[发明专利]用于创建3D图像的多段光学延迟器

说明书

技术领域

本发明一般涉及多段光学延迟器，尤其是涉及用于创建3D图像的多段光学延迟器。

发明背景

提出了创建观看者所感觉到的逼真的三维(3D)图像的各种技术。通常，这些技术中的大多数涉及使用图像投影仪来将立体图像投影在远程显示屏上。例如，来源于分离开小角度的两个电影摄像机的原始电影内容可用于产生立体效应。当观看者使用不同的眼睛处理来自每个摄像机的图像时，观看者将这两个相关的视点解释为对应场景的3D图像。如本领域中公知的，当观看者使用3D眼镜观看图像时，可识别对应于这两个视点的3D图像。

在有源3D图像技术中，眼镜一般被供电并包括移动或可转换的元件。不幸的是，这些系统可能非常昂贵。此外，因为眼镜必须精确地与将图像发送到显示器的投影仪同步，实现眼镜和信号源之间的必要的同步是具有挑战性的。

在无源3D图像技术中，观看者一般佩带低成本眼镜，其没有任何有源或被供电的部件，而是提供可区分开投影在屏幕上的两个图像的某种光学效应。例如，包括公知的红蓝眼镜的立体电影眼镜可用于区分由两个颜色层组成的、重叠的但相对于彼此偏移的图像。不幸的是，这种技术有严重的限制，包括由于使用带色彩的眼镜而产生的差的颜色保真度。因此，在基于偏振的无源3D图像技术方面有持续的兴趣。

传统上，基于偏振的3D图像技术需要两个投影仪，其中每个投影仪用于重叠显示屏上的不同视点。更具体地，每个投影仪包括或耦合到偏振器/延迟器，使得对应于两个不同视点的图像以不同的偏振状态被投影。例如，在一个实施例中，每个投影仪包括线偏振器，使得这两个视点使用具有正交偏振状态的光被投影。更一般地，每个投影仪包括圆偏振器，使得这两个视点使用左和右圆偏振光被投影(例如，圆偏振技术具有优于线偏振方法的优点，因为观看者能够倾斜他们的头并自然地看周围，而不妨碍3D感觉)。在每种情况下，显示屏一般被处理以保持偏振状态(例如，是例如涂有银或铝的偏振维持平幕)。对应的无源3D眼镜一般包括两个偏振滤波器，其中每个只允许具有某个偏振的光通过(例如，一个透镜是允许右圆偏振光通过的圆偏振器，而另一透镜是允许左圆偏振光通过的圆偏振器)。不幸的是，这个投影系统也是昂贵的，因为它一般需要两个投影仪。而且，如果使用两个投影仪，它们必须非常精确地对齐，使得两个图像在显示屏上正确地对齐。

最近得到更多的注意的另一基于偏振的3D图像技术使用单个投影仪，并包括布置在投影仪透镜前方的推拉式电光液晶调制器。推拉式调制器的左和右透视场以足够快的速率交替地产生左和右(或右和左)旋圆偏振光，以对观看者产生通常无闪烁的立体效应。例如，在专利号为4,792,850和7,477,206的美国专利中讨论了用在投影系统中的推拉式电光液晶调制器的一些例子。虽然这些系统的成本由于使用单个投影仪而减小，推拉式调制器的使用与不足的图像清晰度、低动态范围、慢过渡时间、差的透射特征和其它性能问题相关，特别是当用在剧场环境中时。

在美国专利申请号200502374487中，结合色轮组件使用单个投影仪，以提供立体成像。色轮组件包括能够使光在第一方向上偏振的第一部分和能够使光在第二方向上偏振的第二部分。色轮旋转过不同的颜色和偏振方向，以提供立体图像。虽然该成像系统的成本也相对于双投影仪系统减小了，该系统的成功被预期由色轮的两个偏振部分的旋转所限制。特别是，注意，当每个偏振部分绕着公共旋转轴旋转时，每个偏振器的一致的快轴方向对于特定的照明场将随着时间改变。更具体地，入射在色轮上的预定斑点上的光将以带有随时间变化的偏振的形式被透射，包括不是上面讨论的所期望的第一和第二方向之一的偏振。

发明内容

本发明涉及可与用于创建3D图像的单个投影仪一起使用或用在单个投影仪中的多段光学延迟器。多段光学延迟器耦合到用于实现多段光学延迟器的某个预定的线性、旋转或振荡运动的致动器，使得每段的快轴方向随着时间变化并在给定的入射区域内相对于自身基本上是恒定的。例如，在一个实施例中，多段光学延迟器是机械地旋转的分段四分之一波片涡流延迟器，其结合静止的线偏振器或静止的方位角变化的偏振器被使用。

有利地，本发明的多段光学延迟器为家庭娱乐中心或大规模影院提供产生3D图像的节约成本的方法。通常，多段光学延迟器可为在市场上可买到的前投影仪的部分，或也许被设置为售后市场3D转换工具箱的部分。