偏振转换系统和利用偏振光对立体图像编码的投影系统的制作方法
【专利摘要】一种偏振转换系统和利用偏振光对立体图像编码的投影系统。偏振转换系统安置在投影仪的输出光路中。所述偏振转换系统可以包括偏振分束器、偏振旋转元件、反射元件和偏振开关。通常，投影仪输出随机偏振光。该光被输入到所述偏振转换系统，在所述偏振转换系统中，所述偏振转换系统在偏振分束器处分离p偏振光和s偏振光。p偏振光在第一光路上被朝向偏振开关引导。s偏振光在第二光路上被传递通过偏振旋转元件(例如，半波片)，从而将它变换为p偏振光。反射元件朝向偏振开关沿着第二光路引导经过变换的偏振光(现在p偏振)。第一光路和第二光路最终被朝向投影屏幕引导，以在利用偏振光进行三维观看的电影应用中共同形成更亮的屏幕图像。
【专利说明】偏振转换系统和利用偏振光对立体图像编码的投影系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于投影图像来进行三维观看体验的投影系统，并且更具体地，涉及一种偏振转换系统和利用偏振光对立体图像编码的投影系统。
【背景技术】
[0002]三维(3D)影像可以使用投影仪之后的偏振控制和偏振控制眼镜来合成(参见例如Lipton的美国专利N0.4，792，850，该专利特此通过引用并入本文)。
[0003]投影仪处的偏振控制的常规实现方式在图1中被示出。在这种实现方式中，几乎平行的光线(ray)从透镜10的输出射出，似乎来源于透镜10内部的光瞳12，并且会聚来在屏幕14上形成光斑。图1中的光线束A、B和C分别是在屏幕14的底部、中心和顶部形成光斑的束。从投影透镜射出的光20被随机地偏振,在图1中被描绘为s偏振光和P偏振光两者[s偏振光通常被表示为“ο”;p偏振光用末端为双箭头的线表示]。光20穿过线偏振器22，在偏振器22之后导致单一偏振态。正交偏振态被吸收(或者被反射)，并且偏振器22之后的光通量通常小于原始通量的一半，因而导致变暗的最终图像。偏振开关30与图像中贞同步，并且从偏振开关射出的偏振态24交替,在屏幕处产生交替正交偏振的图像。偏振选择眼镜允许一种偏振的图像传到左眼，并且正交偏振的图像传到右眼。通过对每只眼睛呈现不同的图像，3D影像可以被合成。
[0004]这种常规系统已被用在影院中。然而，该常规系统要求大于50%的光被偏振器吸收，并且所得图像比典型的2D影院的图像暗50%以上。较暗的图像将会限制用于3D应用的影院的大小和/或为观众提供不太令人满意的观看体验。
[0005]因此，需要提供一种偏振转换系统和利用偏振光对立体图像编码的投影系统，来解决上述问题。
实用新型内容
[0006]解决前述问题、从投影仪接收光的偏振转换系统的各种实施方案被描述。偏振转换系统在利用偏振光进行三维观看的电影应用中呈现更亮的屏幕图像。
[0007]在实施方案中,偏振转换系统包括偏振分束器、偏振旋转器和偏振开关，偏振分束器被设置来从投影仪透镜接收随机偏振光束，并且被设置来沿着第一光路引导具有第一偏振态的第一光束，并沿着第二光路引导具有第二偏振态的第二光束；偏振旋转器安置在第二光路上，所述偏振旋转器被设置来将第二偏振态转变为第一偏振态；偏振开关被设置来分别从第一光路和第二光路接收第一光束和第二光束，并且被设置来选择性地将第一光束和第二光束的偏振态转变为第一输出偏振态和第二输出偏振态之一。
[0008]其中，第一光束朝向投影屏幕传送。反射元件可以安置在第二光路中，以朝向投影屏幕引导第二光束，以使得第一光束和第二光束基本上交叠(overlap)以形成更亮的屏幕图像。
[0009]本实用新型还提供一种偏振转换系统，所述偏振转换系统包括偏振分束器、偏振旋转兀件、反射器兀件、偏振开关、控制器以及外壳，偏振分束器被设置来在第一光路和第二光路上引导光并且被设置来从投影仪接收光；偏振旋转元件安置在第二光路上；反射器元件安置在第二光路上；偏振开关在第一光路和第二光路上安置在反射器元件后面，其中反射器元件被设置来朝向投影屏幕上基本上类似于第一光路的位置引导第二光路；控制器与投影仪通信；外壳基本上封装偏振分束器、偏振旋转元件、反射器元件以及偏振开关。
[0010]本实用新型还提供一种利用偏振光对立体图像编码的投影系统，所述投影系统包括:投影仪、偏振转换系统以及偏振开关，投影仪包括被设置来输出随机偏振光到偏振转换系统的投影透镜；偏振转换系统与投影透镜光学耦合，偏振转换系统包括偏振分束器、偏振旋转元件以及反射器元件，偏振分束器被设置来在第一光路和第二光路上引导光；偏振旋转元件安置在第二光路上；反射器元件安置在第二光路上；偏振开关安置在第一光路和第二光路上，其中第一光路在投影屏幕上形成图像，并且其中反射器元件朝向投影屏幕引导第二光路上的光。
[0011]下面在【具体实施方式】中描述其他方面和实施方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是用于立体投影的常规偏振开关的示意图；
[0013]图2A是根据本公开的用于电影投影的偏振转换系统(PCS)的示意图；
[0014]图2B是根据本公开的偏振分束器(PBS)的示意图；
[0015]图3是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图；
[0016]图4是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图，该实施方案包括沿着光路并且具有以光轴为中心的视场的远摄透镜(telephoto lens)；
[0017]图5是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图，该实施方案包括沿着光路并且具有不以光轴为中心的视场的远摄透镜；
[0018]图6是根据本公开的提供圆偏振输出的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图，该实施方案包括沿着光路并且具有以光轴为中心的视场的远摄透镜；
[0019]图7是根据本公开的提供线偏振输出的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图，该实施方案包括沿着光路并且具有以光轴为中心的视场的远摄透镜；
[0020]图8是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图；
[0021]图9是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图；
[0022]图10是根据本公开的用于电影投影的PCS的另一实施方案的示意图；以及
[0023]图11是根据本公开的用于电影投影的PCS的实施方案的立体视图。
【具体实施方式】
[0024]描述从投影仪接收光的偏振转换系统的各种实施方案。偏振转换系统在利用偏振光进行三维观看的电影应用中呈现更亮的屏幕图像。
[0025]图2A是示出用于电影投影的偏振转换系统(PCS)IOO的示意图。偏振转换系统100的实施方案包括如所不那样布置的偏振分束器(PBS) 112、偏振旋转器114 (例如,半波片)、反射元件116(例如，折叠反射镜(fold mirror))以及偏振开关120。偏振转换系统100可以从具有投影透镜122的常规投影仪接收图像。[0026]在操作中，射线束A、B和C从透镜122随机偏振地射出，并且朝向屏幕130投影以形成图像。在该实施方案中，PBS112代替图1中所示的偏振器22被插入。PBS112透射P偏振光124,并且反射S偏振光126。P偏振光124穿过偏振开关(束A、B和C),并且在交替中贞中被偏振开关旋转，与图1中的束A、B和C相同。
[0027]被PBS112反射的S偏振光126穿过偏振旋转器114 (例如，半波片，在一些实施方案中优选为消色差的)，并且被旋转为P偏振光128。新的P偏振光128传到折叠发射镜116。折叠反射镜116反射新的P偏振光128,并将它传到偏振开关120。对p偏振射线束A'、B'和C作用的偏振开关120与束A、B和C的旋转同步地在交替帧中旋转射线束的偏振。束A'、B'和C'在屏幕处的位置可以被调整(例如，通过调整折叠反射镜116的倾斜)为与射束A、B和C在屏幕处的位置接近一致或者完全一致。因为来自投影透镜122的几乎所有的随机偏振光106在屏幕130处都被以单一偏振态成像，所以图2A中的系统的所得图像亮度大约是用于图1中的系统的屏幕处的图像亮度的三倍。
[0028]在该示例性实施方案中，图2A中的PBS112被描绘为片。然而，可以使用各种类型的PBS。例如，PBS片可以使用以下来构造:玻璃上的线栅层(wire grid layer onglass)(例如，来自美国犹他州奥瑞姆的Moxtek的Proflux偏振器(Proflux polarizerfrom Moxtek in Orem, UT))、偏光回收膜(polarization recycling film)(例如，来自明尼苏达州圣保罗市的3M的双亮度增强膜(Double Brightness Enhancing Film from3Min St.Paul, MN))、玻璃上的偏光回收膜(polarization recycling film on glass)(以获得平面度)或者玻璃上的多层介电层(mult1-dielectric layer on glass)。图2A中的TOS112可以可替换地被实施为玻璃立方体(具有线栅、偏光回收膜或者沿对角的介电层)，以减小最终图像中与穿过倾斜片的光相关联的像散。可替换地，在各种实施方案中，图2A中的倾斜片PBS112可以被实施为具有球形的、非球形的、圆柱形的或者环形的表面，来减小屏幕130处的最终图像中的像散。所述片上的偏心球形的、非球形的、圆柱形的或者环形的表面和/或所述片后面的光程中的附加的偏心球形的、非球形的、圆柱形的或者环形的元件可以被实施来减小最终图像中的像散。参见例如V.Doherty和D.Shafer在1980 年的 Proc.SPIE 第 0237 卷第 195-200 页(V.Doherty and D.Shafer, Proc.SPIE,Vol.0237, pp.195-200,1980)中的 “Simple method of correcting the aberrations ofa beamsplitter in converging light (在会聚光中校正分束器的像差的简单方法)”,该文章特此通过引用被并入。还应注意到，第二平板可以在倾斜PBS板112后面被插入到系统中，并且它的倾斜可以被调整以减小或者校正最终图像中的像散。
[0029]例如，图2B是图示说明偏振分束器112的实施方案的剖视图的示意图。在实施方案中，PBS112可以包括第一 PBS层113和第二 PBS层115。第一和第二 PBS层可以包括下述内容的任何组合的任一个:玻璃上的线栅层、偏光回收膜、玻璃上的偏光回收膜、玻璃上的多层介电层和/或第一和第二平坦的片。
[0030]回过来参照图2A，在某些实施方案中，偏振旋转器114可以是消色差的半波片。半波片可以用以下来实现:聚合物膜(例如，来自科罗拉多州博尔德市的ColorLink公司的消色差延迟片(Achromatic Retardation Plate from ColorLink, Inc., Boulder, CO))、石英片或者可选地被图案化以导致几何偏振改变的静态液晶器件。半波片114可以如图2A所示那样被设置，或者在其他实施方案中，它可以被设置在折叠反射镜116与偏振开关120之间，与光线束A'、B'和C'相交。这种实现方式可以是可取的，因为束A'、B'和C'在s偏振态下从折叠反射镜116反射，并且反射镜对s偏振光通常具有更高的反射。然而，利用这样的实现方式，半波片114应被安置为使得束A'和C在片上不重叠。尽管在本文所描述的大多数实施方案中，偏振旋转器114被安置在第二光路中，但是它可以可替换地改为被放置在第一光路中，并且偏振转换系统将根据本公开的原理以类似的方式操作。
[0031]在某些实施方案中，折叠反射镜116可以用PBS元件(例如，线栅片(wire gridplate))替代。在这种情况下，在PBS元件后面可以保持更纯的偏振。
[0032]偏振开关120可以是如美国专利N0.4，792，850教导的开关；如2006年6月14日递交的、题目为“Achromatic Polarization Switches (消色差的偏振开关)”的共同转让的美国专利申请N0.11/424，087的任一开关所教导的开关(这两篇文献都出于所有目的整个地通过引用被并入)；或者本领域中已知的选择性地变换传入的偏振态的任何其他偏振开关。在某些实施方案中，偏振开关120可以被分开(即，以提高器件的产率)。如果偏振开关120被分开，则可取的是这两个器件被安置为使得图2A中的束A'和C不重叠。分开偏振开关120允许一个部分被重新安置在半波片114与折叠反射镜116之间的A'、B'、C'光程中。这里放置偏振开关120可能要求折叠反射镜116具有更好的保偏性(例如，来自科罗拉多州戈尔登的欧瑞康的Silflex覆层(a Silflex coating from Oerlikon inGolden，CO))，因为这可以是屏幕前面的A'、B'、C'光程中的最后一元件。 [0033]在图2A的偏振转换系统100中，光线束A'的光程比光线束A的光程长(类似地，B' -B和C1-C)，导致由A'、B'、(T和A、B、C生成的图像之间的放大率差。该放大率差对于观众可能是不可接受的，尤其是对于广角投影系统和短焦(short-thiOw)投影系统。用于校正该倍率差的一些技术可以包括(I)在具有光学倍率的折叠反射镜116上提供曲面，补偿放大率差；这种解决方案是消色差的，这是可取的；(2)将具有光学倍率的菲涅耳表面或者衍射表面添加到折叠反射镜116来补偿放大率差(这可以是消色差的，或者可以不是消色差的)；(3)将折射元件(透镜)添加在折叠反射镜116与偏振开关120之间或者PBS112与折叠反射镜116之间；单片透镜(singlet lens)不可能是消色差的，但是双片(doublet)解决方案可以是消色差的；(4)添加如图3和图4中所图示说明的远摄透镜；或者(5)以上四种技术中的至少两种的组合。
[0034]尽管如所述的，P偏振光被朝向偏振开关120传送，而s偏振光被朝向半波片114引导，但是本领域的普通技术人员应该明白，可以利用可替换配置，其中，s偏振光被朝向偏振开关120传送,而P偏振光被朝向半波片114引导。
[0035]图3是示出用于电影投影的PCS200的另一个实施方案的示意图。PCS200的元件可以具有与结合图2A的PCS100所示的类型和功能类似的类型和功能。例如，元件2xx类似于元件lxx，其中XX是各个元件的最后两位数。在该实施方案中，光线束A、B和C可以通过一组附加的折叠反射镜232、234被引导，该组附加的折叠反射镜232、234可操作来如图3所示那样使束A和A1、8和8'、(:和(^的光程长度相等。注意到，束Ai和Ci存在，但是未被示出。它们遵循与图2A中所示的A'、B'、C'束类似的路径。注意到，尽管PBS和折叠反射镜在这里被示出为与光轴成45度取向，但是根据本教导，PBS212和折叠反射镜216、232、236可以具有其他取向。另外，玻璃可以被插入到V ,Bi和的光程中(例如，通过用直角棱镜替代折叠反射镜216和/或使用玻璃立方体PBS代替片PBS)，来分别减小或者消除A、B、C与A'、B'、(T束之间的光程差。
[0036]参照图2和图3，为了观看舒适，来自束V , Bi和CT的图像应该与来自束A、B和C的图像基本上重叠(但是完全重叠不是必需的)。相对于其他图像位置调整一个图像位置的一些技术包括(I)使用手拧螺钉(thumb screws)或者类似的机械技术来使折叠反射镜、PBS片或者PBS立方体倾斜；(2)机械地使透镜或者具有光学倍率的元件(例如，曲面反射镜)偏心；(3)利用反馈系统来经由前述图像调整技术之一自动地调整图像位置；或者
(4)以上三种技术中的至少两种的组合。
[0037]光学透射和杂散光控制可以通过在光透射元件上提供用于高透射和低反射的防反射覆层来针对光透射元件被优化。来自透射元件的反射可以在系统中引起杂散光，这降低了对比度和/或在最终图像中生成干扰伪像。在某些实施方案中，附加的吸收性偏振器可以被放置在A'、B'、C'路径中的半波片114后面和/或任一路径中的PBS112后面，来控制偏振泄漏并且改善最终图像对比度。
[0038]图4是示出用于电影投影的PCS300的另一个实施方案的示意图。PCS300的元件可以具有与结合图2A的PCS100所示的类型和功能类似的类型和功能。例如，元件3xx类似于元件lxx，其中XX是各个元件的最后两位数。
[0039]在该示例性实施方案中，远摄透镜对340可以被实现在光传送通过PBS312的光程中。这里，远摄透镜对340被沿着光程安置，并且具有以光轴为中心的视场。通常，远摄透镜340允许对两个元件进行放大率、畸变和成像性质的控制，以使得两个图像彼此相对近地(即，在1-4个像素内)叠加，同时保持大约一个像素的一小部分的光斑大小和大约一个像素的横向色差。可替换地，反向远摄透镜(未示出)可以被实现在光从PBS312(其被安置在偏振开关320与折叠反射镜316之间或者在折叠反射镜316后面)反射的光程中。如果远摄透镜或者反向远摄透镜被用于控制一个光程中的放大率，则最终图像的径向畸变和梯形畸变可以通过使单个的元件或者元件对从光轴横向移位来调节。
[0040]图5是示出用于电影投影的PCS400的另一个实施方案的示意图。PCS400的元件可以具有与结合图2A的PCS100所示的类型和功能类似的类型和功能。例如，元件4xx类似于元件lxx，其中XX是各个元件的最后两位数。在该示例性实施方案中，远摄透镜对440可以被实现在光传送通过PBS412的光程中。这里，远摄透镜对440被沿着光程安置，并且具有中心偏离光轴的视场。正如以上所述的，最终图像的径向畸变和梯形畸变可以通过使单个的元件或者元件对440从光轴横向移位来调节。
[0041]图6是提供圆偏振输出的用于电影投影的PCS500的另一个实施方案的示意图。PCS500包括沿着光程的、具有以光轴为中心的视场的远摄透镜对540。在这种情况下，每个偏振开关520是例如如美国专利N0.4，792，850中所述的圆偏振开关(或者Z屏(Z-screen))。根据系统所需的对比度水平，每个路径中的清理偏振器(cleanuppolarizer) 542、544是可选的。例如，包括一个或者两个清理偏振器可以增强系统对比度。PCS500还包括壳体592，壳体592封装偏振分束器(PBS)、偏振旋转器514、反射元件516、开关520、远射透镜对540以及清理偏振器542、544。
[0042]图7是提供线偏振输出的用于电影投影的PCS600的另一个实施方案的示意图。这里，每个偏振开关620是如2006年6月14日递交的、题目为“Achromatic PolarizationSwitches (消色差的偏振开关)”的美国专利申请N0.11/424，087中所述的并且由科罗拉多州博尔德市的ColorLink公司制造的消色差的线偏振开关。类似于图6中的实施例，根据系统所需的对比度水平，每个路径中的清理偏振器642、644是可选的。例如，包括一个或者两个清理偏振器可以增强系统对比度。另外，根据偏振开关620的消色差性质，消色差旋转器648是可选的。PCS600还包括壳体692，壳体692封装偏振分束器(PBS)、消色差旋转器648、反射元件616、开关620、远射透镜对640以及清理偏振器642、644。
[0043]图8是用于电影投影的PCS700的另一个实施方案的示意图，该示意图示出这样的可替换配置，其中，偏振器746、消色差旋转器714和偏振开关720被安置在其他光学组件后面。PCS700的元件可以具有与结合图2A的PCSlOO所示的类型和功能类似的类型和功能。例如,元件7xx类似于元件lxx,其中XX是各个元件的最后两位数。PCS700还包括壳体792，壳体792封装偏振分束器(PBS) 712、消色差旋转器714、反射元件716、开关720、远射透镜对740以及偏振器746。
[0044]在操作中，光朝向PBS712离开投影透镜722。P偏振光朝向远摄透镜对740、然后朝向偏振开关720穿过PBS712。可选的清理偏振器746可以被安置在远摄透镜对740与偏振开关720之间以进一步增强对比度。被PBS712反射的s偏振光被朝向折叠反射镜716引导，其中，它朝向消色差旋转器714反射，然后它穿过可选的清理偏振器746，消色差旋转器714将s偏振光变换为P偏振光。接着，来自消色差旋转器714的P偏振光穿过偏振开关720。在这种配置中，被PBS716反射的s偏振光被闻效率地反射,偏振由折叠反射镜716保持。这减轻了对从折叠路径保偏的任何需要，并且使亮度最小。消色差90°旋转器714(可能是基于延迟片堆叠的)可以被用来将来自折叠反射镜的光转换为正交状态。为了从PBS712消除P反射，清理偏振器746可能是可取的。这优选地跟在消色差旋转器714后面，从而降低作为系统水平对比度中的因素的偏振转换效率。
[0045]PCS700在屏幕上提供高对比度图像。在该示例性实施方案中，最终屏幕图像具有位于投影透镜的光轴上的中心。在某些其他实施方案中，最终屏幕图像可以被安置为中心偏离光轴——例如，半屏高度在投影透镜的光轴下面。在这样的实施方案中，偏振分束器712可以被重新安置为拦截来自投影透镜722的全照射，并且折叠反射镜716可以被倾斜来适当地将两个图像叠加在屏幕上。该实施方案中的偏振开关720被分开为两个元件(每个路径一个)以提高制造产率；但是，如前面所讨论的，它可以可替换地是单个单元。
[0046]图9是示出用于电影投影的偏振转换系统(PCS) 190的示意图。偏振转换系统190的实施方案包括如所不那样布置的偏振分束器(PBS) 112、偏振旋转器114 (例如,半波片)、反射元件116(例如，折叠反射镜)以及偏振开关120。偏振转换系统190可以从具有投影透镜122的常规投影仪接收图像。
[0047]偏振转换系统190还可以包括外壳192，外壳192封装偏振分束器(PBS) 112、偏振旋转器114、反射元件116和开关120。
[0048]在操作中，光线束A、B和C从透镜122随机偏振地射出，并且朝向屏幕130投影以形成图像。在该实施方案中，PBS112代替图1中所示的偏振器22被插入。PBS112透射P偏振光124,并且反射S偏振光126。P偏振光124穿过偏振开关(束A、B和C),并且在交替帧中被偏振开关旋转，与图1中的束A、B和C类似。
[0049]被PBS112反射的S偏振光126穿过偏振旋转器114 (例如，半波片，在一些实施方案中优选为消色差的)，并且被旋转为P偏振光128。新的P偏振光128传到折叠反射镜116。折叠反射镜116反射新的P偏振光128，并且将它传到偏振开关120。对p偏振光线束A'、B'和C'作用的偏振开关120与束A、B和C的旋转同步地在交替帧中旋转射线束的偏振。束A'、B'和C'在屏幕处的位置可以被调整(例如，通过调整折叠反射镜116的倾斜)为与束A、B和C在屏幕处的位置接近一致或者完全一致。因为来自投影透镜122的几乎所有的随机偏振光106都在屏幕130上被以单一偏振态成像，所以图9中的系统的所得图像的亮度是用于图1中的系统的屏幕处的图像亮度的三倍。
[0050]在该示例性实施方案中，图9中的PBS112被描绘为片。然而，如以上关于图2A和图2B所讨论的，可以使用各种类型的PBS。还应注意到，第二平坦的片可以在倾斜的PBS片112后面被插入到系统中，并且它的倾斜可以被调整来减小或者校正最终图像中的像散。
[0051]在某些实施方案中，图9中的偏振旋转器114可以是消色差的半波片。半波片可以用以下来实现:聚合物膜(例如，来自科罗拉多州博尔德市的ColorLink公司的消色差延迟片(Achromatic Retardation Plate from ColorLink, Inc., Boulder, CO))、石英片或者可选地被图案化以导致几何偏振改变的静态液晶器件。半波片114可以如图9所示那样被设置，或者在其他实施方案中，它可以被设置在折叠反射镜116与偏振开关120之间，与束A'、B'和C'相交。这种实现方式可以是可取的，因为束A'、B'和C'在s偏振态下从折叠反射镜116反射，并且反射镜对s偏振光通常具有更高的反射。然而，利用这样的实现方式，半波片114应被安置为使得射束A'和C在片上不重叠。尽管在本文所描述的大多数实施方案中，偏振旋转器114被安置在第二光路中，但是它可以可替换地改为被安置在第一光路中，并且偏振转换系统将根据本公开的原理以类似的方式操作。
[0052]在某些实施方案中，折叠反射镜116可以用PBS元件(例如，线栅片(gridplate))替代。在这种情况下，在PBS元件后面可以保持更纯的偏振。
[0053]偏振开关120可以是如美国专利N0.4，792，850所教导的开关；如2006年6月14日递交的、题目为“Achromatic Polarization Switches (消色差的偏振开关)”的共同转让的美国专利申请N0.11/424，087的任一开关所教导的开关(这两篇文献都出于所有目的整个地通过引用被并入)；或者本领域中已知的选择性地变换传入的偏振态的任何其他偏振开关。在某些实施方案中，偏振开关120可以被分开(即，以提高器件的产率)。如果偏振开关120被分开，则可取的是这两个器件被安置为使得图9中的束A'和C不重叠。分开偏振开关120允许一个部分被重新安置在半波片114与折叠反射镜116之间的A'、B'、C'光程中。这里放置偏振开关120可能要求折叠反射镜116具有更好的保偏性(例如，来自科罗拉多州戈尔登的欧瑞康的Silflex覆层(a Silflex coating from Oerlikon inGolden，CO))，因为这可以是屏幕前面的A'、B'、C'光程中的最后一元件。
[0054]在图9的偏振转换系统190中，光线束A'的光程比光线束A的光程长(类似地，B' -B和C1-C)，导致由A'、B'、C'和A、B、C生成的图像之间的放大率差。该放大率差对于观众可能是不可接受的，尤其是对于广角投影系统和短焦投影系统。用于校正该放大率差的一些技术可以包括(I)在具有光学倍率的折叠反射镜116上提供曲面，补偿放大率差；这种解决方案是消色差的，这是可取的；(2)将具有光学倍率的菲涅耳表面或者衍射表面添加到折叠反射镜116来补偿放大率差(这可以是消色差的，或者可以不是消色差的)；
(3)将折射元件(透镜)添加在折叠反射镜116与偏振开关120之间或者在PBSl 12与折叠反射镜116之间；单片透镜不可能是消色差的，但是双片解决方案可以是消色差的；(4)添加如图3和图4中所图示说明的远摄透镜；或者(5)以上四种技术中的至少两种的组合。
[0055]尽管如所述的，P偏振光被朝向偏振开关120传送,而s偏振光被朝向半波片114引导，但是本领域的普通技术人员应该明白，可以利用可替换配置，其中，s偏振光被朝向偏振开关120传送,而P偏振光被朝向半波片114引导。
[0056]图10是示出与图9中所示的系统类似的用于电影投影的偏振转换系统(PCS) 195的不意图。偏振转换系统195的实施方案包括如所不那样布置的偏振分束器(PBS) 112、偏振旋转器114(例如，半波片)、反射元件116(例如，折叠反射镜)以及偏振开关120。偏振转换系统195可以从具有投影透镜122的常规投影仪接收图像，投影透镜122从投影仪的图像提供单元196接收图像。
[0057]投影转换系统195还可以包括与图像提供单元196通信并且进一步与偏振开关120通信的控制器199，图像提供单元196在投影仪中提供图像帧。控制器199可操作来使偏振开关120与从投影仪的图像提供单元196发送图像同步。
[0058]图11为PCS1100的实施方案的立体视图。PCS1100的元件可以具有与结合100、200、300、400、500、600、700、190以及195所示出的类型和功能类似的类型和功能。本领域的技术人员将会意识到并理解？03100、200、300、400、500、600、700、190以及195中所包括的各种元件如何可以被包括在图11所示的PCS1100中。
[0059]如本文所使用的，术语“电影投影”是指使用前投影技术和/或后投影技术的图像投影，并且包括，但不限于，对于电影院、家庭影院、模拟器、仪器、平视显示器(head-updisplay)以及显示立体图像的其他投影环境的应用。
[0060]尽管以上已描述了用于立体投影的偏振转换系统的几个实施方案和变化方式，但是应理解它们仅以举例的方式被呈现，而非限制性的。因而，所述实用新型(一个或多个)的宽度和范围不应受任何上述的示例性实施方案限制，而应仅根据本公开公布的任何权利要求以及它们的等同形式来限定。而且，以上优点和特征在所描述的实施方案中被提供，但不应将这些公布的权利要求的应用限制为实现以上优点的任一或全部的方法和结构。
[0061]此外，本文的段落标题是被提供来与37CFR1.77的建议一致，或者用于提供结构线索。这些标题不应限制或特征化可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的实用新型(一个或多个)。具体地并且以举例的方式，尽管标题指“【技术领域】”，权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的【技术领域】。进一步，“【背景技术】”中的技术的描述不是要被解读为承认某项技术是该公开中的任意实用新型(一个或多个)的现有技术。“实用新型内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的实用新型(一个或多个)的特征描述。另外，该公开中对单数的“实用新型”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个实用新型，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的实用新型(一个或多个)以及它们的等同形式。在所有例子中，这些权利要求的范围根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文所陈述的标题限制。
【权利要求】
1.一种偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统包括: 偏振分束器，所述偏振分束器被设置来从投影仪透镜接收随机偏振光束，并且被设置来沿着第一光路引导具有第一偏振态的第一光束，并沿着第二光路引导具有第二偏振态的第二光束； 偏振旋转器，所述偏振旋转器安置在所述第二光路上，所述偏振旋转器被设置来将所述第二偏振态转变为所述第一偏振态；以及 偏振开关，所述偏振开关被设置来分别从所述第一光路和所述第二光路接收所述第一光束和所述第二光束， 并且被设置来选择性地将所述第一光束和所述第二光束的偏振态转变为第一输出偏振态和第二输出偏振态之一。
2.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括反射器，所述反射器安置在所述第二光路上，被设置来将所述第二光束引导到投影屏幕上基本上类似于所述第一光束的位置。
3.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振开关包括单个板，所述单个板被设置来从所述第一光路和所述第二光路接收光。
4.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振开关包括第一偏振开关板和第二偏振开关板，所述第一偏振开关板被设置来从所述第一光路接收光，并且所述第二偏振开关板被设置来从所述第二光路接收光。
5.如权利要求4所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括在所述第一光路上安置在所述第一偏振开关后面的远摄透镜对。
6.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述第一输出偏振态与所述第二输出偏振态正交。
7.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括在所述第一光路上安置在所述偏振开关后面的一对反射镜，所述一对反射镜被设置来使所述第一光路与所述第二光路之间的光程长度基本上相等。
8.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括控制器，所述控制器与所述投影仪通信。
9.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括控制器，所述控制器与所述偏振开关和所述投影仪通信。
10.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括封装所述偏振分束器、所述偏振旋转器和所述偏振开关的外壳。
11.如权利要求1所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振旋转器包括延迟片堆叠。
12.一种偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统包括: 偏振分束器，所述偏振分束器被设置来在第一光路和第二光路上引导光并且被设置来从投影仪接收光； 偏振旋转元件，所述偏振旋转元件安置在所述第二光路上； 反射器元件，所述反射器元件安置在所述第二光路上； 偏振开关，所述偏振开关在所述第一光路和所述第二光路上安置在所述反射器元件后面，其中所述反射器元件被设置来朝向投影屏幕上基本上类似于所述第一光路的位置引导所述第二光路； 控制器，所述控制器与所述投影仪通信；以及 外壳，所述外壳基本上封装所述偏振分束器、所述偏振旋转元件、所述反射器元件以及所述偏振开关。
13.如权利要求12所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振开关包括被设置来从所述第一光路和所述第二光路接收光的单个板。
14.如权利要求12所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振开关包括第一偏振开关板和第二偏振开关板，所述第一偏振开关板被设置来从所述第一光路接收光，并且所述第二偏振开关板被设置来从所述第二光路接收光。
15.如权利要求14所述的偏振转换系统，其特征在于，所述偏振转换系统还包括在所述第一光路上安置在所述第一偏振开关后面的远摄透镜对。
16.一种利用偏振光对立体图像编码的投影系统，其特征在于，所述投影系统包括: 投影仪，所述投影仪包括被设置来输出随机偏振光到偏振转换系统的投影透镜； 偏振转换系统，所述偏振转换系统与所述投影透镜光学耦合，所述偏振转换系统包括: 偏振分束器，所述偏振分束器被设置来在第一光路和第二光路上引导光； 偏振旋转元件，所述偏振旋转元件安置在所述第二光路上； 反射器元件，所述反射器元件安置在所述第二光路上；以及 偏振开关，所述偏振开关安置在所述第一光路和所述第二光路上，其中所述第一光路在投影屏幕上形成图像，并且其中所述反射器元件朝向所述投影屏幕引导所述第二光路上的光。
17.如权利要求16所述的投影系统，其特征在于，所述偏振开关在所述第二光路上安置在所述反射元件后面。
18.如权利要求16所述的投影系统，其特征在于，所述偏振开关在所述第二光路上安置在所述反射元件前面。
【文档编号】G02B27/28GK203433207SQ201320376780
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】M·H·舒克, M·G·鲁宾逊, G·D·夏普 申请人:瑞尔D股份有限公司