具有單個調制器的三維圖像投影儀的制作方法
【專利摘要】提供了投影三維圖像的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括第一光源(22)，以第一方向發(fā)射光。提供第二光源(24)，以第二偏振發(fā)射光，該第二方向與該第一方向相對。分束器裝置(54)布置在第一光源(22)和第二光源(24)之間以從第一光源(22)和第二光源(24)接收光，所述分束器裝置(54)被布置為關于軸旋轉。LCoS圖像裝置(62)鄰近分束器裝置(54)布置，該LCoS圖像裝置(62)具有與第一方向和第二方向基本垂直布置的圖像表面。
【專利說明】具有單個調制器的三維圖像投影儀

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及立體三維圖像投影儀，并且更具體地涉及可用被動式眼鏡的小型三維投影儀。

【背景技術】
[0002]三維(3D)電影和圖片由于圖像更加真實而已經成為娛樂的流行形式。3D圖像利用人類雙目視覺的物理特點。人眼間隔分開大約2英寸(5厘米)，因而每一個眼睛從輕微不同的視角看這個世界。大腦接收兩個圖像并且具有將每一個眼睛看到的東西之間的差別相關聯(lián)以確定距離的雙目視覺功能。距離的確定提供了人們看到的三維效果。
[0003]為了在諸如電影或電視屏幕之類的二維表面上創(chuàng)建雙目圖像，用戶通常佩戴眼鏡。眼鏡改變了用戶觀看圖像的方式以創(chuàng)建仿真的3D效果。通常存在兩類眼鏡，被動式眼鏡和主動式眼鏡。所用的眼鏡類型將取決于正在使用的圖像投影系統(tǒng)的類型。
[0004]被動式眼鏡依賴通過對每一個眼睛使用不同透鏡而創(chuàng)建的光學效果。投影系統(tǒng)發(fā)出一系列順序圖像，其中后續(xù)圖像被輕微偏置。布置圖像以使得用戶通過眼鏡的第一透鏡(例如，右眼)看第一圖像，而用另一透鏡(例如，左眼)看第二圖像。因為圖像被迅速投影，所以用戶未注意到多個圖像，而是看到三維效果。最初，被動式眼鏡使用不同顏色的透鏡來過濾圖像，然而，這限制了 3D圖像在期望全色彩圖像時的使用。為了減輕該問題，開發(fā)了偏振透鏡，其中眼鏡的每一個透鏡允許不同偏振光的透射。偏振被動式透鏡允許全色彩3D圖像透射。被動式透鏡在諸如例如電影院之類的投影儀型系統(tǒng)中更普遍，其中可以使用多個投影儀來投影圖像在屏幕上。
[0005]3D電視系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了新的挑戰(zhàn)，因為通常沒有足夠的空間用于多個投影儀。為了解決這個問題，創(chuàng)建了主動式透鏡。利用主動式透鏡，眼鏡無線地與投影儀通信以將眼鏡操作與正在顯示的圖像同步。對于主動式眼鏡，透鏡通常是可以在透射光和阻擋光之間切換的液晶顯示器。這樣，眼鏡可以迅速地將左右透鏡在透明和不透明之間切換。在切換眼鏡的同時，電視投影一系列順序圖像。當在電視和眼鏡之間同步該切換時，用戶體驗到三維效果。
[0006]因此，盡管現(xiàn)有的三維投影儀適宜于它們意圖的目的，但是仍存在改進的需要，尤其是提供具有可以投影用被動式眼鏡可視的圖像的單投影儀的系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[0007]根據本發(fā)明的一個實施例，提供具有第一光源的方法，該第一光源以第一偏振發(fā)射光。與第一光源相對地提供第二光源，該第二光源以第二偏振發(fā)射光。提供娃基液晶(LCoS)圖像器件。與LCoS鄰近地在第一光源和第二光源之間提供分束器裝置。旋轉分束器裝置。從第一光源發(fā)射第一光。用分束器裝置將第一光反射到LCoS圖像器件上。在第一光發(fā)射之后，從第二光源發(fā)射第二光。用分束器裝置將第二光反射到LCoS圖像器件上。
[0008]根據本發(fā)明的另一實施例，提供具有第一光源的系統(tǒng)，該第一光源在第一方向上發(fā)射光。提供第二光源，該第二光源在第二方向上發(fā)射光，該第二方向與第一方向相對。在第一光源和第二光源之間布置分束器裝置以從第一光源和第二光源接收光，分束器裝置被布置為關于軸旋轉。LCoS圖像器件鄰近分束器裝置地布置，該LCoS圖像裝置具有與第一方向和第二方向基本垂直布置的圖像表面。
[0009]根據本發(fā)明的另一實施例，提供了用于便攜式電子裝置的投影儀系統(tǒng)。該投影儀系統(tǒng)包括第一光源，布置為在第一方向上引導光。第二光源被布置為在第二方向上引導光，該第二方向與該第一方向差180度。分束器裝置被布置為在軸上旋轉,該軸與第一方向和第二方向基本垂直。鄰近分束器裝置布置成像器件。
[0010]通過本發(fā)明的技術而實現(xiàn)附加的特征和優(yōu)勢。本發(fā)明的其他實施例和方面在這里詳細描述并被認為是所要求保護的發(fā)明的一部分。為了更好地理解具有優(yōu)勢和特征的本發(fā)明，請參考說明書和附圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在說明書的結論處的權利要求書中具體地指出并且清楚地要求保護被認作本發(fā)明的主題。結合附圖，本發(fā)明的前述和其他的特征以及優(yōu)勢從以下詳細描述中是顯然的，在附圖中:
[0012]圖1是依據本發(fā)明實施例的三維圖像投影儀的示意圖；
[0013]圖2是依據本發(fā)明實施例的操作三維圖像投影儀的方法的流程圖；并且
[0014]圖3是依據本發(fā)明另一實施例的操作三維圖像投影儀的另一方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0015]使用被動式眼鏡的當代三維(3D)圖像投影儀通常使用兩個投影儀。僅使用單個投影儀的在先努力依賴于投影儀內在順序圖像之間切換的主動式透鏡。應當理解，可觀的支出可能出現(xiàn)在使用冗余投影儀或具有昂貴的主動式透鏡。此外，隨著用戶期望從越來越小的投影儀封裝獲得相當的性能時，這些技術無法良好地縮放。
[0016]第二類投影儀使用具有與投影儀(通常是電視)協(xié)調工作的液晶二極管(LCD)的主動式眼鏡。主動式眼鏡交替阻擋透鏡中的一個，以使得用戶將通過交替的透鏡看到順序圖像。盡管主動式眼鏡良好地運行以為用戶創(chuàng)建3D效果，但是它們也具有一些較不期望的特性。主動式眼鏡要求諸如需要周期性充電或替換的電池之類的能量來源。如果在電視和眼鏡之間的通信中斷，則可能丟失3D效果。此外，由于系統(tǒng)的復雜性，主動式眼鏡往往昂貴許多。
[0017]現(xiàn)在參考圖1，示出三維投影儀20用于依據本發(fā)明的實施例從單個投影鏡頭投影三維(3D)圖像。投影儀20包括第一光源22和相對的第二光源24。布置所述光源以向彼此引導光。換言之，用箭頭26指示的來自第一光源22的光的方向與由箭頭28指示的來自第二光源24的光發(fā)射的光偏離了 180度。在示例性實施例中，每一個光源包括三個單色發(fā)光二級管(LED)，紅色LED30、綠色LED32和藍色LED34。排列LED30、32、34以形成正方形的3個邊，并且向光源22、24的中心引導光。每一個LED30、32、34可被耦接為向光收集光學兀件36引導光。。
[0018]光收集光學元件36將來自LED30、32、34的光引導到二分色組合器38。二分色組合器38組合來自LED的光以創(chuàng)造期望的光色。來自第一光源22的光經由開口側40出去并且穿過復眼透鏡42和預偏振器透鏡44。復眼透鏡42由小透鏡(Ienslet)陣列構成，該小透鏡具有將所透射的光分解為很多分量并且將它們均勻地投影在視場上的效果。結果是，甚至在所投影的光的周圍都沒有任何光強減弱的明亮照明。預偏振器透鏡44改變外射光的偏振以具有期望的偏振特性，該偏振特性適宜于正在使用的成像器件。一旦光離開了復眼透鏡42，則光可以穿過聚焦光到偏振分束器54 (PBS)的聚焦透鏡52。
[0019]類似于第一光源22，來自第二光源24的光離開開口側46并且進入復眼透鏡48和預偏振透鏡50。在被這些透鏡48、50調節(jié)之后，光在進入PBS54之前穿過聚焦透鏡56。
[0020]PBS54是將入射光線分為第一(透射)偏振分量和第二(透射)偏振分量的光學組件。在示例性實施例中，PBS54是被布置為關于軸58旋轉的器件。PBS54具有隨著它旋轉而交替將來自光源22的光反射到成像器件62上的表面60。光具有偏振地從成像器件62反射掉并隨后基本上透過PBS54且離開投影儀20。
[0021]在一個實施例中，光源22、24排列在距PBS54基本相同的距離(等距)上。這提供了如下優(yōu)勢:來自每一個源的光將沿著基本上相同的路徑長度行進以投影來自投影儀20的圖像。這簡化了光源22、24到偏振分束器的調制。
[0022]在示例性實施例中，成像器件62是硅基液晶(LCoS)型器件，其具有鄰近PBS54的成像表面64。在操作中，來自光源22、24的光從表面60反射到成像器件62上，成像器件62將光反射回穿過PBS54并反射到投影透鏡組件66并離開器件20。LCoS圖像器件62的使用提供了如下優(yōu)勢=LCoS器件62固有地偏振反射光。
[0023]在一些實施例中，應當理解，光源22、24，PBS54和LCoS器件62的組合提供了將投影儀的尺寸減小到極微(Pico)投影儀或微(micro)投影儀的類別的優(yōu)勢。這些小型投影儀可以適宜于用在便攜式電子裝置中，諸如但不限于例如移動電話、平板計算機、筆記本電腦和手持游戲裝置。本發(fā)明的實施例還可以用在非便攜式裝置中，諸如但不限于例如桌面計算機或電視。在一個實施例中，投影儀20可以包含在5-10.5mmx20-37mmx20-37mm的外殼中。
[0024]投影儀20還可以包括可選的反饋電路68。電耦接反饋電路68以與第一光源22、第二光源24以及LCoS圖像器件62通信。反饋電路68提供調制信號到光源22、24以在操作期間保持光源和LCoS器件62同步。換言之，反饋電路68確保了期望的光源22、24發(fā)射與正在圖像表面64上顯示的圖像對應的光。在示例性實施例中，PBS54以調制信號的頻率的兩倍的速度旋轉。在一個實施例中，投影儀20在操作期間消耗了 30毫瓦或更少的電能。
[0025]現(xiàn)在參考圖2，示出用于操作諸如例如投影儀20之類的三維圖像投影儀的方法70。該方法70在框72以旋轉PBS54開始。隨后在框74，該方法70從諸如例如光源22之類的第一光源發(fā)射光。來自第一光源的光在PBS54上反射出并反射到成像器件上，諸如例如LCoS器件62。在框76，光在成像器件上反射出并穿過一個或多個透鏡66以將圖像N投影到投影儀20之外。順序地，在框78，諸如例如光源24之類的第二光源發(fā)射光，其在PBS54上反射出并反射到成像器件上。在框80，光在成像器件上反射出并投影到投影儀20之外。方法70隨后循環(huán)回到框74以繼續(xù)從投影儀20投影圖像。應當理解，圖像N和圖像N+1類似但是輕微偏移，以為佩戴偏振被動式眼鏡的用戶創(chuàng)建三維效果。
[0026]現(xiàn)在參考圖3，示出用于操作諸如例如投影儀20之類的三維圖像投影的方法82的另一實施例。方法82在起始框84開始并前進到框86，在框86中，旋轉諸如例如PBS54之類的偏振分束器。偏振分束器可以以恒定的速度或以可變的速度旋轉。方法82隨后前進框86，其中諸如例如光源22、24之類的光源接收調制信號以將從光源發(fā)射光的定時與偏振分束器同步。在框90，在成像器件上創(chuàng)建圖像“N”。在框92，從第一光源發(fā)射光。在框94，該第一光諸如用復眼透鏡散布并且在框96通過預偏振透鏡引導。在框98，該第一光從偏振分束器反射到成像器件。在框100，第一光將圖像從成像器件反射出并穿過投影透鏡以從投影儀發(fā)射圖像N。
[0027]方法82隨后前進到框102，在框102中，在成像器件上創(chuàng)建圖像N+1。在框104激活第二光源以發(fā)射光。在框106，該第二光源隨后用諸如例如復眼透鏡之類的透鏡散布，并且在框108透鏡預偏振第二光。在框110，第二透鏡隨后在偏振分束器上反射出并反射到成像器件。在成像器件上反射出的光以不同于從成像器件反射的第一光的偏振偏振。在框112，第二反射光透射穿過投影透鏡以從投影儀發(fā)射圖像N+1。應當理解，圖像N和圖像N+1類似但是輕微偏置以為佩戴偏振被動式眼鏡的用戶創(chuàng)建三維效果。
[0028]在一個實施例中，偏振分束器以恒定的旋轉速度旋轉。這提供了優(yōu)勢并且簡化了光源的調制，因為一旦光源和偏振分束器同步，調制信號就可以不需要了。在另一實施例中，偏振分束器的旋轉速度可以改變或搖擺(stagger)。在一個實施例中，偏振分束器的旋轉可以在操作期間停止。這提供了減少投影儀的功耗的優(yōu)勢并且可以進一步允許使用僅光源中的一個來發(fā)射二維圖像。
[0029]本發(fā)明的實施例提供小型可靠的三維投影儀。本發(fā)明的實施例提供具有布置為具有用于投影圖像的相同路徑長度的多個光源的優(yōu)勢。實施例在發(fā)射可用被動式眼鏡的三維圖像方面提供了優(yōu)勢。
[0030]這里使用的術語僅是為了描述特定實施例的目的而不是為了限制本發(fā)明。如這里使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”也意圖包括復數形式，除非上下文以其他方式明確指示。將進一步明白，術語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時，指定了聲明特征、整數、步驟、操作、要素和/或組件的存在，但是不排除一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、要素組件和/或它們的組的存在或增加。
[0031]以下權利要求中的全部裝置或步驟外加功能要素的對應結構、材料、動作和等同意圖包括用于結合如具體主張的其他主張的要素來執(zhí)行功能的任何結構、材料或動作。本發(fā)明的描述已經出于說明和描述的目的而呈現(xiàn)，但是不意圖為窮盡或限制于所公開的形式的發(fā)明。很多修改和變型將對于本領域普通技術人員是顯然的，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。選擇并描述實施例以便于最佳地說明本發(fā)明和實際應用的原理，并且使得本領域普通技術人員能夠理解對于具有各種修改的各種實施例的本發(fā)明，只要適于所計劃的特定用途。
[0032]這里描繪的流程圖僅為一個示例。對于這里描述的這個示圖或步驟(或操作)可以存在很多變型，而不背離本發(fā)明的精神。例如，步驟可以以不同次序進行或步驟可以增力口、刪除或修改。全部這些變型認為是所聲明的發(fā)明的一部分。
[0033]盡管已經描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是將明白本領域技術人員無論現(xiàn)在還是將來都可以做出落入如下權利要求的范圍內的各種改進和增強。這些權利要求將認為保持首先描述的本發(fā)明的恰當保護。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 提供第一光源，所述第一光源以第一偏振發(fā)射光； 與第一光源相對地提供第二光源，所述第二光源以第二偏振發(fā)射光； 提供硅基液晶(LCoS)圖像器件； 在所述第一光源和所述第二光源之間鄰近所述LCoS圖像器件提供分束器裝置； 旋轉所述分束器裝置； 從所述第一光源發(fā)射第一光； 用所述分束器裝置反射所述第一光到所述LCoS圖像器件上； 在所述第一光被發(fā)射之后，從所述第二光源發(fā)射第二光；以及 用所述分束器裝置反射所述第二光到所述LCoS圖像器件上。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 與所述LCoS圖像器件相對地鄰近所述分束器裝置提供投影透鏡； 通過所述投影透鏡發(fā)射從所述LCoS圖像器件反射的所述第一光；并且 通過所述投影透鏡發(fā)射從所述LCoS圖像器件反射的所述第二光。
3.根據權利要求2所述的方法，進一步包括: 傳送調制信號到所述第一光源和所述第二光源；以及， 其中，所述分束器裝置的旋轉是所述調制信號的頻率的兩倍。
4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括: 在所述第一光源和所述分束器裝置之間提供第一復眼陣列； 在所述第一復眼陣列和所述分束器裝置之間提供第一預偏振器透鏡； 在所述第一預偏振器透鏡和所述分束器裝置之間提供第一聚焦透鏡； 在所述第二光源和所述分束器裝置之間提供第二復眼陣列； 在所述第二復眼陣列和所述分束器裝置之間提供第二預偏振器透鏡； 在所述第二預偏振器透鏡和所述分束器裝置之間提供第二聚焦透鏡。
5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括: 所述第一光源包括第一紅色發(fā)光二級管(LED)、第一綠色LED和第一藍色LED ； 所述第一光包括從所述第一紅色LED、所述第一綠色LED和所述第一藍色LED發(fā)射的光，其由第一二分色組合器組合； 所述第二光源包括第二紅色發(fā)光二級管(LED)、第二綠色LED和第二藍色LED ； 所述第二光包括從所述第二紅色LED、所述第二綠色LED和所述第二藍色LED發(fā)射的光，其由第二二分色組合器組合。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述分束器裝置以恒定速度旋轉。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述分束器裝置以可變速度旋轉。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一光源、所述第二光源、所述LCoS圖像器件和所述分束器布置在5-10.5mm高、20_37mm寬且20_37mm長的空間內。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一光源、所述第二光源、所述LCoS圖像器件和所述分束器使用小于或等于30毫瓦的電力。
10.一種系統(tǒng),包括: 第一光源，所述第一光源在第一方向上發(fā)射光；第二光源，所述第二光源在第二方向上發(fā)射光，所述第二方向與所述第一方向相對；分束器裝置，布置在所述第一光源和所述第二光源之間，以接收來自所述第一光源和所述第二光源的光，所述分束器裝置被布置為關于軸旋轉；以及 LCoS圖像器件，被與所述分束器裝置鄰近地布置，所述LCoS圖像器件具有與所述第一方向和所述第二方向基本垂直布置的圖像表面。
11.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，進一步包括與所述LCoS圖像器件相對、與所述分束器裝置鄰近的投影透鏡，所述投影透鏡被放置為接收從所述LCoS圖像器件反射的光。
12.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括: 第一復眼透鏡，布置在所述第一光源和所述分束器裝置之間；以及 第一預偏振器透鏡，布置在所述第一復眼透鏡和所述分束器裝置之間。
13.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，進一步包括: 第二復眼透鏡，布置在所述第二光源和所述分束器裝置之間； 第二預偏振器透鏡，布置在所述第二復眼透鏡和所述分束器裝置之間。
14.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，進一步包括:反饋電路，耦接到所述第一光源、所述第二光源、所述分束器裝置以及所述LCoS圖像器件，所述反饋電路提供調制信號到所述第一光源和所述第二光 源，其中所述分束器裝置以所述調制信號的頻率的兩倍旋轉。
15.根據權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一光源包括: 多個第一 LED器件； 多個第一光收集光學元件，每一個所述第一光收集光學元件與所述多個第一 LED器件之一關聯(lián)；以及 第一二分色組合器，布置在所述多個第一光收集光學元件之間，所述第一二分色組合器被布置為引導來自所述多個第一 LED器件的光到所述第一復眼透鏡中。
16.根據權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述第二光源包括: 多個第二 LED器件； 多個第二光收集光學元件，每一個所述第二光收集光學元件與所述多個第二 LED器件之一關聯(lián)；以及 第二二分色組合器，布置在所述多個第二光收集光學元件之間，所述第二二分色組合器被布置為引導來自所述多個第二 LED器件的光到所述第二復眼透鏡中。
17.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一光源、所述第二光源、所述LCoS圖像器件和所述分束器布置在5-10.5mm高、20_37mm寬且20_37mm長的空間內。
18.根據權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一光源、所述第二光源、所述LCoS圖像器件和所述分束器使用小于或等于30毫瓦的電力。
19.一種用于便攜式電子裝置的投影系統(tǒng)，包括: 第一光源，布置為在第一方向上引導光； 第二光源，布置為在第二方向上引導光，所述第二方向與所述第一方向差180度； 分束器裝置，布置為在軸上旋轉，所述軸與所述第一方向和所述第二方向基本垂直；并且 成像器件，鄰近所述分束器裝置。
20.根據權利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述分束器裝置與所述第一光源和所述第二光源基本等距。
21.根據權利要求20所述的系統(tǒng)，進一步包括:投影透鏡，被布置為與所述分束器裝置鄰近，與所述成像器件相對。
22.根據權利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述成像器件是LCoS圖像器件。
23.根據權利要求19所述的系統(tǒng)，進一步包括: 反饋裝置，耦接為與所述第一 光源、所述第二光源、所述分束器裝置和所述成像器件通信，所述反饋裝置提供具有調制頻率的調制信號；并且 其中所述分束器裝置以所述調制頻率基本兩倍的頻率旋轉。
24.根據權利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器裝置以恒定速度旋轉。
25.根據權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述分束器裝置以可變速度旋轉。
【文檔編號】G03B35/26GK104081276SQ201380006758
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月23日 優(yōu)先權日:2012年1月25日
【發(fā)明者】C.M.德庫薩蒂斯 申請人:國際商業(yè)機器公司