JP5921797B2 - 高輝度立体投影用のｐ光線およびｓ光線の合成 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、立体動画像表示に係り、特に立体画像投影における画像輝度の向上に係る。

立体動画像は、しばしばＳｔｅｒｅｏＧｒａｐｈｉｃｓ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＺＳｃｒｅｅｎ（登録商標）製品を含むがそれに限られない、投影システムを利用して伝送される。立体画像投影に関する主要な懸念は、スクリーン画像が低輝度であることである。ＺＳｃｒｅｅｎおよび他の類似品は、立体画像選択に１以上の吸収性シート偏光子を利用し、画像の輝度が少なくとも５０パーセント低減される。言い換えると、立体画像は、投影された平面画像の輝度の半分未満である。アナライザ偏光子は画像選択に利用されるので、最終的な輝度は、顕著に平面輝度の半分未満である２平行軸偏光子の損失に起因する。

偏光子画像選択を利用した投影による輝度損失の低減に利用されてきた技術の一つに、高い利得の投影スクリーンの利用がある。この方法は、部分的に輝度損失を軽減することができるが、吸収性偏光子にまつわる基本的な光損失という課題は解決されず残る。というのも、シート偏光子は、偏光子の透過軸に沿って偏光された光を透過し、残りの光を阻止することで自身の機能を達成するからである。阻止された光は、有用な照明とはならず、偏光子を加熱する。

従って、公知の投影用立体画像選択技術に存在する輝度の問題を提起して克服し、ここで記載する光損失を呈するデバイスに対して卓越した輝度を有する立体投影装置または設計を提供することが有益である。

本設計の第１局面によると、立体画像を投影する装置が提供される。装置は、画像光エネルギーを受け取り、受け取った画像光エネルギーを第１パス（Ｐパス）光エネルギーと、第２パス（Ｓパス）光エネルギーとに分離する、偏光スプリッタ部を備える。装置はさらに、第２パス光エネルギーを受け取り、反射された第２パス光エネルギーを投影面に向けて方向付ける反射器を備える。第１パスに配置され、第１パス光エネルギーを受け取り、第１パス光エネルギーを変調し、第１パス変調光エネルギーを表面または投影スクリーンへ向けて透過する第１偏光変調器が利用される。

第１パス光エネルギーまたは第２パス光エネルギーを受け取り、第１パス光エネルギーまたは第２パス光エネルギーを回転させて透過するリターダ、および、第１パスに配置され、第２パス光エネルギーを受け取り、第２パス光エネルギーを第２パス偏光エネルギーに変調し、第２パス変調光エネルギーを鏡または反射表面へ、ひいては投影面に透過する第２偏光変調器をさらに備えてよい。

本設計の第２局面によると、立体画像を投影する方法が提供される。方法は、画像光エネルギーを受け取る段階と、受け取った画像光エネルギーを第１パス沿いに送られる第１パス光エネルギーと、第２パス沿いに送られる第２パス光エネルギーとに分離する段階と、を備える。方法はさらに、第２パス光エネルギーを受け取り、反射された第２パス光エネルギーを表面に向けて方向付ける段階と、第１パス光エネルギーを第１パス変調光エネルギーに変調し、第１パス変調光エネルギーを表面へ向けて透過する段階と、を備える

本設計の第３局面によると、立体画像を投影する装置が提供される。装置は、受けとった画像を第１パスと第２パスとに分離するスプリッタと、第２パスに配置され、第２パス光エネルギーを反射する反射器と、第１パスに配置され第１パス光エネルギーを変調する少なくとも１つの偏光変調器を有する偏光変調機構と、を備える。偏光変調機構は、さらに第２パス光エネルギーを変調する。

本設計の第４局面によると、立体画像を投影する装置が提供される。装置は、画像光エネルギーを受け取り、受け取った画像光エネルギーを第１パス沿いに送られる第１パス光エネルギーと、第２パス沿いに送られる第２パス光エネルギーとに分離する、偏光スプリッタ部と、第１パス光エネルギーおよび第２パス光エネルギーの一方からパス光エネルギーを受け取り、受け取ったパス光エネルギーを表面に向けて反射する反射器と、第１パス光エネルギーおよび第２パス光エネルギーの一方を回転する静的偏光部と、を備える

本発明のこれら、およびその他の目的／利点は、当業者が本発明の以下の詳細な説明および添付図面を読むことで明らかになろう。

先行技術であるシングルパス投影システム設計を示す。

本設計で利用可能な偏光変調器、つまりＺＳｃｒｅｅｎの詳細な構成および機能を示す。

数十年来利用されてきた立体画像を投影するデュアル投影システムである。

本設計の新規なデュアルパス投影システムを示す。

反射面を有する図３Ａの設計を利用した立体画像の補償されていない投影を示す。

反射面の反射を示す。

図３の設計に、変更され、典型的に曲面である反射面を利用する、補償投影を示す。

図４Ｃに示すようなＳおよびＰビーム透過をさせる、図３の設計で利用されうる変形可能な反射面または鏡を示す。

図２に類似している機構であるが、ここで提示する新規なデュアルパス投影設計の２つのインスタンスを、偏光変調器を利用する円偏光機構に利用した、２つのデュアルパス投影システムを示す。

図５Ａの設計の代替例であり、偏光変調器を利用せず、異なる方法で動作する直線偏光子を示す。

図３で区別されたものと同じ端部を達成するよう設計された実施形態で、光エネルギーの第１パスおよび第２パスの経路長を均等化する部材を含む代替的実施形態である。

図６Ａの実施形態のデュアル投影バージョンを示す。

図６Ｂの設計の代替例であり、偏光変調器を利用せず、基本的に異なる方法で動作する直線偏光子を示す。

ここに示す教示を利用して利用可能な様々な静的偏光子設計を表形式で表現したものである。

本設計は、画像選択用の偏光を利用して、投影立体画像の輝度全体を向上させることを目指す。システムは、観察者が認識する画像の輝度を大いに向上させることのできるデュアルパス機構を生成し、これにより実質的にスクリーンに投影される光エネルギー量を略２倍にする。

図１Ａは先行技術である立体投影システムを示す。図１Ａの設計は、画像表面１０１とレンズ１０２とを有する単一のプロジェクタを利用する。投影レンズ１０２の前面に搭載されるのは、ＳｔｅｒｅｏＧｒａｐｈｉｃｓ Ｃｏｒｐ．が十年以上も製造販売しているＺＳｃｒｅｅｎである。ＺＳｃｒｅｅｎ偏光変調器は、Ｌｉｐｔｏｎの米国特許番号第４，７９２，８５０に詳細に記載されており、これをここに参照として組み込む。画像は、立体コンピュータが生成したりカメラが生成したりする画像観察用にフィールドシーケンシャルまたは時分割多重化方式を利用して生成され、これは公知でありよく理解されている。偏光画像選択眼鏡１０５を装着した観察者１０６は、スクリーン１０４に投影された画像を観察し、そのスクリーンは偏光保存特性を有する。ＺＳｃｒｅｅｎ１０３は、図１Ｂに詳細に示され、本開示の少なくとも１実施形態との関連で利用される。プロジェクタは、左画像領域および右画像領域が交互に並んだストリームを生成して、これら透視情報領域は、偏光画像選択によって、適切な目用に選択される。ＺＳｃｒｅｅｎ電気光学偏光変調器は、フィールドレートで、左回り円偏光および右回り円偏光の間の偏光特性を切り替え、観察者１０６が装着する眼鏡は、左回り円偏光子および右回り円偏光子が組み込まれたアナライザを利用する。

ここで示す全ての図面同様、図１Ａは、部材のサイズまたは部材間の物理的寸法関係において原寸に比例していない。図面は、ここに開示する発明的構想を開示および教示する意図を持ち、部材の寸法および部材間の関係は、原寸に比例していない。

図１Ｂは、ＺＳｃｒｅｅｎ、または、既知であるプッシュプル変調器の詳細な構成および機能を示している。光線１０７は、デバイスまたはＺＳｃｒｅｅｎ１０２が透過する無偏光の中央光線（および全ての画像形成光線）を表している。光線１０７は、ダブルヘッドの矢印１０９が示す軸を有する直線偏光子１０８を透過する。ＺＳｃｒｅｅｎは、適切に受信光エネルギーを変調するべく、直線偏光の入力を要する。ＺＳｃｒｅｅｎは、２つの電気光学セル、またはｐｉセルから形成されるが、これらは面型デバイスとしても知られており、一方が軸１１０を有するｐｉセル１１１であり、他方が軸１１３を有するｐｉセル１１２である。ｐｉセル１１１および１１２は、移相デバイスであり、この場合にはこれらは１／４波長遅延として調節されて、偏光子１０８が入力する直線偏光を、左回りおよび右回り間で交互に切り替わる円偏光に変換する。適切に遂行する目的上、パーツおよびその軸の配置は、図面に示され、ここで記載された配置となっている。パーツは実質的にまたは正確に共面にあり、これらｐｉセルの軸同士が直交関係にあり、これに偏光子の軸が交差する。言い換えると、直線偏光軸は、ｐｉセルの軸に対して４５度の角度を有する。

ｐｉセルは、電気駆動されて位相をずらされて、９０度高速回転した１／４波長板のものと類似した、または同一の効果を生じる。このようにして、当技術分野で公知であるように、直線偏光が円偏光に変換され、ｐｉセルの軸間の効果的なトグルにより、フィールドレートおよび投影画像透視と同期して、右回りおよび左回りの円偏光が生成される。

ここで利用される、ＺＳｃｒｅｅｎのような電気光学デバイスは、一般的に「電気光学偏光変調器」または単に「偏光変調器」と称される。偏光子は、必要な偏光を行い変調機能を行う、偏光変調器の構成部材である。ここに開示する偏光変調器は、主に電気光学式であるが、電気光学式ではない他のデバイスを利用することもできる。

偏光デバイスは、直線偏光子、円偏光子、またはＺＳｃｒｅｅｎであってよく、典型的にシート偏光子の種類である。他の偏光生成デバイスを利用してもよい。これらシート偏光子のうち任意のもの（または、図５Ｂに示すような偏光変調デバイス）により、各プロジェクタの光は、眼鏡２０８が分析できる特定の偏光特性でエンコーディングされ、右目左目各々が適切な透視図を観察できるようになる。各プロジェクタは、観察者２０９の立体画像鑑賞に必要な２つの透視図のうちいずれかを投影する。これら立体画像の生成および投影方法は当技術分野では公知であり、例えば、一般的な立体画像の生成および投影方法が記載されているＬｉｐｔｏｎによる「Foundations of the Stereoscopic Cinema」、Van Nostrand Reinhold出版、New York, 1982を参照することができ、この全体をここに参照として組み込むことにする。この投影方法は、通常シート直線偏光子を利用するが、テーマパークおよび娯楽施設において既に利用されている。

ここで利用される「円」という用語は、偏光について利用されているが、ＺＳｃｒｅｅｎなどの偏光変調器に関しては、偏光は所望の波長の円であり、他の波長では楕円形でありうる。ここで利用される「円」または「円偏光（circularly polarization）」または「円偏光の（circularly polarized）」といった用語は、任意の楕円形の偏光を含むことが意図されており、つまり、任意の一般的に楕円である、または非直線である偏光下において任意の波長の偏光を含むことが意図されている。当業者であれば、比較的簡単な手段を利用して、直線偏光状態および円偏光状態を管理することで、一方の種類を他の種類に変換することができるであろうし、ここでの説明は、一方について言及している場合にも他方の利用を排除するものではない。

初めの記載が１００年以上も前に遡る立体映画の伝統的な投影方法を、図２を参照しながら説明する。２つのプロジェクタが、偏光子２０５および２０６、偏光保存スクリーン２０７、および分析眼鏡２０９を装着した観客部２０８との関連で利用される。図示の偏光子２０５および２０６は、静的偏光子として知られており、ここで開示する偏光変調器またはＺＳｃｒｅｅｎの実施形態とは異なる。プロジェクタは先ず左のマシンから、画像表面２０１、レンズ２０３、および偏光デバイス２０５により示される。右のマシンについては、画像面は２０２であり、レンズは２０４であり、偏光デバイスは２０６である。立体画像または立体映画を投影するとき、図２のデバイスは通常、直交軸で画像表面２０１および２０２から画像を送ることで、立体効果を生成する。

図３は、本装置の配置を示す。投影システムは、プロジェクタ内に画像表面３０１と、投影レンズ３０２とを含む。プロジェクタ内のソース（不図示）からの光は、画像表面で変調されて、投影レンズに送られる。光は概してレンズを出るときに無偏光であるが、場合によっては幾分偏光されていてもよい。典型的なシステムにおいては、光は、最終的には、前述のＺＳｃｒｅｅｎのような偏光変調器（または変調器）３０４および３０７を介して、通常は投影スクリーンである投影面３０９へと投影される。図３のシステムは、光ビームまたは光エネルギーを、第１パスＰと第２パスＳという２つのパスに分離する、あるいはより詳しくは、偏光スプリッタ３０３を利用して互いに直交する偏光状態に分離する。偏光スプリッタ３０３は、ガラスプリズムまたはマクニールプリズム、ワイヤグリッド偏光子、または実質的に直交する偏光状態を有するＰビームおよびＳビームを生成することのできる他のデバイスなどの偏光ビームスプリッタであってよい。このような場合、Ｐ光線３１０は、スプリッタ３０３を通り直接投影され、第１パスに沿った１つの偏光配向を有し、Ｓ光線３１１は、Ｐ光線とは直交する偏光状態を有して第２パスに沿って反射される。

Ｓ光線の偏光状態は、一実施形態においては、半波長板３０６を利用して９０度回転される。別の実施形態においては、Ｓ光線の偏光状態は、無回転のまま維持され、Ｐ光線の偏光状態は、反射ビームではなくて透過ビーム内に半波長板を配置することで交互に回転される、つまり、半波長板は、偏光スプリッタ３０３の後、または偏光スプリッタ３０３と投影スクリーン３０９との間に配置される。

ＰであってもＳであっても、偏光ビームの軸の回転は、軸同士を平行にするのに必要である。ここでは、いかなる命名の問題を明瞭にすべく、ＰまたはＳとして指定されるビームは、その形式でスプリッタから出てきたビームのことを指しており、つまり、ビームは波長板または他の部材により変換されうるが、元々のビームは指定した形式で透過または反射されたものであるとする。図３の場合には、偏光変調器の動作により生じた円偏光は、通常、偏光子およびアナライザの直線成分の軸同士が直交する場合において、分析されると比較的高い動的範囲を提供し、当技術分野では比較的管理し易いことが知られている。ＳビームおよびＰビームの軸同士が直交する場合、偏光変調子またはＺＳｃｒｅｅｎが出力する円偏光は一部、最大動的範囲が互いに直交する２つの位置で分析されうる円偏光からなる、円偏光の成分からなる。現在利用可能なシート偏光アナライザではこのことを行えない。故に、ビームの軸は回転されねばならないが、両方が、互いの軸が平行の状態で偏光変調器に入るのであれば、このことは重要ではなくなる。

幾らかの状況において偏光ビームスプリッタは、十分に純粋な直線偏光を提供しなくてもよく、ここでは静的偏光子として称される「クリーンアップ」偏光子３０５を必要としてよい。このようなクリーンアップ偏光子３０５は、一般的に当技術分野では知られており、示されている構成または他の構成においてオプションとして設けられてよい。一般的用途においては、透過ビームＰは高純度であり、反射ビームＳの純度はこれより低い。図３の実施形態においては、クリーンアップ偏光子は、反射（Ｓ）または第２ビームパスにおいてのみ必要であるが、第１パスに配置されてもよい。さらに、任意のクリーンアップ偏光子が、示されるデバイス内の偏光ビームスプリッタまたはワイヤグリッド偏光子３０３の後の任意の位置に配置されてよい。例えば、クリーンアップ偏光子３０５は、偏光ビームスプリッタまたはワイヤグリッド偏光子３０３と、半波長板３０６との間に配置されるとして示されているが、実際には、クリーンアップ偏光子３０５は、３０７と３０５との間に配置されるか、３０３と３１１との間または３１１と３０４との間のＰパス上に配置されてよい。

ひとたびＰビームおよびＳビームが高い偏光度を達成すると、これらビームは、図１に示した方法で、偏光変調器またはＺＳｃｒｅｅｎ３０４および３０７により変調される。この時点では、デバイスは、それぞれ第１Ｐビーム、および反射ビームまたは第２Ｓビームである、２つの光ビームを投影している。

第２Ｓビームは、投影スクリーン３０９の方向へ曲げられる必要がある。鏡３０８のような反射面（またはプリズムなどの他の反射デバイス）を利用して曲げることができる。鏡３０８は、第１ビームおよび第２ビームが正確に投影スクリーン３０９上に配列するように、ビームパスの角度を調節する機能を有する。この時点では、スクリーン３０９までの経路長は２つのビーム間で異なっており、これでは２つの画像が正確に重ならないので倍率に差が生じ画質が悪い。故に鏡３０８を、光強度を生じさせるべく変形可能として、２つのビーム間の倍率の差異を調節し、第１パスおよび第２パス間の倍率を実質的に整合させて、投影スクリーン３０９上の同じ位置に当るようにすることが望ましい。変形可能な鏡または反射面は、例えば反射面の面の中央のなどの１点を押すまたは引いて、必要な光強度を生じさせる楕円面に近似することのできる機械的部材３１０を有する、実質的に平面状の表面鏡であってよい。２以上の機械的部材を利用してよく、任意の機械的部材を反射面の周りの任意の場所に配置してよい。鏡または反射面は、さらに、適切に光強度が増加され、曲率が組み込まれた反射面の製造、または機械的な変形ではない手段を利用した表面変形または変更などを含むが、それらに限られない、他の手段を利用して変形させてもよい。加えて、様々な曲率を有するよう形成された一式の鏡を設けて、パーツ３０８の代わりに光路で交互に利用するようにして、その一式から正しい焦点距離を有する鏡を選択して、第１ビーム画像および第２ビーム画像が同じ倍率を有するようにしてもよい。

図３またはいかなる図面にも特に示していないが、単一の比較的大きな偏光変調器またはＺＳｃｒｅｅｎを利用して、２つの偏光変調器またはＺＳｃｒｅｅｎ３０４および３０７の代わりに、ＰパスおよびＳパスをカバーしてよい。このような実施形態においては、大きなＺＳｃｒｅｅｎまたは偏光変調器は、偏光変調器またはＺＳｃｒｅｅｎ３０４を基準にしてスクリーン３０９と位置合わせされ、または平行に配置され、変形可能な反射面または鏡３０８とスクリーン３０９との間にさらに位置するよう上方に延びてよい。偏光変調器３０４が上方に延びており、鏡３０８が反射する光線をカバーする構成は想到可能であろう。

さらに、図３には特に示していないが、偏光スプリッタ３０３からのＰビームが反射面に接触して、Ｓビームが反射面または鏡に接触することなくスクリーン３０９に向かって進むような別の配置を利用することもできる。このような配置は、画像表面３０１および投影レンズ３０２が、例えば、スクリーン３０９に直接対向するのではなく、スクリーン３０９から９０度オフセットされた方向に対向する場合に達成可能である。重要なのは、輝度向上を目的として必要であれば反射面を利用することで、Ｓ光エネルギーパスおよびＰ光エネルギーパスがスクリーン３０９において一致することである。異なる部材を利用し、ＳパスおよびＰパスを変更する１実施形態を、以下で説明する図６に示す。

図３は、偏光変調器６０４および６０７を含むが、それらに限定されない、示されている様々な部材に対する円偏光が示されている。しかし、円偏光の代わりに直線偏光を利用することもでき、図３の偏光部材を直線偏光部材に置き換えることもできることに注意されたい。

図３から分かるように、Ｐ偏光状態およびＳ偏光状態間で光路長は同一ではない。Ｓパスの方が長いので、その画像はＰパスが形成する画像よりも大きくなる。プロジェクタからプロジェクタスクリーンまでの投影に比較すると、これは些細な経路長の差異ではあるが、２つのビーム間の倍率に顕著な差異を生じさせるに足る長さである。両方の画像は略一致して、精度の高い許容差内で同じ倍率を有さねばならない。この結果生じる補償されていない図４Ａの画像においては、Ｓ画像がＰ画像よりも大きいので、図４Ｃが示すように両者を一致させねばならない。

画像を一致させるのは、図３およびさらに図４Ｂおよび４Ｄに追加的に示されている変形可能な鏡３０８を利用して行うことができる。反射面または鏡４０８の平坦な状態または非変形状態が４０３として示されている。鏡４０８は、凹状曲面４０４を有するとして示される。画像の極端部から生じる光線４０５および４０５'は、４０６および４０６'で示す光線と比して拡散している。教示目的からここでは実際の場合よりも誇張して描かれているが、必要となる僅かな曲率は、比較的薄い鏡４０８の中央または部材３１０として構想的に示している鏡３０８の裏の１点または中央を引いて鏡４０８を少量変形させることで行われる。これを達成する機械的手段は、当技術分野では一般的に理解されており、望遠鏡などの様々な光学デバイスで利用されている。この設計の設置には、技術者は光増強装置または鏡３０８を調節する際に、おそらくは投影ブースから望遠鏡で、スクリーン３０９を観察して、適切な対象を利用することで、部材３１０および鏡３０８'の曲率を調節して、Ｓ画像およびＰ画像を一致させることができる。

本設計は、ＺＳｃｒｅｅｎまたは類似した偏光切り替えデバイスなどの偏光変調器で利用可能な図３の単一のプロジェクタ投影に利用可能であるばかりでなく、図２に記載されるデュアル投影システムにも利用可能である。図５Ａにおいては、本設計では偏光デバイスが置き換えられている点を除いて、パーツの位置が略一致している。図５Ａの全てのパーツは、例示目的からミラー画像で示されている。図５Ａにおいては、画像表面５０１は、左プロジェクタに関連する画像表面であり、レンズ５０２は対応するレンズである。デバイス５０７は光路中に配置された本デュアルパスデバイスである。スクリーン、表面、または偏光保存スクリーン５０５は光エネルギーを受け取り、観察者部材５０６は、分析眼鏡５０９を装着している。右プロジェクタの画像表面５０３は、対応するレンズ５０４およびデュアルパスデバイス５０８を含む。

図５Ａに示すデュアル投影装置は、幾らもの投影方法に利用することができる。ここで記載する全ての場合において、ＰおよびＳコンバイナは、上述のように動作して、ＺＳｃｒｅｅｎのような偏光変調器は、図５Ａに示すように提供される。１投影分類においては、安定状態モードで利用される偏光変調器／ＺＳｃｒｅｅｎ５０５７および５０７７などのＺＳｃｒｅｅｎ電気光学偏光変調器が利用され、これは、同時係属出願である「Steady State Surface Mode Device for Stereoscopic Projection」なる名称で、２００６年３月３日出願であり、発明者Ｌｅｎｎｙ Ｌｉｐｔｏｎによる、米国特許出願番号第１１／３６７，６１７にも記載されており、これをここに参照として組み込む。このような偏光変調器は、一方のプロジェクタ用に左回りの円偏光を提供し、他方のプロジェクタ用に右回りの偏光を提供する役目を果たす。どちらのプロジェクタが左回りの円偏光を提供し、どちらのプロジェクタが右回りの円偏光を提供するかは重要ではない。変調器は、例えば図３および６Ａまたは図１Ｂに詳細に示す偏光状態間を切り替える目的から利用されるわけではない。というよりは、各変調器は、回転可能な１／４波長板として動作して、その波長設定を最適化して、選択デバイスの眼鏡におけるアナライザの特性を実質的に整合させるのに利用される。

本設計においては、偏光変調デバイスは、唯一の透視図を提供する各プロジェクタで立体画像を投影する従来のデバイスに似ているという意味において、機能的に図５Ｂに示すものと類似している。

第２の投影分類においては、ＺＳｃｒｅｅｎ電気光学偏光変調器を、「Dual ZScreen Projection」なる名称の、発明者Ｍａｔｔ Ｃｏｗａｎ、Ｌｅｎｎｙ Ｌｉｐｔｏｎ、およびＪｏｓｈ Ｇｒｅｅｒによるものであり、ここに参照としてその全体を組み込む同時出願日を有し且つ同時係属である出願に記載されている２つの方法のうちいずれかで利用できる。第１の副分類においては、複数の変調器が、１つの透視図を提供する各プロジェクタと同期して動作する。言い換えると、各プロジェクタは固有の透視図を提供する。

第２の副分類においては、左画像および右画像が、左画像および右画像両方において混合されて左プロジェクタにより投影され、左画像および右画像両方が右プロジェクタにより投影される。このような設計は、ここで説明する偏光変調器として、ここで記載した部材におそらく僅かな変更を加えて、利用することができる。

図５Ｂは、本設計から電気光学偏光変調器を削除したものである。図５Ｂでは、投影システムは画像表面５００１および５００３をプロジェクタ内に（不図示）含み、且つ投影レンズ５００２および５００４を含む。プロジェクタ内の光源からの光は、対応する投影レンズに送られる。図５Ｂのシステムは、各光ビームを、第１パスＰと第２パスＳという２つのパスに分離する、あるいはより詳しくは、偏光スプリッタ５０５８および５０７８を利用して互いに直交する偏光状態に分離する。偏光スプリッタ５０５８および５０７８は、ガラスプリズムまたはマクニールプリズム、ワイヤグリッド偏光子、または別個の直交する偏光状態をＰビームおよびＳビームに生成することのできる他のデバイスなどの偏光ビームスプリッタであってよい。このような場合、偏光されたＰ光線５０２０および５０３０は、スプリッタ５０５８および５０７８から第１パスに沿って直接投影され、偏光されたＳ光線５０２１および５０３１は、第２パスに沿って反射される。

偏光されたＳ光線は、一実施形態においては、半波長板５０５４および５０７４を利用して９０度回転される。別の実施形態においては、偏光されたＳ光線は、無回転のまま維持され、偏光されたＰ光線は、反射ビームではなくて透過ビーム内に半波長板を配置することで交互に回転される、つまり、半波長板は、偏光スプリッタ５０５８／５０７８の後、または偏光スプリッタ５０５８／５０７８と投影スクリーン５００５との間に配置される。

反対の極性を有する静的偏光子５０５５／５０７５および５０５７／５０７７が提供されることで、受け取られた光エネルギーに対して適切な偏光を施す。任意のクリーンアップ偏光子が、示されるデバイス内の偏光ビームスプリッタまたはワイヤグリッド偏光子５０５８／５０７８の後の任意の位置に配置されてよい。

この時点では、デバイスは、それぞれ第１Ｐビーム、および反射ビームまたは第２Ｓビームである、２つの光ビームを投影している。第２Ｓビームは、投影スクリーン５００５の方向へ曲げられる必要がある。鏡５０５１または５０７１のような反射面（またはプリズムなどの他の反射デバイス）を利用して曲げることができる。鏡５０５１または５０７１は、第１ビームおよび第２ビームが正確に投影スクリーン５００５上に配列するように、ビームパスの角度を調節する。故に鏡５０５１または５０７１を、光強度を生じさせるべく変形可能として、２つのビーム間の倍率の差異を調節し、第１パスおよび第２パス間の倍率を実質的に整合させて、投影スクリーン５００５上の同じ位置に当るようにすることが望ましい。変形可能な鏡または反射面５０５１または５０７１は、ここでも、例えば反射面の面の中央などの１点を押すまたは引いて、必要な光強度を生じさせる楕円面に近似することのできる機械的部材５０５２または５０７２を有する、実質的に平面状の表面鏡であってよい。図３同様、２以上の機械的部材を利用してよく、任意の機械的部材を反射面の周りの任意の場所に配置してよい。鏡または反射面は、他の手段を利用して変形させてもよい。

図５Ｂの設計は、静的偏光子を有する２つのプロジェクタを有する。図５Ａに反して図５Ｂの趣意は、偏光変調器を不要とする、簡単な静的偏光子設計（直線または円）を提供することにある。図５Ａおよび図５Ｂの２つの実施形態の動作は基本的に異なっている。変調器同士が交互に偏光状態を生成する均一な円偏光プロジェクタデバイス対を有する（図５Ａ）代わりに、図５Ｂのデュアル投影システムは、互いに直交する投影軸を有した画像を生成することで所望の立体効果を生成するので、画像表面５００１および５００３からはそれぞれ異なる画像が投影される。

図６Ａは、立体投影が向上した別のシステム実施形態を示す。図６Ａの実装例は、ＰビームおよびＳビーム間で光路長を均一化しようとする。図３同様、画像はプロジェクタから、画像表面６２１からプロジェクタレンズ６０１を介して提供された光エネルギーの形式で送られ、スプリッタまたは偏光スプリッタ６０２に入る。ここでも、偏光スプリッタ６０２は、ガラスプリズムまたはマクニールプリズム、ワイヤグリッド偏光子、または別個のＰ偏光ビームおよびＳ偏光ビームを生成することのできる他のデバイスなどの任意の適切な偏光ビームスプリッタであってよい。第１パスに沿って偏光スプリッタ６０２を真っすぐに通過する際にＰビーム６１２は偏光され、Ｓビーム６１１は、方向が図示されている第２パスに沿ってスプリッタから反射される際に偏光される。反射ビームまたは第２パスビームは、プリズムまたは上面平面状鏡６０５を利用して投影スクリーン６０８に向けて反射される。投影レンズ６０１から投影スクリーン６０８までの経路長は、オフセットビームの長さ分増える。第１ビームＰの偏光状態は、第２ビームの偏光状態と一致するように、半波長板６０４を利用して回転される。波長板は、透過ビームパスまたは反射ビームパスに配置されうる。

一対のプリズム６０５および６２０または前面鏡を利用して、反射ビームの経路長と整合させるべく、透過ビームの経路長を長くする。反射ビームおよび透過ビームの偏光の純度は不適切なので、システムは、ビームのいずれかまたは両方に対して光学クリーンアップ偏光子６０９、６１０を利用することで利益を被る場合があるであろう、これらはここでも独立して配置されるが、状況によっては実験的に決定されうる。次にビームは図１に示すようにＺＳｃｒｅｅｎなどの変調偏光器６０６、６０７を利用して変調され、光が投影スクリーン６０８に投影される。図６の配置は、第２パスと第１パスとの間に光エネルギーを実質的に光学的に重畳する役割を果たす。

図６Ｂは、実質的に、図６Ａの配置のうち２つを有するデュアルプロジェクタ設置を示す。画像は各プロジェクタから、画像表面６００１／６０５１から投影レンズ６００２／６０５２を介して提供された光エネルギーの形式で送られ、スプリッタまたは偏光スプリッタ６００３／６０５３に入る。ここでも、第１パスに沿って偏光スプリッタ６００３／６０５３を真っすぐに通過する際にＰビーム６０２０／６０３０は偏光され、Ｓビーム６０２１／６０３１は、方向が図示されている第２パスに沿ってスプリッタから反射される際に偏光される。反射ビームまたは第２パスビームは、プリズムまたは上面平面状鏡６００４／６０５４を利用して投影スクリーン６０８に向けて反射される。投影レンズ６００１／６０５１から投影スクリーン６０８までの経路長は、オフセットビームの長さ分増える。第１ビームＰの偏光状態は、第２Ｓビームの偏光状態と一致するように、半波長板６００７／６０５７を利用して回転される。波長板６００７／６０５７は、透過ビームパスまたは反射ビームパスに配置されうる。

一対のプリズム６００８／６０５８および６００９／６０５９または前面鏡を利用して、反射ビームの経路長と整合させるべく、透過ビームの経路長を長くする。反射ビームおよび透過ビームの偏光の純度は不適切でありうるので、システムは、ビームのいずれかまたは両方に対して光学クリーンアップ偏光子６００５／６０５５、６０１０／６０６０を利用することで利益を被る場合があろう、これらはここでも独立して配置されるが、状況により決定されうる。次にビームはＺＳｃｒｅｅｎなどの変調偏光器６００６／６０５６、６０１０／６０６０を利用して変調され、光が投影スクリーン６０８に投影される。

図６Ｃは偏光変調器を省いた図６Ａに類似しており、その観点からは図５Ｂとも類似している。図５Ｂ同様、図６Ｂに反した図６Ｃの趣意は、偏光変調器を不要とする、簡単な静的偏光子設計（直線または円）を提供することにある。図６Ｂおよび図６Ｃの２つの実施形態の動作は基本的に異なっている。変調器同士がそれぞれ固有の画像を生成する均一な円偏光プロジェクタデバイス対を有する（図６Ｂ）代わりに、図６Ｃのデュアル投影システムは、互いに直交する投影軸を有した画像を生成することで所望の立体効果を生成するので、画像表面６１０１および６１５１からはそれぞれ異なる画像が投影される。

図６Ｃにおいては、画像は各プロジェクタから、画像表面６００１／６１５１から投影レンズ６１０２／６１５２を介して提供された光エネルギーの形式で送られ、スプリッタまたは偏光スプリッタ６１０３／６１５３に入る。ここでも、偏光スプリッタ６１０３／６１５３は、ガラスプリズムまたはマクニールプリズム、ワイヤグリッド偏光子、または別個のＰ偏光ビームおよびＳ偏光ビームを生成することのできる他のデバイスなどの任意の適切な偏光ビームスプリッタであってよい。第１パスに沿って偏光スプリッタ６１０３／６１５３を真っすぐに通過する際にＰビーム６１２０／６１３０は偏光され、Ｓビーム６１２１／６１３１は、方向が図示されている第２パスに沿ってスプリッタから反射される際に偏光される。反射ビームまたは第２パスビームは、プリズムまたは上面平面状鏡６１０４／６１５４を利用して投影スクリーン６０８に向けて反射される。投影レンズ６１０１／６１５１から投影スクリーン６０８までの経路長は、オフセットビームの長さ分増える。一方のプロジェクタにおいて、偏光された第１ビームＰは波長板６１０７を利用して回転される。対向するプロジェクタにおいても、対向するビームＰが回転されねばならならず、第２ビームＳが波長板６１５７を利用して回転される。波長板６１０７／６１５７は、透過ビームパスまたは反射ビームパスに配置されうる。

一対のプリズム６１０８／６１５８および６１０９／６１５９または前面鏡を利用して、反射ビームの経路長と整合させるべく、透過ビームの経路長を長くする。システムはさらに、図５Ｂの場合同様、反対の極性を有する２つの静的シート偏光子６１０５／６１５５、６１１０／６１６０を含む。ここでも、図示された部材の上方にクリーンアップ偏光子を、状況に応じて適切な配置で提供してもよい。

上述の記載から分かるように、本設計では、異なる相対位置に配置された異なる部材を１例とする、異なる部材を利用することができる。図７は、この目的から、本教示により可能な静的偏光子設計の一般的配列を示す。図７において、線７０１は、対象部材の一般的参照例として図３の部材番号を表す。図７に示すように、第１プロジェクタは第１ビームおよび第２ビームを伝送し、第２プロジェクタも、第１ビームおよび第２ビームを伝送する。各プロジェクタの各ビームは、波長板とクリーンアップ（直線）偏光子とを含む。図７の表の左の列から下に読むと、群７０２は、対称配置となっている偏光ビームスプリッタアセンブリを有する直線偏光子を表し、ここで１チャネルが回転を要している。群７０３は、１つのプロジェクタの偏光ビームスプリッタが光学軸回りに９０度回転された直線偏光子を表す。群７０４は、左プロジェクタおよび右プロジェクタの上に対称に配置された偏光ビームスプリッタを表し、群７０５は、他方に対して９０度の位置に配向、または回転された１つの偏光ビームスプリッタを表す。次の列から分かるように、偏光状態は群７０２および７０３について直線偏光であり、群７０４および７０５について円偏光である。

群７０２の第３エントリーを先ず第１の例として挙げると、偏光状態は直線偏光であり、第１プロジェクタについて、第１ビームの波長板は半波長板であり、クリーンアップ偏光子３１１に対応するクリーンアップ偏光子は必要ではない。第２ビームについては、波長板３０６に対応する波長板が必要ではなく、クリーンアップ偏光子３０５に対応するクリーンアップ偏光子も必要ではない。第２プロジェクタについては、第１ビームの波長板は必要ではなく、クリーンアップ偏光子３１１に対応するクリーンアップ偏光子は必要ではない。第２ビームについては、波長板３０６に対応する半波長板が必要であるが、クリーンアップ偏光子３０５に対応するクリーンアップ偏光子は必要ではない。

群７０５の第３エントリーを先ず第２の例として挙げると、偏光状態は円偏光であり、第１プロジェクタについて、第１ビームの波長板は１／４左波長板であり、クリーンアップ偏光子３１１に対応するクリーンアップ偏光子は必要ではない。第２ビームについては、波長板３０６に対応する１／４右波長板が必要であり、クリーンアップ偏光子３０５に対応するクリーンアップ偏光子が必要である。第２プロジェクタについては、第１ビームの波長板は１／４左波長板であり、ここでもクリーンアップ偏光子３１１に対応するクリーンアップ偏光子は必要ではない。第２ビームについては、波長板３０６に対応する１／４右波長板が必要であり、クリーンアップ偏光子３０５に対応するクリーンアップ直線偏光子も必要となる。この結果、他方に対して９０度回転した偏光ビームスプリッタが生じる。

ここで提示した設計および図示した特定の側面は、限定的であることを意図しておらず、本発明の教示および利点、つまり、ここで開示して請求するデュアルパス立体投影システムを組み込みつつも、代替的部材を含むことができる。言及したように、図面はいずれも原寸に比例して描かれていない。本発明はこれまでその特定の実施形態との関連で記載されてきたが、本発明はさらなる変形例を含むことも可能である。本願は任意の変形例を含み、本発明の原理に一般的に従う本発明の利用例または適用例を利用し、当技術分野の公知または周知の慣例の範囲内で本開示の逸脱を含むことが意図されている。

Claims (22)

1. 第１画像光エネルギーを受け取り、受け取った前記第１画像光エネルギーを、第１の第１パスおよび第１の第２パスに沿って分離する、第１偏光スプリッタ部と、
   前記第１の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、当該一方の画像光エネルギーを表面に向ける第１反射器と、
   前記第１の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、当該一方の画像光エネルギーを回転させる第１回転子と、
   第２画像光エネルギーを受け取り、受け取った前記第２画像光エネルギーを、第２の第１パスおよび第２の第２パスに沿って分離する、第２偏光スプリッタ部と、
   前記第２の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、当該一方の画像光エネルギーを前記表面に向ける第２反射器と、
   前記第２の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、当該一方の画像光エネルギーを回転させる第２回転子と、
   を備える、立体画像を投影する装置。
2. 前記第１回転子および前記第２回転子は、前記第１の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの画像光エネルギーの前記一方、および、前記第２の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの画像光エネルギーの前記一方を、９０度回転させる、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１回転子は、前記第１偏光スプリッタ部と前記第１反射器との間に位置する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第２回転子は、前記第２偏光スプリッタ部と前記第２反射器との間に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１回転子は、前記第１反射器と前記表面との間に位置する、請求項１または２に記載の装置。
6. 前記第２回転子は、前記第２反射器と前記表面との間に位置する、請求項１、２、５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第１回転子は、前記第１偏光スプリッタ部と前記表面との間に位置する、請求項１または２に記載の装置。
8. 前記第２回転子は、前記第２偏光スプリッタ部と前記表面との間に位置する、請求項１、２、７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記第１の第１パス、前記第２の第１パス、前記第１の第２パス、前記第２の第２パスの１つに配置されたクリーンアップ偏光子をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記第１の第１パス、前記第２の第１パス、前記第１の第２パス、前記第２の第２パスのそれぞれに配置されたクリーンアップ偏光子をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記表面は投影スクリーンを含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記第１偏光スプリッタ部および前記第２偏光スプリッタ部は、
    偏光ビームスプリッタ、ワイヤグリッド偏光子、およびマクニールプリズムを有する群のうちの１つを含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第１の第１パス、前記第２の第１パス、前記第１の第２パス、および前記第２の第２パスの間で、画像光エネルギーを実質的に光学的に重畳する第１パス部材機構および第２パス部材機構をさらに備える、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記第１パス部材機構および前記第２パス部材機構は、
    複数の反射面と、
    リターダと、を有する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１の第１パスの出力部において、前記第１の第１パスに配置された第１の第１パスリターダと、
    前記第１の第２パスの出力部において、前記第１の第２パスに配置された第１の第２パスリターダと、
    前記第２の第１パスの出力部において、前記第２の第１パスに配置された第２の第１パスリターダと、
    前記第２の第２パスの出力部において、前記第２の第２パスに配置された第２の第２パスリターダと、
    を更に備える、請求項１に記載の装置。
16. 前記第１の第１パスリターダは１／４左波長板を有し、前記第１の第２パスリターダは１／４右波長板を有し、前記第２の第１パスリターダは１／４左波長板を有し、前記第２の第２パスリターダは１／４右波長板を有する、請求項１５に記載の装置。
17. 第１の画像表面から前記第１画像光エネルギーを受け取り、前記第１画像光エネルギーを前記第１偏光スプリッタ部に向けて透過する第１投影レンズと、
    第２の画像表面から前記第２画像光エネルギーを受け取り、前記第２画像光エネルギーを前記第２偏光スプリッタ部に向けて透過する第２投影レンズと、
    を更に備える、請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記第１の第１パスに配置され、前記第１の第１パスの前記画像光エネルギーを受け取る第１偏光変調器と、
    前記第１の第２パスに配置され、前記第１の第２パスの前記画像光エネルギーを受け取る第２偏光変調器と、
    前記第２の第１パスに配置され、前記第２の第１パスの前記画像光エネルギーを受け取る第３偏光変調器と、
    前記第２の第２パスに配置され、前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーを受け取る第４偏光変調器と、
    を更に備え、
    前記第１偏光変調器、前記第２偏光変調器、前記第３偏光変調器および前記第４偏光変調器は、受け取った前記画像光エネルギーのそれぞれを、同じ出力偏光状態を有するように変調して前記表面へ向けて透過する、請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 立体画像を投影する方法であって、
    第１画像光エネルギーを第１偏光スプリッタで受け取る段階と、
    前記第１偏光スプリッタで受け取った前記第１画像光エネルギーを、第１の第１パスおよび第１の第２パスに沿ってそれぞれ方向づけられた直交する偏光状態へ分離する段階と、
    前記第１の第２パスの画像光エネルギーを受け取り、前記第１の第２パスの前記画像光エネルギーを表面に向けて方向付ける段階と、
    前記第１の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、前記第１の第１パスの前記画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの前記画像光エネルギーの前記一方の前記偏光状態を回転させる段階と、
    第２画像光エネルギーを第２偏光スプリッタで受け取る段階と、
    前記第２偏光スプリッタで受け取った前記第２画像光エネルギーを、第２の第１パスおよび第２の第２パスに沿ってそれぞれ方向づけられた直交する偏光状態へ分離する段階と、
    前記第２の第２パスの画像光エネルギーを受け取り、前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーを前記表面に向けて方向付ける段階と、
    前記第２の第１パスの画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの画像光エネルギーの一方を受け取り、前記第２の第１パスの前記画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーの前記一方の前記偏光状態を回転させる段階と、
    を備える方法。
20. 前記第１の第１パスの前記画像光エネルギーおよび前記第１の第２パスの前記画像光エネルギーの前記一方、および、前記第２の第１パスの前記画像光エネルギーおよび前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーの前記一方を、９０度回転させる段階を更に備える、請求項１９に記載の方法。
21. １／４左波長板を用いて、前記第１の第１パスの出力部において、前記第１の第１パスの前記画像光エネルギーを回転する段階と、
    １／４右波長板を用いて、前記第１の第２パスの出力部において、前記第１の第２パスの前記画像光エネルギーを回転する段階と、
    １／４左波長板を用いて、前記第２の第１パスの出力部において、前記第２の第１パスの前記画像光エネルギーを回転する段階と、
    １／４右波長板を用いて、前記第２の第２パスの出力部において、前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーを回転する段階と、
    を更に備える、請求項１９または２０に記載の方法。
22. 前記第１の第１パスの前記画像光エネルギー、前記第１の第２パスの前記画像光エネルギー、前記第２の第１パスの前記画像光エネルギー、および前記第２の第２パスの前記画像光エネルギーをそれぞれ受け取り、受け取った前記画像光エネルギーのそれぞれを、同じ出力偏光状態を有するように変調して前記表面へ向けて透過する段階と、
    を更に備える、請求項１９から２１のいずれか１項に記載の方法。

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