一種矽基液晶立體投影光機的製作方法

2024-01-30 20:17:15 2

專利名稱：一種矽基液晶立體投影光機的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽基液晶投影光機，特別是一種矽基液晶立體投影光機。
背景技術：
立體投影顯示因其能產生身臨其境的視覺感受而受到人們的廣泛追捧。實現立體投影顯示的技術有許多種，藉助於液晶快門眼鏡的主動式立體投影技術由於液晶快門眼鏡造價高而不適合人多的普通家庭使用。藉助於偏光眼鏡的雙光機立體投影技術，其偏光眼鏡成本低，可以多人同時觀看，但是卻因整機體積龐大，生產成本高而只適用於廣大電影院。因此，研究基於偏振技術的單光機立體投影顯示技術，尋求適合多人同時觀看，方便移動，價格低的立體投影顯示技術十分必要。矽基液晶——LCoS (Liquid Crystal on Silicon)微顯示晶片屬於反射式 LCD (Liquid Crystal Display)，因此同LCD—樣，LCoS微顯示晶片只對偏振光產生調製作用，被調製後的出射光也是偏振光。由LCoS微顯示晶片與偏振分光裝置構成的LCoS投影光機具有光效率高、解析度好、對比度高、成本低、體積小以及容易大規模生產等優點，但是這種LCoS投影光機只能投影普通平面圖像，不具備投影立體畫面的功能。

發明內容
技術問題本發明的目的在於提供一種矽基液晶立體投影光機，它可實現彩色圖像的立體顯示，具有結構簡單、對比度高、光利用率高、成本低等特點。本發明進一步的目的在於提供一種可在三維立體彩色投影顯示和平面二維彩色投影顯示之間互相切換的光機。技術方案本發明的矽基液晶立體投影光機，包括光源、第一偏振分光裝置、第二偏振分光裝置、第一矽基液晶微顯示晶片、第二矽基液晶微顯示晶片、半波片、表面貼有四分之一波片的第一反射鏡、表面貼有四分之一波片的第二反射鏡、投影物鏡。其中，
光源、第一偏振分光裝置、半波片、第二偏振分光裝置、投影物鏡的中心光軸線順序設置在同一條中心光軸線上，即半波片設置在第一偏振分光裝置、第二偏振分光裝置之間，光源位於第一偏振分光裝置的入射面處，投影物鏡位於第二偏振分光裝置的出射面處；第一矽基液晶微顯示晶片、第一反射鏡位於第一偏振分光裝置中所述中心光軸線的兩側且平行相對；第二矽基液晶微顯示晶片、和第二反射鏡位於第二偏振分光裝置中所述中心光軸線的兩側且平行相對；第一矽基液晶微顯示晶片和第二反射鏡位於同一側面，第一反射鏡和第二矽基液晶微顯示晶片位於另一側面。所述第一矽基液晶微顯示晶片、第二矽基液晶微顯示晶片是彩色濾光型矽基液晶微顯不晶片。所述第一偏振分光裝置和第二偏振分光裝置堆疊平行放置，且第一偏振分光膜與
3第二偏振分光膜平行。第一反射鏡和第二反射鏡的表面貼有四分之一波片。所述第一矽基液晶微顯示晶片與表面貼有四分之一波片的第一反射鏡分別位於所述第一偏振分光裝置平行相對的兩個側面，並且表面貼有四分之一波片的第一反射鏡能夠首先接收從第一偏振分光膜反射的光源光。第一矽基液晶微顯示晶片、第二矽基液晶微顯示晶片為基色相同的彩色濾光型矽基液晶微顯示晶片。所述立體投影光機還包括位置調節機構，用於當所述光機用於普通平面投影顯示時，微調所述第一矽基液晶微顯示晶片、第二矽基液晶微顯示晶片的位置以使得所述微顯示晶片的對應像素的成像位置重合。所述光源為白色單色光源或者為由紅、綠、藍三色LED晶片組組成的光源。所述光源為雷射光源，且所述雷射光源為白色單色光源或者為由紅、綠、藍三色雷射燈組成的光源。所述第一偏振分光裝置、第二偏振分光裝置為線柵偏振分光片或偏振分光稜鏡。當所述兩片微顯示晶片的輸入圖像信息分別對應左右眼視角時，上述本發明的 LCoS立體投影光機可以實現彩色立體投影顯示；當所述兩片微顯示晶片的輸入圖像信息相同時，則可以實現二維平面彩色投影顯示。本發明的矽基液晶立體投影光機中，兩片LCoS微顯示晶片、兩個表面貼有四分之一波片的反射鏡、偏振分光裝置以及半波片的排列位置必須保證入射到LCoS微顯示晶片上以及從LCoS微顯示晶片反射的成像光線均分別兩次經過了偏振分光膜，並且一次為反射一次為透射。以保證最終出射的S線偏振光和P線偏振光圖像的對比度平衡。本發明的矽基液晶立體投影光機中，在LCoS微顯示晶片的表面貼上四分之一波片還可以進一步提高圖像的對比度，改善像質。有益效果本發明具有如下有益效果與背景技術相比，本發明主要採用兩片 LCoS微顯示晶片和兩個偏振分光裝置實現了圖像的彩色立體顯示。光機結構簡單、成本低， 圖像質量好。並且可以方便的在彩色三維立體顯示模式和二維平面顯示模式間自由切換。


圖1為本發明的一個實施例的示意圖。圖2為本發明的另一個實施例示意圖。圖中有光源1、第一偏振分光裝置2、第一偏振分光膜22、第一反射鏡3、第一矽基液晶微顯示晶片4、半波片5、第二偏振分光裝置6、第二偏振分光膜23、第二矽基液晶微顯示晶片7、第二反射鏡8、投影物鏡9、第一四分之一波片10、第二四分之一波片11。第一路徑第一線S偏振光13、第一路徑第二線P偏振光19、第一路徑第三線S偏振光20、第一路徑第四線P偏振光21 ；第二路徑第一線P偏振光14、第二路徑第二線S偏振光15、第二路徑第三線P偏振光16、第二路徑第四線S偏振光17、成像光束19。
具體實施例方式下面結合附圖詳細闡述本發明，但描述並不限制本發明的內容。圖1是本發明矽基液晶立體投影光機的一個實施例。光源1、第一偏振分光裝置2、半波片5、第二偏振分光裝置6、投影物鏡9的中心光軸線順序設置在同一條中心光軸線上，即半波片5設置在第一偏振分光裝置2、第二偏振分光裝置6之間，光源1位於第一偏振分光裝置2的入射面處，投影物鏡9位於第二偏振分光裝置6的出射面處；第一矽基液晶微顯示晶片4、第一反射鏡3位於第一偏振分光裝置2中所述中心光軸線的兩側且平行相對；第二矽基液晶微顯示晶片7、和第二反射鏡8位於第二偏振分光裝置6中所述中心光軸線的兩側且平行相對；第一矽基液晶微顯示晶片4和第二反射鏡8位於同一側面，第一反射鏡3和第二矽基液晶微顯示晶片7位於另一側面。光源是LED光源，可以為白色單色光源或者為由紅、藍、綠三色LED晶片組組成的光源。第一矽基液晶微顯示晶片4和第二矽基液晶微顯示晶片7可以是中國專利 No. 01113471. 2和No. 02217356. 0中所描述的帶有微型分色濾光片的矽基液晶反射式彩色微顯示晶片。兩個偏振分光裝置即第一偏振分光裝置2和第二偏振分光裝置6堆疊平行放置且兩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位於兩偏振分光裝置的結合面處。表面貼有四分之一波片的第一反射鏡3和第一 LCoS微顯示晶片4分別位於與第一偏振分光裝置2的出光面相鄰的兩面，且反射鏡3能首先接收偏振分光裝置 2反射的來自光源的光。表面貼有四分之一波片的第二反射鏡8和第二 LCoS微顯示晶片7 分別位於與第二偏振分光裝置6的出光面相鄰的兩面，且第一矽基液晶微顯示晶片4和第二矽基液晶微顯示晶片7分別位於分光裝置的兩側。可以分別輸入相應於左右眼視角的立體圖像信息。當來自光源的照明光12入射到偏振分光裝置2上時，光在偏振分光膜22處發生反射和透射，而被分成兩個路徑(圖中虛線和實現部分)。被反射的第一路徑第一線S線偏振光13入射到第一反射鏡3上，方向旋轉90°後從第一反射鏡3反射回第一偏振分光裝置 2，從而透射過偏振分光膜入射到第一 LCoS微顯示晶片4上。入射到第一 LCoS微顯示晶片 4上的第一路徑第二線P偏振光19被調製後，部分帶有彩色圖像信息的線偏振光被反射且偏振方向旋轉90°再次入射到偏振分光裝置2上，從而被偏振分光膜反射出分光裝置。重一路徑第三線S偏振光20從偏振分光裝置2出射後經過半波片5方向再次旋轉90° (成為第一路徑第四線P偏振光21)入射到偏振分光裝置6並透射過其偏振分光膜，最後進入投影物鏡。透射過偏振分光膜22的第二路徑第一線P偏振光14經過半波片5方向旋轉90。
(成為第二路徑第二線S偏振光15)進入偏振分光裝置6。第二路徑第二線S偏振光15被分光裝置6的偏振分光膜23反射到第二 LCoS微顯示晶片7上，經過調製後部分帶有彩色圖像信息的線偏振光被反射回第二偏振分光裝置6且方向旋轉90° ,該束第二路徑第三線 P偏振光16透射過偏振分光膜入射到表面貼有四分之一波片的第二反射鏡8上，反射鏡8 將其反射回偏振分光裝置6且方向旋轉90°成為第二路徑第四線S線偏振光17而被偏振分光膜反射出第二偏振分光裝置6。最後從偏振分光裝置出射的第二路徑第四線S線偏振光17和第一路徑第四線P 偏振光21合成一束成像光束18後經投影物鏡放大成像而作投影顯示用。這樣投影圖像的一部分光是經第一 LCoS微顯示晶片4調製的P線偏振光，另一部分是經第二 LCoS微顯示晶片7調製的S線偏振光。如果觀看者戴上由偏振方向相互垂直的偏振片製成的偏光眼鏡且鏡片方向分別與P線偏振光和S線偏振光平行，則觀看者的兩隻眼睛就分別只能看到P線偏振光圖像和S線偏振光圖像。在第一矽基液晶微顯示晶片4、第二矽基液晶微顯示晶片7 上輸入對應於左右眼視角的立體圖像信息的情況下，觀看者的左右眼睛就可以分別看到對應該視角的圖像，從而形成立體視覺。當兩片LCoS微顯示晶片上的圖像信息完全相同的時候，可以通過位置調節機構 (未示出)來調整兩片LCoS微顯示晶片的位置，使兩晶片對應的像素的投影圖像完全重合。 當在最初組裝時，若已保證兩晶片的對應像素的投影圖像完全重合，則兩晶片的位置可以固定而不需要調節裝置。這時，觀看者不必戴眼鏡就可以觀看到二維平面顯示圖像。由於本矽基液晶立體投影光機不需要預起偏器件，不同的偏振光都得到了利用， 因而可以有效提高系統的光學效率。對於現有的常規偏振分光裝置的偏振分光膜，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(可大於1000 :1)遠遠大於其反射光的消光比(約幾十比一)。本發明中為了提高圖像的對比度，使入射到LCoS微顯示晶片上以及從LCoS微顯示晶片反射的成像光線均分別兩次經過了偏振分光膜，並且一次為反射一次為透射，使得圖像的對比度大大提高，且保證了最終出射的兩線偏振光的消光比非常平衡，從而使合成後的成像光束總體上的消光比達到最佳。另外，由於光源入射光不是完全平行，寬角度入射光和斜射光在偏振分光膜上會產生偏振狀態的幾何旋轉，為了校正這一效應，還可以在LCoS微顯示晶片表面貼上四分之波片，以保證系統的對比度，如圖2所示的本發明矽基液晶立體投影光機的一個實施例。以上結合附圖詳細的描述了根據本發明優選實施例的裝置及方法。然而，本領域技術人員很清楚，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，能對其做出各種修改和變化。因此，對實施例的詳細說明和附圖應被視為說明性的而不是限制性的。本發明的範圍應有權利要求書來限定。
權利要求
1.一種矽基液晶立體投影光機，包括光源(1)、第一偏振分光裝置(2)、第二偏振分光裝置(6)、第一矽基液晶微顯示晶片(4)、第二矽基液晶微顯示晶片(7)、半波片(5)、第一反射鏡(3)、第二反射鏡(8)、投影物鏡(9)，其特徵在於光源(1)、第一偏振分光裝置(2)、半波片(5)、第二偏振分光裝置(6)、投影物鏡(9)的中心光軸線順序設置在同一條中心光軸線上，即半波片(5)設置在第一偏振分光裝置(2)、 第二偏振分光裝置(6)之間，光源(1)位於第一偏振分光裝置(2)的入射面處，投影物鏡(9) 位於第二偏振分光裝置(6)的出射面處；第一矽基液晶微顯示晶片(4)、第一反射鏡(3)位於第一偏振分光裝置(2)中所述中心光軸線的兩側且平行相對；第二矽基液晶微顯示晶片 (7)、和第二反射鏡(8)位於第二偏振分光裝置(6)中所述中心光軸線的兩側且平行相對； 第一矽基液晶微顯示晶片(4)和第二反射鏡(8)位於同一側面，第一反射鏡(3)和第二矽基液晶微顯示晶片(7)位於另一側面。
2.如權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於，所述第一矽基液晶微顯示晶片(4)、第二矽基液晶微顯示晶片(7)是彩色濾光型矽基液晶微顯示晶片。
3.如權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述第一偏振分光裝置 (2)和第二偏振分光裝置(6)堆疊平行放置，且第一偏振分光膜(22)與第二偏振分光膜 (23)平行。
4.如權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於第一反射鏡(3)和第二反射鏡(8)的表面貼有四分之一波片。
5.如權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述第一矽基液晶微顯示晶片(4)與表面貼有四分之一波片的第一反射鏡(3)分別位於所述第一偏振分光裝置(2) 平行相對的兩個側面，並且表面貼有四分之一波片的第一反射鏡(3)能夠首先接收從第一偏振分光膜(22 )反射的光源光(13)。
6.如權利要求1或2所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於第一矽基液晶微顯示晶片(4)、第二矽基液晶微顯示晶片(7)為基色相同的彩色濾光型矽基液晶微顯示晶片。
7.如權利要求1或2所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述立體投影光機還包括位置調節機構，用於當所述光機用於普通平面投影顯示時，微調所述第一矽基液晶微顯示晶片(4)、第二矽基液晶微顯示晶片(7)的位置以使得所述微顯示晶片的對應像素的成像位置重合。
8.根據權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述光源(1)為白色單色光源或者為由紅、綠、藍三色LED晶片組組成的光源。
9.根據權利要求1所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述光源(1)為雷射光源，且所述雷射光源為白色單色光源或者為由紅、綠、藍三色雷射燈組成的光源。
10.根據權利要求1或3所述的矽基液晶立體投影光機，其特徵在於所述第一偏振分光裝置(2 )、第二偏振分光裝置(6 )為線柵偏振分光片或偏振分光稜鏡。
全文摘要
本發明提供一種矽基液晶立體投影光機，可以實現彩色三維立體顯示。該引擎主要包括照明光源、兩個偏振分光裝置、兩個反射式矽基液晶微顯示晶片和投影物鏡等。本發明的光機採用兩個偏振分光裝置允許入射到矽基液晶反射式微顯示晶片以及從反射式矽基液晶微顯示晶片反射的成像光線均兩次經過偏振分光鏡的偏振分光膜，且一次為透射一次為反射，因而大大提高了工作光的消光比，並且使得兩束出射偏振光的消光比完全相等，從而有效提高了投影圖像的對比度，改善了像質。更重要的是比起現有的採用四個偏振分光裝置的立體投影裝置，採用兩個偏振分光裝置明顯地降低了製造成本和工藝難度，有利於規模化生產。該投影光機還可以實現三維與二維圖像顯示的切換。
文檔編號G03B35/18GK102402016SQ201110351528
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者孫輝嶺, 密保秀, 高志強 申請人:南京郵電大學