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CN102971659B - 空间上修改光的偏振状态 - Google Patents

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CN102971659B CN201180032715.XA CN201180032715A CN102971659B CN 102971659 B CN102971659 B CN 102971659B CN 201180032715 A CN201180032715 A CN 201180032715A CN 102971659 B CN102971659 B CN 102971659B
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Abstract

描述了被配置用于通过将校正应用到例如具有已经被改变(无意地或其它)为空间上非均匀的空间上均匀的偏振状态分布的光束来输出具有空间上均匀的偏振状态分布的光的系统和方法。投影系统可以包括光学元件和偏振改变光学器件(PAD)。光学元件可以使投影系统中的光偏振是空间上非均匀的。PAD可以基于由光学元件引起的以及在光进入光学元件之前光上的空间非均匀性的量空间上改变光的偏振状态分布。投影系统可以输出具有空间上均匀的偏振状态分布的光。

Description

空间上修改光的偏振状态
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年6月29日提交的题为“MethodtoIncrease3-DLightEfficiencybyAlteringLightPolarization”的美国临时专利申请序列第61/359,647号的优先权，其整体通过引用被结合于此。
技术领域
本公开内容一般涉及处理用于显示的光，并且更特别地(尽管不一定唯一地)涉及用于空间上修改光的偏振状态的系统和方法。
背景技术
偏振可以被用来对用于立体三维(3D)显示的图像编码。采用正交偏振状态对左眼和右眼图像编码，该正交偏振状态与观众所佩戴的左右偏光镜片眼镜的透射状态匹配。因为偏振状态是正交的，所以可以最小化进入错误的眼里的左/右图像的渗漏量。
偏振方法的缺点是当偏振器被用于非偏振光的光路中时至少损失50％的光。偏振光源或者非偏振光到偏振光的有效转换可以被用来消除这种损失。这对于具有被设计为处理偏振光的调制器的显示器而言可能是有效的。然而，对于采用并非被设计为处理偏振光的调制器的显示器而言，因为在整个系统中未保持偏振状态，所以这可能无效。在光已经被调制后，在采用并非被设计为处理偏振光的调制器的显示系统中的光是偏振的；然而，使用了不到50％的图像光。
可以与非偏振光一起使用的一个成功的显示系统包括由德克萨斯州达拉斯市的德州仪器公司提供的数字微镜器件(DMD)。有很多原因导致还不可能通过在DMD之前将光偏振来提高采用DMD的3D立体显示器的效率。DMD窗口中的应力双折射可以改变光的偏振状态。而且，应力跨窗口而变化。因此，偏振可以跨DMD调制器的有源区域非均匀地改变。当光偏振状态已经改变为变成空间非均匀的时候，可能减少光输出并且可能改变跨显示的光分布，这两者都不是所期望的。对于使用多个DMD的系统，由于双折射从一个DMD窗口到另一个DMD窗口可能不相同，所以出现了额外的复杂之处。此外，被用来分光给DMD的彩色棱镜可以展现依赖于波长的偏振变化。
一种用于在DMD将成像光分成两个正交偏振成像光路后恢复已经被偏振的图像光的未被使用的部分的方法。一个偏振成像光路指向屏幕并且另一个偏振成像光路穿过延迟器然后朝着屏幕反射以在屏幕上被叠加到来自第一光路的成像光上。延迟器改变第二光路中的成像光的偏振状态以匹配第一光路中的光的偏振状态以便所有来自DMD的成像光都被利用。为使该技术成功，来自第二光路的成像光与来自第一光路的成像光在屏幕上对准。任何第一和第二成像光路之间不同的光学放大、光学偏置或光学梯形失真(keystone)效应可以导致屏幕上的重叠图像中的未对准以及导致不到最佳的呈现。
因此，还需要一种能够允许利用偏振光操作并且“修复”对偏振状态的改变的基于DMD的显示器的系统和方法。
发明内容
在一个方面，提供了一种光学系统。该光学系统可以包括光学元件和偏振改变光学器件(PAD)。光学元件可以使光学系统中光的偏振改变自预定的偏振状态分布。PAD可以基于由光学元件所引起的对偏振状态分布的改变量空间上改变光的偏振状态分布。光学系统可以输出具有预定的偏振状态分布的光。
在另一方面，提供了一种投影系统。该投影系统可以包括光源、PAD、空间光调制器(SLM)器件、投影透镜和清除偏振器。光源可以提供光。PAD可以空间上改变光的偏振状态分布。SLM可以使光的偏振状态分布改变自预定的偏振状态分布。清除偏振器位于投影透镜和屏幕之间。投影透镜可以接收具有已经被PAD改变的预定的偏振状态分布的光。清除偏振器可以接收来自投影透镜的光并且允许从投影系统输出最大量的偏振光。
在另一方面，提供了一种方法。接收偏振光。偏振光的偏振状态分布被光学元件改变自预定的偏振状态分布。基于由光学元件所引起的对偏振光的偏振状态分布的改变量，偏振光的偏振状态分布被PAD空间改变以使偏振光具有预定的偏振状态分布。输出具有预定的偏振状态分布的偏振光。
在另一方面，提供了一种方法。接收对应于PAD像素对的延迟值的屏幕光亮度值。响应于确定收到数量不足的屏幕光亮度值，改变用于PAD像素对的延迟对值并且接收对应于改变的PAD像素对的延迟对值的附加的屏幕光亮度值。响应于确定收到足够数量的屏幕光亮度值，采用屏幕光亮度值和延迟对值确定一组参数。将该组参数存储在存储器中。
在另一方面，提供了一种方法。接收对应于PAD像素对的屏幕光亮度值。响应于确定未达到最大或最小屏幕光亮度水平中的至少一个，改变用于PAD像素对的PAD延迟对值并且接收对应于PAD像素对的附加的屏幕亮度值。响应于确定达到最大或最小屏幕光亮度水平中的至少一个，存储对应于最大或最小屏幕光亮度水平中的至少一个的用于PAD像素对的延迟对值。
提及这些示例性的方面，并非为限制或限定本公开内容，而是为提供示例以帮助对本公开内容的理解。在“具体实施方式”中讨论了另外的方面和特征并且提供了进一步的描述。通过查阅该说明书或者通过实践所呈现的一个或多个方面和特征，可以进一步理解由各个方面和特征中的一个或多个所提供的优点。
附图说明
图1A是根据一个特征的用于输出具有空间均匀的偏振状态分布的光的系统配置的框图。
图1B是根据一个特征的用于输出具有空间均匀的偏振状态分布的光的可替换的系统配置的框图。
图1C是根据一个特征的用于输出具有空间均匀的偏振状态分布的光的第二可替换的系统配置的框图。
图2是根据一个特征的配置用于输出具有空间均匀的偏振状态分布的光的反射式投影系统的框图。
图3是根据一个特征的配置用于显示具有空间均匀的偏振状态分布的光的三色通道系统的框图。
图4是根据一个特征的用于控制可用于将光调整到空间均匀的偏振状态分布的偏振改变光学器件(PAD)的系统的框图。
图5是根据一个特征的用于校准用于PAD的控制系统的过程的流程图。
图6是根据第二特征的用于校准用于PAD的控制系统的过程的流程图。
图7示出了根据一个特征的穿过包括两个延迟板的PAD的光。
图8是示出根据一个特征的PAD如何改变其上所示的光的偏振状态分布的Poincare球。
具体实施方式
本公开内容的某些特征涉及被配置用于通过将校正应用到例如已经将偏振状态分布从预定偏振状态分布改变(无意地或其它方式)的光束来输出具有预定偏振状态分布的光的系统。预定偏振状态分布可以是诸如均匀偏振状态分布等适当显示所需要的偏振状态分布。例如，系统可以输出具有偏振状态的光，该偏振状态的光通过将校正应用于偏振状态分布被无意地或以其它方式改变以具有非均匀偏振状态分布的光而具有预期的均匀偏振状态分布。偏振状态可以是表示像素区域中光的平均偏振状态的单一偏振状态。偏振状态从一个像素区域到另一个像素区域可以不同。偏振状态分布可以表示在具有多个像素的区域内像素的不同偏振状态。
图1A、1B和1C描述了根据某些方面的系统配置100、101、103。图1A、1B和1C中的系统可以用来输出具有均匀偏振状态分布的光或者具有空间均匀的偏振状态的光。尽管某些实现被描述成将光处理为均匀偏振状态分布，根据各个方面的实现可以被用来输出任何预定的或期望的偏振状态分布轮廓。首先描述图1A中的系统。
光学系统100可以接收没有具体偏振状态的光102，也是熟知的随机偏振光。可以包括可为下游光学器件适当地准直光源的光的附加的元件(未示出)。系统100还可以包括可将光偏振为特定的空间均匀的偏振状态的光偏振元件130。偏振状态可以是线偏的、圆偏的或椭偏的。系统100包括光学元件140(可以是诸如数字微镜器件(DMD)等空间光调制器(SLM))，其可以改变光的偏振状态从而偏振状态不再是空间均匀的。双折射材料、光学表面涂层、反射表面、方向选择吸收、由应力或者由电场或磁场诱导的双折射都可以使偏振状态发生空间和非均匀地改变。系统100可以输出偏振光。
系统100包括布置在光偏振元件130和光学元件140之间的偏振改变光学器件(PAD)110。PAD110可以以变化的量空间调整光的偏振状态。例如，PAD110可以包括两个具有相对小的间隔的空间可寻址的、可变的延迟板。空间可寻址的延迟板的示例是没有任何偏振表面的液晶器件或单元。空间可寻址延迟板可以被电寻址。液晶器件可以被构建成独立可寻址像素的矩阵以便光的偏振状态可以在逐个像素的基础上由不同的量控制。系统100还包括控制器150，该控制器150可以通过空间调整光的偏振状态来控制PAD110。控制器150可以是电子的。通过空间调整光的偏振状态，由光学元件140所引起的光的空间非均匀偏振状态可以被修复。当系统100输出光时，偏振状态可以是空间均匀的。如果光学元件140以固定的方式改变偏振状态(即穿过光学元件140的光束的不同部分之间存在恒定的相位差)，那么PAD110可以不需要被置于相对于光学元件140的光学共轭处。
尽管图1A描述了布置在致使光的偏振状态变为空间非均匀的光学元件140之前的PAD110，在其它实现中的PAD110可以被布置在光学元件140之后。图1B描述了光学系统101，其中PAD110被布置在光学元件140之后，该光学元件140致使光的偏振状态变为空间非均匀。图1C描述了光学系统103，其中光学元件140a、140b被分别布置在PAD110的两侧。光学元件140a、140b可以致使光的偏振状态变为空间非均匀。
如果接收到的光102是激光光源，其中光已经被偏振，那么光偏振元件130可以在系统100、101和103中被去除。
在系统100、101和103中，在光偏振元件130之后的偏振光(其中整体偏振状态或偏振状态分布已经改变)被PAD110改变为正确的偏振状态分布。
图2描述了根据光学系统的某些实现的附加特征，该光学系统是被配置为通过补偿偏振状态空间均匀性的变化来获得更高效的立体3D显示的反射式投影系统。
白色光可以源自一个偏振光源202。偏振光源202的示例包括偏振激光、具有偏振转换系统的灯以及被分成用于驱动两个投影仪的两个独立的偏振光通道的白光源的组合。来自偏振光源202的光可以穿过包括一组透镜204、208和小透镜阵列206的照射部分来均化光并且获得正确的长宽比以照射空间光调制器(SLM)器件217、218、219，每个空间光调制器器件可以是DMD。每个SLM器件217、218、219可以对光进行调制以基于输入图像数据产生成像光。其它用来均化光的照射类型也是可能的，例如采用积分器棒代替小透镜阵列206。如果输入光的偏振是线偏的并且与棒的边缘对准，那么积分器棒可以保持光的偏振。如果光的输入偏振是椭偏的(其可以是可由PAD210校正的)，那么积分器棒可能无法充分地保持光的偏振。
照射部分的输出可以被导到PAD210。PAD210可以根据预定义的静态或动态值空间地调整光偏振状态。中继光学器件212(其可以不包括在一些实现中)通过全内反射(TIR)棱镜214和分离器/组合器彩色棱镜216将来自PAD210的光成像到各自的红色、绿色和蓝色SLM器件217、218、219上。来自SLM器件217、218、219的调制光可以由分离器/组合器彩色棱镜216重新组合成一个光束并且被引导通过投影透镜220在屏幕224上形成图像。当使用中继光学器件212时，PAD210可以与SLM器件217、218、219和屏幕224共轭。系统可以包括在投影透镜的输出端的清除偏振器222。清除偏振器222可以消除偏振中的任何残留变化。因为对PAD210的编程可以恢复由诸如SLM器件217、218、219的窗口等偏振破坏元件所丢失的偏振均匀性，所以通过清除偏振器222的透射可以是高的。第二投影系统(未示出)可以被用来利用正交输出偏振状态传输第二眼睛视图，但是却可以具有同图2中所描述的那些组件相似的组件。例如，第一投影系统可以投影左眼图像，其中采用第一偏振状态对该图像进行编码，并且第二投影系统可以投影右眼图像，其中采用与第一偏振状态正交的第二偏振状态对该图像进行编码。在该设置中，两个投影仪可以形成三维投影系统。
根据一个实现的PAD210可以包括两个具有相对小的间隔的空间可寻址的延迟板。空间可寻址的延迟板可以产生具体的偏振状态，该偏振状态可以在穿过该板的光束的横截面内被空间地控制。空间可寻址的延迟板可以位于SLM器件217、218、219的共轭面附近以便与空间可寻址的延迟板上的每个像素有关的光可以映射到SLM器件217、218、219上的局部区域。可以选择PAD210的延迟值以便当光被SLM器件217、218、219中的一个或多个的分离器/组合器彩色棱镜216或投影透镜220改变或者被系统中的任何其它元件改变时，光可以被投影透镜220输出且具有期望的空间偏振状态。由于在光学共轭处的元件，PAD210可以不局限于校正偏振状态的空间均匀性。PAD210的分辨率可以与SLM器件217、218、219的分辨率相同或者比SLM器件217、218、219的分辨率低得多。提高PAD210的分辨率可以允许对空间非均匀性进行越精细的校正。在一些实现中，分辨率可以被配置为正好足够高以跟随由系统诱导的偏振状态变化。较高的分辨率可以导致不必要的成本。为了消除由PAD210引起的像素伪影或者PAD210上的表面缺陷到SLM器件217、218、219的成像，PAD210可以被略微移出共轭平面以使SLM器件217、218、219上的照射变模糊并且使PAD210的不同偏振区域之间的空间过渡变模糊。
图3描述了根据一些实现的光学系统，该光学系统是投影系统，其可以解释三个SLM器件217、218、219的应力双折射量中可能的差异使得针对三个彩色通道的每一个通道的偏振状态的均匀性可以更好地得到补偿。例如，图3的系统可以用于已经被分成红色、绿色和蓝色频带的偏振光源。诸如红色、绿色和蓝色激光等三个独立光源342、352、362可以用来分离偏振光源。可替换地，对于偏振白色光源，二向色镜可以用于将白光分成红色、绿色和蓝色三个独立的彩色光路(图3中未示出)。每一个彩色通道可以有其自己的透镜组、小透镜阵列和PAD。例如，与光源342相关联的彩色通道可以包括透镜组344、348、小透镜阵列346和PAD350。与光源352相关联的彩色通道可以包括透镜组354、358、小透镜阵列356和PAD360。与光源362相关联的彩色通道可以包括透镜组364、368、小透镜阵列366和PAD370。
每个PAD可以被编程来为每一个彩色通道补偿所发生的偏振变化。可以校正每个SLM器件的双折射中的差异。
彩色组合棱镜375可以接收三种彩色光束并且形成单一的白色光束。如参照图2所讨论的，白色光束可以进入中继光学器件212和其它组件以变成调制图像光，该调制图像光由投影透镜220通过清除偏振器222投影到屏幕224上。第二投影系统(未示出)可以用来传送具有正交输出偏振状态的第二眼睛视图。
在另一个实现中，可以使用单一的投影仪3D系统。偏振开关器件(未示出)，例如z屏幕，可以位于SLM和屏幕224之间以允许成像光的偏振状态针对用于立体3D投影的相应的左眼和右眼图像根据需要而整体地(即在整个图像区域上)改变。清除偏振器可以是可选的，例如如果入射到偏振开关器件上的偏振状态具有足够的质量。在这种情况下，PAD210或PAD350、360、370可以允许获得比其他方式可能更高的光效率。如果PAD可以运行在足够高的帧速率，那么PAD可以起到与开关器件相同的作用并且可以去除该开关器件。
根据本公开内容的系统的某些实现可以用于具有基于DMD技术操作的投影仪的3D影院特征的影片呈现，其中可能难以保持足够的光水平。使用如上所述的PAD不是限于使用DMD的显示系统，而是PAD可以对任何光学系统进行校正，在这些光学系统中光的偏振状态的空间均匀性已经被光学元件或以其他方式(例如，光学组件或反射表面的涂层，或者最初可能具有非均匀空间偏振状态分布的偏振光源)改变。可以使用PAD的其他类型的光学系统的示例包括非反射式投影系统(例如液晶显示器)和其他反射式系统(例如硅上液晶)。
在另一个实现中，清除偏振器222的存在可以允许系统整体地改变系统的动态范围，同时保持光的偏振状态的空间均匀性。对于暗的场景，可以生成光的空间均匀的偏振状态使得由投影透镜220结合清除偏振器222的效果所输出的光可以产生从清除偏振器222到屏幕224的最小量的偏振光。在这种情况下，PAD可以配置为改变光的空间偏振状态使得被改变的偏振状态在投影透镜220的输出端是空间均匀的但是与清除偏振器222的偏振轴正交。以类似的方式，PAD可以被编程来改变光的空间偏振状态使得被改变的偏振状态在投影透镜220的输出端是空间均匀的但是处于介于根据场景图像亮度允许最大量或最小量的偏振光穿过清除偏振器的偏振状态之间的偏振状态。
在另一个实现中，图2中与清除偏振器222相结合的PAD210可以用来为图像区域的各个区域改变投影系统的动态范围，同时保持所期望的光的偏振状态的分布。例如，PAD210可以接近或处于SLM器件217、218、219的共轭平面。基于局部图像场景内容的计算可以用来为对应于每对PAD210像素的SLM器件217、218、219的每个区域确定通过清除偏振器222的最大值和最小值之间所期望的传输量。这些校正可以基于场景图像内容在时间上和空间上都发生变化。
在另一个实现中，如图3中所描述的与清除偏振器222相结合的PAD350、360、370可以用来修改红色、绿色和蓝色的亮度均匀性从而修改色彩均匀性，同时保持光的偏振状态的空间均匀性。PAD350、360、370可以接近或处于SLM器件217、218、219的共轭平面。色彩均匀性的测量可以用来确定用于产生改进的色彩均匀性的校正。校正值可以应用到PAD350、360、370。校正可以基于投影仪的内部性能或者其还可以包括诸如环境照明影响等外部效果。
SLM器件217、218、219上的热光负载在图2的系统中可以是基本恒定的。使用串联SLM器件以提高对比度的其他系统可能遭遇热漂移的问题，因为第一组调制器的可变光输出可以改变第二组调制器上的光的热负载的量。下游的第二组调制器上(时间上和/或空间上)变化的光负载可以导致调制器光学器件上的热变化，该热变化引起像素与不同色彩的未配准和不可接受的图像退化。在图2的系统中，SLM器件217、218、219可以独立于信号的内容基本上经受相同的光量。清除偏振器222可以接收导致清除偏振器的可变热量的可变光负载量，但是可以容易地冷却清除偏振器以便最小化或消除其对像素配准的影响。
在另一个实现中，PAD可以用来提高任何类型的投影系统中的光效率，该投影系统使用偏振光并且具有使用偏振来运行的SLM器件但是该系统中具有至少一个致使空间偏振状态变成非均匀的元件。
在另一个实现中，PAD可以被控制器控制以便空间偏振状态可以随时间被校正。当投影仪的光学系统(或任何其他机制)中的热应力随时间改变光的偏振状态的非均匀性时，这可能是有用的。由PAD所做的校正也可以随时间变化来适当地维持在投影透镜的输出端的光的偏振状态的空间均匀性。如图4中所示的控制系统可以用来要么在投影显示期间要么在投影显示之间校准具有PAD的投影系统和/或随时间校正具有PAD的投影系统。例如，存储在存储器中的PAD驱动器值可以在显示之间或者在每天或每周的基础上被更新。
图4中的PAD控制系统可以使用PAD驱动器402来控制PAD350、360、370。PAD350、360、370各自可以是两个延迟板，其中可以控制每个像素的延迟值。两个延迟板可以是光学上串联的以便一个延迟板的像素与来自另一个延迟板的像素对齐。每个来自第一板的像素与第二延迟板中相应的像素对齐，并且这些像素可以是像素对。PAD驱动器402可以通过由处理器404计算或者处理器404从用户接口410接收并且存储在存储器408中的数值确定的量来驱动每个像素对。通过控制PAD的延迟单元中的每个像素对，可以改变穿过像素区域的光的偏振状态，因此在投影透镜的输出端的光处于对每种色彩而言是空间均匀的偏振状态。应用于PAD驱动器402的校正值表可以通过校准过程预先确定以便将确定的校正值存储在存储器408中并且根据需要应用到PAD。如果PAD驱动器值由于投影系统中的变化而随时间变化，可以确定变化配置文件并且更新存储的PAD值。一个这样的变化可能是投影仪从上电达到热稳定状态条件的结果。还可以从用户接口410(或其他来源)接收PAD值变化配置文件并且将该PAD值变化配置文件存储进存储器408。
PAD可以实现各种各样的校正，以及图像增强功能。配置PAD可以取决于为实现而选择的特定的校正和功能，并且可以使用预定义的静态值和预定义的动态值(即校正)实现配置。在一些实现中，可以动态地配置PAD。预定义的静态值的示例包括色彩均匀性校正、亮度均匀性校正和效率提高。预定义的动态值的示例包括偏振切换、全局对比度增强和局部对比度增强。用户接口410可以用来从用户接收指定的将被实时使用的值和函数。对于每个值或函数，处理器404可以部分基于在校准过程中确定并且存储在存储器408中的数值来确定必要的延迟值。产生的延迟值可以被实时提供给PAD驱动器402来相应地运行PAD。
图4的控制系统可以用来校准PAD。校准可以用来表征因已经被细分为对应于每个PAD像素对的空间区域的光学系统而产生的偏振变化。该信息可以存储在表内并且用于控制PAD延迟量。照相机或传感器406可以通过帧抓取或其他合适的方法重获投影到屏幕上的图像信息。初始校准可以是两阶段的过程。第一阶段可以包括确定PAD像素和用于投影系统的每个颜色的相应的一个SLM像素或多个SLM像素之间的空间对应。该信息可以用来确定SLM/PAD对应图。第二阶段可以包括为每组PAD像素确定延迟度以便最大化或最小化通过清除偏振器的投射光传输。可以一次执行一种颜色的校准。当为一种颜色校准时，其他颜色源可以被禁用。对于一对PAD像素，已知的一对延迟值可以被PAD用来产生亮度输出。对于由光学系统所引起的偏振状态的变化可以基于已知信息的集合和相应的测量亮度而被确定。
图5描述了第二阶段过程的一个示例，该第二阶段过程可以用来校准PAD控制系统以确定用于每对PAD像素或每个像素区域的延迟度。针对一对预定的像素描述了方法500。对于接下来的一对像素，重复该方法直到PAD上的所有像素对已经被校准以产生延迟值表。
在块505，接收对应于预定PAD像素对的已知延迟对值的屏幕光亮度值。例如，PAD上的预定像素对可以被PAD驱动器驱动以产生对于偏振状态的已知变化，所以SLM器件上的预定像素区域的光可以被投影透镜投射通过已知方位的清除偏振器并且投射到屏幕上。照相机可以捕捉对应于预定SLM区域和已知PAD像素对的延迟值的屏幕亮度值。处理器可以接收所测得的值。
在块510，处理器可以执行存储在存储器中的应用来确定是否接收到足够数量的对应于用于PAD像素对的延迟对值的屏幕光亮度值。该过程可能类似于使用偏振器和波片确定未知的偏振状态。例如，最小数量的测量可以用来确定唯一的偏振，但是附加的测量可以用来提高精度。在一些实现中，接收到对应于四个不同延迟值的至少四个屏幕光亮度值，其中该四个不同延迟值已经被适当地选择用于PAD像素对或PAD像素区域。如果接收到的数量不足，在块515改变用于PAD像素对的延迟对值并且过程返回到块505。
如果接收到足够的数量，在块520，处理器可以执行存储在存储器中的应用(使用接收到的屏幕亮度值和已知的PAD像素对延迟值)确定一组参数。该组参数可以定义偏振状态。通过应用诸如使用输入偏振、第一延迟器的主轴、第二延迟器的主轴以及清除偏振器的方向的具体配置的Jones矩阵的方法可以确定该组参数。
在块530，处理器可以使用于PAD像素对的在块520中计算出的该组参数存储在存储器中。所存储的该组参数可以被存储为可以针对用于投影系统的三色的PAD像素对而被填充的参数表。
图6描述了另一种方法，该方法可以用来校准PAD控制系统来确定用于每对PAD像素的延迟度。针对一个预定的PAD像素对描述了方法600。对于接下来的一对像素，重复该方法直到PAD上的像素对被校准以产生延迟值表。
在块605，接收到对应于预定PAD像素对的屏幕光亮度值。例如，PAD上的预定像素对可以被PAD驱动器驱动以产生已知量的偏振状态变化，所以预定像素对的光被投影透镜投射通过已知方位的清除偏振器并且被投射到屏幕上。照相机可以捕捉对应于预定PAD像素对的屏幕光亮度值。处理器可以接收所测得的值。
在块610，处理器执行存储在存储器中的应用来确定是否由对应于预定PAD像素对的屏幕光亮度值达到最大或最小屏幕光亮度水平。如果执行应用的处理器确定还没有达到最大或最小水平，则在块615，处理器执行应用程序以改变用于PAD像素对的PAD延迟对值并且过程返回到块605。
如果执行应用的处理器确定已经达到最大或最小水平，则在块620，处理器使对应于最大化或最小化屏幕光亮度的用于PAD像素对的延迟对值被存储在存储器中。可以基于将屏幕光亮度生成为最大或最小值的延迟值对在存储器中制订延迟值的延迟表。延迟值表可以针对用于投影系统的三色的PAD像素对而被填充。
图6的过程可以被实现为在不使用校准的照相机或传感器进行屏幕光亮度测量的情况下基于比较基础来确定延迟值。
在另一个实现中，可以采用照相机来执行校准方法500和600，该照相机在使用抓帧特征的相同时刻捕获用于PAD像素对的屏幕光亮度。可以使用如上所述的用于一个PAD像素对的相同方法并行处理用于PAD像素对的数据。
根据本文所述的某些系统和方法的实现可以确保由投影透镜输出的偏振光具有任何期望的偏振状态分布例如可以高效穿过清除偏振器的空间均匀偏振状态。下面描述了根据一个系统和过程的实现的一个示例以说明可以导致输出光具有空间均匀偏振状态的PAD和清除偏振器。讨论从使用DMD的投影系统(如图3)的投影透镜的输出开始，并且跟随光回到光源(或者诸如图3中的光源)。提供本示例以帮助理解；其不应该被用来限制要求保护的任何发明。
从清除偏振器输出的一小束白光可以会聚到影院屏幕上的一个像素。该光可以具有特定的偏振，因为它才从清除偏振器射出。在被清除偏振器接收以获得高效率之前，该光可以具有大体上相同的偏振。以相反的方向跟随光往回通过投影系统，该光穿过投影透镜，其在这里可以略微改变其偏振状态。然后，其穿过TIR棱镜和彩色棱镜，其在这里被分成红色、绿色和蓝色成分，每个成分经受进一步的偏振变化。三束光然后会聚到各自的彩色DMD上的三个像素。在行进到DMD的过程中，窗口的局部应力双折射进一步改变偏振状态。对每个红色、绿色和蓝色DMD而言，这可能是不同的。光从DMD被反射并且往回穿过DMD窗口、彩色棱镜(其在这里被转换回白色光束)、TIR棱镜和中继光学器件，从而经受对其偏振状态的进一步改变。最后，白光由彩色棱镜再次分成三束光，该三束光会聚到靠近各自的RGB通道中的每个PAD的三个点。光占有每个PAD的输出端上的小块区域，具有特定的偏振状态。绿色通道中的偏振状态可以被标注为Pa。Pa可以是任何可能的偏振状态。光束的不同部分可以具有不同的偏振状态，但Pa可以是光束内的偏振状态的最终总和。适当设计的绿色PAD可以将初始偏振状态转换为偏振状态Pa。将PAD放在恰当位置并且相应地设置，向前穿过阵列并且穿过所有光学器件传播光可以产生入射在清除偏振器上的期望的偏振状态。类似的论述被应用到穿过红色PAD的红色光和穿过蓝色PAD的蓝色光。假定每个PAD阵列的分辨率足够高以解释显示器的观看范围内的偏振状态的变化，PAD可以匹配偏振状态中的空间变化。红色、绿色和蓝色PAD阵列可以不具有相同的分辨率。
Poincare球(OpticsofLiquidCrystalDisplays，P.Yeh，C.Gu，1999，section2.5)可以作为可视化工具来表明根据一些实现的PAD可以从给定的输入偏振状态输出任何偏振状态。Poincare球上的每个点代表单独的偏振状态。球的表面代表所有可能的偏振状态的完备集合。下面提供了具体的示例，但是可以通过各种不同的配置或方法来设计PAD。
在一些实现中，PAD可以包括如图7所示的两个可变延迟板704、706并且光在+Z方向传播。由PAD所接收的光可以具有线偏振并且具有沿y轴702对准的偏振状态。第一延迟板704可以在主轴708相对于y轴45度处被定位。如图8中的Poincare球上所示，沿y轴的输入线偏振位于+S1轴刺穿球804表面的位置。由第一延迟板上的可变延迟产生的偏振状态的变化是绕延迟板的主轴(+S2)的旋转。线段801示出了对于从0到60度范围的可变延迟所产生的偏振状态变化。第二延迟板706可以在其主轴710沿y轴的情况下被定位。在Poincare球上，对于第二延迟板706的偏振状态的变化由绕S1轴的旋转表示并且线段802示出了对于从0到360度范围的可变延迟所产生的变化。通过由第一延迟板产生的0到180度的延迟以及由第二延迟板产生的0到360度的延迟，可以到达Poincare球上的任何点。该两个延迟板可以允许将固定的输入偏振状态转换成任何其他输出偏振状态。
如果投影系统引入对偏振状态的小变化，那么可能不需要具有可以产生每个可能的偏振状态的PAD。这可以对应于Poincare球表面上的较小区域。在一些实现中，由于对可变延迟板寻址的有限数量的比特位，使用较小区域可以导致更准确的偏振校正。
虽然已经就有关具体方面、实现及其特征详细描述了本技术方案，但是应当注意到，在获得对前述内容的理解之后，本领域技术人员可以很容易产生这些方面、实现和特征的改变、变化和等效物。因此，应当理解，已经为示例而非限制的目的呈现了本公开内容，并且不排除包括对于本领域普通技术人员而言可能是显而易见的对本技术方案的这样的修改、变化和/或增加。
此外，本文阐述了许多具体的细节以提供对于所要求保护的技术方案的全面的理解。然而，本领域技术人员应当理解，所要求保护的技术方案可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下，并未详细描述本领域普通技术人员所熟知的方法、设备或系统以便不使所要求保护的技术方案变得模糊。
本文所讨论的一个或多个系统并不局限于任何特定的硬件架构或配置。处理器和存储器可以包括任何计算设备，该计算设备是有形组件的合适的布置，该有形组件提供以一个或多个输入为条件的结果。合适的计算设备包括访问被存储的软件的多用途基于微处理器的计算机系统，该软件将计算系统从通用计算设备编程或配置为实现本技术方案的一个或多个方法的专用计算设备。任何合适的编程、脚本、或其他类型的语言或语言的组合可以用来在被用于对计算设备进行编程或配置的软件中实现本文所包含的教导。
可以在这样的计算设备的运行中执行本文所公开的方法(及其变化)。上面的示例中所呈现的块的顺序可以被改变——例如，块可以被重新排序、组合和/或分解成子块。某些块或过程可以并行执行。

Claims (33)

1.一种光学系统，包括：
光学元件，配置为使所述光学系统中的光的偏振状态分布改变自预定的偏振状态分布；以及
电可寻址的偏振改变光学器件(PAD)，配置为基于由所述光学元件所引起的所述偏振状态分布的改变量而在空间上改变所述光的所述偏振状态分布，
其中所述光学系统配置为输出具有所述预定的偏振状态分布的所述光。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学元件包括配置为从所述预定的偏振状态分布改变所述光学系统中的所述光的所述偏振状态分布的以下特性中的至少一个特性：
涂层；
反射表面；
双折射材料；
通过对所述光产生双折射以响应应力；
通过对所述光产生双折射以响应电场；
通过对所述光产生双折射以响应磁场；或者
方向选择吸收。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中输出光的所述预定的偏振状态是均匀分布。
4.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括：
光源；
空间光调制器(SLM)；以及
投影透镜，
其中所述投影透镜配置为输出具有所述预定的偏振状态分布的所述光。
5.根据权利要求4所述的光学系统，进一步包括位于所述投影透镜输出的清除偏振器，其中所述清除偏振器配置为接收光的所述预定的偏振状态分布。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述清除偏振器配置为响应于所述PAD改变所述光的所述偏振状态分布而输出最大量的所述光。
7.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD位于所述SLM和所述光源之间。
8.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD配置为改变所述光的全局偏振状态。
9.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述SLM是数字微镜器件。
10.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述SLM包括多个SLM，
其中所述PAD包括多个PAD，所述PAD的数量等于所述SLM的数量。
11.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD位于所述SLM和所述投影透镜之间。
12.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD位于所述SLM的共轭平面。
13.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD从所述SLM的共轭平面偏移。
14.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD具有低于所述SLM的分辨率的分辨率。
15.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述光源包括激光。
16.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述光学系统是三维投影系统，配置用于输出三维图像，所述三维投影系统包括偏振开关器件。
17.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述光学系统是具有配置用于输出左眼图像的第一投影系统和配置用于输出右眼图像的第二投影系统的三维投影系统。
18.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述PAD配置为切换所述光的偏振。
19.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述PAD包括至少两个空间上可寻址的可变延迟板。
20.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述至少两个空间上可寻址的可变延迟板包括至少两个液晶器件。
21.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括配置用于控制所述PAD的控制系统，所述控制系统包括：
照相机，配置为测量被投射到屏幕上的光的亮度；
处理器，配置为执行应用以计算用于PAD驱动器的PAD延迟值并且将所述PAD延迟值存储在存储器中，
其中所述PAD配置为基于所述预定的偏振状态分布空间上改变所述光的所述偏振状态分布以减少由所述光学元件引起的空间变化。
22.一种投影系统，包括：
光源，配置为提供光；
偏振改变光学器件(PAD)，配置为在空间上改变所述光的偏振状态分布；
空间光调制器(SLM)器件，配置为使所述光的所述偏振状态分布改变自预定的偏振状态分布；
投影透镜；以及
清除偏振器，位于所述投影透镜和屏幕之间，
其中所述投影透镜配置为接收具有已经被所述PAD改变的所述预定的偏振状态分布的光，
其中所述清除偏振器配置为接收来自所述投影透镜的所述光并且允许从所述投影系统输出最大量的偏振光。
23.根据权利要求22所述的投影系统，其中所述清除偏振器配置为允许从所述投影系统输出最小量的偏振光。
24.根据权利要求22所述的投影系统，其中所述清除偏振器配置为允许从所述投影系统输出预定量的偏振光。
25.根据权利要求24所述的投影系统，其中所述PAD配置为允许输出预定量的偏振光，所述预定量的偏振光根据所述PAD的分辨率以及通过所述清除偏振器的时间和空间传输变化基于所述SLM器件的与每对PAD像素相对应的每个区域的信号内容而在空间上变化。
26.根据权利要求24所述的投影系统，其中所述PAD配置为允许输出预定量的偏振光，所述预定量的偏振光根据所述PAD的分辨率而在空间上变化，其中通过所述清除偏振器的传输配置为基于校正源于所述投影系统或投影机环境中的至少一个的色彩非均匀性而在空间上变化。
27.一种输出具有预定的偏振状态分布的偏振光的方法，包括：
接收偏振光；
由光学元件从预定的偏振状态分布改变所述偏振光的偏振状态分布；
由电可寻址的偏振改变光学器件基于由所述光学元件引起的对所述偏振光的所述偏振状态分布的改变量空间上改变所述偏振光的所述偏振状态分布以使所述偏振光具有所述预定的偏振状态分布；以及
输出具有所述预定的偏振状态分布的所述偏振光。
28.一种输出偏振光的方法，包括：
接收对应于偏振改变光学器件(PAD)像素对的延迟值的屏幕光亮度值；
响应于确定接收到数量不足的屏幕光亮度值，改变用于所述PAD像素对的所述延迟对值并且接收对应于所述改变的所述PAD像素对的延迟对值的附加的屏幕光亮度值；
响应于确定收到足够数量的屏幕光亮度值，采用所述屏幕光亮度值和延迟对值确定一组参数；以及
将所述组参数存储在存储器中。
29.一种输出偏振光的方法，包括：
接收对应于偏振改变光学器件(PAD)像素对的屏幕光亮度值；
响应于确定未达到最大或最小屏幕光亮度水平中的至少一个，改变用于所述PAD像素对的PAD延迟对值并且接收对应于所述PAD像素对的附加的屏幕亮度值；以及
响应于确定达到所述最大或所述最小屏幕光亮度水平中的至少一个，存储对应于所述最大或所述最小屏幕光亮度水平中的所述至少一个的用于所述PAD像素对的延迟对值。
30.一种光学系统，包括：
光学元件，配置为使所述光学系统中的光的偏振状态分布改变自预定的偏振状态分布；以及
偏振改变光学器件(PAD)，配置为基于由所述光学元件所引起的所述偏振状态分布的改变量而在空间上改变所述光的所述偏振状态分布，
光源；
空间光调制器(SLM)；以及
投影透镜；
其中所述光学系统是配置用于输出三维图像的三维投影系统，所述三维投影系统包括偏振开关器件。
31.根据权利要求30所述的光学系统，其中所述光学元件包括配置为从所述预定的偏振状态分布改变所述光学系统中的所述光的所述偏振状态分布的以下特性中的至少一个特性：
涂层；
反射表面；
双折射材料；
通过对所述光产生双折射以响应应力；
通过对所述光产生双折射以响应电场；
通过对所述光产生双折射以响应磁场；或者
方向选择吸收。
32.一种光学系统，包括：
光学元件，配置为使所述光学系统中的光的偏振状态分布改变自预定的偏振状态分布；以及
偏振改变光学器件(PAD)，配置为基于由所述光学元件所引起的所述偏振状态分布的改变量而在空间上改变所述光的所述偏振状态分布，
光源；
空间光调制器(SLM)；以及
投影透镜；
其中所述光学系统是具有配置用于输出左眼图像的第一投影系统和配置用于输出右眼图像的第二投影系统的三维投影系统。
33.根据权利要求32所述的光学系统，其中所述光学元件包括配置为从所述预定的偏振状态分布改变所述光学系统中的所述光的所述偏振状态分布的以下特性中的至少一个特性：
涂层；
反射表面；
双折射材料；
通过对所述光产生双折射以响应应力；
通过对所述光产生双折射以响应电场；
通过对所述光产生双折射以响应磁场；或者
方向选择吸收。
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