BR202013017275U2 - sistemas de conversão de polarização para projeção estereoscópica - Google Patents

Abstract

sistemas de conversão de polarização para projeção estereoscópica. trata-se de um sistema de conversão de polarização (pcs) localizado na trajetória de luz de saída de um projetor. o pcs pode incluir um divisor de feixe de polarização, um elemento de rotação de polarização, um elemento de reflexão e um comutador de polarização. tipicamente, um projetor emite luz aleatoriamente polarizada. essa luz é inserida no pcs, em que o pcs separa luz polarizada p e luz polarizada s no divisor de feixe de polarização. a luz polarizada p é direcionada em direção ao comutador de polarização em uma primeira trajetória. a luz polarizada s é passada em uma segunda trajetória através do elemento de rotação de polarização (por exemplo, uma placa de meia onda), transformando- a, por meio disso, em luz polarizada p. um elemento de reflexão direciona a luz polarizada transformada (agora polarizada p) ao longo da segunda trajetória em direção ao comutador de polarização. as primeira e segunda trajetórias de luz são essencialmente direcionadas em direção a uma tela de projeção para formar coletivamente uma imagem de tela mais brilhosa em aplicações cinemáticas que utilizam luz polarizada para visualização tridimensional.

Description

"SISTEMAS DE CONVERSÃO DE POLARIZAÇÃO PARA PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA" Campo da Técnica Esta revelação refere-se a um sistema de projeção para projetar imagens para uma experiência de visualização tridimensional e, mais em particular, a um sistema de conversão de polarização que utiliza luz polarizada para codificar imagens estereoscópicas.

Antecedentes A formação de imagem tridimensional (3D) pode ser sintetizada com o uso de controle de polarização após os artigos oculares de projetor e controle de polarização (consulte, por exemplo, Patente n° US 4.792.850 de Lipton, que é incorporada pelo presente documento a titulo de referência na presente invenção).

Uma implantação convencional de controle de polarização no projetor é mostrada na Figura 1. Nessa implantação, os raios quase paralelos emergem da saida da lente 10, parecendo originar-se de uma pupila 12 dentro da lente 10, e convergem para formar pontos em uma tela 14. Os agrupamentos de raio A, B e C na Figura 1 são agrupamentos que formam pontos no fundo, centro e topo de uma tela 14, respectivamente. A luz 20 que emerge da lente de projeção é aleatoriamente polarizada, revelada na Figura 1 tanto como luz polarizada S quanto luz polarizada p [luz polarizada S é convencionalmente representada como 'o' ; a luz polarizada p é representada com uma linha com extremidade de seta dupla]. A luz 20 passa através de um polarizador linear 22, resultando em um único estado de polarização após o polarizador 22. O estado de polarização ortogonal é absorvido (ou refletido) , e o fluxo de luz após o -polarizador 22 é tipicamente menor que metade do fluxo original, resultando dessa forma em uma imagem final de dimero. O comutador de polarização 30 é sincronizado com o quadro de imagem, e o estado de polarização 24 que emerge do comutador de polarização é alternado, produzindo imagens de polarização alternativamente ortogonal na tela. O artigo ocular seletivo de polarização permite que as imagens de uma polarização passem para o olho esquerdo, e as imagens da polarização ortogonal passem para o olho direito. Através da apresentação de diferentes imagens para cada olho, a formação de imagens 3D pode ser sintetizada.

Esse sistema convencional tem sido usado em cinemas. Entretanto, o sistema convencional requer que mais que 50% da luz seja absorvida pelo polarizador, e a imagem resultante é maior que 50% de dimero que a de um cinema 2D típico. A imagem de dimero pode limitar o tamanho de cinema usado para aplicações 3D e/ou fornece uma experiência de visualização menos desejável para a platéia.

Sumário Na abordagem dos problemas supracitados, são descritas várias modalidades dos sistemas de conversão de polarização que recebem luz de um projetor. Os sistemas de conversão de polarização apresentam uma imagem de tela mais brilhosa em aplicações cinemáticas que utilizam luz polarizada para visualização tridimensional.

Em uma modalidade, um sistema de conversão de polarização inclui um divisor de feixe de polarização (PBS), um rotor de polarização e um comutador de polarização. O PBS é funcional para receber agrupamentos de luz polarizados aleatoriamente de uma lente projetora, e direcionar os primeiro agrupamentos de luz que têm um primeiro estado de polarização (SOP) ao longo de uma primeira trajetória de luz. 0 PBS também é funcional para direcionar os segundos agrupamentos de luz que têm um segundo SOP ao longo de uma segunda trajetória de luz. O rotor de polarização é localizado na segunda trajetória de luz, e é funcional para transformar o segundo SOP no primeiro SOP. O comutador de polarização é funcional para receber os primeiro e segundo agrupamentos de luz das primeira e segunda trajetórias de luz respectivamente, e para transformar seletivamente os estados de polarização dos primeiro e segundo agrupamentos de luz em um dentre um primeiro SOP de saida e um segundo SOP de saida. Os primeiros agrupamentos de luz são transmitidos em direção à tela de projeção. Um elemento de reflexão pode ser localizado na segunda trajetória de luz para direcionar os segundos agrupamentos de luz em direção à tela de projeção de tal modo que os primeiro e segundo agrupamentos de luz sobreponham substancialmente para formar uma imagem de tela mais brilhosa.

Outros aspectos e modalidades são descritos abaixo na descrição detalhada.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 é um diagrama esquemãtico de um comutador de polarização convencional para projeção estereoscópica; A Figura 2A é um diagrama esquemãtico de um sistema de conversão de polarização (PCS) para projeção cinemática de acordo com a presente revelação; A Figura 2B é um diagrama esquemático de um divisor de feixe de polarização (PBS) de acordo com a presente revelação; A Figura 3 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática de acordo com a presente revelação; A Figura 4 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática, que inclui uma lente telefoto ao longo de uma trajetória óptica e com o campo de visão centralizado no eixo geométrico óptico, de acordo com a presente revelação; A Figura 5 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática, que inclui uma lente telefoto ao longo de uma trajetória óptica e o campo de visão não centralizado no eixo geométrico óptico, de acordo com a presente revelação; A Figura 6 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática para fornecer uma salda circularmente polarizada, que inclui uma lente telefoto ao longo de uma trajetória óptica e com campo de visão centralizado em um eixo geométrico óptico, de acordo com a presente revelação; A Figura 7 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática para fornecer uma saída linearmente polarizada, que inclui uma lente telefoto ao longo de uma trajetória óptica e com campo de visão centralizado em um eixo geométrico óptico, de acordo com a presente revelação; A Figura 8 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática de acordo com a presente revelação; A Figura 9 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática de acordo com a presente revelação; A Figura 10 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática de acordo com a presente revelação; e A Figura 11 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um PCS para projeção cinemática, de acordo com a presente revelação.

Descrição Várias modalidades de sistemas de conversão de polarização que recebem luz de um projetor são descritos. Os sistemas de conversão de polarização apresentam uma imagem de tela mais brilhosa em aplicações cinemáticas que utilizam luz polarizada para visualização tridimensional. A Figura 2A é um diagrama esquemático que mostra um sistema de conversão de polarização (PCS) 100 para projeção cinemática. Uma modalidade do sistema de conversão de polarização 100 inclui um divisor de feixe de polarização (PBS) 112, um rotor de polarização 114 (por exemplo, uma placa de meia onda), um elemento de reflexão 116 (por exemplo, um espelho de dobra) e um comutador de polarização 120, dispostos conforme mostrado. O sistema de conversão de polarização 100 pode receber imagens de um projetor convencional com uma lente de projeção 122.

Em operação, os agrupamentos de raio A, B e C emergem aleatoriamente polarizados a partir da lente 122 e são projetados em direção à tela 130 para formar uma imagem. Nessa modalidade, um PBS 112 é inserido no lugar do polarizador 22 mostrado na Figura 1. O PBS 112 transmite luz polarizada p 124, e reflete luz polarizada S 126. A luz polarizada p 124 passa através do comutador de polarização (agrupamentos A, B e C) e é girada pelo comutador de polarização em quadros alternantes, iguais aos agrupamentos A, B e C na Figura 1. A luz polarizada S 126 refletida pelo PBS 112 passa através de um rotor de polarização 114 (por exemplo, uma placa de meia onda, de preferência acromática em algumas modalidades) e é girada para luz polarizada p 128. A nova luz polarizada p 128 passa para um espelho de dobra 116. O espelho de dobra 116 reflete a nova luz polarizada p 128 e passa isso para o comutador de polarização 120. O comutador de polarização 120, que atua em agrupamentos de raio polarizado p A' , B' e C' , gira a polarização dos agrupamentos de raio em quadros alternantes, em sincronia com a rotação de agrupamentos A, B e C. A posição de agrupamentos A' , B' e C' na tela pode ser ajustada (por exemplo, através do ajuste da inclinação do espelho de dobra 116) para coincidir exata ou essencialmente com as posições dos agrupamentos A, B e C na tela. Uma vez que quase toda a luz aleatoriamente polarizada 106 da lente de projeção 122 é imageada na tela 130 com um único estado de polarização, a imagem resultante do sistema na Figura 2A é aproximadamente duas vezes mais brilhosa que a imagem na tela para o sistema na Figura 1.

Nessa modalidade exemplificativa, o PBS 112 na Figura 2A é revelado como uma placa. Entretanto, vários tipos de PBSs podem ser usados. Por exemplo, a placa PBS pode ser construída com o uso de uma camada de rede de arame em vidro (por exemplo, polarizador Proflux da Moxtek de Orem, UT, EUA), filme de reciclagem de polarização (por exemplo, Double Brightness Enhancing Film da 3M em St. Paul, MN, EUA), filme de reciclagem de polarização em vidro (para planura), ou uma camada multidielétrica no vidro. O PBS 112 na Figura 2A poderia alternativamente ser implantado como um cubo de vidro (com rede de arame, filme de reciclagem de polarização ou camadas dielétricas ao longo da diagonal) para reduzir o astigmatismo na imagem final associada à luz que passa através de uma placa inclinada. Alternativamente, a placa inclinada PBS 112 na Figura 2A pode, em vários modalidades, ser implantado com superfícies toroidais, cilíndricas, esféricas ou asféricas para reduzir o astigmatismo na imagem final na tela 130. As superfícies toroidais, cilíndricas, esféricas ou asféricas descentralizadas na placa e/ou elementos esféricos, asféricos, cilíndricos ou toroidais adicionais descentralizados na trajetória óptica após a placa podem ser implantados para reduzir o astigmatismo na imagem final. Consulte, por exemplo, "Simple method of correcting the aberrations of a beamsplitter in converging light," V. Doherty e D. Shafer, Proc. SPIE, Vol. 0237, páginas 195 a 200, 1980, que é incorporado no presente documento a título de referência. Deve também ser observado que uma segunda placa plana pode ser inserida no sistema após a placa inclinada PBS 112 e sua inclinação ajustada para reduzir ou corrigir o astigmatismo na imagem final.

Por exemplo, a Figura 2B é um diagrama esquemático que ilustra uma vista em seção transversal de uma modalidade do divisor de feixe de polarização 112. Em uma modalidade, o PBS 112 pode incluir uma primeira camada de PBS 113 e uma segunda camada de PBS 115. As primeira e segunda camadas de PBS podem compreender qualquer um dos seguintes em qualquer combinação: camada de rede de arame em vidro, filme de reciclagem de polarização, filme de reciclagem de polarização em vidro, uma camada multidielétrica em vidro e/ou primeira e segunda placas planas.

Referindo-se novamente à Figura 2A, em algumas modalidades, o rotor de polarização 114 pode ser uma placa de meia onda acromática. A placa de meia onda pode ser implantada com filmes poliméricos (por exemplo, Achromatic Retardation Plate da ColorLink, Inc., Boulder, CO, EÜA) , placas de quartzo, ou um dispositivo de cristal liquido estático opcionalmente padronizado para contabilizar a alteração de polarização geométrica. A placa de meia onda 114 pode ser posicionada conforme mostrado na Figura 2A, ou em outras modalidades, pode ser posicionada entre o espelho de dobra 116 e o comutador de polarização 120, que intersecciona agrupamentos de raio A' , B' e C' . Essa implantação pode ser desejável, conforme os agrupamentos A', B' e C' são refletidos a partir do espelho de dobra 116 em estado de polarização s e os espelhos muitas vezes têm uma reflexão superior para luz polarizada S. Entretanto, com tal implantação, a placa de meia onda 114 deve ser localizada de tal modo que os agrupamentos A' e C não sobreponham na placa. Embora na maioria das modalidades descritas na presente invenção o rotor de polarização 114 seja localizado na segunda trajetória de luz, o mesmo pode alternativamente ser colocado na primeira trajetória de luz em vez disso, e o sistema de conversão de polarização irá operar de uma maneira similar de acordo com os princípios da presente revelação.

Em algumas modalidades, o espelho de dobra 116 pode ser substituído por um elemento de PBS (por exemplo, placa de rede de arame) . Nesse caso, uma polarização mais pura pode ser mantida após o elemento de PBS. O comutador de polarização 120 pode ser um comutador conforme ensinado pela Patente n° ÜS 4.792.850; um comutador conforme ensinado por qualquer um dos comutadores do pedido de patente de propriedade comum n° US11/424.087 intitulado "Achromatic Polarization Switches", depositado em 14 de junho de 2006; ambos são incorporados a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos, ou qualquer outro comutador de polarização conhecido na técnica que transforma seletivamente um estado de polarização entrante. Em algumas modalidades, o comutador de polarização 120 pode ser dividido (isto é, para aumentar o rendimento do dispositivo). Se o comutador de polarização 120 for dividido, é desejável que os dois dispositivos sejam localizados de tal modo que não haja sobreposição de agrupamentos A' e C na Figura 2A. A divisão do comutador de polarização 120 permite que uma porção seja realocada na trajetória óptica A', B', C entre a placa de meia onda 114 e o espelho de dobra 116. A colocação do comutador de polarização 120 aqui pode solicitar que o espelho de dobra 116 tenha propriedades de conservação de polarização melhores (por exemplo, um revestimento Silflex da Oerlikon em Golden, CO, EUA) conforme isso pode ser o último elemento na trajetória óptica A’ , B', C' antes da tela.

No sistema de conversão de polarização 100 da Figura 2A, a trajetória óptica de agrupamento de raio A' é mais longa que a do agrupamento de raio A (de modo similar B'-B e C'-C) resultando em uma diferença de ampliação entre as imagens produzidas por A', B' , C' e A, B, C. Essa diferença de ampliação pode ser inaceitável para uma platéia, especialmente para sistemas de projeção de ângulo largo e lançamento curto. Algumas técnicas para corrigir essa diferença de ampliação podem incluir (1) fornecer uma superfície curva no espelho de dobra 116 com potência óptica que compensa a diferença de ampliação; essa solução é acromática, que é desejável; (2) adicionar uma superfície de Fresnel ou difrativa com potência óptica ao espelho de dobra 116 para compensar a diferença de ampliação (que pode ou não pode ser acromática); (3) adicionar um elemento refrativo (lente) entre o espelho de dobra 116 e o comutador de polarização 120, ou entre o PBS 112 e o espelho de dobra 116; uma lente simples é improvável de ser acromática, mas uma solução dupla pode ser acromática; (4) adição de uma lente telefoto conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4; ou (5) uma combinação de pelo menos dois duas das quatro técnicas acima.

Ainda que, conforme descrito, a luz polarizada p seja transmitida em direção ao comutador de polarização 120, enquanto a luz polarizada S é direcionada em direção à placa de meia onda 114, deve ser evidente para um elemento de conhecimento comum na técnica que uma configuração alternativa pode ser empregada em que a luz polarizada S é transmitida em direção ao comutador de polarização 120, enquanto a luz polarizada p é direcionada em direção à placa de meia onda 114. A Figura 3 é um diagrama esquemático que mostra outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 200. Os elementos de PCS 200 podem ser do tipo e função similares àqueles mostrados em relação ao PCS 100 da Figura 2A. Por exemplo, os elementos 2xx são similares aos elementos lxx, em que xx são os últimos dois dígitos dos respectivos elementos. Nessa modalidade, os agrupamentos de raio A, B, e C podem ser direcionados através de um conjunto adicional de espelhos de dobra 232, 234 funcional para equalizar o comprimento de trajetórias ópticas de agrupamentos A e A' , B e B', C e C' conforme mostrado na Figura 3. Observa-se que os agrupamentos A' e C' estão presentes, mas não ilustrados. Os mesmos seguem uma trajetória similar aos agrupamentos A' , B' , C' mostrados na Figura 2A. Observa-se que embora o PBS e os espelhos de dobra sejam mostrados aqui como sendo orientados a 45 graus em relação ao eixo geométrico óptico, o PBS 212 e os espelhos de dobra 216, 232, 236 podem ter outras orientações de acordo com os presentes ensinamentos. Adicionalmente, o vidro pode ser inserido na trajetória óptica de A' , B' e C' {por exemplo, através da substituição do espelho de dobra 216 com um prisma de ângulo reto e/ou do uso de um cubo de vidro PBS no lugar de uma placa PBS) para reduzir ou eliminar a diferença de trajetória óptica entre os agrupamentos A, B, C e A', B' , C'f respectivamente.

Em referência às Figuras 2 e 3, a imagem dos agrupamentos A' , B' , e C' deve, substancialmente, sobrepor a imagem dos agrupamentos A, B, e C para conforto de visualização (embora a sobreposição perfeita não seja necessariamente requerida). Algumas técnicas de ajuste de um local de imagem em relação a outro incluem (1) usar aperto manual ou técnicas mecânicas similares para inclinar o espelho de dobra, placa PBS ou cubo PBS; (2) descentralizar mecanicamente uma lente ou elemento com potência óptica (por exemplo, espelho curvo); (3) utilizar um sistema de retroalimentação para ajustar automaticamente a posição de imagem através de uma das técnicas de ajuste de imagem supracitadas; ou (4) uma combinação de pelo menos duas das três técnicas acima. A transmissão óptica e o controle de luz perdida podem ser otimizados em elementos opticamente transmissivos através do fornecimento de um revestimento antirreflexão nisso para alta transmissão e baixa reflexão. As reflexões de elementos transmissivos podem ocasionar luz perdida no sistema que degrada o contraste e/ou produz artefatos atrapalhadores na imagem final. Em algumas modalidades, os polarizadores absorventes adicionais podem ser colocados após a placa de meia onda 114 na trajetória A', B' , C' e/ou após o PBS 112 na trajetória para controlar o vazamento de polarização e aprimorar o contraste da imagem final. A Figura 4 é um diagrama esquemático que mostra outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 300. Os elementos de PCS 300 podem ser dos tipo e função similares àqueles mostrados em relação ao PCS 100 da Figura 2A. Por exemplo, os elementos 3xx são similares aos elementos lxx, em que xx são os dois últimos dígitos dos respectivos elementos .

Nessa modalidade exemplificativa, um par de lentes telefoto 340 pode ser implantado na trajetória óptica em que a luz transmite através do PBS 312. Aqui, o par de lentes telefoto 340 é localizado ao longo de uma trajetória óptica e com o campo de visão centralizado no eixo geométrico óptico. Tipicamente, a lente telefoto 340 permite o controle de propriedades de ampliação, distorção e imageamento com dois elementos de tal modo que as duas imagens sobreponham relativamente próximas, isto é, dentro de 1 a 4 pixels entre si, enquanto mantêm os tamanhos de pontos na ordem uma fração de um pixel e cor lateral na ordem de um pixel. Alternativamente, uma lente telefoto reversa (não mostrada) pode ser implantada na trajetória óptica onde a luz é refletida a partir do PBS 312 (localizado entre o comutador de polarização 320 e o espelho de dobra 316, ou após o espelho de dobra 316) . Se uma lente telefoto ou lente telefoto reversa for usada para controlar a ampliação em uma trajetória óptica, a distorção radial e a distorção angular da imagem final podem ser sintonizadas através do deslocamento lateral dos elementos individuais ou par de elementos do eixo geométrico óptico. A Figura 5 é um diagrama esquemático que mostra outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 400. Os elementos de PCS 400 podem ser do tipo e função similares àqueles mostrados em relação ao PCS 100 da Figura 2A. Por exemplo, os elementos 4xx são similares aos elementos lxx, em que xx são os dois últimos dígitos dos respectivos elementos. Nessa modalidade exemplificativa, um par de lentes telefoto 440 pode ser implantado na trajetória óptica em que a luz transmite através do PBS 412. Aqui, o par de lentes telefoto 440 é localizado ao longo de uma trajetória óptica e com o campo de visão descentralizado do eixo geométrico óptico. Exatamente conforme descrito acima, a distorção radial e a distorção angular da imagem final podem ser sintonizadas através do deslocamento lateral dos elementos individuais ou par de elementos 440 do eixo geométrico óptico. A Figura 6 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 500 que fornece uma saída circularmente polarizada. O PCS 500 inclui um par de lentes telefoto 540 ao longo de uma trajetória óptica, com campo de visão centralizado em um eixo geométrico óptico. Nesse caso, cada comutador de polarização 520 é um comutador de polarização circular (ou tela Z), por exemplo, conforme descrito na Patente n° US 4.7 92.850. Os polarizadores de limpeza 542, 544 em cada trajetória são opcionais, dependendo do nível de contraste desejado do sistema. Por exemplo, a inclusão de um ou ambos os polarizadores de limpeza pode intensificar o contraste do sistema. O PCS 500 inclui adicionalmente um alojamento 592 que envolve o divisor de feixe de polarização (PBS), o rotor de polarização 514, o elemento de reflexão 516, o comutador 520, o par de lentes telefoto 540 e os polarizadores de limpeza 542, 544. A Figura 7 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 600 que fornece uma saída linearmente polarizada. Aqui, cada comutador de polarização 620 é um comutador de polarização linear acromático, conforme descrito no pedido de patente n° US11/424.087 intitulado "Aehromatic Polarization Switches", depositado em 14 de junho de 2006; também fabricado pela ColorLink, Inc., de Boulder, Colorado, EUA. Similar ao exemplo na Figura 6, os polarizadores de limpeza 642, 644 em cada trajetória são opcionais, dependendo do nivel de contraste desejado do sistema. Por exemplo, a inclusão de um ou ambos os polarizadores de limpeza pode intensificar o contraste do sistema. Adicionalmente, o rotor acromático 648 é opcional, dependendo das propriedades acromáticas do comutador de polarização 620. 0 PCS 600 inclui adicionalmente um alojamento 692 que envolve o divisor de feixe de polarização (PBS), o rotor acromático 648, o elemento de reflexão 616, o comutador 620, o par de lentes telefoto 640 e os polarizadores de limpeza 642, 644. A Figura 8 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um PCS para projeção cinemática 700, que mostra uma configuração alternativa em que os polarizadores 746, o rotor acromático 714 e os comutadores de polarização 720 são localizados após outros componentes ópticos. Os elementos de PCS 700 podem ser dos tipo e função similares àqueles mostrados em relação ao PCS 100 da Figura 2A. Por exemplo, os elementos 7xx são similares aos elementos lxx, em que xx são os dois últimos dígitos dos respectivos elementos. O PCS 700 inclui adicionalmente um alojamento 792 que envolve o divisor de feixe de polarização (PBS) 712, o rotor acromático 714, o elemento de reflexão 716, os comutadores 720, o par de lentes telefoto 740 e os polarizadores 746.

Em operação, a luz sai da lente de projeção 722 em direção ao PBS 712. A luz polarizada p passa através do PBS 712 em direção ao par de lentes telefoto 740, então, em direção ao comutador de polarização 720. Um polarizador de limpeza 74 6 opcional pode ser localizado entre o par de lentes telefoto 740 e o comutador de polarização 720 para intensificar adicionalmente o contraste. A luz polarizada S refletida pelo PBS 712 é direcionada em direção ao espelho de dobra 716, onde reflete em direção a um rotor acromático 714 que transforma a luz polarizada S em luz polarizada p, então, passa através de um polarizador de limpeza 746 opcional. A seguir, a luz polarizada p do rotor acromático 714 passa através do comutador de polarização 720. Nessa configuração, a luz polarizada S refletida pelo PBS 716 é eficientemente refletida, com polarização mantida pelo espelho de dobra 716. Isso relaxa qualquer desejo de conservação de polarização da trajetória de dobra e maximiza o brilho. Um rotor acromático de 90° 714 (provavelmente à base de conjunto retardador) pode ser usado para converter luz do espelho de dobra para o estado ortogonal. A fim de eliminar a reflexão P do PBS 712, a o polarizador de limpeza 746 é provavelmente desejável. Isso de preferência segue o rotor acromático 714, reduzindo por meio disso a eficiência de conversão de polarização como um fator em contraste de nivel de sistema. O PCS 700 fornece uma imagem de contraste alto na tela. Nessa modalidade exemplificativa, a imagem de tela final tem um centro localizado no eixo geométrico óptico da lente de projeção. Em algumas outras modalidades, a imagem de tela final pode ser localizada fora do centro a partir do eixo geométrico óptico, por exemplo, uma altura de tela na metade abaixo do eixo geométrico óptico da lente de projeção. Em tais modalidades, o divisor de feixe de polarização 712 pode ser realocado para interceptar a iluminação completa da lente de projeção 722, e o espelho de dobra 716 pode ser inclinado para sobrepor apropriadamente as duas imagens na tela. 0 comutador de polarização 720 nessa modalidade foi dividido em dois elementos (um para cada trajetória) para aumentar o rendimento de fabricação; embora, conforme anteriormente discutido, possa ser alternativamente uma única unidade. A Figura 9 é um diagrama esquemático que mostra um sistema de conversão de polarização (PCS) 190 para projeção cinemática. Uma modalidade do sistema de conversão de polarização 190 inclui um divisor de feixe de polarização (PBS) 112, um rotor de polarização 114 (por exemplo, uma placa de meia onda), um elemento de reflexão 116 (por exemplo, um espelho de dobra) e um comutador de polarização 120, dispostos conforme mostrado. O sistema de conversão de polarização 190 pode receber imagens de um projetor convencional com uma lente de projeção 122. O sistema de conversão de polarização 190 pode incluir, adicionalmente, um alojamento 192 que envolve o divisor de feixe de polarização (PBS) 112, o rotor de polarização 114, o elemento de reflexão 116 e o comutador 120 .

Em operação, os agrupamentos de raio A, B, e C surgem aleatoriamente polarizados a partir da lente 122 e são projetados em direção à tela 130 para formar uma imagem. Nessa modalidade, um PBS 112 é inserido no lugar do polarizador 22 mostrado na Figura 1. O PBS 112 transmite luz polarizada p 124, e reflete luz polarizada S 126. A luz polarizada p 124 passa através do comutador de polarização (agrupamentos A, B, e C) e é girada pelo comutador de polarização em quadros alternantes, de modo similar aos agrupamentos A, B, e C na Figura 1. A luz polarizada S 126 refletida pelo PBS 112 passa através de um rotor de polarização 114 (por exemplo, uma placa de meia onda, de preferência acromática em algumas modalidades) e é girada para a luz polarizada p 128. A nova luz polarizada p 128 passa para um espelho de dobra 116. O espelho de dobra 116 reflete a nova luz polarizada p 128 e passa a mesma para o comutador de polarização 120. O comutador de polarização 120, que atua em agrupamentos de raio polarizado p Ά' , B' , e C' , gira a polarização dos agrupamentos de raio em quadros alternantes, em sincronia com a rotação dos agrupamentos A, B, e C. A posição de agrupamentos A', B' , e C' na tela pode ser ajustada (por exemplo, através do ajuste da inclinação do espelho de dobra 116) para coincidir exata ou essencialmente com as posições dos agrupamentos A, B, e C na tela. Uma vez que quase toda a luz aleatoriamente polarizada 106 da lente de projeção 122 é imageada na tela 130 com um único estado de polarização, a imagem resultante do sistema na Figura 9 é aproximadamente duas vezes mais brilhosa que a imagem na tela para o sistema na Figura 1.

Nessa modalidade exemplif icativa, o PBS 112 na Figura 9 é revelado como uma placa. Entretanto, vários tipos de PBSs podem ser usados, conforme discutido acima em relação às Figuras 2A e 2B. Deve também ser observado que uma segunda placa plana pode ser inserida no sistema após a placa inclinada PBS 112 e sua inclinação ajustada para reduzir ou corrigir o astigmatismo na imagem final.

Em algumas modalidades, o rotor de polarização 114 na Figura 9 pode ser uma placa de meia onda acromática. A placa de meia onda pode ser implantada com filmes poliméricos (por exemplo, Achromatic Retardation Plate da ColorLink, Inc., Boulder, CO, EUA), placas de quartzo ou um dispositivo de cristal liquido estático opcionalmente padronizado para contabilizar a alteração de polarização geométrica. A placa de meia onda 114 pode ser posicionada conforme mostrado na Figura 9, ou em outras modalidades, pode ser posicionada entre o espelho de dobra 116 e o comutador de polarização 120, interseccionando agrupamentos de raio A', B', e C' . Essa implantação pode ser desejável, posto que os agrupamentos A' , B' , e C' são refletidos a partir do espelho de dobra 116 em estado de polarização s e os espelhos muitas vezes têm uma reflexão superior para luz polarizada S. Entretanto, com tal implantação, a placa de meia onda 114 deve ser localizada de tal modo que os agrupamentos A' e C não sobreponham na placa. Embora na maioria das modalidades descritas no presente documento o rotor de polarização 114 seja localizado na segunda trajetória de luz, isso pode alternativamente ser colocado na primeira trajetória de luz em vez disso, e o sistema de conversão de polarização irá operar de uma maneira similar de acordo com os princípios da presente revelação.

Em algumas modalidades, o espelho de dobra 116 pode ser substituído por um elemento de PBS (por exemplo, placa de rede de arame) . Nesse caso, uma polarização mais pura pode ser mantida após o elemento de PBS. O comutador de polarização 120 pode ser um comutador conforme ensinado pela Patente n° US 4.792.850; um comutador conforme ensinado por qualquer um dos comutadores do pedido de patente de propriedade comum n° US11/424.087 intitulado "Achromatic Polarization Switches", depositado em 14 de junho de 2006; ambos são incorporados a titulo de referência em sua totalidade para todos os propósitos, ou qualquer outro comutador de polarização conhecido na técnica que transforma seletivamente um estado de polarização entrante. Em algumas modalidades, o comutador de polarização 120 pode ser dividido (isto é, para aumentar o rendimento do dispositivo). Se o comutador de polarização 120 for dividido, é desejável que os dois dispositivos sejam localizados de tal modo que não haja sopbreposição de agrupamentos A' e C na Figura 9. A divisão do comutador de polarização 120 permite que uma porção seja realocada na trajetória óptica A', B', C' entre a placa de meia onda 114 e o espelho de dobra 116. A colocação do comutador de polarização 120 aqui pode solicitar que o espelho de dobra 116 tenha propriedades de conservação de polarização melhores (por exemplo, um revestimento Silflex da Oerlikon em Golden, CO, EUA) conforme isso pode ser o último elemento na trajetória óptica A', B', C' antes da tela.

No sistema de conversão de polarização 190 da Figura 9, a trajetória óptica do agrupamento de raio A' é mais longa que a do agrupamento de raio A (de modo similar B'-B e C'-C) resultando em uma diferença de ampliação entre as imagens produzidas por A', B', C' e A, B, C. Essa diferença de ampliação pode ser inaceitável para uma platéia, especialmente para sistemas de projeção de ângulo amplo e lançamento curto. Algumas técnicas para corrigir essa diferença de ampliação podem incluir {1} fornecer uma superfície curva no espelho de dobra 116 com a potência óptica que compensa a diferença de ampliação; essa solução é acromática, o que é desejável; (2) adicionar uma superfície de Fresnel ou difrativa com potência óptica ao espelho de dobra 116 para compensar a diferença de ampliação (que pode ou não pode ser acromática); (3) adicionar um elemento refrativo (lente) entre o espelho de dobra 116 e o comutador de polarização 120, ou entre o PBS 112 e o espelho de dobra 116; uma lente simples é improvável de ser acromática, mas uma solução dupla pode ser acromática; (4) adição de uma lente telefoto conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4; ou (5) uma combinação de pelo menos duas das quatro técnicas acima.

Ainda que, conforme descrito, a luz polarizada p seja transmitida em direção ao comutador de polarização 120, enquanto a luz polarizada S é direcionada em direção à placa de meia onda 114, deve ser evidente para um elemento de conhecimento comum na técnica que uma configuração alternativa pode ser empregada em que a luz polarizada S é transmitida em direção ao comutador de polarização 120, enquanto a luz polarizada p é direcionada em direção à placa de meia onda 114. A Figura 10 é um diagrama esquemático que mostra um sistema de conversão de polarização (PCS) 195 para projeção cinemática, similar ao sistema mostrado na Figura 9. Uma modalidade do sistema de conversão de polarização 195 inclui um divisor de feixe de polarização (PBS) 112, um rotor de polarização 114 {por exemplo, uma placa de meia onda), um elemento de reflexão 116 (por exemplo, um espelho de dobra), e um comutador de polarização 120, dispostos conforme mostrado. O sistema de conversão de polarização 195 pode receber imagens de um projetor convencional com uma lente de projeção 122 que recebe imagens de uma unidade de fornecimento de imagem 196 do projetor. O sistema de conversão de projeção 195 pode incluir, adicionalmente, um controlador 199 em comunicação com a unidade de fornecimento de imagem 196 que fornece o quadro de imagem no projetor, e adicionalmente em comunicação com o comutador de polarização 120. O controlador 199 é funcional para sincronizar o comutador de polarização 120 com a transmissão de uma imagem da unidade de fornecimento de imagem 196 do projetor. A Figura 11 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um PCS 1100. Os elementos de PCS 1100 podem ser do tipo e função similares àqueles mostrados em relação ao PCS 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 190, e 195. Um elemento versado na técnica reconhecería e compreendería como vários elementos incluídos no PCS 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 190, e 195 podem ser incluídos no PCS 1100 mostrado na Figura 11.

Conforme usado na presente invenção, o termo "projeção cinemática" se refere à projeção de imagens com o uso de técnicas de projeção frontal e/ou traseira, e inclui, mas não é limitado a, aplicações para cinema, cinema doméstico, simuladores, instrumentação, exibições superiores e outros ambientes de projeção em que as imagens estereoscópicas são exibidas.

Embora várias modalidades e variações dos sistemas de conversão de polarização para projeção estereoscópica tenham sido descritas acima, deve ser entendido que as mesmas foram apresentadas apenas por meio de exemplo, e sem limitação. Dessa forma, a amplitude e o escopo da invenção não devem ser limitados por qualquer uma das modalidades exemplificativas descritas acima, mas devem ser definidas apenas de acordo com quaisquer reivindicações e seus equivalentes expedidos por esta revelação. Além disso, as vantagens e recursos acima são fornecidos em modalidades descritas, mas não devem limitar a aplicação de tais reivindicações expedidas para processos e estruturas que realizam qualquer uma ou todas as vantagens acima.

Adicionalmente, os cabeçalhos de seção da presente invenção são fornecidos para consistência com as sugestões de acordo com 37 CFR 1.77 ou de outro modo para fornecer auxílios organizacionais. Esses cabeçalhos não devem limitar ou caracterizar a invenção apresentada em quaisquer reivindicações que podem ser expedidas por esta revelação. Específicamente e por meio de exemplo, embora os cabeçalhos se refiram a um "Campo da Técnica," tais reivindicações não devem ser limitadas pela linguagem escolhida sob este cabeçalho para descrever o denominado campo da técnica. Adicionalmente, uma descrição de uma tecnologia nos "Antecedentes" não deve ser interpretada como uma admissão de que a tecnologia constitui a técnica anterior para qualquer invenção nesta revelação. Ainda o "Breve Sumário" deve ser considerado como uma caracterização da invenção apresentada nas reivindicações expedidas. Além disso, qualquer referência nesta revelação à "invenção" no singular não deve ser usada para debater que hã apenas um único ponto de novidade nesta revelação. Múltiplas invenções podem ser apresentadas de acordo com as limitações às múltiplas reivindicações que são expedidas a partir desta revelação, e tais reivindicações consequentemente definem a invenção, e seus equivalentes, que são protegidos por meio disso. Em todos os casos, o escopo de tais reivindicações deve ser considerado com seus próprios méritos à luz desta revelação, mas não deve ser restrito pelos cabeçalhos apresentados na presente invenção.

Claims (11)

1. Sistema de conversão de polarização CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um divisor de feixe de polarização (PBS) posicionado para receber agrupamentos de luz polarizados aleatoriamente de uma lente projetora, e posicionado para direcionar primeiros agrupamentos de luz que têm um primeiro estado de polarização (SOP) ao longo de uma primeira trajetória de luz, e direcionar os segundos agrupamentos de luz que têm um segundo SOP ao longo de uma segunda trajetória de luz; um rotor de polarização localizado na segunda trajetória de luz, sendo que o rotor de polarização é posicionado para transformar o segundo SOP no primeiro SOP; e um comutador de polarização posicionado para receber primeiro e segundo agrupamentos de luz a partir da primeira e segunda trajetórias de luz respectivamente, e posicionado para transformar seletivamente os estados de polarização dos primeiro e segundo agrupamentos de luz em um dentre um primeiro SOP de saida e um segundo SOP de saida.

2. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um refletor localizado na segunda trajetória de luz, posicionado para direcionar os segundos agrupamentos de luz para locais substancialmente similares em uma tela de projeção como os primeiros agrupamentos de luz.

3. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o comutador de polarização compreende um único painel que é posicionado para receber luz da primeira trajetória de luz e da segunda trajetória de luz.

4. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o comutador de polarização compreende primeiro e segundo painéis de comutador de polarização, sendo que o primeiro painel de comutador de polarização é posicionado para receber luz da primeira trajetória de luz, e o segundo painel de comutador de polarização é posicionado para receber luz da segunda trajetória de luz.

5. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um par de lentes telefoto localizado na primeira trajetória de luz, após o primeiro comutador de polarização.

6. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro SOP de saida é ortogonal em relação ao segundo SOP de saida.

7. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um par de espelhos localizados na primeira trajetória de luz após o comutador de polarização, sendo que o par de espelhos é posicionado para equalizar substancialmente o comprimento de trajetória óptica entre a primeira trajetória de luz e a segunda trajetória de luz.

8. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um controlador em comunicação com o projetor.

9. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um controlador em comunicação com o comutador de polarização e o projetor.

10. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um alojamento que envolve o divisor de feixe de polarização (PBS), o rotor de polarização e o comutador de polarização.

11. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o rotor de polarização compreende um conjunto retardador.