具有短投射比的立体三维投影系统技术方案

本发明专利技术涉及时分多路复用立体3d投影系统，其中来自数字电影投影仪的像束通过偏振分束元件分离为具有第一偏振状态的一个初级像束和具有第二偏振状态的至少一个次级像束。偏振调制器被提供以便对其所述初级像束和次级像束中的每一个的偏振状态进行调制，并且偏振调制器被布置为使得所有左眼图像具有第一偏振调制状态，而所有右眼图像具有第二偏振调制状态。附加地，提供了一个单轴聚光透镜和至少一个单轴扩展透镜，以将其所述初级像束和次级像束中的每一个的光学路径长度最小化，从而使得与其他现有技术相比，根据本发明专利技术的所述立体3d投影系统能够与具有较短投射比的投影仪一起操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有短投射比的立体三维投影系统相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月11日提交的美国临时申请号62/570,924的优先权的权益，其通过引用并入本文。
本专利技术涉及具有短投射比的立体三维(3d)投影系统，并且更具体地涉及时分多路复用立体3d投影系统，时分多路复用立体3d投影系统被设计为在与数字电影激光投影仪一起使用时，提供具有良好光学质量和屏幕上均匀性的立体3d图像。
技术介绍
立体三维(3d)投影系统已使用了很多年。一种本领域已知的并且例如在日期为2006年1月23日的、题为“AchromaticPolarizationSwitches”的美国专利号US7528906B2中描述的技术描述了如何将偏振调制器放置在单透镜投影仪(例如，3芯片DLP数字电影投影仪等)的前部。投影仪被布置为生成单个像束，该单个像束包括以通常为144Hz(赫兹)的高速度快速连续地交替的左眼图像和右眼图像。偏振调制器将光学偏振状态赋予由所述投影仪生成的图像，并且所述偏振调制器与所述投影仪同步地操作，以使得所有左眼图像具有第一圆偏振状态，并且使得所有右眼图像具有第二圆偏振状态，其中所述第一和第二圆偏振状态相互正交(即，具有相对的旋转方向，例如，所述第一光学状态包括顺时针或右旋圆偏振，所述第二光学状态包括逆时针或左旋圆偏振)。此后，将所述左眼图像和右眼图像聚焦在诸如银幕或其他屏幕的保偏投影屏幕的表面上，从而使得能够通过利用无源圆偏振观测镜来观看时分多路复用立体3d图像。此外，本领域技术人员将知道，所述偏振调制器可以包括堆叠在一起的至少一个或多个液晶元件来实现所需的电光切换特性。用于实现该指标的本领域已知的并且例如在日期为2005年12月6日的、题为“EnhancedZScreenmodulatortechniques”的美国专利号US7477206B2中描述的一种技术描述了所述偏振调制器如何可以包括以相互交叉的定向堆叠在一起的两个单独的pi单元液晶元件，使得第一pi单元中的表面对准指向器与其第二pi单元中的表面对准指向器正交。Pi单元液晶元件是本领域已知的，并且特征在于每个衬底上的表面对准指向器相互平行地对准。因此，在至少一种光学状态下，构成所述pi单元的液晶材料在所述衬底之间形成螺旋结构，螺旋结构的总扭转为180度(即，pi或π弧度)。关于pi单元液晶元件的设计和功能的详细描述可以在根据现有技术的文献中的其他地方找到。此外，每个pi单元液晶元件可以例如在第一光学状态和第二光学状态之间快速切换，第一光学状态具有在以高电压(例如，25伏特)驱动时基本上等于零的光学延迟值，以将所述液晶材料切换到垂直纹理，第二光学状态具有在以低电压(例如，3伏特)驱动时基本上等于140nm(纳米)的光学延迟值，以将所述液晶材料切换到倾斜纹理。垂直纹理的特征在于所述液晶材料的分子轴基本垂直于所述衬底的表面对准，而倾斜纹理的特征在于所述分子轴与所述衬底基本平行地对准，并且此外所述液晶材料内的扭转基本上等于零。此外，所述pi单元液晶元件能够以大于通常250μs(微秒)的高速度在其第一光学状态和第二光学状态之间快速切换，因此在根据现有技术设计这样的偏振调制器时经常使用。本领域技术人员还将知道，当所述pi单元液晶元件具有基本等于140nm的延迟值时，所述pi单元构成针对可见波长光谱(即，绿色波长)的中心部分的光学四分之一波板(QWP)，并因此将入射的线性偏振可见光转换为圆偏振。因此，通过将相互交叉定向的两个单独的pi单元液晶元件与位于所述堆叠的输入表面处的线性偏振滤光片堆叠在一起，以将由所述投影仪生成的初始随机偏振(即，非偏振)入射光首先转换为线性偏振，则由所述投影仪生成的图像可以根据现有技术，通过相互异相地操作所述pi单元液晶元件，而在左右圆偏振状态之间快速调制。具体地，根据现有技术，当所述第一pi单元以高电压操作(即，液晶材料被切换为所述垂直纹理)时，所述第二pi单元同时以低电压操作(即，液晶材料被切换为所述倾斜纹理)，反之亦然。然而，由于通常的3芯片DLP数字电影投影仪生成的图像初始是随机偏振的(即，非偏振)，因此位于所述偏振调制器的输入表面处的线性偏振滤波器将吸收由所述投影仪初始生成的入射光的大约50％。因此，根据现有技术，这将显著降低所述单个像束系统的总体光学光效率，从而导致创建严重缺乏屏幕上图像亮度的立体3d图像。本领域已知的用于增加立体3d投影系统的整体光学光效率且例如在日期为2006年10月18日的、题为“CombiningPandSraysforbrightstereoscopicprojection”的美国专利号US7857455B2中描述并再次在日期为2006年9月29日的、题为“Polarizationconversionsystemsforstereoscopicprojection”的美国专利号US8220934中描述的一个技术使用偏振分束元件，以将入射的随机偏振入射像束(由单透镜投影仪生成)分解为一个初级像束(在与所述原始入射像束相同的方向上传播并具有第一线性偏振状态)和一个次级像束(在与所述入射像束垂直的方向上传播并且具有第二线性偏振状态)，其中所述第一线性偏振状态与所述第二线性偏振状态相互正交。此后，反射镜或其他方式被用于修改所述次级像束的光学路径并将所述次级像束朝向投影屏幕的表面偏转，从而使得所述初级像束和次级像束能够均被布置为在其所述投影屏幕的表面上在很大程度上相互重叠。根据现有技术的这种双像束系统因此使得能够使用构成由所述投影仪生成的所述初始入射像束的两个偏振分量，以重建整个屏幕上图像，从而增加了所产生的图像亮度。附加地，通常需要偏振旋转器，以将所述次级像束的线性偏振状态旋转大致90度，并确保此后所述初级像束和次级像束均具有相同的线性偏振状态。此外，一个或多个偏振调制器然后被放置在其所述初级像束和次级像束中的至少一个的光学路径内，并与所述投影仪同步操作来使得所有左眼图像具有第一圆偏振状态且所有右眼图像具有第二圆偏振状态，其中所述第一圆偏振状态和第二圆偏振状态相互正交。因此，通过利用无源圆偏振观察镜，可以在所述投影屏幕的表面上观察到立体3d图像。然而，根据现有技术的上述双像束系统具有的缺点在于，在所述初级像束和次级像束之间存在较大的光程长度差，因此通常为了补偿所述光程长度差，需要使用远摄透镜对。远摄透镜是如下的光学透镜：其具有相对较长的焦距，并且可以将入射的且相互平行的光束聚焦到基本上单个点(即，焦点)。远摄透镜因此被要求具有至少一个表面，该至少一个表面同时围绕两个相互正交的轴线弯曲来创建球形或椭圆形表面(例如，所述表面同时围绕水平轴线和竖直轴线弯曲)。然而，这样的球形或椭圆形透镜通常遭受高水平的光学像差的困扰，并且也相对难以制造，这增加了整个系统的复杂性和成本。本领域的技术人员还将理解，以上描述的前述双像束系统也将在所述投影仪可实现的最小投射比方面受到限制。投射比定义为所述投影仪的透镜与所述屏幕表面之间的距离D除以在所述屏幕上创建的图像的宽度W(即，投本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时分多路复用立体3d投影系统，包括：/n投影仪，所述投影仪发射入射像束，所述入射像束包括快速连续交替的左眼图像和右眼图像；/n偏振分束元件，所述偏振分束元件被布置为将所述入射像束分离为一个初级像束和至少一个次级像束，所述一个初级像束基本上在与所述入射像束相同的方向上传播并且具有第一偏振状态，所述至少一个次级像束基本上在与所述入射像束相互正交的方向上传播并且具有第二偏振状态；/n反射表面，所述反射表面可操作以将所述初级像束和所述次级像束中的至少一个像束的光学路径朝向保偏投影屏幕的表面偏转；/n至少一个偏振调制器，所述至少一个偏振调制器被放置在所述初级像束和所述次级像束中的每个像束的所述光学路径内，并且被布置为：与由所述投影仪生成的图像同步地，将所述初级像束和所述次级像束中的每个像束的所述偏振状态在第一偏振调制状态和第二偏振调制状态之间进行调制；/n单轴聚光透镜，所述单轴聚光透镜被置于所述入射像束的所述光学路径内，并且位于所述投影仪和所述偏振分束元件之间；以及/n至少一个单轴扩展透镜，至少一个单轴扩展透镜被置于所述初级像束和所述次级像束中至少一个像束的所述光学路径内，并且位于所述偏振分束元件和所述保偏投影屏幕之间。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171011 US 62/570,9241.一种时分多路复用立体3d投影系统，包括：
投影仪，所述投影仪发射入射像束，所述入射像束包括快速连续交替的左眼图像和右眼图像；
偏振分束元件，所述偏振分束元件被布置为将所述入射像束分离为一个初级像束和至少一个次级像束，所述一个初级像束基本上在与所述入射像束相同的方向上传播并且具有第一偏振状态，所述至少一个次级像束基本上在与所述入射像束相互正交的方向上传播并且具有第二偏振状态；
反射表面，所述反射表面可操作以将所述初级像束和所述次级像束中的至少一个像束的光学路径朝向保偏投影屏幕的表面偏转；
至少一个偏振调制器，所述至少一个偏振调制器被放置在所述初级像束和所述次级像束中的每个像束的所述光学路径内，并且被布置为：与由所述投影仪生成的图像同步地，将所述初级像束和所述次级像束中的每个像束的所述偏振状态在第一偏振调制状态和第二偏振调制状态之间进行调制；
单轴聚光透镜，所述单轴聚光透镜被置于所述入射像束的所述光学路径内，并且位于所述投影仪和所述偏振分束元件之间；以及
至少一个单轴扩展透镜，至少一个单轴扩展透镜被置于所述初级像束和所述次级像束中至少一个像束的所述光学路径内，并且位于所述偏振分束元件和所述保偏投影屏幕之间。


2.根据权利要求1所述的时分多路复用立体3d投影系统，其中所述单轴聚光透镜具有围绕单个轴线弯曲的至少一个表面。


3.根据权利要求1所述的时分多路复用立体3d投影系统，其中所述至少一个单轴扩展透镜具有围绕单个轴线弯曲的至少一个表面。


4.根据权利要求1所述的时分多路复用立体3d投影系统，其中所述第一偏振调制状态是左圆偏振，并且所述第二偏振调制状态是右圆偏振。


5.根据权利要求1所述的时分多路复用立体3d投影系统，其中所述第一偏振调制状态和所述第二偏振调制状态中的每个偏振调制状态包括线性偏振。


6.根据权利要求1所述的时分多路复用立体3d投影系统，其中所述第一偏振调制状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·帕尔默，
申请(专利权)人：VOLFONI研发公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR