УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДЛЯ ПРОЕКТОРА СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК G02B27/26 

Изобретение относится к устройству оптической поляризации для проектора стереоскопических изображений. Изобретение касается также системы показа стереоскопических изображений и способа показа стереоскопических изображений.

Как известно, при проекции стереоскопических изображений обычно применяют чередующееся проецирование на экран двух кадров стереоскопических изображений, мультиплексированных с временным разделением. Один из этих кадров изображений предназначен для наблюдения левым глазом зрителя, тогда как другой кадр изображений предназначен для наблюдения правым глазом зрителя, что создает у зрителя впечатление объемности. Зритель обычно использует стереоскопические очки, которые позволяют каждому глазу зрителя видеть только предназначенный для него кадр изображений. Известны также системы показа с пассивными стереоскопическими очками. В этих системах к двум кадрам изображений применяют разные состояния оптической поляризации; напротив каждого глаза стереоскопические очки содержат поляризующий фильтр, выполненный с возможностью пропускания только кадра, предназначенного для этого глаза.

Недостатком этой известной технологии является то, что показ стереоскопических изображений происходит при ограниченной яркости, так как оптическое пропускание поляризатора не превышает 50%. Ограниченная яркость мешает комфортному просмотру зрителями и, чтобы устранить этот недостаток, требует применения проекторов с большой световой мощностью, что приводит к чрезмерному нагреву и к повышенному расходу электроэнергии.

В патенте US 7857455 В2 описано устройство оптической поляризации, комбинирующее два изображения на экране. Эти два изображения получают при помощи двух световых пучков с разными оптическими путями, получаемых из одного светового пучка, излучаемого проектором. Это устройство содержит:

- сепаратор-поляризатор пучка, выполненный с возможностью разложения падающего светового пучка на проходящий световой пучок, имеющие первое состояние поляризации, и на отраженный световой пучок, имеющий второе состояние оптической поляризации, отличное от первого состояния оптической поляризации;

- оптический отражатель, выполненный с возможностью изменения траектории отраженного светового пучка таким образом, чтобы указанные отраженные и проходящий световые пучки можно было проецировать для получения одного стереоскопического изображения;

- первый и второй поляризационные модуляторы, соответственно выполненные с возможностью переключения оптической поляризации проходящего и отраженных световых пучков между первым и вторым состояниями оптической поляризации таким образом, чтобы все указанные отраженные и проходящий световые пучки имели одинаковое состояние оптической поляризации.

Однако это устройство имеет целый ряд недостатков, таких как большой габаритный размер, а также сложность выполнения, которая влечет за собой повышение стоимости. Действительно, быстрое увеличение ширины пучка в сочетании с последовательным отклонением этого пучка сначала при первом отражении на сепараторе-поляризаторе пучка, затем при втором отражении на отражателе вынуждает использовать оптические детали для большого увеличения, в частности, для отражателя, что приводит к повышению стоимости и к увеличению габаритного размера устройства. Кроме того, для обеспечения нормальной работы сепаратор-поляризатор необходимо располагать на большом расстоянии от проектора, что обуславливает большой габарит сепаратора-поляризатора для пересечения с падающим пучком. Кроме того, разность хода между первичным пучком, проходящим через сепаратор-поляризатор, и вторичным пучком, отраженным сначала от сепаратора-поляризатора, затем от отражателя, является достаточно значительной и приводит к существенной разности размера между изображением, получаемым из первичного пучка, и изображением, получаемым из вторичного пучка.

Поэтому существует потребность в оптическом поляризаторе для проектора стереоскопических изображений, обеспечивающем одинаковый размер изображения для первичного и вторичного пучков и позволяющем избегать использования дорогих и громоздких деталей оптики, ухудшающих качество изображения, и одновременно сохранять высокую яркость.

Кроме того, за счет небольшого размера и небольшого веса эту систему можно устанавливать в конфигурациях, получающих все более широкое распространение на рынке, таких как конфигурация «без кабины» (от "boothless" на английском языке), характеризующаяся очень ограниченным пространством в отличие от традиционной проекционной кабины.

В связи с этим объектом изобретения является устройство оптической поляризации для проектора стереоскопических изображений, охарактеризованное в прилагаемой формуле изобретения.

Кроме того, объектом изобретения является система показа стереоскопических изображений, охарактеризованная в прилагаемой формуле изобретения.

Объектом изобретения является также способ показа стереоскопических изображений, охарактеризованный в прилагаемой формуле изобретения.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид сбоку системы показа стереоскопических изображений согласно примеру варианта выполнения изобретения.

Фиг. 2 - схематичный вид сбоку первого варианта выполнения устройства оптической поляризации системы, показанной на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематичный вид сбоку второго варианта выполнения устройства оптической поляризации системы, показанной на фиг. 1.

Фиг. 4 - блок-схема способа показа стереоскопических изображений согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 5 - схематичный вид пучков, проецируемых на экран системой показа, представленной на фиг. 1.

Фиг. 6 и 7 - соответственно вид сбоку и спереди зеркала, оснащенного механизмом деформирования согласно первому варианту.

Фиг. 8 и 9 - соответственно вид сбоку и спереди зеркала, оснащенного механизмом деформирования согласно второму варианту.

Фиг. 10 и 11 - вид сверху и сбоку зеркала и деформирующего привода.

Фиг. 12 и 13 - вид сбоку зеркала, показанного на фиг. 8 и 9, в двух конфигурациях деформации.

Фиг. 14 - вид в перспективе держателя, позволяющего изменять опоры зеркала.

Изобретением предложено устройство оптической поляризации для проецирования стереоскопических изображений, содержащее, в частности, поляризующий оптический элемент, образованный двумя примыкающими друг к другу пластинами сепаратора-поляризатора. Этот поляризующий оптический элемент выполнен, в частности, с возможностью разделения падающего светового пучка, излучаемого проектором стереоскопических изображений, на два отраженных световых пучка и один проходящий световой пучок, при этом проходящий и отраженные световые пучки имеют разную поляризацию.

При разделении падающего светового пучка на отраженные и проходящий световые пучки, имеющие разные поляризации, модуляцию поляризации можно применять только к отраженным пучкам или к пропускаемому пучку, что сокращает общие потери яркости по сравнению со случаем, когда эту поляризацию применяют для всего падающего светового пучка. Кроме того, при разделении падающего пучка на два отраженных пучка и один проходящий пучок вместо разделения только на один отраженный пучок и один проходящий пучок оптический отражатель большого размера можно исключить и заменить двумя оптическими отражателями меньшего размера, что позволяет уменьшить габаритный размер устройства в отличие от известного аналога.

Наконец, авторы изобретения установили, что размещение стыка между пластинами сепаратора-поляризатора на траектории падающего пучка не только не приводит к появлению оптического артефакта (такого как темная полоса) на стереоскопических изображениях, но позволяет также сократить минимальное расстояние между оптическим выходом проектора стереоскопических изображений и оптическим поляризующим элементом, что позволяет соответственно уменьшить габаритный размер устройства.

Траекторию отраженного светового пучка можно изменить при помощи оптического отражателя таким образом, чтобы проецировать этот отраженный световой пучок и проходящий световой пучок для формирования одного стереоскопического изображения. Для этого оптические отражатели можно оборудовать устройствами деформирования.

В дальнейшем подробное описание хорошо известных специалисту характеристик и функций опускается.

На фиг. 1 показана установка для показа стереоскопических изображений. Эта установка содержит:

- проектор 2 стереоскопических изображений;

- устройство 3 оптической поляризации;

- отражающий экран 4 с сохранением поляризации, и

- пару пассивных стереоскопических очков 5.

В данном случае проектор 2 является скоростным цифровым проектором, выполненным с возможностью проецирования изображений с частотой, превышающей или равной 50 Гц и предпочтительно превышающей или равной 144 Гц. В частности, этот проектор 2 выполнен с возможностью формирования группы стереоскопических изображений, включающей в себя два кадра изображений, мультиплексированных с разделением времени и предназначенных соответственно для левого и правого глаза зрителя, и с возможностью проецирования этих изображений на экран 4. Этот проектор 2 содержит выходной объектив 21, через который проецируется падающий пучок 22 света (в данном случае не поляризованного), производимый проектором 2 и содержащий стереоскопические изображения.

Устройство 3 выполнено, в частности, с возможностью применения ортогональных оптических поляризаций к кадрам изображений, предназначенным для проецирования на экран 4. В данном случае оптические поляризации этих двух кадров изображений являются ортогональными между собой линейными поляризациями. В этом примере выбраны следующие обозначения: изображения, предназначенные для левого глаза, имеют линейную поляризацию Р, и изображения, предназначенные для правого глаза, имеют линейную поляризацию S. Для этого устройство 3 содержит, в частности, схему управления 31, выполненную с возможностью управления применением поляризации проходящего через него света в ответ на сигнал синхронизации, принятый проектором 2. Этот сигнал синхронизации позволяет синхронизировать применение поляризаций с переключением между кадрами изображений, проецируемыми проектором 2. Например, эта схема 31 соединена при помощи проводной связи с выходом проектора 2, конфигурированным с возможностью отклонения сигнала синхронизации. Это устройство 3 будет более подробно описано со ссылками на фиг. 2. Это устройство 3 расположено между объективом 21 и экраном 4 таким образом, чтобы через него мог проходить пучок 22.

Очки 5 являются пассивными стереоскопическими очками. Эти очки 5 содержат два стекла 51 и 52, располагаемые перед глазами зрителя, соответственно левым и правым, для просмотра стереоскопических изображений, проецируемых на экран 4. Стекла 51 и 52 содержат, каждое, пропускающий поляризующий фильтр, соответствующий заранее определенному состоянию поляризации для соответствующего кадра изображений. Таким образом, в данном случае стекла 51 и 52 могут пропускать только свет, имеющий линейную поляризацию, соответственно Р и S.

В данном описании термины «на входе» и «на выходе» определены относительно направления распространения света, излучаемого проектором 2, от объектива 21 до экрана 4.

На фиг. 2 более детально представлен пример варианта выполнения устройства 3. На фиг. 5 схематично показаны пучки, проецируемые на экран 4. Это устройство 3 содержит, от входа к выходу:

- оптический вход 302, выполненный с возможностью пропускания пучка 22, производимого проектором 2, когда это устройство 3 расположено на выходе проектора 2. Оптический вход 302 является нормальным к траектории 328, по которой должен следовать пучок 22;

- оптический элемент 304, выполненный с возможностью разложения пучка 22 на:

- проходящий световой пучок 306, имеющий оптическую поляризацию Р, и

- два отраженных световых пучка 308 и 310, имеющих, каждый, оптическую поляризацию S.

- два оптических отражателя 312 и 314, выполненных с возможностью изменения соответственно траектории пучков 308 и 310 таким образом, чтобы эти пучки 308 и 310 проецировались на экран 4 для формирования вместе с пучком 306 стереоскопического изображения.

- три модулятора 316, 318 и 320 оптической поляризации, выполненных с возможностью переключения соответственно поляризации пучков 306, 308 и 310 между состояниями Р и S в ответ на командный сигнал, передаваемый схемой 31. Для упрощения чертежа соединения между схемой 31 и каждым из модуляторов 316, 318 и 320 на фиг. 2 не показаны.

Элемент 304 выполнен, в частности, с возможностью разделения этого пучка 22 таким образом, чтобы два пучка 308 и 310 соответствовали, каждый, взаимодополняющим частям изображения, производимого проектором 2. Таким образом, одновременное проецирование на экран 4 этих пучков 308 и 310 приводит к формированию полного изображения. В данном случае эти пучки 308 и 310 соответствуют верхней и нижней половине стереоскопического изображения.

Элемент 304 содержит две пластины 322, 324 для осуществления разделения и поляризации пучка. Пластины 322 и 324 примыкают друг к другу через стык 326. В этом описании термин «пластина сепаратора-поляризатора» обозначает в целом сепаратор-поляризатор оптического пучка.

В этом примере эти две пластины 322, 324 примыкают друг к другу, образуя форму шеврона или V-образную форму. Эта пластины 322, 324 входят в контакт друг с другом только вдоль одного из своих краев; стык 326 образует при этом кромку по существу прямолинейной формы. Этот стык 326 расположен на траектории пучка 328 перпендикулярно к этой траектории 328. В данном случае этот стык 326 ориентирован в горизонтальном направлении. Стык 326 образует конец элемента 304, ближайший к оптическому входу 302.

Угол между пластинами 322, 324 равен 90° с точностью до 10% или 5% или 3%. Предпочтительно эти пластины 322, 324 расположены симметрично относительно плоскости симметрии, содержащей стык 326 и траекторию 328 (или нормаль к оптическому входу 302).

Предпочтительно устройство 3 расположено по отношению к проектору 2 таким образом, чтобы расстояние между объективом 21 и стыком 326 было меньшим или равным 30 мм, предпочтительно меньшим или равным 25 мм и предпочтительно равным 20 мм.

В этом примере пластины 322, 324 представляют собой, каждая, тонкую стеклянную пластинку, одна сторона которой покрыта оптическим поляризатором в виде металлической сетки ("wire grid polarizer" на английском языке). Толщина такой пластинки меньше 5 мм и предпочтительно меньше или равна 3 мм или 0,9 мм. Сторона этой пластинки, покрытая поляризатором, обращена к проектору 2. В данном случае коэффициенты отражения и оптического пропускания видимого света каждой из пластин 322, 324 равны 50%+/-15%.

Предпочтительно края этих пластин, входящие в контакт для образования стыка 326, имеют взаимодополняющую форму, такую как скошенная форма, чтобы уменьшить толщину этого стыка 326. Предпочтительно стык 326 образован примыканием плоских краев пластин 322 и 324. Эти пластины 322, 324 состыкованы и удерживаются неподвижно относительно друг друга без степени свободы при помощи соединительного вещества, такого как УФ-клей. Толщина пленки клея между пластинами 322 и 324 обычно меньше или равна 200 мкм. Эти пластины 322 и 324 могут быть также состыкованы без применения клея.

В данном случае отражатели 312, 314 являются идентичными. Каждый из этих отражателей содержит с передней стороны зеркало, образованное тонкой стеклянной пластиной, покрытой материалом, оптически отражающим видимый свет. Эта тонкая стеклянная пластина имеет толщину, меньшую или равную 5 мм и предпочтительно находящуюся в пределах от 1 мм до 3 мм. Эти зеркала ориентированы, например, под углом относительно траектории 328, составляющим от 40° до 60° и предпочтительно равным 45°.

Каждый из модуляторов 316, 318 и 320 выполнен с возможностью переключения оптической поляризации светового пучка между ортогональными состояниями поляризации. Как известно, модуляторы 316, 318 и 320 являются, например, жидкокристаллическими модуляторами поляризации.

В данном случае оптический вход 302 представляет собой окно, прозрачное для видимого света. Предпочтительно этот вход 302 содержит пропускающий термический барьер. Этот термический барьер обеспечивает пропускание видимого света, одновременно ограничивая пропускание инфракрасных излучений. Поскольку термический барьер расположен между проектором 2 и элементом 304, то за счет этого ограничивают количество инфракрасного излучения, содержащегося в пучке 21, доходящем до элемента 304, чтобы уменьшить нагрев этого элемента 304. Например, этот барьер содержит стеклянный фильтр типа Schott KG.

На фиг. 3 представлено устройство 3', которое можно использовать вместо устройства 3. Это устройство 3' идентично устройству 3 за исключением того, что оно дополнительно содержит телеобъектив 330, выполненный с возможностью селективного изменения размера изображения на экране 4, получаемого при проецировании пучка 306, чтобы избегать плохого наложения пучков, как показано на фиг. 5. Этот телеобъектив 330 расположен на траектории пучка 316 и предпочтительно на этой траектории на входе модулятора 316, чтобы этот телеобъектив 330 не мог мешать поляризации пучка 306 на выходе модулятора 316. Таким образом, наложение этого изображения на изображение, сформированное при проецировании пучков 308 и 310 на экран, улучшается и позволяет компенсировать возможные деформации изображения, появляющиеся по причине разности между длинами соответствующих оптических путей пучков 308 и 310, с одной стороны, и. 306, с другой стороны. На практике можно считать, что два изображения наложены на экран 4, если относительное отклонение на экране между этими двумя изображениями меньше или равно трехкратной длине пикселя.

Например, телеобъектив 330 содержит множество оптических линз или групп линз, соединенных таким образом, чтобы образовать афокальную систему. Эта система содержит регулировочный элемент, выполненный с возможностью селективного изменения расстояния между этими линзами или группами линз, чтобы изменять увеличение демонстрируемого изображения. Для упрощения этот телеобъектив 330 показан на фиг. 2 в виде только одной линзы.

Далее при помощи блок-схемы на фиг. 4 и со ссылками на фиг. 1 и 2 следует описание примера работы устройства 3.

На этапе 70 проектор 2 производит световой пучок 22, содержащий чередование из двух кадров стереоскопических изображений, и проецирует чего через объектив 21 в сторону устройства 3.

Затем на этапе 72 элемент 304 делит пучок 22 на:

- пучок 306, который распространяется по траектории 328 и имеет поляризацию Р, и

- пучки 308 и 310, которые распространяются, каждый, в направлениях, отличных от траектории 328, и имеют поляризацию S. Эти пучки 308 и 310 соответствуют двум частям взаимодополняющих изображений, создаваемых проектором 2. Здесь эти пучки соответствуют верхней и нижней половинам изображений.

Эти пучки 308 и 310 отклоняются соответственно отражателями 312 и 314 таким образом, чтобы про их проецировании на экран 4 воссоздавать полное изображение из двух частей изображения, соответствующих этим пучкам 308 и 310 и чтобы накладывать это изображение на изображение, получаемое при проецировании пучка 306.

Затем на этапе 74 селективно изменяют оптические поляризации одного или другого среди пучка 306 или пучков 308 и 310 таким образом, чтобы все эти пучки 306, 308 и 310 имели одинаковую поляризацию.

Например, когда проектор излучает изображение, предназначенное для левого глаза, изображение, получаемое на экране 4, должно иметь поляризацию Р. Схема 31 подает команду на модуляторы 318 и 320 для переключения поляризации пучков 308 и 310 из состояния S в состояние Р. Поляризация пучка 306 остается без изменения, так как пучок 306 имеет поляризацию Р еще на выходе из элемента 304. Затем, когда проектор 2 излучает изображение, предназначенное для правого глаза, изображение на экране 4 должно иметь поляризацию S. Схема 31 подает команду на модуляторы 318 и 320 для переключения поляризации пучка 306 из состояния Р в состояние S. Поляризация пучков 308 и 310 остается без изменения, так как эти пучки имеет поляризацию S сразу на выходе из элемента 304.

Таким образом, поскольку нет необходимости менять поляризацию для всех световых пучков, формирующих изображение, сокращается потеря яркости изображения, связанная с применением и модуляцией оптической поляризации.

Наконец, на этапе 76 пучки 306, 308 и 310 проецируются на экран 4 для показа стереоскопического изображения.

Возможны различные другие варианты выполнения.

Элемент 304 можно расположить по-другому. Например, стык 326 можно ориентировать в другом направлении пространства, сохраняя его перпендикулярность к траектории 328. Например, этот стык 326 ориентируют вертикально. Соответственно адаптируют относительное положение отражателей 312, 314, а также модуляторов 318, 320.

Элемент 304 может содержать более двух пластин 322, 324. Например, этот элемент 304 состоит из четырех идентичных пластин, состыкованных друг с другом таким образом, что образуют пирамиду, вершина которой, общая для четырех пластин, находится на траектории 328. Пучок 22 делится при этом на один проходящий пучок и четыре отраженных пучка. Эти четыре отраженных пучка соответствуют, каждый, взаимодополняющим частям изображения. Устройство 3 содержит четыре отражателя и четыре модулятора поляризации, которые выполнят ту же роль по отношению к четырем отраженным пучкам, что и отражатели 312, 314 и модуляторы 318, 320 по отношению к пучкам 308 и 310.

Пропускающий термический барьер оптического входа 302 можно исключить.

Модуляторы 318 и/или 320 поляризации можно также расположить между элементом 304 и отражателями, соответственно 312 и 314.

Пластины 322 и/или 324 можно выполнить по-другому. Например, в варианте сетку заменяют наслоением тонких слоев диэлектрического материала. Пластина может представлять собой куб поляризатора-сепаратора ("beam splitter cube" на английском языке), такой как призма Мак-Нила. Все что было описано выше для пластин 312, 314, можно применить к такому кубу и, в частности, к границе раздела между двумя призмами, каждая из которых образует этот куб. При этом элемент 304 получают посредством попарного соединения таких кубов, например, при помощи клея или механического крепления. Этот куб может быть также призмой Рошона, Сернамонта, Волластона или Глана-Томпсона. В этих случаях соответственно адаптируют устройство 3 (относительное положение, ориентация отражателей 312, 314 или управление модуляторами 316, 318, 320 поляризации), чтобы учитывать, в частности, различия в направлении и/или в состоянии поляризации пучков 306, 308, 310.

Телеобъектив 330 может содержать жидкую линзу, что облегчает регулирование и позволяет уменьшить габарит устройства 3. В варианте, телеобъектив 330 располагают на входе модулятора 316, между этим модулятором 306 и элементом 304.

Оптическая поляризация, связанная с каждым из двух кадров изображений, может быть другой. Например, эта поляризация может быть круговой. В этом случае на выходе модуляторов 316, 318 и 320, а также на стеклах 51, 52 очков 5 добавляют четвертьволновые пластины. Эти четвертьволновые пластины предпочтительно располагают под углом 45° по отношению к оси оптической поляризации модуляторов 316, 318, 320. Состояния поляризация Р и S можно заменить любыми двумя ортогональными состояниями поляризации.

Проводное соединение между схемой 31 и проектором 2 можно заменить на беспроводную связь, такую как инфракрасная связь или радиосвязь.

Устройства 3 или 3' могут содержать оптические поляризационные ротаторы, расположенные на траектории пучков, соответственно 308 и 310, таким образом, чтобы пучки 308, 310 и пучок 306 имели одинаковое состояние поляризации на входе модуляторов 316, 318 и 320. В этом случае схема 31 выполнена таким образом, чтобы модуляторы 316, 318 и 320 применяли одинаковую модуляцию поляризации на этапе 64. Таким образом, облегчается модуляция поляризации пучков 308, 310 модуляторами 318 и 320, в частности, в случае, когда эти модуляторы 310 и 320 является жидкокристаллическими модуляторами поляризации. В этом примере эти ротаторы преобразуют поляризацию S пучков 308, 310 в поляризацию Р. Предпочтительно эти первый и второй ротаторы расположены между элементом 304 и соответственно отражателями 312 и 314.

Телеобъектив 330 можно исключить. В этом случае улучшения наложения изображений на экране, чтобы избежать эффекта, показанного на фиг. 5, можно также добиться, заменяя отражатели 312 и 314 отражателями, выполненными с возможностью изменения траектории пучков 308 и 310 в ответ на командный сигнал, такими как деформирующиеся отражатели.

Такой деформирующийся отражатель может, например, содержать зеркало передней стороны, выполненное из тонкого стекла и закрепленное своей задней стороной на устройстве 3 в четырех точках крепления. В центре и на соответствующих серединах краев этой задней стороны приклеены выступы, и это зеркало можно деформировать по принципу анаморфоза при помощи регулировочных винтов, установленных в этих выступах.

На фиг. 6 представлен вид сбоку в перспективе первого варианта зеркала, которое можно использовать вместо описанных выше зеркал 312 и/или 314. На фиг. 7 это зеркало 6 показано спереди. Зеркало 6 содержит держатель 61, включающий в себя жесткую раму. Зеркало 6 содержит также деформирующуюся отражающую панель 62, например, панель из тонкого стекла, имеющую отражающую сторону. Зеркало 6 содержит также деформирующий привод 63. В данном случае привод 63 проходит через держатель 61 и приводится в действие при помощи не показанного механизма. Отражающая панель 62 в данном случае удерживается между точечными опорами, закрепленными на держателе 61. Четыре опорные точки 641, 642, 643 и 644 входят в контакт с одной стороной отражающей панели 62 и неподвижно соединены с держателем 61, при этом четыре другие факультативные опорные точки предпочтительно расположены напротив опорных точек 641, 642, 643 и 644 и входят в контакт с другой стороной отражающей панели 62. Четыре опорные точки одной стороны предпочтительно расположены в вершине равнобедренной трапеции.

На фиг. 8 представлен вид сбоку в перспективе второго варианта зеркала, которое можно использовать вместо описанных выше зеркал 312 и/или 314. На фиг. 9 это зеркало 6 показано спереди. Зеркало 6 содержит держатель 61, отражающую панель 62 и деформирующий привод 63, идентичные с первым вариантом. В данном случае отражающая панель 62 удерживается между линейными опорами, закрепленными на держателе 61. Опора 645 и опора 646 входят в линейный контакт с одной стороной отражающей панели 62 и неподвижно соединены с держателем 61, при этом две другие линейные опоры предпочтительно расположены напротив этих опор 645 и 646 и входят в контакт с другой стороной отражающей панели 62. Линии контакта опор образуют не параллельные стороны равнобедренной трапеции.

В вариантах, показанных на фиг. 6-9:

- угол раствора α трапеции предпочтительно составляет от 5° до 75°, еще предпочтительнее от 20 до 25° и, например, имеет значение 22,5°.

- деформирующий привод 63 действует на отражающую панель 62 либо напряжением сжатия, либо напряжением растяжения, чтобы сделать отражающую сторону либо вогнутой, либо выпуклой, с соответствующей амплитудой. Например, деформирующий привод 63 перемещают для получения регулировки, при которой различные отраженные и пропускаемые пучки накладываются на друг на друга на экране 4. Деформирующий привод 63 действует на отражающую панель 62 напряжением на уровне медиатрисы оснований трапеции.

- деформирующий привод 63 можно, например, точечно закрепить (например, при помощи клея) на медиатрисе оснований трапеции. Крепление деформирующего привода 63 можно расположить, например, на трети расстояния между малым основанием и большим основанием трапеции, начиная от малого основания. В идеале деформирующий привод 63 может находиться на x=I*(1-1/√2) расстояния между малым основанием и большим основанием трапеции, начиная от малого основания, где I является шириной отражающей панели.

На фиг. 10 и 11 соответственно представлены вид сверху и в разрезе сбоку отражающей панели 62, связанной с деформирующим приводом 63 согласно предпочтительному примеру его выполнения. В данном случае деформирующий привод содержит вал 633, расположенный перпендикулярно к панели 62. Стержень 633 закреплен на удлиненном жестком элементе 632 (элемент 632 может быть также гибким), расположенном на медиатрисе трапеции, образованной линейными или точечными контактами. Предпочтительно стержень 633 расположен, по меньшей мере, по высоте этой трапеции и неподвижно соединен с элементом 632. На задней стороне отражающей панели 62 при помощи пленки клея 631 закреплен жесткий элемент 63, чтобы распределять усилия, действующие на эту отражающую панель 62, и равномерно ее деформировать. Пленка клея 631 образует в данном случае гибкий элемент (пленка клея 631 может быть также жесткой) и имеет, например, форму трапеции с основаниями, медиатриса которых совпадает с медиатрисой трапеции контактных точек или линий (показана пунктиром). Элемент 632 может иметь, например, часть в форме трапеции, наложенную на форму пленки клея 632. Элемент 632 может содержать часть, имеющую удлиненную форму, полученную путем экструзии, на которой закреплен стержень 633. Предпочтительно пленка 631 расположена, по меньшей мере, по всей высоте трапеции контактных точек или линий. Малое основание трапеции контактных точек или линий противоположно малому основанию трапеции пленки 631. Предпочтительно вал 633 расположен по существу на трети высоты трапеции, образованной пленкой 631, начиная от большого основания. Угол раствора θ трапеции, образованной пленкой 631, предпочтительно составляет от 5° до 45°, еще предпочтительнее от 10 до 20° и, например, имеет значение 15°. Зеркала 6 в подробном описании являются объектом отдельного изобретения.

На фиг. 12 и 13 представлены два примера конфигураций деформации зеркала из вариантов, показанных на фиг. 8 и 9. В конфигурации, показанной на фиг. 12, отражающая сторона панели 62 является вогнутой. В конфигурации, показанной на фиг. 13, отражающая сторона панели 62 является выпуклой.

На фиг. 14 в перспективе представлена версия держателя 61, позволяющего изменять геометрию трапеции контактных точек или линий с отражающим элементом 62. В этом примере держатель 61 содержит по существу плоскую станину. Вокруг соответствующих осей 617 и 618, перпендикулярных к плоскости этой станины, с возможностью поворота установлены две стойки 611 и 612. Оси 617 и 618 расположены на уровне первого конца стоек 611 и 612. Стойки 611 и 612 предназначены для размещения на них контактных точек или линий с отражающей панелью 62 на уровне их верхней поверхности. Таким образом, стойки 611 и 612 образуют не параллельные стороны трапеции контактных точек или линий. Вокруг соответствующих осей 615 и 616 своим первым концом установлены поворотные тяги 613 и 614. Эти оси 615 и 616 перпендикулярны к плоскости станины и расположены на уровне второго конца стоек 611 и 612 соответственно. Тяги 613 и 614 установлены с возможностью поворота относительно друг друга на уровне второго конца вокруг оси 610, перпендикулярной к плоскости станины. На ось 610 селективно воздействуют при помощи привода 619. Когда оси 610, 615 и 616 находятся на одной линии, расстояние между осями 615 и 616 является максимальным, поэтому угол раствора α трапеции является минимальным. Когда привод 619 отклоняет ось 610 от створа с осями 615 и 616, тяги 613 и 614 сближают оси 615 и 616. При этом угол раствора α трапеции увеличивается.

Изобретение относится к устройствам оптической поляризации для просмотра стереоизображений. Устройство содержит оптический поляризующий элемент (304), выполненный с возможностью разложения падающего светового пучка (22), излучаемого проектором стереоскопических изображений, на проходящий световой пучок (306), имеющий первое состояние оптической поляризации, а также первый (308) и второй (310) отраженные световые пучки, имеющие второе состояние оптической поляризации, отличное от первого состояния оптической поляризации. Оптический поляризующий элемент (304) содержит две состыкованные друг с другом пластины (322, 324) сепаратора-поляризатора пучков, причем стык (326) между указанными пластинами образован примыканием плоских краев указанных пластин. Также устройство содержит первый (312) и второй (314) оптические отражатели, выполненные с возможностью изменения соответственно траектории первого и второго отраженных световых пучков таким образом, чтобы проецировать указанные отраженные и проходящий световые пучки для формирования одного стереоскопического изображения; первый (316), второй (318) и третий (320) модуляторы поляризации, выполненные с возможностью селективного переключения оптической поляризации соответственно проходящего светового пучка, первого и второго отраженных световых пучков между первым и вторым состояниями оптической поляризации в ответ на командный сигнал; и схему (31) управления модуляторами поляризации, обеспечивающую переключение поляризации проходящего светового пучка и каждого из отраженных первого и второго пучков таким образом, чтобы указанные отраженные и проходящий световые пучки имели одинаковое состояние поляризации. Изобретение позволяет улучшить качество изображения с сохранением высокой яркости. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство (3) оптической поляризации для проектора стереоскопических изображений, содержащее

оптический поляризующий элемент (304), выполненный с возможностью разложения падающего светового пучка (22), излучаемого проектором стереоскопических изображений, на

проходящий световой пучок (306), имеющий первое состояние оптической поляризации, а также

первый (308) и второй (310) отраженные световые пучки, имеющие второе состояние оптической поляризации, отличное от первого состояния оптической поляризации;

при этом оптический поляризующий элемент (304) содержит две состыкованные друг с другом пластины (322, 324) сепаратора-поляризатора пучков, причем стык (326) между указанными пластинами образован примыканием плоских краев указанных пластин;

первый (312) и второй (314) оптические отражатели, выполненные с возможностью изменения соответственно траектории первого и второго отраженных световых пучков таким образом, чтобы проецировать указанные отраженные и проходящий световые пучки для формирования одного стереоскопического изображения;

первый (316), второй (318) и третий (320) модуляторы поляризации, выполненные с возможностью селективного переключения оптической поляризации соответственно проходящего светового пучка, первого и второго отраженных световых пучков между первым и вторым состояниями оптической поляризации в ответ на командный сигнал;

схему (31) управления модуляторами поляризации, запрограммированную с возможностью подачи командного сигнала, управляющего переключением в заданный момент поляризации проходящего светового пучка и каждого из отраженных первого и второго пучков таким образом, чтобы указанные отраженные и проходящий световые пучки имели одинаковое состояние оптической поляризации.

2. Устройство по п. 1, в котором оптический поляризующий элемент (304) содержит не более двух пластин (322, 324), причем эти две пластины состыкованы друг с другом таким образом, что образуют форму в виде шеврона, при этом стык (326) между этими двумя пластинами образует кромку, расположенную на траектории падающего светового пучка перпендикулярно к этой траектории (328).

3. Устройство по п. 2, в котором угол между двумя пластинами (322, 324) равен 90° с точностью до 10%.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором две пластины (322, 324) являются симметричными относительно плоскости симметрии, проходящей через стык (326) и через траекторию (328) падающего пучка.

5. Устройство по п.1, в котором расстояние, измеренное вдоль траектории падающего пучка между выходом проектора стереоскопических изображений и стыком (326) между пластинами, меньше или равно 50мм.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее телеобъектив (330), расположенный на оптическом пути проходящего пучка, причем телеобъектив выполнен с возможностью увеличения изображения, формируемого при проецировании указанного проходящего пучка.

7. Устройство по п. 1, в котором первый и второй оптические отражатели (312, 314) выполнены, каждый, с возможностью деформироваться в ответ на командный сигнал таким образом, чтобы изменять траекторию и/или размер соответственно первого и второго отраженных световых пучков.

8. Устройство по п. 7, в котором первый оптический отражатель содержит отражающую панель (62), опирающуюся по меньшей мере на четыре точки, причем эти четыре точки расположены в вершине предпочтительно равнобедренной трапеции, при этом устройство дополнительно содержит привод, действующий напряжением на отражающую панель в направлении, проходящем через указанную трапецию, таким образом, чтобы деформировать отражающую панель (62) за пределы плоскости трапеции.

9. Устройство по п. 8, в котором указанная трапеция имеет по меньшей мере один угол, составляющий от 5 до 75°.

10. Устройство по п. 8 или 9, в котором указанный привод закреплен на указанной отражающей панели по меньшей мере по всей высоте указанной трапеции.

11. Устройство по п. 10, в котором указанный привод содержит гибкий элемент, закрепленный на отражающей панели, при этом гибкий элемент приклеен к отражающей панели на поверхности в виде равнобедренной трапеции, большое основание которой противоположно большому основанию трапеции точек удержания в положении, при этом привод действует напряжением на указанную отражающую панель через указанный гибкий элемент.

12. Устройство по п. 8, в котором медиатриса оснований трапеции находится в одной плоскости с проходящим световым пучком.

13. Устройство по п. 8, дополнительно содержащее приводное устройство, селективно изменяющее положение точек удержания в положении.

14. Устройство по п.1, в котором первый и второй оптические отражатели (312, 314) содержат, каждый, отражающее зеркало.

15. Устройство по п.1, в котором первая и вторая поляризации являются соответственно поляризациями типа Р и S.

16. Устройство по п.1, в котором

первое и второе состояния оптической поляризации являются взаимно пересекающимися состояниями круговой поляризации;

устройство содержит четвертьволновую пластину на выходе каждого из указанных модуляторов поляризации (306, 308, 310), причем каждая из этих четвертьволновых пластин ориентирована под углом 45° к оси поляризации световых пучков, выходящих из модуляторов поляризации (316, 318, 320).

17. Устройство по п.1, в котором на траектории светового пучка перед оптическим поляризующим элементом (304) расположен термический пропускающий барьер (302).

18. Устройство по п.1, в котором устройство (3) содержит первый и второй поляризационные ротаторы, расположенные на траектории соответственно первого и второго отраженных световых пучков таким образом, чтобы отраженные пучки и проходящий пучок имели одинаковое состояние поляризации на входе указанных модуляторов поляризации (316, 318, 320).

19. Система показа стереоскопических изображений, содержащая

проектор (2), выполненный с возможностью получения светового пучка, содержащего чередование двух кадров стереоскопических изображений, мультиплексированных с разделением по времени и предназначенных для раздельного просмотра соответственно левым глазом и правым глазом пользователя, оснащенного пассивными стереоскопическими очками (5),

устройство (3) оптической поляризации по п. 1, выполненное с возможностью приема светового пучка, создаваемого видеопроектором, и с возможностью применения разных состояний оптической поляризации к двум кадрам стереоскопических изображений;

отражающий экран (4) с сохранением поляризации, выполненный с возможностью показа стереоскопических изображений, прошедших через устройство (3) оптической поляризации.

20. Способ показа стереоскопических изображений с помощью системы по п.19, включающий

формирование (60) светового пучка, содержащего чередование двух кадров стереоскопических изображений, мультиплексированных с разделением по времени и предназначенных для раздельного просмотра соответственно левым глазом и правым глазом пользователя, оснащенного пассивными стереоскопическими очками;

разделение (62) формируемого светового пучка на

проходящий световой пучок, имеющий первое состояние оптической поляризации, а также

первый и второй отраженные световые пучки, имеющие второе состояние оптической поляризации, отличное от первого, и распространяющиеся вдоль траекторий, отличных от траектории проходящего светового пучка;

причем изменяют траектории первого и второго отраженных световых пучков таким образом, чтобы указанные первый и второй отраженные световые пучки проецировались на тот же экран, что и проходящий световой пучок с тем, чтобы объединение проекции на экран первого и второго отраженных световых пучков и проходящего светового пучка образовало стереоскопическое изображение;

селективно применяют (64) оптическую поляризацию к проходящему световому пучку или к первому и второму отраженным световым пучкам таким образом, чтобы указанные отраженные и проходящий световые пучки имели одинаковое состояние оптической поляризации для каждого из кадров стереоскопических изображений;

проецируют (66) на отражающий экран с сохранением поляризации первого и второго отраженных световых пучков и проходящего светового пучка для показа стереоскопических изображений.