CN104272182A - 立体光再循环装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于重获光的立体装置(13)。底架(30a-d)在前面(35)和后面(36)开口并且形成具有顶面、底面和构成前面(35)和后面(36)开口的两个面的长方形壳体。光束分离器(31)离开底架(30a-d)的后面(36)开口成一定角度，并且可固定地保持于该底架(30a-d)。该光束分离器(31)用基本正交偏振材料构成。具有用移相薄膜涂覆的反射表面的移相光学部件(32)移相光学部件(32)朝着前面(35)开口成一定角度，其中该光束分离器(31)和移相光学部件(32)在该底架(30a-d)内是相互光学对准的。其尺寸做成覆盖该前面(35)开口的调制器(21)位于该底架(30a-d)的前面。

Description

立体光再循环装置
技术领域
本发明总的涉及立体成像，特别是涉及立体光再循环装置。
背景技术
自20世纪80年代中期以来，三维(3D)影片已经大大地增加，在世界范围内流行。3D影片增强深度感的幻觉，使得影片中的图像对观众好像是在银幕内外延伸。立体成像装置通常用来放映3D影片，并且在过去利用具有无源偏振的双放映系统。但是，当前的立体成像装置现在利用与有源偏振的调制装置结合的单数字放映源。例如，单数字放映源能够交替地投射左右眼画面(帧)。于是主动偏振调制装置利用线偏振或圆偏振交替地偏振每个帧。观众带着具有相反地偏振的镜片以感受好像在偏振保持银幕内外延伸的三维特征。
但是，与双放映系统相比，虽然具有单放映源的立体成像装置提供实际的质量好处，但是具有单放映源的立体成像装置发出具有明显地减弱的亮度的图像。具体说，来自放映源的光必需线性地预偏振，用于偏振调制装置运行。影响光损失的其他因素包括投射左和右帧的占空比、黑暗时间、白点校准、反射和透射表面损失以及偏振效率低。
已经进行增加当前立体成像装置的图像亮度的尝试。例如，授予Cowan的美国专利7,857,455号公开了一种多光路立体放映系统，以增强被观众感觉的立体图像的亮度。该系统包括偏振分裂元件、反射器、延时器和偏振调制器。由立体放映系统接收的光分裂成主光路和辅助光路。反射器和延时器一般设置在辅助光路中，而偏振调制器设置在至少第一光路内。该立体放映系统包括具有暴露于空气的表面的多个部件，这些表面难以清洁，并且如果任其不清洁将能够降低图像的质量和亮度并且减少系统的寿命。因此，具有较少部件和暴露表面的立体成像装置对于保持图像质量和增加装置寿命是有益的。
而且，授予Schuck的美国专利7,905,602号公开一种偏振转换系统，其设置在由放映机发射的随机偏振的光路中。该偏振转换系统包括偏振光束分离器、偏振旋转元件、反射元件和偏振开关。光束分离器(分光器)分开p偏振光和s偏振光。p偏振光在第一光路上(中)指向偏振开关，而s偏振光在第二光路上通过偏振旋转元件并且在到达反射元件之前转变成p偏振光，该反射元件将现在的p偏振光指向偏振开关。此外，该转换系统还包括一对远摄镜头/透镜，以控制第一光路的放大率、投影偏差和图像性质。该偏振转换系统的许多部件和暴露于空气的表面难以清洁并且保养昂贵。但是，没有清洁和保养，则图像的质量和亮度变差并且该转换系统的寿命减少。
当前，需要一种具有较少部件和暴露表面的偏振转换系统，以提高立体图像的质量和亮度，同时减少保养并且增加系统的寿命。
发明内容
一种立体光再循环装置增加从单放映机投射的图像的亮度。这种立体光再循环装置包括两者均安装在底架内的光束分离器和移相光学部件，以及偏振调制器。该底架设置在放映机的前面，而偏振调制器设置在底架的前面，与放映机相反。
一个实施例提供用于重获光的立体装置。底架在前面和后面开口并且形成基本长方形的壳体，其具有顶面和底面以及构成前、后开口的两个侧面。开口的后面能用后盖封闭，该后盖包括至少一个开口或孔，以使光能够进入底架中。光束分离器成一定角度离开底架的后面开口，并且可固定地保持于该底架。该光束分离器用基本正交的偏振材料构造。具有用移相薄膜涂覆的反射表面的移相光学部件朝着前面开口成一定角度，其中该光束分离器和移相光学部件在底架内是光学对准的，或基本上相互面对。偏振调制器位于底架的前面，并且成尺寸为接收来自光束分离器和移相光学部件两者的所有的光。
对于本领域的普通技术人员而言，从下面的详细描述中其他另外的实施例将变得容易明白，其中以举例说明的方式所描述的实施例是预期的最佳模式。正如将被认识到的，可以有其他不同的实施例，并且其中若干细节在各种明显方面能够改变，均不脱离本发明的本意和范围。因此附图和具体实施例被看做本质上的示例而不是限定性的。
附图说明
图1是示出立体光再循环装置的环境的结构(block)图。
图2是以举例的方式示出用在图1的再循环装置中的光转换器的结构图。
图3A是示出图2的移相光学部件的结构图。
图3B是图2的移相光学部件的剖视图。
图4A是示出可移动地连接于底架的可调节的图2的移相光学部件的结构图。
图4B是可调节的图2的移相光学部件的剖视图。
图5是示出图2的光转换器的后面的结构图。
图6是示出用在图1的再循环装置中的另一种光转换器的结构图。
图7是示出图1的再循环装置的侧视图的结构图。
图8是示出图1的再循环装置的前视图的结构图。
图9是以举例的方式示出通过图1的再循环装置透射的光的结构图。
图10是示出具有固定的焦距透镜的图6的光转换器的结构图。
图11是示出具有一对远摄镜头的图6的光转换器的结构图。
图12示出通过具有四棱镜光束分离器的图1的再循环装置透射的光的结构图。
图13示出通过具有两个光束分离器和两个移相光学部件的图1的再循环装置透射的光的结构图。
图14A是，在一个例子中，示出反射离开图6的静止的移相光学部件的光的光线追迹，且其示出了一致的表面形状。
图14B是，在一个例子中，示出反射离开图2的可调节的移相光学部件的光的光线追迹，其被调节成产生不一致的表面形状。
图14C是，在一个例子中，示出反射离开图6的静止的移相光学部件的光并且举例说明不一致的表面形状的光线追迹。
具体实施方式
传统的立体显示系统需要两个分开的放映机，每个放映机投射共同图像的稍微不同的透视图。但是，常规的立体显示系统现在用具有偏振调制装置的单个放映机，以在两个透视图之间交替。来自单个放映机的交替的透视图消除了对准和其他不对称的问题，包括与传统的显示系统有关的几何的、颜色的、白平衡、亮度和定时的问题，使得常规的系统更加适合于观看、更加容易维护并且更加合乎需要。常规的系统对传统的系统的缺点是图像亮度的损失，这不仅是由于损失了一个放映机，还是由于来自包括投射的左和右帧的占空比、入射光的预偏振、黑暗时间、白点校准、反射和透射表面损失以及偏振效率低的其他因素。
试图增加来自单个放映机的立体图像的亮度的常规系统包括具有暴露于空气的多个表面的许多光学部件，这些表面必须被彻底清洁并维护，以收到增加亮度的益处。立体显示系统一般在商业剧院环境中工作，这种环境在空气中包含食品制备颗粒物，特别是爆玉米花油。这种细微的、粘性的颗粒物涂覆光学表面，并且因此吸入其他灰尘和颗粒物，并且是通常所说的行业问题。清洁可能很困难并且很耗时，但是如果任其不清洁，会降低图像质量并且减少装置的寿命。
立体光再循环装置可以与放映机一起使用，以增加由放映机投射的3D图像的亮度，同时只包括最少的部件和暴露于空气的表面，以减少维护并且保持图像的质量、亮度和装置的寿命。图1是示出立体光再循环装置13的环境的结构(block)图。放映机11位于靠近房间后部，而偏振保持银幕12设置在房间的前部与放映机11相对。放映机11可以是将接收的光分成红色、绿色和蓝色的三芯片放映机，其中红、绿、蓝光分开地指向三个数字微反射镜装置芯片并且接着再结合。其他类型的放映机也是可能的。但是，至少，放映机应当发出部分偏振的光。在一个实施例中，偏振部分应当沿着竖直轴线直线对准，且立体再循环装置针对这个取向被优化。在另一个实施例中，光学部件可以与不发出部分偏振光的放映机一起使用，以形成部分偏振光。在又一个实施例中，该放映机可以发出非偏振光。
立体再循环装置13可以包括光转换器20和偏振调制器21，下面关于图2、图6和图8更详细地描述它们。该光转换器20包括光束分离器和移相光学部件，并且能够直接设置在放映机11的镜头/透镜19的前方。该偏振调制器21可以设置在光转换器的前面上与放映机相反。在一个实施例中，偏振调制器21固定于该光转换器20。但是，在不同的实施例中，光转换器20和偏振调制器21是两个单独的部件。光转换器20和偏振调制器21两者可以固定于装置安装件18，该安装件18允许再循环装置13的部件运动接近或离开该镜头向该镜头的左面或右面以及镜头19的上面或下面。装置安装件18可以固定于用于该放映机的基座或放映机本身。
光转换器20接收来自放映机镜头19的立体图像光并且将该光分离成两个分开的光束，每个光束提供显示在偏振保持银幕12上的分开的但是类似的立体图像。具体说，由于相应的光束所遵循的光路长度的不同，产生的两个立体图像将稍有不同。因此，立体图像16和17在银幕上必需基本上对准以产生能够被观众舒适地观看的优质3D图画。在一个实施例中，图像应当在一个或两个像素内或整个图像的大约0.1％内对准。用于图像对准的其他阈值也是可能的。
戴着立体眼镜14的观众15看投射在银幕上的3D图像。但是，单放映机源11提供该图像的交替的(时间多路传输的)左和右眼影像。在立体再循环装置正交地偏振每个影像时，偏振保持银幕12保持反射回到观众的光偏振，并且眼镜为观众的每个眼提供分开/单独的图像。例如，无源眼镜包括用于左和右眼睛的不同的偏振透镜，使得一个图像进入观众的右眼，而另一个图像进入观众的左眼。于是观众的大脑能够结合左和右眼的输入以形成具有深度的单个3D图像。
立体再循环装置13包括光转换器20，以产生并对准银幕的第二次光，类似于从放映器发射的常规系统的时间多路传输的左和右立体图像的情况，因此增加达到观众的立体图像的亮度。图2是示出用在图1的再循环装置中的光转换器20的结构图。该光转换器20包括底架(chassis)，该底架具有封闭的顶部30a、底部30b、左侧30c和右侧30d，而该底架30a-d的前面35和后面36可以保持打开或可以盖住。在一个例子中，光转换器的开口的前面可以用偏振调制器盖住，而开口的后面可以用包括至少一个开口或孔以允许光进入该底架的后盖封闭。该底架的后盖将在下面参考图5进一步描述。在另一个实施例中，前面和后面可以保持打开，而底架内的部件，例如光束分离器31和移相光学部件32每个用防反射涂覆的玻璃或其他的光透射的光学材料制造的保护壳体封闭，以防止灰尘和脏物聚集。用于封闭光束分离器和移相光学部件的其他材料也是可能的，包括塑料、金属、碳纤维或木材，其被构造成保持防反射涂覆玻璃或其他透光的光学材料，并且形成允许光通过的无尘空间。该保护壳体可以围绕光速分离器31和移相光学部件32每个被适形地成形，或可替代地该保护壳体可以具有不同的形状，例如正方形或长方形。
该底架可以用金属、重塑料、碳纤维、木材或其他类型的材料制造。在一个实施例中，该底架可以做成长方形形状，其具有比顶面30a和底面30b长的左侧30c和右侧30d。底面30b可以垂直地固定于左侧30c和右侧30d，而顶面30a以面向该底架的开口前面呈一定角度地固定于左侧30c和右侧30d。但是在其他实施例中，其他的底架形状也是可能的，包括正方形形状、圆柱形形状、球形形状或多边形形状。例如，底架可以具有多边形形状，其中斜面从顶面延伸，到左侧和右侧的后面之外并且沿着左侧和右侧的后面，以容纳移相光学部件。
该底架装纳光束分离器31和移相光学部件32。光束分离器31可以位于底架的底面30b上、与输入侧成一定角度面向背面中的开口。在一个实施例中，两个支撑构件34垂直地固定于该底面30b的上表面，使得支撑构件34也被该底架装纳。在另一个实施例中，支撑构件34可以固定于该底架的内部左侧和右侧。两个支撑构件34设置成以一定距离彼此面向，该距离取决于光束分离器31的尺寸。例如，光束分离器31越长，则支撑构件34之间的距离越远。在一个实施例中，光束分离器31具有长方形形状，其具有7.3英寸长和4.4英寸高的尺寸。但是其他的尺寸和形状的光束分离器和支撑构件也是可能的，包括圆形的光束分离器和圆柱形的支撑构件。光束分离器的较短边可以直接固定于支撑构件，或通过固定于支撑构件34的安装件被连接。光束分离器的角度可以是预定的固定的角度，可以基于移相光学部件32的放置，或可以通过将光束分离器固定于一个或更多个可调节的支撑构件而做成可调节的。可调节的支撑构件的例子可以包括具有两个轴向角度——例如俯仰和滚动——调节的运动安装件，或连接于支柱的杆和夹持器，该支柱能够在固定于该底架的支柱保持器内旋转。其他的例子是可能的。在另一个实施例中，如果足够大，则该光束分离器可以通过被直接地或经由固定的或可调节的安装件被固定于该底架的左和右侧。
光束分离器31可以是栅网偏振光束分离器，其接收来自放映机镜头的光并且将该光分离成两个分开的基本正交地偏振的光路。一个光路沿着从镜头接收的光的原来的光路通过该光束分离器，而另一个光路朝着移相光学部件32被反射。
其他类型的光束分离器是可能的，包括但不限于各种类型的立体的光束分离器，包括双棱镜立体光束分离器。例如，该光束分离器可以包括能够与反射器一起使用的四棱镜立体光束分离器，以形成由光转换器产生的光束的两个相等的光路长度，这种光束分离器在下面参考图12进一步描述。正如在下面参考图13所述描述的，在另一个实施例中，可以用多路光束分离器。
移相光学部件32沿着与光束分离器相反的方向以一定角度位于光束分离器31的上方并且面向底架的前面开口。正如在下面参考图4A进一步描述的，该移相光学部件32可以用能够用来调节该移相光学部件的螺钉33固定于顶面。正如在下面所描述的，移相光学部件32和光束分离器31的定位应当处在光学对准，这取决于移相光学部件的表面以及放映机和屏幕之间的距离。
图3A是以举例的方式示出图2的移相光学部件32的结构图。移相光学部件的部件不是按比例绘制并且仅仅作为一个例子提供。移相光学部件32可以用偏振保持反射表面40和至少一层移相薄膜42制造。该移相薄膜42可以包括四分之一波长薄膜，其设置在至少一部分反射表面上并且用高透射的光学粘结剂41固定。其他类型的粘结剂物质可以用来将移相薄膜42固定在反射表面40。在另一个实施例中，移相光学部件32可以由用移相材料直接涂覆的偏振保持反射表面40制造而不需要粘结剂物质。在所有的情况下，移相光学部件32起单个光学元件的作用，其具有减少数目的暴露面，以减少所需要的维护并且增加装置寿命，同时还提高立体图像的品质和亮度。
当设置在底架中时，移相光学部件32的反射层40位于靠近该底架的顶面，而移相薄膜42位于靠近光束分离器。图3B是图2的移相光学部件32的剖视图。该图仅仅作为一个例子提供并且部件不是按比例绘制。光学粘结剂41可以提供在反射表面40上并且被移相薄膜42覆盖。
移相光学部件32的尺寸，在一个实施例中，可以大于光束分离器。例如，移相光学部件32的尺寸可以是11英寸长乘以7英寸高。但是，其他的尺寸是可能的，包括利用具有和光束分离器相同尺寸的移相光学部件32。移相光学部件32的尺寸可以取决于从放映机镜头焦点到移相光学部件的总的光路距离和希望的用于立体循环装置的最小宽度/距离投射比。
而且，正如在下面更详细地描述的，当设置在底架内时，移相光学部件32具有表面形状可以是可调节的或静止/静态的表面形状，或如下面进一步说详细明的可调节和静止的结合。当设置在底架内时可调节的移相光学部件可以被调节，而静止的移相光学部件的表面形状可以包括在将移相光学部件固定于底架之前形成的自由形式反光镜(free form mirror)。
图4A是示出可移动地连接于底架的图2的可调节的移相光学部件32的结构图。该移相光学部件32与该底架的顶面30a对齐。多个螺钉33每个在不同的位置插入该移相光学部件32的至少一部分中，并且延伸通过该底架的顶面直到在顶面的外表面上离开。螺母50或其他紧固件在外顶表面上紧固到螺钉。可替代地，螺钉33的头部可以固定于该移相光学部件32，延伸通过底架的顶面，并且离开该顶面的外表面。移相光学部件32和底架的顶面可以被设置成相互离开一定距离，从而使得暴露螺钉的中间部分51。该距离在移相光学部件上可以不同并且取决于调节的需要，以对准两个光路的图像。
通过逆时针调节至少一部分螺钉和顺时针调节螺钉，使用者可以手动调节移相光学部件32，逆时针调节会朝着底架的顶面拉动最靠近被调节螺钉的移相光学部件，并且顺时针调节会推动移相光学部件离开该顶面。因此，当螺钉被逆时针调节时，该移相光学部件和底架顶面之间的距离小于当螺钉被顺时针调节时的距离。图4B是图2的移相光学部件的剖视图。螺钉33固定于移相光学部件32的至少一部分，该移相光学部件32包括反射表面40、光学粘结剂41和移相薄膜42。底架30a的顶面设置成离移相光学部件32一定距离，并且螺钉33从该移相光学部件延伸通过该顶面。螺母50或其他紧固件用来将螺钉保持在适当位置以锁定被调节的对准。用于调节移相光学部件的其他手段也是可能的。螺钉可以通过用扳手、使用者的手或转动螺钉的机器经由调节旋钮是可调节的。在一个实施例中，通过将移相光学部件固定于调节装置，该移相光学部件32还可以被全局地(globally)调节，该调节装置能够包括具有两个轴向角度——例如俯仰和滚动——调节的运动安装件。
为了确保底架的部件保持清洁，盖子可以固定于底架的后面以使聚集在(building on)光束分离器和移相光学部件上的尘土和异物最少。图5是示出图2的光转换器的后侧的结构图。盖子56可以尺寸做成封闭底架的后面并且可以用金属、重塑料、碳纤维、木材或其他类型的材料制造。盖子56可以用螺钉、钉子、胶水或其他类型的粘结剂固定于底架的面。切口57可以形成在后盖中以允许来自放映机的光进入光转换器。该切口57可以用防反射的玻璃或其他类型的光透射的光学材料覆盖，或保持打开。
用于固定于底架的调节装置的多个调节件54可以设置成通过盖子56。为了帮助精密地对准来自两个光路的图像，该调节装置可以包括具有两个轴向角度——例如俯仰和滚动——调节的运动安装件，以使得该移相光学部件能够竖直地和水平地操作，并且还包括z轴平移。可替代地或附加地，光束分离器可以安装于调节装置，以帮助引导反射光路图像来用于精密调节。
而且，把手58可以连接于该底架的左和右侧中的每侧，以使使用者能够容易在放映机的前面移动光转换器以及移离该放映机。此外，可调节的支脚59可以固定于底架底面的底表面并且用于将该光转换器定位在放映机的前方。
虽然上面已经关于可调节的移相光学部件描述了光转换器，但是，也可以用具有在放置于底架之前形成的一致或不一致的反射表面形状的静止的移相光学部件。图6是示出用在图1的再循环装置中的具有静止的移相光学部件的另一种光转换器20的结构图。具有顶面60a、底面60b、左侧60c和右侧60d的底架能够装纳光束分离器61和静止的移相光学部件62。底架的各面形成能够由前面65和后面66(未示出)封闭的前和后开口，其中前面65和后面66中的每个具有开口或孔(未示出)。光束分离器61以一定角度被设置在底架内且输入侧面向后面中的开口。光束分离器61可以根据其尺寸固定于底架或底架内的支撑构件64。例如，当小于该底架的左侧60c和右侧60d之间的距离时，光束分离器61可以固定于垂直地固定于该底架底面的支撑构件64。支撑构件64间隔开以容纳光束分离器61的最长的尺寸，而光束分离器61的较短边固定于支撑构件64。光束分离器和支撑构件的其他尺寸和形状也是可能的，包括圆形光束分离器和圆柱形支撑构件。
静止的移相光学部件62在光束分离器61的上方以一定角度设置在底架内并且面向前侧中的开口。移相光学部件62的角度应当与光束分离器61光学对准，以通过精密地对准来自两个光路的图像提供清楚且清晰的图像。正如在下面所描述的，移相光学部件62和光束分离器61的定位可以取决于移相光学部件的表面以及放映机和银幕之间的距离。
静止的移相光学部件的表面可以具有一致的或不一致的形状。静止的移相光学部件可以包括自由形式(free form)反光镜和移相薄膜。该自由形式反光镜的不一致的、非旋转对称的表面形状利用计算机光线追迹模拟被设计。所需要的表面基于较高阶的xy多项式的数学描述，并且物理表面可以利用具有亚微米级公差的超精密计算机控制的加工。在一些例子中，相反的主模具制成具有要求的形状，并且包括压模塑和热骤降的玻璃热成型工艺被用来由主模具经济地形成后来的复制品。
正如在上面参考图3A和图3B所描述的，移相薄膜可以利用光学粘结剂或其他类型的粘结剂固定于自由形式反光镜。该自由形式反光镜可以具有其形状是计算机生成的不一致的曲率。自由形式反光镜的形状取决于放映机和银幕之间的距离以及该光转换器内的两个光路之间的距离差，并且用来将两个光路的图像对准在银幕上。该静止的移相光学部件可以选择地设置在用来调节该自由形式反光镜的角度和可选位置的一个或更多个调节装置上，以帮助精密地对准来自两个光路的图像。
一旦产生之后，自由形式反光镜的表面可能不能够明显地改变。如果需要明显不同的自由形式反光镜的反射表面，则必需产生并安装新的反光镜。例如，针对相对于放映机和银幕的特定的投射比范围，特定的自由形式反光镜可以与再循环装置一起使用。当放映机/银幕投射比关系位于当前自由形式反光镜的有效的投射比范围之外时，具有不同的自由形式反光镜的不同的移相光学部件可以与再循环装置一起使用。在一个实施例中，可以产生具有用于不同范围的有效投射比范围的不同的自由形式反光镜的预先形成的一组相光学部件，并且其为使用者提供光转换器。根据放映机到屏幕的距离和屏幕的尺寸，使用者可以选择合适的移相光学部件并且将该移相光学部件插入底架内。
移相光学部件可以沿着底架顶面的内表面安装，或可替代地，移相光学部件可以安装在底架的左和右侧。而且，移相光学部件可以安装在被安装于该底架的调节装置。当移相光学部件固定于底架两侧时，顶面不是必需的。无论是被沿着顶面设置、安装在左和右侧还是安装在调节板上，该静止的移相光学部件均可以放置在连接于该底架的安装件、托架或其他支撑机构上，使得当需要不同的移相光学部件将图像投射在更远离或更靠近放映机的银幕上时，该静止的移相光学部件能够容易改变。然而，一些自由形式反光镜可以至少部分地可调节并且能够实时变形，正如上面关于可调节的移相光学部件所描述的。
除了光转换器之外，再循环装置还包括偏振调制器。图7是示出图1的再循环装置的侧视图的结构图。光转换器20位于光投射器(放映机)11的镜头19的前方，并且能够直接固定于该光投射器、光投射器的支架或该投射器前方的支架、壁或架子。该光转换器20包括光束分离器31，其面向该镜头和移相光学部件32以一定角度设置，该移相光学部件32背离该镜头以一定角度设置在光束分离器31的上方。在另一个实施例中，该移相光学部件可以设置在光束分离器的下方。正如在下面参考图9进一步描述的，光束分离器31和移相光学部件32是光学对准的。
偏振调制器21设置在光转换器20的前方，与光投射器11相反，并且可以固定于该光转换器20或被单独提供。在一个实施例中，再循环装置可以固定于可动的安装件18，从而允许整个再循环装置移入或移出放映机的光路。可替代地，只有偏振调制器21能够固定于可动的安装件，该安装件相对于放映机的镜头前后、左右或上下移动该偏振调制器，使得该偏振调制器能够移入或移出该放映机的光路。
该偏振调制器包括框架、光学窗口和控制单元。图8是示出图1的再循环装置13的前视图的结构图。偏振调制器21设置在光转换器20的前面上并且包括被框架68环绕的光学窗口67。控制单元可以被插入框架68中或插入固定于该框架的镶板(未示出)中。偏振调制器21接收来自光转换器20的光并且通过与数字放映机同步的方式圆偏振左眼景象和右眼景象来电子转换通过该调制器的光的偏振取向。在一个实施例中，该偏振调制器的光学窗口67足够大以接收来自光束分离器和移相光学部件两者的光。在另一个实施例中，可以利用多路偏振调制器接收来自一个光路的光。
光转换器20和偏振调制器21一起形成再循环装置13，其设置在放映机11的前方，从而显示交替的左和右立体图像，并且被用于产生被显示为基本重叠在银幕12上的两个共同的立体图像。图9是以举例的方式示出通过图1的再循环装置13透射的光70的结构图。放映机镜头(透镜)朝着光束分离器发射单束部分偏振光70，光束分离器将该光束分离成两个分开的光路71、72。一个光路71包括p偏振光，其沿着原来的光束70的光路传传播并且通过该光束分离器31到偏振调制器21。偏振调制器21以与投射的左和右图像同步的方式将p偏振光71转换成交替偏手性的圆光，其被投射在银幕上，并且显示立体图像。
同时，另一个光路72的光作为s偏振光被引导离开光束分离器31。具体说，该s偏振光72被朝着移相光学部件32引导，该移相光学部件32接收该s偏振光72，将该s偏振光转换成p偏振光，并且沿着几乎平行于通过光束分离器31的p偏振光的光路反射该转换的p偏振光72。该转换的p偏振光72透射通过偏振调制器21，该偏振调制器21以与投射的左和右图像同步的方式将转换的p偏振光路转换成交替偏手性的圆光。该圆光被投射在银幕12上，在银幕上显示与原来的p偏振光路71的立体图像有关的另一个立体图像。
两个立体图像精密地对准，以便为观众提供清晰显现的3D图像。在一个实施例中，99.9％的图像应该被对准。但是，其他的值也是可能的。移相光学部件的表面形状的调节以及光束分离器和移相光学部件的定位两者在提供对准的图像中均是很重要的。例如，如果没有移相光学部件的表面形状的调节，则完全平行于光束分离器的对准的移相光学部件将使通过移相光学部件被引导到银幕的图像相对于通过光束分离器的图像更大并更高地在银幕上。简单的操纵移相光学部件而没有表面形状的调节使得每个图像的中心汇聚在银幕上，则顶部图像将仍然太大并且将引起梯形畸变使得顶部图像的底部变得比较宽，并且侧边不再平行。除了光束分离部件和移相光学部件两者的正确的光学对准之外，仅适当的表面形状的调节(通过该移相光学部件的可调节的变形或静止的自由形式变形)，在基本的图像重叠在银幕上时将产生最小化的放大和梯形畸变。
在两个交替的偏振立体图像被重叠并且显示在偏振保持银幕上之后，戴着匹配无源3D眼镜的观众将受益于图像深度的明显更明亮的3D效果。眼镜的透镜对于左和右眼具有不同的偏振，因此引起具有一种偏振的图像进入一只眼睛而具有不同偏振的图像进入另一只眼睛。之后观众的大脑能够结合接收的图像从而形成3D图像。
光转换器的另一种实施例也是可能的。图10是示出具有固定的焦距透镜的图6的光转换器的结构图。固定的焦距透镜75可以是单个透镜，例如，双凸单透镜、平凸单透镜、平凹单透镜、双凹单透镜或凸凹单透镜，其被设置在光束分离器61和移相光学部件62之间在底架内。具体说，固定的焦距透镜75可以水平地设置在光束分离器61的支撑构件64的上方，并且在一个例子中，可以固定于支撑构件的顶表面。在这个实施例中，防反射涂覆的玻璃或光透射的光学材料构成的单个保护壳体可以封罩光束分离器和固定的焦距透镜两者。在另一个例子中，固定的焦距透镜可以在光束分离器和移相光学部件之间水平地固定于底架的内侧并且单独的保护壳体可以封罩该固定的焦距透镜。
在光转换器内形成的两个光束路径之间的路径长度之差能够导致在来自另一个路径的图像清晰地聚焦时来自一个路径的图像的少量的散焦。在光束分离器和移相光学部件之间放置固定的焦距透镜能够保持原来的图像光路/路径清晰地聚焦并且修正通过该固定的焦距透镜中心的较长路径的微小的散焦。在另一个实施例中，至少两个透镜可以结合使用以允许很小的聚焦调节并且修正色差和球面像差。可替代地，透镜或多个透镜可以竖直地设置在移相光学部件后面并且固定于底架(未示出)或在多个透镜的情况下分离成至少一个透镜在移相光学部件之前并且至少一个在移相光学部件之后。
交替使用单个固定的焦距透镜75可以调节由稍长的光路长度引起的很小的放大率差，同时忽略很小的焦距差。除了放大率修正之外，通过对通过它的光线垂直于一个轴线的该固定的长焦距透镜的位置的很小的偏心移动，能够使在较长的光路中引起的很小量的梯形畸变最小化。这种移动或者能够变成该透镜形状的一部分，或者该透镜能够被固定于单个轴线平移台，以能够实现使用者调节，并且单个轴线平移台能够固定于底架或光束分离器支撑构件64的顶表面。固定的焦距透镜75的尺寸可以取决于从放映机镜头焦点到该固定的焦距透镜的总的光路距离和该立体再循环装置的希望的最小宽度/距离投射比。
对于不同的投射比范围，需要不同的固定的焦距透镜。例如，可以针对关于放映机和银幕的特定范围的投射比，特定的固定焦距透镜可以和再循环装置一起使用。当放映机/银幕投射比关系在当前的固定焦距透镜75的有效投射比范围之外时，不同的固定焦距透镜可以与再循环装置一起使用。在一个实施例中，预先形成的一组固定长焦距透镜能够被形成并向使用者提供光转换器。根据放映机到银幕的距离和银幕的尺寸，使用者能够选择合适的固定焦距透镜并且将该透镜插入底架内。
在又一个实施例中，光转换器可以包括远摄镜头，以修正由两个光束产生的图像的放大率差。图11是示出具有一对远摄镜头80a-b的图6的光转换器的结构图。该对镜头中的每个可以包括附加的透镜以修正诸如色差和球面像差的像差。该对远摄镜头80a-b位于光束分离器61的后方，面向光转换器的前面，并且可以固定于支撑构件64或单独地固定于底架。远摄镜头80a-b能够修正来自由光转换器产生的两个光束的图像的放大率差。一般而言，由于光路之一中的光束比另一个光束传播较长的路径，所以该光路的图像比较大。该对远摄镜头80a-b设置在光束分离器61之后可以增加来自沿着较短光路的光束的图像的放大率。同时在较长的反射光路中形成的梯形畸变能够仍然是未修正的，能够使沿着垂直于该光路的轴线的至少一个镜头的位置的小移动被最小化，或能够利用可调节的移相光学部件或静止的移相光学部件被单独地调节。
又一个实施例提供具有四棱镜立体光束分离器的光转换器。图12示出通过具有用于产生两个相等光路长度的四棱镜光立体束分离器91的图1的再循环装置13透射的光93的结构图90。在这个实施例中，两个分开的基本正交的偏振光路94、95沿着相反的方向离开该立体光束分离器。一个光路95指向移相光学部件32，而另一个94指向设置在壳体中的与移相光学部件相对的放射器92。例如，返回到图2的光转换器，反射器92可以设置在光束分离器的下方。该反射器可以固定于被固定在底架的调节装置，以帮助精密地对准来自两个光路的图像。该调节装置可以包括具有允许反射器竖直和水平操纵的两个轴向角度——例如俯仰和滚动——调节的运动安装件，并且还可以包括z轴平移。利用四棱镜立体光束分离器不产生放大或聚焦差，因此不需要放大或聚焦修正。梯形畸变仍然被引起并且可以利用可调节的或静止的移相光学部件进行修正，或允许保持未修正的。
另一实施例提供具有双光束分离器的再循环装置。图13示出通过具有两个光束分离器101、102和两个移相光学部件32的图1的再循环装置13透射的光的结构图。双光束分离器设置在再循环装置的光转换器内，并且包括设置成形成一定角度的两个光束分离器101、102。该角度的顶点面向放映机，而每个光束分离器的输入侧也面向该放映机。移相光学部件32设置在该双光束分离器101、102的相反两侧上。
放映机朝着该双光束分离器32发射部分偏振的光束，该双光束分离器32将该光束分离成三个分开的光路。一个光路包括p偏振光，其沿着原来的光束的光路传播并且通过该双光束分离器到偏振调制器21。该偏振调制器21以与投射的左和右图像同步的方式将该p偏振光转换成交替偏手性的圆光，该圆光被投射在银幕上上并且显示立体图像。
同时，光作为s偏振光沿着相反的方向从每个光束分离器101、102引导离开。具体说，该s偏振光被引导朝着相应的移相光学部件32，该移相光学部件32接收该s偏振光、将该s偏振光转换成p偏振光并且沿着几乎平行于通过该光束分离器的该p偏振光的路径反射该转换的p偏振光。该转换的p偏振光透射通过该偏振调制器21，该偏振调制器21以与投射的左和右图像同步的方式将该p偏振光转换成交替偏手性的圆光，该圆光被投射在银幕上，在银幕上显示与原来的p偏振光路的立体图像有关的另一个立体图像。
移相光学部件的表面可以具有一致的或不一致的形状，其取决于被该移相光学部件形成的图像修正的预期类型和量，以便在银幕上实现基本的图像重叠。图14A是，在一个例子中，示出反射离开图6的静止的移相光学部件62的光的光线追迹，该移相光学部件62具有一致的平坦形状，而图14B是，在一个例子中，示出反射离开图2的可调节的移相光学部件32的光的光线追迹，该光线追迹具有被夸张的调节，以示出可能的不一致的表面形状的类型。图14C是，在一个例子中，示出反射离开静止的移相光学部件63的光并具有被夸张的预先形成的不一致的表面形状的光线追迹。
虽然已经参考其实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以进行前述的和其他的形式和细节上的变化。

Claims (22)

1.一种用于重获光的立体装置(13)，包括：
底架(30a-d)，其在前面(35)和后面(36)开放于光并且形成构成前面(35)开口和后面(36)开口的壳体；
光束分离器(31)，其由基本正交地偏振的材料构造，其面向所述后面(36)开口，并且被固定地保持于所述底架(30a-d)；
单个移相光学部件(32)，其包括具有用移相薄膜涂覆的反射表面并且朝着所述前面(35)开口成一定角度，其中所述光束分离器(31)和移相光学部件(32)在所述底架(30a-d)内是相互光学对准的，以及
调制器(21)，其尺寸做成覆盖所述前面(35)开口的至少一部分并且位于所述前面(35)开口的前方。
2.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述底架(30a-d)位于数字放映机(11)的前方，使得所述光束分离器(31)的输入侧面向所述放映机(11)的镜头(19)。
3.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述移相光学部件(32)的反射表面包括自由形式反光镜(62)。
4.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述移相光学部件(32)的反射表面包括可调节的反光镜。
5.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述移相光学部件(32)的该移相薄膜包括四分之一波长延时薄膜。
6.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述移相光学部件(32)的所述移相薄膜经由光学粘结剂(41)和直接涂覆至少其中之一固定于所述反射表面。
7.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括至少下述之一：
固定于所述底架(30a-d)并且构造成以固定的角度支撑所述光束分离器(31)的静止支撑结构(34)；和
固定于所述底架(30a-d)并且构造成以可调节的角度支撑所述光束分离器(31)的可调节支撑结构(34)。
8.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述移相光学部件(32)经由顶面和两个侧面其中之一固定于所述底架(30a-d)。
9.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
固定于所述底架(30a-d)并且构造成以可调节的角度支撑所述移相光学部件(32)的调节装置。
10.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
与所述移相光学部件(32)可互换的另一个移相光学部件(32)。
11.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括至少下述之一：
位于所述光束分离器(31)和所述移相光学部件(32)之间的固定焦距的透镜(75)；和
位于所述光束分离器(31)和所述移相光学部件(32)之后的固定焦距的透镜(75)。
12.根据权利要求11所述的立体装置(13)，还包括：
与所述固定焦距的透镜(75)可互换的另一个固定焦距的透镜(75)。
13.根据权利要求11所述的立体装置(13)，还包括：
固定于所述光束分离器支撑(34)和所述底架(30a-d)其中之一并且构造成支撑并且沿着单个轴线平移所述固定焦距的透镜(75)的调节装置。
14.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括至少下述之一：
在所述光束分离器(31)和所述调制器(21)之间设置在光路中的多个镜头(80a-b)；和
在所述光束分离器(31)和所述调制器(21)之后设置在光路中的多个镜头(80a-b)。
15.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
设置成单独地接收来自所述光束分离器(31)的光和来自所述移相光学部件(32)的光的另一个调制器(21)。
16.根据权利要求1所述的立体装置(13)，其中所述光束分离器(31)是栅网偏振器、双棱镜偏振立体光束分离器(31)和四棱镜偏振X棱镜立体光束分离器(91)中至少一者。
17.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
反射器(92)，其位于相对于所述光束分离器(31)与所述移相光学部件(32)相反，并且朝着所述前面(36)开口成一定角度，其中所述反射器(92)和所述光束分离器(31)在所述底架(30a-d)内相互光学对准。
18.根据权利要求17所述的立体装置(13)，还包括：
固定于所述底架(30a-d)并且构造成以可调节的角度支撑所述反射器(92)的调节装置。
19.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
以一定角度固定于所述光束分离器(31)的另一个光束分离器(102)，其作为双光束分离器。
20.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
单独地封罩所述光束分离器(31)和所述移相光学部件(32)至少其中之一的保护壳体。
21.根据权利要求1所述的立体装置(13)，还包括：
覆盖所述底架(30a-d)的所述后面开口的背面镶板(56)；和
形成在所述背面镶板(56)中的窗口(57)。
22.根据权利要求21所述的立体装置(13)，还包括：
用于覆盖所述背面镶板(56)中的所述窗口(57)的基本不反射的光透视材料。
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