偏振转换系统、被动式线偏振3D眼镜及线偏振3D系统的制作方法

偏振转换系统、被动式线偏振3d眼镜及线偏振3d系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年11月21日提交的美国临时申请no.62/938767的优先权的权益，其通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及立体投影技术领域，尤其涉及偏振转换系统、被动式线偏振3d眼镜及线偏振3d系统。


背景技术：

4.立体(3d)投影系统已经使用了很多年。在2006年6月14日提交的标题为“消色差偏振开关”的美国专利7528906中作为示例描述的本领域已知的一种技术描述了如何可以将偏振调制器放置在单镜片投影机(诸如3芯片dlp数字电影投影机)或其他设备的前方。
5.该投影机设置为以通常的144赫兹的帧速度发出投影光束，包括快速连续的交替的左右眼图像。然后该偏振调制器给予所述投影机生成的所述图像光偏振态，更具体地，所述偏振调制器与所述投影机同步操作，为了设置全部的左眼图像以具备第一圆偏振状态、以及全部的右眼图像以具备第二圆偏振状态，其中所述第一圆偏振状态和第二圆偏振状态相互正交(即，它们具备相反的旋转方向，例如，具有包括右旋圆偏振的所述第一圆偏振状态，和包括左旋圆偏振的所述第二圆偏振状态)。
6.此后，所述左右眼图像聚焦到保偏投影屏幕(诸如金属银幕或其他结构)的表面，从而能够利用被动式圆偏振观看眼镜观看所述投影屏幕的表面上的时间复用立体3d图像。
7.本领域技术人员将会知道，利用被动式圆偏振观看眼镜使得观看者能够倾斜其头部，而不会明显降低所述的立体3d投影系统的光学性能。此外，本领域技术人员也将知道，被动式圆偏振观看眼镜通常包括第一和第二镜片，其中每个所述镜片进一步包括线偏振片连同光学四分之一波片(qwp)，诸如单轴向拉伸延迟片，其面内值大体上等于140纳米或根据现有技术结合到所述线偏振片前表面(即入射表面)。该入射表面定义为光进入光学组件的表面，而退出表面定义为光退出所述光学组件的表面。
8.而且，组成所述圆偏振观看眼镜的所述四分之一波片中存在的光学延迟通常被设置为相互补偿所述偏振调制器中存在的大体上所有可见光波长的光学延迟，从而提供高水平的光学对比并减少串扰或重影的发生。因此，由于这些原因，根据现有技术，市场上现有的大部分无源立体3d投影系统是基于圆偏振。
9.此外，本领域技术人员将会知道，所述偏振调制器可包括至少一个或多个堆叠在一起的液晶元件，以实现所需的光电开关特性。在1987年11月25日提交的标题为“采用推挽式液晶调制器的方法和系统”的美国专利4792850以及2009年1月9日提交的标题为“增强型z屏幕调制器技术”的美国专利7760157中作为示例描述的用于实现此现象的本领域已知的一种技术描述了所述偏振调制器如何包括在相互交叉的方向堆叠在一起的第一pi-cell液晶元件和第二pi-cell液晶元件(通常也称为光学补偿弯曲或ocb液晶元件)，使得所述第一
pi-cell液晶元件中的表面液晶分子排列方向与所述第二pi-cell液晶元件中的表面液晶分子排列方向大体上垂直对齐。pi-cell液晶元件是本领域已知的，特征在于两个衬底上的它们的表面液晶分子排列方向相互平行地对齐。因此，组成所述pi-cell液晶元件的至少一种光学态的液晶材料形成了所述衬底之间的螺旋结构，具有180度的整体扭转度(即pi或π弧度)。根据现有技术，在其他文献中可以找到关于pi-cell液晶元件的设计和功能的详细描述。
10.此外，每个pi-cell液晶元件可在第一光学态和第二光学态之间快速切换，第一光学态具备当用高压(例如25伏)驱动时大体上等于0的光学延迟值，以将所述液晶材料切换到垂直排列结构，第二光学态具备当用低压(例如3伏)驱动时大体上等于140纳米的面内光学延迟值，以将所述液晶材料切换到展曲结构(通常也称为弯曲结构)。展曲结构的特征在于所述液晶材料的分子轴与所述衬底的表面大体上平行地对齐，并且所述液晶材料内的螺旋扭转度主要等于0，而垂直排列结构的特征在于所述液晶材料的所述分子轴与其所述衬底的表面主要垂直地对齐。此外，所述pi-cell液晶元件能够在通常少于250毫秒的时间段内在所述第一和第二光学态之间快速切换，并因此根据现有技术经常用于设计偏振调制器时。
11.本领域技术人员也将知道，当所述pi-cell液晶元件切换到具备大体上等于140纳米的面内光学延迟值的所述展曲结构时，那么所述pi-cell液晶元件将会是用于可见波长的中心部分的四分之一波片，并将因此把入射线偏振可见光转换成圆偏振光。因此，通过将两个单独的pi-cell液晶元件在相互交叉的方向上堆叠在一起，连同靠近所述pi-cell液晶元件的堆叠的入射表面的线偏振片，以首先将所述投影机发出的随机偏振(即未偏振)的入射光转换成线偏振，那么操作所述互相不同相的pi-cell液晶元件可以使所述投影机生成的图像根据现有技术在左右圆偏振态之间快速调制。具体地，根据现有技术，当用高压驱动所述第一pi-cell液晶元件(即，液晶材料切换到垂直排列结构)时，那么用低压同时操作所述第二pi-cell液晶元件(即，液晶材料切换到展曲结构)，反之亦然。
12.然而，由于通常3芯片dlp数字电影投影机生成的图像为非偏振态，本领域技术人员将知道，靠近所述偏振调制器的入射表面的所述线偏振片将吸收大约50％的由所述投影机发出的入射光。基于单光路设计，这将因此导致明显降低前述系统的整体可见光利用率，从而导致根据现有技术，形成了的时间复用立体3d图像亮度过低。
13.在2006年9月29日提交的标题为“立体投影的偏振转换系统”的美国专利8220934中、以及在2006年10月18日提交的标题为“组合p光线和s光线用于明亮立体投影”的美国专利7857455中作为示例描述的本领域已知的一种用于提高立体3d投影系统的整体可见光利用率的技术使用偏振分束(pbs)元件，以将单镜头投影机发出的非偏振入射光束分成一个透射光束和一个反射光束，该透射光束与所述入射光束同方向传播并具备第一线偏振态(例如，p线偏振态)，该反射光束在与所述入射光束垂直的方向传播并具备第二线偏振态(例如，s线偏振态)，其中所述第一和第二线偏振态互相正交。
14.此后，诸如镜子或其他的反射镜用于使所述反射光束的光路向保偏投影屏幕的表面偏斜，从而使得所述透射和反射光束都能够被设置成在所述投影屏幕的表面上很大程度地互相重叠。因此，这种双光束设计使得形成所述投影机发出的所述初始入射光束的两个线偏振组件都用于重新创建整体屏上图像，从而根据现有技术提高了产生的图像亮度。
15.另外，通常需要偏振旋转器(即静态光学元件)来大约90度地旋转所述反射光束的线偏振态，并确保之后的所述透射和反射光束都具有相同的线偏振态。而且，之后使用一个或多个偏振调制器并与所述投影机同步操作，以使得当到达所述投影屏幕的表面时，所述投影机发出的所有左眼图像具备第一圆偏振态、所述投影机发出的所有右眼图像具备第二圆偏振态，其中所述第一和第二圆偏振态互相正交。因此，根据现有技术，这使得观看者利用被动式圆偏振观看眼镜感觉到所述投影屏幕的表面上的时分复用立体3d图像。
16.本领域技术人员也将理解，通过使用被动式圆偏振观看眼镜，通常在组成所述圆偏振观看眼镜的每个所述镜片中的四分之一波片可以用于为大体上所有波长的可见光互相补偿至少一个所述偏振调制器中的光学延迟，从而根据现有技术提供高水平的光学对比并减少串扰或重影的发生。
17.在2013年4月2日提交的标题为“立体图像装置”的美国专利9958697中、在2013年5月29日提交的标题为“用于立体图像投影机的光偏振设备”的美国专利9740017中、以及在2015年6月25日提交的标题为“具有提高的可见光利用率水平的立体3d投影系统”的美国专利9594255中作为示例描述了一种用于根据现有技术显示高亮度立体3d图像的替代系统。在此，偏振分束元件用于将单镜头投影机生成的非偏振入射光束分成一个透射光束和两个反射光束，该透射光束与所述入射光束同方向传播并具备第一线偏振态(例如，p线偏振态)，该反射光束在与所述入射光束大体上垂直的互相相反的方向上传播，并且各自具备第二线偏振态(例如，s线偏振态)，其中所述第一和第二线偏振态互相正交。
18.此后，诸如镜子或其他的反射镜用于使每个所述反射光束的光路向保偏投影屏幕偏斜，从而使所述透射和反射光束至少部分地重叠以互相组合并在所述投影屏幕的表面上重新创建完整图像。因此，这种三光束设计使得形成所述投影机发出的所述初始入射光束的两个线偏振组件都用于重新创建整体屏上图像，从而根据现有技术得到了与前述单光束设计相比更高的图像亮度水平。
19.另外，偏振调制器放置在每个所述透射和反射光束的光路中，操作该偏振调制器来与所述投影机生成的图像同步调制所述光束的偏振态。具体地，所述偏振调制器被设置成确保所述投影机发出的所有左眼图像在到达所述投影屏幕时具备第一圆偏振态、所述投影机发出的所有右眼图像在到达所述投影屏幕时具备第二圆偏振态，其中所述第一和第二圆偏振态互相正交。因此，根据现有技术，这使得利用被动式圆偏振观看眼镜可以看到所述投影屏幕的表面上的时分复用立体3d图像。
20.此外，本领域技术人员将再次理解，使用被动式圆偏振观看眼镜确保了高光学对比度(从而提供低水平的串扰或重影)，这是因为通常在组成所述被动式圆偏振观看眼镜的每个所述镜片中的四分之一波片可以用于为大体上所有波长的可见光互相补偿至少一个所述偏振调制器中的光学延迟。而且，使用被动式圆偏振观看眼镜也允许观看者倾斜其头部，而不会明显降低其观看到的所述的立体3d系统的整体光学性能。因此，由于这些原因，根据现有技术，市场上现有的大部分高亮度立体3d系统都利用被动式圆偏振观看眼镜。


技术实现要素：

21.本发明提供了一种偏振转换系统，与单镜头投影机一起使用，当搭配使用被动式线偏振3d眼镜时显示时间复用立体3d图像。另一方面，提供了一种偏振转换系统，用于显示
具备高银幕图像亮度以及低水平的串扰或重影的时间复用立体3d图像。同时，提供了被动式线偏振3d眼镜，用于与所述偏振转换系统搭配使用。
22.在一些实施例中，提供了包括第一和第二镜片的被动式线偏振3d眼镜，其中每个镜片包括线偏振片。在一些实施例中，被动式线偏振3d眼镜还包括用于至少一部分可见波长的另外的半波片(hwp)。在一些实施例中，该hwp可包括靠近所述镜片中的一个的前表面(即入射表面)的光学延迟膜。
23.在一些实施例中，提供了偏振转换系统。该偏振转换系统包括至少一个偏振调制器。该偏振调制器包括至少两个pi-cell液晶元件。当组成所述pi-cell液晶元件的液晶材料切换到展曲结构时(splay texture)，每个pi-cell液晶元件成为用于至少一部分可见波长的四分之一波片。该偏振转换系统还包括靠近所述pi-cell液晶元件中的至少一个的另外的四分之一波片，诸如光学延迟膜或其他结构。
24.在一些实施例中，组成所述被动式线偏振3d眼镜的镜片中的一个的半波片用于光学补偿所述pi-cell液晶元件中的至少一个中和组成其所述偏振调制器的所述四分之一波片中存在的光学延迟的总和。在一些实施例中，所述被动式线偏振3d眼镜连同所述偏振转换系统的结合使用，在保偏投影屏幕的表面上，观众能看到具有高光学对比度的时间复用立体3d图像。
附图说明
25.参考附图，本领域技术人员可以更好地理解本发明，其目的和优势将显而易见，其中多张附图中相同的标号指的是相同的元件。
26.图1是现有技术的具有单光束设计的时间复用立体3d投影系统的示意图。
27.图2是现有技术的具有双光束设计的时间复用立体3d投影系统的示意图。
28.图3是现有技术的具有三光束设计的时间复用立体3d投影系统的示意图。
29.图4是本发明各个实施例的与单镜头投影机和被动式线偏振3d眼镜(未示出)一起使用的偏振转换系统的示意图。
30.图5是本发明各个实施例的被动式线偏振3d眼镜的部分分解结构示意图。
31.图6是本发明各个实施例的替代被动式线偏振3d眼镜的部分分解透视图。
具体实施方式
32.图1示出了根据现有技术的基于单光束设计的立体3d投影系统，其中包括至少两个液晶元件(未示出)堆叠的偏振调制器4直接放置在投影机1(诸如3芯片dlp数字电影投影机或其他设备)的镜头的正前方。
33.投影机1生成入射光束2，该入射光束2包括以通常的144赫兹的高频快速连续的交替的左右眼图像，并且所述偏振调制器4被设置成输出所有的左眼图像第一圆偏振态、所有的右眼图像第二圆偏振态，其中所述第一和第二圆偏振态互相正交。此后，所述左右眼图像聚焦到保偏投影屏幕3(诸如金属银幕或其他)的表面，从而经由利用被动式圆偏振观看眼镜(未示出)使时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕的表面上观看到。
34.而且，由于市场上现有的典型投影机，诸如3芯片dlp数字电影投影机，生成非偏振的图像，本领域技术人员将会知道，通常需要线偏振片(未示出)靠近所述偏振调制器4的入
射表面。线偏振片是本领域已知的，通常包括含有吸收型染料的透明薄板材料，该吸收染料被设置成吸收偏振的特定部分，从而导致透射光成为线偏振的。而且，通过所述线偏振片透射的所述线偏振光的电场向量的方向定义为所述线偏振片的透射轴。
35.另外，所述偏振调制器4通常包括至少两个在互相交叉方向上设置的pi-cell液晶元件(未示出)的堆叠。此外，根据现有技术，所述pi-cell液晶元件可例如在第一光学态和第二光学态之间快速切换，第一光学态具有当用高压(例如25伏)驱动时大体上为0的光学延迟，第二光学态具备当用低压(例如3伏)驱动时大体上等于140纳米的面内光学延迟值。
36.而且，当所述pi-cell液晶元件中的一个存在的光学延迟大体上等于140纳米时，那么所述pi-cell液晶元件将成为用于可见波长的中心部分的四分之一波片，并将因此把初始线偏振的可见入射光转换成圆偏振。此外，通过操作所述互相不同相的pi-cell液晶元件，使得当所述第一pi-cell液晶元件用高压驱动时，那么所述第二pi-cell液晶元件同时用低压驱动，反之亦然，所述偏振调制器4可以设置以在左右圆偏振态之间快速调制所述入射光束2的偏振态，从而，根据现有技术，经由利用被动式圆偏振观看眼镜使时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕3的表面上观看到。
37.然而，本领域技术人员将知道，由于所述投影机1发出的入射光束2通常是随机偏振的，那么靠近所述偏振调制器4的入射表面的所述线偏振片(未示出)将吸收大约50％的发射光，从而，根据前述现有技术，银幕上所生成的立体3d图像亮度过低。
38.图2示出了根据现有技术的包括双光束设计的替代立体3d投影系统。在此，投影机1发出入射光束2，该入射光束2包括以通常的144赫兹的高频快速连续的交替的左右眼图像。然后入射光束2影响偏振分束元件7，并且所述偏振分束元件生成一个透射光束8和一个反射光束9，该透射光束8与所述入射光束2同方向传播并具备第一线偏振态(例如，p线偏振态)，该反射光束9在与所述入射光束2垂直的方向传播并具备第二线偏振态(例如，s线偏振态)，其中所述第一和第二线偏振态互相正交。
39.还提供了诸如金属反射镜或其他的反射镜11，其被设置成使所述反射光束9的光路向保偏投影屏幕3(诸如银幕或其他)偏斜。然后其所述透射和反射光束8、9在所述投影屏幕的表面上生成的图像被设置成基本上互相重叠，为了在所述投影屏幕的表面上重新创建完整图像。因此，这使得组成所述初始入射光束2的两个线偏振组件能够用于重新创建整体屏上图像，从而使得与根据现有技术的前述单光束设计相比更高的图像亮度水平。
40.另外，偏振旋转器13通常位于所述反射光束9的光路中，并且被设置为将所述反射光束9的线偏振态转换成所述透射光束8的线偏振态，从而确保此后所述透射和反射光束8、9都具备相同的线偏振态。而且，然后使用一个或多个偏振调制器4、5在与所述投影机1生成的图像同步的左右圆偏振态之间快速调制每个所述透射和反射光束8、9的偏振态。具体地，所述偏振调制器4、5被设置成确保到达所述投影屏幕3的表面的所有左眼图像具备第一圆偏振态、到达所述投影屏幕的表面的所有右眼图像具备第二圆偏振态，其中所述第一和第二圆偏振态互相正交。因此，根据现有技术，经由利用被动式圆偏振观看眼镜(未示出)这使得时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕3的表面上观看到。可以有、也可以没有位于所述透射光束8的光路中并且被设置成至少部分地补偿所述透射和反射光束8、9的光路长度的差异的另外的镜头组14。
41.而且，本领域技术人员将知道，所述偏振调制器4、5各自通常包括两个在互相交叉
的方向对齐的pi-cell液晶元件(未示出)的堆叠。此外，每个所述pi-cell液晶元件通常被设计成能够将入射线偏振可见光转换成圆偏振。另外，通过操作所述互相不同相的pi-cell液晶元件，使得当所述第一pi-cell液晶元件用高压驱动时，所述第二pi-cell液晶元件同时用低压驱动，反之亦然，那么本领域技术人员将知道，根据现有技术，所述偏振调制器4、5可以被设置成在左右圆偏振态之间快速调制每个所述像束8、9的偏振态。
42.图3示出了根据现有技术的基于三光束设计的替代时间复用立体3d投影系统。在此，偏振分束元件7用于将单镜头投影机1生成的非偏振入射光束2分成一个透射光束和8两个反射光束9、10，该透射光束8与所述入射光束2同方向传播并具备第一线偏振态(例如，p线偏振态)，该反射光束9、10在均与所述入射光束2大体上垂直的互相相反的方向上传播并具备第二线偏振态(例如，s线偏振态)，其中所述第一和第二线偏振态互相正交。
43.此后，诸如金属反射镜或其他的反射镜11、12用于使每个所述反射光束9、10的光路向保偏投影屏幕3偏斜，并被设置使得所述透射和反射光束8、9、10至少部分地重叠以互相组合并在所述投影屏幕的表面上重新创建完整图像。因此，这种三光束设计使得组成所述初始入射光束2的两个线偏振组件能够用于重新创建整体屏上图像，从而导致与根据现有技术的前述单光束设计相比更高的图像亮度水平。
44.此外，偏振调制器4、5、6然后分别放置在每个所述透射和反射光束8、9、10的光路中，并设置为以便与所述投影机1生成的图像同步调制所述像束的偏振态。而且，每个所述偏振调制器4、5、6各自通常包括两个液晶排列方向互相垂直的单独pi-cell液晶元件(未示出)的堆叠，并设置为以便在与所述投影机1生成的图像同步的左右圆偏振态之间快速调制所述透射和反射光束8、9、10的线偏振态。具体地，设置使得到达所述投影屏幕3的表面的所有左眼图像具备第一圆偏振态、到达所述投影屏幕的表面的所有右眼图像具备第二圆偏振态，其中所述第一和第二圆偏振态互相正交。因此，根据现有技术，经由利用被动式圆偏振眼镜(未示出)这使得时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕3的表面上观看到。
45.本发明提供一种线偏振3d系统，包括偏振转换系统和被动式线偏振3d眼镜。
46.图4公开了本发明偏振转换系统的优选实施例。在此，提供了被设置成发射入射光束2的单镜头投影机1，该入射光束2包括以通常的144赫兹的高速快速连续的交替的左右眼图像。然后偏振分束元件7，诸如但不限于线栅偏振片(wgp)和多层堆叠光学镀膜中的一个，将所述入射光束2分成一个透射光束8和至少一个反射光束9，该透射光束8大体上与所述入射光束2同方向行进并具备第一线偏振态，该至少一个反射光束9在与所述入射光束2传播方向大体上垂直的方向上行进并具备第二线偏振态，其中所述第一和第二线偏振态大体上互相正交。
47.还提供了诸如镜子或其他的反射镜11，该反射镜被配置成使所述反射光束9的光路向保偏投影屏幕3(诸如银幕或其他)的表面偏斜。此外，所述透射和反射光束8、9被设置成在所述投影屏幕的表面上很大程度地互相重叠。因此，这使得由所述初始入射光束2分离的两个线偏振分量能够用于重新创建所述投影屏幕的表面上的完整图像，从而达到更高的银幕图像亮度。还可以提供位于所述透射和反射光束8、9中的至少一个的光路中的可选镜头组(未示出)或者至少一个透镜(未示出)，以实现至少部分地补偿所述透射和反射光束8、9的光路长度的差异。
48.另外，还提供了放置在所述透射光束8的光路中的第一偏振调制器4和放置在所述
反射光束9的光路中的第二偏振调制器5。而且，每个所述第一和第二偏振调制器4、5进一步包括第一pi-cell液晶元件16和第二pi-cell液晶元件17，该液晶元件在互相交叉的方向上放置使得所述第一pi-cell液晶元件的表面液晶分子排列方向(未示出)与所述第二pi-cell液晶元件的表面液晶分子排列方向(未示出)大体上垂直。此外，当组成所述pi-cell液晶元件的液晶材料切换到展曲结构时，每个所述第一和第二pi-cell液晶元件被设置成用于至少部分可见波长的四分之一波片。
49.还提供了靠近组成其每个所述第一和第二偏振调制器4、5的所述第一和第二pi-cell液晶元件16、17中的至少一个的四分之一波片18。而且，所述四分之一波片18的光轴被设置成与所述第一和第二pi-cell液晶元件16、17中的一个的表面液晶分子排列方向大体上平行。具有光学延迟的任何元件的光轴被定义为线偏振光的电场矢量必须对准的方向，以使所述线偏振光通过所述元件而不经历任何光学延迟。
50.此外，还可以为所述第一和第二偏振调制器4、5中的至少一个的靠近入射表面的位置设置可选的线性偏振器(未示出)，并布置成提高进入所述偏振调制器的光的线性偏振水平。在本发明的其他实施例中，所述第一和第二偏振调制器4、5可以可替代地沿着共同边互相结合在一起，以形成一个更大的偏振调制器，其同时调制所述透射和反射光束两者的偏振态。还可以提供或不提供靠近所述第一和第二偏振调制器中的至少一个的出射表面并且被设置成提高由所述偏振调制器生成的光学对比度的光学膜(未示出)，诸如面内延迟膜或其他结构的堆叠。
51.而且，所述第一和第二偏振调制器4、5被设置成在与所述投影机1发出的图像同步的第一和第二光学态之间快速切换。具体地，所述偏振调制器被设置成给予到达所述投影屏幕3的表面的所有左眼图像第一输出线偏振态、到达所述投影屏幕的表面的所有右眼图像第二输出线偏振态，其中所述第一和第二输出线偏振态大体上互相正交。因此，根据本发明的目的，经由利用合适的被动式线偏振3d眼镜(未示出)，这使得时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕的表面上观看到。
52.图5公开了根据本发明的进一步实施例的用于观看所述时间复用立体3d图像的合适的被动式线偏振3d眼镜的设计。在此，所述被动式线偏振3d眼镜19包括具有第一线偏振片20的第一镜片和具有第二线偏振片21的第二镜片，其中所述第一和第二线偏振片的透射轴被设置成大体上互相平行。还提供了靠近所述第一和第二线偏振片中的一个的入射表面(即前表面)的半波片22，使得所述半波片的光轴与所述线偏振片中的至少一个的透射轴之间的角度大体上等于45度。此外，在本发明的第一优选实施例中，每个所述第一和第二线偏振片20、21的透射轴被设置成在水平方向大体上对齐，而且所述半波片22的光轴被设置成相对于所述水平方向呈大体上45度的角度。
53.本领域技术人员将理解，由于组成每个所述第一和第二偏振调制器4、5的所述第一和第二pi-cell液晶元件16、17是对齐的，使得所述第一pi-cell液晶元件16的表面液晶分子排列方向与所述第二pi-cell液晶元件17的表面液晶分子排列方向大体上垂直，然后应该互相不同相地操作所述第一和第二pi-cell液晶元件，为了在所述第一和第二光学态之间切换所述偏振调制器。具体地，当所述第一pi-cell液晶元件16用低压(即，组成所述第一pi-cell的液晶材料切换到展曲结构)操作时，那么所述第二pi-cell液晶元件17同时用高压(即，组成所述第二pi-cell的液晶材料切换到垂直排列结构)操作，以将所述偏振调制
器切换到所述第一光学态。此外，当反过来所述第一pi-cell液晶元件16用高压驱动，并且所述第二pi-cell液晶元件17同时用低压驱动时，然后在此情况下，所述偏振调制器将切换到所述第二光学态。因此，根据本发明的教导，这使得所述偏振调制器能够在与所述投影机1发出的图像同步的所述第一和第二光学态之间快速切换。
54.而且，本领域技术人员将理解，当所述第一和第二偏振调制器4、5中的一个切换到所述第一光学态时(其中所述第一pi-cell液晶元件16用低压驱动，所述第二pi-cell液晶元件17同时用高压驱动)，并且另外如果所述四分之一波片18的光轴也被设置成与所述第一pi-cell液晶元件16的表面液晶分子排列方向大体上垂直，那么所述四分之一波片18的光学延迟可以被设置成为大体上所有波长的可见光互相补偿所述第一pi-cell液晶元件16中存在的光学延迟，因此，在这种情况下，线偏振光将大体上不变地经过所述偏振调制器。此外，要实现此第一条件，所述第一pi-cell液晶元件16中存在的面内光学延迟的大小必须大体上等于所述四分之一波片18中存在的面内光学延迟的大小，而且所述第一pi-cell液晶元件16中存在的所述面内光学延迟的光轴也必须与所述四分之一波片18中存在的所述面内延迟的光轴大体上垂直对齐。
55.此外，如果反过来所述偏振调制器切换到所述第二光学态(其中所述第一pi-cell液晶元件16用高压驱动，所述第二pi-cell液晶元件17同时用低压驱动)，所述第二pi-cell液晶元件17和所述四分之一波片18的光学延迟的总和可以被设置成大体上等于用于至少一部分可见波长的半波片。在这种情况下，经过所述偏振调制器的光的线偏振态将因此旋转大体上90度。而且，如果组成所述被动式线偏振3d眼镜19的所述第一和第二镜片中的一个存在的半波片22被设置成互相补偿所述第二pi-cell液晶元件17和所述四分之一波片18的延迟的总和，那么在这种情况下，根据本发明的目的，所述偏振转换系统将具有用于所有可见光波长的高水平的光学对比。此外，要实现此第二条件，组成所述偏振调制器的所述第二pi-cell液晶元件17和所述四分之一波片18两者中存在的面内光学延迟的大小的总和必须大体上等于组成所述被动式线偏振3d眼镜19的所述半波片22中存在的面内光学延迟的大小。而且所述第二pi-cell液晶元件17和所述四分之一波片18两者中存在的面内光学延迟的总和的光轴也必须与其所述半波片22中存在的所述面内光学延迟的光轴大体上垂直对齐。
56.因此，根据本发明的教导，经由利用合适的被动式线偏振3d眼镜19，本公开的发明使得时间复用立体3d图像能够在所述投影屏幕3的表面上观看到，该图像具备更高的银幕图像亮度以及低水平的串扰或重影两种优点。
57.图6公开了根据本发明的合适的被动式线偏振3d眼镜的设计的第二优选实施例。在此，提供被动式线偏振3d眼镜19，其包括具有第一线偏振片20的第一镜片和具有第二线偏振片21的第二镜片，其中所述第一和第二线偏振片的透射轴均大体上在竖直方向对齐。还提供了靠近所述第一和第二线偏振片中的一个的入射表面(即前表面)并且被设置使得所述半波片的光轴相对于所述竖直方向呈大体上45度的角度对齐的半波片22。
58.本领域技术人员将理解，为了使根据本发明的时间复用立体3d系统提供最佳性能，应优先满足以下两个条件：(i)当切换到展曲结构时，所述pi-cell液晶元件16、17中的一个存在的面内光学延迟的大小应该大体上等于组成所述偏振调制器4、5中的一个的所述四分之一波片18中存在的面内光学延迟的大小，而且所述pi-cell液晶元件中存在的所述
面内光学延迟的光轴与所述四分之一波片18中存在的所述面内光学延迟的光轴大体上垂直对齐；(ii)当切换到展曲结构时，所述pi-cell液晶元件16、17中的一个和组成所述偏振调制器4、5中的一个的所述四分之一波片18的面内光学延迟的大小的总和应大体上等于组成所述被动式线偏振3d眼镜19的所述半波片22中存在的面内光学延迟的大小，而且所述pi-cell液晶元件和所述四分之一波片18中存在的面内光学延迟的总和的光轴与所述半波片22中存在的所述面内光学延迟的光轴大体上垂直对齐。
59.在本发明的进一步的优选实施例中，组成所述偏振调制器4、5中的一个的所述四分之一波片18中存在的面内光学延迟的值优选地应在100纳米至180纳米的区间内，更优选地，所述面内光学延迟应大体上等于140纳米。而且，当切换到展曲结构时，进一步公开了所述pi-cell液晶元件16、17中的至少一个中存在的面内光学延迟优选地应在100纳米至180纳米的区间内，更优选地，所述面内光学延迟应大体上等于140纳米。进一步公开了所述四分之一波片18优选地可以包括单轴拉伸的光学延迟膜，此外所述四分之一波片优选地可以使用光学透明胶或其他结合到所述pi-cell液晶元件16、17中的至少一个的表面。
60.而且，进一步公开了组成所述被动式线偏振3d眼镜19的所述半波片22优选地可以具有在200纳米至360纳米的区间内的面内光学延迟值，更优选地，所述面内光学延迟应大体上等于280纳米。此外，所述半波片22可包括单轴拉伸光学延迟膜，而且，所述半波片优选地可以结合到组成所述镜片的所述线偏振片20、21中的一个的入射表面(即前表面)，所述镜片进一步组成了所述被动式线偏振3d眼镜19。
61.尽管已经参考双光束设计示出了本发明的公开，但是本领域技术人员将理解，也可以在不脱离本文公开的发明理念的情况下使用三光束设计。在此，偏振分束元件7将入射光束2分成一个透射光束8和两个反射光束9、10，该透射光束8与所述入射光束2同方向传播并具备第一线偏振态，该反射光束9、10在也与所述入射光束2的方向大体上相反的方向上传播，并且各自具备第二线偏振态，其中所述第一和第二线偏振态互相正交。然而，根据本发明的教导，在这种情况下，偏振调制器和被动式线偏振3d眼镜的设计保持不变。
62.尽管本文已经展示和描述了本发明的优选实施例，但在不脱离本发明的发明概念的前提下，可以对其进行各种修改。相应地，应当理解，已经通过说明而非限制的方式描述了本发明。