RU138095U1 - Система преобразования поляризации для стереоскопической проекции - Google Patents

Abstract

1. Система преобразования поляризации, содержащая:поляризационный расщепитель пучка (ПРП), расположенный для приема пучков хаотически поляризованного света от проекционного объектива и направления первых пучков света с первым состоянием поляризации (СП) по первой траектории световых лучей и направления вторых пучков света со вторым СП по второй траектории световых лучей,вращатель плоскости поляризации, находящийся на второй траектории световых лучей и преобразующий второе СП в первое СП, ипереключатель поляризации, расположенный для приема первых и вторых пучков света по первой и второй траекториям световых лучей соответственно, и избирательного преобразования состояния поляризации первого и второго пучков света в первое выходное СП или второе выходное СП.2. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая отражающий элемент, находящийся на второй траектории световых лучей и направляющий вторые пучки света преимущественно в те же положения на проекционном экране, что и первые пучки света.3. Система преобразования поляризации по п.1, в которой переключатель поляризации представляет собой единую панель для приема света по первой траектории световых лучей и второй траектории световых лучей.4. Система преобразования поляризации по п.1, в которой переключатель поляризации представляет собой первую и вторую панели переключения поляризации, при этом первая панель переключения поляризации служит для приема света по первой траектории световых лучей, а вторая панель переключения поляризации служит для приема света по второй траектории световых лучей.5. Система преобразования поляризаци�

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Настоящая полезная модель относится к системе проекции изображений для создания трехмерного зрительного восприятия, более точно, к системе преобразования поляризации с использованием поляризованного света для кодирования стереоскопических изображений.

Предпосылки создания полезной модели

Совокупность трехмерных (3D) изображений можно синтезировать с использованием регулировки поляризации за проектором и защитных очков для регулировки поляризации (смотри, например, патент US 4792850 на имя Lipton, который в порядке ссылки включен в настоящую заявку).

На фиг.1 показана традиционная реализация регулировки поляризации в проекторе. Из объектива 10 выходят почти параллельные лучи, источником которых является зрачок 12 внутри объектива 10 и которые сходятся, образуя пятна на экране 14. Показанные на фиг.1 пучки A, B и C лучей являются пучками, образующими пятна внизу, по центру и вверху экрана 14. Свет 20, выходящий из проекционного объектива, хаотически поляризован и представлен на фиг.1 в виде как s-поляризованного, так и p-поляризованного света (s-поляризованный свет традиционно обозначается как "o", p-поляризованный свет - линией с двойной стрелкой на конце). Свет 20 проходит через линейный поляризатор 22, в результате чего свет за поляризатором 22 имеет одно состояние поляризации. Ортогонально поляризованный свет поглощается (или отражается), при этом световой поток на выходе поляризатора 22 составляет менее 50% исходного потока (в результате чего получают более тусклое конечное изображение). С кадром изображения синхронизирован переключатель 30 поляризации, а состояние 24 поляризации на выходе переключателя поляризации чередуется, в результате чего на экране получают изображения с чередующейся ортогональной поляризацией. Защитные очки с поляризационной избирательностью позволяют воспринимать левым глазом изображения с одной поляризацией, а правым глазом - изображения с ортогональной поляризацией. За счет восприятия каждым глазом различных изображений можно синтезировать совокупность 3D-изображений.

Эта традиционная система применяется в кинотеатрах. Тем не менее, в традиционной системе требуется, чтобы поляризатором поглощалось более 50% света, и получаемое изображение является более чем на 50% более тусклым, чем в обычном кинотеатре с проекцией двухмерного изображения. Из-за более тусклого изображения может быть ограничен размер зала, используемого для проекции 3D-изображений и/или ухудшаться восприятие изображения зрителями.

Краткое изложение сущности полезной модели

С учетом перечисленных задач в полезной модели описаны различные варианты осуществления системы преобразования поляризации, в которую поступает свет проектора. Системы преобразования поляризации обеспечивают более яркое изображение на экране при кинопроекции с использованием поляризованного света для просмотра трехмерных изображений.

В одном из вариантов осуществления система преобразования поляризации содержит поляризационный расщепитель пучка (ПРП), вращатель плоскости поляризации и переключатель поляризации. ПРП способен принимать пучки хаотически поляризованного света от проекционного объектива и направлять первые пучки света с первым состоянием поляризации (СП) по первой траектории световых лучей. ПРП также способен направлять вторые пучки света со вторым СП по второй траектории световых лучей. На второй траектории световых лучей находится вращатель плоскости поляризации, способный преобразовывать второе СП в первое СП. Переключатель поляризации способен принимать первые и вторые пучки света по первой и второй траекториям световых лучей, соответственно, и избирательно преобразовывать состояния поляризации первого и второго пучков света в первое выходное СП или второе выходное СП. Первые пучки света распространяются в направлении проекционного экрана. На второй траектории световых лучей может находиться отражающий элемент, направляющий вторые пучки света на проекционный экран таким образом, чтобы первые и вторые пучки света преимущественно перекрывали друг друга, образуя более яркое изображение на экране.

Другие признаки полезной модели станут ясны из следующего далее подробного описания.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема традиционного переключателя поляризации для стереоскопической проекции,

на фиг.2А показана блок-схема системы преобразования поляризации (СПП) для кинопроекции согласно настоящей полезной модели,

на фиг.2Б показана блок-схема поляризационного расщепителя пучка (ПРП) согласно настоящей полезной модели,

на фиг.3 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции согласно настоящей полезной модели,

на фиг.4 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции с телеобъективом на оптической траектории и полем обзора, центрированным на оптической оси, согласно настоящей полезной модели,

на фиг.5 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции с телеобъективом на оптической траектории и полем обзора, не центрированным на оптической оси, согласно настоящей полезной модели,

на фиг.6 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции, в которой используется выход с круговой поляризацией, с телеобъективом на оптической траектории и полем обзора, центрированным на оптической оси, согласно настоящей полезной модели,

на фиг.7 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции, в которой используется линейно поляризованный выход, с телеобъективом на оптической траектории и полем обзора, центрированным на оптической оси, согласно настоящей полезной модели,

на фиг.8 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции согласно настоящей полезной модели,

на фиг.9 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции согласно настоящей полезной модели,

на фиг.10 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП для кинопроекции согласно настоящей полезной модели, и

на фиг.11 показан вид в перспективе одного из вариантов осуществления СПП для кинопроекции согласно настоящей полезной модели.

Описание

Предложены различные варианты осуществления систем преобразования поляризации, принимающих свет от проектора. Системы преобразования поляризации обеспечивают более яркое изображение на экране при кинопроекции с использованием поляризованного света для просмотра трехмерных изображений.

На фиг.2А показана блок-схема, иллюстрирующая систему 100 преобразования поляризации (СПП) для кинопроекции. В одном из вариантов осуществления система 100 преобразования поляризации содержит поляризационный расщепитель 112 пучка (ПРП), вращатель 114 плоскости поляризации (например, полуволновую пластину), отражающий элемент 116 (например, складываемое зеркало) и переключатель 120 поляризации, расположенные как проиллюстрировано. Система 100 преобразования поляризации может принимать изображения от традиционного проектора с проекционным объективом 122.

В процессе работы пучки А, В и С лучей выходят из объектива 122 хаотически поляризованными и проецируются в направлении экрана 130 с целью формирования изображения. В этом варианте осуществления вместо поляризатора 22, показанного на фиг.1, используется ПРП 112. ПРП 112 пропускает p-поляризованный свет 124 и отражает s-поляризованный свет 126. P-поляризованный свет 124 проходит через переключатель поляризации (пучки A, B и C), который поворачивает плоскость его поляризации в виде чередующихся кадров, подобных пучкам A, B и C на фиг.1.

S-поляризованный свет 126, отражаемый ПРП 112, проходит через вращатель 114 плоскости поляризации (например, полуволновую пластину, предпочтительно ахроматическую в некоторых вариантах осуществления) и преобразуется в p-поляризованный свет 128. Новый p-поляризованный свет 128 падает на складываемое зеркало 116. Складываемое зеркало 116 отражает новый p-поляризованный свет 128, и он поступает в переключатель 120 поляризации. Переключатель 120 поляризации поворачивает плоскость поляризации p-поляризованных пучков A', B' и C' света в виде чередующихся кадров синхронно повороту плоскости поляризации пучков A, B и C. Положение пучков A', B' и C' на экране может корректироваться (например, путем регулировки наклона складываемого зеркала 116) таким образом, чтобы оно близко или точно совпадало с положением пучков A, B и C на экране. Поскольку почти весь хаотически поляризованный свет 106 проекционного объектива 122 отображается на экране 130 с одним состоянием поляризации, изображение, получаемое в системе, проиллюстрированной на фиг.2А, является приблизительно в два раза более ярким, чем изображение на экране системы, проиллюстрированной на фиг.1.

В этом примере осуществления ПРП 112 представлен на фиг.2А в виде пластины. Тем не менее, могут использоваться ПРП различных типов. Например, ПРП в виде пластины может быть сконструирован с использованием слоя проволочной сетки на стекле (как, например, поляризатор Proflux производства компании Moxtek, Орем, штат Юта, США), восстанавливаемой поляризационной пленки (как, например, пленка Double Brightness Enhancing производства компании 3M, Сент-Пол, штат Миннесота, США), восстанавливаемой поляризационной пленки на стекле (для обеспечения плоскостности) или многослойного диэлектрика на стекле. В качестве альтернативы, ПРП 112 на фиг.2А также может быть выполнен в виде стеклянного куба (с использованием проволочной сетки, восстанавливаемой поляризационной пленки или слоев диэлектрика по диагонали) для уменьшения астигматизма в конечном изображении, связанного с прохождением света через наклонную пластину. В качестве альтернативы, в различных вариантах осуществления ПРП 112 в виде наклонный пластины на фиг.2А может быть реализован со сферическими, асферическими, цилиндрическими или тороидными поверхностями для уменьшения астигматизма в конечном изображении на экране 130. Могут быть предусмотрены децентрированные сферические, асферические, цилиндрические или тороидные поверхности пластины и/или дополнительные децентрированные сферические, асферические, цилиндрические или тороидные элементы на оптической траектории после пластины для уменьшения астигматизма в конечном изображении. Смотри, например, работу "Simple method of correcting the aberrations of a beamsplitter in converging light", V.Doherty и D.Shafer, Proc. SPIE, том 0237, стр.195-200, 1980 г., которая в порядке ссылки включена в настоящую заявку. Следует также отметить, что за ПРП 112 в виде наклонной пластины в системе может быть предусмотрена вторая плоская пластина с регулировкой наклона для уменьшения или корректировки астигматизм в конечном изображении.

Например, на фиг.2Б показана блок-схема, иллюстрирующая поперечное сечение поляризационного расщепителя 112 пучка согласно одному из вариантов осуществления. В одном из вариантов осуществления ПРП 112 может иметь первый слой 113 и второй слой 115. Первый и второй слои ПРП могут содержать любое из следующего в любом сочетании: слой проволочной сетки на стекле, восстанавливаемую поляризационную пленку, восстанавливаемую поляризационную пленку на стекле, многослойный диэлектрик на стекле и/или первую и вторую плоские пластины.

Возвращаясь к фиг.2А, в некоторых вариантах осуществления вращателем 114 плоскости поляризации может являться ахроматическая полуволновая пластина. Полуволновая пластина может быть реализована в виде полимерных пленок (например, ахроматическая замедляющая пластина производства компании ColorLink, Inc., Боулдер, штат Колорадо, США), кварцевых пластин или статического жидкокристаллического устройства, необязательно структурированного с учетом геометрического изменения поляризации. Полуволновая пластина 114 может быть расположена, как показано на фиг.2А, или в других вариантах осуществления может быть расположена между складываемым зеркалом 116 и переключателем 120 поляризации и пересекать пучки A', B' и C'. Этот вариант может быть желателен, поскольку пучки A', B' и C' отражаются от складываемого зеркала 116 в состоянии s-поляризации, при этом зеркала часто имеют более высокую способность отражать s-поляризованный свет. Тем не менее, при такой реализации полуволновая пластина 114 должна располагаться таким образом, чтобы пучки A' и C не перекрывались на пластине. Хотя в большинстве описанных вариантов осуществления вращатель 114 плоскости поляризации находится на второй траектории световых лучей, в качестве альтернативы, он может находиться на траектории световых лучей, при этом система преобразования поляризации будет действовать аналогичным образом в соответствии с принципами настоящей полезной модели.

В некоторых вариантах осуществления складываемое зеркало 116 может быть заменено элементом ПРП (например, пластиной из проволочной сетки). В этом случае за элементом ПРП может сохраняться более высокая чистота поляризации.

Переключателем 120 поляризации может являться переключатель, описанный в патенте US 4792850; любой из переключателей, описанных в патентной заявке US 11/424087 под названием "Achromatic Polarization Switches", поданной 14 июня 2006 г., одним из правопреемником которой является правопреемник настоящей заявки, которые в обоих случаях во всей полноте и в любых целях в порядке ссылки включены в настоящую заявку, или любой другой известный из техники переключатель поляризации, который избирательно преобразует входящее состояние поляризации. В некоторых вариантах осуществления переключатель 120 поляризации может быть разделен (для увеличения выхода устройства). Если переключатель 120 поляризации разделен, желательно, чтобы оба устройства располагались таким образом, чтобы пучки A' и C на фиг.2А не перекрывались. За счет разделения переключателя 120 поляризации одна его часть может быть перемещена на оптическую траекторию A', B', C' между полуволновой пластиной 114 и складываемым зеркалом 116. За счет такого размещения переключателя 120 поляризации может потребоваться складываемое зеркало 116 с лучшими свойствами сохранения поляризации (например, с покрытием Silflex производства Oerlikon, Голден, штат Колорадо, США), поскольку оно может являться последним элементом на оптической траектории A', B', C' перед экраном.

В системе 100 преобразования поляризации на фиг.2А оптическая траектория пучка А' является более длинной, чем пучка A (аналогичным образом B'-B и C'-C), в результате чего возникает различие в увеличении изображений, формируемых пучками A', B', C' и A, B, C. Это различие в увеличении может являться неприемлемым для зрителей, в особенности, в широкоугольных и короткофокусных системах проекции. Некоторые методы корректировки этого различия в увеличении могут включать (1) использование на складываемом зеркале 116 искривленной поверхности с оптической мощностью, компенсирующей различие в увеличении; это решение является ахроматическим, что желательно; (2) использование на складываемом зеркале 116 дополнительной поверхности Френеля или дифракционной поверхности (которая необязательно может являться ахроматической) с оптической мощностью, компенсирующей различие в увеличении; (3) дополнительное размещение преломляющего элемента (объектива) между складываемым зеркалом 116 и переключателем 120 поляризации или между ПРП 112 и складываемым зеркалом 116; однолинзовый объектив, вероятно, не будет ахроматическим, но двухлинзовый объектив может являться ахроматическим; (4) использовании дополнительного телеобъектива, как показано на фиг.3 и 4; или (5) сочетание по меньшей мере двух из перечисленных четырех решений.

Хотя, как описано, p-поляризованный свет пропускается в направлении переключателя 120 поляризации, а s-поляризованный свет пропускается в направлении полуволновой пластины 114, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что может применяться альтернативная конфигурация, в которой s-поляризованный свет пропускается в направлении переключателя 120 поляризации, а p-поляризованный свет пропускается в направлении полуволновой пластины 114.

На фиг.3 показана блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления СПП 200 для кинопроекции. Элементы СПП 200 могут являться аналогичными по типу и функции элементам СПП 100, проиллюстрированной на фиг.2А. Например, элементы 2xx аналогичны элементам 1xx, при этом xx означают последние две цифры в обозначении соответствующих элементов. В этом варианте осуществления пучки A, B и C лучей могут направляться через дополнительный набор складываемых зеркал 232, 234, способных выравнивать длину оптических траекторий пучков A и A', B и B', C и C', как показано на фиг.3. Следует отметить, что пучки A' и C' присутствуют, но не проиллюстрированы. Они распространяются по траектории, аналогичной траектории пучков A', B', C' на фиг.2А. Следует отметить, что, хотя в данном случае показано, что ПРП и складываемые зеркала находятся под углом 45 градусов к оптической оси, ПРП 212 и складываемые зеркала 216, 232, 236 могут иметь другие ориентации в соответствии с идеями настоящей полезной модели. Кроме того, на оптической траектории пучков A', B' и C' может быть помещено стекло (например, путем замены складываемого зеркала 216 прямоугольной призмой и/или использования ПРП в виде стеклянного куба вместо ПРП в виде пластины) для уменьшения или устранения различия в оптической траектории пучков A, B, C и A', B', C', соответственно.

Как показано на фиг.2 и 3, изображение, формируемое пучками A', B' и C', должно преимущественно перекрывать изображение, формируемое пучками A, B и C, для обеспечения комфортного просмотра (хотя не всегда требуется идеальное перекрывание). Некоторые методы регулировки местоположения одного изображения относительно другого включают (1) использование винтов с накатанной головкой или аналогичных механических приспособлений для наклона складываемого зеркала, ПРП в виде пластины, или ПРП в виде куба; (2) механическое децентрирование объектива или элемента с оптической мощностью (например, искривленного зеркала); (3) использование системы обратной связи для автоматической регулировки положения изображений одним из упомянутых методов регулировки изображений; или (4) сочетание по меньшей мере двух из перечисленных решений.

Регулировка светопропускания и постороннего света может быть оптимизирована в светопропускающих элемента путем нанесения на них антибликового покрытия, обеспечивающего высокий коэффициент пропускания и низкий коэффициент отражения. Из-за отражения от светопропускающих элементов в системе может появляться посторонний свет, который ухудшает контрастность и/или создает помехи в конечном изображении. В некоторых вариантах осуществления за полуволновой пластиной 114 на траектории пучков A', B', C' и/или на любой траектории за ПРП 112 могут быть размещены дополнительные поглощающие поляризаторы для регулирования поляризационных потерь и улучшения контрастности конечного изображения.

На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления СПП 300 для кинопроекции. Элементы СПП 300 могут являться аналогичными по типу и функции элементам СПП 100, проиллюстрированной на фиг.2А. Например, элементы 3xx аналогичны элементам 1xx, при этом xx означают последние две цифры в обозначении соответствующих элементов.

В этом примере осуществления на оптической траектории, по которой свет распространяется через ПРП 312, может быть расположена пара 340 телеобъективов. В данном случае пара 340 телеобъективов расположена на оптической траектории с полем обзора, центрированным на оптической оси. Обычно телеобъектив 340 позволяет регулировать кратность увеличения, искажение и воспроизводящие свойства с помощью двух элементов таким образом, чтобы два изображения перекрывались относительно близко друг от друга, т.е. в пределах 1-4 пикселов с сохранением пятен размерами порядка доли пиксела и боковой окраски порядка пискела. В качестве альтернативы, на оптической траектории, на которой свет отражается от ПРП 312 (между переключателем поляризации 320 и складываемым зеркалом 316 или за складываемым зеркалом 316) может находиться (не показанный) реверсивный телеобъектив. Если на одной оптической траектории используется телеобъектив или реверсивный телеобъектив для регулирования кратности увеличения, можно корректировать радиальное искажение и трапецеидальное искажение конечного изображения путем поперечного смещения от оптической оси отдельных элементом или пары элементов.

На фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления СПП 400 для кинопроекции. Элементы СПП 400 могут являться аналогичными по типу и функции элементам СПП 100, проиллюстрированной на фиг.2А. Например, элементы 4xx аналогичны элементам 1xx, при этом xx означают последние две цифры в обозначении соответствующих элементов. В этом примере осуществления на оптической траектории, по которой свет распространяется через ПРП 412, может быть расположена пара 440 телеобъективов. В данном случае пара 440 телеобъективов расположена на оптической траектории с полем обзора, децентрализованным относительно оптической оси. Как описано выше, радиальное искажение и трапецеидальное искажение конечного изображения можно корректировать путем поперечного смещения от оптической оси отдельных элементом или пары 440 элементов.

На фиг.6 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП 500 для кинопроекции, в которой используется выход с круговой поляризацией. СПП 500 содержит пару 540 телеобъективов на оптической траектории с полем обзора, центрированным на оптической оси. В этом случае каждый переключатель 520 поляризации является переключателем круговой поляризации (или Z-экран), например, описанным в патенте US 4792850. Расположенные на каждой траектории выходные поляризаторы 542, 544 являются необязательными в зависимости от уровня контраста, требуемого от системы. Например, при использовании одного или обоих выходных поляризаторов может увеличиваться контраст изображения в системе. СПП 500 дополнительно имеет корпус 592, в котором помещается поляризационный расщепитель пучка (ПРП), вращатель 514 плоскости поляризации, отражающий элемент 516, переключатель 520, пара 540 телеобъективов и выходные поляризаторы 542, 544.

На фиг.7 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП 600 для кинопроекции с использованием линейно поляризованного выхода. В данном случае каждый переключатель 620 поляризации является ахроматическим переключателем линейной поляризации, описанным в патентной заявке US 11/424087 под названием "Achromatic Polarization Switches", поданной 14 июня 2006 г.; также производства ColorLink, Inc., Боулдер, штат Колорадо, США. Аналогично примеру, проиллюстрированному на фиг.6, выходные поляризаторы 642, 644 на каждой траектории, являются необязательными в зависимости от уровня контраста, требуемого от системы. Например, при использовании одного или обоих выходных поляризаторов может увеличиваться контраст изображения в системе. Кроме того, ахроматический вращатель 648 является необязательным в зависимости от ахроматических свойств переключателя 620 поляризации. СПП 600 дополнительно имеет корпус 692, в котором помещается поляризационный расщепитель пучка (ПРП), ахроматический вращатель 648, отражающий элемент 616, переключатель 620, пара 640 телеобъективов и выходные поляризаторы 642, 644.

На фиг.8 показана блок-схема другого варианта осуществления СПП 700 для кинопроекции, иллюстрирующая альтернативную конфигурацию, в которой поляризаторы 746, ахроматический вращатель 714 и переключатели 720 поляризации расположены за оптическими компонентами. Элементы СПП 700 могут являться аналогичными по типу и функции элементам СПП 100, проиллюстрированной на фиг.2А. Например, элементы 7xx аналогичны элементам 1xx, при этом xx означают последние две цифры в обозначении соответствующих элементов. СПП 700 дополнительно имеет корпус 792, в котором помещается поляризационный расщепитель пучка (ПРП) 712, ахроматический вращатель 714, отражающий элемент 716, переключатели 720, пара 740 телеобъективов и поляризаторы 746.

В процессе работы свет выходит из проекционного объектива 722 в направлении ПРП 712. P-поляризованный свет проходит через ПРП 712 в направлении пары 740 телеобъективов, а затем в направлении переключателя 720 поляризации. Между парой 740 телеобъективов и переключателем 720 поляризации может находиться необязательный выходной поляризатор 746 для увеличения контраста. S-поляризованный свет, отражаемый ПРП 712, пропускается в направлении складываемого зеркала 716, от которого он отражается в направлении ахроматического вращателя 714 преобразующего s-поляризованный свет в p-поляризованный свет, который затем проходит через необязательный выходной поляризатор 746. Затем p-поляризованный свет, выходящий из ахроматического вращателя 714, проходит через переключатель 720 поляризации. В этой конфигурации s-поляризованный свет, отражаемый ПРП 716, эффективно отражается с сохранением поляризации посредством складываемого зеркала 716. Тем самым уменьшается потребность в сохранении поляризации при распространении по траектории с изгибами и максимально увеличивается контраст. Для преобразования света, отражаемого от складываемого зеркала, в ортогональное состояние может использоваться 90° ахроматический вращатель 714 (возможно, на основе комплекта замедлителей). Для исключения отражения p-поляризованного света от ПРП 712, также, вероятно, желателен выходной поляризатор 746. Он предпочтительно расположен за ахроматическим вращателем 714 и тем самым снижает эффективность преобразования поляризации в зависимости от уровня контраста в системе.

СПП 700 обеспечивает высококонтрастное изображение на экране. В этом примере осуществления, центр конечного изображения на экране расположен на оптической оси проекционного объектива. В некоторых других вариантах осуществления центр конечного изображения может быть смещен от оптической оси, например, на половину высоты экрана ниже оптической оси проекционного объектива. В таких вариантах осуществления ПРП 712 может быть перемещен с целью перехвата всего света проекционного объектива 722, а складываемое зеркало 716 может быть наклонено для обеспечения надлежащего наложения двух изображений на экране. В этом варианте осуществления переключатель 720 поляризации разделен на два элемента (по одному на каждой траектории) с целью увеличения выхода; тем не менее, как описано ранее, в качестве альтернативы он может представлять собой единый блок.

На фиг.9 показана блок-схема, иллюстрирующая СПП 190 для кинопроекции. В одном из вариантов осуществления система 190 преобразования поляризации содержит поляризационный расщепитель пучка (ПРП) 112, вращатель 114 плоскости поляризации (например, полуволновую пластину), отражающий элемент 116 (например, складываемое зеркало) и переключатель 120 поляризации, расположенные, как проиллюстрировано. Система 190 преобразования поляризации может принимать изображения от традиционного проектора с проекционным объективом 122.

Система 190 преобразования поляризации может дополнительно иметь корпус 192, в котором помещается поляризационный расщепитель 112 пучка (ПРП), вращатель 114 плоскости поляризации, отражающий элемент 116 и переключатель 120.

В процессе работы пучки A, B и C лучей выходят из объектива 122 хаотически поляризованными и проецируются в направлении экрана 130 с целью формирования изображения. В этом варианте осуществления вместо поляризатора 22, показанного на фиг.1, используется ПРП 112. ПРП 112 пропускает p-поляризованный свет 124 и отражает s-поляризованный свет 126. P-поляризованный свет 124 проходит через переключатель поляризации (пучки A, B и C), который поворачивает плоскость его поляризации в виде чередующихся кадров, подобных пучкам A, B и C на фиг.1.

S-поляризованный свет 126, отражаемый ПРП 112, проходит через вращатель 114 плоскости поляризации (например, полуволновую пластину, предпочтительно ахроматическую в некоторых вариантах осуществления) и преобразуется в p-поляризованный свет 128. Новый p-поляризованный свет 128 падает на складываемое зеркало 116. Складываемое зеркало 116 отражает новый p-поляризованный свет 128, и он поступает в переключатель 120 поляризации. Переключатель 120 поляризации поворачивает плоскость поляризации p-поляризованных пучков A', B' и C' света в виде чередующихся кадров синхронно повороту плоскости поляризации пучков A, B и C. Положение пучков A', B' и C' на экране может корректироваться (например, путем регулировки наклона складываемого зеркала 116) таким образом, чтобы оно близко или точно совпадало с положением пучков A, B и C на экране. Поскольку почти весь хаотически поляризованный свет 106 проекционного объектива 122 отображается на экране 130 с одним состоянием поляризации, изображение, получаемое в системе, проиллюстрированной на фиг.9, является приблизительно в два раза более ярким, чем изображение на экране системы, проиллюстрированной на фиг.1.

В этом примере осуществления, ПРП 112 представлен на фиг.9 в виде пластины. Тем не менее, могут использоваться ПРП различных типов, как описано выше со ссылкой на фиг.2А и 2Б. Следует также отметить, что за ПРП 112 в виде наклонной пластины в системе может быть предусмотрена вторая плоская пластина с регулировкой наклона для уменьшения или корректировки астигматизм в конечном изображении.

В некоторых вариантах осуществления вращателем 114 плоскости поляризации на фиг.9 может являться ахроматическая полуволновая пластина. Полуволновая пластина может быть реализована в виде полимерных пленок (например, ахроматическая замедляющая пластина производства компании ColorLink, Inc., Боулдер, штат Колорадо, США), кварцевых пластин или статического жидкокристаллического устройства, необязательно структурированного с учетом геометрического изменения поляризации. Полуволновая пластина 114 может быть расположена, как показано на фиг.9, или в других вариантах осуществления может быть расположена между складываемым зеркалом 116 и переключателем 120 поляризации и пересекать пучки A', B' и C'. Этот вариант может быть желателен, поскольку пучки A', B' и C' отражаются от складываемого зеркала 116 в состоянии s-поляризации, при этом зеркала часто имеют более высокую способность отражать s-поляризованный свет. Тем не менее, при такой реализации полуволновая пластина 114 должна располагаться таким образом, чтобы пучки A' и C не перекрывались на пластине. Хотя в большинстве описанных вариантов осуществления вращатель 114 плоскости поляризации находится на второй траектории световых лучей, в качестве альтернативы, он может находиться на траектории световых лучей, при этом система преобразования поляризации будет действовать аналогичным образом в соответствии с принципами настоящей полезной модели.

В некоторых вариантах осуществления складываемое зеркало 116 может быть заменено элементом ПРП (например, пластиной из проволочной сетки). В этом случае за элементом ПРП может сохраняться высокая чистота поляризации.

Переключателем 120 поляризации может являться переключатель, описанный в патенте US 4792850; любой из переключателей, описанных в патентной заявке US 11/424087 под названием "Achromatic Polarization Switches", поданной 14 июня 2006 г., которые в обоих случаях во всей полноте и в любых целях в порядке ссылки включены в настоящую заявку, или любой другой известный из техники переключатель поляризации, который избирательно преобразует входящее состояние поляризации. В некоторых вариантах осуществления переключатель 120 поляризации может быть разделен (для увеличения выхода устройства). Если переключатель 120 поляризации разделен, желательно, чтобы оба устройства располагались таким образом, чтобы пучки A' и C на фиг.9 не перекрывались. За счет разделения переключателя 120 поляризации одна его часть может быть перемещена на оптическую траекторию A', B', C' между полуволновой пластиной 114 и складываемым зеркалом 116. За счет такого размещения переключателя 120 поляризации может потребоваться складываемое зеркало 116 с лучшими свойствами сохранения поляризации (например, с покрытием Silflex производства Oerlikon, Голден, штат Колорадо, США), поскольку оно может являться последним элементом на оптической траектории A', B', C' перед экраном.

В проиллюстрированной на фиг.9 системе 190 преобразования поляризации оптическая траектории пучка A' является более длинной, чем пучка A (аналогичным образом B'-B и C'-C), в результате чего возникает различие в увеличении изображений, формируемых пучками A', B', C' и A, B, C. Это различие в увеличении может являться неприемлемым для зрителей, в особенности, в широкоугольных и короткофокусных системах проекции. Некоторые методы корректировки этого различия в увеличении могут включать (1) использование на складываемом зеркале 116 искривленной поверхности с оптической мощностью, компенсирующей различие в увеличении; это решение является ахроматическим, что желательно; (2) использование на складываемом зеркале 116 дополнительной поверхности Френеля или дифракционной поверхности (которая необязательно может являться ахроматической) с оптической мощностью, компенсирующей различие в увеличении; (3) дополнительное размещение преломляющего элемента (объектива) между складываемым зеркалом 116 и переключателем 120 поляризации или между ПРП 112 и складываемым зеркалом 116; однолинзовый объектив, вероятно, не будет ахроматическим, но двухлинзовый объектив может являться ахроматическим; (4) использовании дополнительного телеобъектива, как показано на фиг.3 и 4; или (5) сочетание по меньшей мере двух из перечисленных четырех решений.

Хотя, как описано, p-поляризованный свет пропускается в направлении переключателя 120 поляризации, а s-поляризованный свет пропускается в направлении полуволновой пластины 114, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что может применяться альтернативная конфигурация, в которой s-поляризованный свет пропускается в направлении переключателя 120 поляризации, а p-поляризованный свет пропускается в направлении полуволновой пластины 114.

На фиг.10 показана блок-схема, иллюстрирующая СПП 195 для кинопроекции, аналогичную системе, показанной на фиг.9. В одном из вариантов осуществления система 195 преобразования поляризации содержит поляризационный расщепитель 112 пучка (ПРП), вращатель 114 плоскости поляризации (например, полуволновую пластину), отражающий элемент 116 (например, складываемое зеркало) и переключатель 120 поляризации, расположенные, как проиллюстрировано. Система 195 преобразования поляризации может принимать изображения от традиционного проектора с проекционным объективом 122, принимающим изображения от блока 196 обеспечения изображений проектора.

Система 195 преобразования поляризации может дополнительно содержать контроллер 199, поддерживающий связь с блоком 196 обеспечения изображений, обеспечивающим кадр изображения в проекторе, и дополнительно поддерживающий связь с переключателем 120 поляризации. Контроллер 199 способен синхронизировать переключатель 120 поляризации с передачей изображения от блока 196 обеспечения изображений проектора.

На фиг.11 показан вид в перспективе одного из вариантов осуществления СПП 1100. Элементы СПП 1100 могут являться аналогичными по типу и функции элементам СПП 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 190 и 195. Специалисты в данной области техники поймут, как различные элементы СПП 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 190 и 195 могут быть включены в СПП 1100, проиллюстрированную на фиг.11.

Используемый термин "кинопроекция" означает проекцию изображений с использованием методом фронтальной проекции и/или рирпроекции и включает без ограничения применение в кинотеатрах, домашних кинотеатрах, имитаторах, измерительной аппаратуре, проекционных бортовых индикаторах и других проекционных средах, в которых отображаются стереоскопические изображения.

Хотя выше описаны различные варианты осуществления и разновидности системы преобразования поляризации для стереоскопической проекции, подразумевается, что они представлены лишь в качестве примера, а не ограничения. Так, объем полезной модели(-ей) должен быть ограничен не каким-либо из описанных выше примеров его осуществления, а только каким-либо пунктом формулы полезной модели и ее эквивалентами, вытекающими из раскрытия. Кроме того, хотя в описанных вариантах осуществления раскрыты упомянутые преимущества и признаки, они не должны ограничивать применимость таких пунктов формулы полезной модели к процессам и конструкциям, в которых реализованы любые из упомянутых преимуществ.

Помимо этого, содержащиеся в описании заголовки разделов приведены в соответствии с рекомендациями Раздела 37, статьи 1.77 Свода федеральных нормативных актов США или для облегчения поиска информации. Эти заголовки не ограничивают и не описывают полезную модель(-и), заявленное в каком-либо из пунктов формулы полезной модели, который может вытекать из раскрытия. В частности и в качестве примера, хотя в описании содержится раздел под заголовком "Область техники, к которой относится полезная модель", формула полезной модели не должна быть ограничена содержанием этого раздела, в котором описана так называемая область техники. Кроме того, описание технологии в разделе "Предпосылки создании полезной модели" не должно считаться признанием того, что определенная технология является прототипом какой-либо полезной модели, раскрытой в настоящем описании. Раздел "Краткое изложение сущности полезной модели" также не должен рассматриваться в качестве описания полезной модели(-ей), заявленной в формуле полезной модели. Помимо этого, любое упоминание в настоящем описании "полезной модели" в единственном числе не должно использоваться для доказательства того, что в настоящем описании раскрыт лишь один обладающий новизной объект. В объем множества пунктов формулы полезной модели, вытекающих из настоящего описания, может входить множество полезных моделей, и соответственно в таких пунктах формулы полезной модели заявлено охраняемые ими полезные модели и эквиваленты. Во всех случая объем таких пунктов формулы полезной модели рассматривается согласно их существу в свете настоящего описания, и не должен быть ограничен приведенными в описании заголовками разделов.

Claims (18)

1. Система преобразования поляризации, содержащая:

поляризационный расщепитель пучка (ПРП), расположенный для приема пучков хаотически поляризованного света от проекционного объектива и направления первых пучков света с первым состоянием поляризации (СП) по первой траектории световых лучей и направления вторых пучков света со вторым СП по второй траектории световых лучей,

вращатель плоскости поляризации, находящийся на второй траектории световых лучей и преобразующий второе СП в первое СП, и

переключатель поляризации, расположенный для приема первых и вторых пучков света по первой и второй траекториям световых лучей соответственно, и избирательного преобразования состояния поляризации первого и второго пучков света в первое выходное СП или второе выходное СП.

2. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая отражающий элемент, находящийся на второй траектории световых лучей и направляющий вторые пучки света преимущественно в те же положения на проекционном экране, что и первые пучки света.

3. Система преобразования поляризации по п.1, в которой переключатель поляризации представляет собой единую панель для приема света по первой траектории световых лучей и второй траектории световых лучей.

4. Система преобразования поляризации по п.1, в которой переключатель поляризации представляет собой первую и вторую панели переключения поляризации, при этом первая панель переключения поляризации служит для приема света по первой траектории световых лучей, а вторая панель переключения поляризации служит для приема света по второй траектории световых лучей.

5. Система преобразования поляризации по п.4, дополнительно содержащая пару телеобъективов, находящихся на первой траектории световых лучей за первым переключателем поляризации.

6. Система преобразования поляризации по п.1, в которой первое выходное СП ортогонально второму выходному СП.

7. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая пару зеркал, находящихся на первой траектории световых лучей за переключателем поляризации и служащих для преимущественного выравнивания длины первой траектории световых лучей и второй траектории световых лучей.

8. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая контроллер, поддерживающий связь с проектором.

9. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая контроллер, поддерживающий связь с переключателем поляризации и проектором.

10. Система преобразования поляризации по п.1, дополнительно содержащая корпус, в котором помещается поляризационный расщепитель пучка (ПРП), вращатель плоскости поляризации и переключатель поляризации.

11. Система преобразования поляризации по п.1, в которой вращатель плоскости поляризации представляет собой комплект замедлителей.

12. Система преобразования поляризации, содержащая:

поляризационный расщепитель пучка, расположенный для направления света по первой и второй траекториям световых лучей и приема света от проектора,

вращатель поляризации, находящийся на второй траектории световых лучей,

отражающий элемент, находящийся на второй траектории световых лучей,

переключатель поляризации, расположенный на первой траектории световых лучей и на второй траектории световых лучей за отражающим элементом, который расположен для направления второй траектории световых лучей преимущественно в те же положения на проекционном экране, что и первой траектории световых лучей,

контроллер, поддерживающий связь с проектором, и

корпус, в котором преимущественно помещается поляризационный расщепитель пучка, вращатель поляризации, отражающий элемент и переключатель поляризации.

13. Система преобразования поляризации по п.12, в которой переключатель поляризации представляет собой единую панель для приема света по первой траектории световых лучей и второй траектории световых лучей.

14. Система преобразования поляризации по п.12, в которой переключатель поляризации представляет собой первую и вторую панели переключения поляризации, при этом первая панель переключения поляризации служит для приема света по первой траектории световых лучей, а вторая панель переключения поляризации служит для приема света по второй траектории световых лучей.

15. Система преобразования поляризации по п.10, дополнительно содержащая пару телеобъективов, находящихся на первой траектории световых лучей за первым переключателем поляризации.

16. Система проекции с использованием поляризованного света для кодирования стереоскопических изображений, содержащая:

проектор, содержащий проекционный объектив для подачи хаотически поляризованного света в систему преобразования поляризации,

систему преобразования поляризации, оптически связанную с проекционным объективом и содержащую:

поляризационный расщепитель пучка, расположенный для направления света по первой и второй траекториям световых лучей,

вращатель поляризации, находящийся на второй траектории световых лучей,

отражающий элемент, находящийся на второй траектории световых лучей, и

переключатель поляризации, находящийся на первой траектории световых лучей и на второй траектории световых лучей, при этом первая траектория световых лучей формирует изображение на проекционном экране, а отражающий элемент направляет свет по на второй траектории световых лучей в сторону проекционного экрана.

17. Система проекции по п.16, в которой переключатель поляризации находится за отражающим элементом на второй траектории световых лучей.

18. Система проекции по п.16, в которой переключатель поляризации находится перед отражающим элементом на второй траектории световых лучей.

Images