УСТРОЙСТВО СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2019 года по МПК G02B27/26 G03B21/28 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к устройству стереоскопических изображений, способному пропускать некоторую часть света, образованную падающим сигналом изображения, и отражать остаток света для разделения света и конденсации разделенного света на экране для увеличения яркости.

Уровень техники

[2] На фиг. 1 показан вид, демонстрирующий традиционный поляризационный светоделитель.

[3] Когда свет, имеющий P-поляризацию и S-поляризацию в смешанном состоянии падает на поляризационный светоделитель (PBS) 1, P-поляризация проходит через поляризационный светоделитель 1, и S-поляризация отражается поляризационным светоделителем 1.

[4] Отраженная S-поляризация и пропущенная P-поляризация направляются в одном и том же направлении ромбическими призмами 2 и 3.

[5] Например, P-поляризация проходит через призму и затем преобразуется в S-поляризацию полуволновой пластинкой (фазовой пластинкой) 4.

[6] В результате, свет, имеющий P-поляризацию и S-поляризацию в смешанном состоянии, преобразуется в одну и ту же поляризацию, например S-поляризацию, поляризационным светоделителем. Таким образом, свет, имеющий P-поляризацию и S-поляризацию в смешанном состоянии, имеют одно и то же направление.

[7] Устройство стереоскопических изображений, где используется традиционный поляризационный светоделитель, работает по следующему принципу. Он раскрыт в патенте США №. 7,857,455.

[8] Как показано на фиг. 2, свет, излучаемый с поверхности 5 формирования изображения, генерирующей изображение в проекторе, проходит через проекционную линзу 6 и затем делится на два пучка поляризационным светоделителем 7.

[9] Таким образом, свет, имеющий состояние S-поляризации и состояние P-поляризации, отражается поляризационным светоделителем 7 или проходит через поляризационный светоделитель 7.

[10] Пропущенная или отраженная P-поляризованная составляющая преобразуется в S-поляризацию при прохождении через полуволновую пластинку 8. S-поляризация концентрируется на проекционном экране посредством отражающих элементов 9 и 10, поляризатора 11 и модулятора 12.

[11] Модулятор 12 может изменять состояние/направление поляризации, например, согласно электрическому сигналу.

[12] с другой стороны, S-поляризованная составляющая, отраженная поляризационным светоделителем 7, достигает проекционного экрана через отражающий элемент 13 в состоянии, в котором S-поляризация поддерживается в одном и том же направлении.

[13] Таким образом, свет, имеющий смешанные состояния/направления поляризации, излучаемый с поверхности 5 формирования изображения, преобразуется в единственную S-поляризацию.

[14] Однако устройство стереоскопических изображений, где используется традиционный поляризационный светоделитель, сталкивается со следующими проблемами.

[15] В общем случае, вертикальный угол выхода проектора составляет около 15 градусов. На фиг. 3 показан случай, когда угол выхода равен 15 градусам. Для простоты, поляризатор и модулятор исключены из фиг. 3.

[16] Предполагается, что расстояние между поляризационным светоделителем и отражающим элементом 16 и расстояние между поляризационным светоделителем и другим отражающим элементом 16 равны h1 и h2, соответственно, и расстояния между соответствующим отражающим элементом 16 и 17 и экраном 18 равны, соответственно, L1 и L2.

[17] В этом случае, угол θ1 между светом, отраженным отражающим элементом 16, и оптической осью света, излучаемого из проектора, равен TAN^-1(h1/L1), и угол θ2 между светом, отраженным отражающим элементом 17 и оптической осью света, излучаемого из проектора, равен TAN^-1(h2/L2).

[18] Ссылочная позиция 161 указывает свет, отраженный отражающим элементом 16, и ссылочная позиция 171 указывает свет, отраженный отражающим элементом 17.

[19] Вследствие углов θ1 и θ2 на экране 18 наблюдается следующее искажение изображения. На Фиг. 4 показана в увеличенном виде часть (A) фиг. 3.

[20] На фиг. 4 ссылочная позиция 161 указывает свет, отраженный отражающим элементом 16, и ссылочная позиция 171 указывает свет, отраженный отражающим элементом 17.

[21] Кроме того, ссылочная позиция 162 указывает поверхность формирования изображения света, отраженного отражающим элементом 16, и ссылочная позиция 172 указывает поверхность формирования изображения света, отраженного отражающим элементом 17.

[22] Исходя из того, что высота экрана 18 равна H, разность высот d1 между поверхностью формирования изображения света, отраженного отражающим элементом 16, и изображением на экране 18 и разность высот d2 между поверхностью формирования изображения света, отраженного отражающим элементом 17, и изображением на экране 18 выражаются следующим образом.

[23] d1=H TAN(θ1), d2=H TAN(θ2)

[24] Следовательно, пучки отраженные отражающими элементами 16 и 17, формируют изображения на поверхности формирования изображения с разностью расстояний Δ=(H/2) {TAN (θ1)+TAN (θ2)}.

[25] В случае, когда h1h2=340 мм, L1L2=15000 мм, и H=8500 мм, θ1θ2=1,3 градусов и, таким образом, Δ=193 мм.

[26] Это означает, что свет, отраженный отражающим элементом 16, и свет, отраженный отражающим элементом 17, отклоняются друг от друга на поверхности формирования изображения максимум на 193 мм. В общем случае, размер пятна света составляет несколько мм. С увеличением расстояния от центра экрана 18, изображение становится менее видимым, что налагает ограничения на использование.

Раскрытие

Техническая задача

[27] Задачей настоящего изобретения, призванного решить вышеописанную проблему, является обеспечение устройства стереоскопических изображений, способного повысить качество стереоскопического изображения и минимизировать потерю оптической энергии.

Техническое решение

[28] В соответствии с аспектом настоящего изобретения, вышеупомянутые и другие задачи решаются за счет обеспечения устройства стереоскопических изображений, включающего в себя поляризационный светоделитель для отражения или пропускания падающего света в зависимости от состояний поляризации света для разделения света на, по меньшей мере, три разных направления, отражающий элемент для отражения света, отраженного поляризационным светоделителем, на экран, по меньшей мере, один модулятор для модуляции света, отраженного отражающим элементом, и света, прошедшего через поляризационный светоделитель, и преломляющий элемент, расположенный в направлении распространения света, который должен падать на поляризационный светоделитель, и выполненный с возможностью преломления света, который должен падать на поляризационный светоделитель.

Положительные результаты

[29] Согласно настоящему изобретению, можно противодействовать снижению качества изображения и невозможности реализации большого экрана вследствие нарушения выравнивания двух пучков на экране, которые имеют место в традиционном устройстве стереоскопических изображений.

[30] Таким образом, путь света делится на один путь пропущенного света и два пути отраженного света, и разделенные пучки объединяются на экране, что значительно снижает ошибку высоты изображения.

[31] Кроме того, два поляризационных светоделителя, соединенные друг с другом и при этом изогнутые, обеспечены так, что некоторое количество падающего света отражается и пропускается через один из поляризационных светоделителей, и остаток падающего света отражается и пропускается через другой поляризационный светоделитель. Таким образом, пучки разделяются вдоль соответствующих путей, что позволяет добиться точного стереоскопического изображения.

[32] Между тем, преломляющий элемент располагается перед поляризационным светоделителем для предотвращения падения света на область гашения, сформированную на поляризационном светоделителе, и, таким образом, предотвращения потери оптической энергии.

[33] Таким образом, свет, падающий на центр преломляющего элемента, преломляется, и преломленные пучки испускаются, будучи равномерно разнесены друг от друга, и падают на поляризационный светоделитель. Поскольку область гашения располагается между преломленными пучками, можно предотвратить поступление света, излучаемого из преломляющего элемента, в область гашения.

[34] Кроме того, на пути пропущенного света может располагаться дополнительный элемент для увеличения угла расхождения пропущенного света, или на пути отраженного света может располагаться дополнительный элемент для уменьшения угла расхождения отраженного света, что уменьшает разность высот между пропущенным светом и отраженным светом и таким образом значительно снижает ошибку изображения.

[35] Кроме того, поляризационный светоделитель включает в себя два светопропускающих элемента, соединенные друг с другом, и поляризующую светоделительную пленку, расположенную между светопропускающими элементами. Это позволяет устранять астигматизм света, отраженного поляризационным светоделителем и пропущенного через поляризационный светоделитель.

[36] Между тем, можно уменьшить расстояние между поляризационным светоделителем и отражающим элементом по сравнению с традиционным устройством стереоскопических изображений и, таким образом, уменьшить размер устройства стереоскопических изображений, что позволяет добиться компактной конструкции устройства стереоскопических изображений.

[37] Специалистам в данной области техники очевидно, что результаты, которых позволяет достичь настоящее изобретение, не ограничиваются теми, которые были конкретно описаны выше, и другие преимущества настоящего изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания, приведенного совместно с прилагаемыми чертежами.

Описание чертежей

[38] Фиг. 1 - вид, демонстрирующий традиционный способ поляризационного светоделения для получения единственной поляризации;

[39] фиг. 2 - вид, демонстрирующий конструкцию традиционного устройства стереоскопических изображений;

[40] фиг. 3 и 4 - виды сбоку в разрезе, демонстрирующие проблемы традиционного устройства стереоскопических изображений;

[41] фиг. 5 - вид, демонстрирующий основную конструкцию устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению;

[42] фиг. 6 - вид, демонстрирующий пути света в поляризационных светоделителях устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению;

[43] фиг. 7 - вид, демонстрирующий путь света в случае, когда в устройство стереоскопических изображений добавлены преломляющие элементы согласно настоящему изобретению;

[44] фиг. 8 - вид, демонстрирующий другую форму поляризационного светоделителя устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению;

[45] фиг. 9 - вид, демонстрирующий конструкцию устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению в случае, когда в устройство стереоскопических изображений добавлен преломляющий элемент;

[46] фиг. 10 - вид, демонстрирующий конструкцию устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению в случае, когда в устройстве стереоскопических изображений располагается множество разных модуляторов;

[47] фиг. 11 - вид, демонстрирующий конструкцию устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению в случае, когда в устройстве стереоскопических изображений, показанном на фиг. 10 располагается полуволновая пластинка;

[48] фиг. 12 - вид, демонстрирующий путь света в устройстве стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению;

[49] фиг. 13 - вид сбоку, демонстрирующий конструкцию для коррекции пути пропущенного света в устройстве стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению; и

[50] фиг. 14-17 - виды сбоку, демонстрирующие конструкции для коррекции пути отраженного света в устройстве стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления

[51] Далее, со ссылкой на прилагаемые чертежи, будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

[52] На фиг. 5 показан вид, демонстрирующий основную конструкцию устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению.

[53] В дальнейшем, сигнал изображения будет, для удобства, именоваться ‘светом’, и, таким образом, термин ‘свет’ следует понимать в смысле ‘сигнал изображения’.

[54] Как показано на фиг. 5, свет, излученный с поверхности 19 формирования изображения и прошедший через проекционную линзу 20, падает на поляризационные светоделители (PBS) 21 и 22 в состоянии, в котором свет имеет P-поляризацию и S-поляризацию в смешанном состоянии.

[55] Для удобства, поляризационный светоделитель, обозначенный ссылочной позицией 21, будет именоваться первым поляризационным светоделителем, и поляризационный светоделитель, обозначенный ссылочной позицией 22, будет именоваться вторым поляризационным светоделителем.

[56] Поляризационные светоделители 21 и 22 могут не быть сформированы в форме единой плоской пластинки. Поляризационные светоделители 21 и 22 могут быть сформированы таким образом, что часть, образованная поляризационными светоделителями 21 и 22, изгибается.

[57] Центр поляризационных светоделителей 21 и 22 может располагаться на оптической оси падающего света.

[58] Первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 могут быть соединены друг с другом. Первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 может располагаться таким образом, что первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 ориентированы в разных направлениях.

[59] Таким образом, каждый из первого поляризационного светоделителя 21 и второго поляризационного светоделителя 22 может быть сформирован в форме пластинки таким образом, что форма пластинки первого поляризационного светоделителя 21 и форма пластинки второго поляризационного светоделителя 22 наклонены в разных направлениях.

[60] В вышеописанной конструкции, одна половина света, падающего на поляризационные светоделители 21 и 22, может падать на первый поляризационный светоделитель 21, и другая половина света, падающего на поляризационные светоделители 21 и 22, может падать на второй поляризационный светоделитель 22.

[61] Поляризационные светоделители 21 и 22 пропускают конкретную поляризованную составляющую (P-поляризованную составляющую) и отражают другую поляризованную составляющую (S-поляризованную составляющую) в направлении, отличном от направления, в котором проходит свет, для разделения света во множестве направлений.

[62] Следовательно, P-поляризованная составляющая света, падающая на первый поляризационный светоделитель 21, пропускается, и затем распространяется на экран.

[63] С другой стороны, S-поляризованная составляющая света, падающая на первый поляризационный светоделитель 21, отражается, и затем распространяется в первом направлении (в направлении вверх на фиг. 5).

[64] Кроме того, P-поляризованная составляющая света, падающая на второй поляризационный светоделитель 22, пропускается, и затем распространяется к экрану.

[65] С другой стороны, S-поляризованная составляющая света, падающая на второй поляризационный светоделитель 22, отражается, и затем распространяется во втором направлении (в направлении вниз на фиг. 5).

[66] Таким образом, некоторое количество падающего света отражается, и остаток падающего света пропускается.

[67] Отраженный свет также делится. Некоторая часть отраженного света отражается первым поляризационным светоделителем 21, и остаток отраженного света отражается вторым поляризационным светоделителем 22.

[68] Кроме того, пропущенный свет также делится. Некоторая часть пропущенного света проходит через первый поляризационный светоделитель 21, и остаток пропущенного света проходит через второй поляризационный светоделитель 22.

[69] Вышеописанные первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, соответственно, обеспечены отражающими элементами 23 и 24, например зеркалами, находящимися на некотором удалении от первого поляризационного светоделителя 21 и второго поляризационного светоделителя 22, соответственно.

[70] Иллюстративными примерами отражающих элементов 23 и 24 могут быть зеркала. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Отражающие элементы 23 и 24 могут быть образованы всеми элементами, которые способны реализовать функцию отражения света.

[71] Отражающий элемент, обозначенный ссылочной позицией 23, будет именоваться первым отражающим элементом, и отражающий элемент, обозначенный ссылочной позицией 24, будет именоваться вторым отражающим элементом.

[72] Свет, отраженный первым поляризационным светоделителем 21 и первым отражающим элементом 23, и свет, отраженный вторым поляризационным светоделителем 22 и вторым отражающим элементом 24, имеют S-поляризацию. Свет, отраженный первым поляризационным светоделителем 21 и первым отражающим элементом 23, и свет, отраженный вторым поляризационным светоделителем 22 и вторым отражающим элементом 24, распространяются к экрану и затем объединяются друг с другом на экране.

[73] Пучки, отраженные и затем распространяющиеся в двух направлениях можно обеспечивать для деления части падающего света на две равные части. Пучки, отраженные и затем распространяющиеся в двух направлениях, имеют одну и ту же поляризованную составляющую.

[74] Между тем, пучки, пропущенные через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, распространяются к экрану вдоль оптической оси, имея при этом P-поляризованную составляющую.

[75] В вышеописанной конструкции, одна половина света, прошедшего через проекционную линзу 20, может достигать первого поляризационного светоделителя 21 и затем может отражаться первым поляризационным светоделителем 21 или может проходить через первый поляризационный светоделитель 21, и другая половина света, прошедшего через проекционную линзу 20, может достигать второго поляризационного светоделителя 22 и затем может отражаться вторым поляризационным светоделителем 22 или может проходить через второй поляризационный светоделитель 22.

[76] В случае, когда изображения, имеющие одинаковый размер, проецируются на экране, можно значительно уменьшить расстояние между поляризационными светоделителями 21 и 22 и отражающими элементами 23 и 24 по сравнению с традиционным устройством стереоскопических изображений, и это означает, что можно уменьшить размер устройства стереоскопических изображений.

[77] В случае, когда расстояние между поляризационными светоделителями 21 и 22 и отражающими элементами 23 и 24 устройства стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению равно расстоянию между поляризационными светоделителями и отражающими элементами традиционного устройства стереоскопических изображений, с другой стороны, размер изображения, проецируемого на экран в устройстве стереоскопических изображений согласно настоящему изобретению, может значительно превышать размер изображения, проецируемого на экран в традиционном устройстве стереоскопических изображений, в зависимости от вышеописанной конструкции.

[78] Далее будет подробно описана причина, по которой размер устройства стереоскопических изображений может уменьшаться, как описано выше.

[79] На фиг. 6 показаны пути света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22.

[80] Как показано на фиг. 6, свет, имеющий диаметр D, падающий на первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, преломляется, когда свет проходит через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22.

[81] В этом случае, наибольшая часть пропущенного света проходит через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 и распространяется позади первого поляризационного светоделителя 21 и второго поляризационного светоделителя 22. Однако центральный свет (свет, имеющий диаметр d) поступает в первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 и затем сходится в одной точки.

[82] Следовательно, свет, имеющий диаметр d, не достигает экрана, но затухает.

[83] Таким образом, свет падает на изогнутый участок, образованный между первым поляризационным светоделителем 21 и вторым поляризационным светоделителем 22 и затем концентрируется в одной точке для формирования области гашения (DA).

[84] Некоторая часть света, прошедшего через поляризационные светоделители 21 и 22, проходит через область гашения (DA). При этом энергия света снижается. Следовательно, сила света на экране снижается, в результате чего, вся область экрана становится сравнительно темнее.

[85] Таким образом, необходимо обеспечить способ коррекции, позволяющий решить вышеописанную проблему.

[86] На фиг. 7 показана конструкция, связанная с таким способом коррекции.

[87] Как показано на фиг. 7, обеспечены преломляющие элементы 25 и 26, имеющие примерно такие же показатель преломления и толщину, как у первого поляризационного светоделителя 21 и второго поляризационного светоделителя 22.

[88] Каждый из преломляющих элементов 25 и 26 может быть сформирован в форме пластинки. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается.

[89] Преломляющий элемент 25, соответствующий первому поляризационному светоделителю 21, будет именоваться первым преломляющим элементом, и преломляющий элемент 26, соответствующий второму поляризационному светоделителю 22, будет именоваться вторым преломляющим элементом.

[90] Форма первого преломляющего элемента 25 аналогична форме первого поляризационного светоделителя 21, и форма второго преломляющего элемента 26 аналогична форме второго поляризационного светоделителя 22.

[91] Таким образом, первый преломляющий элемент 25 располагается над оптической осью и второй преломляющий элемент 26 располагается под оптической осью. Первый преломляющий элемент 25 и второй преломляющий элемент 26 соединены друг с другом. Изогнутый участок формируется в центре первого преломляющего элемента 25 и второго преломляющего элемента 26.

[92] Первый преломляющий элемент 25 и второй преломляющий элемент 26 могут быть обращены к первому поляризационному светоделителю 21 и второму поляризационному светоделителю 22, соответственно, симметричным образом.

[93] Первый преломляющий элемент 25 и второй преломляющий элемент 26 наклонены в разных направлениях в состоянии, в котором первый преломляющий элемент 25 и второй преломляющий элемент 26 соединены друг с другом.

[94] В вышеописанной конструкции, пути пучков формируются следующим образом.

[95] Пучки, падающие на преломляющие элементы 25 и 26, преломляются, в результате чего, пути пучков изменяются. Пучки распространяются к поляризационным светоделителям 21 и 22.

[96] При этом, пустая область (EA), через которые пучки не проходят, формируется между центром преломляющих элементов 25 и 26 и поляризационных светоделителей 21 и 22, поскольку центр преломляющих элементов 25 и 26 изогнут.

[97] Падающий путь света, падающего на область гашения (DA), показанную на фиг. 6, соответствует пустой области (EA), показанной на фиг. 7. Поскольку свет больше не распространяются к пустой области (EA) вследствие преломления света преломляющими элементами 25 и 26, свет больше не падает на область гашения (DA). Следовательно, можно предотвратить потерю света вследствие затухания света.

[98] На фиг. 8 показан вид, демонстрирующий способ снижения астигматизма, который может иметь место в поляризационном светоделителе.

[99] На фиг. 8 показаны первый поляризационный светоделитель 21, первый преломляющий элемент 25 и первый отражающий элемент 23. Однако описания первого поляризационного светоделителя 21, первого преломляющего элемента 25 и первого отражающего элемента 23 в равной степени применимы ко второму поляризационному светоделителю 22, второму преломляющему элементу 26 и второму отражающему элементу 24.

[100] Когда свет, прошедший через первый преломляющий элемент 25, достигает первого поляризационного светоделителя 21, P-поляризация проходит через первый поляризационный светоделитель 21, и S-поляризация отражается всей поверхностью первого поляризационного светоделителя 21 и затем распространяется к первому отражающему элементу 23.

[101] При этом, длина пути пропущенного света увеличивается на толщину T первого поляризационного светоделителя 21 по сравнению с длиной пути отраженного света. Дело в том, что отраженный свет не распространяется в первом поляризационном светоделителе 21 и затем отражается, но отражается поверхностью первого поляризационного светоделителя 21, тогда как пропущенный свет проходит через первый поляризационный светоделитель 21.

[102] В этом случае, астигматизм света может иметь место вследствие различия в длине пути между отраженным светом и пропущенным светом.

[103] Для коррекции такого астигматизма, необходимо выровнять длину света, отраженного первым поляризационным светоделителем 21, и длину света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21.

[104] Следовательно, первый поляризационный светоделитель 21 формируется путем объединения двух светопропускающих элементов 211 и 212, имеющих одинаковую толщину. Между светопропускающими элементами 211 и 212 располагается поляризующая светоделительная пленка 213.

[105] Исходя из того, что толщина первого поляризационного светоделителя 21 равна T, и толщина каждого из светопропускающих элементов 211 и 212 равна t, T=2t (толщиной поляризующей светоделительной пленки можно пренебречь).

[106] Для удобства, предполагается, что толщина светопропускающего элемента 211, расположенного на передней стороне, равна t1, и толщина светопропускающего элемента 212, расположенного на задней стороне, равна t2.

[107] P-поляризация падающего света проходит через светопропускающий элемент 211 передней стороны, поляризующую светоделительную пленку 213 и светопропускающий элемент 212 задней стороны. При этом длина пути пропущенного света в первом поляризационном светоделителе 21 равна t1+t2.

[108] С другой стороны, S-поляризация падающего света проходит через светопропускающий элемент 211 передней стороны, достигает поляризующей светоделительной пленки 213 и отражается поляризующей светоделительной пленкой 213, и затем проходит через светопропускающий элемент 211 передней стороны.

[109] При этом, длина пути отраженного света в первом поляризационном светоделителе 21 равна t1+t1. Поскольку t1=t2, как описано выше, длина пути отраженного света и длина пути пропущенного света равны. Это позволяет предотвратить возникновение астигматизма.

[110] Угол падения, угол пропускания и угол отражения отраженного света и пропущенного света не равны в точности 0. Однако поскольку первый поляризационный светоделитель 21 и светопропускающие элементы 211 и 212, образующие первый поляризационный светоделитель 21, очень тонки, изменением длины путей в зависимости от углов можно пренебречь.

[111] На фиг. 9 показан вид, демонстрирующий основную конструкцию способа поляризационного светоделения согласно настоящему изобретению.

[112] Часть отраженной S-поляризации делится на две равные части. В результате, расстояние между оптической осью проекционной линзы 20 и первым отражающим элементом 23 и расстояние между оптической осью проекционной линзы 20 и вторым отражающим элементом 24 уменьшаются наполовину. Например, расстояние между оптической осью проекционной линзы 20 и первым отражающим элементом 23 и расстояние между оптической осью проекционной линзы 20 и вторым отражающим элементом 24 могут составлять 75 мм.

[113] Вышеописанное расстояние согласно способу поляризационного светоделения согласно настоящему изобретению эквивалентно 1/4 расстояния, которое равно 340 мм, в традиционном способе поляризационного светоделения, показанном на фиг. 2, и это означает, что ошибки углов θ1 и θ2 с поверхностью формирования изображения на экране 18, показанной на фиг. 2, уменьшаются до около 1/4 по сравнению со случаем, когда используется традиционный способ.

[114] Далее приведено описание случая, когда конструкция, показанная на фиг. 9, применяется к устройству стереоскопических изображений, имеющему повышенную яркость.

[115] Согласно фиг. 10, S-поляризация, отраженная первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24, модулируется первый модулятором 27a и третьим модулятором 27c, соответственно.

[116] С другой стороны, P-поляризация, пропущенная через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, модулируется вторым модулятором 27b.

[117] Первый модулятор 27a и третий модулятор 27c обеспечены так, что первый модулятор 27a и третий модулятор 27c имеют одинаковую функцию отставания по фазе. Второй модулятор 27b обеспечен так, что второй модулятор 27b отличается по фазе на половину длины волны от первого и третьего модуляторов 27a и 27c.

[118] Первый и третий модуляторы 27a и 27c преобразуют состояние S-поляризации согласно электрическому сигналу. Например, первый и третий модулятор 27a и 27c преобразуют состояние S-поляризации из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации.

[119] Между тем, P-поляризация, пропущенная через поляризационные светоделители 21 и 22 модулируется в S-поляризацию при прохождении через второй модулятор 27b. В то же время, состояние P-поляризации модулируется из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации.

[120] Первый и третий модулятор 27a и 27c преобразуют состояние S-поляризации из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации, поддерживая S-поляризацию. Следовательно, первый и третий модулятор 27a и 27c осуществляют функцию отставания по фазе на 1/4 длины волны.

[121] С другой стороны, второй модулятор 27b преобразует состояние P-поляризации из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации (осуществляет функцию отставания по фазе на 1/4 длины волны), преобразуя при этом P-поляризацию в S-поляризацию (осуществляя функцию отставания по фазе на 1/2 длины волны). Следовательно, второй модулятор 27b осуществляет функцию отставания по фазе всего на 3/4 длины волны.

[122] Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 10, модуляторы с первого по третий 27a-27c могут быть отделены друг от друга или отстоять друг от друга.

[123] Дело в том, что, в состоянии, в котором первый модулятор 27a, второй модулятор 27b и третий модулятор 27c располагаются последовательно, характеристики отставания по фазе, генерируемого в первом и третьем модуляторах 27a и 27c, отличаются от характеристик отставания по фазе, генерируемого во втором модуляторе 27b.

[124] На фиг. 11 показан вид, демонстрирующий другой вариант осуществления, отличающийся от варианта осуществления, показанного на фиг. 10, добавленным элементом.

[125] На фиг. 11 показана конструкция, в которой в конструкцию, показанную на фиг. 10, добавлена полуволновая пластинка 28 для преобразования P-поляризации, пропущенной через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, в S-поляризацию.

[126] Таким образом, полуволновая пластинка 28 располагается позади первого и второго поляризационных светоделителей 21 и 22 и располагается перед вторым модулятором 27b.

[127] Другими словами, полуволновая пластинка 28 располагается между первым и вторым поляризационными светоделителями 21 и 22 и вторым модулятором 27b.

[128] В вышеописанной конструкции, свет, прошедший через полуволновую пластинку 28, и свет, отраженный первым и вторым отражающими элементами 23 и 24, имеют характеристики одной и той же поляризации, т.е. S-поляризации.

[129] Это позволяет преобразовывать поляризации из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации с использованием единого модулятора больших размеров вместо первого, второго и третьего модуляторов 27a, 27b и 27c. Единый модулятор больших размеров может сообщать падающему свету отставание по фазе на 1/4 длины волны для преобразования света из состояния линейной поляризации в состояние круговой поляризации.

[130] Между тем, хотя не показано, полуволновая пластинка 28 может располагаться между первым отражающим элементом 23 и первым модулятором 27a и/или между вторым отражающим элементом 24 и третьим модулятором 27c.

[131] В случае, когда поляризация, распространяющаяся вдоль пути отражения и поляризация, распространяющаяся вдоль пути пропускания, достигают экрана, поляризации должны преобразовываться в единственную поляризацию (P-поляризацию или S-поляризацию).

[132] В случае, когда полуволновая пластинка 28 располагается на пути пропускания, поляризации, достигающие экрана, могут формировать изображение на экране в состоянии S-поляризации.

[133] С другой стороны, в случае, когда полуволновая пластинка 28 располагается на пути отражения, поляризации, достигающие экрана, могут формировать изображение на экране в состоянии P-поляризации.

[134] Согласно настоящему изобретению, как описано выше, количество путей пучков, проецируемых на экран с перекрыванием, равно 3.

[135] Таким образом, пути пучков включают в себя первый путь, вдоль которого свет проходит через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22 и затем проецируется на экран, второй путь, вдоль которого свет отражается первым поляризационным светоделителем 21 и первым отражающим элементом 23 и затем проецируется на экран, и третий путь, вдоль которого свет отражается вторым поляризационным светоделителем 22 и вторым отражающим элементом 24 и затем проецируется на экран.

[136] Далее приведено описание способа устранения различия между поверхностью формирования изображения света, отраженного первым поляризационным светоделителем 21 и вторым поляризационным светоделителем 22, и поверхностью формирования изображения света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, для обеспечения изображений, имеющих одинаковый размер на экране.

[137] На фиг. 12 показана разность высот Δ между поверхностями формирования изображения света в первую очередь отраженного первым поляризационным светоделителем 21 и вторым поляризационным светоделителем 22, и во вторую очередь отраженного первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24, и поверхностями формирования изображения света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22.

[138] Ссылочная позиция 219 указывает поверхность формирования изображения света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21, и ссылочная позиция 229 указывает поверхность формирования изображения света, прошедшего через второй поляризационный светоделитель 22.

[139] Ссылочная позиция 239 указывает поверхность формирования изображения света, отраженного первым отражающим элементом 23, и ссылочная позиция 249 указывает поверхность формирования изображения света, отраженного вторым отражающим элементом 24.

[140] Поверхности 239 и 249 формирования изображения пучков, распространяющихся вдоль путей отражения, располагаются перед поверхностями 219 и 229 формирования изображения пучков, распространяющихся вдоль путей пропускания. Разность высот Δ возникает вследствие такого различия в положении.

[141] Разность высот Δ можно уменьшить с использованием следующих четырех способов.

[142] Первый способ предусматривает увеличение угла расхождения света, прошедшего через первый поляризационный светоделитель 21 и второй поляризационный светоделитель 22, с использованием линзы 29, как показано на фиг. 13.

[143] Линза может иметь характеристики вогнутой линзы для увеличения угла расхождения света.

[144] Согласно этому способу, путь 299 света после коррекции, осуществляемой линзой 29, расходится больше, чем путь 298 света до коррекции, осуществляемой линзой 29, в результате чего, размер изображения на экране увеличивается.

[145] Согласно фиг. 13, путь пропускания, указанный сплошной линией, указывает путь 298 до коррекции, осуществляемой линзой 29, и путь пропускания, указанный пунктирной линией, указывает путь 299 после коррекции, осуществляемой линзой 29.

[146] Можно видеть, что путь, указанный пунктирной линией, расходится больше, чем путь, указанный сплошной линией.

[147] В результате, размер изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей пропускания, становится равным размеру изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей отражения, что позволяет устранить вышеописанную разность высот Δ.

[148] При этом, следует отметить, что линза 29 должна располагаться между двумя путями отражения, чтобы пучки, распространяющиеся вдоль путей отражения, не испытывали помех от линзы 29.

[149] Второй способ устранения разности высот Δ предусматривает размещение линз 30 и 31 для уменьшения углов расхождения пучков на путях отражения, как показано на фиг. 14.

[150] Линзы 30 и 31 могут иметь характеристики выпуклых линз для уменьшения углов расхождения пучков в определенной степени.

[151] Линзы 30 и 31 могут располагаться рядом с первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24 в состоянии, в котором линзы 30 и 31 располагаются на путях, вдоль которых распространяются пучки, отраженные первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24.

[152] Согласно этому способу, пути 309 и 319 света после коррекции, осуществляемой линзами 30 и 31, расходятся меньше, чем пути 308 и 318 света до коррекции, осуществляемой линзами 30 и 31, в результате чего, размер изображения на экране уменьшается.

[153] Согласно фиг. 14, пути отражения, указанные сплошными линиями, указывают пути 308 и 318 до коррекции, осуществляемой линзами 30 и 31, и пути отражения, указанные пунктирными линиями, указывают пути 309 и 319 после коррекции, осуществляемой линзами 30 и 31.

[154] Можно видеть, что пути, указанные пунктирными линиями, расходятся меньше, чем пути, указанные сплошными линиями.

[155] В результате, размер изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей отражения, становится равным размеру изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей пропускания, что позволяет устранить вышеописанную разность высот Δ.

[156] При этом следует отметить, что линзы 30 и 31 должны отклоняться от путей пропускания таким образом, чтобы пучки, распространяющиеся вдоль путей пропускания, не испытывали помех от линз 30 и 31.

[157] С другой стороны, можно использовать способ коррекции путей пучков с использованием пластинок или призм 32 и 33 для уменьшения углов расхождения пучков, как показано на фиг. 15, вместо того, чтобы использовать способ коррекции с использованием линз 30 и 31, как показано на фиг. 14.

[158] Это третий способ устранения разности высот Δ.

[159] Пластинки или призмы 32 и 33 могут иметь характеристики выпуклых линз для уменьшения углов расхождения пучков в определенной степени.

[160] Пластинки или призмы 32 и 33 могут располагаться рядом с первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24 в состоянии, в котором пластинки или призмы 32 и 33 располагаются на путях, вдоль которых распространяются пучки, отраженные первым отражающим элементом 23 и вторым отражающим элементом 24.

[161] Согласно этому способу, пути 329 и 339 света после коррекции, осуществляемой пластинками или призмами 32 и 33, расходятся меньше, чем пути 328 и 338 света до коррекции, осуществляемой пластинками или призмами 32 и 33, в результате чего, размер изображения на экране уменьшается.

[162] Согласно фиг. 15, пути отражения, указанные сплошными линиями, указывают пути 328 и 338 до коррекции, осуществляемой пластинками или призмами 32 и 33, и пути отражения, указанные пунктирными линиями, указывают пути 329 и 339 после коррекции, осуществляемой пластинками или призмами 32 и 33.

[163] Можно видеть, что пути, указанные пунктирными линиями, расходятся меньше, чем пути, указанные сплошными линиями.

[164] В результате, размер изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей отражения, становится равным размеру изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей пропускания, что позволяет устранить вышеописанную разность высот Δ.

[165] При этом, следует отметить, что пластинки или призмы 32 и 33 должны отклоняться от путей пропускания таким образом, чтобы пучки, распространяющиеся вдоль путей пропускания, не испытывали помех от пластинок или призм 32 и 33.

[166] Четвертый способ устранения разности высот Δ предусматривает использование сборок отражающего элемента и призмы (зеркально-призматических сборок) 34 и 35, показанных на фиг. 16.

[167] Сборки 34 и 35 отражающего элемента и призмы выполнены таким образом, что линзы 30 и 31 или пластинки или призмы 32 и 33, показанные на фиг. 14 или 15 легко и удобно отделять от отражающих элементов.

[168] Сборки 34 и 35 отражающего элемента и призмы уменьшают углы расхождения пучков.

[169] Сборки 34 и 35 отражающего элемента и призмы могут располагаться на путях вдоль которых распространяются пучки, отраженные первым поляризационным светоделителем 21 и вторым поляризационным светоделителем 22.

[170] Согласно этому способу, пути 349 и 359 света после коррекции, осуществляемой сборками 34 и 35 отражающего элемента и призмы, расходятся меньше, чем пути 348 и 358 света до коррекции, осуществляемой сборками 34 и 35 отражающего элемента и призмы, в результате чего, размер изображения на экране уменьшается.

[171] Согласно фиг. 16, пути отражения, указанные сплошными линиями, указывают пути 348 и 358 до коррекции, осуществляемой сборками 34 и 35 отражающего элемента и призмы, и пути отражения, указанные пунктирными линиями, указывают пути 349 и 359 после коррекции, осуществляемой сборками 34 и 35 отражающего элемента и призмы.

[172] Можно видеть, что пути, указанные пунктирными линиями, расходятся меньше, чем пути, указанные сплошными линиями.

[173] В результате, размер изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей отражения, становится равным размеру изображения, сформированного на экране пучками, распространяющимися вдоль путей пропускания, что позволяет устранить вышеописанную разность высот Δ.

[174] Между тем, можно добиться такого же результата, даже используя поляризационный светоделитель, образованный призмой 38, имеющей две поляризующие светоделительные поверхности 36 и 37, как показано на фиг. 17.

[175] Таким образом, поляризационный светоделитель может включать в себя поляризующие светоделительные поверхности 36 и 37, соединенные друг с другом и при этом наклоненные, и призму 38.

[176] Поляризация, имеющая конкретное направление (например, P-поляризация), проходит через поляризующие светоделительные поверхности 36 и 37.

[177] С другой стороны, поляризация, имеющая другое направление (например, S-поляризация), отражается поляризующими светоделительными поверхностями 36 и 37, и путь отраженного света корректируется призмой 38.

[178] Таким образом, путь отраженного света корректируется таким образом, что путь отраженного света расходится меньше.

[179] Между тем, преломляющие элементы 39 и 40 могут располагаться перед поляризационным светоделителем. Функция и конструкция преломляющих элементов 39 и 40 такие же, как у преломляющих элементов 25 и 26, показанных на фиг. 7.

[180] Соответственно, описание преломляющих элементов 39 и 40 будет заменено описанием преломляющих элементов 25 и 26, показанных на фиг. 7, и, таким образом, будет опущено.

[181] Согласно настоящему изобретению, как описано выше, можно уменьшить разность между путем распространения отраженного света и путем распространения пропущенного света, таким образом, получая высококачественное стереоскопическое изображение.

[182] Кроме того, можно уменьшить расстояние между элементами устройства стереоскопических изображений по сравнению с традиционным устройством стереоскопических изображений, таким образом уменьшая общий размер устройства стереоскопических изображений.

[183] Специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение можно реализовать в других конкретных формах, отличных от изложенных здесь, не выходя за рамки сущности и существенных характеристик настоящего изобретения. Таким образом, вышеприведенное описание следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративное, но не ограничительное. Объем изобретения должен определяться разумной интерпретацией нижеследующей формулы изобретения, и все изменения, входящие в диапазон эквивалентности изобретения, подлежат включению в объем изобретения.

Изобретение относится к оптической технике. Устройство стереоскопических изображений содержит поляризационный светоделитель, выполненный с возможностью принимать свет изображения от поверхности изображения и разделять падающий свет изображения на пропущенный свет, имеющий первое состояние поляризации, и первый и второй отраженный свет, имеющие второе состояние поляризации, отличное от первого. Также устройство содержит первый и второй отражающие элементы, выполненные с возможностью изменения путей отраженного света изображения таким образом, чтобы пропущенный свет изображения и первый и второй отраженный свет изображения проецировались с образованием единого изображения. Единое изображение формируется посредством наложения первого изображения от пропущенного света и второго изображения от первого и второго отраженного света. Кроме того устройство содержит первый, второй и третий поляризационные модуляторы, способные выборочно переключать состояния поляризации пропущенного и отраженного света изображения между первым и вторым состояниями. Управление первым, вторым и третьим поляризационными модуляторами позволяет выборочно переключать состояния поляризации пропущенного света изображения и первого и второго отраженного света изображения чтобы иметь в данный момент одно и то же выходное состояние поляризации, таким образом, формируя единое поляризованное изображение на поверхности формирования изображения в данный момент. Технический результат заключается в минимизации потери оптической энергии и повышении качества стереоскопического изображения. 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство стереоскопических изображений, содержащее:

поляризационный светоделитель, выполненный с возможностью принимать свет изображения от поверхности изображения и разделять падающий свет изображения на

пропущенный свет изображения, имеющий первое состояние поляризации, и

первый и второй отраженный свет изображения, имеющие второе состояние поляризации, причем второе состояние отличается от первого состояния,

первый и второй отражающие элементы, выполненные с возможностью изменения путей первого и второго отраженного света изображения таким образом, чтобы пропущенный свет изображения и первый и второй отраженный свет изображения проецировались с образованием единого изображения на поверхности формирования изображения,

причем единое изображение сформировано посредством наложения первого изображения от пропущенного света изображения и второго изображения от первого и второго отраженного света изображения на по существу одну и ту же область на поверхности формирования изображения,

первый, второй и третий поляризационные модуляторы, способные выборочно переключать состояния поляризации пропущенного света изображения и первого и второго отраженного света изображения между первым и вторым состояниями поляризации,

причем управление первым, вторым и третьим поляризационными модуляторами позволяет выборочно переключать состояния поляризации пропущенного света изображения и первого и второго отраженного света изображения чтобы иметь в данный момент одно и то же выходное состояние поляризации, таким образом, формируя единое поляризованное изображение на поверхности формирования изображения в данный момент.

2. Устройство по п. 1, в котором второе изображение сформировано посредством объединения первого и второго отраженного света с неперекрытой областью между ними на поверхности формирования изображения.

3. Устройство по п. 1, в котором поляризационный светоделитель содержит первый поляризационный светоделитель и второй поляризационный светоделитель в форме двух пластинок, соответственно,

причем первый поляризационный светоделитель и второй поляризационный светоделитель соединены друг с другом в форме шеврона, и

причем стык между первым поляризационным светоделителем и вторым поляризационным светоделителем образует край, расположенный на центральной линии пути падающего света изображения.

4. Устройство по п. 3, в котором форма шеврона комбинации первого поляризационного светоделителя и второго поляризационного светоделителя имеет изгиб по направлению к экрану.

5. Устройство по п. 1, в котором поляризационный светоделитель содержит первый поляризационный светоделитель и второй поляризационный светоделитель, имеющий форму двух поверхностей призмы.

6. Устройство по любому из пп. 3 или 5, в котором первый поляризационный светоделитель и второй поляризационный светоделитель симметричны относительно пути падающего света изображения.

7. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее линзу, расположенную на пути пропущенного света изображения, пропущенного через поляризационный светоделитель,

причем линза выполнена с возможностью увеличения угла расхождения пропущенного света изображения.

8. Устройство по п. 1, в котором каждый из первого и второго отражающих элементов содержит зеркало.

9. Устройство по п. 1, в котором первое состояние поляризации является P-поляризацией и второе состояние поляризации является S-поляризацией.

10. Устройство по п. 1, в котором первое и второе выходные состояния поляризации содержат взаимно скрещенную круговую поляризацию,

причем первый, второй и третий поляризационные модуляторы имеют функцию отставания по фазе на 1/4 длины волны.

11. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее

полуволновую фазовую пластинку, благодаря которой пропущенный свет изображения, первый и второй отраженный свет изображения имеют одно и то же состояние поляризации.

12. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее

преломляющий элемент, расположенный в направлении распространения падающего света изображения, который должен падать на поляризационный светоделитель, для преломления света изображения, который должен падать на поляризационный светоделитель.

13. Устройство по п. 12, в котором преломляющий элемент содержит первый преломляющий элемент, обеспеченный с одной стороны оптической оси падающего света изображения, и второй преломляющий элемент, обеспеченный с другой стороны оптической оси падающего света изображения.

14. Устройство по п. 11, в котором преломляющий элемент преломляет свет изображения для предотвращения проецирования света изображения на область гашения на поверхности формирования изображения.

15. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее

по меньшей мере две пластинки или линзу, обеспеченные на пути света изображения, соответственно, отраженного первым и вторым отражающими элементами, для уменьшения угла расхождения света изображения, отраженного первым и вторым отражающими элементами, для коррекции пути света изображения.

16. Устройство по п. 1, в котором первый и второй отражающие элементы сформированы в виде первой призмы и второй призмы, и

причем первая призма и вторая призма дополнительно выполнены с возможностью уменьшения угла расхождения первого и второго отраженного света изображения.