BRPI0810740B1

BRPI0810740B1 - Sistema de conversão de polarização e método para projeção estereoscópica

Info

Publication number: BRPI0810740B1
Application number: BRPI0810740-8A
Authority: BR
Inventors: Miller H. Schuck; Michael G. Robinson; Gary D. Sharp
Original assignee: Real D
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2019-09-24
Also published as: MX2009012113A; KR20100023858A; JP2010528323A; CA2921760A1; RU2533532C1; AU2014213551A1; WO2008141247A1; EP2145215A4; AU2008251353B2; BR122013012891A2; US20090128780A1; AU2014213551C1; EP2145215A1; RU2009145379A; CN103383494A; BR122013012891B1; US20180074337A1; CN101688940A; EP2145215B1; US20140253879A1

Abstract

sistema de conversão de polarização e método para projeção estereoscópica trata-se de um sistema de conversão de polarização que separa luz de uma fonte de imagem não polarizada em um primeiro estado de polarização (sop) e um segundo sop ortogonal, e direciona a luz polarizada no primeiro e segundo caminhos de luz. o sop de luz sobre apenas um dos caminhos de luz é transformado em um estado ortogonal tal que ambos os caminhos de luz têm o mesmo sop. um modulador de polarização modula temporariamente a luz no primeiro e no segundo caminho de luz para primeiro e segundo estados de saída de polarização. primeira e segunda lentes de projeção direcionam luz sobre o primeiro e segundo caminhos de luz na direção de uma tela de projeção par formar imagens codificadas por polarização substancialmente sobrepostas. o modulador de polarização pode estar localizado antes ou após as lentes de projeção. as imagens codificadas por polarização podem ser visualizadas com o uso de óculos com filtros adequados de polarização.

Description

SISTEMA DE CONVERSÃO DE POLARIZAÇÃO E MÉTODO PARA PROJEÇÃO ESTEREOSCÓPICA

Campo Técnico [001] As modalidades descritas referem-se genericamente a projeção de imagens codificadas por polarização e, mais especificamente, a um sistema de conversão de polarização e método para transmitir imagens codificadas por polarização para uma tela de projeção.

Antecedentes [002] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema exemplificativo de exibição com preservação de polarização 100. O sistema de exibição 100 inclui uma tela de projeção 102 e óculos de filtragem de polarização 104. A formação de imagens estereoscópica tridimensional (3D) é observada usandose uma tela de preservação de polarização única 102 que exibe sequencialmente imagens em perspectiva à esquerda e à direita,

com óculos	de filtragem	de polarização	104.	Os	óculos	de
filtragem de polarização	104 contêm duas	lentes	10	6 e 108	de
polarização	alternadamente	ortogonal.
[003]	A formação	de imagem em 3D	pode ser	sintetizada

usando-se controle de polarização no projetor para codificar e óculos de filtragem de polarização para decodificar as imagens em perspectiva à esquerda e à direita (veja, por exemplo, a patente

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U.S. n° 4.792.850, cujo título é “Method and system employing a push-pull liquid cristal modulator”, concedida a Lenny Lipton et al. e o pedido de patente com n° de série 11/424.087, cujo título é “Achromatic Polarization Switches”, depositado em 14 de junho de 2006, sendo que ambos são incorporados ao contexto em sua integridade para todas as finalidades).

[004] Uma implementação convencional de controle de polarização após a lente de projeção é mostrada na Figura 2. Raios quase paralelos emergem da saída da lente, parecendo ter origem em uma pupila dentro da lente, e convergem para formar pontos sobre uma tela distante. Feixes de raios A, B e C na Figura 2, são feixes que formam pontos no fundo, no centro e no topo de uma tela de projeção. A luz que emerge da lente de projeção e aleatoriamente polarizada, ilustrada na Figura 2 tanto como luz polarizada S quanto como luz polarizada P. A luz passa através de um polarizador linear, resultando em um estado de polarização simples após o polarizador. O estado de polarização ortogonal é absorvido (ou refletido) e o fluxo de luz após o polarizador é menor do que 50% do fluxo original (resultando em uma imagem final com redução de intensidade de luz). O comutador de polarização é sincronizado com o quadro da imagem e o estado de polarização que emerge do comutador de polarização é alternado, produzindo imagens de polarização alternadamente ortogonal na

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3/32 tela. Óculos seletivos de polarização 104 permitem que imagens de uma polarização passem para o olho esquerdo e imagens da polarização ortogonal passem para o olho direito. Ao apresentar diferentes imagens a cada olho, as imagens 3D podem ser sintetizadas.

[005] Este sistema está em uso atualmente em cinemas. No entanto, tipicamente, este projeto de sistema sofre por ter mais de 50% da luz absorvida pelo polarizador e, assim, a imagem resultante tipicamente tem mais de 50% de redução de intensidade de luz do que a de um cinema 2D típico. Além do mais, a estereoscópica sequencial no tempo 3D reduz ainda mais o brilho por mais de 50%. A imagem com redução de intensidade de luz pode, desta maneira, limitar o tamanho do cinema usado para aplicações 3D e/ou proporciona uma experiência de visualização menos desejável à audiência.

RESUMO [006] O presente relatório trata dos problemas mencionados anteriormente assim como de outros, para proporcionar um sistema de conversão de polarização e método para projeção estereoscópica. Geralmente, um sistema de conversão de polarização separa a luz oriunda de uma fonte de imagem não polarizada em um primeiro estado de polarização (SOP) e um segundo SOP ortogonal, e direciona a luz polarizada sobre

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4/32 primeiro e segundo caminhos de luz. O SOP de luz sobre apenas um dos caminhos de luz é transformado para um estado ortogonal tal que ambos os caminhos de luz têm o mesmo SOP. Um modulador de polarização modula, temporalmente, a luz sobre o primeiro e o segundo caminhos de luz para primeiro e segundo estados de saída de polarização. Primeira e segunda lentes de projeção direcionam a luz sobre o primeiro e segundo caminhos de luz para uma tela de projeção para formar imagens codificadas de polarização que se sobrepõem substancialmente, mais brilhantes do que o sistema da técnica anterior a que se fez referência. As imagens codificadas por polarização podem ser vistas com o uso de óculos com filtros de polarização adequados.

[007] De acordo com um aspecto, um sistema de conversão de polarização para transmitir imagens codificadas por polarização para uma tela de projeção inclui uma primeira lente de projeção, uma segunda lente de projeção, um separador de feixe de polarização (PBS - Polarization Beam Splitter), um elemento de reflexão e um modulador de polarização. O PBS é operável para transmitir luz de um primeiro estado de polarização na direção da primeira lente de projeção sobre um primeiro caminho e é adicionalmente operável para refletir luz de um segundo estado de polarização na direção de um segundo caminho de luz. O elemento de reflexão está localizado sobre o segundo caminho de luz e é

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5/32 operável para refletir luz na direção da segunda lente de projeção. O modulador de polarização pode estar localizado sobre o primeiro e segundo caminhos de luz. A primeira e a segunda lentes de projeção são operáveis para direcionar as imagens codificadas por polarização na direção da tela de projeção.

[008] Em algumas modalidades, o modulador de projeção pode ser uma unidade simples que está localizada tanto no primeiro quanto no segundo caminho de luz. Em outras modalidades, o modulador de polarização pode incluir um primeiro comutador de polarização e um segundo comutador de polarização, sendo que cada comutador de polarização está localizado sobre respectivos primeiro e segundo caminhos de luz. O(s) comutador(es) de polarização pode(m) estar localizado(s) antes ou após as lentes de projeção.

[009] De acordo com um outro aspecto, um método para projetar imagens estereoscópicas codificadas por polarização inclui receber luz de fonte de imagem não polarizada em um separador de feixe de polarização. O método inclui transmitir a luz de fonte de imagem de um primeiro estado de polarização no separador de feixe de polarização na direção de uma lente de projeção localizada sobre um primeiro caminho de luz. O método também inclui refletir a luz da imagem de um segundo estado de polarização no separador de feixe de polarização na direção de um

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6/32 segundo caminho de luz. O método inclui adicionalmente refletir a luz sobre o segundo caminho de luz na direção de uma segunda lente de projeção. O método inclui adicionalmente a rotação do estado de polarização de luz sobre um dentre o primeiro e segundo caminhos de luz para um estado de polarização ortogonal. O método inclui ainda modular temporalmente o estado de polarização da luz sobre primeiro e segundo caminhos de luz entre um primeiro estado de saída polarizado e um segundo estado de saída polarizado.

[010] Outras características ficarão aparentes com referência à especificação anterior.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [011] As modalidades são ilustradas a guisa de exemplo nas figuras anexas, em que números de referência similares indicam partes similares e em que:

[012] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de exibição de preservação de polarização, de acordo com o presente relatório;

[013] A Figura 2 ilustra uma implementação conhecida de controle de polarização em um sistema 3d cinemático que utiliza um comutador de polarização;

[014] A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma primeira modalidade de um sistema de conversão de polarização (PCS), de acordo com o presente relatório;

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7/32

[015]	A Figura	3B é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
um módulo de	conversão	e comutação de polarização, de acordo com
o presente relatório;
[016]	A Figura	4 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma segunda	modalidade	de	um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[017]	A Figura	5 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma terceira	modalidade de	um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[018]	A Figura	6 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma quarta	modalidade	de	um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[019]	A Figura	7 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma quinta	modalidade	de	um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[020]	A Figura	8 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma sexta modalidade	de um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[021]	A Figura	9 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma sétima	modalidade	de	um	PCS, de	acordo com	o	presente
relatório;
[022]	A Figura	10 é	um	diagrama	esquemático	que	ilustra
uma oitava	modalidade	de	um	PCS, de	acordo com	o	presente

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8/32 relatório;

[023]

A Figura 11 é um diagrama esquemático de uma nona modalidade de um PCS, de acordo com o presente relatório; e [024]

A Figura 12 é um diagrama esquemático de uma décima modalidade de um PCS, de acordo com o presente relatório.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Primeira Modalidade [025]

A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma primeira modalidade de um sistema de conversão de polarização (PCS) 300. Genericamente, o PCS 300 pode incluir uma fonte de imagem 304 (por exemplo, de um painel de modulação de luz ou filme convencional), lente de retransmissão inicial 302, separador de feixe de polarização (PBS) 310, primeira e segunda lentes de retransmissão 306, 308, comutador de polarização 312, espelho 318, módulo de conversão e comutação de polarização 320 e primeira e segunda lentes de projeção 328, 330 dispostos conforme mostrado. Conforme está ilustrado pela Figura 3B, o módulo de conversão e comutação de polarização 320 pode incluir conversor de polarização 322 e comutador de polarização 324 e pode incluir, opcionalmente, um pré-polarizador 326 para melhorar o contraste, tudo disposto conforme mostrado. O conversor de polarização 322 é um componente óptico que é operável para transformar um estado de polarização de entrada em um estado de polarização ortogonal (por

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9/32 exemplo, uma placa de meia onda).

[026] A primeira e a segunda lentes de retransmissão 306 e 308 são, de preferência, simétricas com relação a paradas de abertura 301, 303, respectivamente localizadas após o comutador de polarização 312 e o módulo de conversão e comutação de polarização 320, proporcionando imagens com substancialmente menos distorção do painel 304 em cada localização de imagem 314 e 316. Em uma modalidade alternativa, as paradas de abertura 301, 303 podem estar localizadas nos respectivos caminhos de luz 305, 307, imediatamente antes do comutador de polarização 312 e módulo de conversão e comutação de polarização 320. Em uma outra modalidade alternativa, a Figura 3 ilustra um local alternativo 332 para o comutador de polarização 312 no primeiro caminho de luz 306 e um local alternativo 334 para o módulo de conversão e comutação de polarização 320 no segundo caminho de luz 308. Estes locais podem se provar alternativas benéficas se bi-refringência através dos elementos de lente 302 do sistema de retransmissão 300 degradar o contraste do sistema. Como outro local alternativo, os comutadores de polarização 312, 324 podem ser colocados, ao invés disso, após a lente de projeção, em vez de antes dela. Tal modalidade pode proporcionar vantagens de contraste do sistema. Note que não é necessário que a placa de meia onda 322 esteja imediatamente adjacente ao comutador de polarização 324 - a placa

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10/32 de meia onda 322 pode estar localizada em qualquer lugar no caminho de luz entre o PBS 310 e o comutador de polarização 324. Certamente, em modalidades alternativas, as posições do comutador de polarização 312 e do módulo de conversão e comutação de polarização 320 podem ser invertidas, tal que o comutador de polarização 312 fique localizado no segundo caminho de luz 307 e o módulo de conversão e comutação de polarização 320 fique localizado no primeiro caminho de luz 305.

[027] Em operação, o painel 304 (por exemplo, um painel Digital Light Processing (DLP), da Texas Instruments ou filme convencional) é iluminado com luz aleatoriamente polarizada oriunda de uma fonte de luz (não mostrada) para fornecer luz de fonte de imagem não polarizada. A fonte de luz pode ser, por exemplo, uma lâmpada UHT convencional, uma lâmpada de xenônio, uma fonte de luz de diodo emissor de luz ou, em algumas modalidades, uma fonte de luz ensinada no pedido de patente U.S. N° 11/779.708, cujo título é “Light Colletor for projection systems”, depositado em 18 de julho de 2007, incorporado ao contexto a guisa de referência. A luz da fonte de imagem não polarizada, oriunda do painel 304, é direcionada para o PBS 310 pela lente de retransmissão inicial 302. O PBS 310 pode transmitir luz polarizada P em um primeiro caminho de luz 305 e refletir luz polarizada S na direção de um segundo caminho de luz

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307. No primeiro caminho de luz 305, a luz polarizada P passa através do comutador de polarização 312, que opera de modo a girar a luz que passa através do comutador 312 em quadros alternados, similar aos feixes A, B e C na Figura 2.

[028] No segundo caminho de luz 307, a luz polarizada S refletida pelo PBS 310 passa para um espelho 318 (ou qualquer componente óptico que sirva para refletir a luz sem mudar o estado de polarização, por exemplo, um prisma). A luz polarizada S passa então através de um módulo de conversão e comutação de polarização 320. O conversor de polarização 322 (que pode ser uma placa de meia onda) transforma, de preferência, substancialmente todos os comprimentos de onda visíveis para a polarização ortogonal (neste caso, de luz polarizada S para P). A luz polarizada, agora P, passa então através do comutador de polarização 324. Em algumas modalidades, um pré-polarizador 326 pode ser adicionado antes ou após o módulo 320 para maior contraste. O comutador de polarização 324 incluído no módulo de polarização e conversão de polarização 320 opera de modo a criar estados ortogonais alternados de uma maneira substancialmente idêntica ao comutador 312 no primeiro caminho de luz 305.

[029] O sistema de conversão de polarização 300 pode formar duas imagens separadas 314 e 316 do painel 304, cada com um aumento de 1X (isto é, as imagens de saída em 314 e 316 podem

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12/32 ter substancialmente o mesmo tamanho que a imagem de entrada do painel 304) . Deve-se apreciar que o aumento pode ser diferente de 1X nesta e em outras modalidades e que este aumento é proporcionado como um exemplo. A primeira e a segunda lentes de projeção 328 e 330 formam imagens, respectivamente, das imagens intermediárias 314 e 316 sobre a tela de projeção 102. As lentes de projeção 328 e 330 podem se mover lateralmente, tal que as imagens sobre a tela 102 dos dois caminhos ópticos 305 e 307 são superpostas, substancialmente se sobrepondo, de preferência com distorção mínima de keystone. Quase toda a luz aleatoriamente polarizada do painel 304 fica na forma de imagem na tela 102 com um estado de polarização único, sendo que a imagem resultante do sistema na Figura 3 é aproximadamente duas vezes mais brilhante do que a imagem na tela 102 para o sistema na Figura 2.

[030] Este sistema também pode ser aplicado em aplicações cinemáticas, profissionais e ao consumidor, como home theatre e televisão de projeção traseira (RPTV - Rear Projection TV) , assumindo-se a utilização de telas com preservação de polarização 102.

Segunda Modalidade [031] A Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra uma segunda modalidade de um sistema de conversão de polarização 400. O PCS 400 proporciona um sistema de retransmissão similar

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13/32 àquele mostrado na Figura 3, com um arranjo de componentes tendo

estrutura e função substancialmente similares,

exceto pelo fato

de que foi inserido um prisma de vidro 410 no segundo caminho de luz 407, disposto conforme mostrado. O prisma de vidro 410 pode ser um prisma de vidro de alto índice.

[032] Em operação, o prisma de vidro	410 permite que
duas imagens 414 e 416 do painel 404	sejam colocadas

substancialmente em um único plano, proporcionando empacotamento e ajuste mais conveniente das lentes de projeção 428 e 430. É preferível que o sistema de retransmissão 400 seja projetado de tal modo que os raios de um único ponto no campo no objeto (isto é, painel 404) produzam um feixe colimado (todos os raios de um ponto no campo tendo o mesmo ângulo) nas paradas de abertura 401 e 403. Isso permite a inserção do prisma de vidro 410 na parada de abertura sem afetar o desempenho da lente 402. O prisma de

vidro 410 permite que as duas imagens 414 e 416

sejam colocadas.

Novamente, em modalidades alternadas, o módulo de conversão e comutação de polarização 420 e o comutador de polarização 412

podem ter, cada um, locais alternados 404 e 406,

respectivamente,

para cada caminho, antes da lente de projeção ou após a lente de projeção.

Terceira Modalidade [033] A Figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra

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14/32 uma terceira modalidade de um sistema de conversão de polarização (PCS) 500. A Figura 5 proporciona um PCS similar 500 àquele mostrado na Figura 4, exceto pelo fato de que o comutador de polarização 412 da Figura 4 foi substituído por uma roda 550 operável para converter a entrada polarizada em um conjunto de estados de saída ortogonalmente polarizados que se alternam temporalmente. Em uma modalidade, a roda 550 pode conter segmentos que transmitem polarizações ortogonais alternadas de uma entrada não polarizada. Em uma outra modalidade, a roda 550 pode ser precedida por um polarizador fixo. A roda 550 pode conter então segmentos que representam transformações de polarização unitárias (por exemplo, de uma pilha de filmes de retardação).

[034] Um problema resultante da rotação física de um polarizador (roda 550) é que a saída varia de um modo análogo, a menos que cada segmento seja modelado para compensar este efeito. Funcionalmente, é desejado um efeito de comutação de polarização binária, o que, de acordo com este relatório, é conseguido otimamente com o uso de elementos com polarizações de Eigen circulares. Por exemplo, um polarizador circular verdadeiro (versus, por exemplo, um polarizador linear seguido por um retardador, ou pilha retardadora) transmitirá um lado (por exemplo, direito ou esquerdo) de estado circular, a despeito da

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15/32 orientação da roda.

[035] Alternativamente, um polarizador fixo pode ser seguido por um elemento de transformação de polarização unitário com polarizações de Eigen circulares, ou um retardador circular puro. Por exemplo, um polarizador linear pode ser seguido por uma roda 550 que contém uma combinação de segmentos isotrópicos, assim como elementos de rotação de polarização pura acromática. Um rotador acromático puro tem zero retardação linear (sem eixo óptico), mas tem uma quantidade desejada de atraso de fase entre os estados circulares ortogonais. Neste caso, um desvio de fase π entre os estados de Eigen circulares, converterá a entrada para a saída linear ortogonal, a despeito da orientação da roda. Assim, uma roda análoga proporcionará comutação binária entre polarizações lineares ortogonais.

[036] Os rotadores de polarização acromática pura podem ser fabricados com o uso de pilhas de retardadores lineares. Um método de projeto é emparelhar pilhas com uma disposição simétrica particular. Por exemplo, uma pilha que produz uma retardação e uma rotação particulares, pode ser emparelhada com uma pilha idêntica com ordem reversa, ou simetria refletida com ordem reversa (veja, por exemplo, Capítulo 5 de Robinson et al., POLARIZATION ENGINEERING FOR LCD PROJECTION, Wiley & Sons 2005, que é incorporado ao contexto a guisa de referência). Uma pilha

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16/32 de ordem reversa dobra o retardamento líquido ao mesmo tempo em que elimina a rotação, enquanto a adição de reflexão tem o efeito de dobrar a rotação, ao mesmo tempo em que elimina a retardação. Uma pilha destinada a converter uma entrada linear orientada em 0r uma saída linear orientada a π/4 (em todos os comprimentos de onda de interesse) pode ser projetada, contendo em geral retardação linear. No entanto, quando emparelhada com a pilha refletida em ordem reversa, o efeito líquido é retardação zero e a transformação com orientação π/2 desejada. Tais elementos

transparentes	podem ser	laminados como segmentos	sobre um	disco
isotrópico para	produzir	comutador de polarização	binária	com a
roda 550.
[037]	A	Tabela	1 fornece um projeto	de uma	pilha

retardadora exemplificativa que exibe substancialmente rotação acromática de π/2 tendo simetria refletida de ordem reversa. Note que esta simetria é uma condição suficiente, mas não necessária, para obter a transformação de polarização desejada. Verifica-se facilmente que o estado de polarização após 6 camadas é linear a 45° embora a pilha possua retardação linear que é eliminada pela pilha subsequente. Neste exemplo, todas as camadas têm uma retardação no plano de ordem zero de meia onda (tipicamente 240270 nm até o limite do visível) . Deve ficar aparente que, de acordo com o presente relatório, outros projetos de combinação de

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17/32 retardador podem ser empregados tendo diferentes orientações e perfis de retardação.

Tabela 1

Número da Camada	Orientação
1	-19, 6
2	2,4°
3	18, 1°
4	-65,6°
5	-54,3°
6	-15,0°
7	15, 0°
8	54,3°
9	65, 6°
10	-18,1°
11	-2,4°
12	19, 6°

[038] Ainda com referência à Figura 5, em operação, a luz oriunda do caminho de luz inferior 505 é P-polarizada e passa através do segmento isotrópico 504 da roda 550. A luz permanece P-polarizada através da imagem 2 516, através da lente de projeção 530 e sobre a tela 102. Neste exemplo, a luz no caminho superior 507 é S-polarizada e passa através do segmento rotador

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506 da roda 550. A luz S-polarizada é girada para luz Ppolarizada pela roda 550 e passa através da lente de projeção 528 e sobre tela 102 como luz P-polarizada. Então, a roda 550 é sincronizada com os quadros de vídeo para produzir imagens sobre uma tela 102 com polarização alternada. Variações dos estados de polarização também são possíveis, com cada caminho produzindo polarização circular pela adição de placas de quarto de onda nos caminhos ópticos, ou estados de polarização linear girados (por exemplo, ± 45 graus) pela adição de rotadores em cada caminho.

Quarta Modalidade [039] A Figura 6 é um diagrama esquemático que ilustra uma quarta modalidade de um sistema de conversão de polarização (PCS) 600. A Figura 6 ilustra um PCS 600 onde o aumento foi para 2X (versus 1x de antes). Neste caso, a primeira metade do PCS 600, incluindo PBS 610 e prisma de vidro de emparelhamento de caminho 602, podem ter estruturas e função idênticas para os componentes descritos na Figura 4. No entanto, a segunda metade do PCS 600 foi representado em escala de 2 vezes para aumentar o comprimento focal da segunda metade em 2. O PCS 600 produz uma imagem que é duas vezes o tamanho do painel 604, ainda mantendo o mesmo número f (ou abertura numérica). Nesta modalidade exemplificativa, uma lente de retransmissão única 608 pode ser usada para proporcionar uma imagem intermediária e uma lente de projeção única 630 (por

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19/32 exemplo, uma lente de cinema de 70 mm) pode ser utilizada para formar a imagem da imagem intermediaria na tela 102. O módulo de conversão e comutação de polarização 620 e sua localização alternativa 625 também são mostrados.

Quinta Modalidade [040] A Figura 7 é um diagrama esquemático que ilustra uma quinta modalidade de um PCS 700. A Figura 7 ilustra um PCS similar 700 àquele mostrado na Figura 6, exceto pelo fato de que os módulos de conversão e comutação de polarização 620 da Figura 6 foram substituídos pela segunda segmentada 750 (similar à roda segmentada 550 descrita na Figura 5). A rosa segmentada 750 e um local de rosa segmentada alternativo 752 também são indicados. Mais uma vez, uma lente de projeção única 730 pode ser utilizada para formar a imagem intermediária sobre a tela 102.

Sexta Modalidade [041] A Figura 8 é um diagrama esquemático que ilustra uma sexta modalidade de um PCS 800. O PCS 800 pode incluir um painel 804, uma lente de retransmissão inicial 802, um PBS 810, um comutador de polarização 812 em um primeiro caminho de luz, um prisma de vidro 814 com um refletor (por exemplo, uma superfície em ângulo espelhada) 816, um módulo de conversão e comutação de polarização 818 e primeira e segunda lentes de projeção 820 e 822, tudo disposto conforme é mostrado. O módulo de conversão e

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20/32 comutação de polarização 818 pode ter um pré-polarizador opcional, um rotador de polarização e um comutador de polarização, similar à descrição do módulo de conversão e comutação de polarização 320 da Figura 3B. O sistema de lente de projeção 800 pode formar duas imagens separadas do painel 304, cada uma com grande aumento. Este PCS 800 pode ser aplicado também em aplicações profissionais e de consumidor, como home theatre e RPTV, assumindo-se que estejam disponíveis telas de preservação de polarização 102.

[042] Em operação, o painel 804 (como um painel Digital Light Processing, DLP, da Texas Instruments) é iluminado com luz aleatoriamente polarizada. Nesta modalidade, a luz do painel 804 é projetada em uma tela 102 por primeira e segunda lentes de projeção 820 e 822, que podem ser do tipo telefoto reversa. O PBS 810 transmite luz P-polarizada ao longo de um primeiro caminho de luz e reflete luz S-polarizada ao longo de um segundo caminho de luz. A luz P-polarizada passa através do comutador de polarização 812 e é girada pelo comutador de polarização 812 em quadros alternados, similar aos feixes A, B e C na Figura 2.

[043] A luz S-polarizada refletida pelo PBS 810 (no segundo caminho de luz) passa para um prisma 814. O prisma 814 pode conter uma superfície em ângulo 816 que serve como um espelho. A reflexão pode ser conseguida com reflexão interna total ou revestindo-se a hipotenusa com uma camada espelhada (por

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21/32 exemplo, prata) . Para inserir tal prisma 814 interno ao PCS 800 sem criar aberrações excessivas na imagem final, é preferível que os raios de um ponto de campo no objeto (painel 304) sejam colimados (isto é, os raios no feixe têm o mesmo ângulo) nas paradas de abertura 830 e 832. Em algumas modalidades, a parada de abertura 830 pode estar localizada ao longo do primeiro caminho de luz antes do comutador de polarização 812, e/ou ao longo do segundo caminho de luz em algum local (isto é, 832) antes da estrutura de prisma 814. Assim, os raios colimados passam através da estrutura de prisma 814 sem a introdução de aberrações. A luz S-polarizada passa então para fora do prisma 814 através do módulo de conversão e comutação de polarização 818 e é girada para luz P-polarizada. O comutador de polarização dentro do módulo de conversão e comutação de polarização 818 age sobre a luz P-polarizada, girando a polarização dos feixes de raio em quadros alternados, em sincronização com a rotação de feixes no caminho não espelhado.

[044] Duas segundas metades substancialmente idênticas das lentes 820 e 822 projetam as duas imagens sobre a tela 102. Para sobrepor as duas imagens sobre a tela 102, a inclinação do separador de feixe de polarização 810 pode ser ajustada e/ou a inclinação do prisma 808 pode ser ajustada. O conjunto de lente de projeção pode, como um todo, poder se mover lateralmente, tal

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22/32 que as imagens na tela 102, do primeiro e do segundo caminhos ópticos, possam ser deslocadas verticalmente para diversas configurações de cinema. À primeira metade da lente 820 pode ser cortada no caminho inferior para permitir que a luz passe claramente no caminho superior, conforme está ilustrado na Figura 8.

[045] Como quase toda a luz aleatoriamente polarizada do painel 804 é transformada em imagem na tela 102 com um único estado de polarização, a imagem resultante do sistema na Figura 8 é aproximadamente duas vezes mais brilhante do que a imagem na tela 102 para o sistema na Figura 2.

Sétima Modalidade [046] A Figura 9 ilustra um sistema de conversão de polarização 900 similar, como na Figura 8, exceto pelo fato de que o comutador de polarização 812 foi substituído por uma roda 902. A roda 902 é segmentada em duas ou mais regiões, conforme descrito anteriormente. Neste exemplo, a luz oriunda do caminho inferior 904 é P-polarizada e passa através (por exemplo) do segmento isotrópico 901 da roda 902. A luz permanece P-polarizada através do resto do sistema de lente de projeção 900 e sobre a tela 102. Neste caso, a luz no caminho superior 906 é Spolarizada e passa através (por exemplo) do segmento rotador 903 da roda 902. A luz S-polarizada é girada para luz P-polarizada

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23/32 pela roda 902 e passa através do resto do sistema de lente de projeção 900 e sobre a tela 102 como luz P-polarizada. Então, a roda 902 é sincronizada com os quadros de vídeo para produzir imagens sobre a tela 102 com polarização alternada. Variações dos estados de polarização também são possíveis, com cada caminho 904 e 906 produzindo polarização circular pela adição de placas de quarto de onda (não mostradas) nos caminhos ópticos, ou estados girados de polarização linear (por exemplo, + 45 graus) pela adição de rotadores em cada caminho.

Oitava Modalidade [047] A Figura 10 ilustra um sistema de conversão de polarização 1000 similar ao da Figura 9. Nesta modalidade exemplificativa, a estrutura e função dos componentes do PCS 1000 são substancialmente similares às do PCS 900, exceto pelo fato de que duas rodas 1002 e 1004 são implementadas, ao invés de uma, em parte, para facilitar as restrições de empacotamento perto do prisma 808. As rodas 1002 e 1004 podem operar em sincronização entre si.

Nona Modalidade [048] A igura 11 é um diagrama esquemático de um sistema cinemático exemplificativo PCS 1100 que implementa lentes de zoom. O sistema PCS cinemático 1100 pode incluir um painel 1102, uma objetiva telecêntrica 1104 (isto é, uma lente de retransmissão

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24/32 inicial), um separador de feixe de polarização (PBS) 1106, primeira e segunda paradas de abertura 1108, 1110, primeiro e segundo zooms afocais compensados mecanicamente 1112, 1132,

elemento de	reflexão 1130,	rotador 1136	e	primeira e segunda
telas z 1124,	1138.
[049]	Em operação,	luz	S-polarizada	e P-polarizada	do
painel 1102	passa através	da	objetiva	telecêntrica 1104	na

direção de PBS 1106. A objetiva telecêntrica 1104 é usada para manter a luz colimada em PBS 1106 para todos os ajustes de zoom. PBS 1106 pode ser um cubo ou placa com grade de fios, ou qualquer outro PBS conhecido na técnica. Nesta modalidade, a luz Ppolarizada é transmitida através de PBS 1106 na direção de uma primeira direção, enquanto a luz S-polarizada é refletida em PBS 1106 na direção de uma segunda direção.

[050] A luz P-polarizada passa através da parada de abertura 1108 na direção de um primeiro aparato de zoom afocal compensado mecanicamente 1112. O zoom 111 pode incluir diversos elementos tendo potencias ópticas positiva e negativa. O zoom afocal pode ser mecanicamente compensado ou opticamente compensado, por exemplo, com o uso de técnicas em projeto de lente de zoom de “Modern Optical Engineering”, Warren Smith, 1990, McGraw-Hill, incorporado ao contexto a guisa de referência. O zoom 1112, nesta modalidade exemplificativa, pode ter, em um

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25/32 caminho de luz, um elemento óptico fixo, como lente côncava 1114, seguido por elementos moventes de lente convexa 1116 e lente côncava 1118, seguido por um outro elemento fixo, lente convexa 1120. Geralmente, na Figura 11, as lentes convexas são representadas por linhas com pontos em uma extremidade ou outra, e geralmente têm potencia óptica positiva e podem incluir um elemento óptico ou múltiplos elementos ópticos para proporcionar tal potencia óptica positiva. Por outro lado, as lentes côncavas (representadas por gráficos côncavos) geralmente têm potencia óptica negativa e podem incluir um elemento óptico ou múltiplos elementos ópticos para proporcionar tal potencia óptica negativa. Os elementos moventes 1122 pode se mover ao longo do eixo geométrico óptico para ajustar o zoom da imagem, conforme desejado. A luz do zoom 1112 passa então através de uma primeira tela z 1124 e então na direção de uma tela 1150 para formar uma primeira imagem.

[051] A luz S-polarizada de PBS 1106, que é refletida na direção da segunda direção, passa através da parada de abertura 1110. Subsequentemente, a luz é refletida por cerca de 90 graus por um elemento de reflexão 1130, como um prisma de ângulo reto com espelho 1130. Então, a luz S-polarizada passa através do segundo zoom afocal mecanicamente compensado 1132. O zoom 1132 pode empregar uma estrutura similar e operar de uma maneira

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26/32 similar à estrutura e operação descrita para o zoom 1112. Obviamente, os elementos moventes 1134 podem ser ajustados de maneira diferente, para proporcionar um zoom diferente, conforme desejado. A luz S-polarizada do zoom 1132 pode então passar através do rotador 1136, que pode ser uma placa de meia onda acromática. O rotador 1136 funciona girando a luz S-polarizada para luz P-polarizada. A luz P-polarizada no segundo caminho de luz passa então através da segunda tela z 1138 e então na direção da tela 1150, para formar uma segunda imagem. A primeira e a segunda imagens são sobrepostas na tela 1150.

[052] A discussão a seguir se refere a outras modalidades, a componentes usados nas modalidades descritas e variações de modalidades descritas aqui.

[053] Separador de Feixe de Polarização: o PBS exemplificativo mostrado na Figura 3 até a Figura 12, é ilustrado como uma placa PBS. Esta placa PBS pode ser construída usando-se uma camada de grade de fio sobre vidro (por exemplo, polarizador Proflux, da Moxtek, Orem, UT), filme de reciclagem de polarização (por exemplo, Double Brightness Enhancing Film, da 3M, St. Paul, MN), filme de reciclagem de polarização sobre vidro (pelo nivelamento), uma camada multi-dielétrica sobre vidro. O PBS também pode ser implementado como um cubo de vidro (com grade de fio, filme de reciclagem de polarização ou camadas dielétricas ao

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27/32 longo da diagonal).

[054] Ajuste de Localização de Imagem: Na Figura 3, o ajuste primário de localização de imagem para cada caminho é o deslocamento lateral das lentes de projeção 328 e 330. Ajuste adicional da localização da imagem pode ser conseguido ajustandose o PBS 310 e/ou o espelho 318. Na Figura 4 e na Figura 5, o ajuste primário da localização da imagem para cada caminho é o deslocamento lateral das lentes de projeção 428/430 e 528/530. Ajuste fino adicional da localização da imagem pode ser conseguido deslocando-se lateralmente a inclinando-se a estrutura de prisma 402. Na Figura 6 e na Figura 7, o ajuste da sobreposição de imagem pode ser conseguido pelo ajuste fino da localização do prisma e inclinação. O ajuste da localização da imagem sobre a tela pode ser conseguido pelo deslocamento lateral da lente de projeção (630 ou 730). Na Figura 8 até a Figura 10, o ajuste da sobreposição da imagem pode ser conseguido inclinandose o separador de feixe de polarização (810, 910 ou 1010) e/ou inclinando-se o prisma (814, 914 ou 1014). O ajuste dos componentes mencionados anteriormente (PBS, espelho e/ou lentes de projeção) para controlar a localização da imagem pode ser conseguido usando-se atuadores eletromecânicos. Sistemas de controle e sensores de feedback podem proporcionar processamento, controle e instruções de acionamento aos acionadores para

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28/32 posicionar o local da primeira e da segunda imagens sobre a tela

102 .

[055]

Comutador de polarização: O comutador de polarização, conforme ilustrado nas modalidades descritas, pode ser um comutador de polarização circular ou um comutador de polarização linear (por exemplo, Z-Screen, da patente U.S. n° 4.792.850, de Lipton, ou um dos Comutadores de Polarização Acromáticos, conforme descrito no pedido de patente U.S. N° de série 11/424.087, todos os quais incorporados anteriormente por referência). Uma outra técnica descrita aqui para comutar polarização inclui usar uma roda de polarização rotativa, conforme mostrado nas OMS ensinadas com referência às Figuras 5, 7, 9 e 10. O comutador de polarização 312 pode ser qualquer comutador que alterne entre os estados de polarização ortogonais, tal que os óculos 104 possam decodificar os estados e enviar a imagem adequada para cada olho. O comutador de polarização pode ser dividido entre os dois caminhos (por exemplo, para aumentar o rendimento do dispositivo).

[056]

Controle de Transmissão e Dispersão de Luz: Todos os elementos de transmissão podem ter revestimento anti-reflexivo para proporcionar alta transmissão e baixa reflexão. As reflexões dos elementos transmissivos podem causar dispersão de luz no sistema, o que degrada o contraste e/ou produz perturbação na

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29/32 imagem final. Superfícies não ópticas (por exemplo, as laterais do prisma) podem ser pintadas de preto para aumentar o contraste. Polarizadores absortivos adicionais podem ser colocados depois de PBS 310 em um caminho ou outro para controlar vazamento de polarização e melhorar o contraste da imagem final.

[057] Espelho e pureza de polarização: O espelho pode ser substituído por um elemento PBS (por exemplo, placa de grade de fio) na Figura 3 até a Figura 10. Neste caso, uma polarização mais pura pode ser mantida após o elemento de dobramento e podese negar a necessidade de um polarizador de entrada no comutador de polarização. Adicionalmente, a luz refletida na face em ângulo do prisma pode usar reflexão interna total para o mecanismo de reflexão. Camadas dielétricas e metálicas também podem ser adicionadas ao prisma na face em ângulo para melhorar a reflexão e preservar a pureza da polarização.

[058] Lentes de projeção: Embora as modalidades das Figuras 3 a 10 ilustrem o uso de lentes de projeção com construção de telefoto reversa, os sistemas de conversão de polarização descritos aqui não estão limitados ao uso de tais lentes de projeção. Uma lente de telefoto reversa em uma forma compacta é descrita na patente U.S. n° 6.473.242 (patente ‘242), que é incorporada ao contexto a guisa de referência. Por exemplo, a figura 12 ilustra uma décima modalidade do sistema de conversão

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30/32 de polarização 1200 que proporciona um separador de feixe de polarização interno à lente de projeção, diferindo do projeto de lente de telefoto reversa da patente ‘242. Nesta modalidade, o separador de feixe de polarização 1210 é incorporado à lente (1230^a, 1230b e 1230c) na parada de abertura e dois caminhos ópticos 1212 e 1214 existem para sobrepor os dois estados de polarização fora do projetor. Neste exemplo, o espelho 1216, o rotador 1218 e os comutadores de polarização 1220 e 1222 estão localizados após a segunda metade da lente de projeção (1230b e 1230c), entre a lente 1230 e a tela de prata. A prescrição da lente foi modificada para produzir raios colimados a partir de cada ponto de campo na parada de abertura. Esta modificação resulta em duas diferenças particulares das lentes descritas na patente '242. Primeiro, enquanto a lente da patente '242 satisfaz a conciliação 0,18<r4/f<0,45, a lente descrita aqui não tem tal restrição em r4 (por exemplo, pode ser 0,6 neste caso). Segundo, enquanto a lente da patente '242 inclui um terceiro grupo de lente tendo uma potencia refrativa positiva”, a lente descrita aqui pode incluir uma terceira lente tendo potencia refrativa negativa. Como consequência da modificação, a lente descrita aqui não é mais telefoto reversa. Um PBS 1210, espelho 1216 e comutadores de polarização 1220, 1222 estão incluídos para a função PCS. O espelho 1216 pode ser inclinado para alinhar as

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31/32 duas imagens na tela. Em algumas modalidades, um prisma de vidro de ângulo reto pode substituir o espelho 1216. Em algumas modalidades, o PBS 1210 pode ser substituído por um cubo PBS. No diagrama, os comutadores de polarização são colocados na saída da lente para a pureza mais alta de polarização. Um ou dois comutadores de polarização podem ser usados na saída. Um caminho pode incluir um rotador acromático antes do comutador.

[059] Embora diversas modalidades, de acordo com os princípios descritos aqui, tenham sido descritas acima, deve-se entender que elas foram apresentadas apenas a guisa de exemplo, e não de limitação. Assim, a amplitude e o escopo da invenção não devem ficar limitados por qualquer das modalidades exemplificativas descritas acima, mas sim, devem ser definidos apenas de acordo com qualquer uma das reivindicações e seus equivalentes. Além do mais, as vantagens e características acima são proporcionadas em modalidades descritas, mas não devem limitar a aplicação de tais reivindicações a processos e estruturas que atinjam qualquer ou todas as vantagens acima.

[060] Adicionalmente, os cabeçalhos de seção são fornecidos por consistência com as sugestões sob 37 CFR 1.77 ou, em outro caso, para proporcionar dicas organizacionais. Estes cabeçalhos não devem limitar ou caracterizar a invenção estabelecida em qualquer reivindicação que possa advir deste

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32/32 relatório. Especificamente e a guisa de exemplo, embora os cabeçalhos se refiram a um “Campo Técnico”, as reivindicações não devem ficar limitadas pela linguagem escolhida sob este cabeçalho para descrever o campo assim chamado. Adicionalmente, uma descrição de uma tecnologia em “Antecedentes”, não deve ser considerada como uma admissão de que determinada tecnologia é técnica anterior a qualquer invenção neste relatório. Nem o “Breve Resumo” deve ser considerado como uma caracterização da invenção estabelecida nas reivindicações. Além do mais, qualquer referência neste relatório a “invenção” no singular não deve ser usada para argumentar que existe apenas um único ponto de novidade neste relatório. Múltiplas invenções podem ser estabelecidas de acordo com as limitações das múltiplas reivindicações oriundas deste relatório, e tais reivindicações, por conseguinte, definem a(s) invenção(ões) e suas equivalentes, que são protegidas deste modo. Em todos os casos, o escopo de tais reivindicações deve ser considerado em seu próprio mérito a luz deste relatório, mas não deve ficar limitado pelos cabeçalhos estabelecidos aqui.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de conversão de polarização para transmissão de imagens codificadas por polarização para uma tela de projeção caracterizado por compreender:

uma primeira lente de projeção;

uma segunda lente de projeção;

um separador de feixe de polarização operacional para transmitir luz de um primeiro estado de polarização em direção à primeira lente de projeção em um primeiro caminho de luz, e operacional para refletir luz de um segundo estado de polarização em direção a um segundo caminho de luz;

um elemento de reflexão situado no segundo caminho de luz operacional para refletir luz em direção à segunda lente de projeção; e um modulador de polarização situado no primeiro e no segundo caminhos de luz e operacional para girar a polarização de luz que passa através do mesmo para fornecer o primeiro e o segundo estados de polarização de saída;

em que a primeira e a segunda lentes de projeção são operacionais para direcionar as imagens codificadas por polarização em direção à tela de projeção para formar imagens sobrepostas na tela de projeção;

em que o sistema de conversão de polarização é posicionado entre uma fonte de imagem e a tela de projeção.
2. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma placa de onda situada em uma dentre o primeiro e o segundo caminhos de luz e situada na frente do modulador de polarização.

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3. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o modulador de polarização compreender:

um primeiro comutador de polarização situado no primeiro caminho de luz e após a primeira lente de projeção; e um segundo comutador de polarização situado no

segundo caminho de luz e após a segunda lente de projeção.
4. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o primeiro e o segundo comutadores de polarização modularem temporalmente a luz polarizada em sincronização.
5. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o modulador de polarização compreender:

um primeiro comutador de polarização situado no primeiro caminho de luz e entre o separador de feixe de polarização e a primeira lente de projeção; e um segundo comutador de polarização situado no segundo caminho de luz e entre o separador de feixe de polarização e a segunda lente de projeção.
6. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente um pré-polarizador situado antes do modulador de polarização.
7. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a placa de onda compreender uma placa de meia onda.
8. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o modulador de

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3/5 polarização compreender uma roda de polarizador segmentada giratória.
9. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o modulador de polarização compreender um único comutador de polarização.
10. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a roda de polarizador segmentada giratória compreender:

um segmento isotrópico; e um segmento rotador, em que a roda giratória é operacional para converter uma entrada polarizada em um conjunto de estados de saída ortogonalmente polarizados e temporalmente alternados.
11. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma lente de retransmissão inicial operacional para direcionar a luz a partir de uma fonte de imagem em direção ao separador de feixe de polarização.
12. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a luz a partir da fonte de imagem compreender luz não polarizada.
13. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma primeira lente de retransmissão situada no primeiro caminho de luz e operacional para direcionar a luz em direção à primeira lente de projeção, e uma segunda lente de retransmissão situada no segundo caminho de luz e operacional para direcionar a luz em direção à segunda lente de projeção.

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14. Sistema de conversão de polarização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de reflexão compreender um dentre um prisma de vidro, um espelho e um segundo separador de feixe de polarização.
15. Método para projetar imagens codificadas por polarização caracterizado por compreender:

receber luz de fonte de imagem não polarizada a partir de um painel de projeção em um separador de feixe de polarização;

transmitir a luz de fonte de imagem de um primeiro estado de polarização no separador de feixe de polarização em direção a uma lente de projeção situada em um primeiro caminho de luz;

refletir a luz de fonte de imagem de um segundo estado de polarização no separador de feixe de polarização em direção a um segundo caminho de luz;

refletir a luz de fonte de imagem de um segundo estado de polarização em direção a uma segunda lente de projeção;

converter o estado de polarização de luz de uma dentre o primeiro e o segundo caminhos de luz em um estado ortogonal de polarização;

modular temporalmente o estado de polarização da luz em pelo menos uma dentre ao primeira e o segundo caminhos de luz para fornecer o primeiro e o segundo estados de polarização de saída; e direcionar a luz do primeiro e segundo caminhos de luz em direção a uma tela de projeção para formar imagens sobrepostas na tela de projeção.
16. Método para projetar imagens codificadas por

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5/5 polarização, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o primeiro estado de saída de polarização compreender luz polarizada de modo circular e o segundo estado de saída de polarização compreender luz polarizada de modo circular oposto.
17. Método para projetar imagens codificadas por polarização, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o primeiro estado de saída de polarização compreender luz polarizada de modo linear e o segundo estado de saída de polarização compreender luz polarizada de modo linear ortogonal.
18. Método para projetar imagens codificadas por polarização, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a luz no primeiro caminho de luz passar através da primeira lente de projeção antes de ser temporalmente modulada.
19. Método para projetar imagens codificadas por polarização, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a luz no primeiro caminho de luz passar através da primeira lente de projeção após ser temporalmente modulada.
20. Método para projetar imagens codificadas por polarização, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a modulação temporal compreender girar uma roda de polarizador segmentada.