本發(fā)明涉及立體投影技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種立體投影成像裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

立體投影儀以幀順序依次轉(zhuǎn)換播放兩個不同序列的圖像，目前主流為左眼圖像和右眼圖像，一個序列由左眼看到，另一個序列由右眼看到，相互交替呈現(xiàn)的就是立體的圖像。觀看者通常佩戴有立體眼鏡，通過立體眼鏡觀看者的每只眼僅能夠看到為其準(zhǔn)備的圖像的子序列。目前已有用于被動式立體眼鏡的立體成像系統(tǒng)。最初從投影機出來的不同序列的圖像為非偏振狀態(tài)光束，通過立體成像系統(tǒng)配置的偏振分光器將非偏振狀態(tài)光束轉(zhuǎn)化為偏振態(tài)光束。

然而，現(xiàn)有的立體投影成像裝置大多存在較大的光能損失或者光能散射以及色差等問題，投影得到的圖像質(zhì)量不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠進行光路回收減小光能損失并提高投影成像質(zhì)量，并且適用于低投射比影院環(huán)境的高光效立體投影成像裝置及系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種立體投影成像裝置，包括：

偏振分光器，所述偏振分光器為偏振分光棱鏡組合或偏振分光板，用于將入射光分為一透射光束和兩個反射光束，所述偏振分光器設(shè)有兩個偏振反射膜，兩個偏振反射膜沿系統(tǒng)中線對稱，組成角度90°±15°，所述棱鏡的反射出射面沿系統(tǒng)中線對稱，組成角度90°±15°；

反射元件，沿入射光線的中心線對稱分布有兩個，用于將偏振分光器反射的兩個反射光束反射到屏幕，所述反射元件采用高反射偏光元件，所述高反射偏光元件由保護層、反射層、吸收層、玻璃基板構(gòu)成，可以有效的保護光路不受雜光的影響，將上下光路多余的p偏振態(tài)光吸收，提高反射效率，以此提高整個系統(tǒng)的光效；

反射元件調(diào)整結(jié)構(gòu)，根據(jù)光束投影的需求通過機械調(diào)控進行空間位置和面形變換，完成對反射光束的大小和位置的調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)光路的重合；

光束大小調(diào)整組件，用于調(diào)節(jié)透射光束和兩個反射光束的大小，使三個光路在屏幕上重合，同時調(diào)節(jié)光束的散射以及消除光路中的雜光，配合系統(tǒng)其他光學(xué)元件對光路進行修正，所述光束大小調(diào)整組件為單個透鏡或多個透鏡組合。

線偏振器，用于過濾掉反射光路中的雜光，修正光路的調(diào)整；

偏振調(diào)制器，用于調(diào)制三路光束，所述偏振調(diào)制器有兩個，兩個偏振調(diào)制器在工作狀態(tài)下相差1/2λ，通過兩個偏振調(diào)制器的高頻率開關(guān)切換，使光束實現(xiàn)兩個光學(xué)偏振狀態(tài)的光束分離，以對應(yīng)被動式圓偏光眼鏡的兩個鏡片的不同的偏光濾光器；

偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器，用于改變光束的偏振狀態(tài)，使三個光束具備相同的光學(xué)偏振態(tài)，所述偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器具備波長帶寬調(diào)整功能。

進一步地，所述偏振分光器兩側(cè)分別設(shè)有一個ar防反射膜，所述ar防反射膜鍍在棱鏡反射出射面，減小光路反射。

進一步地，所述反射元件的投影反射區(qū)域設(shè)計為具有一定的曲率半徑的區(qū)域。

進一步地，所述偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器包括至少三層光學(xué)膜，具有光學(xué)補償功能，改善色差及色散問題。

進一步地，所述透鏡組合設(shè)置在偏振分光器前和/或上光路線偏振器前和/或下光路線偏振器前和/或中間光路偏振調(diào)制器前，根據(jù)影院投射比的需求調(diào)整透鏡或透鏡組合的數(shù)量及透鏡組合平凹透鏡和平凸透鏡的相對位置。

一種立體投影成像系統(tǒng)，包括立體投影儀，金屬幕或者具備立體成像要求的幕布和上述立體投影成像裝置，所述立體投影儀以幀順序依次轉(zhuǎn)換播放兩個不同序列的圖像，所述立體投影成像裝置接收立體投影儀切換播放兩個不同序列的圖像的頻率信號，來進行對第一偏振調(diào)制器和第二偏振調(diào)制器的控制，完成對兩個不同序列的圖像分離成兩個不同光學(xué)偏振狀態(tài)的光束，以對應(yīng)被動式圓偏光眼鏡的兩個鏡片的不同的偏光濾光器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果：

1、反射元件調(diào)整結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)光束大小，解決光束在屏幕未能完全重合造成的圖像質(zhì)量變差的問題。

2、光束大小調(diào)整組件，根據(jù)需要，放置位置的不同，可以調(diào)節(jié)透射光束和兩個反射光束的大小，使三個光路在屏幕上重合，同時調(diào)節(jié)光束的散射；同時調(diào)節(jié)光束的散射以及消除光路中的雜光，配合系統(tǒng)其他光學(xué)元件對光路進行修正；尤其在低投射比環(huán)境的影院，在前道光路放置光束大小調(diào)整組件，有利于縮小系統(tǒng)主要光學(xué)元件大小。

3、對于影院不同的投影距離，投影光線的發(fā)散角以及透射光路和反射光路到屏幕的路程都是不一樣的，這樣在屏幕上的投影尺寸也不一樣，系統(tǒng)對反射元件的投影區(qū)域設(shè)計了一定的曲率半徑，以匹配4-30米的投影范圍都能通過反射元件的上下左右旋轉(zhuǎn)以及面形變化等機械調(diào)控達到三個光路的重合。

4、偏振轉(zhuǎn)換器具有光學(xué)補償?shù)墓δ?，可以解決光束投射角度變大，圖像散射造成圖像質(zhì)量變差的問題，以及投影圖像色差的問題，為低投射比影廳提供解決方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種立體投影成像裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種立體投影成像裝置的另一種形式。

圖3是本發(fā)明提供的一種立體投影成像裝置的另一種形式。

圖4是本發(fā)明提供的偏振分光器的示意圖。

圖5是本發(fā)明提供的偏振分光器的另一種形式。

圖6是本發(fā)明提供的偏振分光器的另一種形式。

圖7是本本發(fā)明提供的高反射偏光元件光路分析圖。

圖8是本發(fā)明提供的反射元件調(diào)整結(jié)構(gòu)的光路示意圖

圖9是本發(fā)明提供的高反射偏光元件的光路原理圖。

圖10是本發(fā)明提供的高反射偏光元件的光路原理圖和光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。

圖11是是本發(fā)明提供的反射元件的光路重合示意圖。

圖12是本發(fā)明提供的偏振轉(zhuǎn)換器的光學(xué)補償示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種立體投影成像裝置，包括光束大小調(diào)整組件，即透鏡組合102和103，入射光束137入射到透鏡組合，通過此透鏡組合的調(diào)整，可以使入射的范圍變小，特別在解決低投射比影廳的方案，此結(jié)構(gòu)可以適用更低的投射比，之后，光束經(jīng)過偏振分光器104，分為一透射入射光束109和兩個反射光束108和133，分離之后，透射光束109為p態(tài)偏振光，兩個反射光束108和133為s態(tài)偏振光，兩者相差1/2λ；

透射光束109通過平凸透鏡132和平凹透鏡131將投影的范圍進行放大，此后，投射光束進入偏振調(diào)制器117和118，第一偏振調(diào)制器117處于保持狀態(tài)，偏振狀態(tài)光線直接穿過第一偏振調(diào)制器，此時第二偏振調(diào)制器118處于工作狀態(tài)，將會對光線的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)1/4λ，或者第一偏振調(diào)制器117處于工作狀態(tài)，將會對第二光學(xué)偏振狀態(tài)光線的偏振態(tài)改變至-1/4λ，此時第二偏振調(diào)制器118處于保持狀態(tài)，光線會直接穿過第二偏振調(diào)制器118，兩個偏振調(diào)制器在工作時，具備偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器的功能，且兩個偏振調(diào)制器相差1/2λ；通過兩個偏振調(diào)制器的高頻率開關(guān)切換，使光束實現(xiàn)兩個光學(xué)偏振狀態(tài)的光束分離，以對應(yīng)被動式圓偏光眼鏡的兩個鏡片的不同的偏光濾光器；

反射光束108、133分別入射到反射元件107和134，反射元件107、134可以通過反射元件調(diào)整結(jié)構(gòu)機械調(diào)控，調(diào)節(jié)光束大小及上下左右各方位的移動，以使光路重合，反射光束108經(jīng)過反射元件反射之后，穿過透鏡組合110和111，根據(jù)需要，調(diào)節(jié)平凹透鏡和平凸透鏡的距離，對光束的投射范圍進行調(diào)整，即調(diào)整光束的大小，在透鏡組合之后設(shè)置線偏振器112，過濾和消除反射光束108中s態(tài)偏振光中夾雜的雜光，經(jīng)過線偏振器112之后的線偏振光，進入后續(xù)的偏振調(diào)制器113和114，使光束實現(xiàn)兩個光學(xué)偏振狀態(tài)的光束分離，以對應(yīng)被動式圓偏光眼鏡的兩個鏡片的不同的偏光濾光器，經(jīng)過偏振調(diào)制器113和114后的光束進入到偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器115和116，偏振態(tài)轉(zhuǎn)換器115和116分別相當(dāng)于1/4波片的功能，累積為1/2波片的功能；其用于改變光束的光學(xué)偏振狀態(tài)，使三個光束具備相同的光學(xué)偏振狀態(tài)。

該種形式的立體投影成像裝置中加入了多個透鏡組合，此結(jié)構(gòu)可以適用更低的投射比，目前多數(shù)立體投影成像裝置適用的投射比最低為1.0-1.2，此結(jié)構(gòu)的立體投影成像裝置可以適用投射比為0.5-0.8的影廳。

圖2是本發(fā)明提供的一種立體投影成像裝置的另一種形式，這種結(jié)構(gòu)的立體投影成像裝置取消了透鏡組合，單純依靠反射元件107和134實現(xiàn)三個光路重合，反射元件107和134在反射區(qū)域進行了曲率半徑的設(shè)計，以滿足不同投影距離的需求。

圖3本發(fā)明提供的一種立體投影成像裝置的另一種形式。此種形式的立體投影成像裝置取消了上下光路的偏振轉(zhuǎn)換器，增加了中間光路的偏振轉(zhuǎn)換器301和302，更改之后，上中下光路同樣能實現(xiàn)上中下三個光路的偏振狀態(tài)的一致性；同時，反射元件107采用偏振高反元件，減少雜光對上下光路的影響。

圖4是本發(fā)明提供的偏振分光器的結(jié)構(gòu)示意圖，偏振分光器為偏振分光棱鏡組合，包括四個棱鏡402、403、408和411，此四部分可以采用折射率相同或者不同的材料，正常使用的材料為h-k9l，折射率為nd＝1.51680±0.0005。α的范圍為50°至90°，β的范圍為90°至180°，403和411的夾角與α保持一致，沿系統(tǒng)中線對稱，通過調(diào)節(jié)此三個夾角來調(diào)節(jié)整個光路的雜光和反射光的消除；棱鏡反射出射面鍍有ar防反射膜，用于減少反射光的產(chǎn)生，增加透過率；入射光線在此結(jié)構(gòu)可以避免直接入射偏振分光器而產(chǎn)生色散問題。

圖5是本發(fā)明提供的偏振分光器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)的偏振分光器由六個棱鏡502、503、504、509、513、514組成，503、504與513、514沿系統(tǒng)中心對稱，使用與其他部分相同折射率和色散率或者不同折射率色散率的材質(zhì)，利用光路折射，對光路特性進行修正；并適用于配合透鏡組合，對光路進行調(diào)節(jié)。

圖6是本發(fā)明提供的偏振分光器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)的偏振分光器由四個棱鏡602、603、607、610組成，入射光線在此結(jié)構(gòu)可以避免直接入射偏振分光器的而產(chǎn)生色散問題；α的范圍50°至90°，603和610的夾角與α保持一致，沿系統(tǒng)中線對稱，通過調(diào)節(jié)此三個夾角來調(diào)節(jié)整個光路的雜光和反射光的消除；ar防反射膜，鍍膜在棱鏡反射出射面，減少反射光的產(chǎn)生，增加透過率。

本發(fā)明提供的偏振分光器還可以是多個偏振分光板的組合。

圖7是本發(fā)明提供的高反射偏光元件光路分析圖，在初始狀態(tài)時，初始光束tp＝100％/ts＝100％，經(jīng)過偏振反射膜之后，透射光束tp1＝96％/ts1＝0.1％，反射光束rp1＝4％/rs1＝99.9％，反射光束經(jīng)過高反射偏光元件702，該元件效率為rp3＝5％/rs3＝99％，得到的rp2＝rp1*rp3＝4％*5％＝0.2％/rs2＝rs1*rs3＝99.9％*99％＝98.9％；通過此設(shè)計可以得到系統(tǒng)更高光效。使用此高反射偏光元件作為反射元件，可以比普通的反射元件的光效增加6％，并有效改善上下光路的p態(tài)偏振光的對光路的干擾。

圖8所示為本發(fā)明提供的反光元件調(diào)整結(jié)構(gòu)的光路示意圖。反射元件803，用于將偏振分光器反射的兩個反射光束反射到屏幕；反射元件可以根據(jù)光束投影的需求進行空間位置的旋轉(zhuǎn)、移動、推拉、變形，完成對反射光束的大小和位置的調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)光路的重合。入射光束801經(jīng)過反射元件803的反射之后，得到光束805；將反射元件803收縮變形之后，得到802，入射光束801經(jīng)過反射元件802之后，得到光束804；很明顯經(jīng)過此調(diào)整，可以對反射光束的投射方向進行調(diào)整；在通過這樣的調(diào)整之后可以使上中下三個光路重合。此結(jié)構(gòu)可以配合透鏡組合，擴大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，并使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)更細(xì)致，更精準(zhǔn)。

圖9所示為本發(fā)明提供的高反射偏光元件的光路原理圖，當(dāng)光線以布魯斯特角入射時，反射光線中只有s偏振態(tài)的光，無p偏振態(tài)光，p偏振態(tài)光完全透過。布魯斯特角與入射界面兩種材料的折射率有關(guān)，比如從空氣入射到k9玻璃時的布魯斯特角為56.5°。在設(shè)計高反射偏光元件時，對多層膜系合理設(shè)計，保證在較寬波段范圍盡量滿足布魯斯特效應(yīng)，讓s偏振光盡量高反射，p偏振光盡量高透過。如圖9所示，在高效狀態(tài)下，初始光束tp＝100％/ts＝100％，經(jīng)過反射之后，rp＝0/rs＝15.2％,，經(jīng)過折射之后再反射之后，rp1＝0％/rs1＝84.8％*15.2％*84.8％，而經(jīng)過折射之后投射的光束，tp＝100％/ts＝84.8％*84.8％，按照此設(shè)計進行膜系的搭建，達到幾乎p偏振態(tài)光全部透過，同時s偏振態(tài)光高反射。

圖10是本發(fā)明提供的高反射偏光元件的光路原理圖和光學(xué)結(jié)構(gòu)圖，高反射偏光元件由保護層1001、反射層1002、吸收層1003、玻璃基板1004構(gòu)成；可以有效的保護光路不受雜光的影響，將上下光路多余的p偏振態(tài)光吸收；反射層由圖9所示的原理進行膜系的設(shè)計搭建。

圖11是本發(fā)明提供的反射元件的光路重合示意圖。投影光線有發(fā)散角a，透射光路和反射光路到屏幕的路程不一樣，這樣在屏幕上的投影尺寸也不一樣，分別為a和b，當(dāng)屏幕的位置變化，a和b的大小也變化。需要通過反射元件的曲率半徑設(shè)計和機械調(diào)節(jié)以及透鏡組合的調(diào)節(jié)，使a和b重合。

圖12是本發(fā)明提供的可以進行光學(xué)補償?shù)墓鈱W(xué)膜的原理示意圖，波長在400nm-700nm的可見光，不同波長的可見光的光學(xué)特性是不一樣的，尤其在視角比較大的情況下，如果不進行光學(xué)補償，就會色差及色散問題；在可見光經(jīng)過1/4波片，我們想要追求的是線條c的狀態(tài)，但是實際上我們得到的是線條a的狀態(tài)，在經(jīng)過合適的光學(xué)補償之后，我們可以得到線條b的狀態(tài)，這樣對可見光各個波長的光線影響就得到了很好的約束；在經(jīng)過下一層1/4玻片光學(xué)補償膜，可以再進行一次類似的反相補償，將更進一步接近c線條的狀態(tài)，由此可以解決和改善色差和色散的問題。此光學(xué)補償膜需要多層不同角度不同波長的光學(xué)膜進行補償合成，比如用三層光學(xué)膜，一個140nm(1/4λ)+108°，一個270nm(1/2λ)+32°，一個270nm(1/2λ)+5.5°，將此三層光學(xué)膜合成之后，具有1/4波片功能，并且已經(jīng)光學(xué)補償?shù)墓δ堋?/p>

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。