[发明专利]使用分段式圆盘的光学扩展量减小的立体投影

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于投影立体数字图像的装置，更特别地，涉及一种用于数字影院投影的使用偏振固态激光器来产生立体图像的改进装置和方法。

背景技术

在大型场馆中，为了给消费者提供更加强大的视觉体验，对于显示三维(3D)或感知的立体内容的高品质投影系统的关注日益增加。尽管许多娱乐公司已经在电影院、主题公园和其他场馆中提供了立体内容，但是这些公司主要是使用胶片介质来呈现立体图像。为了产生立体图像，将两套胶片装载到两个分离的投影装置中，每只眼睛一个。然后，使用偏振光同时投影左眼图像和右眼图像。一个偏振用于呈现到左眼的图像；然后将正交偏振的光用于向右眼呈现的图像。观众戴上相应的正交偏振眼镜，正交偏振眼镜为每只眼镜阻挡一个偏振光图像，并且同时透射正交偏振光图像。

电影工业正在向数字成像过渡，在这当中，诸如Imax的一些厂商继续利用双投影系统来提供高品质的立体图像。但是，更常见的是，对常规的投影机进行改动以实现3D投影。

用于彩色数字影院投影的这些常规的投影方案中最具前景的是使用两个基本类型的空间光调制器(SLM)之一作为图像形成器件。第一种类型的空间光调制器是数字光处理器(DLP)，这是由德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司开发的一种数字微镜器件(DMD)。DLP已经被成功地运用到数字投影系统中。很多专利中描述了DLP器件，例如美国专利4,441,791、5,535,047、5,600,383(全部都属于Hornbeck)。

图1显示了使用DLP空间光调制器的投影装置10的简化框图。光源12向诸如飞利浦棱镜的棱镜组件14中提供多色非偏振光。棱镜组件14将多色光分成红色成分波长带、绿色成分波长带和蓝色成分波长带并且将每个频带定向到相应的空间光调制器20r、20g或20b。然后，棱镜组件14将来自于每个空间光调制器20r、20g和20b的调制光重新合成并且将该非偏振光提供到用于到显示屏幕或者其他合适的表面上的投影的投影透镜29。

基于DLP的投影机展示了为从桌面到大型影院的大多数投影应用提供了必要的通光效率(light throughput)、对比度、和色域的能力。但是，典型地提供不超过2148×1080像素的现有器件使其存在固有的分辨率限制。另外，元件和系统的高成本限制了DLP设计在更高品质的数字影院投影中的适用性。此外，飞利浦棱镜或其他合适的组合棱镜(combining prism)的成本、尺寸、重量和复杂度构成很大的约束。另外，由于亮度要求，需要具有长工作距离的相对较快的投影透镜，这不利地影响了这些器件的可接受性和可用性。

用于数字投影的第二种类型的空间光调制器是LCD(液晶器件)。LCD通过对每个相应像素选择性地调制入射光的偏振态来形成作为像素的阵列的图像。LCD作为用于高品质数字影院投影系统的空间光调制器而言，似乎具有一些优点。这些优点包括相对较大的器件尺寸、良好的器件成品率以及制造具有更高分辨率的器件(例如可由索尼和JVC公司购买到的4096×2160分辨率的器件)的能力。使用LCD空间光调制器的电子投影装置的示例当中有美国专利5,808,795(Shimomura等人)和别处公开的使用LCD空间光调制器的电子投影装置。LCOS(硅上液晶)器件用于大比例图像投影被认为是特别有前景的。但是，使用LCD元件的话，可能很难维持数字影院的高品质要求，特别是在色彩和对比率的方面，因为高亮度投影的高热负荷影响到这些器件的偏振质量。

基于投影机从这些常规的微型显示器(DLP或LCOS)形成立体图像的常规方法使用两个主要技术中的任一个来区分左眼内容和右眼内容。杜比实验室所使用的一种较不常见的技术例如使用色彩空间分离，如Maximus等人的美国专利申请公开2007/0127121和别处所述。在白光照明系统中使用滤光器，以便将每个原色的部分暂时阻挡一部分的帧时间。例如，对于左眼，红色、蓝色和绿色(RGB)的较低波长光谱被阻挡一段时间。对于另一只眼睛，这交替成阻挡红色、蓝色和绿色(RGB)的较高波长光谱。然后，将与每只眼睛相关联的适当的色彩调节立体内容呈现到用于每一只眼睛的调制器。观看者戴着相应的滤光器组，滤光器组类似地只透射两个3色(RGB)谱集(spectral set)其中之一。色彩分离方法与基于偏振的投影方法相比享有一些优点。例如，图像可以被投影到大多数的屏幕上，而不需要使用更昂贵的偏振保持屏幕。但是也存在缺点。所需要的眼镜是昂贵的。可能会因为正常的角度改变、头部运动和倾斜而降低观察质量。另外，色彩空间的调整可能是困难的，并且由于滤光，可能存在显著的光损失。因此，可能需要更高的灯输出，或者会降低输出图像亮度。