[发明专利]提高立体投影机光能利用率的方法

说明书

所属技术领域

本发明属于微显示立体投影显示领域，特别是LCD、LCOS偏振微显示、DLP非偏振微显示立体投影显示领域。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality-VR)：简单的说是一种可以创建和体验虚拟世界的显示系统。作为一门先进的人机交流技术，虚拟现实技术已被广泛应用于军事模拟、视景仿真、虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配、科学可视化等领域。立体显示是虚拟现实显示的一个实现方式。

立体显示主要有以下几种方式：

双色眼镜：这种模式下，通过显示设备显示的图像将先经过颜色过滤，传递给左眼的场景会被过滤掉红色光，传递给右眼的场景会被过滤掉青色光(红色光的补色光，绿光加蓝光)。然后观看者使用一个相应的双色眼镜，这样左眼只能看见左眼的图像，右眼只能看见右眼的图像，彩色图像由大脑合成。这是成本最低的方案，由于丢失了颜色的信息，亮度造成了损失会造成观看者的不适。

主动立体显示：这种模式下，显示设备将交替地传输给左右眼有视差的图像，例如第一帧为左眼的图像，那么下一帧就为右眼的图像，再下一帧传输给左眼，依次交替传递。然后观测者将使用一幅快门眼镜。快门眼镜通过有线或无线的方式和显示设备的输出同步，当显示设备输出左眼图像时，眼镜打开左镜片的快门同时关闭右镜片的快门，当显示设备显示右眼图像时，眼镜打开右镜片的快门同时关闭左镜片的快门。通过视觉暂留在大脑中合成一幅立体图像。这种方法降低图像的一半的亮度，并且要求显示设备和眼镜快门的刷新速度都达到一定的频率，否则也会造成观看者的眼睛疲劳。

被动同步的立体投影设备：这种模式下，显示设备将同时输出左右眼的图像。输出的左右眼图像将分别使用两台投影机投射，在投射左眼图像的投影机前加上偏振镜，然后在投射右眼图像的投影机前也加偏振镜但透光轴旋转90°，观测者也将佩戴眼镜，左眼的偏振镜的透光轴和投射左眼图像的投影机前的偏振镜透光轴平行，右眼的偏振镜的透光轴和投射右眼图像的投影机前的偏振镜透光轴平行。根据偏振原理，左眼只能看见传输给左眼的图像，右眼只能看见传输给右眼的图像。这是至目前为止最佳的立体成像方式。

由于在每台投影机的输出端口加上了偏振片，光能损失了50％，影响了光能的利用率和立体投影机的使用寿命。

发明内容

本发明对提高立体投影机光能利用率提出了解决方法。从每台投影机输出的图像的偏振态往往是不同的。在应用偏振微显示器件作为像源进行投影显示时红色图像的偏振态Rs、蓝色图像的偏振态Bs一般为S波，绿色图像的偏振态Gp一般为P波。在应用非偏振微显示器件作为像源进行投影显示时输出图像的偏振态为自然光。在上述情况下投影机前加上偏振片会有50％的光能损失。

本发明采用偏振旋转器件和偏振转换器件提高光能的利用率。偏振旋转器件使投影机输出的红绿蓝三色图像为同一偏振态，使两台投影机输出图像的偏振态互相垂直；或利用1/2波片使第二台投影机输出图像的偏振态旋转90°；偏振转换器件使入射自然光转换为偏振光，再利用1/2波片使其中一台输出的图像偏振态旋转90°，提高了光能利用率。

偏振旋转器件为双折射器件，性质为波片。偏振旋转器件的设计原理为：设相邻波段的中心波长分别为λ₁、λ₂、λ₃。  设偏振旋转器件的寻常光折射率为n_o，非寻常光的折射率为n_e。为了使不同波段的光能输出转换为同一偏振态，使