CN102474630B - 使用分段式圆盘的光学扩展量减小的立体投影 - Google Patents

Abstract

一种立体数字图像投影系统具有能够通电以提供具有第一偏振态的偏振照明的光源系统以及从所述偏振照明交替地产生具有不同偏振态的第一光束和第二光束的分束系统。合成系统具有将所述第一光束和所述第二光束合成为合成光束的偏振光束合成器。使用空间光调制器以符合立体图像数据的方式调制所述合成光束，以从所述合成光束中的具有第一偏振态的照明形成第一调制图像，并且从所述合成光束中的具有第二偏振态的照明形成第二调制图像。投影光学器件被配置为将所述第一调制图像和所述第二调制图像投影到显示面上。

Description

使用分段式圆盘的光学扩展量减小的立体投影

技术领域

本发明涉及一种用于投影立体数字图像的装置，更特别地，涉及一种用于数字影院投影的使用偏振固态激光器来产生立体图像的改进装置和方法。

背景技术

在大型场馆中，为了给消费者提供更加强大的视觉体验，对于显示三维(3D)或感知的立体内容的高品质投影系统的关注日益增加。尽管许多娱乐公司已经在电影院、主题公园和其他场馆中提供了立体内容，但是这些公司主要是使用胶片介质来呈现立体图像。为了产生立体图像，将两套胶片装载到两个分离的投影装置中，每只眼睛一个。然后，使用偏振光同时投影左眼图像和右眼图像。一个偏振用于呈现到左眼的图像；然后将正交偏振的光用于向右眼呈现的图像。观众戴上相应的正交偏振眼镜，正交偏振眼镜为每只眼镜阻挡一个偏振光图像，并且同时透射正交偏振光图像。

电影工业正在向数字成像过渡，在这当中，诸如Imax的一些厂商继续利用双投影系统来提供高品质的立体图像。但是，更常见的是，对常规的投影机进行改动以实现3D投影。

用于彩色数字影院投影的这些常规的投影方案中最具前景的是使用两个基本类型的空间光调制器(SLM)之一作为图像形成器件。第一种类型的空间光调制器是数字光处理器(DLP)，这是由德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司开发的一种数字微镜器件(DMD)。DLP已经被成功地运用到数字投影系统中。很多专利中描述了DLP器件，例如美国专利4,441,791、5,535,047、5,600,383(全部都属于Hornbeck)。

图1显示了使用DLP空间光调制器的投影装置10的简化框图。光源12向诸如飞利浦棱镜的棱镜组件14中提供多色非偏振光。棱镜组件14将多色光分成红色成分波长带、绿色成分波长带和蓝色成分波长带并且将每个频带定向到相应的空间光调制器20r、20g或20b。然后，棱镜组件14将来自于每个空间光调制器20r、20g和20b的调制光重新合成并且将该非偏振光提供到用于到显示屏幕或者其他合适的表面上的投影的投影透镜29。

基于DLP的投影机展示了为从桌面到大型影院的大多数投影应用提供了必要的通光效率(light throughput)、对比度、和色域的能力。但是，典型地提供不超过2148×1080像素的现有器件使其存在固有的分辨率限制。另外，元件和系统的高成本限制了DLP设计在更高品质的数字影院投影中的适用性。此外，飞利浦棱镜或其他合适的组合棱镜(combining prism)的成本、尺寸、重量和复杂度构成很大的约束。另外，由于亮度要求，需要具有长工作距离的相对较快的投影透镜，这不利地影响了这些器件的可接受性和可用性。

用于数字投影的第二种类型的空间光调制器是LCD(液晶器件)。LCD通过对每个相应像素选择性地调制入射光的偏振态来形成作为像素的阵列的图像。LCD作为用于高品质数字影院投影系统的空间光调制器而言，似乎具有一些优点。这些优点包括相对较大的器件尺寸、良好的器件成品率以及制造具有更高分辨率的器件(例如可由索尼和JVC公司购买到的4096×2160分辨率的器件)的能力。使用LCD空间光调制器的电子投影装置的示例当中有美国专利5,808,795(Shimomura等人)和别处公开的使用LCD空间光调制器的电子投影装置。LCOS(硅上液晶)器件用于大比例图像投影被认为是特别有前景的。但是，使用LCD元件的话，可能很难维持数字影院的高品质要求，特别是在色彩和对比率的方面，因为高亮度投影的高热负荷影响到这些器件的偏振质量。

基于投影机从这些常规的微型显示器(DLP或LCOS)形成立体图像的常规方法使用两个主要技术中的任一个来区分左眼内容和右眼内容。杜比实验室所使用的一种较不常见的技术例如使用色彩空间分离，如Maximus等人的美国专利申请公开2007/0127121和别处所述。在白光照明系统中使用滤光器，以便将每个原色的部分暂时阻挡一部分的帧时间。例如，对于左眼，红色、蓝色和绿色(RGB)的较低波长光谱被阻挡一段时间。对于另一只眼睛，这交替成阻挡红色、蓝色和绿色(RGB)的较高波长光谱。然后，将与每只眼睛相关联的适当的色彩调节立体内容呈现到用于每一只眼睛的调制器。观看者戴着相应的滤光器组，滤光器组类似地只透射两个3色(RGB)谱集(spectral set)其中之一。色彩分离方法与基于偏振的投影方法相比享有一些优点。例如，图像可以被投影到大多数的屏幕上，而不需要使用更昂贵的偏振保持屏幕。但是也存在缺点。所需要的眼镜是昂贵的。可能会因为正常的角度改变、头部运动和倾斜而降低观察质量。另外，色彩空间的调整可能是困难的，并且由于滤光，可能存在显著的光损失。因此，可能需要更高的灯输出，或者会降低输出图像亮度。

用于形成立体图像的第二种方法是使用偏振光。在Svardal等人的美国专利6,793,341和别处的示例性实施例中，两个正交偏振态中的每一个被传送给两个分离的空间光调制器中的相应的一个空间光调制器。然后将来自全部两个调制器的偏振光同时投影。观看者戴着具有用于左眼和右眼的彼此正交定向的偏振透射轴的偏光眼镜。尽管该设置能够有效地利用光，但是其可能是一种昂贵的配置。在每个色彩频带需要空间光调制器的投影机设计中尤其是这样。

另一种被加州比佛利山庄的Real-D商业化的方法是使用改动后的常规投影仪来调制从一个偏振态迅速切换到另一个偏振态的交替偏振态。例如，如果DLP投影机具有置于输出光路中(例如位于图1中用虚线表示的位置16处)的偏振器，则可以这样做。由于DLP本身没有被设计成维持输入光的偏振，当器件封装的窗口由于应力双折射去极化时，输入光通常是非偏振的，因此需要偏振器。可以在偏振器后面的位置16处设置与Robinson等人的美国申请2006/0291053中所描述的类型类似的消色差偏振转换开关。这种类型的开关在两个正交偏振态(例如线偏振态)之间交替地旋转偏振光，从而能够呈现两个不同的图像，当使用者用偏振眼镜来观看投影图像时，向每只眼睛呈现其中一个图像。

Real-D系统过去使用左、右圆偏振光，其中眼镜是由1/4波长延迟器(1/4waveretarder)加上用于在遮挡一个偏振态之前将圆偏振光变回线偏振光的偏振器组合而成的。该设置看来对于头部倾斜是较不敏感的，消色差偏振转换开关也是比较容易制造的。但是，与简单地使用偏振器的实施例相比，这种眼镜增加了开支。在任一种情况下，显示屏幕均必须基本维持入射载像光的偏振态，因此通常是镀银的。使用这种基于MEMS的系统，由于需要使用偏振光，可能会导致存在显著的光损失，这可能会使输出光比常规的非立体设计减少一半。由于大的偏振转换开关以及对准特征和安装在投影系统的前部，存在附加的成本。该系统必须是灵活的，以便适应可能被改造的各种投影机。偏振转换开关设计也更加复杂，因为其必须基本上处理整个可见光谱带，无论波长如何，都要等量地延迟光。如果不能正确获得该性能，则会产生不可接受的串扰，这会使图像定向到错误的眼睛，并且降低立体效果的质量。在某些情况下，这种类型的串扰效应甚至可能成造成对观看者的物理干扰。因此，相比之下，基于LCOS的投影机的有利之处在于，在大多数配置中输出通常已经是偏振的。

照明效率的持续的问题涉及光学扩展量(etendue)或者类似地涉及拉格朗日不变量(Lagrange invariant)。正如光学领域已知的那样，光学扩展量涉及光学系统可以处理的光的量。潜在地，光学扩展量越大，图像越亮。在数值上，光学扩展量与两个因子的乘积成比例，这两个因子即图像面积和数值孔径。就图2所表示的具有光源12、光学器件18和空间光调制器20的简化光学系统而言，光学扩展量是光源面积A1与其输出角θ1的乘积，在非常匹配的光学系统中，这等于调制器面积A2与其接收角θ2的乘积。对于增大的亮度而言，需要从光源12的面积提供尽可能多的光。作为一般性的原理，当光源处的光学扩展量与调制器处的光学扩展量最严密匹配时，光学设计是有利的。

增大数值孔径例如会增大光学扩展量，从而光学系统捕捉更多的光。类似地，增大源图像尺寸，以使光源自更大的面积，会增大光学扩展量。为了在照明侧利用增大的光学扩展量，光学扩展量必须大于或等于照明源的光学扩展量。但是，较大的图像尺寸通常会导致更加昂贵的系统。硅衬底和缺陷电势随着尺寸增加的器件(例如LCOS和DLP元件)尤为如此。在一般情况下，增大的光学扩展量导致更加复杂和昂贵的光学设计。使用诸如美国专利5,907,437(Sprotbery等人)所述的常规方法，光学系统中的透镜元件必须是为大的光学扩展量设计的。用于必须通过系统光学器件会聚的光的源图像面积是红色、绿色和蓝色光路中的空间光调制器的组合面积的总和；特别地，其为所形成的最终的彩色图像的面积的三倍。也就是说，对于这种常规方法所公开的配置而言，光学元件处理相当大的图像面积，因此处理高的光学扩展量，因为红色、绿色和蓝色光路是分离的，并且必须是光学会聚的。此外，尽管诸如Sprotbery等人的美国专利5,907,437公开所公开的配置处理来自于所形成的最终的彩色图像的面积的三倍面积的光，但是该配置不能提供任何增大亮度的益处，因为每个色彩光路只包含总的光照水平的三分之

当光源的光学扩展量与空间光调制器的光学扩展量严密匹配时，效率提高。匹配不良的光学扩展量意味着光学系统是欠缺光的，不能向空间光调制器提供足够的光，或者是效率低的，实际上丢弃了所产生的用于调制的光的相当一部分。

以可以接受的系统成本为数字影院应用提供充足亮度的目标困扰了LCD和DLP系统的设计者。基于LCD的系统在需要偏振光、降低效率和增大光学扩展量之间进行折衷，即使是使用偏振回收技术也是如此。不需要偏振光的DLP器件设计被证明在某种程度上是更加高效的，但是仍然需要昂贵的、寿命短暂的灯和成本高昂的光学引擎，使其过于昂贵，无法与常规的影院投影设备竞争。

为了与常规的高端的基于胶片的投影系统竞争，并且提供所谓的电子或数字影院，数字投影机必须能够获得可与这种较早的设备相比的影院亮度水平。作为某种尺度观点，典型的电影院需要在对角线为40英尺数量级的屏幕尺寸上投影10,000流明的数量级。屏幕的范围在任意位置需要从5,000直到40,000流明。除了这种高要求的亮度需要以外，这些投影机还必须提供高分辨率(2048×1080像素)并且提供大约2000∶1的对比度和很广的色域。

一些数字影院投影机设计已被证明能够实现这种水平的性能。但是，高昂的设备成本和操作成本成为阻碍。满足这些要求的投影装置每一台典型地耗费超过50,000美元的成本并且使用高瓦数的氙弧灯，每隔500-2000小时就需要更换氙弧灯，典型的更换成本通常超过1000美元。氙灯的大光学扩展量大大影响了成本和复杂度，因为其需要相对较快的光学器件以收集和投影来自于这些光源的光。

DLP和LCOS LCD空间光调制器(SLM)的一个共同的缺点是它们有限的使用固态光源、特别是激光源的能力。尽管与其他类型的光源相比固态光源在相对的光谱纯度和潜在的高亮度水平方面占据优势，但是为了有效地利用这些优势，固态光源需要不同的方法。与较早的数字投影设计联用的用于调节、变向和合成来自于彩色光源的光的常规的方法和器件可能会限制利用激光源的程度。

固态激光器在光学扩展量、长寿命和总体光谱和亮度稳定性方面得到改进，但是直到最近，仍然不能以充足的水平和数字影院可以接受的成本提供可见光。在更近来的发展中，激光阵列已经得到商业化，并且显示出作为潜在的光源的某种前景。但是，亮度本身还是不够高；为了提供每个色彩的必要亮度，可能需要来自于多达九个个别阵列的合成光。

投影应用特别感兴趣的激光阵列包括各种类型的VCSEL阵列，包括VECSEL(垂直延伸腔表面发射激光器)和出自加利福尼亚州森尼维尔市的Novalux的NECSEL(Novalux延伸腔表面发射激光器)器件。但是，使用这些器件的常规方案容易产生许多问题。一个限制涉及器件成品率(yield)。主要因为关键元件的热和封装问题，商业化的VECSEL阵列在长度上扩大，但在高度上受限；典型地，VECSEL阵列只具有两行发射元件。使用超过两行发射元件将显著地增大制造难度。此外，常规的VECSEL设计易于遇到电源连接和散热的困难。这些激光器是高功率的；例如，Novalux提供的频率加倍成两行器件的单行激光器件产生高于3W的可用光。因此，可能存在大量的电流需要和来自于不使用的电流的热负载。使用寿命和光束质量高度依赖于稳定的温度维持。

激光源与投影系统的耦合呈现了使用常规方法没有充分解决的另一困难。例如，使用NovaluxNESEL激光器，为了接近大多数电影院的10,000流明的要求，每个色彩需要大约九个2行乘24的激光阵列。理想的是将这些光源以及供电和连接和相关联的热量与主要对热敏感的光学系统隔离，以实现投影引擎的最佳性能。也可以使用其他的激光源，例如常规的边发射激光二极管(edge emitting laserdiode)。但是，这些激光源更难封装成阵列形式，并且通常在较高的亮度水平具有较短的使用寿命。

如上文所述，增大的光学扩展量造成更加复杂和成本更加高昂的光学设计。一般而言，当光学扩展量是小的并且在照明光学器件与光调制器之间良好匹配时，获得最佳性能和最低成本。使用偏振光的常规的立体投影系统往往使光学扩展量加倍，以便在相同的光路上投影全部两个偏振态的光。有益的是提供一种立体投影机，这种立体投影机使用偏振光以区分左眼图像和右眼图像，但是与先前的设计相比具有减小的光学扩展量。

因此，可以看出，使用常规的方法尚未解决提供具有影院或者接近影院的性能和亮度的立体彩色投影系统的难题。需要一种使用固态光源来提供减小的光学扩展量和改善的亮度的立体投影机。

发明内容

本发明的目的在于解决需要使用诸如DLP的基于MEMS的数字空间光调制器和相关的微型显示器空间光调制器器件来立体成像的问题。基于这种目的，本发明提供了一种立体数字图像投影系统，包括：

光源系统，所述光源系统能够通电以提供具有第一偏振态的偏振照明；

分束系统，所述分束系统从所述偏振照明交替地产生具有不同偏振态的第一光束和第二光束；

合成系统，所述合成系统包括将所述第一光束和所述第二光束合成为合成光束的偏振光束合成器；

空间光调制器，所述空间光调制器以符合立体图像数据的方式调制所述合成光束，以从所述合成光束中的具有第一偏振态的照明形成第一调制光，并且从所述合成光束中的具有第二偏振态的照明形成第二调制光；以及

投影光学器件，所述投影光学器件被配置为投影所述第一调制光和所述第二调制光。

本发明的一个特征在于其提供了用于改善照明和调制元件之间的光学扩展量匹配的方式。

本发明的优点在于，可以使用单一光源来提供交替偏振态，从而不需要反复使光源循环开关。

本发明的另一个优点在于，其提供了一种方便的机制来平衡两个偏振态中的光输出。另外，本发明提供了减少两个偏振态之间的过渡时间的优点。

本发明的进一步的优点在于，为使用偏振态以区分左眼图像和右眼图像的立体投影装置提供了具有降低的光学扩展量的光学系统。

本发明的另一个优点在于，其为关键系统元件提供了较低的热负荷。

本发明的实施例的其他优点包括降低的热负荷和提高的亮度。

本领域技术人员结合在其中显示和描述了本发明的例证性实施例的附图，阅读接下来的详细描述，将会明白本发明的这些和其他的目的、特征和优点。

附图说明

尽管本说明书以特别指明和明显要求保护本发明的主题的权利要求书进行总结，但是相信从下文结合附图所进行的详细描述，可以更好地理解本发明，图中：

图1是使用用于不同色彩光路的组合棱镜的常规投影装置的示意性方块图；

图2是显示用于光学系统的光学扩展量的代表性图示；

图3A和图3B是显示不同的固态光阵列和光合成器设置的相对填充因子的平面图；

图4是显示使用用于立体图像投影的照明合成器投影装置的一般设置的示意性方块图；

图5是显示如何沿相同的照明光路提供来自于多个固态光阵列的偏振光的示意性侧视图；

图6是图5的光合成设置的透视图；

图7A是显示一个实施例中用于引导来自于多个固态光阵列的一个偏振态的照明的偏振分束器的使用的示意性侧视图；

图7B是显示一个实施例中用于引导来自于多个固态光阵列的正交偏振态的照明的偏振分束器的使用的示意性侧视图；

图8是显示用于立体图像呈现的偏振态的交替时序的时序图；

图9A是显示一个实施例中用于合成来自于多个固态光阵列的照明的光变向棱镜的使用的示意性侧视图；

图9B是图9A的光变向棱镜的透视图；

图10是一替代实施例中的光变向棱镜的示意性侧视图；

图11是显示两个光变向棱镜的使用的示意性侧视图，其中每个光变向棱镜提供来自于固态光阵列的均具有不同的偏振的光；

图12是显示从两侧都接收光的光变向棱镜的实施例的使用的示意性侧视图；

图13是为每个偏振的光使用图12的光变向棱镜的照明装置的示意性侧视图；

图14是使用偏振照明的替代投影装置的示意图，其具有图12的光变向棱镜，而没有光导；

图15是结合宽带电子偏振旋转器件使用图14的配置的立体投影装置的示意图；

图16是结合个别色彩频带电子偏振旋转器件使用图14的配置的立体投影装置的示意图；

图17是显示单一像素调制器及其旋转轴的透视图；

图18是交替选择每个正交偏振的光的快门系统的示意图；

图19A和图19B分别显示用于反射来自于一侧的光并且通过另一侧透射光的快门的前视图和侧视图；

图20是将光交替地转化为两个正交偏振态的再循环照明系统的实施例的示意图；

图21是图20显示的再循环照明系统的替代实施例；

图22是使用由图21中描述的照明系统提供的交替正交偏振态的立体投影装置的示意图；

图23显示了具有透射段(segment)和反射段的交替图案(pattern)的快门圆盘(shutter disk)；

图24是显示半周期中的分束系统中的光处理的示意图；

图25是显示另一半周期中的分束系统中的光处理的示意图；

图26是显示使用分束系统的光输出状态的时序图；以及

图27是显示一个实施例中的立体投影系统的示意图。

具体实施方式

本说明书特别涉及形成根据本发明的装置的一部分的元件或者是更加直接地与根据本发明的装置协同操作的元件。要理解的是，未具体显示或描述的元件可以表现为本领域技术人员公知的各种形式。

本文所显示和所描述的附图是为了阐明根据本发明的工作原理，可能不是为了显示实际的尺寸或比例而绘制的。由于用于本发明的激光阵列的组成部分的相对尺寸，为了强调基本结构、形状和操作原理，一些夸大是必要的。当用于各个实施例中的描述元件时，术语第一、第二等等不表示任何特殊的次序或者重要性，而是更一般地用于区别一个元件与另一元件。

在下面的公开中，短语“左眼图像”表示由立体显示装置形成并且要被观看者的左眼观察的图像。同样地，短语“右眼图像”指的是要从观看者的右眼观察的图像。类似地，对于双观看者成像装置而言，“第一观看者图像”和“第二观看者图像”是分别为第一组观看者和第二组观看者准备的单独的图像。

本发明的实施例解决了使用偏振态来区分左眼图像和右眼图像的立体投影装置中需要减小的光学扩展量的问题。本发明的实施例利用了从VECSEL激光阵列或者其它类型的固态光阵列发射的光的固有偏振。本发明的实施例的其他优点包括减小的热负载和改善的亮度。

本发明的实施例所使用的减小热负载一个方法是将光源与使用波导结构的光调制元件隔绝。来自于多个固态光源阵列的光被耦合到将光传递到调制器件的偏振保持光波导。当这些完成之后，可以优化光源至波导的交界面的几何形状，以使波导输出良好匹配空间光调制器的纵横比。实际上，这意味着为了保持最优的光学扩展量水平，波导孔径被基本填充或者有略微的填充不足。该设置还帮助使照明光学器件的速度要求降至最低。参考图3A和图3B，显示了光导52的输入孔径的横截面。固态光阵列44被显示为其将出现在光导52的输入孔径处，如果比例合适的话。如图3A所示，孔径是填充不足的，这可能容易导致光导52的空间光调制器端的不良的光学扩展量匹配。在图3B中，通过从其常规的圆形形状重塑光导52的输入孔径，阵列44和光导52的纵横比得以良好匹配。在图3A或图3B中未显示的其他设置中，为了有效地形成较大的阵列，可以组合多个阵列44。稍后将更加详细地描述组合多个阵列44的方法。

在使用该方法的实施例中，可以为光导52使用光纤。在一个实施例中，使用矩形芯光纤。例如，出自芬兰Lohaja的Liekki的矩形芯光纤已被制造，以更好地匹配光源纵横比。

为了更好地理解本发明，有益的是描述本发明的装置和方法可以工作的总体背景。图4的示意图显示了用于本发明的多个实施例中的投影装置10的基本设置。显示了三个光调制组件40r、40g和40b，每个光调制组件调制来自于照明合成器42的红色、绿色或蓝色(RGB)这三个原色的其中之一。在每个光调制组件40r、40g和40b中，可选的透镜50可以使光进入到可选的偏振保持光导52中。在光导52的输出处，或者从透镜50接收光，然后，透镜54使光通过积分器51，例如复眼积分器(fly′s eye integrator)或积分块(integrating bar)。所述光前往空间光调制器60。空间光调制器60是微机电系统(MEMS)器件，例如DLP或其他类型的反射MEMS元件，包括通过反射或者通过衍射来调制光的任意类型的MEMS调制器元件。这些器件可以被视为“偏振态中性(polarization state neutral)”，因为它们不会通过调制像素的偏振态来在每个像素调制光；对于任意像素而言，入射光的偏振态的任何改变都是不经意的，是当从用于该像素的MEMS表面反射时其入射角的函数。可以调节光在MEMS空间光调制器上的入射角，以使任何不必要的偏振效应最小化，如下文所述。对于本发明的实施例，调制器必须取得两个正交输入偏振态的光并且输出与分别的输入状态相对应的两个正交偏振态的光。但是，输出偏振态可以关于输入偏振状态旋转。

投影光学器件70由于其多种可能实施方式，在图4中用虚线轮廓一般性地表示，投影光学器件70使调制光定向到显示面80。图4中显示的整体设置则用于本发明的后续实施例，将各种设置用于照明合成器42。在一些实施例中，无需使用光导52就可以将来自于任意光调制组件40r、40g和40b的照明定向到积分器51。光调制组件40r、40g和40b则将偏振光传递到偏振态中性空间光调制器60以及随后传递到投影透镜70。

图5显示了用于组合多个固态光阵列44和44′以形成更大的阵列的一种方法。图6显示了图5的配置的透视图。在图5和图6中，使用一个或多个散布的反射镜46，以使附加阵列44′的光轴与阵列44一致，以提供定向到可选的透镜50的组合光阵列。但是，应了解的是，热和间隔要求可能会限制以这种方式能够堆叠多少个阵列44。

可以在某种程度上修改图5和图6中显示的设置，以允许使用具有不同偏振态的偏振光，如图7A和图7B以及图8中的时序图所示。图8的时序图显示了在任意一个光调制组件40r、40g和40b内，如何能够相应地使用两组偏振激光器，使定向到相同的空间光调制器60(图4)的光在两个正交偏振态之间快速交替，以提供左眼图像和右眼图像。对于该示例而言，使用固态激光阵列44a和44b。偏振固态激光阵列44a和44b例如使用用于这些组阵列其中之一的半波片64来提供正交偏振态的光，如图7A和图7B所示。在半个交替照明周期中，使固态激光阵列44a通电，如图7A所示。该偏振光从偏振分束器62反射。在另外半个交替照明周期中，使固态激光阵列44b通电，如图7B所示。该光的偏振被旋转，从而其透射通过偏振分束器62。然后，将偏振光束定向到可选的透镜50。对于非立体应用而言，可以一同使用来自于两个偏振激光器44a和44b的光，以提供更亮的图像，或者以一半的功率来使用，以平衡每个激光源的使用寿命。

该配置有利地使任一偏振态的光进入相同的照明轴中。使用该方法的光学扩展量保持与之前显示的用于图5中的单一通道的配置中所显示的相同。因此在两个偏振态都成像的非立体应用中，光源的亮度有效地加倍。但是，在需要立体显示器的情况下，在时间上的一个特定时刻只使用单一光源，从而有效亮度保持与图5中相同。尽管由于其简单性，该配置是优选的，并且向空间光调制器60提供了交替的正交偏振态，但是该配置要求激光器在所需要的频率范围内一直工作，以便令每个正交合成激光阵列开启或者关闭。对于数字影院应用而言，取决于设置，这一般是在120Hz或者144Hz。但是，许多激光器表现出热稳定困难，从而在该频域内导致不稳定的功率波动。因此，在某些情况下，需要在调制器处或者在后面接着的调制处间接地(也就是说，不通过光源调制)交替光的正交状态。

图9A和图9B分别显示了合成来自于四个固态光阵列44的激光的照明合成器42的实施例的侧视图和正交视图，其中所述照明合成器42集中在较小区域内。如图9B所示，固态光阵列44具有在长度方向L上延伸的多个激光器26。光变向棱镜30具有接收从固态光阵列44沿发射方向D1发射的光的入射面32。光被变向到与发射方向D1基本正交的输出方向D2上，通过输出面34。光变向棱镜30具有变向表面36，变向表面36具有光变向小平面38。变向表面36上的光变向小平面38和其他小平面在长度方向L上延伸。光变向小平面38相对于发射方向D1成一倾斜角，并且对从激光器26发射的光提供全内反射(TIR)。当如图9A和图9B设置时，这些特征帮助用于该照明的光路变窄，提供较窄的光束。

许多变形是可能的。例如，图10的剖视侧视图显示了一替代实施例，其中光变向棱镜30的光定向小平面38是鳞状的(scaled)，以便每次改变来自于多行激光器26的光的方向。入射面32可以不与发射方向D1正交，允许相对于光阵列44的设置有一些偏移，并且需要考虑光变向棱镜30的折射率n。

图11的示意性方块图显示了在使用交替偏振态的照明合成器42的实施例中如何能够使用多个光变向棱镜30来提供增大的亮度。如上文参考图7A和图7B所述，来自于光阵列44a和44b的交替照明结合半波片64和偏振分束器62使正交偏振态的光朝向可选的透镜50定向，并且定向到用于提供立体图像的空间光调制器60上(图4)。

图12的剖视侧视图显示了提供比使用固态光阵列的图9A-图10中所显示的实施例更加紧凑的照明设置的照明合成器42中的光变向棱镜30的另一实施例。在该实施例中，光变向棱镜30具有两个变向表面36，其接收来自于彼此面对的具有相反的发射方向D1和D1′的固态光阵列44的光。每个固态光阵列44由激光器26组成。每个变向表面36具有两种类型的小平面：光变向小平面38以及与来自于相应的固态光阵列44的入射光正交的入射小平面28。光变向小平面38使光束的方向改变到输出方向D2上。

图12的配置通过使来自于镀有抗反射膜的表面的少量余光回复反射到每个激光器中，可以更容易地将各个激光模块对准光变向棱镜30。该回复反射作为产生可以引起激光器中的模式不稳定的精微外腔的装置是有用的。尽管在通常的应用中，这种模式跳跃可能被当作噪声，但是通过进一步降低激光相干性(以及激光间的相干性)，从而抑制像平面处的视觉散斑，该噪声可以增加在投影中的价值。另外，使用这种双面方法，激光模块与来自于彼此相邻的不同模块的光交错，当光进一步光学整合在光学系统中时，提供进一步空间混合的光源。这又帮助抑制可能的散斑并且增加系统的均匀性。

图13显示了使用半波片64和偏振分束器62时，如何能够利用图12所显示的类型的一对棱镜30使来自于两组固态激光阵列44a和44b的正交偏振态的光朝向透镜50定向。

尽管可以看出，图12中棱镜30定向到固态光阵列44对许多应用而言是方便的，但是不需要为了组合照明源而使光束关于输入面或者输出面法向入射。但是，在输出面34处从棱镜30出射的改变方向的光束基本互相平行通常是有利的。要实现这一点需要仔细考量多种因素。这些因素包括固态光阵列44在每一侧入射到入射小平面28上的每一侧的入射角(因为它们可能是不同的)以及光变向棱镜30中基于材料的折射率的折射的结合。另外，必须考虑在每一侧从光变向小平面38的反射(同样地，这些在每一侧可能是不同的)，并且必须将其与光变向棱镜30的折射的结合联系起来，从而从输出面34输出的输出光束是平行的。

图14的示意性方块图显示了使用具有用于三个独立的红色通道、绿色通道和蓝色通道的光变向棱镜30的照明合成器42的投影装置10的实施例。每个光调制组件40r、40g和40b具有一对光变向棱镜30，其具有与图13所描述的相类似的设置的偏振定向元件。在每个光调制组件中，来自于一个或另一个光变向棱镜30的偏振光通过偏振分束器62被引向透镜50和积分器51，再到空间光调制器60上。空间光调制器60为数字微镜，或者其他的MEMS器件调制光，保持与输入光的正交定向有关的输出光的两个正交定向。在所显示的实施例中，被设计为使用微镜器件的角度调制，镀有薄膜的二向色表面(dichroic surface)68被处理成根据其入射角来反射或者透射入射光，从而将调制光引向二向色合成器82。二向色合成器82具有根据波长选择性地反射或者透射光的二向色表面84的设置，将来自于每个光调制组件40r、40g和40b的调制光合成到通过投影光学器件70的单一光路中。尽管可以在激光器和调制器之间使用光导，但是这种实施例可能是有利的，因为这种光导可能使透射光的偏振变差。对于这种实施例而言，因为保持了偏振态，小透镜阵列将提供使照明均匀的优点。但是，这种类型的实施例不享有光导(未显示)所提供的优点，例如激光照明部分与调制器投影光学器件部分之间的改善的热隔离。在任一实施例中，可以在近场条件下或者在远场条件下使用激光，在所述条件下提供光的预混合以抑制可能的散斑，并且进一步提高提供到积分器51的光的均匀性。通过使用组合独立的激光器以形成单一照明源的设置以及通过使用像小透镜阵列那样的均匀化光学器件来进一步抑制激光散斑。

本发明可以从本文所描述的示意性实施例实现多种变形。例如，可以使用各种偏振激光源作为VECSEL和其他激光阵列的替代。光定向棱镜30可以由许多高透射材料制成。对于低功率应用而言，可以选择塑料。对于较高功率应用而言，玻璃可能是更加适合的。

使用激光器的一个显著优点在于它们的小光学扩展量，能够实现更高的效率和更简单的光学系统。可惜的是，正如刚才所讨论的，当用在基于数字影院的系统中时，小光学扩展量也意味着元件上的相对较高的能量密度。在不能直接调制激光器以产生交替正交偏振的系统中，必须通过替代方式旋转偏振态或者遮挡偏振态其中之一。一种这样做的方法是使用电子偏振旋转器或者快门，例如液晶延迟器或者液晶快门。

图15显示了使用宽带电子偏振旋转器75来相继在用于左眼图像和右眼图像的两个输出偏振态之间进行切换的立体实施例。电子偏振旋转器75位于合成调制光束的光束合成器82之后的光路中。偏振旋转器75被认为是宽带的，因为其必须能够在组合光源所产生的可见光谱上均等地旋转偏振态。该位置是有利的，因为投影光束尺寸是相对较大的。因此，对于合成光束而言，偏振旋转器75上的能量密度接近其最低。取决于优选的偏振特性，可将可选的四分之一波片76直接置于偏振旋转器75之前或者之后。在这种情况下，需要令来自于全部光源的全部激光共享相同的偏振定向。可以沿光路使用半波片或者色彩选择延迟器，以使偏振态正确定向。另外，可以在电子偏振旋转器75之前使用偏振器来遮挡或者反射任何的伪偏振态(spurious polarization state)。

作为电子偏振旋转器75的示例的液晶相位可变延迟器是更加容易制造的，当输入偏振态为圆偏振态时，具有相对均匀的相对于波长的延迟。对于这种器件类型，则可以优选将四分之一波片76直接放置在光束合成器82之后且在电子偏振旋转器75之前。或者，可以将四分之一波片放置在每个基本原色光路中，但是这需要多个元件。因此通过使用于每只眼睛的相应的图像内容与液晶旋转器75在时间上同步，可以产生立体成像。另外，使用偏振保持显示面，并且提供观看者偏振眼镜，从而每只眼睛只接收预期的正交偏振态的光。

尽管图15的实施例使合成图像的能量密度最小化，但是该能量密度仍然可能是没有低到足以防止损坏偏振旋转器。在许多情况下，建立用于窄带光的电子偏振旋转器可能是更加简单的。图6中显示的替代实施例在照明部分40r、40g、40b的每个分支中具有窄带偏振旋转元件75r、75g、75b。在这种情况下，电子控制的偏振旋转器只需要对单一色彩频带的窄谱执行基本半波旋转，为1nm的数量级。在电子偏振旋转器为基于液晶的电子延迟器的情况下，这大大简化了结构，并且对线偏振光非常有效。因此，这些旋转器的每一个的成本和复杂度都得到降低。将偏振延迟器放置在积分器51之后消除了可能由于更直接的激光照明而出现的潜在的较高能量密度的“热点”。这种平衡的光/热负荷提高了器件的稳定性和性能。另外，由于只使用单一频带，并且在器件中保持频带而不进行调制，因此与上文所描述的图15所示的实施例相比，可以提供更加一致并且更低的能量密度。和前面一样，可以对每个色彩频带使用可选的四分之一波片延迟器，或者像图15那样，在系统中的色彩合成器之后使用可选的四分之一波片延迟器。类似地，可以在电子偏振旋转器之前使用偏振器，以便提供最佳的偏振态。

可以使用多个激光合成器，例如在图14中，其中每个合成器具有不同的正交偏振态和与之关联的相邻的波长谱。例如，照明单元40b可由具有线性p偏振态(linear p-polarization state)的第一合成器和具有线性s偏振态(linear s-polarizationstate)的第二合成器组成。第一合成器的第一级光谱(primary spectrum)可以偏离第二合成器15-25nm。可以使用偏振分束器62来将两组激光合成到一起。随后，可以在偏振分束器62之后的光路中使用色彩选择偏振延迟器，以便仅将两个合成器光谱波长的其中之一旋转90度，从而使其偏振态与来自于另一合成器的相邻光谱的偏振态对齐。以这种方式，系统中的光学扩展量没有增益，可以使用图15的电子偏振旋转器75来正交地旋转单一偏振态，以产生用于向每个分别的眼睛成像的光。

用于建立交替正交偏振以便产生立体观看体验的另一种方法是如图18所示在两个正交状态之间机械地切换(shutter)。在照明合成器43中，组合激光器44b以产生第一线偏振态，而激光器44a协同半波片64产生与第一线偏振态正交的第二线偏振态的光。(也可以简单地旋转激光器组其中之一，以使输出偏振是正交的，从而形成两个正交偏振态)。旋转快门圆盘65被放置在用于第一和第二正交偏振态的光轴的光路中，并且产生合并光轴。通过控制电机66的控制逻辑处理器90来控制旋转快门圆盘65的旋转位置。

分别在图19A和图19B中以平面图和侧视图显示的旋转快门圆盘65优选地具有玻璃圆盘，所述玻璃圆盘具有至少两个段(segment)。第一透明段65a被设计成使入射到其上的全部的光基本透射。第二反射段65b被设计成使入射到其上的全部的光基本反射。当透明段65a沿光轴放置时，来自于激光器44b的光透射通过到下游系统元件，而来自于激光器44a的光被束流收集器(beam dump)69吸收。或者，当反射段65b沿光轴放置时，来自于激光器44a的光反射通过到下游系统元件，来自于激光器44b的光被引向束流收集器69。以这种方式，向空间光调制器提供交替正交偏振的光，以通过旋转快门圆盘65来产生立体图像，快门圆盘的旋转与立体图像在空间光调制器上的形成是同步的。应注意的是，偏振态之间在光束跨越透明段65a和反射段65b之间的边界的地方存在过渡区域73，如图19A所示。在这里，照明光67跨越透明段65a和反射段65b之间的边界。在这种情况下，无意当中将全部两个偏振态提供到空间光调制器。这种状况导致两个眼睛的图像之间的串扰，也被称为重影。一定量的串扰是可以接受的。但是，如果串扰过大的话，空间光调制器和/或照明光可在该过渡期间变成关闭状态，以某些损失的光为代价来消除串扰。因此，需要使该过渡区域最小化。这可以通过使照明光的光斑尺寸最小化或者通过放大快门轮(shutter wheel)、将照明光尽量远地朝向外径放置来实现。

图18的实施例用于使被引向空间光调制器的光的偏振态交替，但是超过50％的光因为束流收集器69而损失。这实质上将系统效率降低到常规方法的水平。图20中显示的另一实施例扩展了快门圆盘65的功能，以恢复之前传递到束流收集器69的光。在照明合成器45中，以前在束流收集器光路中的光具有其被半波片64′转化的偏振态。这将光转化成通过快门圆盘65直接提供到空间光调制器的相同偏振态。然后通过反射镜71将这种转化了偏振态的光引向与直接来自于快门圆盘65的光相邻的光路。现在具有相同的偏振态的两个激光阵列的合成光被提供到均匀化光学器件以及空间光调制器。再次地，通过使用电机66旋转快门圆盘65，交替地以正交偏振态提供光。

对于图20的实施例而言，可以观察到，与在图18中提供的状态相比，光源的光学扩展量已经加倍。可以以面积加倍、原始光束和转化后的光束并排地处于相同的角度空间(angular space)中的方式将该光学扩展量提供到均匀化光学器件。或者，可以以来自每个激光源具有一定量的重叠的方式提供光。角度重叠可能是更加需要的，因为投影透镜典型地是远心的，通过在该空间中混合，角度重叠更加容易获得全部像素的均匀照明。尽管为了高效，沿照明光路的光学器件需要处理这种大的光学扩展量，但是由于激光源具有低的起始光学扩展量的性质，这并不是非常困难的问题。

图21显示了的一种替代实施例，其同样使用恢复偏振光，但却需要更少的元件。在这种情况下，改为使用反射棱镜72来改变以前被束流收集器69捕捉的光的方向，使其通过旋转偏振的半波片64′。图22显示了结合了三个照明合成器45r、45g和45b的投影系统，图21中显示了每一种类型。照明合成器45r、45g和45b均产生交替正交偏振并且直接照明用于每个色彩通道的相应的空间光调制器60。随后用二向色平板84合成光束，并且通过投影光学器件70将其投影。

同样的方法对于非立体投影也是非常适合的，即使是在过渡区域中，也没有额外的光损失。因此，与常规方案不同，不需要为了利用用于常规非立体成像的投影系统而去除快门轮或者偏振转换开关以便提高通光效率。在这种情况下，当使用用于常规非立体成像的投影系统时，可以关闭电机66以节约使用寿命或者功率消耗，优选地使快门的透射区域位于光路中，从而可以最小化不必要的涂层破坏和热量积聚。

图19A和图19B的旋转快门机构在提供交替正交偏振特征以外还可以承担额外的散斑抑制功能。之前作为激光投影的潜在问题，已经讨论了散斑。尽管使用多个激光器往往能够降低激光的一般相干以基本上抑制散斑，但是可能存在残余相干，特别是在使用较少的激光器的小屏幕的情况下。尽管交替偏振态固有地抑制了散斑，但是也可以在快门的一侧或者两侧上涂覆相干性破坏涂层(coherence-breaking coating)。另外，使用在空间上或者在角度上混合光的均匀化光学器件，结合由于快门基底中的波前偏差所引起的光路中的变化，基本上抑制了任何的残余相干，因此抑制了散斑。

图19B显示了具有一个漫射侧面65c和一个抛光侧面65d的快门圆盘65。漫射侧面65c是用毛砂面制造的，而抛光侧面65d是用抛光面制造的。在本发明的优选实施例中，抛光侧面65d在一段中具有抗反射涂层，在交替段中具有反射镜涂层。漫射侧面65c的表面粗糙度应该足够高，从而消除视觉散斑，但是也足够低，从而基本不增加光源的角度扩展。使用这种相对粗糙的表面，结合旋转轮所提供的空间运动，可以抑制或者消除来自于系统的任何的残余散斑伪影(artifact)。

或者，如上文所述，可以将快门圆盘65的两侧都抛光。但是，在这种情况下，表面不应该是光学平面的，从而当旋转快门圆盘时，在光束中引入具有光程差的多个波。该配置与使用漫射表面相比具有优势，因为其基本上不增加照明光的角容量(angular content)，因此不增加光学扩展量。

本发明的优选实施例使用偏振旋转器，例如旋转快门圆盘，作为用于产生具有两个不同偏振态的光束的分束装置的一部分。参考图23，其显示了被配置为作为用于从单一光源提供交替偏振态的偏振旋转器的一部分的快门圆盘122的平面图和示意性的侧视图。快门圆盘122具有用于提供产生交替偏振态的机制的反射段124和124′以及透射段126和126′的设置。参考图24和图25，分束系统120从光源系统110接收偏振照明。光源系统110可以使用如上文所述的光变向棱镜30及其支撑元件，或者使用一些其他的偏振照明源。与前面显示的将基本准直光引向旋转快门圆盘的快门圆盘设置不同，透镜元件112使入射照明向焦点集中。分束系统120包括快门圆盘122和支撑反射镜、用于使从快门圆盘122的表面反射或者透射通过快门圆盘122的光改变方向的反射元件128和129的设置。电机或者其他驱动器(未显示)提供能够使快门圆盘122作为偏振旋转器工作的旋转运动。反射元件128和129可以是反射镜或者其他反射面，包括被配置成将不同偏振态的反射光束引到相同的光路上的偏振分束器。对于反射元件128和129，可以使用诸如线栅、薄膜平板(thin film plate)或者立方偏振分束器(cube polarizationbeam splitter)的偏振分束器或者布儒斯特角光束合成元件(Brewster angle beamcombining element)。薄膜平板通常是成本较低的方案，并且作为反射元件128和129，能够提供可接受的性能。

图24显示了当旋转快门圆盘122处于将偏振照明从快门圆盘122的内侧反射段124朝向作为转向反射镜的反射元件128反射的位置时的半周期中的光路。该光透射通过外侧透射段126′并且通过改变照明的偏振态的波片134，例如半波片。在图24所显示的示例中，来自于光源系统110的光是S偏振的，而从波片134出射的光是正交的，或者P偏振的。能够了解的是，其他设置也是可能的，包括使用半波片以外的实施例，从而来自于波片134的光的各个偏振态不一定与从光源系统110发射的光的偏振态正交。在一个实施例中，来自波片134的光的正交偏振态是相反的圆偏振态。

仍然参考图24，然后，包括偏振光束合成器132的光束合成系统130使该偏振态的光透射，以提供用于调制的第一光束104。偏振光束合成器132可以是诸如线栅、薄膜平板或者立方偏振分束器的偏振分束器，或者是布儒斯特角光束合成元件。薄膜平板通常是成本较低的方案，并且作为偏振光束合成器132能够提供可接受的性能。图25显示了当旋转快门圆盘122处于使偏振照明透射通过快门圆盘122的内侧透射段126并且朝向反射元件129的位置时的另一半周期中的光路。反射元件129充当转向反射镜并且使光在其原始偏振态改变方向到偏振光束合成器132。然后偏振光束合成器132反射该光作为第二光束106。以这种方式，交替地使第一光束104和第二光束106沿相同的光路定向作为合成光束。在任一情况下，偏振光束合成器132为出射光提供更高水平的偏振纯度，从而增强两个正交偏振态之间的偏振对比度。另外通过利用偏振光束合成器132以基本相同的光学角度扩展将第一光束104和第二光束106置于相同的光路上，能够从前面的实施例降低光学扩展量。

仍然参考图23中的快门圆盘122的平面图，可以了解的是，在快门圆盘122的旋转过程中存在某一过渡间隔，在其中入射照明光束的一部分被透射，另一部分被反射。相对于快门圆盘122的整个周期时间而言，周期时间的该“过渡”间隔是不可用的，因为在该间隔中不是全部的照明都具有相同的偏振。因此，在降低照明光束宽度方面存在优势。由于快门圆盘122从光源系统110接收聚焦光，因此光束宽度被明显降低，从而减小了过渡间隔的时间，有效地增加了调制可用的照明量。

可以调节快门圆盘122或者其他偏振旋转器的角度和位置，以便从光束合成系统130输出的第一光束104和第二光束106在光输出强度方面产生基本的匹配。或者，可以有意地调节快门圆盘122或者其他偏振旋转器或者其他光学元件的角度、位置和光学参数，以校正光学系统中别的地方的状况，包括偏振光束合成器的定位以使其提供小于最大偏振旋转的偏振旋转。

本发明的分束系统120的另一优点涉及不需要用于两个偏振态中的每一个的分离的光源以及不需要反复使光源循环开关。相反，本发明的实施例使用相同的光源系统110来为两个偏振态提供光。

为了使快门圆盘122的相对定时与提供到用于投影机的多个色彩通道中的每一个内的空间光调制器的信号协调，提供了传感和控制逻辑，该传感和控制逻辑在本文未显示或者未具体描述，但是对于电子图像投影领域的技术人员是熟知的。图26的时序图显示了光源，此处为固态光阵列44b，连续停留在“开”位置，同时交替改变光输出的偏振态。在替代实施例中，在该过渡时间中可以切断固态光阵列44，以进一步降低光泄漏。

图27的示意图显示了使用本发明的照明装置来向每个色彩通道(在此处显示为红色通道140r、绿色通道140g和蓝色通道140b)中的空间光调制器60提供交替偏振态的照明的图像投影系统100。每个色彩通道包括它自己的光源系统110、分束系统120和光束合成系统130。在每个色彩通道中，空间光调制器60以符合立体图像数据的方式调制来自于其相应的光束合成系统130的合成光束，以形成来自于合成光束中的具有第一偏振态的照明的第一调制光以及形成来自于合成光束中的具有第二偏振态的照明的第二调制光。图像投影系统100还包括从每个色彩通道(在该示例中为二向色表面84)合成光所需要的元件和用于在显示面上形成图像的投影光学器件70。

参考图23至图26所描述的分束方法的一个优点涉及用于每个偏振半周期的光的特性。由于在光源系统110中使用相同光源的光，因此交替偏振态之间的合成光束的空间和角度特性是基本相等的。第一光束和第二光束的光路中的元件的厚度、入射角度和折射率方面可以被配置为支持相等或者基本相等的空间和角度特性。

尽管快门圆盘122是允许直接操作和定时的一种类型的偏振旋转器，但是也可以使用其他类型的偏振旋转器。为此目的，还可以使用半波片、液晶器件或者电子延迟器。

还可以包括可选的均匀化元件，作为照明系统的一部分。图24和图25显示了来自于光源系统110的偏振光束的光路中的一个可能位置中的可选的均匀化系统138。图24和图25还显示了合成光束的光路的另一位置中的可选的均匀化系统138′。可以使用多种类型的均匀化元件中的任意一种，例如积分块或者小透镜阵列。

诸如DLP器件的大多数微机电结构(MEMS)使用金属反射器，金属反射器典型地是由铝形成的。当处理有倾斜角的光时，金属反射镜在反射时产生非常小的相移。DLP器件在反射之后保持偏振态的优选偏振定向具有与微镜74的铰链枢轴倾斜成一直线或者正交的偏振轴，如图17所示。轴A表示用于DLP微镜的铰链枢轴线。但是，可以使用对残余偏振具有最小作用的关于微镜的平面沿其他轴定向的偏振态。

优选地，将常规DLP封装的改动用于盖板密封封装。常规的封装被设计成提供环境密封以及无缺陷表面，以防止散射影响图像质量。就这一点而言，将窗口激光焊接和热熔合到机械框架中的过程在每个封装中引起明显的且不一致的双折射。在样本器件中已经观察到超过3nm的延迟变化。这将不利地影响器件所输出的偏振态的保持。因此，为了正确地将DLP器件与偏振光一同使用，新的窗口封装将会是有用的。通过使用具有低系数应力或者热致双折射的玻璃，例如SF57，可以改进封装。另一种方法是提供窗口在窗口框架上的无应力安装，例如使用RTV将窗口粘结到适当的位置。需要进行进一步的隔离，以便窗口框架的结构和窗口相比是刚性的，但是和与芯片框架的粘结面相比是柔性的。同样地，该方法可以颠倒过来。此外，如果在严格控制的芯片操作温度下执行，从而避免来自于操作和封装温度差异的应力，将窗口粘结到框架上并将框架粘结到芯片安装上将有益于该过程。

使用偏振激光源为立体影像的投影提供了显著优点。上文所讨论的与常规照明源相比的效率增进可以使投影机更容易提供具有可与常规的2D投影相比的亮度的图像。

已经特别参考本发明的某些优选实施例详细描述了本发明，但是，应理解的是，可以在本发明的实质和范围内进行变化和修改。例如，在具体实施方式中描述激光阵列的地方，也可以使用其他的固态发射元件作为替代。还可以在每个光路中添加支持透镜(supporting lens)和其他光学元件。在本文所显示的光学组件中，均匀化或者光积分和中继的次序可以颠倒，而不会在效果上造成显著差异。

因此，所提供的是一种使用用于立体数字影院投影的具有增强的亮度的偏振照明的装置和方法。

部件列表

10：投影装置

12：光源

14：棱镜组件

16：位置

18：光学器件

20，20r，20g，20b：空间光调制器

26：激光器

28：入射小平面

29：投影透镜

30：光变向棱镜

32：入射面

34：输出面

36：变向表面

38：光变向小平面

40r，40g，40b：光调制组件

42：照明合成器

43：照明合成器

44，44′：固态光阵列

44a，44b：固态激光阵列

45，45r，45g，45b：照明合成器

46：反射镜

50：透镜

51：积分器

52：光导

54：透镜

60：空间光调制器

62：偏振分束器

64，64′：半波片

65：快门圆盘

65a：透明段

65b：反射段

65c：漫射侧面

65d：抛光侧面

66：电机

67：照明光

68：二向色表面

69：束流收集器

70：投影光学器件

71：反射镜

72：反射棱镜

73：过渡区域

74：微镜

75：电子偏振旋转器

75r，75g，75b：窄带偏振旋转元件

76：四分之一波片

80：显示面

82：二向色合成器

84：二向色表面

90：控制逻辑处理器

100：图像投影系统

104：第一光束

106：第二光束

110：光源系统

112：透镜元件

120：分束系统

122：快门圆盘

124：内侧反射段

124′：外侧反射段

126：内侧透射段

126′：外侧透射段

128，129：反射元件

130：光束合成系统

132：偏振光束合成器

134：波片

138，138′：均匀化系统

140r：红色通道

140g：绿色通道

140b：蓝色通道

A：轴

A1：光源面积

A2：调制器面积

D1，D1′：发射方向

D2：输出方向

L：长度方向

θ1：输出角

θ2：接收角。

Claims (10)

1.一种立体数字图像投影系统，用于投影包括左眼图像数据和右眼图像数据的立体图像数据，该系统包括：

光源系统，所述光源系统能够通电以提供具有第一偏振态的偏振照明；

分束系统，所述分束系统从所述偏振照明交替地产生第一光束和第二光束，所述第一光束具有第一偏振态并且沿第一光路定向，所述第二光束具有第二偏振态并且沿第二光路定向，其中当所述分束系统产生所述第一光束时，基本没有光沿所述第二光束定向，当所述分束系统产生所述第二光束时，基本没有光沿所述第一光路定向；

合成系统，所述合成系统包括将所述第一光束和所述第二光束合成为沿共同光路定向的合成光束的偏振光束合成器，其中所述合成光束在所述第一偏振态和所述第二偏振态之间交替；

空间光调制器，所述空间光调制器以符合所述立体图像数据的方式调制所述合成光束，其中所述空间光调制器交替形成第一调制图像和第二调制图像，当所述合成光束处于所述第一偏振态时，使用所述左眼图像数据，通过调制所述合成光束形成所述第一调制图像，当所述合成光束处于所述第二偏振态时，使用所述右眼图像数据，通过调制所述合成光束形成所述第二调制图像；以及

投影光学器件，所述投影光学器件被配置为投影所述第一调制图像和所述第二调制图像；

其中所述分束系统包括位于所述第一光束和所述第二光束的光路中的偏振分束器，所述偏振分束器被配置为将相应偏振态中的光反射到所述偏振光束合成器中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振光束合成器透射所述第一光束，并且反射所述第二光束。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振光束合成器为薄膜平板、薄膜立方体、线栅或者布儒斯特角元件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述合成光束具有来自于所述第一光束和所述第二光束的交替偏振态，以及其中所述合成光束的空间和角度特性在交替偏振态之间是相等的或者基本相等的。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一光束和所述第二光束的光路中的元件的厚度、入射角和折射率被配置为导致所述第一光束和所述第二光束的等效或者基本等效的空间和角度特性。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏振分束器为薄膜平板、薄膜立方体、线栅或者布儒斯特角元件。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述偏振光束合成器为薄膜平板。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述分束系统包括所述第一光束的光路中的偏振旋转器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述偏振旋转器为半波片或者电子延迟器。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述偏振旋转器被设置成当从所述光束合成器输出时在所述第一光束和所述第二光束的光输出强度方面产生匹配或者基本匹配。