振轉換器件161和第二偏振轉換器件162，使通過所述第一偏振轉換器件161的P光的偏振方向保持不變，通過第二偏振轉換器件162的S光的偏振方向旋轉90度,從而與P光的偏振方向一致。然后偏振方向一致的P光和S光(即左眼圖像L光線)同時傳播到屏幕18上。
[0031]如圖2所示，T2時間，所述顯示屏11顯示右眼圖像R，所述右眼圖像R的光路及控制與左眼圖像L的光路及控制相似，不同之處在于，當代表右眼圖像R的P光和S光分別傳播到所述第一偏振轉換器件161和第二偏振轉換器件162時，通過控制，使通過所述第二偏振轉換器件162的S光的偏振方向保持不變,通過第一偏振轉換器件161的P光的偏振方向旋轉90度,從而與S光的偏振方向一致。然后偏振方向一致的P光和S光(即右眼圖像R光線)同時傳播到屏幕18上。
[0032]T1+T2為一個完整的3D圖像幀，通過3D眼鏡等分光裝置，使Tl時刻的左眼圖像L僅能傳播到用戶左眼中，T2時刻的右眼圖像R僅能傳播到用戶右眼中，則用戶可在大腦中形成該幀圖像的3D畫面。上述周期循環往復，用戶可觀看到動態3D畫面。
[0033]相較于現有技術，所述3D投影系統100在顯示任意的左眼圖像L或右眼圖像R時，從顯示屏11輸出的光線分成P光和S光后，通過光程調整及偏振態的調整后，均能以單一的偏振態投射在屏幕18上，即，任意圖像的亮度幾乎沒有受到損失，以接近所述顯示屏11的出光亮度到達透射到所述屏幕上18，保持了原圖像的亮度，提高了顯示效果并降低了 3D投影系統100的功耗，同時也提高了投影儀中重要的發光元件的使用壽命。另外，由于P光經過了所述光程調整器件10的光程調整，使P光與S光的光程一致，避免了 P光、S光的光程不一致而影響顯示效果，從而給用戶帶來良好的3D視覺體驗。
[0034]請參閱圖3，圖3是本發明提供的3D投影系統另一實施例的結構示意圖。由于本實施例的3D投影系統200與圖1所示的第一實施例中的3D投影系統100結構類似，圖3僅對其主要不同之處進行標示和說明。與圖1所示的3D投影系統100相比，3D投影系統200主要不同之處在于:
[0035]偏振轉換器件26還包括第三偏振轉換器件263，所述第三偏振轉換器件263設置在所述反射鏡25與所述第二偏振轉換器件262之間，其在任意時刻均將第二偏振光線的偏振方向調整為與第一偏振光線的偏振方向一致。
[0036]當所述顯示屏21顯示左眼圖像L時，所述第一偏振轉換器件261保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件262保持所述第二偏振光線的偏振方向；當所述顯示屏21顯示右眼圖像R時，所述第一偏振轉換器件261將所述第一偏振光線的偏振方向旋轉一預定角度，該旋轉角度優選為±90度，所述第二偏振轉換器件262將所述第二偏振光線的偏振方向旋轉一預定角度，該旋轉角度優選為±90度。
[0037]所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262可以是扭曲向列型液晶盒或其他偏轉轉換器件，液晶盒用于調整偏振光的偏振方向已為本領域內技術人員所熟知，在此不做贅述。當然在某些變形實施方式中，由于入射到所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262的第一偏振光線和第二偏振光線具有相同的偏振方向，第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向旋轉也一致,所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262可以采用相同的控制裝置或控制步驟，簡化控制方法。另外，所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262亦可集成為一體式，簡化結構和控制，并降低產品的成本。
[0038]所述第三偏振轉換器件263可以是1/2波片(也成為半波片)。
[0039]以下詳細介紹3D投影系統200的工作原理:
[0040]如圖3所示，在Tl時間，所述顯示屏21顯示左眼圖像L，左眼圖像L光線經過所述所述偏振光分光器件22 (PBS板)后,分為偏振方向相互垂直的P光和S光，P光沿原光路傳播，S光沿垂直遠光路的方向傳播,經過所述反射鏡25的反射,傳播方向與P光傳播方向一致，然后經所述第三偏振轉換器件263調整偏振方向與P光偏振方向一致。P光經過所述光程調整器件26調整光程后，P光和S光具有相同的光程偏振方向，分別同時傳播到所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262,控制所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262使通過的P光和S光(即左眼圖像L光線)的偏振方向保持不變，并傳播到屏幕28上。
[0041]如圖4所示,T2時間,所述顯示屏21顯示右眼圖像R，所述右眼圖像R的光路及控制與左眼圖像L的光路及控制相似，不同之處在于，當代表右眼圖像R的P光和S光分別傳播到所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262時，通過控制，使通過第一偏振轉換器件261的P光的偏振方向旋轉±90度，同時使通過所述第二偏振轉換器件262的S光的偏振方向旋轉±90度,然后偏振方向一致的P光和S光(即右眼圖像R光線)同時傳播到屏幕28上。S卩，Tl時刻的左眼圖像L光線的偏振方向與右眼圖像R光線的偏振方向相互垂直。
[0042]T1+T2為一個完整的3D圖像幀，通過3D眼鏡等分光裝置，使Tl時刻的左眼圖像L僅能傳播到用戶左眼中，T2時刻的右眼圖像R僅能傳播到用戶右眼中，則用戶可在大腦中形成該幀圖像的3D畫面。上述周期循環往復，用戶可觀看到動態3D畫面。
[0043]可以理解的是，在其他變形實施例中，所述第三偏振轉換器件263還可以設置在所述光程調整器件20與所述第一偏振轉換器件261之間，其與圖3、圖4所示的第二實施例的3D投影系統200作于和控制方法相似，在此不再贅述。
[0044]相較于現有技術，在第二實施例的3D投影系統200中，第二偏振光線在到達所述第二偏振轉換器件162之前，先經過所述第三偏振轉換器件163調整其偏振方向與所述第一偏振光線的偏振方向為一致，所以在Tl時刻和T2時刻,所述第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262時僅需同步控制所述第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向旋轉±90度即可,甚至可以將第一偏振轉換器件261和第二偏振轉換器件262集成為一個偏振轉換器件，投影系統200的控制方法更加簡單和穩定。
[0045]在上述實施例中，僅對本發明進行了示范性描述，但是本領域技術人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下對本發明進行各種修改。
【權利要求】
1.一種3D投影系統，包括: 顯示屏，用于依時序顯示具有視差的左眼圖像和右眼圖像； 偏振光分光器件，設置于所述顯示屏出光面，用于接收所述顯示屏顯示的左眼圖像和右眼圖像光線，并將所述左眼圖像或右眼圖像光線分為傳播方向不同且偏振方向不同的第一偏振光線和第二偏振光線； 反射鏡，設置于所述第一偏振光線的光路上，用于將所述第一偏振光線和第二偏振光線的傳播方向調整為同一方向； 光程調整器件，設置于所述第二偏振光線的光路上，用于將所述第一偏振光線和第二偏振光線的光程調整為一致； 偏振轉換器件，設置于所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的光路上，用于將傳播方向、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振態調整為一致，并輸出至外部投影屏幕。
2.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述偏振轉換器件將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第一偏振方向，當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述偏振轉換器件將所述第一偏振光線和所述第二偏振光線的偏振方向統一調整為第二偏振方向。
3.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述第一偏振方向垂直于所述第二偏振方向。
4.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件和第二偏振轉換器件，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件將所述第二偏振光線的偏振方向調整與所述第一偏振光線的偏振方向一致；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第二偏振轉換器件保持所述第二偏振光線的偏振方向，所述第一偏振轉換器件將所述第一偏振光線的偏振方向調整與所述第二偏振光線的偏振方向一致。
5.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件、第二偏振轉換器件和第三偏振轉換器件，所述第三偏振轉換器件將第二偏振光線的偏振方向調整為與所述第一偏振光線的偏振方向一致，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件保持經所述第三偏振轉換器件調整后的第二偏振光線的偏振方向；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第一偏振轉換器件將所述第一偏振光線的偏振方向旋轉±90度,所述第二偏振轉換器件將經所述第三偏振轉換器件調整后的第二偏振光線的偏振方向旋轉±90度。
6.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述偏振轉換器件包括第一偏振轉換器件、第二偏振轉換器件和第三偏振轉換器件，所述第三偏振轉換器件將第一偏振光線的偏振方向調整為與所述第二偏振光線的偏振方向一致，當所述顯示屏顯示左眼圖像時，所述第一偏振轉換器件保持經所述第三偏振轉換器件調整后的所述第一偏振光線的偏振方向，所述第二偏振轉換器件保持所述第二偏振光線的偏振方向；當所述顯示屏顯示右眼圖像時，所述第一偏振轉換器件將經所述第三偏振轉換器件調整后的所述第一偏振光線的偏振方向旋轉±90度,所述第二偏振轉換器件將所述第二偏振光線的偏振方向旋轉±90度。
7.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述偏振光分光器件為PBS板，所述第一偏振光線為所述PBS板輸出的P光，所述第二偏振光線為所述PBS板輸出的S光。
8.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述光程調整器件包括具有相同焦距的凸透鏡和凹透鏡，通過調整所述所述凸透鏡和凹透鏡之間的距離，調整通過所述凸透鏡和凹透鏡的第一偏振光線的光程。
9.如權利要求1所述的3D投影系統，其特征在于，所述顯示屏為DLP顯示屏。
10.一種3D投影系統的控制方法，包括: 顯示左眼圖像； 將左眼圖像光線轉換為傳播方向一致、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線；將所述左眼圖像的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向均調整為第一偏振方向并輸出； 顯示右眼圖像； 將右眼圖像光線轉換為傳播方向一致、光程一致的第一偏振光線和第二偏振光線；將所述右眼圖像的第一偏振光線和第二偏振光線的偏振方向均調整為第二偏振方向并輸出，所述第二偏振方向垂直垂直于所述第二偏振方向。
【文檔編號】G02B27/26GK104330953SQ201310309653
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優先權日:2013年7月22日
【發明者】劉美鴻, 母林 申請人:深圳市億思達科技集團有限公司