具有雙色成像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)包括在第一方向上發(fā)射光的第一光源(30)和在第二方向上發(fā)射光的第二光源(40)。第一光源(30)和第二光源(40)各自發(fā)射單一顏色光，其組合來生成白光。分束器裝置(50)布置在第一光源(30)和第二光源(40)之間。鄰近該分束器裝置(50)地布置成像器件(60)。
【專利說明】具有雙色成像的三維圖像投影儀

【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(jīng)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(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供具有第一光源和第二光源的方法。與第一光源和第二光源鄰近地布置偏振分束器(PBS)。成像器件鄰近該PBS。鄰近PBS與該成像器件相對地布置偏振翻轉(zhuǎn)元件，鄰近該偏振翻轉(zhuǎn)元件布置反射鏡。從第一光源發(fā)射第一光。將第一光偏振，以使得它通過PBS反射到偏振翻轉(zhuǎn)元件。第一光穿過偏振翻轉(zhuǎn)元件兩次以使得它將到達成像器件的表面。在發(fā)射第一光之后，從第二光源發(fā)射第二光。將第二光偏振以使得該光穿過PBS到成像器件上。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供具有第一光源和第二光源的、用于投影圖像的方法。第一 PBS位于鄰近第一光源而第二 PBS位于鄰近第二光源。鄰近第一 PBS布置第一成像器件，而鄰近第二 PBS布置第二成像器件。偏振翻轉(zhuǎn)元件放置在第一 PBS和第二 PBS之間，并且至少一個投影光學裝置位于鄰近第一 PBS和第二 PBS。第一光源發(fā)射第一光以使得它從第一 PBS反射到第一成像器件上。第一光從第一成像器件上反射出并且穿過第一 PBS到偏振翻轉(zhuǎn)元件。偏振翻轉(zhuǎn)元件改變第一光的偏振，使得它從第二 PBS反射出去朝向投影光學裝置。在第一光被發(fā)射之后從第二光源發(fā)射第二光，以使得第二光從第二 PBS反射出到第二成像器件。第二光從第二成像器件反射出并且穿過第二 PBS到偏振翻轉(zhuǎn)元件。偏振翻轉(zhuǎn)元件改變第二光的偏振以使得它從第一 PBS反射出去朝向投影光學裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射第一顏色的光的第一光源以及發(fā)射第二顏色的光的第二光源。鄰近第一和第二光源布置至少一個PBS，并且鄰近該至少一個PBS布置至少一個成像器件。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了用于便攜式電子裝置的投影儀系統(tǒng)，其具有發(fā)射第一顏色的光的第一光源以及發(fā)射第二顏色的光的第二光源。第二顏色不同于第一顏色并且來自第一光源和第二光源的光的組合生成白光。鄰近第一光源和第二光源放置至少一個PBS。鄰近該至少一個PBS放置至少一個成像器件。
[0011]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】
[0012]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:
[0013]圖1是依據(jù)本發(fā)明實施例的三維圖像投影儀的示意圖；
[0014]圖2是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的三維圖像投影儀的示意圖；
[0015]圖3是用于描述依據(jù)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
[0016]圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例的操作三維圖像投影儀的方法的另一流程圖。

【具體實施方式】
[0017]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(nèi)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?shù)男阅軙r，這些技術無法良好地縮放。
[0018]第二類投影儀使用具有與投影儀(通常是電視)協(xié)調(diào)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。
[0019]參考圖1，示出三維投影儀20用于依據(jù)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包括布置為在由箭頭31指示的第一方向上引導光的第一光源30，以及布置為在由箭頭41指示的第二方向上引導光的第二光源40。在本發(fā)明的示例性實施例中，第一光源的方向和第二光源的方向基本上彼此垂直。每一個光源可以包括多個非偏振發(fā)光二極管(LED)。傳統(tǒng)光源通常包括紅色、綠色和藍色LED并且發(fā)射組合全部三個顏色的光。在本發(fā)明的一個實施例中，第一光源發(fā)射第一顏色光而第二光源發(fā)射第二顏色光，以使得來自第一和第二光源的光的組合或重疊生成白光。在第一和第二光源30、40中的多個LED可以在顏色上一致或在顏色上不同，以創(chuàng)建單一發(fā)射顏色。例如，第一光源的LED可以是全綠，因而由第一光源30發(fā)射的光將是綠色的。第二光源40的LED可以紅綠交替以使得第二光源發(fā)射紫紅色(magenta)。這產(chǎn)生期望的顏色組合，因為綠色和紫紅色組合生成白光。
[0020]從第一光源30發(fā)出的第一顏色的非偏振第一光穿過線偏振器32,其改變光的偏振以具有適宜于正在使用的成像器件的期望偏振特性。在替代實施例中，第一或第二光源30,40內(nèi)的多個LED可以偏振以使得線偏振器對于本發(fā)明不是必須的。在穿過線偏振器32之后，第一光進入偏振分束器50 (PBS)。PBS是將入射光線分為第一(透射)偏振分量和第二(反射)偏振分量的光學組件。線偏振器32偏振從第一光源發(fā)射的光，以使得該光將在第二光源40的方向上從PBS 50反射。在到達第二光源40之前,第一光穿過偏振翻轉(zhuǎn)兀件52,其在光波的兩個垂直偏振分量之間造成一波長相移。換言之,偏振翻轉(zhuǎn)兀件52改變了光波的偏振軸。在不例性實施例中，偏振翻轉(zhuǎn)兀件可以是四分之一波片。第一光隨后從分色鏡54反射出，沿著其原路徑逆轉(zhuǎn)方向，由此再次穿過偏振翻轉(zhuǎn)元件52。因為光現(xiàn)在已經(jīng)第二次穿過了偏振翻轉(zhuǎn)元件52，所以第一光的偏振再次改變并且現(xiàn)在與從第一光源30原始發(fā)射的光正交。在向成像器件60行進時,第一光的偏振如此穿過PBS50。第一光一旦從成像器件60反射出就不能穿過PBS 50而轉(zhuǎn)向到投影儀光學元件62 (如箭頭51所示)以投影第一顏色的第一圖像。
[0021]來自具有第二顏色的第二光源40的非偏振光類似地穿過線偏振器34，其偏振光以使得它與從第一光源30發(fā)射的光正交。由于其偏振，第二光隨后穿過分色鏡54并且跨越偏振翻轉(zhuǎn)元件52，其改變光的偏振以使得光可以透射過PBS 50并且透射到成像器件60上。第二光隨后從成像器件60反射回到PBS 50，在PBS 50中，該光隨后沿著和來自第一光源30的光相同的投影軸轉(zhuǎn)出，以投影第二顏色的第二圖像。來自第一和第二光源的與成像器件60的圖像內(nèi)容同步地交替發(fā)射創(chuàng)造了順序的左眼和右眼投影，其具有第一和第二光源的第一和第二顏色中的交替偏振。
[0022]在示例性實施例中，成像器件60是硅基液晶(LCoS)型器件，其具有鄰近PBS 50的成像表面。LCoS圖像器件的使用提供的優(yōu)勢在于LCoS器件固有地偏振反射光。
[0023]在圖2表示的另一實施例中，投影儀包括第一光源30和第二光源40，其均被布置為在由箭頭33、43指示的基本平行的方向上引導光。在一個實施例中，第一和第二光源均可以布置為在第一方向上引導它們相應的光。來自第一光源30的非偏振光穿過第一線偏振器32并進入第一 PBS 50,以使得第一光被反射到第一成像器件60。第一光照射第一成像器件60并且反射回穿過第一 PBS 50到偏振翻轉(zhuǎn)元件52。在該實施例中，偏振翻轉(zhuǎn)元件52可以是半波片。第一光穿過偏振翻轉(zhuǎn)元件52，其改變光的偏振，使得第一光隨后進入第二PBS 55并且反射出去朝向投影儀光學元件62。在一個示例性實施例中，投影儀跨偏振翻轉(zhuǎn)兀件52對稱,使得來自第二光源40的非偏振光在與來自第一光源30的光對稱的路徑上行進。當來自第二光源40的非偏振光穿過第二偏振器件34，該來自第二光源40的非偏振光變得偏振，使得它從第二 PBS 55反射到第二成像器件65。第二光照射第二成像器件65并且反射回穿過第二 PBS 55到偏振翻轉(zhuǎn)元件52。偏振翻轉(zhuǎn)元件52改變光的偏振以使得當光穿過第一 PBS 50時，其被類似地反射出去朝向投影光學裝置62。成像器件60、65可以包括LCoS或者可替代地包括偏振翻轉(zhuǎn)元件和反射鏡的組合，以使得光的偏振被改變并反射回穿過鄰近的PBS。
[0024]在一個實施例中，投影光學裝置62可以是單個集成透鏡組件(assembly)，其接收并投影從光源30、40兩者接收到的光。在另一實施例中，投影光學裝置62可以包括兩個分離的透鏡組件，其均布置為接收來自光源之一的光并將其投影到共同圖像表面。
[0025]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儀的方法70。在框73中，第一光源30發(fā)射第一顏色的第一光。該光行進穿過投影儀內(nèi)部的組件，以使得從投影儀該第一顏色的圖像投影，如框80中所示。在框83中，從第二光源發(fā)射第二顏色的光。在框87中，該光行進穿過投影儀內(nèi)部的組件，以使得投影該第二顏色的圖像。通過順序地閃現(xiàn)第一和第二顏色的圖像，可以生成具有立體3D的全彩圖像。
[0026]參考圖4，示出了操作3D投影儀的方法的另一實施例。從諸如光源30的第一光源發(fā)射第一顏色的第一光。如框74所向該第一光施加特定偏振，使得它在第二光源的方向上從諸如PBS 50之類的器件反射。在框76-78，第一光的偏振在其反射回到PBS 50之前改變兩次。來自第一光源30的光隨后如框79所示穿過PBS 50到達成像器件上，諸如例如LCoS成像器件60。在框79中，光從成像器件反射出并且通過投影透鏡組件62的一個或多個透鏡以在框83中投影圖像N到投影儀20外。順序地，在框83中，諸如光源40的第二光源發(fā)射第二顏色的光。在框84和85中，光在反射到成像器件60上之前行進穿過偏振器件34、偏振改變器件52以及PBS 50。在框87中，光從成像器件反射出并且投影到投影儀20外。方法70隨后循環(huán)回框72以繼續(xù)從投影儀20投影圖像。應當理解，圖像N和N+1是具有交替偏振的順序投影的左右眼視圖，它們?yōu)榕宕髌癖粍邮窖坨R的用戶創(chuàng)造了三維效果O
[0027]應當明白，各自產(chǎn)生組合來生成白光的獨一顏色的第一和第二光源30、40使用提供了在保持生成全彩圖像的能力的同時減少投影儀的尺寸的有益效果。這樣的投影儀適宜于諸如便攜式電子裝置之類的非常微小的封裝，便攜式電子裝置包括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。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。
[0028]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(shù)形式“一”、“一個”和“該”也意圖包括復數(shù)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(shù)、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(shù)、步驟、操作、要素組件和/或它們的組的存在或增加。
[0029]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(jīng)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。
[0030]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。
[0031]盡管已經(jīng)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(nèi)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】
1.一種用于投影圖像的方法，包括: 提供第一光源和第二光源； 與所述第一光源和所述第二光源鄰近地提供分束器裝置(PBS)； 鄰近所述PBS提供成像器件； 鄰近所述PBS與所述成像器件相對地提供偏振翻轉(zhuǎn)元件； 鄰近所述偏振翻轉(zhuǎn)元件提供反射鏡； 從所述第一光源發(fā)射第一光； 將所述第一光偏振，以使得其通過所述PBS反射到所述偏振翻轉(zhuǎn)元件； 使所述第一光穿過所述偏振翻轉(zhuǎn)元件兩次以使得該光穿過所述PBS到所述成像器件上; 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；并且 將所述第二光偏振以使得其穿過所述PBS到所述成像器件上。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中從所述第一光源發(fā)射的第一光是第一顏色，而從所述第二光發(fā)射的第二 光是第二顏色。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括組合所述第一光和所述第二光以生成白光。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述成像器件是硅基液晶(LCoS)器件。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述偏振翻轉(zhuǎn)元件是四分之一波片。
6.一種用于投影圖像的方法，包括: 提供第一光源和第二光源； 鄰近所述第一光源提供第一分束器裝置(PBS)； 鄰近所述第二光源提供第二 PBS ； 鄰近所述第一 PBS提供第一成像器件； 鄰近所述第二 PBS提供第二成像器件； 提供放置在所述第一 PBS和所述第二 PBS之間的偏振翻轉(zhuǎn)元件； 鄰近所述第一 PBS和所述第二 PBS提供至少一個投影光學裝置； 從所述第一光源發(fā)射第一光使得其通過所述第一 PBS反射到所述第一成像器件； 將所述第一光從所述第一成像器件上反射出以使得其行進穿過所述第一 PBS到所述偏振翻轉(zhuǎn)元件； 改變所述第一光的偏振，使得其從所述第二 PBS反射出到所述至少一個投影光學裝置； 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，以使得其通過所述第二 PBS反射到所述第二成像器件； 反射所述第二光以使得其行進穿過所述第二 PBS到所述偏振翻轉(zhuǎn)元件；并且 改變所述第二光的偏振以使得其從所述第一 PBS反射出到所述至少一個投影光學裝置。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中從所述第一光源發(fā)射的第一光是第一顏色，而從所述第二光源發(fā)射的第二光是第二顏色。
8.根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包括組合所述第一光和所述第二光以生成白光。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述第一成像器件包括LCoS器件。
10.一種系統(tǒng),包括: 第一光源，發(fā)射第一顏色的光； 第二光源，發(fā)射第二顏色的光； 至少一個分束器裝置(PBS )，其布置為鄰近所述第一光源和所述第二光源；并且 至少一個成像器件，其布置為鄰近所述至少一個PBS。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一顏色和所述第二顏色的組合生成白光。
12.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源包括基本相同顏色的多個第一發(fā)光二極管(LED)，而所述第二光源包括不同顏色的多個第二 LED，所述不同顏色組合來發(fā)射單一顏色的光。
13.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第一光源包括組合來發(fā)射單一顏色光的不同顏色的多個第一 LED，而所述第二光源包括組合來發(fā)射單一顏色光的不同顏色的多個第二 LED。
14.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng),其中所述第一光源在第一方向上發(fā)射光,而所述第二光源在第二方向上發(fā)射光，所述第一方向與所述第二方向基本平行。
15.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng),其中所述第一光源在第一方向上發(fā)射光,而所述第二光源在第二方向上發(fā)射光，所述第一方向與所述第二方向基本垂直。
16.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個成像器件是LCoS器件。
17.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，進一步包括: 第一 PBS，鄰近所述第一光源； 第二 PBS，鄰近所述第二光源；以及 偏振翻轉(zhuǎn)元件，布置在所述第一 PBS和所述第二 PBS之間。
18.一種用于便攜式電子裝置的投影儀，包括: 第一光源，發(fā)射第一顏色的光； 第二光源，發(fā)射第二顏色的光，其中所述第二顏色不同于所述第一顏色，并且來自所述第一光源和所述第二光源的光的組合生成白光； 至少一個分束器裝置(PBS)，布置為鄰近所述第一光源和所述第二光源；以及 至少一個成像器件，布置為鄰近所述至少一個PBS。
19.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，其中，所述第一光源包括基本相同顏色的多個第一 LED，而所述第二光源包括基本相同顏色的多個第二 LED。
20.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，其中所述第一光源包括基本相同顏色的多個第一LED，而所述第二光源包括不同顏色的多個第二 LED，所述不同顏色組合來發(fā)射單一顏色的光。
21.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，其中所述第一光源在第一方向上發(fā)射光，而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基本平行。
22.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，其中所述第一光源在第一方向上發(fā)射光，而所述第二光源在第二方向上發(fā)射光，所述第一方向與所述第二方向基本垂直。
23.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，其中所述至少一個成像器件包括LCoS器件。
24.根據(jù)權利要求18所述的投影儀，進一步包括:第一 PBS，鄰近所述第一光源；第二 PBS，鄰近所述第二光源；以及偏振翻轉(zhuǎn)元件 ，置于所述第一 PBS和所述第二 PBS之間。
【文檔編號】G03B35/26GK104081278SQ201380006796
【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