CN203405635U - 一种低投射比高光效立体投影装置及立体投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于立体投影技术领域，提供了一种低投射比高光效立体投影装置及立体投影系统，低投射比高光效立体投影装置，包括：偏振分光组件，将投射光束分为透射光束、第一反射光束和第二反射光束；偏振态转换组件，调整所述透射光束的偏振态或所述第一反射光束、第二反射光束的偏振态；光路方向调整组件，调整所述透射光束的传播方向或所述第一反射光束、第二反射光束的传播方向；光束大小调整组件，调整透射光束、第一反射光束和第二反射光束的大小范围；光调制器，将调整后的透射光束、第一反射光束、第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。低投射比高光效立体投影装置能有效减少反射光束与透射光束的光程差，从而使整个装置体积大大缩小，各光束重合变得更加简单。

Description

一种低投射比高光效立体投影装置及立体投影系统

技术领域

本实用新型属于立体投影技术领域，尤其涉及一种低投射比高光效立体投影装置及立体投影系统。

背景技术

专利号为201220746320.8，专利名称为《高光效光调制装置及高光效立体投影系统》的实用新型专利公布的技术中，需要使用较大尺寸的分偏振器件，将入射光线分为透射光线和反射光线两束，再对光线的偏振状态进行调整，使两束光线在金属幕上重合。采用该技术光路尺寸会较大，所需光学器件也较大，在使用低投射比投影机的情况下，各器件尺寸将变得很大，两束光线的重合也变得非常困难。同时在器件加工与组装时存在诸多困难，大批量量产也存在较大困难。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种低投射比高光效立体投影装置及立体投影系统，旨在解决现有的投影装置体积大的问题。

本实用新型是这样实现的，一种低投射比高光效立体投影装置，包括：

偏振分光组件，将来自投影机的投射光束分束为透射光束、第一反射光束、第二反射光束；所述透射光束的偏振方向与所述第一反射光束、第二反射光束的偏振方向正交；

偏振态转换组件，调整所述透射光束的偏振态或所述第一反射光束、第二反射光束的偏振态，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的偏振态；

光路方向调整组件，调整所述透射光束的传播方向或所述第一反射光束、第二反射光束的传播方向，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的传播方向；

光束大小调整组件，调整所述透射光束的大小范围或所述第一反射光束、第二反射光束的大小范围，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束的所投影图像大小一致；

光调制器，将被调整后的透射光束、第一反射光束、第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

进一步地，所述偏振分光组件为偏振分光棱镜组；所述偏振分光棱镜组由三个45度棱镜镀膜、贴合形成，呈长方体，具有一个入射面，三个出射面，内部有两个分偏振面，所述两个分偏振面相互垂直，分别与所述入射面呈45度，所述两个分偏振面相交于入射面的中心线。

进一步地，所述偏振态转换组件为至少一扭曲型液晶器件；所述扭曲型液晶器件放置于第一反射光束、第二反射光束所在的光路中且位于所述光路方向调整组件前或所述光路方向调整组件后，或放置于所述光束大小调整组件后与光调制器前之间的任一位置。

进一步地，所述扭曲型液晶器件为基于玻璃基板的液晶器件、基于柔性塑料基板的液晶器件或基于聚合物技术的高分子液晶膜。

进一步地，所述光路方向调整组件为两反射镜；所述两反射镜置于所述第一反射光束和第二反射光束的光路中。

进一步地，所述光束大小调整组件为至少一透镜或透镜组，所述透镜或透镜组置于所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束所在光路中的任一位置。

进一步地，所述光调制器为液晶光阀型光调制器。

进一步地，所述低投射比高光效立体投影装置还包括线偏振器，所述线偏振器位于所述光调制器前，通过过滤使透射光束、第一反射光束和第二反射光束的偏振状态一致。

进一步地，所述光调制器替换为四分之一波长延迟膜，将所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束转化为角度为45度的左旋圆偏振光和角度为135度的右旋圆偏振光。

本实用新型还提供一种低投射比高光效立体投影系统，包括一投影机、金属幕和任一如上所述的低投射比高光效立体投影装置；所述投影机以帧顺序依次播放左眼图像和右眼图像；所述金属幕用于对反射光束和透射光束进行成像，且成对光线以相反的圆偏振状态进行反射。

本实用新型所述的低投射比高光效立体投影装置采用了偏振分光组件将入射光束分为三部分，分别经过两个偏振分光面，有效减少反射光束与透射光束的光程差，从而使整个装置体积大大缩小，各光束重合变得更加简单。同时，采用扭曲型液晶器件作为偏振光偏振方向的旋转器件，具有色散小，偏振光旋转效率高等优点。

附图说明

图1是现有技术普通偏振分光棱镜的外形及其光路示意图；

图2是本实用新型实施例提供的偏振分光棱镜组及其光路示意图；

图3是本实用新型提供的第一种低投射比高光效立体投影装置光学结构图，扭曲型液晶器件位于两个反射光路内，且位于偏振分光器件与反射镜之间；

图4是本实用新型提供的第二种低投射比高光效立体投影装置光学结构图，扭曲型液晶器件位于透射光路内；

图5是本实用新型提供的第三种低投射比高光效立体投影装置光学结构图，扭曲型液晶器件位于两个反射光路内，且位于反射镜和线偏振器之间。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的低投射比高光效立体投影装置使用偏振分光棱镜组将入射光束分为偏振状态不同的三束光线，再使用扭曲型液晶器件将其中一束或两束光线的偏振状态进行调整，使三束光线的偏振状态一致，并使用两个反射镜或反射镜组将偏振分光器的两束反射光束调整至与原入射光束方向一致的光束，从而在金属幕上将三束光线重合在一起，采用此设计可以将投影机光线约70%左右的光线转换为偏振光线，从而提高立体投影装置的光利用率来增加投影画面的亮度，同时具有结构小巧，投射比小等特点，适用于1:1左右的投影机。

现有的普通偏振分光棱镜如图1所示，使用两个45度棱镜胶合在一起，具有1个分偏振面，光线入射后被分为透射的P态偏振光101和反射的S态偏振光102。根据现有的普通偏振分光棱镜存在的不足对偏振分光棱镜进行了重新设计，如图2所示为本实用新型所采用的偏振分光棱镜组，由三个45度棱镜经过镀膜后贴合而成，呈长方体，具有一个入射面，三个出射面，内部具有两个分偏振面，所述两个分偏振面相互垂直，均与入射面成45度，所述两个分偏振面在入射面中心线处相交。光线入射后，被分为透射的P态偏振光201，反射的S态偏振光202和203。

如图3所示，本实用新型的低投射比高光效立体投影装置，包括：偏振分光组件302、光路方向调整组件305和306、偏振态转换组件303和304、光束大小调整组件307和光调制器309。所述偏振分光组件302用于将从投影机301的镜头发出的入射光束分为透射光束201、第一反射光束202和第二反射光束203，透射光束偏振态为P态，两个反射光束的偏振状态为S态，透射光束和反射光束统称为偏振光。所述偏振分光组件302将来自投影机301的投射光束分束为透射光束201、第一反射光束202、第二反射光束203，所述透射光束201的偏振方向与所述第一反射光束202、第二反射光束203的偏振方向正交。所述偏振态转换组件303和304调整所述透射光束的偏振态或所述第一反射光束、第二反射光束的偏振态，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的偏振态。光路方向调整组件305和306调整所述透射光束的传播方向或所述第一反射光束、第二反射光束的传播方向，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的传播方向。光束大小调整组件307调整所述透射光束的大小范围或所述第一反射光束、第二反射光束的大小范围，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束的所投影图像大小一致。光调制器309将被调整后的透射光束、第一反射光束、第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。第一种实施例，把偏振态转换组件303和304分别放置在第一反射光束202和第二反射光束203中，即放置于偏振分光组件302的两相对的出射面旁边，如图3所示，用于将反射光束的偏振状态旋转90度，使之与透射光束光线的偏振状态相同。所述偏振态转换组件303和304为至少一扭曲型液晶器件，所述扭曲型液晶器件通常为90度扭曲的TN型液晶器件，入射到扭曲型液晶器件的光线偏振方向与扭曲型液晶器件液晶层表层分子的排列方向平行或垂直时，经过扭曲型液晶器件后的光线偏振状态将会被旋转90度。提高扭曲型液晶器件的延迟量，有助于得到更好的偏振态。

与上述实施例相结合，所述光路方向调整组件305和306可以为两反射镜，分别置于所述偏振分光组件302反射面的两边，用于将反射光束进行再次反射，使其传播方向与所述透射光束传播方向一致，且通过调整角度使透射光束、第一反射光束和第二反射光束在金属幕上所成的图像重合。所述偏振分光组件302为偏振分光棱镜组。优选的，所述光调制器309为液晶光阀型光调制器。

与上述各实施例相结合，所述低投射比高光效立体投影装置还可以包括线偏振器308，所述线偏振器308位于所述光调制器309前，通过过滤使透射光束、第一反射光束和第二反射光束的偏振状态一致，使之变为更理想的偏振光。

与上述各实施例相结合，所述偏振态转换组件303和304为至少一扭曲型液晶器件。所述扭曲型液晶器件放置于第一反射光束、第二反射光束所在的光路中且位于所述光路方向调整组件前或所述光路方向调整组件后，或放置于所述光束大小调整组件后与光调制器前之间的任一位置。

第二种实施例，如图4所示，所述扭曲型液晶器件放置于所述偏振分光棱镜组后，将透射光束的偏振态调整至与所述反射光束的偏振态一致。

第三种实施例，如图5所示，所述扭曲型液晶器件为两个，所述扭曲型液晶器件置于反射光束中，分别位于所述两反射镜和线偏振器308之间，将反射光束的偏振态调整至与所述透射光束的偏振态一致。

与上述各个实施例相结合，所述扭曲型液晶器件可以是传统的基于玻璃基板的液晶器件，由玻璃基板、透明导电层、取向层、间隔物、封边材料、液晶材料等组成。也可以是基于柔性塑料基板的液晶器件，由塑料基板、透明导电层、取向层、间隔物、封边材料、液晶材料等组成。还可以是基于聚合物技术的高分子液晶膜，例如DEJIMA公司的TwistarTM膜。应当认为具有扭曲结构的液晶器件均属于本实用新型所描述的范围。

所述光束大小调整组件307为至少一透镜或透镜组，所述透镜或透镜组置于所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束所在光路中的任一位置。透镜或透镜组的功能是将所在光路的光束进行扩大或者缩小，使之与另外光束在金属幕310上所成的图像大小一致，所述透镜或透镜组放置的位置有多种。具体地，所述透镜或透镜组放置于所述偏振分光棱镜组后，即位于偏振分光棱镜组和线偏振器308之间，用于扩大透射光束，使之在金属幕310上的成像大小与反射光束在金属幕310上的成像大小一致。所述透镜或透镜组分别放置于所述两反射镜后，用于缩小反射光束，使之在金属幕上的成像大小与透射光束在金属幕上的成像大小一致。所述透镜或透镜组还可以放置在光调制器309与金属幕310之间。但为了避免透镜表面的反射对偏振态的影响，透镜或透镜组通常放置在偏振分光组件302和线偏振器308之间。

与上述各实施例相结合，所述光调制器替换为四分之一波长延迟膜；所述四分之一波长延迟膜置于所述线偏振器后，将经过所述线偏振器后的偏振光转化为角度为45度的左旋圆偏振光和角度为135度的右旋圆偏振光。

在上述的各实施例中，线偏振器308作为一个独立的部件使透射光束和反射光束均经过线偏振器308。在具体实施时，也可以使用三个较小尺寸的线偏振器件代替一个整体的线偏振器件308分别放置于第一反射光束、第二反射光束和透射光束中。同样的，光调制器309在上述的各实施例中是一个独立的部件，在具体实施时，也可以使用三个小尺寸的液晶光阀型光调制器代替，分别放置于第一反射光束、第二反射光束和透射光束中。

根据上述的低投射比高光效立体投影装置，本实用新型还提供一种低投射比高光效立体投影系统，包括一投影机301、金属幕310和如上所述的任一低投射比高光效立体投影装置；所述投影机301以帧顺序依次播放左眼图像和右眼图像；所述金属幕310可以为金属幕，用于对反射光束和透射光束进行成像，同时将照射到金属幕310上的光线以相反的圆偏振状态进行反射，从而使光线在进入到观众佩戴的圆偏光眼镜之前仍保持左右眼图像的分离，不产生左右图像的串扰。观众戴着圆偏振眼镜在金属幕前方即可观看到立体影像，圆偏振眼镜的左右眼镜片分别为左旋圆偏振片和右旋圆偏振片，可以对金属幕反射的光线进行分离，使进入到左右眼的图像不同，从而达到左右眼图像分离的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，包括：

偏振分光组件，将来自投影机的投射光束分束为透射光束、第一反射光束、第二反射光束；所述透射光束的偏振方向与所述第一反射光束、第二反射光束的偏振方向正交；

偏振态转换组件，调整所述透射光束的偏振态或所述第一反射光束、第二反射光束的偏振态，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的偏振态；

光路方向调整组件，调整所述透射光束的传播方向或所述第一反射光束、第二反射光束的传播方向，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束具有相同的传播方向；

光束大小调整组件，调整所述透射光束的大小范围或所述第一反射光束、第二反射光束的大小范围，调整后所述透射光束、第一反射光束、第二反射光束的所投影图像大小一致；

光调制器，将被调整后的透射光束、第一反射光束、第二反射光束按照帧顺序调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。

2.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述偏振分光组件为偏振分光棱镜组；所述偏振分光棱镜组由三个45度棱镜镀膜、贴合形成，呈长方体，具有一个入射面，三个出射面，内部有两个分偏振面，所述两个分偏振面相互垂直，分别与所述入射面呈45度，所述两个分偏振面相交于入射面的中心线。

3.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述偏振态转换组件为至少一扭曲型液晶器件；所述扭曲型液晶器件放置于第一反射光束、第二反射光束所在的光路中且位于所述光路方向调整组件前或所述光路方向调整组件后，或放置于所述光束大小调整组件后与光调制器前之间的任一位置。

4.根据权利要求3所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述扭曲型液晶器件为基于玻璃基板的液晶器件、基于柔性塑料基板的液晶器件或基于聚合物技术的高分子液晶膜。

5.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述光路方向调整组件为两反射镜；所述两反射镜置于所述第一反射光束和第二反射光束的光路中。

6.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述光束大小调整组件为至少一透镜或透镜组，所述透镜或透镜组置于所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束所在光路中的任一位置。

7.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述光调制器为液晶光阀型光调制器。

8.根据权利要求1所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述低投射比高光效立体投影装置还包括线偏振器，所述线偏振器位于所述光调制器前，通过过滤使透射光束、第一反射光束和第二反射光束的偏振状态一致。

9.根据权利要求1至8任一所述的低投射比高光效立体投影装置，其特征在于，所述光调制器替换为四分之一波长延迟膜，将所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束转化为角度为45度的左旋圆偏振光和角度为135度的右旋圆偏振光。

10.一种低投射比高光效立体投影系统，其特征在于，包括一投影机、金属幕和权利要求1至9任一所述的低投射比高光效立体投影装置；所述投影机以帧顺序依次播放左眼图像和右眼图像；所述金属幕用于对反射光束和透射光束进行成像，且成对光线以相反的圆偏振状态进行反射。

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