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三维 (3D) 投影的方法和系统
    相关申请的交叉引用
     本申请要求 2009 年 9 月 11 日递交的美国临时申请 S/N 61/241,842 “Method and System for Three-Dimensional(3D)Projection” 的优先权， 其全部内容通过引用合并于 此。
     本申请包含与 2009 年 12 月 15 日递交的 PCT 专利申请 PCT/US09/006557 “Improved Over-Under Lens for Three Dimensional Projection” 有关的主题， 其全部内容通过引用 合并于此。
     技术领域
     本发明涉及一种用于投影图像以进行三维 (3D) 呈现的系统和方法。 背景技术 三维 (3D) 电影的当前浪潮正在流行， 并且通过 3D 数字影院投影系统的简单使用 成为可能。然而， 数字系统的展示速率不足以跟上需求， 部分由于涉及相对高的成本。尽管 早期的 3D 胶片的系统受到以下技术难题的困扰， 包括配置错误、 低亮度和图片脱色， 但是 比数字影院方法要廉价的多。 在 20 世纪 80 年代， 在美国和其他地方展现了 3D 胶片的浪潮， 使用了由 Chris Condon 设计并且获得专利的透镜和滤波器 ( 美国专利 4,464,028)。例如 由 Lipton 在美国专利 5,481,321 中提出了对于 Condon 的其他改进。这两篇参考文献的主 题内容全部结合在此作为参考。
     一种透镜配置使用 “双透镜” 结构 ( 例如， 上透镜用于投影针对一只眼睛的图像， 而下透镜用于投影针对另一只眼睛的图像 ) 来同时对立体图像对的左眼图像和右眼图像 进行投影， 左眼图像和右眼图像在胶片的同一胶带彼此上下布置。通过与分离的滤波器 ( 例如， 包括偏振器或滤色器 ) 装配在一起的相应透镜传递每个图像， 来编码左眼图像和右 眼图像。每个透镜装置中的滤波器对相应的右眼图像或左眼图像进行编码， 使得佩戴具有 相应左眼和右眼解码滤波器 ( 也被称作观看滤波器 ) 眼镜的观看者或观众仅看到通过左眼 观看滤波器的投影左眼图像， 以及通过右眼观看滤波器的投影右眼图像。
     然而， 这些现有基于胶片的 3D 系统中偏振器和其他元件 ( 包括透镜 ) 在暴露于来 自这些系统中经常使用的照明光源的高发光通量下时通常受到过热和失效的影响。因此， 这样的投影系统必须在缩减亮度下操作， 和 / 或经常替换一个或多个偏振器和其他元件。 尽管一些系统在投影透镜或偏振器的前面并入了红外或紫外阻挡滤波器， 以减小过热， 但 是这样的措施不能完全消除问题。
     发明内容
     本发明的一个方面提供了一种右眼图像和左眼图像的三维 (3D) 投影系统。该系 统包括 ： 第一线偏振器， 在至少第一透镜元件之前， 用于透射右眼图像， 第一线偏振器具有 第一偏振轴方向 ； 第二线偏振器， 在至少第二透镜元件之前， 用于透射左眼图像， 第二线偏振器具有第二偏振轴方向。 第一和第二线偏振器被配置用于对到达至少第一和第二透镜元 件的发光通量进行限制。
     本发明的另一方面提供了一种右眼和左眼图像的三维 (3D) 投影方法， 包括 ： 通过 第一线偏振器和置于第一线偏振器之后的至少第一透镜元件透射右眼图像 ； 通过第二线偏 振器和置于第二线偏振器之后的至少第二透镜透射左眼图像。 第一和第二线偏振器被配置 用于透射由相应的第一和第二偏振轴方向表征的光， 并且用于对到达第一和第二透镜元件 的发光通量进行限制。 附图说明
     通过考虑结合附图的以下详细描述， 可以容易地理解本发明的教导， 其中 ： 图 1 示出了根据本发明一个实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影系统 ； 图 2A 示出了根据本发明一个实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影 系统 ； 以及
     图 2B 示出了根据本发明另一实施例的使用双透镜和偏振器组件的立体胶片投影 系统。
     为了便于理解， 在可能的情况下将相同的参考数字用于指示附图中公共的相同元 件。附图没有按比例绘制， 并且为了清楚起见可以对一个或多个特征进行放大或缩小。
     具体实施方式
     本发明的一个方面提供了一种改进的单投影仪双透镜三维 (3D) 胶片投影系统， 包括 ： 一个或多个反射偏振器， 置于 3D 胶片与投影透镜系统之间， 以防止热敏光学元件 ( 例 如， 透镜、 线偏振器、 双折射四分之一波长延迟器 (retarder) 等 ) 暴露于来自照明源的高发 光通量。 通过减少进入透镜系统的辐射能量， 减小了光学元件的过热， 因此允许系统在较高 亮度或照明下操作， 仅少数组件失效。
     本发明的实施例可以应用于具备双 ( 例如， 立体 ) 透镜系统的单个标准二维 (2D) 胶片投影仪， 以同时投影立体对的两个图像中的每一个， 一个图像用于左眼， 一个图像用于 右眼。与双透镜的左眼半部和右眼半部成一直线的滤波器， 对相应的左眼图像和右眼图像 进行编码， 使得当图像投影到屏幕上时， 佩戴具有相对于双透镜和偏振器系统具有正确方 向的滤波器的眼镜的观众成员将在他们的左眼中感知到左眼图像， 并且在他们的右眼中感 知到右眼图像。如这里对本发明的描述中所使用的， “滤波器” 意味着偏振器， 无论线形还是 圆形， 其中圆滤波器包括线偏振器和四分之一波长延迟器。本发明的一个或多个方面也可 以应用于特定的特殊地点 3D 投影系统， 其中， 两个同步投影仪用于投影相应的左眼图像和 右眼图像 ； 或者应用于特定数字影院投影仪， 例如， 通过在投影透镜之前直接提供反射偏振 器。
     图 1 示出了本发明的 3D 胶片投影系统 100 的一个实施例， 适合于从运动画面胶 片 101( 例如， 35mm 投影印片胶片 ) 投影立体图像， 仅示出了该系统 100 的一部分。3D 胶片 101 包括立体图像对， 例如 R1 和 L1、 R2 和 L2( 也被标记为右眼图像 102 和左眼图像 103)、 R3 和 L3， 每个对与场景的右眼图像和左眼图像相对应。在上 / 下配置中， 沿着胶片交替布置右眼图像和左眼图像， 其中， 立体对的右眼图像和左眼图像彼此上下交叠地布置在帧中。 如图 1 所示， 立体图像对 102 和 103 在胶片门 (film gate) 的中心， 并且被光圈挡片 110 框 住以用于投影。由于投影系统的倒置特性， 胶片 101 具备在框架中倒置的图像， 例如， 在图 像 102 和 103 的底部 102B 和 103B 设置在图像的顶部 102T 和 103T 上。沿着胶片 101 每个 边缘设置齿孔 105 行， 并且典型地在胶片上设置可以是数字格式的光学声道 ( 未示出 )。
     右眼图像 R2 和左眼图像 L2 同时被光源和聚光光学装置 ( 未示出， 被共同称作 “照 明装置” ) 照亮， 使得将图像 R2 和 L2 投影在屏幕 150 上， 聚光光学装置位于胶片后， 即， 远 离双透镜系统 130 在胶片的另一侧上。
     投影系统 100 包括双透镜系统 130 以及一个或多个偏振器或滤波器。双透镜系统 130 具有透镜本体 131、 入射端 133 和出射端 134。 透镜系统 130 的上半部分和下半部分 ( 可 以被称作两个透镜组件 ) 由隔片 132 分离开， 隔片 132 防止杂散光在两个透镜组件之间穿 过。典型地用于投影右眼图像 ( 例如图像 R2) 的上部透镜具有入射透镜元件 136 和出射透 镜元件 138。典型地用于投影左眼图像 ( 例如， 图像 L2) 的下部透镜具有入射透镜元件 137 和出射透镜元件 139。 为了清楚起见， 没有示出双透镜系统 130 的每一个半部内部的其他透 镜元件和孔径光阑。例如， 当适合于对双透镜系统 130 进行适当调节时， 也可以添加附加的 透镜元件， 例如在系统出射端后面添加放大镜。投影屏幕 150 具有中心点 151， 胶片的投影 右眼图像和左眼图像应当该中心点为中心。 胶片上右眼图像 R2(102) 和左眼图像 L2(103) 由间隙 104( 也被称作 “框内间隙” ) 分开， 该间隙 104 在来自图像的光入射进透镜系统 130 的错误半部时有助于杂散光的后续 遮挡。
     利用正确对准的投影系统， 右眼图像 102 和左眼图像 103 被投影到屏幕 150 上， 使 得投影图像实质上重叠， 即， 每个投影图像的中心实质上位于屏幕的中心 151 处， 其中相应 图像的顶部 102T 和 103T 投影在屏幕的顶部 152 处或附近， 并且底部 102B 和 103B 投影在 屏幕的底部 153 处或附近。
     投影系统 100 还包括置于透镜系统 130 之后 ( 即， 在输出端 134) 的偏振器组件 140， 其中顶部线偏振器 142 沿着光轴 UU’ 与透镜系统 130 的上半部对准， 底部线偏振器 143 沿着光轴 LL’ 与透镜系统 130 的下半部对准。线偏振器 142 的偏振轴 144 确定或限定了投 影的右眼图像的偏振特性 ( 例如， 用于投影右眼图像的光是垂直偏振的还是水平偏振的 )， 并且线偏振器 143 的偏振轴 145 限定了投影的左眼图像的偏振特性。当线性偏振器用于对 相应的右眼图像和左眼图像进行编码时， 投影的左眼图像的偏振方向与投影的右眼图像的 偏振方向垂直。如图 1 所示， 偏振器 142 为投影的右眼图像提供垂直偏振， 偏振器 143 为投 影的左眼图像提供水平偏振。 在另一示例中， 可以利用水平偏振光投影右眼图像， 并且利用 垂直偏振光投影左眼图像。
     投影屏幕 150 是保偏屏幕， 例如银幕， 银幕的金属化表面散射光， 但是实质上保持 光 ( 尽管被反射 ) 的偏振。因此通过偏振器 142 和 143 施加在投影的右眼图像和左眼图像 上的相应偏振在被屏幕 150 反射之后保持不变。
     为了适当观看投影的立体图像， 向观众成员 160 提供具有线偏振器的 3D 眼镜， 线 偏振器的定向与偏振器组件 140 的定向相对应。因此， 3D 眼镜的右眼部分 171 包括偏振轴 173 的定向与偏振器 142 相同的线偏振器 172， 并且 3D 眼镜的左眼部分 181 包括偏振轴 183
     的定向与偏振器 143 相同的线偏振器 182.
     在图 1 的实施例中， 在入射透镜 136 和 137 之前设置包括了线偏振器 124 和线偏 振器 125 的偏振器组件 120。由于这些偏振器位置透镜系统 130 之前并且在一些实施例中 代表投影系统中照明光所遇到的若干偏振器中的第一偏振器， 因此这些偏振器也可以被称 作 “前偏振器” 。在该示例中， 偏振器 124 和 125 是两个反射偏振器， 这意味着当光入射在线 偏振器 124 或 125 上时， 根据偏振器的定向透射一个偏振分量， 而反射另一偏振分量 ( 其定 向与透射分量的定向相同 )。组件 120 还包括支架或托架 ( 未示出 )， 支架或托架在透镜系 统 130 的入射端 133 附近的适当位置支撑偏振器 124 和 125， 并且使偏振器 124 和 125 相对 于透镜系统的上半部和下半部对准。 在该实施例中， 偏振器 124 被配置为透射与偏振器 142 所透射的偏振分量相同的偏振分量， 并且偏振器 125 被配置为透射与偏振器 143 所透射的 配置分量相同的偏振分量。
     在一个示例中， 偏振器 124 和 125 是例如由 MOXTECH， Inc.of Orem， UT 制造的线栅 偏振器， 在 Perkins 等人的美国专利 6,122,103 中描述了这些线栅偏振器的具体内容， 其全 部内容通过引用合并于此。
     来自照明源的光通过 f 数为 f/2 的照明装置 ( 未示出 ) 聚焦， 并且经过胶片 101， 同时实质上充满光圈挡片 110 的开口， 并且向着入射端 133 会聚。在良好对准的投影仪中， 光会聚到透镜系统 130 内部区域， 即， 孔径光阑。 如图 1 所示， 光束或光分量 122 表示光线束 ( 例如， 经过胶片 101 上右眼图像 102 的那些光线束 ) 的中心线。当光束 122 入射在偏振器 124 上时， 光束 122 的一部分被抑制， 即作为光束 126 被反射掉。在这种情况下， 偏振器 124 被配置为透射垂直偏振光， 而反射 光束 122 中大部分的水平偏振分量。在这种配置中， 反射掉大约一半的辐射能量， 或者类 似地， 一半的入射光发光通量。经过偏振器 124 的光束 122 的剩余部分主要是垂直偏振光 128， 该垂直偏振光 128 通过入射透镜元件 136 入射进透镜系统 130。 例如， 由于偏振的轻微 旋转 ( 这是由于几何光学的特性 ) 和 / 或从偏振器 124 的偏振泄露， 从透镜元件 138 出射 的光束 128 可以具有一小部分水平偏振分量。
     由于偏振器 142 被配置为通过垂直偏振光， 因此该偏振器 142 用作清除偏振器， 使 得光束 148 实质上 ( 例如， 几乎 100％ ) 是垂直偏振的， 以在屏幕 150 上形成投影的右眼图 像。在另一实施例中， 可以从图 1 中省略线偏振器 142， 例如如果光束 128 中水平偏振分量 的量不显著， 或者从性能观点认为是可接受的。
     在左眼图像投影的情况下， 照亮左眼图像 103 的光束 123 入射在偏振器 125 上， 偏 振器 125 反射掉垂直偏振分量作为光束 127， 因此， 抑制光束 123 大约一半的辐射能量。入 射光 123 的剩余部分经过偏振器 125 作为主要水平偏振光 129， 该水平偏振光 129 通过入 射透镜元件 137 入射进透镜系统 130。从透镜元件 139 出射的光束 129 也可以具有一小部 分垂直偏振分量。由于偏振器 143 被配置为传递水平偏振光， 偏振器 143 用作清除偏振器， 使得光束 149 实质上 ( 例如， 几乎 100％ ) 是水平偏振的， 以在屏幕 150 上形成投影的左眼 图像。同样， 如果需要， 可以省略偏振器 143， 例如， 如果光束 129 中垂直偏振分量的量不显 著， 或者从性能观点认为是可接受的。
     因此， 偏振器组件 120 和 140( 可选地 ) 确保用于投影右眼图像 102 的光分量是垂 直偏振的， 并因此仅通过 3D 眼镜的右眼滤波器 172 是可观看的， 同时左眼图像 103 利用水
     平偏振光来投影， 因此仅通过 3D 眼镜的左眼滤波器 182 可观看左眼图像。
     偏振器 124 和 125 的效果是抑制一部分辐射能量或发光通量， 例如， 大约一半的从 胶片 101 向透镜系统 130 传递的辐射能量， 这也获得大部分辐射能量的减少， 否则这些辐射 能量会被偏振器 142 和 143 吸收。不仅使用偏振器 124 和 125 会将透镜系统 130 内元件所 吸收的辐射能量减少大约一半 ( 即， 与不存在偏振器 124 和 125 的情况相比偏振器 124 和 125 的存在将透镜元件所吸收的能量减少二分之一， )， 而且使用偏振器 124 和 125 也可以 将偏振器 142 和 143 所吸收的能量减少一半以上， 这是由于偏振器 142 和 143 透射具有对 准偏振的大部分能量。在特定实施例中， 偏振器 124 和 125 的使用可以将偏振器 142 和 143 所吸收的辐射能量降低 70％以上。偏振器 142 和 143 应当吸收具有交叉偏振的大部分能 量， 但是偏振器 124 和 125 已经消除大量上述能量。因此， 即使当照明装置 ( 未示出 ) 的亮 度增加， 偏振器 142 和 143 也可以比现有技术系统中的偏振器以更低温度操作。
     允许偏振器 124 和 125 所抑制的光束 126 和 127 散射， 或者可以被偏振器 124 和 125 引导 ( 例如， 通过以适当角度定向偏振器 ) 到束流收集器 ( 未示出 ) 中， 束流收集器是 极少光束 126-127 可以从中泄露的表面或腔体。
     偏振器 124 和 125 可以被配置为处于相同平面中， 并且甚至可以由单个衬底制造。 在这些情况下， 沿着共同方向反射被拒接的光束 126 和 127。 偏振器 124 和 125 甚至可以处于实质上与透镜系统 130 的轴垂直的平面中， 但是 在任何情况下， 应当注意被抑制的光 126 和 127( 向着胶片 101 上的图像 102 和 103 被引导 回 ) 通过照明以下任一项不能在屏幕上产生光斑 ： 胶片 101 的某部分、 孔径光阑 110 的某 部分、 投影系统的某其他部分， 或其组合， 使得杂散光实质上到达屏幕 150， 或者被透镜系统 130 投影到屏幕 150 上。
     在图 1 的实施例中， 如果观众成员 160 所佩戴的 3D 眼镜的定向没有保持实质上垂 直， 例如， 就像头部运动 ( 例如， 倾斜 )， 则容易引起右眼图像与左眼图像之间的串扰。可以 使用投影立体图像的圆偏振光来放宽这种约束， 将参照图 2A 和 2B 来讨论该约束。
     在圆偏振立体显示中， 利用相反的圆偏振 ( 即， 顺时针 (CW， 也被称作右向 ) 和逆时 针 (CCW， 也被称作左向 )) 来投影左眼图像和右眼图像。观众通过一副 3D 眼镜来观看所投 影的立体图像， 该副眼镜具有用作右眼图像和左眼图像的相应分析器的两个圆偏振器， 即， 一个圆偏振器仅通过 CW 偏振光， 并且另一个圆偏振器仅通过 CCW 偏振光。
     通过组合线偏振器和四分之一波长延迟器来形成圆偏振器。四分之一波长延迟 器由双折射材料 ( 可以采用胶片、 晶体等形式来提供 ) 制成， 双折射材料具有快轴和慢轴， 使得对于特定波长 λ 而言延迟器看起来似乎对于偏振与快轴对准的光具有产生 nλ 光学 距离 ( 其中， n 是正数， 并且 λ 是入射光的波长 ) 的厚度， 而对于偏振与慢轴对准的光产生 光学距离 (n+1/4)λ， 使得与慢轴对准的偏振相对于与快轴对准的偏振看起来似乎延迟了 λ/4 或 90°。
     当使线偏振器和四分之一波长延迟器成对或组合时， 当通过线偏振器观看四分之 一波长延迟器时， ( 即， 当线偏振器在观看者与四分之一波长延迟器之间时 ) 时， 通过从线 偏振器的偏振轴将四分之一波长延迟器的快轴顺时针定位至 45°， 来形成顺时针圆偏振 器。通过从线偏振器的偏振轴将四分之一波长延迟器的快轴逆时针定位至 45°， 来形成逆 时针圆偏振器。
     图 2A 示出了本发明的一个实施例， 其中在用于投影立体图像的投影系统 200 中使 用圆偏振光。投影系统 200 包括线偏振器组件 220、 透镜系统 130 和圆偏振器组件 240.
     线偏振器组合 220 包括两个线偏振器， 上偏振器 224 和下偏振器 225， 分别位于入 射透镜 136 和 137 之前， 用于限制到达透镜系统 130 和其他光学元件 ( 例如， 圆偏振器组件 240 中的那些光学元件 ) 的发光通量或辐射能量。在一个实施例中， 偏振器 224 和 225 是反 射偏振器。类似于图 1 中的偏振器组件 120， 线偏振器 224 和 225 被配置为透射入射光的给 定偏振分量， 同时抑制与透射分量正交的另一偏振分量。偏振器 224 和 225 的功能和特性 实质上类似于图 1 中先前针对偏振器 124 和 125 而讨论的那些功能和特性， 并且这里不再 重复。偏振器 224 和 225 被定向为透射相应的偏振组件， 这些相应的偏振组件适合于与如 下讨论的圆偏振器组件 240 一起使用。
     圆偏振器组件 240 位于透镜系统 130 之后， 包括圆偏振子组件 241 和 242。在该示 例中， 通过由线偏振器 244 和四分之一波长延迟器 248 形成的逆时针 (CCW) 或 “左向” 圆偏 振器来对右眼图像进行编码。线偏振器 244 的偏振轴 244P 实质上与偏振器 224 的偏振轴 平行。将四分之一波长延迟器 248 的快轴 248F 从垂直偏振轴 244P 逆时针定向在 45°处 ( 如通过或从偏振器 244 而观看的 )， 以产生用于投影右眼图像的逆时针圆偏振光 258。
     通过由线偏振器 245 和四分之一波长延迟器 249 形成的顺时针 (CW) 或 “右向” 圆 偏振器来对左眼图像进行编码。定向线偏振器 245， 使其偏振轴 245P 实质上与偏振器 225 的偏振轴平行。将四分之一波长延迟器 249 的快轴 249F 从垂直偏振轴 245P 顺时针定向在 45°处 ( 如通过或从偏振器 245 而观看的 )， 以产生用于投影左眼图像的顺时针圆偏振光 259。每个圆偏振器或线偏振器与四分之一波长延迟器组合 ( 即， (244， 248) 和 (245， 249)) 也可以被称作编码偏振滤波器。
     在一些实施例中， 右眼圆偏振器子组合 241 包括一个或多个透明盖板 243， 以保护 线偏振器 244 和 / 或四分之一波长延迟器 248， 并且左眼圆偏振器子组合 242 包括一个或 多个透明盖板 243， 以保护线偏振器 245 和 / 或四分之一波长延迟器 249。在图 2A 的示例 中， 一个盖板 243 位于透镜系统 130 与线偏振器 244 之间， 并且在四分之一波长延迟器 248 之后提供另一个盖板 243， 以保护该编码圆偏振器部件的相应表面。类似地， 提供两个盖板 243 来保护其他编码圆偏振器部件 245 和 249。盖板 243 由诸如玻璃等材料制成， 并且具有 不会影响偏振滤波器的透射特性的光学属性。
     用于安装偏振器组件 240 中各种部件的支架或粘合剂未示出， 但是在本领域技术 人员公知的范围内。 应当注意， 确保保持部件的定向， 并且确保为部件的热膨胀提供足够的 缓解。可以将左眼圆偏振器组件 241 和右眼圆偏振器组件 242 的部件层压 ( 例如， 利用光 学粘合剂 ) 到单个材料堆叠中， 或者可以包括一个或多个气隙。具体地， 提供偏振器 224、 245 的任一表面与任任何相邻元件的表面之间的气隙可以改善热消散。
     立体图像通过用于 3D 投影的投影系统 200 的透射类似于图 1 中的描述， 并且总结 如下。偏振器 224 和 225 分别透射入射照明光 122 和 123 的一些部分作为垂直偏振光， 如 光束 228 和 229 所示。入射光的相应水平偏振分量被反射掉作为光束 226 和 227， 允许光束 226 和 227 散射， 或者被引导到束流收集器 ( 未示出 ) 中。在一个示例中， 大约一半的入射 光 122 辐射能量被偏振器 224 抑制， 并且大约一半的入射光 123 辐射能量被偏振器 225 抑 制。类似于图 1 中的偏振器 124 和 125， 偏振器 224 和 225 的存在获得大辐射能量的显 著减少， 否则这些辐射能量会被偏振器 244 和 245 吸收。这不仅将透镜系统 130 内的元件 所吸收的辐射能量减少大约一半， 而且可以将偏振器 244 和 245 所吸收的能量减少一半以 上， 这是由于偏振器 244 和 245 透射大部分具有对准偏振的能量。在特定实施例中， 偏振器 224 和 225 的使用可以将偏振器 244 和 245 所吸收的辐射能量减少 70％以上。因此， 即使 在发光装置 ( 未示出 ) 的亮度增加时， 与现有系统相比偏振器 244 和 245 也经历来自投影 光的更少加热。
     来自偏振器组件 220 的垂直偏振光 228 和 229 分别入射进透镜系统 130 的上半部 透镜和下半部透镜， 并且从相应出射透镜元件 238 和 239 出射。出于先前结合图 1 讨论的 原因， 从透镜系统 130 出射的光束 228 和 229 可以具有一小部分水平偏振分量。被配置为 透射垂直偏振光的偏振器 244 和 245 用作清除偏振器， 获得光束 228 和 229 实质上 ( 例如， 几乎 100％ ) 是垂直偏振的。然后相应的四分之一波长延迟器 248 和 249 将这些垂直偏振 光变换成圆偏振波束 258 和 259， 以将右眼图像和左眼图像投影到屏幕 150 上。
     在其他实施例中， 图 2A 中的线偏振器 224 和 / 或偏振器 245 可以省略 ( 类似于图 1 的先前讨论 )， 如果需要， 只要偏振器 224 和 225 能够在相应偏振中提供实质上线偏振光， 以产生用于立体投影的圆偏振光。需要特殊注意， 以实现偏振器 224、 225 与相应四分之一 波长延迟器 248、 249 之间的适当对准。然而， 这样的配置 ( 具有省略的偏振器 244/245) 可 以导致性能降低， 例如投影图像的角或边缘附近增加的串扰。 由于保偏屏幕 150 反射光束 258 和 259， 因此圆偏振的方向反转。因此， 利用逆时 针 (CCW) 圆偏振光 258 投影到屏幕 150 上的右眼图像变成从屏幕 150 上反射的顺时针 (CW) 圆偏振光 259。相反， 将利用光 259 投影的左眼图像入射到屏幕 150 上， 作为 CW 圆偏振光， 但是可以从屏幕 150 反射作为 CCW 偏振光。
     为了观看 3D 的投影图像， 向观众成员 260 提供 3D 眼镜， 使得 3D 眼镜的右眼部分 271 挡住右眼 270， 右眼部分 271 包括具有偏振轴 272P 的线偏振器 272 和具有第一轴定向 274F 的四分之一延迟器 274 以形成顺时针或右向圆偏振器。3D 眼镜的左眼部分 281 挡住 观众成员 260 的左眼 280， 左眼部分 281 包括具有偏振轴 282P 的线偏振器 282 和具有第一 轴 284F 的四分之一延迟器 284 以形成逆时针或左向圆偏振器。3D 眼镜的右眼部分 271 的 CW 圆偏振器 ( 也被称作观看偏振滤波器 ) 允许观看右眼图像， 而不是 CCW 圆偏振左眼图像。 类似地， 左眼 280 通过左眼部分 281 的 CCW 圆偏振器观看左眼图像， 而不是 CW 右眼图像。
     3D 眼镜中每个观看偏振滤波器 ( 四分之一波长延迟器与线偏振器的组合 ) 有效地 用作投影的右眼图像或左眼图像的分析器。例如， 来自投影的右眼图像的圆偏振光通过四 分之一波长延迟器入射进右眼观看滤波器并且从线偏振器 272 出射。如果相对于编码滤波 器适当地配置观看偏振滤波器， 则透射针对右眼图像的大部分光。
     利用针对编码偏振滤波器和观看偏振滤波器的适当配置， 可以以期望的 3D 效果 观看到立体图像对 ( 例如， R2 和 L2)。对用于投影和观看图像的圆偏振的使用克服了基于 线偏振的投影系统中遇到的串扰敏感问题， 使得观众成员 260 所佩戴的 3D 眼镜的定向变化 ( 例如， 倾斜头部 ) 不会引入右眼图像与左眼图像之间的显著串扰效应。
     系统性能和期望的 3D 观看结果会受到编码和观看圆偏振器中各种部件的影向。 以下讨论对系统配置的考虑。
     在图 2A 的系统中， 通过将光引导到线偏振器 224、 225、 244、 245 和四分之一波长延 迟器 248、 249 在投影系统中形成圆偏振光。可以相对于编码偏振滤波器调节或选择观看偏 振滤波器的相对定向， 以提供不同的 3D 结果， 例如最优或期望结果。在该上下文中， 观看偏 振滤波器与编码偏振滤波器之间的相对定向是指观看圆偏振器 ( 即， (272， 274) 作为单元 ) 相对于投影仪中的编码圆偏振器的相对旋转。例如， 可以将右眼观看偏振器旋转至提供 CW 圆偏振光的最大透射的定向， CW 圆偏振光对于透射右眼图像是最优的。 圆偏振器集合 ( 即， 编码器， 例如， 241 或 242 ； 以及分析器， 例如 271 或 281) 所传递或阻挡的光量仅略微受到任 一圆偏振器旋转的影响。根据圆偏振器的相对旋转， 被选择透射光的一些圆偏振器集合提 供 70％与 90％之间的透射。 类似地， 被选择阻挡光的一些圆偏振器集合 ( 例如， 241 和 281) 同样根据圆偏振器的相对旋转， 提供大约 20 ∶ 1 至 50 ∶ 1 之间的消光比。
     这是以下情况 ： 一般误解在于， 所提供的消光相对于观看圆偏振器的旋转不敏感， 因此一旦建立了圆偏振的方向 ( 例如， 针对右眼的顺时针， 针对左眼的逆时针 )， 可以不经 心或任意地选择编码圆偏振器中线偏振器 ( 例如， 224/244 和 225/245) 的方向， 并且独立 选择 3D 眼镜中线偏振器 ( 例如， 272 和 282) 的定向。然而， 这种任意选择不可能提供最优 3D 观看结果， 这是因为存在特定配置， 即， 投影仪中线偏振器与观看眼镜之间的相对定向， 这种特定配置能够提供最优或更好性能结果， 如下所说明的。 实际四分之一波长延迟器由于波长变化呈现不理想行为， 即， 四分之一波长延迟 器将光的特定波长延迟正好 90°， 而其他波长被延迟略微大于或小于 90°。因此， 在透射 中会出现脱色， 这一点在投影仪处的第一圆偏振器的快轴与眼镜处的第二圆偏振器 ( 分析 器 ) 沿着相同方向对准时最突出。 在这种情况下， 快轴的对准引入 λ/2 或 180°的总延迟， 并且只要四分之一波长延迟器呈现非理想偏差， 总延迟就加倍。 例如， 如果延迟器是针对特 定绿光波长的理想 90°四分之一波长延迟器， 但是针对特定红光波长是 89°延迟器， 针对 特定蓝光波长是 92°延迟器， 则这种加倍会将红光延迟 178°， 将蓝光延迟 184°。 因此， 在 3D 观看眼镜的线偏振器处， 红光的衰减大于绿光， 并且蓝光衰减更大量。这是因为在从分 析器中的延迟器中出射时， 延迟至正好 180°的光的波长再次被线性起偏， 从而以最小衰减 ( 在消光模式中， 从延迟器出射的光的偏振与线偏振的轴垂直， 并且使消光最大化 ) 透射。 然而， 被延迟了比 180°多一点或少一点的那些波长具有与延迟角的余弦的绝对值成比例 的分量 ( 该分量被通过 )， 以及与延迟角的正弦的绝对值成比例的分量 ( 该分量被阻挡 )。 因此， 在该示例中， 大部分透射的红光波长和蓝光波长呈现比绿光波长更大的衰减。( 在消 光模式中， 这是红光波长和蓝光波长某种程度的更大泄露， 获得略微更低的消光 )。在该配 置中， 滤波器可以看起来似乎深深影响观众利用呈黄色 / 绿色的模具 (cast) 所感知的图 像。 在消光中， 这些相同的延迟器产生略微品红模具， 呈现比光谱的绿光部分更糟糕的红光 和蓝光泄露。
     然而， 利用另一四分之一波长延迟器 ( 例如， 3D 眼镜中圆偏振器 ) 的慢轴定向一 个四分之一波长延迟器 ( 例如， 投影仪中的圆偏振器 ) 的快轴来最小化或几乎消除这种脱 色， 这与定向一个四分之一波长延迟器的快轴以与另一四分之一波长延迟器的快轴正交相 同。 利用这种配置， 任何给定波长下的偏振光通过快轴经过特定延迟， 并且通过慢轴经过相 反延迟， 获得所有波长下延迟的净延迟抵消 ( 即， 0° )。通过进行上述操作， 在经过两个四 分之一波长延迟器 ( 例如， 任一个在投影仪处， 那么针对相同立体图像的对应的一个在 3D
     眼镜处 ) 之后， 给定偏振保证接收相同延迟 ( 即， 0° )， 而与波长无关， 3D 眼镜处的分析偏 振器能够最优地执行透射或衰减投影图像。
     在图 2A 中示出了这种配置 ( 其中， 编码偏振器中四分之一波长延迟器的快轴与观 看偏振器中四分之一波长延迟的快轴对准 )， 例如， 快轴 248F 和 249F 分别与快轴 284F 和 274 正交对准。注意， 上述快轴对与右眼投影滤波器 241 相对应， 该右眼投影滤波器 241 具 有与 3D 眼镜的左眼滤波器 281 的快轴 ( 四分之一波长延迟器 284 的 284F) 正交的快轴 ( 四 分之一波长延迟器 248 的 248F)， 这意味着该快轴对配置用于最大消光， 使得左眼 280 几乎 看不到右眼图像的投影。然而， 右眼投影滤波器 241 的快轴 (248F) 并不与右眼眼镜滤波器 271 的快轴 (274F) 正交， 因此， 右眼 270 能够看到右眼图像 102 的投影， 但是会受到轻微脱 色的影响。
     如图 2A 所示， 相应编码滤波器中线偏振器 244、 245 具有共同偏振定向， 即这些线 偏振器的偏振轴 244P、 245P 沿着相同方向对准， 或者彼此平行。 类似地， 3D 观看眼镜的右眼 部分 271 和左眼部分 281 中的线偏振器 272、 282 也具有共同偏振方向， 即他们的相应偏振 轴 272P 和 282P 沿着相同方向。
     此外， 投影仪中线偏振器 244、 245 的偏振轴 244P、 245P 与 3D 眼镜中线偏振器 272、 282 的偏振轴 272P、 282P 正交。 编码滤波器和观看滤波器的这种线偏振定向的组合限制了， 如图 2A 所示定向圆偏振器中所有四分之一波长延迟器的快轴 250、 251、 275、 285。 所获得的系统配置 ( 即， 编码偏振器和观看偏振器中所有部件的特定定向 ) 提供 了所有波长的最优消光特性， 这是因为被阻挡的偏振在所有波长上经历了净 0°延迟。然 而， 这种配置还提供了非最优透射特性， 这是因为被透射的偏振经历与波长相关的加倍延 迟， 获得光谱中心附近接近 180°的大约净延迟， 具有向着光谱末端越来越大的偏离。
     这种配置具有最小串扰， 这是由于光谱上的最优消光。存在用于至少部分地减轻 任何其余串扰的百分比的技术。在 Redmann 等人的美国专利申请 12/846,676 “Method and System for Crosstalk Correction for3D Projection” 中讨论了这种技术的一个示例。
     图 2A 的系统配置还与在许多数字 3D 投影系统中通常使用配置兼容。该通常使用 的系统具有单透镜立体数字影院投影仪， 例如， BarcoN.V.of Belgium 的配备动态偏振滤波 器之一的 DP2000( 或者其他数字影院投影仪 )， 例如 RealD of Beverly Hills， CA 的 RealD 3 2 影院系统 ( 之前作为 Z-Screen 销售 )。尽管存在可以产生更好性能结果的其他配置， 但 是采用图 2A 中的配置具有以下优点 ： 能够与商业上可用且广泛使用的观看 3D 眼镜的主要 类型相兼容。
     可以在性能特性上考虑编码偏振器和观看偏振器的相对定向的效果， 来评价其他 可能的系统配置。例如， 如果使用透射光的消光比 ( 例如， 期望偏振与不期望偏振的透射 ) 和脱色作为性能准则， 那么可以得到以下结论 ： 最优技术选择是对准编码圆偏振器中的两 个四分之一波长延迟器， 以共享共同定向。这种配置还需要正交地定向编码偏振器中的两 个线偏振器。编码偏振器中部件定向的这种组合还需要针对 3D 眼镜中观看滤波器定向的 对应定向变化， 即， 与图 2A 所示不同。
     图 2B 示出了投影系统 300， 该投影系统 300 的配置与系统 200 的配置不同。系统 300 具有线偏振器组件 320， 该线偏振器组件 320 的特性和功能与系统 200 中对应偏振器的 特性和功能相同。编码偏振器组件 340 具有用于编码左眼图像的编码偏振器子组件 342 以
     及用于编码右眼图像的偏振器子组件 241。
     与图 2A 的配置不同， 定向线偏振器 325 以透射水平偏振光 329， 并且还定向线偏 振器 345 以透射从透射系统 300 出射的水平偏振光。为了产生用于编码左眼图像的顺时针 圆偏振光， 定向四分之一波长延迟器 349， 使得从线偏振器 345 的偏振轴 345P 将四分之一 波长延迟器 349 的快轴 349F 顺时针旋转到 45° ( 如通过或从偏振器 345 所见 )。偏振器 224 和子组件 241 中部件的定向与图 2A 中所示相同。
     在编码圆偏振器中， 定向线偏振器 244 和 345， 以透射正交偏振， 而定向四分之一 波长延迟器 248 和 349 以使它们相应的快轴 248F 和 349F 具有共同定向。
     利用编码偏振器的这种特定配置， 针对观众成员 360 的 3D 眼镜的左眼部分 381 和 右眼部分 371 中的观看滤波器具有与图 2A 中的定向不同的定向。左眼观看滤波器 381 包 括具有快轴 384F 的四分之一波长延迟器 384 以及具有偏振轴 382P 的线偏振器 382， 并且右 眼观看滤波器 371 包括具有快轴 374F 的四分之一波长延迟器 374 以及具有偏振轴 372P 的 线偏振器 372。沿着相同方向定向快轴 374F 和 384F， 而沿着水平方向定向针对左眼滤波器 的偏振轴 382P， 以及沿着垂直方向定向针对右眼滤波器的偏振轴 372P。
     图 2B 中的配置与系统 200 的配置相比提供改进的透射结果 ( 即， 最小脱色 )， 尽管 期望串扰类似于系统 200 的串扰。
     尽管参照基于胶片的双透镜投影系统讨论了以上示例， 但是应理解， 本发明的一 个或多个特征可以适合于其他 3D 投影系统， 包括具有用于投影左眼图像和右眼图像的两 个同步投影仪和数字影院投影仪。 此外， 可以适当地针对不同应用， 单独或以组合方式使用 以上讨论的各种特征。
     尽管前述内容针对本发明的多个实施例， 但是在不脱离其基本范围的情况下可以 设计本发明的其他和另外实施例。同样， 本发明的合适范围根据所附权利要求来确定。