DE202007019714U1

DE202007019714U1 - Polarisationsumwandlungssystem für stereoskopische Projektionen

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Publication number: DE202007019714U1
Application number: DE202007019714.4U
Authority: DE
Original assignee: RealD Inc
Current assignee: RealD Inc
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2016-08-30
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: KR20150072457A; JP2016122200A; US20080225236A1; US11143948B2; US20130169935A1; US9594298B2; ES2528489T3; EP2067066A2; PL2067066T3; KR101681917B1; KR20160066552A; JP5878967B2; JP2010506199A; US20150002819A1; JP5635773B2; DK2067066T3; EP2851735A1; EP2067066B1; US8220934B2; JP6168175B2

Abstract

Ein Polarisationsumwandlungssystem umfassend: einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) (112, 212, 312, 412, 712), welcher Polarisationsstrahlteiler konfiguriert ist um zufällig polarisierte, ein Bild enthaltende Lichtbündel von einer Projektor-Linse (122, 722) zu empfangen und einen ersten Polarisationszustand (SOP) aufweisende erste Lichtbündel auf einen ersten Lichtweg zu lenken, und um einen zweiten SOP aufweisende zweite Lichtbündel auf einen zweiten Lichtweg zu lenken; einen Polarisationsdreher (114, 214, 648, 714), wobei der Polarisationsdreher auf dem ersten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den ersten SOP in den zweiten SOP umzuwandeln oder der Polarisationsdreher auf dem zweiten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den zweiten SOP in den ersten SOP umzuwandeln; gekennzeichnet durch einen Polarisationsschalter (120, 220, 320, 520, 620, 720), welcher Polarisationsschalter operabel ist um erste und zweite Lichtbündel jeweils von dem ersten bzw. dem zweiten Lichtweg zu empfangen und die Polarisationszustände der ersten und zweiten Lichtbündel wahlweise in eine der Alternativen erster Ausgabe-SOP und zweiter Ausgabe-SOP umzuwandeln; und ein auf dem zweiten Lichtweg angeordnetes Reflektor-Element (116, 216, 316, 516, 616, 716), wobei um den zweiten Lichtweg auf im Wesentlichen ähnliche Orte auf einer Projektionsfläche zu zu lenken wie der erste Lichtweg mindestens einer der folgenden Punkte erfüllt ist: (i) das Reflektor-Element ist verkippbar; (ii) der Polarisationsstrahlteiler ist verkippbar; (iii) das Polarisationsumwandlungssystem umfasst außerdem eine Linse oder ein Element mit optischer Wirkung, wobei diese Linse oder dieses Element mit optischer Wirkung mechanisch dezentriert werden kann.

Description

Bezugnahme auf zugehörige Anmeldungen
Dieses Gebrauchsmuster steht im Zusammenhang mit und beansprucht die Priorität von: (a) provisorische US Patentanmeldung Nummer 60/827,657 mit dem Titel „Polarization Conversion System for Cinematic projection” („Polarisationsumwandlungssystem für Filmprojektionen”), eingereicht am 29.09.2006; (b) provisorische US Patentanmeldung Nummer 60/911,043 mit dem Titel „Polarization conversion system for 3-D projection” („Polarisationsumwandlungssystem für 3-D-Projektionen”), eingereicht am 4.10.2007 und (c) provisorische US Patentanmeldung Nr. 60/950,652 mit dem Titel „Polarization conversion system for 3-D projection” („Polarisationsumwandlungssystem für 3-D Projektionen”), eingereicht am 19.07.2007.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Projektionssystem zur Projektion von Bildern für ein dreidimensionales Betrachtungserlebnis, insbesondere ein Polarisationsumwandlungssystem, welches polarisiertes Licht zur Codierung stereoskopischer Bilder verwendet.
Hintergrund
Dreidimensionale (3D) Bilder können mittels einer auf den Projektor folgenden Polarisationssteuerung und polarisationssteuernder „Augenbekleidung” (Brillen/Kontaktlinsen) synthetisiert werden (siehe z. B. US Patent Nr. 4,792,850 von Lipton).
Eine konventionelle Implementierung der Polarisationssteuerung am Projektor ist in 1 gezeigt. Bei dieser Implementierung treten fast parallele Strahlen aus der Linse 10 aus, welche von einer Pupille 12 in der Linse 10 zu stammen scheinen und zu Punkten auf einer Projektionsfläche 14 konvergieren. Die Strahlbündel A, B und C in 1 formen Punkte am unteren Ende, dem Zentrum bzw. dem oberen Ende einer Projektionsfläche 14. Das Licht 20, welches aus der Projektionslinse austritt, ist zufällig polarisiert und in 1 als sowohl s-, als auch p-polarisiertes Licht dargestellt [s-polarisiertes Licht wird üblicherweise als ,o', p-polarisiertes Licht als Doppelpfeil dargestellt]. Das Licht 20 durchläuft einen linearen Polarisator 22, was nach dem Polarisator 22 zu einem einzigen Polarisationszustand führt. Der dazu senkrechte Polarisationszustand wird absorbiert (oder reflektiert). Der Lichtfluss hinter dem Polarisator 22 beträgt typischerweise weniger als die Hälfte des ursprünglichen Flusses, was zu einem dunkleren finalen Bild führt. Der Polarisationsschalter 30 ist mit der Bildabfolge (den Bildrahmen) synchronisiert und der Polarisationszustand 24 hinter dem Polarisationsschalter wird alterniert, sodass Bilder mit abwechselnd orthogonaler Polarisation auf der Projektionsfläche entstehen. Polarisationsselektive „Augenbekleidung” lässt Bilder einer Polarisation zu dem linken Auge und Bilder der dazu orthogonalen Polarisation zu dem rechten Auge durch. Indem den beiden Augen jeweils unterschiedliche Bilder angezeigt werden, können 3D-Bilder synthetisiert werden.
Dieses konventionelle System ist bereits in Kinos genutzt worden. Allerdings erfordert das konventionelle System, dass über 50% des Lichts durch den Polarisator absorbiert werden. Das resultierende Bild ist über 50% dunkler als das eines typischen 2D-Kinos. Das dunklere Bild kann die Größe des für 3D-Anwendungen genutzten Kinos beschränken und/oder für das Publikum zu einem weniger erstrebenswerten Seherlebnis führen.
Zusammenfassung
Um die vorgenannten Probleme zu lösen werden mehrere Ausführungsformen von Polarisationsumwandlungssystemen beschrieben, welche Licht von einem Projektor empfangen. Die Polarisationsumwandlungssysteme stellen ein helleres projiziertes Bild bei filmischen Anwendungen unter Verwendung polarisierten Lichts für dreidimensionale Projektionen dar.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Polarisationsumwandlungssystem einen Polarisationsstrahlteiler (PBS), einen Polarisationsdreher und einen Polarisationsschalter. Der PBS ist operabel, um zufällig polarisierte Lichtbündel von einer Projektorlinse zu empfangen und erste Lichtbündel mit einem ersten Polarisationszustand (SOP) auf einen ersten Lichtweg zu leiten. Der PBS ist außerdem operabel, um zweite Lichtbündel mit einem zweiten SOP auf einen zweiten Lichtweg zu leiten. Der Polarisationsdreher befindet sich auf dem zweiten Lichtweg und ist operabel, um den zweiten SOP in den ersten SOP umzuwandeln. Der Polarisationsschalter ist operabel, um erste und zweite Lichtbündel jeweils von dem ersten bzw. zweiten Lichtweg zu empfangen und die Polarisationszustände der ersten und zweiten Lichtbündel nach Wahl in eine Alternativen „erster Ausgabe-SOP” und „zweiter Ausgabe-SOP” umzuwandeln. Erste Lichtbündel werden auf eine Projektionsfläche zu transmittiert. Auf dem zweiten Lichtweg kann ein reflektierendes Element angeordnet sein um die Lichtbündel auf eine Projektionsfläche zu zu leiten, sodass die ersten und zweiten Lichtbündel im Wesentlichen überlappen und ein helleres projiziertes Bild ausbilden.
Weitere Aspekte und Ausführungsformen werden unten in der detaillierten Beschreibung beschrieben.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
1 ist eine schematische Darstellung eines konventionellen Polarisationsschalters für stereoskopische Projektionen;
2 ist eine schematische Darstellung eines Polarisationsumwandlungssystems (PCS) für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung;
3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung;
4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung, welche eine Teleobjektiv-Linse auf einem optischen Weg umfasst, wobei das Sichtfeld auf der optischen Achse zentriert ist;
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung, welche eine Teleobjektiv-Linse auf einem optischen Weg umfasst, wobei das Sichtfeld nicht auf der optischen Achse zentriert ist;
6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung zur Bereitstellung zirkular polarisierten Ausgabe-Lichts, welche eine Teleobjektiv-Linse auf einem optischen Weg umfasst, wobei das Sichtfeld auf der optischen Achse zentriert ist;
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der hiesigen Offenbarung zur Bereitstellung linear polarisierten Ausgabe-Lichts, welche eine Teleobjektiv-Linse auf einem optischen Weg umfasst, wobei das Sichtfeld auf der optischen Achse zentriert ist;
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für filmische Projektionen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
Beschreibung
Es werden verschiedene Ausführungsformen von Polarisationsumwandlungssystemen, die Licht von einem Projektor empfangen, beschrieben. Die Polarisationsumwandlungssysteme erzeugen ein helleres projiziertes Bild in filmischen Anwendungen, welche polarisiertes Licht für dreidimensionale Projektionen nutzen.
2 ist eine schematische Darstellung eines Polarisationsumwandlungssystems (PCS) 100 für filmische Projektionen. Eine Ausführungsform des Polarisationsumwandlungssystems 100 umfasst einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 112, einen Polarisationsdreher 114 (z. B. eine λ/2-Platte/„Halbwellenplatte”), ein reflektierende Element 116 (z. B. einen Umlenkspiegel), sowie einen Polarisationsschalter 120, welche wie gezeigt angeordnet sind. Das Polarisationsumwandlungssystem 100 kann Bilder von einem konventionellen Projektor mit einer Projektionslinse 122 empfangen.
Im Betrieb treten zufällig polarisierte Strahlenbündel A, B und C aus der Linse 122 aus und werden auf eine Projektionsfläche 130 zu projiziert um ein Bild zu bilden. In dieser Ausführungsform ist ein PBS 112 anstelle des in 1 gezeigten Polarisators 22 eingesetzt. Der PBS 112 transmittiert P-polarisiertes Licht 124 und reflektiert S-polarisiertes Licht 126. Das P-polarisierte Licht 124 durchläuft den Polarisationsschalter (Bündel A, B und C) und wird von dem Polarisationsschalter in alternierenden Rahmen gedreht, wie die Bündel A, B und C in 1.
Das S-polarisierte Licht 126, welches von dem PBS 112 reflektiert wurde, durchläuft einen Polarisationsdreher 114 (z. B. eine Halbwellenplatte, in einigen Ausführungsformen vorzugsweise achromatisch) und wird zu P-polarisiertem Licht 128 gedreht. Das nunmehr P-polarisierte Licht 128 passiert einen Umlenkspiegel 116. Der Umlenkspiegel 116 reflektiert das nunmehr P-polarisierte Licht 128 und leitet es zu dem Polarisationsschalter 120. Der Polarisationsschalter 120, welcher auf die P-polarisierten Strahlenbündeln A', B' und C' einwirkt, dreht die Polarisation der Strahlenbündel in alternierenden Rahmen synchron mit der Drehung der Bündel A, B und C. Die Position der Bündel A', B' und C' auf der Projektionsfläche kann justiert werden (z. B. durch Justage der Verkippung des Umlenkspiegel 116), sodass sie nahezu oder genau mit den Positionen der Bündel A, B und C auf der Projektionsfläche zusammenfällt. Da fast das gesamte zufällig polarisierte Licht 106 von der Projektionslinse 122 auf der Projektionsfläche 130 mit einem einzigen Polarisationszustand abgebildet wird, ist das resultierende Bild bei dem System in 2 ungefähr doppelt so hell wie das Bild auf der Projektionsfläche bei dem System in 1.
Im Rahmen dieser beispielhaften Ausführungsform ist der PBS 112 in 2 als Platte dargestellt. Allerdings können verschiedene Arten von PBSen verwendet werden. Beispielsweise kann die PBS-Platte unter Verwendung einer „Wire Grid” – Schicht auf Glas (z. B. „Proflux” Polarisatoren von Moxtek, in Orem, UT), von „polarization recycling film” (z. B. „Double Brightness Enhancing Film” von 3M in St. Paul, MN), von „polarization recycling film” auf Glas (zwecks Ebenheit), oder mehrerer dielektrischer Schichten auf Glas konstruiert werden. Der PBS 112 in 2 kann alternativ als Glas-Kubus implementiert werden (mit „wire grid”, „polarization recycling film”, oder dielektrischen Schichten entlang der Diagonalen), um Astigmatismen in dem projizierten Bild zu vermindern, welche damit zusammenhängen, dass Licht eine gekippte Platte durchläuft. Alternativ kann der als gekippte Platte ausgebildete PBS 112 in 2 in einigen Ausführungsformen mit sphärischen, asphärischen, zylindrischen oder toroidalen Oberflächen versehen werden um Astigmatismen in dem finalen Bild auf der Projektionsfläche 130 zu reduzieren. Dezentrierte sphärische, asphärische, zylindrische oder toroidale Oberflächen der Platte und/oder zusätzliche dezentrierte sphärische, asphärische, zylindrische oder toroidale Elemente in dem optischen Weg nach der Platte können vorgesehen werden um den Astigmatismus des finalen Bildes zu reduzieren. Siehe z. B. V. Doherty und D. Shafer, Proc. SPIE, Vol. 0237, pp. 195–200, 1980, „Simple method of correcting the aberrations of a beamsplitter in converging light".Außerdem sollte beachtet werden, dass eine weitere flache Platte nach der gekippten PBS-Platte 112 in das System eingefügt werden kann, und dass ihre Verkippung eingestellt werden kann um den Astigmatismus des finalen Bildes zu reduzieren oder zu korrigieren.
In einigen Ausführungsformen kann der Polarisationsdreher 114 in 2 eine achromatische Halbwellenplatte sein. Die Halbwellenplatte kann mithilfe von Polymer-Filmen (z. B. „Achromatic Retardation Plate” von ColorLink, Inc., Boulder, CO), Quarz-Platten, oder statischen Flüssigkristall-Vorrichtungen, welche optional strukturiert sind um geometrischen Polarisations-Änderungen zu begegnen, implementiert sein. Die Halbwellenplatte 114 kann wie in 2 gezeigt positioniert sein. In anderen Ausführungsformen kann sie zwischen dem Umlenkspiegel 116 und dem Polarisationsschalter 120 positioniert sein, so dass sie die Strahlbündel A', B' und C' kreuzt. Diese Implementierung kann wünschenswert sein, da die Bündel A', B' und C' so durch den Umlenkspiegel 116 im S-Polarisations-Zustand reflektiert werden und Spiegel häufig eine höhere Reflekivität für S-polarisiertes Licht aufweisen. Allerdings sollte die Halbwellenplatte 114 bei einer solchen Ausführungsform so angeordnet sein, dass die Bündel A' und C nicht auf der Platte überlappen. Obwohl bei den meisten hierin beschriebenen Ausführungsformen der Polarisationsdreher 114 auf dem zweiten Lichtweg angeordnet ist, kann er stattdessen alternativ auf dem ersten Lichtweg platziert werden. Das Polarisationsumwandlungssystem funktioniert in diesem Fall ähnlich und in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Umlenkspiegel 116 durch ein PBS-Element (z. B. eine „wire grid”-Platte) ersetzt werden. In diesem Fall kann hinter dem PBS-Element eine reinere Polarisation aufrechterhalten werden.
Der Polarisationsschalter 120 kann ein Schalter wie in dem US Patent Nummer 4,792,850 , einer der in der gemeinsam zugewiesenen, am 14. Juni 2006 eingereichten US Patentanmeldung Nummer 11/424,087 mit dem Titel „Achromatic polarization Switches”, oder jeder andere auf dem Gebiet bekannte Polarisationsschalter sein, welcher einen einfallenden Polarisationszustand nach Wahl umwandelt. In einigen Ausführungsformen kann der Polarisationsschalter 120 geteilt sein (z. B. um die Ausbeute der Vorrichtung zu erhöhen). Wenn der Polarisationsschalter 120 geteilt ist, ist es wünschenswert, dass die beiden Vorrichtungen so angeordnet sind, dass es kein Überlappen der Bündel A' und C in 2 gibt. Eine Teilung des Polarisationsschalters 120 ermöglicht es, den einen Teil in den optischen Weg A', B', C' umzusetzen, zwischen die Halbwellenplatte 114 und den Umlenkspiegel 116. Wird der Polarisationsschalter 120 an dieser Stelle platziert, so kann es erforderlich werden, dass der Umlenkspiegel 116 bessere polarisationserhaltende Eigenschaften aufweist (z. B. durch eine „Silflex”-Beschichtung von Oerlikon in Golden, CO), da dieser das letzte optische Element in dem optischen Weg A', B', C' vor der Projektionsfläche sein kann.
In dem Polarisationsumwandlungssystem 100 gemäß 2 ist der optische Weg des Strahlbündels A' länger als der des Strahlbündels A (ähnlich B'-B und C'-C), was zu einer unterschiedlichen Vergrößerung der von A', B', C' und A, B, C erzeugten Bilder führt. Dieser Unterschied der Vergrößerungen kann für das Publikum inakzeptabel sein, insbesondere bei Weitwinkel-Projektionssystemen und Projektionssystemen mit geringem Bildabstand. Beispielhafte Techniken zur Korrektur dieses Vergrößerungs-Unterschieds sind (1) Ausstattung des Umlenkspiegels 116 mit einer gebogenen Oberfläche mit optischer Wirkung zum Ausgleichen des Vergrößerungs-Unterschiedes; diese Lösung ist achromatisch, was wünschenswert ist; (2) Ausstattung des Umlenkspiegel 116 mit einer Fresnel- oder diffraktiven Oberfläche mit optischer Wirkung zum Ausgleich des Vergrößerungs-Unterschiedes (welche achromatisch oder nicht achromatisch sein kann); (3) Hinzufügen eines refraktiven Elementes (Linse) zwischen dem Umlenkspiegel 116 und dem Polarisationsschalter 120 oder zwischen dem PBS 112 und dem Umlenkspiegel 116; eine Singulett-Linse ist wahrscheinlich nicht achromatisch, aber eine Dublett-Lösung kann achromatisch sein (4); Hinzufügen einer Teleobjektiv-Linse wie in den 3 und 4 illustriert; oder (5) eine Kombination von mindestens zwei der obigen vier Techniken.
Obwohl in dem beschriebenen Fall P-polarisiertes Licht auf den Polarisationsschalter 120 zu transmittiert wird, während S-polarisiertes Licht zu einer Halbwellenplatte 114 geleitet wird, sollte für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sein, dass eine alternative Ausgestaltung verwendet werden kann, in welcher S-polarisiertes Licht in Richtung des Polarisationsschalters 120 transmittiert wird, während P-polarisiertes Licht auf die Halbwellenplatte 114 geleitet wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 200. Die Elemente des PCS 200 können von ähnlicher Art und Funktion sein wie die im Hinblick auf das PCS 100 gemäß 2 gezeigten. Beispielsweise sind die Elemente 2xx den Elementen 1xx ähnlich, wobei xx die mindestens zwei Stellen des jeweiligen Bezugszeichens sind. In dieser Ausführungsform können die Strahlbündel A, B und C durch einen zusätzlichen Satz von Umlenkspiegeln 232, 234 geleitet werden, welche zur Egalisierung der optischen Weglängen der Bündel A und A', B und B' sowie C und C' operabel sind, wie in 3 gezeigt. [Bemerkung: Die Bündel A' und C' sind vorhanden, aber nicht gezeichnet. Sie folgen ähnlichen Wegen wie die in 2 gezeigten Bündel A', B' und C'.]. Es ist zu bemerken, dass der PBS 212 und die Umlenkspiegel 216, 232, 236 hier zwar in einem Winkel von 45 Grad zur optischen Achse orientiert gezeigt sind, aber nach der vorliegenden Lehre andere Orientierungen haben können. Außerdem kann Glas in den optischen Weg von A', B' und C' eingefügt werden (z. B. durch Ersetzen des Umlenkspiegels 216 durch ein rechtwinkliges Prisma und/oder durch Verwendung eines als Glas-Kubus ausgebildeten PBS anstelle eines plattenförmigen PBS) um den optischen Wegunterschied zwischen den Bündeln A, B, C und A', B', C' zu verringern oder zu eliminieren.
Im Hinblick auf die 2 und 3 sollte das Bild aus den Bündeln A', B' und C' mit dem Bild aus den Bündeln A, B und C für eine angenehme Betrachtung im Wesentlichen überlappen (obwohl eine perfekte Überlappung nicht notwendigerweise erforderlich ist). Einige Techniken zur Einstellung der Position des einen Bildes relativ zum anderen sind: (1) die Verwendung von Einstelltschrauben oder die Verwendung ähnlicher mechanischer Techniken um den Umlenkspiegel, die PBS-Platte, oder den PBS-Kubus zu verkippen; (2) mechanisches Dezentrieren einer Linse oder eines Elements mit optischer Wirkung (z. B. eines gekrümmten Spiegels); (3) Verwendung eines rückgekoppelten („Feedback”-)Systems zur automatischen Einstellung der Bildposition mithilfe einer der vorgenannten Einstell-Techniken; oder (4) eine Kombination von mindestens zwei der obigen drei Techniken.
Die optische Durchlässigkeit und die Begrenzung von Streulicht kann bei optisch transmissiven Elementen durch eine Anti-Reflexions-Beschichtung für hohe Transmission und niedrige Reflexion optimiert werden. Reflexionen von transmissiven Elementen können innerhalb des Systems zu Streulicht führen, was den Kontrast verschlechtern und/oder störende Artefakte in dem finalen Bild hervorrufen kann. In manchen Ausführungsformen können zusätzliche absorbierende Polarisatoren nach der Halbwellenplatte 114 in den Lichtweg A', B' C' und/oder nach dem PBS 112 in beiden Pfaden angeordnet sein um Polarisation-Lecks zu begrenzen und den Kontrast des finalen Bildes zu verbessern.
4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 300. Die Elemente des PCS 300 können von ähnlicher Art und Funktion sein wie die im Hinblick auf das PCS 100 gemäß 2 gezeigten. Beispielsweise sind die Elemente 3xx ähnlich zu den Elementen 1xx, wobei xx die mindestens zwei Stellen des jeweiligen Bezugszeichens sind.
In dieser exemplarischen Ausführungsform kann ein Teleobjektiv-Linsen-Paar 340 in den optischen Weg des durch den PBS 312 transmittierten Lichts eingesetzt werden. Das Teleobjektiv-Linsen-Paar 340 befindet sich auf einem optischen Weg und das Sichtfeld ist auf der optischen Achse zentriert. Typischerweise erlaubt ein Teleobjektiv 340 die Einstellung von Vergrößerung, Verzerrung und Abbildungseigenschaften mithilfe zweier Elemente, so dass sich die zwei Bilder relativ genau, d. h. innerhalb von 1–4 Pixeln voneinander überlagern, während die optische Auflösung in der Größenordnung eines Bruchteils eines Pixels und die Farbabweichung in der Größenordnung eines Pixels erhalten werden kann. Alternativ kann ein umgekehrtes Teleobjektiv (nicht gezeigt) in dem optischen Weg des durch den PBS 312 reflektierten Lichts vorgesehen sein (angeordnet zwischen dem Polarisationsschalter 320 und dem Umlenkspiegel 316 oder nach dem Umlenkspiegel 316). Wenn ein Teleobjektiv oder ein umgekehrtes Teleobjektiv zur Einstellung der Vergrößerung in einem optischen Weg verwendet wird, so können radiale Verzerrungen und Trapezfehler des finalen Bildes durch ein seitliches Versetzen der einzelnen Elemente oder des Elementepaares gegenüber der optischen Achse eingestellt werden.
5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 400. Die Elemente des PCS 400 können von ähnlicher Art und Funktion sein wie die im Hinblick auf das PCS 100 gemäß 2 gezeigten. Beispielsweise sind die Elemente 4xx ähnlich zu den Elementen 1xx, wobei xx die mindestens zwei Stellen des jeweiligen Bezugszeichens sind. In dieser exemplarischen Ausführungsform kann ein Teleobjektiv-Linsen-Paar 440 in dem optischen Weg des durch den PBS 412 transmittierten Lichts vorgesehen werden. Dabei befindet sich das Teleobjektiv-Linsen-Paar auf einem optischen Weg, wobei das Sichtfeld bezüglich der optischen Achse dezentriert ist. Wie bereits beschrieben, kann eine radiale Verzerrung sowie ein Trapezfehler des finalen Bildes durch ein seitliches Versetzen der einzelnen Elemente oder des Elementepaares 440 von der optischen Achse eingestellt werden.
6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 500, welches zirkular polarisiertes Licht ausgibt. Das PCS 500 umfasst ein Teleobjektiv-Linsen-Paar 540 auf einem optischen Weg, wobei das Sichtfeld auf einer optischen Achse zentriert ist. In diesem Fall ist jeder Polarisationsschalter 520 ein Polarisationsschalter für zirkulare Polarisation (oder Z-Screen), z. B. wie in dem US Patent Nr. 4,792,850 beschrieben. Die Reinigungs-Polarisatoren 542, 544 auf den Lichtwegen sind, abhängig von dem von dem System erwarteten Kontrast, optional. Der Kontrast des Systems kann beispielsweise durch die Verwendung eines Reinigungs-Polarisators oder beider Reinigungs-Polarisatoren verbessert werden.
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 600, welches linear polarisiertes Licht ausgibt. Dabei sind die Polarisationsschalter 620 achromatische Polarisationsschalter für lineare Polarisation, wie sie in der am 14. Juni 2006 eingereichten US Patentanmeldung Nr. 11/424,087 mit dem Titel „Achromatic Polarization Switches” beschrieben und von ColorLink, Inc. aus Boulder, Colorado, hergestellt werden. Die Reinigungs-Polarisatoren 642, 644 in den Pfaden sind – ähnlich dem Beispiel in 6 – je nach dem Ausmaß des erwünschten Kontrastes des Systems optional. Der Kontrast des Systems kann beispielsweise durch die Verwendung eines Reinigungs-Polarisators oder beider Reinigungs-Polarisatoren verbessert werden. Außerdem ist der achromatische Dreher 648 optional, je nach den achromatische Eigenschaften des Polarisationsschalters 620.
8 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines PCS für Filmprojektionen 700 in einer alternativen Anordnung, wobei die Polarisatoren 746, der achromatische Dreher 714 und die Polarisationsschalter 720 nach weiteren optischen Komponenten angeordnet sind. Die Elemente des PCS 700 können von ähnlicher Art und Funktion sein wie die im Hinblick auf das PCS 100 gemäß 2 gezeigten. Beispielsweise sind die Elemente 7xx ähnlich zu den Elementen 1xx, wobei xx die mindestens zwei Stellen des jeweiligen Bezugszeichens sind.
Im Betrieb verlässt Licht die Projektionslinse 722 in Richtung auf den PBS 712 zu. P-polarisiertes Licht durchquert den PBS 712 auf ein Teleobjektiv-Linsen-Paar 740 und sodann auf den Polarisationsschalter 720 zu. Ein optionaler Reinigungs-Polarisator 746 kann zwischen dem Teleobjektiv-Linsen-Paar 740 und dem Polarisationsschalter 720 angeordnet sein um den Kontrast weiter zu verbessern. Das von dem PBS 712 reflektierte S-polarisierte Licht wird auf einen Umlenkspiegel 716 geleitet, wo es auf einen achromatischen Dreher 714 zu reflektiert wird, welcher das S-polarisierte Licht in P-polarisiertes Licht umwandelt, welches sodann einen optischen Reinigungs-Polarisator 746 durchläuft. Als nächstes durchläuft das von dem achromatischen Dreher 714 kommende P-polarisierte Licht den Polarisationsschalter 720. In dieser Anordnung wird das S-polarisierte Licht, welches von dem PBS 712 reflektiert wurde, durch den Umlenkspiegel 716 unter Beibehaltung der Polarisation effizient reflektiert. Dies erleichtert den Wunsch nach Polarisationserhaltung auf dem umgelenkten Weg und maximiert die Helligkeit. Ein achromatischer 90°-Dreher 714 (in der Regel basierend auf einem „retarder stack”) kann genutzt werden um das von dem Umlenkspiegel kommende Licht in den orthogonalen Polarisationszustand umzuwandeln. Um P-reflexionen von dem PBS 712 zu eliminieren ist ein Reinigungs-Polarisator 746 häufig wünschenswert. Dieser folgt vorzugsweise auf den achromatischen Dreher 714 und reduziert so den Einfluss der Polarisations-Umwandlungs-Effizienz auf den Kontrast des Systems.
Das PCS 700 stellt ein Bild mit hohem Kontrast auf der Projektionsfläche bereit. Bei der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform ist das finale, projizierte Bild auf der optischen Achse der Projektionslinse zentriert. In manchen anderen Ausführungsformen kann das finale, projizierte Bild gegenüber der optischen Achse dezentriert sein. Beispielsweise kann das Bild gegenüber der optischen Achse der Projektionslinse um die halbe Höhe der Projektionsfläche nach Unten versetzt sein. Bei solchen Ausführungsformen kann der Polarisationsstrahlteiler 712 verlagert werden um das gesamte Licht der Projektionslinse 722 aufzufangen und der Umlenkspiegel 716 kann verkippt werden um die zwei Bilder auf der Projektionsfläche ordnungsgemäß zu überlagern. Der Polarisationsschalter 720 ist in dieser Ausführungsform in zwei Elemente aufgeteilt (eines für jeden Weg) um die Ausbeute bei der Herstellung zu erhöhen, obwohl es sich – wie bereits diskutiert – auch um eine einzige Einheit handeln könnte.
Der hierin verwendete Begriff „Filmprojektion” bezieht sich auf die Projektion von Bildern mittels Front- und/oder Rückprojektionstechniken und umfasst – ohne darauf beschränkt zu sein – Anwendungen in Kinos, Heimkinos, Simulatoren, Instrumenten, Head-up Displays und andere Projektions-Umgebungen, in denen stereoskopische Bilder angezeigt werden.
Obwohl oben mehrere Ausführungsformen und Variationen von Polarisationsumwandlungssystemen für stereoskopische Projektionen beschrieben worden sind, ist zu beachten, dass diese nur als Beispiele und nicht beschränkend zu verstehen sind. Daher wird die Breite und der Umfang der Erfindung(en) durch keine der oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt, sondern nur in Übereinstimmung mit den Ansprüchen und deren aus der hiesigen Offenbarung resultierenden Äquivalenten definiert. Außerdem sollen die mit den beschriebenen Ausführungsformen angegebenen Vorteile und Merkmale die Anmeldung nicht auf solche Verfahren und Vorrichtungen beschränken, die einige oder alle der beschriebenen Vorteile erreichen.
Ferner werden vorliegend Zwischenüberschriften nur zwecks Übereinstimmung mit den Empfehlungen gemäß 37 CFR 1.77 und im Sinne der Übersichtlichkeit angegeben. Diese Überschriften sollen die Erfindung(en), welche in jedweden Ansprüchen aufgeführt werden, welche von der hiesigen Offenbarung herrühren mögen, weder einschränken noch charakterisieren. Beispielsweise sind solche Ansprüche, obwohl eine Überschrift auf ein „Technisches Gebiet” verweist, nicht auf die unter dieser Überschrift gemachten Ausführungen zu einem sogenannten „technischen Gebiet” beschränkt. Außerdem soll die Beschreibung einer Technik unter der Überschrift „Hintergrund” nicht als Eingeständnis ausgelegt werden, dass es sich bei dieser Technik um Stand der Technik im Hinblick auf eine Erfindung oder mehrere Erfindungen gemäß der vorliegenden Offenbarung handelt. Ebenso wenig ist die „Kurzzusammenfassung” als Kennzeichnung der in erteilten Ansprüchen angegebenen Erfindung(en) zu verstehen. Ferner sollen Bezugnahmen auf eine „Erfindung” im Singular nicht genutzt werden um zu argumentieren, es gebe in der Offenbarung nur einen einzigen neuen Punkt. Durch die aus der vorliegenden Offenbarung erwachsenden mehreren Ansprüche können mehrere Erfindungen angegeben werden. Solche Ansprüche definieren die Erfindung(en) und ihre Äquivalente, welche durch selbige geschützt werden. In allen Fällen ist der Schutzbereich solcher Ansprüche eigenständig im Lichte der hiesigen Offenbarung zu prüfen. Er wird jedoch keinesfalls durch die angegebenen Überschriften beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4792850 [0003, 0024, 0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

V. Doherty und D. Shafer, Proc. SPIE, Vol. 0237, pp. 195–200, 1980, „Simple method of correcting the aberrations of a beamsplitter in converging light” [0021]

Claims

Ein Polarisationsumwandlungssystem umfassend: einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) (112, 212, 312, 412, 712), welcher Polarisationsstrahlteiler konfiguriert ist um zufällig polarisierte, ein Bild enthaltende Lichtbündel von einer Projektor-Linse (122, 722) zu empfangen und einen ersten Polarisationszustand (SOP) aufweisende erste Lichtbündel auf einen ersten Lichtweg zu lenken, und um einen zweiten SOP aufweisende zweite Lichtbündel auf einen zweiten Lichtweg zu lenken; einen Polarisationsdreher (114, 214, 648, 714), wobei der Polarisationsdreher auf dem ersten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den ersten SOP in den zweiten SOP umzuwandeln oder der Polarisationsdreher auf dem zweiten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den zweiten SOP in den ersten SOP umzuwandeln; gekennzeichnet durch einen Polarisationsschalter (120, 220, 320, 520, 620, 720), welcher Polarisationsschalter operabel ist um erste und zweite Lichtbündel jeweils von dem ersten bzw. dem zweiten Lichtweg zu empfangen und die Polarisationszustände der ersten und zweiten Lichtbündel wahlweise in eine der Alternativen erster Ausgabe-SOP und zweiter Ausgabe-SOP umzuwandeln; und ein auf dem zweiten Lichtweg angeordnetes Reflektor-Element (116, 216, 316, 516, 616, 716), wobei um den zweiten Lichtweg auf im Wesentlichen ähnliche Orte auf einer Projektionsfläche zu zu lenken wie der erste Lichtweg mindestens einer der folgenden Punkte erfüllt ist: (i) das Reflektor-Element ist verkippbar; (ii) der Polarisationsstrahlteiler ist verkippbar; (iii) das Polarisationsumwandlungssystem umfasst außerdem eine Linse oder ein Element mit optischer Wirkung, wobei diese Linse oder dieses Element mit optischer Wirkung mechanisch dezentriert werden kann.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der erste Ausgabe-SOP orthogonal ist zu dem zweiten Ausgabe-SOP.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, außerdem umfassend ein auf dem ersten Lichtweg nach dem Polarisationsschalter angeordnetes Spiegel-Paar, wobei das Spiegel-Paar operabel ist um die optischen Wege des ersten und des zweiten Lichtweges im Wesentlichen zu egalisieren.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsdreher einen Retarder Stack umfasst.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsschalter ein einziges, Licht von dem ersten und dem zweiten Lichtweg empfangendes Panel umfasst.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsschalter ein erstes und ein zweites Polarisationsschalter-Panel umfasst, und wobei das erste Polarisationsschalter-Panel Licht von dem ersten Lichtweg empfängt und das zweite Polarisationsschalter-Panel Licht von dem zweiten Lichtweg empfängt.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß Anspruch 6, außerdem umfassend ein auf dem ersten Lichtweg nach dem ersten Polarisationsschalter angeordnetes Teleobjektiv-Linsen-Paar.
Das Polarisationsumwandlungssystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsschalter konfiguriert ist um zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgabe-SOP synchronisiert mit der Übertragung von Bild-Rahmen durch einen Projektor zu selektieren.
Ein Projektionssystem, welches polarisiertes Licht zur Codierung stereoskopischer Bilder verwendet, umfassend: einen zur Ausgabe zufällig polarisierten, ein Bild enthaltenden Lichtes operablen Projektor umfassend eine Projektor-Linse; und ein Polarisationsumwandlungssystem, umfassend: einen Polarisationsstrahlteiler (PBS), welcher Polarisationsstrahlteiler konfiguriert ist um ein Bild enthaltende, zufällig polarisierte Lichtbündel von der Projektor-Linse (122) zu empfangen und einen ersten Polarisationszustand (SOP) aufweisende erste Lichtbündel auf einen ersten Lichtweg und einen zweiten Polarisationszustand (SOP) aufweisende zweite Lichtbündel auf einen zweiten Lichtweg zu lenken; einen Polarisationsdreher (114, 214, 320, 412, 512), wobei der Polarisationsdreher auf dem ersten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den ersten SOP in den zweiten SOP umzuwandeln oder der Polarisationsdreher auf dem zweiten Lichtweg angeordnet und operabel ist um den zweiten SOP in den ersten SOP umzuwandeln; gekennzeichnet durch einen Polarisationsschalter (120, 220), welcher Polarisationsschalter operabel ist um erste und zweite Lichtbündel jeweils von dem ersten bzw. dem zweiten Lichtweg zu empfangen und die Polarisationszustände der ersten und zweiten Lichtbündel wahlweise in eine der Alternativen erster Ausgabe-SOP und zweiter Ausgabe-SOP umzuwandeln; und ein auf dem zweiten Lichtweg angeordnetes Reflektor-Element, wobei das Reflektor-Element operabel ist um den zweiten Lichtweg auf im Wesentlichen ähnliche Orte auf einer Projektionsfläche hin zu lenken wie der erste Lichtweg.
Das Projektionssystem gemäß Anspruch 9, wobei der Polarisationsschalter nach dem Reflektor-Element auf dem zweiten Lichtweg angeordnet ist.
Das Projektionssystem gemäß Anspruch 9, wobei der Polarisationsschalter vor dem Reflektor-Element auf dem zweiten Lichtweg angeordnet ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsstrahlteiler (PBS) (112, 212, 312, 412, 712) als Platte oder als Kubus ausgebildet ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsdreher (114, 214, 648, 714) als Halbwellenplatte ausgebildet ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Polarisationsdreher (114, 214, 648, 714) als achromatische Halbwellenplatte ausgebildet ist.
Die Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Reflektor-Element (116, 216, 316, 516, 616, 716) als Umlenkspiegel oder als Prisma oder als Polarisationsstrahlteiler ausgebildet ist.