CN102483566A - 三维（3d）投影的方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种方法和系统，利用至少一个偏振器以及关联的光学元件，使用圆偏振光来投影立体图像，至少一个偏振器用于对达到投影透镜系统的光或辐射能量的量进行限制，并且相对于期望性能特性来讨论系统配置。

Description

三维(3D)投影的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月11日递交的美国临时申请S/N 61/241,842“Method and System for Three-Dimensional(3D)Projection”的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

本申请包含与2009年12月15日递交的PCT专利申请PCT/US09/006557“Improved Over-Under Lens for Three DimensionalProjection”有关的主题，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种用于投影图像以进行三维(3D)呈现的系统和方法。

背景技术

三维(3D)电影的当前浪潮正在流行，并且通过3D数字影院投影系统的简单使用成为可能。然而，数字系统的展示速率不足以跟上需求，部分由于涉及相对高的成本。尽管早期的3D胶片的系统受到以下技术难题的困扰，包括配置错误、低亮度和图片脱色，但是比数字影院方法要廉价的多。在20世纪80年代，在美国和其他地方展现了3D胶片的浪潮，使用了由Chris Condon设计并且获得专利的透镜和滤波器(美国专利4,464,028)。例如由Lipton在美国专利5,481,321中提出了对于Condon的其他改进。这两篇参考文献的主题内容全部结合在此作为参考。

一种透镜配置使用“双透镜”结构(例如，上透镜用于投影针对一只眼睛的图像，而下透镜用于投影针对另一只眼睛的图像)来同时对立体图像对的左眼图像和右眼图像进行投影，左眼图像和右眼图像在胶片的同一胶带彼此上下布置。通过与分离的滤波器(例如，包括偏振器或滤色器)装配在一起的相应透镜传递每个图像，来编码左眼图像和右眼图像。每个透镜装置中的滤波器对相应的右眼图像或左眼图像进行编码，使得佩戴具有相应左眼和右眼解码滤波器(也被称作观看滤波器)眼镜的观看者或观众仅看到通过左眼观看滤波器的投影左眼图像，以及通过右眼观看滤波器的投影右眼图像。

然而，这些现有基于胶片的3D系统中偏振器和其他元件(包括透镜)在暴露于来自这些系统中经常使用的照明光源的高发光通量下时通常受到过热和失效的影响。因此，这样的投影系统必须在缩减亮度下操作，和/或经常替换一个或多个偏振器和其他元件。尽管一些系统在投影透镜或偏振器的前面并入了红外或紫外阻挡滤波器，以减小过热，但是这样的措施不能完全消除问题。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种右眼图像和左眼图像的三维(3D)投影系统。该系统包括：第一线偏振器，在至少第一透镜元件之前，用于透射右眼图像，第一线偏振器具有第一偏振轴方向；第二线偏振器，在至少第二透镜元件之前，用于透射左眼图像，第二线偏振器具有第二偏振轴方向。第一和第二线偏振器被配置用于对到达至少第一和第二透镜元件的发光通量进行限制。

本发明的另一方面提供了一种右眼和左眼图像的三维(3D)投影方法，包括：通过第一线偏振器和置于第一线偏振器之后的至少第一透镜元件透射右眼图像；通过第二线偏振器和置于第二线偏振器之后的至少第二透镜透射左眼图像。第一和第二线偏振器被配置用于透射由相应的第一和第二偏振轴方向表征的光，并且用于对到达第一和第二透镜元件的发光通量进行限制。

附图说明

通过考虑结合附图的以下详细描述，可以容易地理解本发明的教导，其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影系统；

图2A示出了根据本发明一个实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影系统；以及

图2B示出了根据本发明另一实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影系统。

为了便于理解，在可能的情况下将相同的参考数字用于指示附图中公共的相同元件。附图没有按比例绘制，并且为了清楚起见可以对一个或多个特征进行放大或缩小。

具体实施方式

本发明的一个方面提供了一种改进的单投影仪双透镜三维(3D)胶片投影系统，包括：一个或多个反射偏振器，置于3D胶片与投影透镜系统之间，以防止热敏光学元件(例如，透镜、线偏振器、双折射四分之一波长延迟器(retarder)等)暴露于来自照明源的高发光通量。通过减少进入透镜系统的辐射能量，减小了光学元件的过热，因此允许系统在较高亮度或照明下操作，仅少数组件失效。

本发明的实施例可以应用于具备双(例如，立体)透镜系统的单个标准二维(2D)胶片投影仪，以同时投影立体对的两个图像中的每一个，一个图像用于左眼，一个图像用于右眼。与双透镜的左眼半部和右眼半部成一直线的滤波器，对相应的左眼图像和右眼图像进行编码，使得当图像投影到屏幕上时，佩戴具有相对于双透镜和偏振器系统具有正确方向的滤波器的眼镜的观众成员将在他们的左眼中感知到左眼图像，并且在他们的右眼中感知到右眼图像。如这里对本发明的描述中所使用的，“滤波器”意味着偏振器，无论线形还是圆形，其中圆滤波器包括线偏振器和四分之一波长延迟器。本发明的一个或多个方面也可以应用于特定的特殊地点3D投影系统，其中，两个同步投影仪用于投影相应的左眼图像和右眼图像；或者应用于特定数字影院投影仪，例如，通过在投影透镜之前直接提供反射偏振器。

图1示出了本发明的3D胶片投影系统100的一个实施例，适合于从运动画面胶片101(例如，35mm投影印片胶片)投影立体图像，仅示出了该系统100的一部分。3D胶片101包括立体图像对，例如R1和L1、R2和L2(也被标记为右眼图像102和左眼图像103)、R3和L3，每个对与场景的右眼图像和左眼图像相对应。在上/下配置中，沿着胶片交替布置右眼图像和左眼图像，其中，立体对的右眼图像和左眼图像彼此上下交叠地布置在帧中。如图1所示，立体图像对102和103在胶片门(film gate)的中心，并且被光圈挡片110框住以用于投影。由于投影系统的倒置特性，胶片101具备在框架中倒置的图像，例如，在图像102和103的底部102B和103B设置在图像的顶部102T和103T上。沿着胶片101每个边缘设置齿孔105行，并且典型地在胶片上设置可以是数字格式的光学声道(未示出)。

右眼图像R2和左眼图像L2同时被光源和聚光光学装置(未示出，被共同称作“照明装置”)照亮，使得将图像R2和L2投影在屏幕150上，聚光光学装置位于胶片后，即，远离双透镜系统130在胶片的另一侧上。

投影系统100包括双透镜系统130以及一个或多个偏振器或滤波器。双透镜系统130具有透镜本体131、入射端133和出射端134。透镜系统130的上半部分和下半部分(可以被称作两个透镜组件)由隔片132分离开，隔片132防止杂散光在两个透镜组件之间穿过。典型地用于投影右眼图像(例如图像R2)的上部透镜具有入射透镜元件136和出射透镜元件138。典型地用于投影左眼图像(例如，图像L2)的下部透镜具有入射透镜元件137和出射透镜元件139。为了清楚起见，没有示出双透镜系统130的每一个半部内部的其他透镜元件和孔径光阑。例如，当适合于对双透镜系统130进行适当调节时，也可以添加附加的透镜元件，例如在系统出射端后面添加放大镜。投影屏幕150具有中心点151，胶片的投影右眼图像和左眼图像应当该中心点为中心。

胶片上右眼图像R2(102)和左眼图像L2(103)由间隙104(也被称作“框内间隙”)分开，该间隙104在来自图像的光入射进透镜系统130的错误半部时有助于杂散光的后续遮挡。

利用正确对准的投影系统，右眼图像102和左眼图像103被投影到屏幕150上，使得投影图像实质上重叠，即，每个投影图像的中心实质上位于屏幕的中心151处，其中相应图像的顶部102T和103T投影在屏幕的顶部152处或附近，并且底部102B和103B投影在屏幕的底部153处或附近。

投影系统100还包括置于透镜系统130之后(即，在输出端134)的偏振器组件140，其中顶部线偏振器142沿着光轴UU’与透镜系统130的上半部对准，底部线偏振器143沿着光轴LL’与透镜系统130的下半部对准。线偏振器142的偏振轴144确定或限定了投影的右眼图像的偏振特性(例如，用于投影右眼图像的光是垂直偏振的还是水平偏振的)，并且线偏振器143的偏振轴145限定了投影的左眼图像的偏振特性。当线性偏振器用于对相应的右眼图像和左眼图像进行编码时，投影的左眼图像的偏振方向与投影的右眼图像的偏振方向垂直。如图1所示，偏振器142为投影的右眼图像提供垂直偏振，偏振器143为投影的左眼图像提供水平偏振。在另一示例中，可以利用水平偏振光投影右眼图像，并且利用垂直偏振光投影左眼图像。

投影屏幕150是保偏屏幕，例如银幕，银幕的金属化表面散射光，但是实质上保持光(尽管被反射)的偏振。因此通过偏振器142和143施加在投影的右眼图像和左眼图像上的相应偏振在被屏幕150反射之后保持不变。

为了适当观看投影的立体图像，向观众成员160提供具有线偏振器的3D眼镜，线偏振器的定向与偏振器组件140的定向相对应。因此，3D眼镜的右眼部分171包括偏振轴173的定向与偏振器142相同的线偏振器172，并且3D眼镜的左眼部分181包括偏振轴183的定向与偏振器143相同的线偏振器182.

在图1的实施例中，在入射透镜136和137之前设置包括了线偏振器124和线偏振器125的偏振器组件120。由于这些偏振器位置透镜系统130之前并且在一些实施例中代表投影系统中照明光所遇到的若干偏振器中的第一偏振器，因此这些偏振器也可以被称作“前偏振器”。在该示例中，偏振器124和125是两个反射偏振器，这意味着当光入射在线偏振器124或125上时，根据偏振器的定向透射一个偏振分量，而反射另一偏振分量(其定向与透射分量的定向相同)。组件120还包括支架或托架(未示出)，支架或托架在透镜系统130的入射端133附近的适当位置支撑偏振器124和125，并且使偏振器124和125相对于透镜系统的上半部和下半部对准。在该实施例中，偏振器124被配置为透射与偏振器142所透射的偏振分量相同的偏振分量，并且偏振器125被配置为透射与偏振器143所透射的配置分量相同的偏振分量。

在一个示例中，偏振器124和125是例如由MOXTECH，Inc.of Orem，UT制造的线栅偏振器，在Perkins等人的美国专利6,122,103中描述了这些线栅偏振器的具体内容，其全部内容通过引用合并于此。

来自照明源的光通过f数为f/2的照明装置(未示出)聚焦，并且经过胶片101，同时实质上充满光圈挡片110的开口，并且向着入射端133会聚。在良好对准的投影仪中，光会聚到透镜系统130内部区域，即，孔径光阑。

如图1所示，光束或光分量122表示光线束(例如，经过胶片101上右眼图像102的那些光线束)的中心线。当光束122入射在偏振器124上时，光束122的一部分被抑制，即作为光束126被反射掉。在这种情况下，偏振器124被配置为透射垂直偏振光，而反射光束122中大部分的水平偏振分量。在这种配置中，反射掉大约一半的辐射能量，或者类似地，一半的入射光发光通量。经过偏振器124的光束122的剩余部分主要是垂直偏振光128，该垂直偏振光128通过入射透镜元件136入射进透镜系统130。例如，由于偏振的轻微旋转(这是由于几何光学的特性)和/或从偏振器124的偏振泄露，从透镜元件138出射的光束128可以具有一小部分水平偏振分量。

由于偏振器142被配置为通过垂直偏振光，因此该偏振器142用作清除偏振器，使得光束148实质上(例如，几乎100％)是垂直偏振的，以在屏幕150上形成投影的右眼图像。在另一实施例中，可以从图1中省略线偏振器142，例如如果光束128中水平偏振分量的量不显著，或者从性能观点认为是可接受的。

在左眼图像投影的情况下，照亮左眼图像103的光束123入射在偏振器125上，偏振器125反射掉垂直偏振分量作为光束127，因此，抑制光束123大约一半的辐射能量。入射光123的剩余部分经过偏振器125作为主要水平偏振光129，该水平偏振光129通过入射透镜元件137入射进透镜系统130。从透镜元件139出射的光束129也可以具有一小部分垂直偏振分量。由于偏振器143被配置为传递水平偏振光，偏振器143用作清除偏振器，使得光束149实质上(例如，几乎100％)是水平偏振的，以在屏幕150上形成投影的左眼图像。同样，如果需要，可以省略偏振器143，例如，如果光束129中垂直偏振分量的量不显著，或者从性能观点认为是可接受的。

因此，偏振器组件120和140(可选地)确保用于投影右眼图像102的光分量是垂直偏振的，并因此仅通过3D眼镜的右眼滤波器172是可观看的，同时左眼图像103利用水平偏振光来投影，因此仅通过3D眼镜的左眼滤波器182可观看左眼图像。

偏振器124和125的效果是抑制一部分辐射能量或发光通量，例如，大约一半的从胶片101向透镜系统130传递的辐射能量，这也获得大部分辐射能量的减少，否则这些辐射能量会被偏振器142和143吸收。不仅使用偏振器124和125会将透镜系统130内元件所吸收的辐射能量减少大约一半(即，与不存在偏振器124和125的情况相比偏振器124和125的存在将透镜元件所吸收的能量减少二分之一，)，而且使用偏振器124和125也可以将偏振器142和143所吸收的能量减少一半以上，这是由于偏振器142和143透射具有对准偏振的大部分能量。在特定实施例中，偏振器124和125的使用可以将偏振器142和143所吸收的辐射能量降低70％以上。偏振器142和143应当吸收具有交叉偏振的大部分能量，但是偏振器124和125已经消除大量上述能量。因此，即使当照明装置(未示出)的亮度增加，偏振器142和143也可以比现有技术系统中的偏振器以更低温度操作。

允许偏振器124和125所抑制的光束126和127散射，或者可以被偏振器124和125引导(例如，通过以适当角度定向偏振器)到束流收集器(未示出)中，束流收集器是极少光束126-127可以从中泄露的表面或腔体。

偏振器124和125可以被配置为处于相同平面中，并且甚至可以由单个衬底制造。在这些情况下，沿着共同方向反射被拒接的光束126和127。

偏振器124和125甚至可以处于实质上与透镜系统130的轴垂直的平面中，但是在任何情况下，应当注意被抑制的光126和127(向着胶片101上的图像102和103被引导回)通过照明以下任一项不能在屏幕上产生光斑：胶片101的某部分、孔径光阑110的某部分、投影系统的某其他部分，或其组合，使得杂散光实质上到达屏幕150，或者被透镜系统130投影到屏幕150上。

在图1的实施例中，如果观众成员160所佩戴的3D眼镜的定向没有保持实质上垂直，例如，就像头部运动(例如，倾斜)，则容易引起右眼图像与左眼图像之间的串扰。可以使用投影立体图像的圆偏振光来放宽这种约束，将参照图2A和2B来讨论该约束。

在圆偏振立体显示中，利用相反的圆偏振(即，顺时针(CW，也被称作右向)和逆时针(CCW，也被称作左向))来投影左眼图像和右眼图像。观众通过一副3D眼镜来观看所投影的立体图像，该副眼镜具有用作右眼图像和左眼图像的相应分析器的两个圆偏振器，即，一个圆偏振器仅通过CW偏振光，并且另一个圆偏振器仅通过CCW偏振光。

通过组合线偏振器和四分之一波长延迟器来形成圆偏振器。四分之一波长延迟器由双折射材料(可以采用胶片、晶体等形式来提供)制成，双折射材料具有快轴和慢轴，使得对于特定波长λ而言延迟器看起来似乎对于偏振与快轴对准的光具有产生nλ光学距离(其中，n是正数，并且λ是入射光的波长)的厚度，而对于偏振与慢轴对准的光产生光学距离(n+1/4)λ，使得与慢轴对准的偏振相对于与快轴对准的偏振看起来似乎延迟了λ/4或90°。

当使线偏振器和四分之一波长延迟器成对或组合时，当通过线偏振器观看四分之一波长延迟器时，(即，当线偏振器在观看者与四分之一波长延迟器之间时)时，通过从线偏振器的偏振轴将四分之一波长延迟器的快轴顺时针定位至45°，来形成顺时针圆偏振器。通过从线偏振器的偏振轴将四分之一波长延迟器的快轴逆时针定位至45°，来形成逆时针圆偏振器。

图2A示出了本发明的一个实施例，其中在用于投影立体图像的投影系统200中使用圆偏振光。投影系统200包括线偏振器组件220、透镜系统130和圆偏振器组件240.

线偏振器组合220包括两个线偏振器，上偏振器224和下偏振器225，分别位于入射透镜136和137之前，用于限制到达透镜系统130和其他光学元件(例如，圆偏振器组件240中的那些光学元件)的发光通量或辐射能量。在一个实施例中，偏振器224和225是反射偏振器。类似于图1中的偏振器组件120，线偏振器224和225被配置为透射入射光的给定偏振分量，同时抑制与透射分量正交的另一偏振分量。偏振器224和225的功能和特性实质上类似于图1中先前针对偏振器124和125而讨论的那些功能和特性，并且这里不再重复。偏振器224和225被定向为透射相应的偏振组件，这些相应的偏振组件适合于与如下讨论的圆偏振器组件240一起使用。

圆偏振器组件240位于透镜系统130之后，包括圆偏振子组件241和242。在该示例中，通过由线偏振器244和四分之一波长延迟器248形成的逆时针(CCW)或“左向”圆偏振器来对右眼图像进行编码。线偏振器244的偏振轴244P实质上与偏振器224的偏振轴平行。将四分之一波长延迟器248的快轴248F从垂直偏振轴244P逆时针定向在45°处(如通过或从偏振器244而观看的)，以产生用于投影右眼图像的逆时针圆偏振光258。

通过由线偏振器245和四分之一波长延迟器249形成的顺时针(CW)或“右向”圆偏振器来对左眼图像进行编码。定向线偏振器245，使其偏振轴245P实质上与偏振器225的偏振轴平行。将四分之一波长延迟器249的快轴249F从垂直偏振轴245P顺时针定向在45°处(如通过或从偏振器245而观看的)，以产生用于投影左眼图像的顺时针圆偏振光259。每个圆偏振器或线偏振器与四分之一波长延迟器组合(即，(244，248)和(245，249))也可以被称作编码偏振滤波器。

在一些实施例中，右眼圆偏振器子组合241包括一个或多个透明盖板243，以保护线偏振器244和/或四分之一波长延迟器248，并且左眼圆偏振器子组合242包括一个或多个透明盖板243，以保护线偏振器245和/或四分之一波长延迟器249。在图2A的示例中，一个盖板243位于透镜系统130与线偏振器244之间，并且在四分之一波长延迟器248之后提供另一个盖板243，以保护该编码圆偏振器部件的相应表面。类似地，提供两个盖板243来保护其他编码圆偏振器部件245和249。盖板243由诸如玻璃等材料制成，并且具有不会影响偏振滤波器的透射特性的光学属性。

用于安装偏振器组件240中各种部件的支架或粘合剂未示出，但是在本领域技术人员公知的范围内。应当注意，确保保持部件的定向，并且确保为部件的热膨胀提供足够的缓解。可以将左眼圆偏振器组件241和右眼圆偏振器组件242的部件层压(例如，利用光学粘合剂)到单个材料堆叠中，或者可以包括一个或多个气隙。具体地，提供偏振器224、245的任一表面与任任何相邻元件的表面之间的气隙可以改善热消散。

立体图像通过用于3D投影的投影系统200的透射类似于图1中的描述，并且总结如下。偏振器224和225分别透射入射照明光122和123的一些部分作为垂直偏振光，如光束228和229所示。入射光的相应水平偏振分量被反射掉作为光束226和227，允许光束226和227散射，或者被引导到束流收集器(未示出)中。在一个示例中，大约一半的入射光122辐射能量被偏振器224抑制，并且大约一半的入射光123辐射能量被偏振器225抑制。

类似于图1中的偏振器124和125，偏振器224和225的存在获得大辐射能量的显著减少，否则这些辐射能量会被偏振器244和245吸收。这不仅将透镜系统130内的元件所吸收的辐射能量减少大约一半，而且可以将偏振器244和245所吸收的能量减少一半以上，这是由于偏振器244和245透射大部分具有对准偏振的能量。在特定实施例中，偏振器224和225的使用可以将偏振器244和245所吸收的辐射能量减少70％以上。因此，即使在发光装置(未示出)的亮度增加时，与现有系统相比偏振器244和245也经历来自投影光的更少加热。

来自偏振器组件220的垂直偏振光228和229分别入射进透镜系统130的上半部透镜和下半部透镜，并且从相应出射透镜元件238和239出射。出于先前结合图1讨论的原因，从透镜系统130出射的光束228和229可以具有一小部分水平偏振分量。被配置为透射垂直偏振光的偏振器244和245用作清除偏振器，获得光束228和229实质上(例如，几乎100％)是垂直偏振的。然后相应的四分之一波长延迟器248和249将这些垂直偏振光变换成圆偏振波束258和259，以将右眼图像和左眼图像投影到屏幕150上。

在其他实施例中，图2A中的线偏振器224和/或偏振器245可以省略(类似于图1的先前讨论)，如果需要，只要偏振器224和225能够在相应偏振中提供实质上线偏振光，以产生用于立体投影的圆偏振光。需要特殊注意，以实现偏振器224、225与相应四分之一波长延迟器248、249之间的适当对准。然而，这样的配置(具有省略的偏振器244/245)可以导致性能降低，例如投影图像的角或边缘附近增加的串扰。

由于保偏屏幕150反射光束258和259，因此圆偏振的方向反转。因此，利用逆时针(CCW)圆偏振光258投影到屏幕150上的右眼图像变成从屏幕150上反射的顺时针(CW)圆偏振光259。相反，将利用光259投影的左眼图像入射到屏幕150上，作为CW圆偏振光，但是可以从屏幕150反射作为CCW偏振光。

为了观看3D的投影图像，向观众成员260提供3D眼镜，使得3D眼镜的右眼部分271挡住右眼270，右眼部分271包括具有偏振轴272P的线偏振器272和具有第一轴定向274F的四分之一延迟器274以形成顺时针或右向圆偏振器。3D眼镜的左眼部分281挡住观众成员260的左眼280，左眼部分281包括具有偏振轴282P的线偏振器282和具有第一轴284F的四分之一延迟器284以形成逆时针或左向圆偏振器。3D眼镜的右眼部分271的CW圆偏振器(也被称作观看偏振滤波器)允许观看右眼图像，而不是CCW圆偏振左眼图像。类似地，左眼280通过左眼部分281的CCW圆偏振器观看左眼图像，而不是CW右眼图像。

3D眼镜中每个观看偏振滤波器(四分之一波长延迟器与线偏振器的组合)有效地用作投影的右眼图像或左眼图像的分析器。例如，来自投影的右眼图像的圆偏振光通过四分之一波长延迟器入射进右眼观看滤波器并且从线偏振器272出射。如果相对于编码滤波器适当地配置观看偏振滤波器，则透射针对右眼图像的大部分光。

利用针对编码偏振滤波器和观看偏振滤波器的适当配置，可以以期望的3D效果观看到立体图像对(例如，R2和L2)。对用于投影和观看图像的圆偏振的使用克服了基于线偏振的投影系统中遇到的串扰敏感问题，使得观众成员260所佩戴的3D眼镜的定向变化(例如，倾斜头部)不会引入右眼图像与左眼图像之间的显著串扰效应。

系统性能和期望的3D观看结果会受到编码和观看圆偏振器中各种部件的影向。以下讨论对系统配置的考虑。

在图2A的系统中，通过将光引导到线偏振器224、225、244、245和四分之一波长延迟器248、249在投影系统中形成圆偏振光。可以相对于编码偏振滤波器调节或选择观看偏振滤波器的相对定向，以提供不同的3D结果，例如最优或期望结果。在该上下文中，观看偏振滤波器与编码偏振滤波器之间的相对定向是指观看圆偏振器(即，(272，274)作为单元)相对于投影仪中的编码圆偏振器的相对旋转。例如，可以将右眼观看偏振器旋转至提供CW圆偏振光的最大透射的定向，CW圆偏振光对于透射右眼图像是最优的。圆偏振器集合(即，编码器，例如，241或242；以及分析器，例如271或281)所传递或阻挡的光量仅略微受到任一圆偏振器旋转的影响。根据圆偏振器的相对旋转，被选择透射光的一些圆偏振器集合提供70％与90％之间的透射。类似地，被选择阻挡光的一些圆偏振器集合(例如，241和281)同样根据圆偏振器的相对旋转，提供大约20∶1至50∶1之间的消光比。

这是以下情况：一般误解在于，所提供的消光相对于观看圆偏振器的旋转不敏感，因此一旦建立了圆偏振的方向(例如，针对右眼的顺时针，针对左眼的逆时针)，可以不经心或任意地选择编码圆偏振器中线偏振器(例如，224/244和225/245)的方向，并且独立选择3D眼镜中线偏振器(例如，272和282)的定向。然而，这种任意选择不可能提供最优3D观看结果，这是因为存在特定配置，即，投影仪中线偏振器与观看眼镜之间的相对定向，这种特定配置能够提供最优或更好性能结果，如下所说明的。

实际四分之一波长延迟器由于波长变化呈现不理想行为，即，四分之一波长延迟器将光的特定波长延迟正好90°，而其他波长被延迟略微大于或小于90°。因此，在透射中会出现脱色，这一点在投影仪处的第一圆偏振器的快轴与眼镜处的第二圆偏振器(分析器)沿着相同方向对准时最突出。在这种情况下，快轴的对准引入λ/2或180°的总延迟，并且只要四分之一波长延迟器呈现非理想偏差，总延迟就加倍。例如，如果延迟器是针对特定绿光波长的理想90°四分之一波长延迟器，但是针对特定红光波长是89°延迟器，针对特定蓝光波长是92°延迟器，则这种加倍会将红光延迟178°，将蓝光延迟184°。因此，在3D观看眼镜的线偏振器处，红光的衰减大于绿光，并且蓝光衰减更大量。这是因为在从分析器中的延迟器中出射时，延迟至正好180°的光的波长再次被线性起偏，从而以最小衰减(在消光模式中，从延迟器出射的光的偏振与线偏振的轴垂直，并且使消光最大化)透射。然而，被延迟了比180°多一点或少一点的那些波长具有与延迟角的余弦的绝对值成比例的分量(该分量被通过)，以及与延迟角的正弦的绝对值成比例的分量(该分量被阻挡)。因此，在该示例中，大部分透射的红光波长和蓝光波长呈现比绿光波长更大的衰减。(在消光模式中，这是红光波长和蓝光波长某种程度的更大泄露，获得略微更低的消光)。在该配置中，滤波器可以看起来似乎深深影响观众利用呈黄色/绿色的模具(cast)所感知的图像。在消光中，这些相同的延迟器产生略微品红模具，呈现比光谱的绿光部分更糟糕的红光和蓝光泄露。

然而，利用另一四分之一波长延迟器(例如，3D眼镜中圆偏振器)的慢轴定向一个四分之一波长延迟器(例如，投影仪中的圆偏振器)的快轴来最小化或几乎消除这种脱色，这与定向一个四分之一波长延迟器的快轴以与另一四分之一波长延迟器的快轴正交相同。利用这种配置，任何给定波长下的偏振光通过快轴经过特定延迟，并且通过慢轴经过相反延迟，获得所有波长下延迟的净延迟抵消(即，0°)。通过进行上述操作，在经过两个四分之一波长延迟器(例如，任一个在投影仪处，那么针对相同立体图像的对应的一个在3D眼镜处)之后，给定偏振保证接收相同延迟(即，0°)，而与波长无关，3D眼镜处的分析偏振器能够最优地执行透射或衰减投影图像。

在图2A中示出了这种配置(其中，编码偏振器中四分之一波长延迟器的快轴与观看偏振器中四分之一波长延迟的快轴对准)，例如，快轴248F和249F分别与快轴284F和274正交对准。注意，上述快轴对与右眼投影滤波器241相对应，该右眼投影滤波器241具有与3D眼镜的左眼滤波器281的快轴(四分之一波长延迟器284的284F)正交的快轴(四分之一波长延迟器248的248F)，这意味着该快轴对配置用于最大消光，使得左眼280几乎看不到右眼图像的投影。然而，右眼投影滤波器241的快轴(248F)并不与右眼眼镜滤波器271的快轴(274F)正交，因此，右眼270能够看到右眼图像102的投影，但是会受到轻微脱色的影响。

如图2A所示，相应编码滤波器中线偏振器244、245具有共同偏振定向，即这些线偏振器的偏振轴244P、245P沿着相同方向对准，或者彼此平行。类似地，3D观看眼镜的右眼部分271和左眼部分281中的线偏振器272、282也具有共同偏振方向，即他们的相应偏振轴272P和282P沿着相同方向。

此外，投影仪中线偏振器244、245的偏振轴244P、245P与3D眼镜中线偏振器272、282的偏振轴272P、282P正交。编码滤波器和观看滤波器的这种线偏振定向的组合限制了，如图2A所示定向圆偏振器中所有四分之一波长延迟器的快轴250、251、275、285。

所获得的系统配置(即，编码偏振器和观看偏振器中所有部件的特定定向)提供了所有波长的最优消光特性，这是因为被阻挡的偏振在所有波长上经历了净0°延迟。然而，这种配置还提供了非最优透射特性，这是因为被透射的偏振经历与波长相关的加倍延迟，获得光谱中心附近接近180°的大约净延迟，具有向着光谱末端越来越大的偏离。

这种配置具有最小串扰，这是由于光谱上的最优消光。存在用于至少部分地减轻任何其余串扰的百分比的技术。在Redmann等人的美国专利申请12/846,676“Method and System for Crosstalk Correction for3D Projection”中讨论了这种技术的一个示例。

图2A的系统配置还与在许多数字3D投影系统中通常使用配置兼容。该通常使用的系统具有单透镜立体数字影院投影仪，例如，BarcoN.V.of Belgium的配备动态偏振滤波器之一的DP2000(或者其他数字影院投影仪)，例如RealD of Beverly Hills，CA的RealD影院系统(之前作为³Z-Screen²销售)。尽管存在可以产生更好性能结果的其他配置，但是采用图2A中的配置具有以下优点：能够与商业上可用且广泛使用的观看3D眼镜的主要类型相兼容。

可以在性能特性上考虑编码偏振器和观看偏振器的相对定向的效果，来评价其他可能的系统配置。例如，如果使用透射光的消光比(例如，期望偏振与不期望偏振的透射)和脱色作为性能准则，那么可以得到以下结论：最优技术选择是对准编码圆偏振器中的两个四分之一波长延迟器，以共享共同定向。这种配置还需要正交地定向编码偏振器中的两个线偏振器。编码偏振器中部件定向的这种组合还需要针对3D眼镜中观看滤波器定向的对应定向变化，即，与图2A所示不同。

图2B示出了投影系统300，该投影系统300的配置与系统200的配置不同。系统300具有线偏振器组件320，该线偏振器组件320的特性和功能与系统200中对应偏振器的特性和功能相同。编码偏振器组件340具有用于编码左眼图像的编码偏振器子组件342以及用于编码右眼图像的偏振器子组件241。

与图2A的配置不同，定向线偏振器325以透射水平偏振光329，并且还定向线偏振器345以透射从透射系统300出射的水平偏振光。为了产生用于编码左眼图像的顺时针圆偏振光，定向四分之一波长延迟器349，使得从线偏振器345的偏振轴345P将四分之一波长延迟器349的快轴349F顺时针旋转到45°(如通过或从偏振器345所见)。偏振器224和子组件241中部件的定向与图2A中所示相同。

在编码圆偏振器中，定向线偏振器244和345，以透射正交偏振，而定向四分之一波长延迟器248和349以使它们相应的快轴248F和349F具有共同定向。

利用编码偏振器的这种特定配置，针对观众成员360的3D眼镜的左眼部分381和右眼部分371中的观看滤波器具有与图2A中的定向不同的定向。左眼观看滤波器381包括具有快轴384F的四分之一波长延迟器384以及具有偏振轴382P的线偏振器382，并且右眼观看滤波器371包括具有快轴374F的四分之一波长延迟器374以及具有偏振轴372P的线偏振器372。沿着相同方向定向快轴374F和384F，而沿着水平方向定向针对左眼滤波器的偏振轴382P，以及沿着垂直方向定向针对右眼滤波器的偏振轴372P。

图2B中的配置与系统200的配置相比提供改进的透射结果(即，最小脱色)，尽管期望串扰类似于系统200的串扰。

尽管参照基于胶片的双透镜投影系统讨论了以上示例，但是应理解，本发明的一个或多个特征可以适合于其他3D投影系统，包括具有用于投影左眼图像和右眼图像的两个同步投影仪和数字影院投影仪。此外，可以适当地针对不同应用，单独或以组合方式使用以上讨论的各种特征。

尽管前述内容针对本发明的多个实施例，但是在不脱离其基本范围的情况下可以设计本发明的其他和另外实施例。同样，本发明的合适范围根据所附权利要求来确定。

Claims (26)

1.一种右眼图像和左眼图像的三维(3D)投影系统，包括：

第一线偏振器，在至少第一透镜元件之前，用于透射右眼图像，第一线偏振器具有第一偏振轴方向；

第二线偏振器，在至少第二透镜元件之前，用于透射左眼图像，第二线偏振器具有第二偏振轴方向；

其中，第一和第二线偏振器被配置用于对到达至少第一和第二透镜元件的发光通量进行限制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一和第二线偏振器是反射偏振器。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，到达第一和第二透镜元件中的每一个的发光通量大约是相应的第一和第二线偏振器上入射的发光通量的一半。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，还包括：

第一输出滤波器组件，在第一透镜元件之后，所述第一输出滤波器组件具有第三线偏振器和第一四分之一波长延迟器中的至少一个；以及

第二输出滤波器组件，在第二透镜元件之后，所述第二输出滤波器组件具有第四线偏振器和第二四分之一波长延迟器中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三线偏振器具有与第一偏振轴方向实质上平行的第三偏振轴方向；并且第四线偏振器具有与第二偏振轴方向实质上平行的第四偏振轴方向。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的系统，其中，第三和第四线偏振器是吸收性偏振器。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的系统，其中，在以下两个配置之一中提供第一和第二线偏振器：第一偏振轴方向与第二偏振轴正交，或者第一偏振轴方向与第二偏振轴方向平行。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，第一偏振轴方向与第二偏振轴方向正交。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，还包括：

第一四分之一波长延迟器，在至少第一透镜元件之后；以及

第二四分之一波长延迟器，在至少第二透镜元件之后。

10.根据权利要求4-6和9中任一项所述的系统，还包括：

第一四分之一波长延迟器，具有相对于第一偏振轴方向被顺时针定向至45度和逆时针定向至45度中一种情况的第一快轴；以及

第二四分之一波长延迟器，具有相对于第二偏振轴方向被顺时针定向至45度和逆时针定向至45度中另一种情况的第二快轴。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，被配置用于使用线偏振光和圆偏振光之一来投影右眼图像。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，被配置用于使用线偏振光来投影右眼图像和左眼图像，其中，第一偏振轴方向与第二偏振轴方向正交。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，被配置用于，使用顺时针圆偏振光和逆时针圆偏振光中的第一个来投影右眼图像，并且使用顺时针圆偏振光和逆时针圆偏振光中的另一个来投影左眼图像。

14.一种右眼图像和左眼图像的三维(3D)投影方法，包括：

通过第一线偏振器和置于第一线偏振器之后的至少第一透镜元件来透射右眼图像；

通过第二线偏振器和置于第二线偏振器之后的至少第二透镜来透射左眼图像；

其中，第一和第二线偏振器被配置用于透射由相应的第一和第二偏振轴方向表征的光，并且用于对到达第一和第二透镜元件的发光通量进行限制。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一和第二线偏振器是反射偏振器。

16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括：

将到达第一和第二透镜元件中的每一个的发光通量限制为大约是相应的第一和第二线偏振器上入射的发光通量的一半。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，还包括：

通过第一透镜元件之后的第一输出滤波器组件，透射右眼图像，第一输出滤波器组件具有第三线偏振器和第一四分之一波长延迟器中的至少一个；以及

通过第二透镜元件之后的第二输出滤波器组件，透射左眼图像，第二输出滤波器组件具有第四线偏振器和第二四分之一波长延迟器中的至少一个。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

定向第三线偏振器，以透射由第一偏振轴方向实质上表征的光；

定向第四线偏振器，以透射由第二偏振轴方向实质上表征的光。

19.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中第三和第四线偏振器是吸收性偏振器。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，还包括：

按照以下两种配置之一来定向第一和第二偏振器：第一偏振轴方向与第二偏振轴方向正交，或者第一偏振轴方向与第二偏振轴方向平行。

21.根据权利要求14-20中任一项所述的方法，还包括：

设置第一偏振轴方向与第二偏振轴方向正交。

22.根据权利要求14-18中任一项所述的方法，还包括：

通过至少第一透镜元件之后的第一四分之一波长延迟器，来透射右眼图像；以及

通过至少第二透镜元件之后的第二四分之一波长延迟器，来透射左眼图像。

23.根据权利要求17-19和22中任一项所述的方法，还包括：

相对于第一偏振轴方向将第一四分之一波长延迟器的第一快轴顺时针定向至45度和逆时针定向至45度中的第一种情况；

相对于第二偏振轴方向将第二四分之一波长延迟器的第二快轴顺时针定向至45度和逆时针定向至45度中的第二种情况。

24.根据权利要求14-21中任一项所述的方法，还包括：

使用线偏振光和圆偏振光之一来投影右眼图像。

25.根据权利要求14-20中任一项所述的方法，还包括：

使用线偏振光来投影右眼图像和左眼图像，其中，第一偏振轴方向与第二偏振轴方向正交。

26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

使用顺时针圆偏振光和逆时针圆偏振光中的第一个来投影右眼图像，并且使用顺时针圆偏振光和逆时针圆偏振光中的第二个来投影左眼图像。

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