CN102004388A - 三维微型投影机模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维微型投影机模块，包括照明系统、偏振分光系统以及投影透镜，在照明系统的输出光路上设置偏振分光系统，在偏振分光系统输出光路上设置投影透镜，其特征在于：在与照明系统相邻的偏振分光系统一侧安装有一微显示芯片，在与照明系统相对的偏振分光系统一侧安装有另一片微显示芯片，该两个微显示芯片垂直设置。本发明利用两片微显示芯片分别赋予这两束偏振光以左右眼三维图像信息，实现了三维投影的功能；而且，该三维微型投影机模块将偏振分光系统分出的两束具有不同偏振态的偏振光都加以利用，大大提高了光的利用率和投影亮度；同时所有组成部件均为微型化器件，可以嵌入手机、笔记本电脑、游戏机、媒体播放器等移动设备中，使其成为三维移动投影设备，满足人们对三维立体感受的需求。

Description

三维微型投影机模块

技术领域

本发明属于投影显示技术领域，涉及一种能够实现三维投影功能并且可安装在移动设备上的微型投影机模块。

背景技术

随着生活质素的提高，人们不再满足于单纯的二维显示，而是不断追求身临其境的三维立体感受。但是由于三维显示对技术要求高，一般只能在大型的电影院等地点观看，不能满足人们的感官需求。现有的微型投影机模块虽然能够安装在移动设备上以实现投影功能，但是投影出来的都是二维图像，同样不能满足人们对三维立体感受的需求。

同时，现有的一些微型投影机采用一片微显示芯片，只能利用一种偏振态光成像，光的利用率较低。

通过检索，发现三篇同领域的相关专利文献，1、一种基于高速投影机的全景视场三维显示装置(CN101630066)，该装置包括高速投影机、透射式定向散射屏、反射镜系统、转动装置、传感器、转动同步检测模块和上位机。高速投影机将三维物体水平360°全景视场的组合图像投影到高速旋转的反射镜系统上，图像经反射镜系统实现光路转折后，投影到固定的柱面的透射式定向散射屏上。透射式定向散射屏可控制出射光的发散角度，使得观察者的左右眼看到不同视角的图像，实现三维物体在全景视场上的三维显示。转动同步检测模块检测转动信号，并与上位机通信，确保组合图像位置与旋转反射镜系统的位置同步。本发明可实现观察者在不同位置双眼看到具有双目视差的图像，实现三维显示。2、一种基于多投影机旋转屏的体三维显示系统(CN101038421)，包括：一旋转屏，由电机带动旋转；图像处理装置，在柱坐标系中将三维物体模型分解成一系列多角度的二维图像并传送给各个投影机的数据处理单元；至少两台投影机，沿旋转屏周围摆放，将对应角度的一个二维图像同步投影在一个旋转屏幕上，从而重构出与真实物体相似的三维图像。采用本发明，可以提高刷新率、分辨率及灰阶，在现有的软硬件技术水平上，能够制造出成本更低，显示效果更好的体三维显示装置。3、一种用于采用形貌测量的测量方法对物体进行三维光学测量的装置用的投影机(CN1865847)，在该形貌测量的测量方法中摄取并分析处理被投影到物体上的投影图案的图像，其中，投影机具有一个照射单元及一个用于投影结构光的、设置有投影图案的载体。此发明的任务这样解决：在该载体上设置一些呈重复的几何单个结构的形式的投影图案，并且该带有这些投影图案的载体可这样运动地设置，使得在运动和照射期间投影图案的所选出的区域移动到照射单元与物体之间的光路中并且通过运动模糊在物体上呈现条纹形的图案。

上述三篇文献虽然属于同一领域，但解决的问题及技术方案完全不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够实现三维投影功能的三维微型投影机模块。

本发明的目的是这样实现的：

一种三维微型投影机模块，包括照明系统、偏振分光系统以及投影透镜，在照明系统的输出光路上设置偏振分光系统，在偏振分光系统输出光路上设置投影透镜，其特征在于：在与照明系统相邻的偏振分光系统一侧安装有一微显示芯片，在与照明系统相对的偏振分光系统一侧安装有另一片微显示芯片，该两个微显示芯片相互垂直设置。

而且，所述照明系统包括光源及聚光器件，其中光源为白光LED光源、红绿蓝三基色LED光源、HID光源或Halogen光源的其中一种；聚光器件为复合抛物面聚光器或由两片透镜组成的聚光透镜组。

而且，所述偏振分光系统为立体偏振射束分裂器或薄膜极性转换系统。

而且，所述微显示芯片为彩色微显示器或者单色微显示器；微显示芯片为彩色微显示器时采用的光源为白光LED光源、HID光源或Halogen光源，微显示芯片为单色微显示器时采用的光源为红绿蓝三基色LED光源、HID光源加色轮或Halogen光源加色轮。

而且，所述每一微显示芯片前放置一片透镜。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明首先利用偏振分光系统将光分成两束具有不同偏振态的偏振光，再利用两片微显示芯片分别赋予这两束偏振光以左右眼三维图像信息，载有左右眼三维图像信息的两束偏振光投射到屏幕上，实现了三维投影的功能；而且，该三维微型投影机模块将偏振分光系统分出的两束具有不同偏振态的偏振光都加以利用，大大提高了光的利用率和投影亮度。

2、本发明的所有组成部件均为微型化器件，可以嵌入手机、笔记本电脑、游戏机、媒体播放器等移动设备中，使其成为三维移动投影设备，满足人们对三维立体感受的需求。

附图说明

图1为本发明三维微型投影机模块系统结构示意图；

图2为本发明实施例2的系统结构示意图；

图3为本发明实施例3的系统结构示意图；

图4为本发明实施例4的系统结构示意图；

图5为本发明实施例5的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1：

一种三维微型投影机模块，参见图1，包括照明系统1w、偏振分光系统2、两片相邻垂直设置的微显示芯片3和4，以及投影透镜5。照明系统包括光源和聚光器件，在本实施方式中，光源可以采用白光LED光源、HID光源或Halogen光源，聚光器件采用复合抛物面聚光器。偏振分光系统采用立体偏振射束分裂器，该立体偏振射束分裂器可以将从照明系统1w射出的光分成s偏振光和p偏振光，并将s偏振光反射，p偏振光透射。两片相邻垂直设置的微显示芯片3、4均可采用彩色微显示器，如彩色滤光型LCoS或DLP，其中微显示芯片3设置于所述偏振分光系统2与照明系统1w相邻的一侧，用于接收经偏振分光系统2分出并反射的s偏振光；微显示芯片4设置于所述偏振分光系统2与照明系统1w相对的一侧，用于接收经偏振分光系统2分出并透射的p偏振光。微显示芯片3对s偏振光进行调制并反射，同时电子信号赋予这束光三维图像中的左眼图像信息，出射光为载有左眼图像信息的p偏振光；微显示芯片4对p偏振光进行调制并反射，同时电子信号赋予这束光三维图像中的右眼图像信息，出射光为载有右眼图像信息的s偏振光。载有左眼图像信息的p偏振光经偏振分光系统2透射后进入投影透镜5；载有右眼图像信息的s偏振光经偏振分光系统2反射后进入投影透镜5。投影透镜5接收载有左右眼图像信息的p偏振光和s偏振光并把它们投射到外部屏幕上形成三维图像，人眼通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，从而在视觉神经系统中产生立体感觉。

实施例2：

一种三维微型投影机模块，参见图2，包括照明系统、偏振分光系统2、两片相邻垂直设置的微显示芯片3和4，以及投影透镜5。在本实施例中，照明系统包括红光照明系统1r、绿光照明系统1g、蓝光照明系统1b以及交叉形合色棱镜1x。该三色照明系统设置在交叉形合色棱镜1x的三侧。红光照明系统1r、绿光照明系统1g、蓝光照明系统1b均由LED光源和聚光器件组成。红光光束、绿光光束、蓝光光束经交叉形合色棱镜1x后被合成为一束光并进入偏振分光系统2中。两片相邻垂直设置的微显示芯片3、4均可采用单色微显示器，如色序型LCoS或DLP。本实施例采用红、绿、蓝三色光源，色彩表现力及光利用效率都可以得到大幅提升。

其他同于实施例1

实施例3：

一种三维微型投影机模块，参见图3，包括照明系统、偏振分光系统2、两片相邻垂直设置的微显示芯片3和4，以及投影透镜5。照明系统包括光源组件1和色轮1s。光源组件包括光源和聚光器件。本实施例与实施例1的不同点在于：色轮1s设置于光源组件1的输出光路上，并将从光源组件1射出的白光分成红、绿、蓝三色光。红、绿、蓝三色光束再顺序进入偏振分光系统2中，两片相邻垂直设置的微显示芯片3、4均可采用单色微显示器，如色序型LCoS或DLP。本实施例将白光用色轮分成红、绿、蓝三色光，可以用较低的驱动功率得到具有较高色彩表现力的图像。

其他同于实施例1

实施例4：

一种三维微型投影机模块，参见图4，本实施例类似于实施例1，包括照明系统1w、偏振分光系统2、两片相邻垂直设置的微显示芯片3和4，以及投影透镜5。区别在于，本实施例中聚光器件采用由两片透镜组成的聚光透镜组，聚光效率更高且易制备；偏振分光系统2采用薄膜极性转换系统，可节省成本。该薄膜极性转换系统将从照明系统1w射出的光分成s偏振光和p偏振光，并将s偏振光反射，p偏振光透射。微显示芯片3接收经偏振分光系统2分出并反射的s偏振光；微显示芯片4接收经偏振分光系统2分出并透射的p偏振光。

其他同于实施例1

实施例5：

一种三维微型投影机模块，参见图5，本实施例类似于实施例4，包括照明系统1w、偏振分光系统2、两个相邻垂直设置的微显示芯片组件3和4，以及投影透镜5。区别在于，本实施例中微显示芯片组件包括一片微显示芯片及一片透镜，透镜置于微显示芯片前，用于增大芯片入射光束的入光量，提高光的利用效率。此两个微显示芯片组件3和4相邻垂直放置：其中微显示芯片组件3设置于所述偏振分光系统2与照明系统1w相邻的一侧，用于接收经偏振分光系统2分出并反射的s偏振光；微显示芯片组件4设置于所述偏振分光系统2与照明系统1w相对的一侧，用于接收经偏振分光系统2分出并透射的p偏振光。微显示芯片组件3中的透镜增大s偏振光对于芯片的入射角，从而增大芯片入射光束的入光量，微显示芯片对s偏振光进行调制并反射，同时电子信号赋予这束光三维图像中的左眼图像信息，出射光为载有左眼图像信息的p偏振光；微显示芯片组件4中的透镜增大p偏振光对于芯片的入射角，从而增大芯片入射光束的入光量，微显示芯片对p偏振光进行调制并反射，同时电子信号赋予这束光三维图像中的右眼图像信息，出射光为载有右眼图像信息的s偏振光。

其他同于实施例4

上面已详细说明了本发明的几项较好的实施方式。本发明中采用的照明系统、偏振分光系统、微显示芯片和投影透镜均为微型化器件，可以实现三维微型投影机模块微型化的需求。本发明上述的各个部件已为现有技术，因此没有给出各个部件的具体结构。本发明采用了两片相邻垂直设置的微显示芯片：一片微显示芯片赋予一种偏振态的光三维图像中的左眼图像信息，另一片微显示芯片赋予另一种偏振态的光三维图像中的右眼图像信息；两束偏振光经投影透镜在外部屏幕上形成三维图像，人眼通过偏光眼镜就可以在视觉神经系统中产生立体感觉，从而实现了三维微型投影机模块三维投影的功能，同时，本发明充分利用了经偏振分光系统分出的p偏振光和s偏振光这两种不同偏振态的光，大大提高了光的利用率和投影亮度。

以上具体实施方式中，实施例1结构最为简单，实施例2色彩表现力及光利用效率都可以得到大幅提升，实施例3可以用较低的驱动功率得到具有较高色彩表现力的图像，实施例4聚光效率更高，更易制备，且成本低，实施例5除具有实施例4的优点外，进一步提高了光的利用效率。可见本发明中所有实施方式中的微型投影机模块设计都可以实现具有高色彩表现力、高光效的三维投影功能。

本发明的三维微型投影机模块非常适合嵌入手机，笔记本电脑，游戏机，媒体播放器等移动设备中，使其成为三维移动投影设备，满足人们对三维立体感受的需求。

本发明的工作原理是：

本发明将微型投影显示技术与三维成像技术相结合，采用了两片相邻垂直设置的微显示芯片：一片微显示芯片接收经偏振分光系统分出的s偏振光并对它进行调制，同时电子信号赋予这束光三维图像中的左眼图像信息，出射光为载有左眼图像信息的p偏振光；另一片微显示芯片接收经偏振分光系统分出的p偏振光并对它进行调制，同时电子信号赋予这束光三维图像中的右眼图像信息，出射光为载有右眼图像信息的s偏振光；载有左右眼图像信息的p偏振光和s偏振光经投影透镜投射到外部屏幕上形成三维图像，人眼通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，从而在视觉神经系统中产生立体感觉。该投影机模块不仅能够实现三维投影功能，而且充分利用了经偏振分光系统分出的p偏振光和s偏振光这两种不同偏振态的光，大大提高了光的利用率和投影亮度。

本发明的范围并不限于以上所述之实施方式，还包括将照明系统、偏振分光系统、微显示芯片和投影透镜等按照不同方式组合所形成的微型投影机模块。凡依照本发明之形状、结构所做的变化均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种三维微型投影机模块，包括照明系统、偏振分光系统以及投影透镜，在照明系统的输出光路上设置偏振分光系统，在偏振分光系统输出光路上设置投影透镜，其特征在于：在与照明系统相邻的偏振分光系统一侧安装有一微显示芯片，在与照明系统相对的偏振分光系统一侧安装有另一片微显示芯片，该两个微显示芯片相互垂直设置。

2.根据权利要求1所述的三维微型投影机模块，其特征在于：所述照明系统包括光源及聚光器件，其中光源为白光LED光源、红绿蓝三基色LED光源、HID光源或Halogen光源的其中一种；聚光器件为复合抛物面聚光器，或由两片透镜组成的聚光透镜组。

3.根据权利要求1所述的三维微型投影机模块，其特征在于：所述偏振分光系统为立体偏振射束分裂器或薄膜极性转换系统。

4.根据权利要求1所述的三维微型投影机模块，其特征在于：所述微显示芯片为彩色微显示器或者单色微显示器；微显示芯片为彩色微显示器时采用的光源为白光LED光源、HID光源或Halogen光源，微显示芯片为单色微显示器时采用的光源为红绿蓝三基色LED光源、HID光源加色轮或Halogen光源加色轮。

5.根据权利要求1或4所述的三维微型投影机模块，其特征在于：所述每一微显示芯片前放置一片透镜。

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