ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С МАЛЫМИ ЗАДНИМИ ФОКУСНЫМИ РАССТОЯНИЯМИ Российский патент 2017 года по МПК G02B27/26 G03B21/14 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка является трансформированной заявкой, приоритет которой испрашивается на основании предварительной патентной заявки US 61/507959 под названием "Compact polarization converting stereoscopic projection", поданной 14 июля 2011 г., и предварительной патентной заявки US 61/508428 под названием "Wide throw ratio polarization converting stereoscopic projection system", поданной 15 июля 2011 г., и заявкой-частичным продолжением патентной заявки US 12/118640, под названием "Polarization Conversion System and Method for Stereoscopic Projection", поданной 9 мая 2008 г., на основании которой испрашивается ее приоритет, при этом все они в порядке ссылки во всей полноте включены в настоящую заявку. В соответствии со статьей 1.7(b) Раздела 37 Свода федеральных нормативных актов США датой подачи настоящей заявки является понедельник, 16 июля 2012 г., на который приходится первый рабочий день по истечении одного года со дня подачи предварительных патентных заявок 61/507959 и 61/508428.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к оптическим системам, более точно, к технологиям и компонентам двухмерной и трехмерной проекций.

Предпосылки создания изобретения

Проекционные технологии могут включать функциональные возможности, позволяющие размещать, просматривать, проецировать и/или отображать трехмерное (3D) содержание. Известны стереоскопические проекционные системы с активным и пассивным преобразованием поляризации, описанные в находящихся в совместной собственности патентах US 7905602 и 7959296 и патентных заявках US 12/118640 и 13/034643, которые во всех случаях в порядке ссылки во всей полноте включены в настоящую заявку.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном из примеров осуществления оптическая система может содержать источник формируемого изображения, способный излучать свет, релейный элемент, способный принимать свет от источника формируемого изображения, и проекционный объектив. Релейный элемент может быть сконфигурирован на формирование промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности проекционного объектива, при этом расстоянием между фокальной точкой промежуточного изображения и входной поверхностью проекционного объектива является заднее фокусное расстояние. Проекционный объектив может быть способен проецировать промежуточное изображение.

В другом примере осуществления оптическая система может содержать источник формируемого изображения, способный излучать свет, релейный элемент, способный принимать свет от источника формируемого изображения, узел поляризационного расщепителя пучка и первый и второй проекционные объективы, расположенные вблизи первого и второго выходных отверстий узла поляризационного расщепителя пучка, соответственно. Релейный элемент может быть сконфигурирован на формирование первого промежуточного изображения с фокальной точкой между первым выходным отверстием узла поляризационного расщепителя пучка и первым проекционным объективом, при этом расстоянием между фокальной точкой первого промежуточного изображения и входной поверхности первого проекционного объектива является первое заднее фокусное расстояние. Релейный элемент может быть сконфигурирован на формирование второго промежуточного изображения с фокальной точкой между вторым выходным отверстием узла поляризационного расщепителя пучка и вторым проекционным объективом, при этом расстоянием между фокальной точкой второго промежуточного изображения и входной поверхностью второго проекционного объектива является второе заднее фокусное расстояние. Первый и второй проекционные объективы могут быть способны проецировать первое и второе промежуточные изображения, соответственно.

В другом примере осуществления оптическая система может содержать источник формируемого изображения, способный излучать свет, релейный элемент, способный принимать свет от источника формируемого изображения, проекционный объектив и систему преобразования поляризации. Релейный элемент может быть сконфигурирован на формирование промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности проекционного объектива, при этом расстоянием между фокальной точкой промежуточного изображения и входной поверхностью проекционного объектива является заднее фокусное расстояние. Проекционный объектив может быть способен проецировать промежуточное изображение через систему преобразования поляризации, которая может быть способна преобразовывать свет, представляющий собой промежуточное изображение, в однополярное состояние и излучать преобразованный свет по первому и второму оптическим путям.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления в качестве примера проиллюстрированы на сопровождающих чертежах, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых:

на фиг. 1А показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления оптической системы согласно настоящему изобретению,

на фиг. 1Б показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления двухпроекторной оптической системы согласно настоящему изобретению,

на фиг. 2А показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления оптической системы согласно настоящему изобретению, имеющей узел поляризационного расщепителя пучка,

на фиг. 2Б показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления двухпроекторной оптической системы согласно настоящему изобретению, имеющей узел поляризационного расщепителя пучка,

на фиг. 3А показана блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления оптической системы согласно настоящему изобретению, имеющей узел поляризационного расщепителя пучка, и

на фиг. 3Б показана блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления двухпроекторной оптической системы согласно настоящему изобретению, имеющей узел поляризационного расщепителя пучка.

Подробное описание

Растущий спрос на размещение, просмотр, проецирование и/или отображение трехмерного (3D) содержания может стимулировать потребность в улучшении рабочих характеристиках проекционной технологии и снижении ее стоимости. Размер проекционного объектива и некоторых оптических компонентов, таких как система преобразования поляризации (PCS) проекционной системы может сказываться как на характеристиках, так и стоимости. У крупных проекционных объективов и PCS могут быть ограничены характеристики контрастности и проекционное отношение. Проекционное отношение, определяемое как расстояние от проектора до экрана, деленное на ширину экрана, может быть ограничено в силу практических ограничений, связанных с размером оптических компонентов. Стоимость проекционной системы может увеличиваться из-за увеличенной стоимости более крупных компонентов.

Размер системы преобразования поляризации (PCS) может определяться по меньшей мере соответствующим проекционным отношением, местоположением выходного зрачка проекционного объектива и размером выходного зрачка проекционного объектива. Размер выходного зрачка может определяться диафрагменным числом (или числовой апертурой) проекционного объектива и проекционным отношением посредством оптического инварианта. Факторы, которые сказываться на размере проекционного объектива и некоторых оптических компонентов проекционной системы, включают без ограничения соответствующее проекционное отношение, диафрагменное число и заднее фокусное расстояние (BFL). Проекционное отношение может определяться геометрией зрительного зала. Диафрагменное число может определяться оптической системой панелей и освещения.

BFL может определяться архитектурой системы. В проекторах, в которых используются пространственные модуляторы света, например, микрозеркальные панели DLP, между панелью и проекционным объективом по различным причинам, включающим управление освещением и цветом, может применяться планарная стеклянная оптика. Проекционные объективы для этих проекторов могут иметь большие BFL, обеспечивающие пространство для оптической системы управление освещением и цветом между панелью и объективом.

Тем не менее, из-за большого заднего фокусного расстояния (BFL) для размещения оптической системы управления освещением и цветом в PCS проекционной системы может увеличиваться размер проекционного объектива и других оптических компонентов. Из-за большого BFL объектив может иметь большую огибающую, чем у объектива с меньшим BFL. В свою очередь, из-за большей огибающей объектива с большим BFL выходной зрачок объектива может располагаться дальше от вершины передней поверхности объектива. В этом примере свет, излучаемый объективом, может иметь большую площадь проекции и влиять на размер последующих компонентов PCS.

Перед тем, как перейти к подробному рассмотрению описанных вариантов осуществления, следует отметить, что применение или создание изобретение не ограничено конкретными проиллюстрированными подробностями, и возможны другие варианты осуществления. Кроме того, особенности изобретения могут излагаться в различных сочетаниях и компоновках, образующих единственные в своем роде варианты осуществления. Помимо этого, используемая терминология имеет целью описание, а не ограничение изобретения.

В одном из примеров осуществления настоящего изобретения может использоваться релейный элемент, такой как один или несколько промежуточных объективов для формирования промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности проекционного объектива, за счет чего обеспечивается относительно малое BFL. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения может использоваться релейный элемент, по меньшей мере один проекционный объектив с малым BFL и узел поляризационного расщепителя пучка (PBS). В одном из таких вариантов осуществления может быть уменьшен размер проекционного объектива и PCS и может быть повышена однородность и полная величина контрастности системы.

На фиг. 1 показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления оптической системы 100. Оптическая система 100 может содержать источник 101 формируемого изображения, способный излучать свет, и релейный элемент 103, способный прямо или опосредованно принимать свет от источника 101 формируемого изображения. Источник 101 формируемого изображения может содержать источник освещения, такой как источник лазерного излучения, ламповый источник или источник, содержащий светоизлучающие диоды. В одном из вариантов осуществления источник 101 изображения может содержать любую известную из техники панель формирования изображений, включая, например, пространственный модулятор или отражательное микрозеркальное устройство. В одном из вариантов осуществления между источником 101 формируемого изображения и релейным элементом 103 может размещаться оптический элемент 102 для регулирования освещения или цвета освещения источника 101 формируемого изображения или освещения или цвета освещения, поступающего от источника 101 формируемого изображения. Оптическая система 100 может дополнительно содержать проекционный объектив 105, способный проецировать промежуточное изображение 104. Как показано на фиг. 1, релейный элемент 103 может отображать источник 101 изображения посредством оптической системой 102 управление освещением и цветом, и может создавать промежуточное реальное изображение 104 источника 101 формируемого изображения. В одном из примеров осуществления релейный элемент 103 сконфигурирован на формирование промежуточного изображения 104 с фокальной точкой вблизи входной поверхности 107 проекционного объектива 105. Расстоянием между фокальной точкой промежуточного изображения 104 и входной поверхностью 107 проекционного объектива 105 может определяться заднее фокусное расстояние 108.

Проекционный объектив 105 может размещаться после промежуточного изображения 104 и может проецировать свет или изображение на экран (не показанный). Проекционным объективом 105 может являться объектив различных типов, такой как без ограничения объектив с переменным фокусным расстоянием, объектив с постоянным фокусным расстоянием и т.д. В одном из вариантов осуществления после проекционного объектива 105 может размещаться PCS 106 на основе компонентов активной переполяризация или пассивной поляризации. За счет использования релейного элемента 103 и относительно короткого проекционного объектива 105 его входной зрачок 111 может быть приближен к входному отверстию 112 PCS 106. За счет этой конфигурации может уменьшаться площадь проекции света при его прохождении по двум оптическим путям PCS 106. Соответственно, PCS 106 может использоваться при больших проекционных отношениях или, в качестве альтернативы, при заданном проекционном отношении может быть уменьшен размер PCS 106.

Релейный элемент 103 может содержать любой известный из техники промежуточный объектив, включая, промежуточный объектив, описанный в патенте US 7317578, который в порядке ссылки во всей полноте включен в настоящую заявку. Проекционным объективом 105 может являться любой известный из техники проекционный объектив, включая проекционные объективы, описанные в статье J. Brian Caldwell и Ellis I. Betensky, Compact, wide range, telecentric zoom lens for DMD projectors, IODC Technical Digest, стр. 78 (1998 г.), которая в порядке ссылки во всей полноте включена в настоящую заявку. В одном из вариантов осуществления релейный элемент 103 и проекционный объектив 105 могут независимо оптимизироваться с целью коррекции аберраций безотносительно остальных характеристик объектива. В одном из вариантов осуществления оба объектива могут быть сконструированы таким образом, чтобы противоположные аберрации в обоих объективах компенсировали или преимущественно сводили к нулю полную аберрацию. Кроме того, релейный элемент 103 и проекционный объектив 105 могут быть рассчитаны на большее диафрагменное число и более высокое пропускание, когда в качестве источника освещения в источнике 101 формируемого изображения используются лазеры. В одном из вариантов осуществления PCS 106 может содержать противоотражательные элементы, зеркала или покрытия поляризационного расщепителя пучка, оптимизированные в расчете на узкополосное лазерное излучение.

В одном из вариантов осуществления оптическая система 100 может быть сконфигурирована на проекцию стереоскопических изображений. Релейный элемент 103 может иметь большое заднее фокусное расстояние для отображения источника 101 формируемого изображения посредством оптической системы 102 управление освещением и цветом, а проекционный объектив 105 может иметь небольшое заднее фокусное расстояние для уменьшения расстояние между выходным зрачком и вершиной выходной поверхности проекционного объектива 105. Система 106 преобразования поляризации может преобразовывать произвольно или частично поляризованный свет в однополярное состояние по двум отельным оптическим путям для наложения на экран (не показанный).

В оптической системе 100 могут использоваться активно модулируемые PCS или PCS на основе пассивных компонентов. PCS 106 может быть сконфигурирована, как описано в находящейся в совместной собственности патентной заявке US 12/118640, которая в порядке ссылки включена в настоящую заявку. Как показано на фиг. 1, PCS 106 может содержать поляризационный расщепитель 120 пучка, способный расщеплять свет, принимаемый от проекционного объектива 105, на два пути. PCS 106 также может содержать отражатель 122, направляющий свет по первому пути в том же направлении, что и по второму световому пути. PCS 106 может содержать объективы 130 и 132, сконфигурированные преимущественно на согласованное увеличение изображений, проецируемых по первому и второму оптическим путям. В одном из вариантов осуществления PCS 106 может дополнительно содержать поляризационные элементы 126 и 128 на первом и втором световых путях, соответственно, каждый из которых может содержать модулятор (не показанный), способный с возможностью переключения модулировать проходящий через него свет и в определенной временной последовательности излучать свет с преимущественно ортогональными состояниями поляризации. Поляризационный элемент 128 может дополнительно содержать поляризаторы (не показанные) и устройство поворота плоскости поляризации (не показанное), оптически предшествующее модулятору поляризационного элемента 128. Устройство поворота поляризационного элемента 128 может изменять состояние поляризации на втором пути приблизительно и преимущественно согласованно с состоянием поляризации на первом пути. В одном из вариантов осуществления модуляторы поляризационных элементов 126 и 128 способны последовательно излучать свет с первым и вторым ортогональными состояниями поляризации в направлении экрана (не показанного) и тем самым обеспечивать стереоскопические изображения.

В одном из вариантов осуществления модуляторы поляризационных элементов 126 и 128 могут быть заменены одним единым модулятором поляризации (не показанным), способным модулировать свет как на первом, так и втором путях. В одном из вариантов осуществления, каждым из модуляторов поляризационных элементов 128 и 126 может являться активный ZScreen, описанный в находящемся в совместной собственности патенте US 4792850, который в порядке ссылки включен в настоящую заявку. В одном из вариантов осуществления каждым из модуляторов поляризационных элементов 128 и 126 может являться переключатель поляризации, описанный в находящемся в совместной собственности патенте US 7528906, который в порядке ссылки включен в настоящую заявку.

В одном из вариантов осуществления модулятор поляризационного элемента 128 может быть сконфигурирован на излучение света преимущественно с ортогональными состояниями круговой поляризации. В одном из таких вариантов осуществления поляризационный элемент 128 также может содержать четвертьволновую пластинку (не показанную), оптически следующую за модулятором поляризационного элемента 128, для создания преимущественно ортогональных состояний линейной поляризации света с круговой поляризацией, выходящего из поляризационного элемента 128. Состояния линейной поляризации накапливают меньшую фазу после отражения от зеркала 122, и затем могут снова преобразовываться в состояния круговой поляризации четвертьволновой фазовой пластинкой 124 PCS 106. За счет этого может обеспечиваться система с более высоким контрастом, когда поляризационный элемент 128 размещается в выходном отверстии узла 120 PBS. В другом варианте осуществления поляризационный элемент 128 может быть смещен в положение четвертьволновой фазовой пластинки 124, которая может быть исключена вместе с четвертьволновой пластинкой поляризационного элемента 128, как описано в находящейся в совместной собственной патентной заявке US 12/118640.

На фиг. 1Б показана блок-схема, иллюстрирующая один из примеров двухпроекторной оптической системы 150. Оптическая система 150 содержит две подсистемы 190, 195 проекции, каждая из которых может иметь архитектуру, сходную с архитектурой оптической системы 100. Такая двухпроекторная система может обеспечивать по меньшей мере одно из следующего: 1) увеличение яркости при заданном размере экрана; 2) увеличение размера экрана при заданной яркости; 3) какое-либо сочетание 1) и 2); или 4) компоновку множества изображений на экране с целью получения изображения с более высоким разрешением. В одном из вариантов осуществления PCS 106 могут быть заменены пассивными поляризаторами и/или фазовыми пластинками, что позволяет подсистеме 190 проекции проецировать свет преимущественно с первым состоянием поляризации, при этом вторая подсистема 195 проекции проецирует свет преимущественно с ортогональным состоянием поляризации.

На фиг. 2А показана блок-схема, иллюстрирующая один из примеров осуществления оптической системы 200. Оптическая система 200 может содержать источник 201 формируемого изображения, способный излучать свет, и релейный элемент 203, способный прямо или опосредованно принимать свет от источника 201 формируемого изображения. Источник 201 формируемого изображения может содержать источник освещения, такой как источник лазерного излучения, ламповый источник или источник, содержащий светоизлучающие диоды. В одном из вариантов осуществления источник 201 изображения может содержать любую известную из техники панель формирования изображений, включая, например, пространственный модулятор или отражательное микрозеркальное устройство. В одном из вариантов осуществления между источником 201 формируемого изображения и релейным элементом 203 может размещаться оптический элемент 202 для регулирования освещения или цвета светового изображения, поступающего от источника 201 формируемого изображения.

Оптическая система 200 может дополнительно содержать узел 204 поляризационного расщепителя пучка и первый и второй проекционные объективы 206a, 206b, расположенные вблизи первого и второго выходных отверстий 209a, 209b узла 204 поляризационного расщепителя пучка, соответственно. Как показано на фиг. 2А, релейный элемент 203 может отображать источник 201 изображения посредством оптической системой 202 управление освещением и цветом, и может создавать промежуточные реальные изображения 205a, 205b источника 201 формируемого изображения. В одном из примеров осуществления релейный элемент 203 сконфигурирован на формирование первого промежуточного изображения 205a с фокальной точкой между первым выходным отверстием первым выходным отверстием 209 узла 204 поляризационного расщепителя пучка и первым проекционным объективом 206a. Расстоянием между фокальной точкой первого промежуточного изображения 205a и входной поверхностью 211 первого проекционного объектива 206a может определяться заднее фокусное расстояние 210a. В одном из примеров осуществления релейный элемент 203 также сконфигурирован на формирование второго промежуточного изображения 205b с фокальной точкой между вторым выходным отверстием 209b узла 204 поляризационного расщепителя пучка и вторым проекционным объективом 206b. Расстоянием между фокальной точкой второго промежуточного изображения 205b и входной поверхностью 211b второго проекционного объектива 206b может определяться заднее фокусное расстояние 210b.

Узел 204 PBS может быть способе принимать свет от релейного элемента 203 и излучать преимущественно ортогонально поляризованный свет по меньшей мере по двум различным оптическим путям. Как показано на фиг. 2А, узел 204 может содержать отражающие поверхности 212 для перенаправления обоих оптических путей таким образом, чтобы они проходили приблизительно параллельно друг другу. На одном пути может находиться нечетное число отражающих поверхностей, оптически следующих за поляризационным расщепителем пучка 204a, а на другом пути может находиться четное число отражающих поверхностей, оптически следующих за поляризационным расщепителем 204a.

Как показано на фиг. 2А, в одном из вариантов осуществления проекционные объективы 206a, 206b могут размещаться после промежуточных изображений 205a, 205b и проецировать на экран (не показанный) соответствующие индивидуальные изображения. Проекционными объективами 206a, 206b могут являться объективы любого применимого типа, такие как без ограничения объективы с переменным фокусным расстоянием, объективы с постоянным фокусным расстоянием и т.д. Компоненты 207a, 207b активной переполяризации или пассивной поляризации могут оптически следовать за проекционными объективами 206a, 206b, соответственно, и модулировать или пассивно изменять состояние поляризации света, выходящего из каждого проекционного объектива 206a, 206b. На одном оптическом пути между одним из выходных отверстий 209a, 209b и поляризационным компонентом 207a, 207b, соответственно, может размещаться устройство поворота 208. Устройство поворота 208 может изменять состояние поляризации на первом пути приблизительно и преимущественно согласованно с состоянием поляризации на втором пути. В одном из вариантов осуществления каждый из поляризационных компонентов 207a, 207b может содержать пассивный поляризатор или фазовую пластинку. В другом варианте осуществления каждый из поляризационных компонентов 207a, 207b может содержать модулятор поляризации, рассчитанный на активное переключение с целью излучения ортогонально поляризованного света. Один из таких вариантов осуществления может использоваться для формирования стереоскопических изображений.

Следует учесть, что за счет конфигурирования релейного элемента 203 таким образом, чтобы фокальные точки промежуточных изображений 205a, 205b находились вблизи и между выходными отверстиями 209a, 209b узла 204 PBS и проекционными объективами 206a, 206b, соответственно, может достигаться меньшее BFL и обеспечиваться более компактные проекционные объективы 206a, 206b и тем самым более компактная и менее дорогая система. Кроме того, за счет компактных проекционных объективов 206a, 206b может уменьшаться площадь проекции света при его прохождении через поляризационные компоненты 207a, 207b и 208 и тем самым уменьшаться размер этих компонентов. Поляризационные компоненты меньшего размера обычно более просты в изготовлении. К тому же, при использовании компонентов меньшего размера могут обеспечиваться более широкие углы проекции и меньшие проекционные отношения.

На фиг. 2В показана блок-схема, иллюстрирующая один из примеров двухпроекторной оптической системы 250. Оптическая система 250 содержит две подсистемы 290, 295 проекции, каждая из которых может иметь архитектуру, сходную с архитектурой оптической системы 200. Такая двухпроекторная система может обеспечивать по меньшей мере одно из следующего: 1) увеличение яркости при заданном размере экрана; 2) увеличение размера экрана при заданной яркости; 3) какое-либо сочетание 1) и 2); или 4) компоновку множества изображений на экране с целью получения изображения с более высоким разрешением. В одном из вариантов осуществления каждый из поляризационных компонентов 207a, 207b может содержать пассивный поляризатор и/или фазовую пластинку, что позволяет подсистеме 290 проекции проецировать свет преимущественно с первым состоянием поляризации, при этом вторая подсистема 295 проекции свет преимущественно с ортогональным состоянием поляризации.

На фиг. 3А показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления оптической системы 300. Подобно оптической системе 200, оптическая система 300 может содержать источник 301 формируемого изображения, способный излучать свет, и релейный элемент 303, способный прямо или опосредованно принимать свет от источника 301 формируемого изображения. Источник 301 формируемого изображения может содержать источник освещения, такой как источник лазерного излучения, ламповый источник или источник, содержащий светоизлучающие диоды. В одном из вариантов осуществления источник 301 изображения может содержать любую известную из техники панель формирования изображений, включая, например, пространственный модулятор или отражательное микрозеркальное устройство. В одном из вариантов осуществления между источником 301 формируемого изображения и релейным элементом 303 может размещаться оптический элемент 302 для регулирования освещения или цвета светового изображения, поступающего от источника 301 формируемого изображения.

Оптическая система 300 может дополнительно содержать узел 304 поляризационного расщепителя пучка и первый и второй проекционные объективы 306a, 306b, расположенные вблизи первого и второго выходных отверстий 309a, 309b узла поляризационного расщепителя пучка 304, соответственно. Как показано на фиг. 3А, релейный элемент 303 может отображать источник 301 изображения посредством оптической системы 302 управление освещением и цветом, и создавать промежуточные реальные изображения 305a, 305b источника 301 формируемого изображения. В одном из примеров осуществления релейный элемент 303 сконфигурирован на формирование первого промежуточного изображения 305 с фокальной точкой между первым выходным отверстием 309 узла поляризационного расщепителя пучка 304 и первым проекционным объективом 306a. Расстоянием между фокальной точкой первого промежуточного изображения 305a и входной поверхностью 311 первого проекционного объектива 306a может определяться заднее фокусное расстояние 310a. В одном из примеров осуществления релейный элемент 303 также сконфигурирован на формирование второго промежуточного изображения 305b с фокальной точкой между вторым выходным отверстием 309b узла поляризационного расщепителя пучка 304 и вторым проекционным объективом 306b. Расстояние между фокальной точкой второго промежуточного изображения 305b и входной поверхностью 311b второго проекционного объектива 306b может определяться заднее фокусное расстояние 310b. В одном из вариантов осуществления проекционные объективы 306a, 306b могут размещаться после промежуточных изображений 305a, 305b и проецировать на экран (не показанный) соответствующие индивидуальные изображения.

Как показано на фиг. 3А, на первом оптическом пути узла 304 PBS может находиться один отражатель, оптически следующий за поляризационным расщепителем 304a пучка, а на втором пути могут отсутствовать отражатели. В одном из вариантов осуществления отражении на первом пути может обеспечиваться призмой 304b, расположенной сверху поляризационного расщепителя 304 пучка. Одним из преимуществ этого варианта осуществления может являться использование меньшего количества стекла в узле 304 PBS по сравнению с узлом 204 PBS на фиг. 2. В одном из вариантов осуществления на одном пути может размещаться устройство 308 поворота плоскости поляризации, и на обоих путях после проекционных объективов 306a, 306b могут размещаться поляризационные компоненты 307a и 307b. В одном из вариантов осуществления каждый из поляризационных компонентов 307a, 307b может содержать пассивный поляризатор или фазовую пластинку. В другом варианте осуществления каждый из поляризационных компонентов 307a, 307b может содержать модулятор поляризации, рассчитанный на активное переключение с целью излучения ортогонально поляризованного света. Один из таких вариантов осуществления может использоваться для формирования стереоскопических изображений.

Система 300 может содержать активно модулируемые PCS или PCS на основе пассивных компонентов. В обоих случаях на множестве проекторов может использоваться множество активных или пассивных PCS. На фиг. 3В показана блок-схема, иллюстрирующая один из примеров двухпроекторной оптической системы 350. Оптическая система 350 содержит две подсистемы 390, 395 проекции, каждая из которых может иметь архитектуру, сходную с архитектурой оптической системы 300. Такая двухпроекторная система может обеспечивать по меньшей мере одно из следующего: 1) увеличение яркости при заданном размере экрана; 2) увеличение размера экрана при заданной яркости; 3) какое-либо сочетание 1) и 2); или 4) компоновку множества изображений на экране с целью получения изображения с более высоким разрешением. В одном из вариантов осуществления каждый из поляризационных компонентов 307a, 307b может содержать пассивный поляризатор и/или фазовую пластинку, что позволяет подсистеме 390 проекции проецировать свет преимущественно с первым состоянием поляризации, при этом вторая подсистема 395 проекции свет преимущественно с ортогональным состоянием поляризации.

Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться в разнообразных оптических системах и проекционных системах с малым задним фокусным расстоянием, что обеспечивает более компактные проекционные объективы, меньшие проекционные отношения, повышенный контраст или любое сочетание перечисленного. Изобретение может быть включено или применяться в разнообразных проекторах, проекционных системах, камерах, устройствах ввода изображений, оптических компонентах, компьютерных системах, процессорах, автономных системах проекции, визуальных и/или аудиовизуальных системах и электрических и/или оптических приборах. Особенности настоящего изобретения могут применяться практически в любом устройстве, относящемся к оптическим и электрическим приборам, оптическим системам, системам захвата, системам представления, или в любом устройстве, которое может содержать оптическую систему любого типа. Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться в оптических системах, приборах, используемых для визуального и/или оптического представления, визуальных периферийных устройствах и т.п.и в ряде вычислительных сред, включая Интернет, внутренние сети, локальные сети, глобальные сети и т.п.

Используемые в описании термины "преимущественно" и "приблизительно" указывают на принятый в технике допуск в отношении соответствующего им термина и(или) взаимозависимость между элементами. Такой принятый в технике допуск составляет от менее 1 процента до 10 процентов и относится без ограничения к параметрам компонентов, углам и т.д. Такая взаимозависимость между элементами находится в пределах от менее 1 процента до 10 процентов.

Хотя выше описаны различные варианты осуществления в соответствии с изложенными в описании принципами, подразумевается, что они представлены лишь в качестве примера, а не ограничения. Соответственно, объем изобретения ограничен не каким-либо из описанных выше примеров его осуществления, а только любыми притязаниями или их эквивалентами, вытекающими из раскрытия. Кроме того, хотя в описанных вариантах осуществления раскрыты упомянутые преимущества и признаки, они не должны ограничивать применимость таких пунктов формулы изобретения к процессам и конструкциям, в которых реализованы любые из упомянутых преимуществ.

Помимо этого, содержащиеся в описании заголовки разделов приведены в соответствии с рекомендациями статьи 1.77 Раздела 37, Свода федеральных нормативных актов США или для облегчения поиска информации. Эти заголовки не ограничивают и не описывают изобретение(-я), заявленное в каком-либо из притязаний, которое может вытекать из настоящего изобретения. В частности и в качестве примера, хотя в описании содержится раздел под заголовком "Область техники, к которой относится изобретение", притязания не ограничены содержанием этого раздела, в котором описана так называемая область техники. Кроме того, описание технологии в разделе "Предпосылки создании изобретения" не должно считаться признанием того, что определенная технология является известным уровнем техники применительно к какому-либо варианту(-ам) осуществления настоящего изобретения. Раздел "Краткое изложение сущности изобретения" также не должен рассматриваться в качестве описания варианта(-ов) согласно заявленным притязаниям. Помимо этого, любое упоминание в настоящем описании "изобретения" в единственном числе не должно использоваться для доказательства того, что в настоящем описании раскрыт лишь один обладающий новизной объект. В объем множества притязаний, вытекающих из настоящего описания, может входить множество вариантов осуществления, и соответственно в таких притязаниях охарактеризованы охраняемые ими вариант(-ы) осуществления и их эквиваленты. Во всех случая объем таких притязаний рассматривается согласно их существу в свете настоящего описания, и не должен быть ограничен приведенными в описании заголовками разделов.

Оптическая система, предназначенная для получения 3D изображений, содержит две подсистемы проекции. Каждая из указанных подсистем включает в себя источник формируемого изображения, релейный элемент, проекционный объектив. Релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой промежуточного изображения и входной поверхностью проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние. Технический результат заявленного решения заключается в обеспечении более компактного проекционного объектива, меньших проекционных отношений, более высокого контраста изображения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптическая система, содержащая первую подсистему проекции и вторую подсистему проекции, причем первая подсистема проекции содержит:

первый источник формируемого изображения, способный излучать свет,

первый релейный элемент, способный принимать свет от первого источника формируемого изображения, и

первый проекционный объектив,

при этом первый релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования первого промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности первого проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой первого промежуточного изображения и входной поверхностью первого проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние, и

первый проекционный объектив способен проецировать первое промежуточное изображение,

при этом вторая подсистема проекции содержит:

второй источник формируемого изображения, способный излучать свет, второй релейный элемент, способный принимать свет от второго источника формируемого изображения, и

второй проекционный объектив,

при этом второй релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования второго промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности второго проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой второго промежуточного изображения и входной поверхностью второго проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние, и

второй проекционный объектив способен проецировать второе промежуточное изображение.

2. Оптическая система по п. 1, в которой каждая из указанных первой и второй подсистем проекции содержит систему преобразования поляризации, способную преобразовывать свет, представляющий собой промежуточное изображение, преимущественно в состояние с одним видом поляризации и излучать преобразованный свет по двум оптическим путям.

3. Оптическая система по п. 1, в которой каждая из указанных первой и второй подсистем проекции содержит узел поляризационного расщепителя пучка и дополнительный проекционный объектив, при этом проекционный объектив и дополнительный проекционный объектив расположены вблизи первого и второго выходных отверстий узла поляризационного расщепителя пучка соответственно; релейный элемент сконфигурирован на формирование дополнительного промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности дополнительного проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой дополнительного промежуточного изображения и входной поверхностью проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние.

4. Оптическая система по п. 1, в которой релейные элементы сконфигурированы с возможностью компенсации аберраций.

5. Оптическая система по п. 1, в которой проекционные объективы сконфигурированы с возможностью компенсации аберраций.

6. Оптическая система по п. 1, в которой релейные элементы и проекционные объективы сконфигурированы с возможностью взаимодействия с целью компенсации полной аберрации.

7. Оптическая система по п. 1, в которой источники формируемого изображения содержат пространственный модулятор света.

8. Оптическая система по п. 1, в которой источники формируемого изображения содержат отражательное микрозеркальное устройство.

9. Оптическая система по п. 1, в которой источники формируемого изображения освещаются источником лазерного излучения, ламповым источником или источником, содержащим светоизлучающие диоды.

10. Оптическая система по п. 1, в которой проекционные объективы представляют собой объективы с переменным фокусным расстоянием или объективы с постоянным фокусным расстоянием.

11. Оптическая система, содержащая первую подсистему проекции и вторую подсистему проекции, причем первая подсистема проекции содержит:

первый источник формируемого изображения, способный излучать свет, первый релейный элемент, способный принимать свет от источника формируемого изображения,

первый узел поляризационного расщепителя пучка, и

первый и второй проекционные объективы, расположенные вблизи первого и второго выходных отверстий первого узла поляризационного расщепителя пучка соответственно,

при этом первый релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования первого промежуточного изображения с фокальной точкой между первым выходным отверстием первого узла поляризационного расщепителя пучка и первым проекционным объективом, а расстоянием между фокальной точкой первого промежуточного изображения и выходной поверхностью первого проекционного объектива определяется первое заднее фокусное расстояние,

первый релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования второго промежуточного изображения с фокальной точкой между вторым выходным отверстием первого узла поляризационного расщепителя пучка и вторым проекционным объективом, а расстоянием между фокальной точкой второго промежуточного изображения и входной поверхностью второго проекционного объектива определяется второе заднее фокусное расстояние,

первый и второй проекционные объективы способны проецировать первое и второе промежуточные изображения соответственно,

при этом вторая подсистема проекции содержит второй источник формируемого изображения, второй релейный элемент, способный принимать свет от второго источника формируемого изображения,

второй узел поляризационного расщепителя, и

третий и четвёртый проекционные объективы, расположенные вблизи первого и второго выходных отверстий второго узла поляризационного расщепителя пучка соответственно,

при этом второй релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования третьего промежуточного изображения с фокальной точкой между первым выходным отверстием второго узла поляризационного расщепителя пучка и третьим проекционным объективом, а расстоянием между фокальной точкой третьего промежуточного изображения и входной поверхностью третьего проекционного объектива определяется третье заднее фокусное расстояние,

второй релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования четвёртого промежуточного изображения с фокальной точкой между вторым выходным отверстием второго узла поляризационного расщепителя пучка и четвертым проекционным объективом, а расстоянием между фокальной точкой четвертого промежуточного изображения и входной поверхностью четвертого проекционного объектива определяется четвертое заднее фокусное расстояние,

третий и четвёртый проекционные объективы способны проецировать третье и четвёртое промежуточные изображения соответственно.

12. Оптическая система по п. 11, в которой узлы поляризационного расщепителя пучка содержат:

поляризационный расщепитель пучка,

нечетное число отражателей, оптически следующих за поляризационным расщепителем пучка на первом пути излучения света, и четное число отражателей, оптически следующих за поляризационным расщепителем на втором пути излучения света.

13. Оптическая система по п. 11, в которой узлы поляризационного расщепителя пучка содержат:

поляризационный расщепитель пучка,

единый отражатель, оптически следующий за поляризационным расщепителем пучка на первом пути излучения света, и

не содержат отражателей, оптически следующих за поляризационным расщепителем пучка на втором пути излучения света.

14. Оптическая система по п. 11, дополнительно содержащая поляризационные элементы, оптически следующие за проекционными объективами соответственно, и устройства поворота плоскости поляризации, расположенные соответственно между выходным отверстием узла поляризационного расщепителя пучка и соответствующим поляризационным элементом.

15. Оптическая система по п. 14, в которой поляризационные элементы содержат пассивный поляризатор или фазовую пластинку.

16. Оптическая система по п. 14, в которой поляризационные элементы содержат модулятор поляризации, способный излучать ортогонально поляризованный свет.

17. Оптическая система, содержащая первую подсистему проекции и вторую подсистему проекции, причем первая подсистема проекции содержит:

первый источник формируемого изображения, способный излучать свет,

первый релейный элемент, способный принимать свет от первого источника формируемого изображения,

первый проекционный объектив и

первую систему преобразования поляризации,

при этом первый релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования первого промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности первого проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой промежуточного изображения и входной поверхностью первого проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние, первый проекционный объектив способен проецировать свет, представляющий собой первое промежуточное изображение, посредством первой системы преобразования поляризации, которая способна преобразовывать свет, представляющий собой первое промежуточное изображение, преимущественно в состояние с одним видом поляризации и излучать преобразованный свет по первому и второму оптическим путям,

при этом вторая подсистема проекции содержит:

второй источник формируемого изображения, способный излучать свет,

второй релейный элемент, способный принимать свет от второго источника формируемого изображения,

второй проекционный объектив и

вторую систему преобразования поляризации,

при этом второй релейный элемент сконфигурирован с возможностью формирования второго промежуточного изображения с фокальной точкой вблизи входной поверхности второго проекционного объектива, а расстоянием между фокальной точкой второго промежуточного изображения и входной поверхностью второго проекционного объектива определяется заднее фокусное расстояние, и

второй проекционный объектив способен проецировать свет, представляющий собой второе промежуточное изображение, посредством второй системы преобразования поляризации, вторая система преобразования поляризации способна преобразовывать свет, представляющий собой второе промежуточное изображение, преимущественно в состояние с одним видом поляризации и излучать преобразованный свет по первому и второму оптическим путям,

вторая система преобразования поляризации содержит второй поляризационный расщепитель пучка, способный расщеплять свет, принимаемый от второго проекционного объектива, на третий и четвертый световые пути, и третий и четвертый поляризационные элементы, расположенные на третьем и четвертом световых путях соответственно, при этом третий и четвертый поляризационные элементы способны с возможностью переключения модулировать проходящий через них свет и последовательно излучать свет преимущественно с ортогональными состояниями поляризации, обеспечивая тем самым стереоскопические изображения.

18. Оптическая система по п. 17, в которой каждая система преобразования поляризации содержит поляризационный расщепитель пучка, способный расщеплять свет, принимаемый от проекционного объектива, на два световых пути, и два поляризационных элемента, расположенных на световых путях соответственно, при этом поляризационные элементы способны с возможностью переключения модулировать проходящий через них свет и излучать свет преимущественно с ортогональными состояниями поляризации.

19. Оптическая система по п. 18, в которой каждая система преобразования поляризации дополнительно содержит отражатель, направляющий свет по первому пути в том же направлении, что и по второму световому пути.

20. Оптическая система по п. 18, в которой поляризационные элементы способны последовательно излучать свет преимущественно с ортогональными состояниями поляризации и тем самым обеспечивать стереоскопические изображения.