雙液晶光閥單投影機立體投影裝置的製作方法

2023-09-10 08:35:05

專利名稱：雙液晶光閥單投影機立體投影裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及立體投影裝置，特別是一種雙液晶光閥單投影機立體投影裝置，利用 一臺投影機搭配兩個液晶光閥以及圓偏光眼鏡實現立體投影效果。
背景技術：
現有立體投影技術一般利用兩臺投影機，兩鏡頭前分別加裝固定的左旋圓偏振器 和右旋圓偏振器，將光線轉化為左旋圓偏振和右旋圓偏振光，兩臺投影機同時投影在一個 銀幕上，觀眾佩戴圓偏振片眼鏡後可觀看到立體影像。此種方式需要兩臺投影機精確對位， 以保證投影位置的準確性，同時使用兩臺投影機，成本較高。

發明內容
本發明的目的在於提供一種雙液晶光閥單投影機立體投影裝置，通過液晶光閥控 制光的偏振狀態，實現了單臺投影機投影立體影像的方式。實現了單臺投影機投影立體影 像的方式，相比於雙投影機的立體投影裝置，本發明結構簡單，電路簡單，成本低，無需考慮 兩投影機投影圖像對位問題。利用一臺投影機搭配兩個液晶光閥以及配套電路，觀眾通過 佩戴圓偏光眼鏡即可觀看立體投影效果。本發明提供的雙光閥單投影機立體投影裝置包括投影機、偏振器、同步電路、兩 個光學自補償彎曲模式液晶光閥，銀幕和圓偏光眼鏡。投影機，用於支持幀頻率為100HZ或更高的視頻播放；採用DLP技術、LCOS技術、 LCD技術等。線偏振器，用於產生線偏振光；採用偏光度高於99%的偏光片或者其他同等功能 的線偏光器件。兩個光學自補償彎曲模式液晶光閥，用於將線偏振光轉為左旋圓偏振光或右旋圓 偏振光；同步電路用於從視頻信號輸入埠採集左右眼圖像的幀頻率信號，兩信號交替 輸入給投影機投影至銀幕。同時產生用於驅動液晶光閥的同步波形信號；偏光眼鏡為線偏光眼鏡，線偏光眼鏡的左右眼偏光片透光軸方向相互垂直；線偏振器位於投影機鏡頭前，第一個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於線偏振器 外側(投影機鏡頭一側為內側)，第二個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於第一個光學自 補償彎曲模式液晶光閥外側(投影機鏡頭一側為內側)。視頻輸入信號分左右眼圖像信號，依次交替傳輸給投影機，投影機發出的光線依 次經過線偏振器、第一液晶光閥、第二液晶光閥後，投影到銀幕，佩戴圓偏振眼鏡觀看銀幕。銀幕普通銀幕或金屬銀幕。圓偏光片眼鏡圓偏光片眼鏡的左右眼分別為左旋圓偏光片和右旋圓偏光片。所述的線偏振器、液晶光閥、同步電路可作為普通投影機的外部附加部分，也可內 置在投影機內部。
光學自補償彎曲模式(即OCB模式，也稱π盒)第一液晶光閥和第二液晶光閥中 液晶層厚度小於或等於5微米，具有快速響應的特點，一般上升時間0. 8毫秒或以下，下降 時間1.5毫秒或以下。第一液晶光閥中液晶分子長軸投影方向與線偏振器2偏振方向成45度或負45 度。第二液晶光閥5與第一液晶光閥中液晶分子長軸投影方向相互垂直，具體位置關係見 圖2和圖3。同步電路3可產生兩個電壓信號A與B，A和B在同一時間內分別加在第一液晶光 閥和第二液晶光閥上，即當第一液晶光閥上所加電壓為A時，第二液晶光閥所加電壓為B ； 當第一液晶光閥上所加電壓為B時，第二液晶光閥上所加電壓為Α。同步電路3產生的電壓信號中A為高電壓，一般高於IOV ；B為低於IOV的適當電 壓，電壓值一般為3V至IOV之間，典型高電壓值為6V至7V，用於保持第一液晶光閥或第二 液晶光閥的延遲量在1/4波長左右，具體電壓依賴於液晶材料本身參數等因素。同步電路可以偵測視頻輸入端的左右眼圖像的幀頻信號，當左右眼圖像更換時， 同步電路產生的電壓信號A與B做同步交替。所述的圓偏振眼鏡中左眼與右眼分別為左旋圓偏光片和右旋圓偏光片，眼鏡上左 右眼偏光片可交換。本發明提供了一種雙液晶光閥單投影機立體投影裝置，通過液晶光閥控制光的偏 振狀態，實現了單臺投影機投影立體影像的方式，相比於雙投影機的立體投影裝置，本發明 結構簡單，電路簡單，成本低，無需考慮兩投影機投影圖像對位問題。利用一臺投影機搭配 兩個液晶光閥以及配套電路，觀眾通過佩戴圓偏光眼鏡即可觀看立體投影效果。


圖1 雙液晶光閥單投影機立體投影裝置構成及光路。圖2 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一。圖3 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二。圖4 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一時右旋圓偏振光 的獲得。圖5 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一時左旋圓偏振光 的獲得。圖6 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二時左旋圓偏振光 的獲得。圖7 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二時右旋圓偏振光 的獲得。
具體實施例方式本發明參照附圖詳細描述如下圖1 本雙液晶光閥單投影機立體投影裝置構成及光路，實線箭頭為光傳播方向。圖2 線偏振器2、液晶光閥4(第一液晶光閥)以及液晶光閥5 (第二液晶光閥) 的相對位置關係一。線偏振方器2偏振方向為8，液晶光閥4液晶分子長軸投影方向為9，液晶光閥5液晶分子長軸投影方向為10。方向9與方向8夾角45度，方向9與方向10垂直。圖3 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二。線偏振方器2 偏振方向為8，液晶光閥4液晶分子長軸投影方向為10，液晶光閥5液晶分子長軸投影方向 為9，方向9與方向8夾角45度，方向9與方向10垂直。圖4 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一時右旋圓偏振光的獲得。液晶光閥4所加電壓為A，液晶光閥5所加電壓為B。圖5 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一時左旋圓偏振光的獲得。液晶光閥4所加電壓為B，液晶光閥5所加電壓為A。圖6 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二時左旋圓偏振光的獲得。液晶光閥4所加電壓為A，液晶光閥5所加電壓為B。圖7 線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二時右旋圓偏振光 的獲得。液晶光閥4所加電壓為B，液晶光閥5所加電壓為A。
運行原理及過程本雙液晶光閥單投影機立體投影裝置利用兩個疊加於一起的液晶光閥控制投影 機輸出光線的光學偏振狀態，左右眼圖像依次交替投影到銀幕，再利用圓偏振片眼鏡將左 右眼圖像分離，從而實現立體視覺效果。本雙液晶光閥單投影機立體投影裝置所要求的視頻輸入信號IA分為左眼圖像和 右眼圖像，左眼圖像和右眼圖像循環交替傳輸給投影機1。從投影機1發出的光線經過線偏振器2後變成線偏振光11，其偏振方向與線偏振 2偏振方向一致。液晶光閥4和5均採用OCB模式液晶光閥(0CB為光學自補償彎曲模式，也稱π 盒)，盒厚小於或等於5微米，具有快速響應的特點，一般上升時間0. 8毫秒或以下，下降時 間1.5毫秒或以下。OCB模式液晶光閥的快速響應的特點可以保證本投影裝置在圖像高速 切換時輸出光線的光學偏振狀態做相應的轉變。液晶光閥4中液晶分子長軸投影方向與偏振器2的偏振方向夾角為45度或負45 度。液晶光閥5中液晶分子長軸投影方向與液晶光閥4中液晶分子長軸投影方向垂直。即 偏振器2的偏振方向、液晶光閥4中液晶分子長軸投影方向、液晶光閥5中液晶分子長軸投 影方向的組合方式有兩種，見圖2和圖3，具體實施時選擇其中任意一種方式。線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係一時，見圖2，本投影系統 工作方式如下狀態一見圖4，當液晶光閥4上加高電壓A時，液晶光閥4的殘餘延遲量接近零， 對偏振光無調製作用。線偏振光11經過液晶光閥4而光學偏振狀態不發生變化。此時液 晶光閥5上所加電壓為B，液晶光閥5的延遲量在1/4波長左右，此時液晶光閥5作用相當 於1/4波片。線偏振光11經過液晶光閥5後變為右旋圓偏振光12。狀態二 見圖5，當液晶光閥4上所加電壓為B時，液晶光閥4的延遲量在1/4波 長左右，此時液晶光閥4作用相當於1/4波片，線偏振光11經過液晶光閥4後變為左旋圓 偏振光13。此時液晶光閥5上所加電壓為Α，液晶光閥5的殘餘延遲量接近零，對偏振光無 調製作用，左旋圓偏振光13經過液晶光閥5後仍為左旋圓偏振光13。
當視頻輸入信號圖像由左眼圖像轉換到右眼圖像或者由右眼圖像轉換到左眼圖 像時，同步電路3控制輸出電壓信號A和B，將狀態一與狀態二做相應切換，以保證左眼圖像 與右眼圖像的分離，並保持與視頻輸入信號IA幀頻同步。線偏振器2、液晶光閥4以及液晶光閥5的相對位置關係二時，見圖3，本投影系統 工作方式如下狀態一見圖6，當液晶光閥4上加高電壓A時，液晶光閥4的殘餘延遲量接近零， 對偏振光無調製作用。線偏振光11經過液晶光閥4而光學偏振狀態不發生變化。此時液 晶光閥5上所加電壓為B，液晶光閥5的延遲量在1/4波長左右 ，此時液晶光閥5作用相當 於1/4波片。線偏振光11經過液晶光閥5後變為左旋圓偏振光13。見圖狀態二 見圖7，當液晶光閥4上所加電壓為B時，液晶光閥4的延遲量在1/4波 長左右，此時液晶光閥4作用相當於1/4波片，線偏振光11經過液晶光閥4後變為右旋圓 偏振光12。此時液晶光閥5上所加電壓為A，液晶光閥5的殘餘延遲量接近零，對偏振光無 調製作用，右旋圓偏振光12經過液晶光閥5後仍為右旋圓偏振光12。當視頻輸入信號的圖像由左眼圖像轉換到右眼圖像或者右眼圖像轉換到左眼圖 像時，同步電路3控制輸出電壓信號A和B，將狀態一與狀態二做相應切換，以保證左眼圖像 與右眼圖像的分離，並保持與視頻輸入信號IA幀頻同步。通過與輸入的左右眼分離的視頻信號同步轉換，將左右眼圖像分別按照左旋圓偏 振光或者右旋圓偏振光分時間依次投影到銀幕上。觀眾位於銀幕6前，佩戴圓偏光眼鏡7， 左右眼分別為左旋圓偏光片和右旋圓偏光片，左右眼只能單獨分辨左旋圓偏振光或者右旋 圓偏振光圖像中的一種。從而實現左眼影響和右眼影像的分離，實現立體顯示效果。
權利要求
一種雙液晶光閥單投影機立體投影裝置，其特徵在於包括投影機、偏振器、同步電路、兩個光學自補償彎曲模式液晶光閥，銀幕和圓偏光眼鏡；投影機，用於支持幀頻率為100HZ或更高的視頻播放；線偏振器，用於產生線偏振光；兩個光學自補償彎曲模式液晶光閥，用於將線偏振光轉為左旋圓偏振光或右旋圓偏振光；同步電路用於從視頻信號輸入埠採集左右眼圖像的幀頻率信號，同時產生用於驅動液晶光閥的同步電壓信號；偏光眼鏡為線偏光眼鏡，線偏光眼鏡的左右眼偏光片透光軸方向相互垂直；線偏振器位於投影機鏡頭前，第一個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於線偏振器外側，投影機鏡頭一側為內側，第二個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於第一個光學自補償彎曲模式液晶光閥外側，投影機鏡頭一側為內側。視頻輸入信號分左右眼圖像信號，依次交替傳輸給投影機，投影機發出的光線依次經過線偏振器、第一液晶光閥、第二液晶光閥後，投影到銀幕，佩戴圓偏振眼鏡觀看銀幕。
2.根據權利要求1所述的立體投影裝置，其特徵在於所述的線偏振器、液晶光閥、同 步電路可作為普通投影機的外部附加部分，也可內置在投影機內部。
3.根據權利要求1所述的立體投影裝置，其特徵在於第一液晶光閥和第二液晶光閥 中液晶層厚度小於或等於5微米；響應時間上升時間0.8毫秒或以下，下降時間1.5毫秒 或以下。
4.根據權利要求1所述的立體投影裝置，其特徵在於第一液晶光閥中液晶分子長軸 投影方向與線偏振器2偏振方向成45度或負45度。第二液晶光閥與第一液晶光閥中液晶 分子長軸投影方向相互垂直。
5.根據權利要求1所述的立體投影裝置，其特徵在於同步電路可產生兩個電壓信號 高電壓A與低電壓B，A和B在同一時間內分別加在第一液晶光閥和第二液晶光閥上，即當 第一液晶光閥上所加電壓為A時，第二液晶光閥所加電壓為B;當第一液晶光閥上所加電壓 為B時，第二液晶光閥上所加電壓為A。
6.根據權利要求5所述的立體投影裝置，其特徵在於所述的高電壓高於IOV；低電壓 為3V至IOV。
7.根據權利要求5所述的立體投影裝置，其特徵在於同步電路偵測視頻輸入端的左 右眼圖像的幀頻信號，當左右眼圖像更換時，同步電路產生的電壓信號A與B做同步交替。
8.根據權利要求1所述的立體投影裝置，其特徵在於所述的圓偏振眼鏡中左眼與右眼 分別為左旋圓偏光片和右旋圓偏光片，眼鏡上左右眼偏光片可交換。
全文摘要
本發明涉及一種雙液晶光閥單投影機立體投影裝置，包括投影機、線偏振器、兩個液晶光閥、同步電路、銀幕、圓偏光眼鏡。線偏振器位於投影機鏡頭前，第一個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於線偏振器外側，投影機鏡頭一側為內側，第二個光學自補償彎曲模式液晶光閥位於第一個光學自補償彎曲模式液晶光閥外側。視頻輸入信號分左右眼圖像信號，依次交替傳輸給投影機，投影機發出的光線依次經過線偏振器、第一液晶光閥、第二液晶光閥後，投影到銀幕，佩戴圓偏振眼鏡觀看銀幕。本發明結構簡單，電路簡單，成本低，無需考慮兩投影機投影圖像對位問題。利用一臺投影機搭配兩個液晶光閥以及配套電路，觀眾通過佩戴圓偏光眼鏡即可觀看立體投影效果。
文檔編號H04N13/00GK101806995SQ20101013179
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月25日 優先權日2010年3月25日
發明者孫玉寶, 李豔龍 申請人:河北工業大學