使用可調(diào)光發(fā)射器的立體投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種立體數(shù)字投影系統(tǒng)對包括第一眼圖像和第二眼圖像的立體圖像進行投影。該系統(tǒng)包括一個或多個窄帶固態(tài)可調(diào)光發(fā)射器，每一個均可控制以交替地提供對應(yīng)的第一光譜帶中的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及對應(yīng)的第二光譜帶中的第二狀態(tài)下的發(fā)射光。包括至少一個空間光調(diào)制器的圖像形成系統(tǒng)用于通過調(diào)制來自可調(diào)光發(fā)射器的光來形成調(diào)制圖像。控制器同步地控制可調(diào)光發(fā)射器的狀態(tài)和空間光調(diào)制器像素，其中，當(dāng)可調(diào)光發(fā)射器處于第一狀態(tài)時，響應(yīng)于第一眼圖像數(shù)據(jù)而控制空間光調(diào)制器像素，而當(dāng)可調(diào)光發(fā)射器處于第二狀態(tài)時，響應(yīng)于第二眼圖像數(shù)據(jù)而控制空間光調(diào)制器。
【專利說明】使用可調(diào)光發(fā)射器的立體投影系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用光譜相鄰的光源來形成左眼圖像和右眼圖像的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，更具體地，涉及使用可調(diào)光發(fā)射器提供光譜相鄰的光源的立體數(shù)字投影系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]為了被當(dāng)作傳統(tǒng)膠片投影儀的適合的替代物，數(shù)字投影系統(tǒng)必須滿足對于圖像質(zhì)量的苛刻要求。這對于多色影院投影系統(tǒng)來說尤其如此。對傳統(tǒng)的影院級投影儀的有競爭力的數(shù)字投影替換物必須滿足高性能標準，從而提供高分辨率、廣色域、高亮度和超過2000:1的幀序列對比率。
[0003]立體投影是電影工業(yè)尤其關(guān)注的日益發(fā)展的領(lǐng)域。三維（3D)圖像或感知的立體內(nèi)容向消費者提供了增強的視覺體驗，特別是在大型場館中。使用膠片實現(xiàn)了傳統(tǒng)的立體系統(tǒng)，其中，兩組膠片與投影儀同時投影正交偏光，一組針對一只眼睛，這在本公開的上下文中被稱為“左眼圖像”和“右眼圖像”。觀眾佩戴對應(yīng)的正交偏光眼鏡，該正交偏光眼鏡在透射正交偏振光圖像的同時針對每只眼睛阻擋一個偏振光圖像。
[0004]在電影工業(yè)正在過渡到數(shù)字成像的過程中，諸如IMAX的一些廠商繼續(xù)使用雙投影系統(tǒng)來提供高質(zhì)量的立體圖像。然而，最近，修改了傳統(tǒng)的數(shù)字投影儀以使得能夠進行3D投影。
[0005]用于從這些數(shù)字投影儀形成立體圖像的傳統(tǒng)方法使用了用于區(qū)分左眼圖像和右眼圖像的兩種主要技術(shù)之一。例如，由Dolby實驗室使用的一種技術(shù)使用光譜或顏色空間分離。所使用的方法與在Maximus等人的題目為“Method and device for performingstereoscopic image display based on color selective filters，，的美國專利 7, 832, 869 中所描述的方法類似，其中，使用顏色空間分離來區(qū)分左眼圖像內(nèi)容和右眼圖像內(nèi)容。使用基色紅色、綠色、藍色分量顏色來投影針對每只眼睛的圖像，但是所使用的精確的紅色、綠色、藍色波長在左眼圖像與右眼圖像之間不同。為了實現(xiàn)該分離，在白光照射系統(tǒng)中使用濾光器來在幀時間的一部分內(nèi)暫時地阻擋每種基色的部分。例如，針對左眼，將阻擋紅色、綠色、藍色（RGB)中的較短波長光譜一段時間。隨后要針對另一只眼睛而阻擋紅色、綠色、藍色(RGB)中的較長波長光譜。將與每只眼睛相關(guān)聯(lián)的適當(dāng)?shù)念伾{(diào)整后的立體內(nèi)容呈現(xiàn)至針對這只眼睛的每個空間光調(diào)制器。觀看者佩戴具有相應(yīng)的濾光器組的觀看眼鏡，該濾光器組類似地將兩個三色（RGB)光譜組中的僅一個透射至每只眼睛。
[0006]第二種方法使用偏振光。授予Svardal等人的美國專利6，793，341中所公開的一種方法使用傳遞至兩個單獨的空間光調(diào)制器的兩個正交偏振狀態(tài)中的每一個。然后，同時投影來自兩個調(diào)制器的偏振光。觀看者佩戴針對左眼和右眼的偏光透射軸相對于彼此正交定向的偏光眼鏡。
[0007]每種方法均存在優(yōu)點和缺點。例如，光譜分離方案的優(yōu)點在于能夠更容易地與較便宜的顯示屏一起使用。利用光譜分離，調(diào)制器或者相關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件的偏振特性不會顯著地影響性能。然而，所需要的濾光眼鏡昂貴并且圖像質(zhì)量由于諸如角偏移、頭部活動和傾斜的因素而降低。昂貴的濾光眼鏡也常遭受刮花損壞和被盜。包括使用通過3M公司的非蒸發(fā)方法制造的分層的光學(xué)膜的濾光眼鏡設(shè)計的有前途的發(fā)展可以有助于解決成本問題并且使得光譜分離技術(shù)更節(jié)省成本。
[0008]光譜分離方法的另一缺點涉及難以調(diào)整顏色空間以及由于濾光引起顯著的光損失，從而導(dǎo)致所需的燈輸出較高或者圖像亮度降低。在Silverstein的題目為“Projector using independent multiple wavelength light sources，，的美國專利申請公布2009/0153752中解決了濾光器損耗，其中，分束器組合獨立的光譜相鄰源以有效地引導(dǎo)至空間光調(diào)制器。此方法的一個缺點是，由于調(diào)制器在一定時間內(nèi)僅可以提供一個眼睛圖像，所以只有大約一半時間使用這些光源。雖然光源可能將具有較長的壽命，但是顯示器的初始成本由于兩組獨立光源的成本需求而增加。
[0009]利用用于分離左眼圖像和有眼圖像的偏振，可以更有效地使用光。在授予Silverstein 等人的題目為 “Stereo project1n using polarized solid state lightsources”的美國專利7，891, 816以及授予Silverstein等人的題目為“Etenduemaintaining polarizat1n switching system and related methods，，的美國專利8，016，422中描述了針對兩種偏振狀態(tài)完全使用光源的投影系統(tǒng)配置。然而，偏振技術(shù)的缺點在于通常使用結(jié)構(gòu)化金屬涂層的偏振保持屏幕的附加成本和靈敏性。這些涂層是高增益，這改進了軸上觀看，但是對于離軸觀看來說較差。此外，利用該方法的鏡面反射會對一些觀看者造成困擾。在使用相干光時該影響進一步加劇，這是因為相干光導(dǎo)致觀看者覺察的較高水平的散斑(speckle)。由于難以通過高角度光學(xué)器件保持高偏振控制以及對污垢和缺陷更靈敏，所以使用偏振光的投影儀通常更昂貴。因此，效率的任何增益會由其他問題在一定程度上抵消。
[0010]照射效率的持續(xù)問題涉及集光率(etendue)，或者類似地涉及拉格朗日不變量。如光學(xué)領(lǐng)域中眾所周知的那樣，集光率涉及可以由光學(xué)系統(tǒng)處理的光量。大概地，集光率越大，圖像越明亮。從數(shù)值上來說，集光率與兩個因素(即，圖像面積和數(shù)值孔徑)的乘積成比例。就圖1中所表示的具有光發(fā)射器12、光學(xué)器件18和空間光調(diào)制器20的簡化光學(xué)系統(tǒng)而言，光源的集光率是光源面積Al與其輸出角Θ I的乘積。同樣地，空間光調(diào)制器20的集光率等于調(diào)制器面積A2與其接收角Θ 2的乘積。為了提高亮度，期望從光源12的區(qū)域提供盡可能多的光。作為一般原理，在光發(fā)射器12處的集光率與空間光調(diào)制器20處的集光率最緊密匹配時，光學(xué)設(shè)計是有利的。
[0011]例如，增大數(shù)值孔徑使集光率增加，以使得光學(xué)系統(tǒng)捕獲更多的光。類似地，增大光源尺寸以使得在更大的區(qū)域上產(chǎn)生光，從而增大了集光率。為了使用在照射側(cè)的增大的集光率，空間光調(diào)制器20的集光率必須大于或等于光源12的集光率。然而，通常，空間光調(diào)制器20越大，其成本就將越高。這在使用諸如LCOS和DLP部件的裝置時尤其如此，其中，硅襯底和缺陷潛在性隨著尺寸而增大。作為一般規(guī)則，集光率增大導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計更復(fù)雜且成本更高。
[0012]在光源的集光率與空間光調(diào)制器的集光率很好地匹配時，效率提高。集光率不太匹配意味著光學(xué)系統(tǒng)要么光量不足而不能向空間光調(diào)制器提供足夠的光，要么效率低，從而實際上丟棄了針對調(diào)制而生成的光的相當(dāng)大的部分。
[0013]固態(tài)激光器有望改進集光率、持久性以及整體光譜和亮度穩(wěn)定性。最近，諸如VCSEL (垂直腔面發(fā)射激光器）激光器陣列的裝置已經(jīng)商業(yè)化，并且在以各種方式組合時展示了作為數(shù)字影院投影的潛在光源的一些前景。然而，亮度本身還不足夠高；為了提供每種顏色所需的亮度，需要來自多達9個獨立陣列的組合光。
[0014]投影應(yīng)用尤其關(guān)注的激光器陣列是各種類型的VCSEL陣列，包括來自美國加利福尼亞州的桑尼維爾的Novalux的VECSEL (垂直延長腔面發(fā)射激光器)和NECSEL (Novalux延長腔面發(fā)射激光器）裝置。
[0015]然而，即使激光器技術(shù)以及濾光器制備和成本得到改進，立體成像投影的方法的改進仍然存在相當(dāng)大的空間。使用左眼圖像和右眼圖像的光譜分離的傳統(tǒng)解決方案通常光量不足，這是由于最多所生成的光的僅一半可用于每只眼睛。因此，需要提供增大的光學(xué)效率以及降低的操作和設(shè)備成本的立體成像解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明提出了一種立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其將包括第一眼圖像和第二眼圖像的立體圖像投影到顯示表面上，該立體數(shù)字投影系統(tǒng)包括：
[0017]一個或多個窄帶固態(tài)可調(diào)光發(fā)射器，每一個均能夠控制以交替地提供具有與相應(yīng)的第一中心波長相對應(yīng)的第一光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有與相應(yīng)的第二中心波長相對應(yīng)的第二光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光，第一光譜帶和第二光譜帶基本不交疊；
[0018]包括至少一個空間光調(diào)制器的圖像形成系統(tǒng)，用于通過調(diào)制來自可調(diào)光發(fā)射器的光來形成調(diào)制圖像，每個空間光調(diào)制器均具有可控空間光調(diào)制器像素的陣列；
[0019]控制器，同步地控制可調(diào)光發(fā)射器的狀態(tài)以及空間光調(diào)制器像素，其中，當(dāng)可調(diào)光發(fā)射器處于第一狀態(tài)時，響應(yīng)于第一眼圖像的圖像數(shù)據(jù)而控制空間光調(diào)制器像素，從而提供第一眼調(diào)制圖像，而當(dāng)可調(diào)光發(fā)射器處于第二狀態(tài)時，響應(yīng)于第二眼圖像的圖像數(shù)據(jù)而控制空間光調(diào)制器像素，從而提供第二眼調(diào)制圖像；以及
[0020]投影光學(xué)器件，用于將第一眼調(diào)制圖像和第二眼調(diào)制圖像傳遞至顯示表面。
[0021]本發(fā)明具有下述優(yōu)點：可調(diào)光發(fā)射器的使用通過減少所需部件的數(shù)量來降低系統(tǒng)成本。
[0022]另外的優(yōu)點在于：可調(diào)光發(fā)射器可以用來通過改變相關(guān)聯(lián)的光譜帶內(nèi)的發(fā)射光的波長來提供散斑減少。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖I是示出了用于光學(xué)系統(tǒng)的集光率計算的因素的表示圖；
[0024]圖2是示出了使用針對左眼圖像和右眼圖像的光譜分離的立體投影設(shè)備的示意性框圖；
[0025]圖3A是示出了現(xiàn)有技術(shù)的顏色滾動順序的示意圖；
[0026]圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用光譜相鄰的色帶的單通道顏色滾動順序的不意圖；
[0027]圖4A是示出了使用單個光束掃描器（beam scanner)來提供兩個光譜相鄰的色帶的立體數(shù)字投影系統(tǒng)中的單色通道的部分的示意圖；
[0028]圖4B是示出了使用單獨的光束掃描器來提供每個光譜相鄰的色帶的立體數(shù)字投影系統(tǒng)中的單色通道的部分的示意圖；
[0029]圖5是示出了具有三個顏色通道的立體數(shù)字投影系統(tǒng)的示意圖，每個顏色通道使用圖4A的配置；
[0030]圖6A是示出了用于掃描單個色帶的旋轉(zhuǎn)棱鏡的使用的示意圖；
[0031]圖6B是示出了用于掃描兩個色帶的旋轉(zhuǎn)棱鏡的使用的示意圖；
[0032]圖6C是示出了用于使用用于掃描兩個色帶的旋轉(zhuǎn)棱鏡的另一配置的示意圖；
[0033]圖7A是示出了包括兩個微透鏡(Ienslet)陣列的均勻化光學(xué)器件的示意圖；
[0034]圖7B是示出了包括兩個集成條的均勻化光學(xué)器件的示意圖；
[0035]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光束掃描配置的示意圖；
[0036]圖9是使用用于固態(tài)光發(fā)射器的陣列的組合光學(xué)器件并且具有三個顏色通道的立體顏色滾動數(shù)字投影系統(tǒng)的示意圖；
[0037]圖10是使用兩個空間光調(diào)制器的根據(jù)替選實施例的具有三個顏色通道的立體顏色滾動數(shù)字投影系統(tǒng)的示意圖；
[0038]圖1lA是示出了用于在交織布置中使用光譜分離的立體投影的光譜帶的曲線圖；
[0039]圖1lB是示出了用于在替選的非交織布置中使用光譜分離的立體投影的光譜帶的曲線圖；
[0040]圖12A是示出了用于圖3A的交織光譜帶布置的右眼濾光器和左眼濾光器的光譜透射率的曲線圖；
[0041]圖12B是示出了用于圖3B的非交織光譜帶布置的右眼濾光器和左眼濾光器的光譜透射率的曲線圖；
[0042]圖13是示出了基于波長的立體成像系統(tǒng)中的串?dāng)_的來源的曲線圖；
[0043]圖14是示出了在市售的濾光眼鏡中使用的左眼濾光器和右眼濾光器的光譜透射特性的角度依賴性的曲線圖；
[0044]圖15A和圖15B是示出了具有二向色濾光器疊層(filter stack)的右眼濾光器的實施例的截面圖；
[0045]圖16A是示出了使用二向色濾光器疊層的示例右眼濾光器的光譜透射率特性的曲線圖；
[0046]圖16B是示出了由圖16A的右眼濾光器提供的透射光的曲線圖；
[0047]圖16C是示出了圖16A的右眼濾光器的光譜反射率特性的曲線圖；
[0048]圖16D是示出了由圖16A的右眼濾光器提供的反射光的曲線圖；
[0049]圖17A至圖17D是示出了具有二向色濾光器疊層和一個或多個吸收濾光器層的右眼濾光器的實施例的截面圖；
[0050]圖18是示出了適用于右眼濾光器的示例二向色濾光器疊層和示例吸收濾光器層的光譜透射率特性的曲線圖；
[0051]圖19A是示出了將二向色濾光器疊層與吸收濾光器層組合的示例混合型右眼濾光器的光譜透射率特性的曲線圖；
[0052]圖19B是示出了由圖19A的混合型右眼濾光器提供的透射光的曲線圖；
[0053]圖19C是示出了針對圖19A的混合型右眼濾光器的光譜反射率特性的曲線圖；
[0054]圖19D是示出了由圖19A的混合型右眼濾光器提供的反射光的曲線圖；
[0055]圖20A是示出了來自頭部處于同一高度的兩個觀察者的濾光眼鏡的反射光的光路徑的不意圖；
[0056]圖20A是示出了來自頭部處于不同高度的兩個觀察者的濾光眼鏡的反射光的光路徑的不意圖；
[0057]圖21A是示出了具有傾斜的濾光器元件的濾光眼鏡的側(cè)視圖；
[0058]圖21B是示出了具有傾斜的濾光器元件的濾光眼鏡的透視圖；
[0059]圖21C是示出了具有用于調(diào)整傾斜的濾光器元件的傾斜角的鉸鏈的濾光眼鏡的側(cè)視圖；
[0060]圖22是示出了佩戴具有傾斜的濾光器元件的濾光眼鏡的觀察者的側(cè)視圖；
[0061]圖23是示出了來自頭部處于不同高度的兩個觀察者的具有傾斜的濾光器元件的濾光眼鏡的反射光的光路徑的示意圖；
[0062]圖24是示出了用于使用可調(diào)光發(fā)射器形成右眼圖像和左眼圖像的立體成像系統(tǒng)的一個顏色通道的示意圖；以及
[0063]圖25是示出了用于使用可調(diào)光發(fā)射器形成右眼圖像和左眼圖像的彩色立體成像系統(tǒng)的不意圖。

【具體實施方式】
[0064]本發(fā)明包括本文中所描述的實施例的組合。提及“特定實施例”等是指本發(fā)明的至少一個實施例中存在的特征。單獨提及“實施例”或“特定實施例”等不一定是指相同的一個或多個實施例；然而，這樣的實施例不是相互排斥的，除非這樣指出或者對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見。在提及“方法(method)”或“方法(methods)”等時對單數(shù)或復(fù)數(shù)的使用是非限制性的。應(yīng)當(dāng)注意的是，除非另外明確指出或者上下文要求，否則在本公開中以非排它性意義使用詞語“或者”。
[0065]本描述具體涉及形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一部分的元件或者與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備更直接協(xié)作的元件。要理解的是，未具體示出或描述的元件可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的各種形式。
[0066]提供本文中所示出和描述的附圖以說明根據(jù)本發(fā)明的操作原理而不是意圖示出實際尺寸或比例而描繪。由于用于本發(fā)明的激光器陣列的組成部分的相對尺寸，所以需要一定的放大以便重點突出基本結(jié)構(gòu)、形狀及操作原理。此外，例如，未示出諸如用于放置并安裝光學(xué)部件的部件的各種部件，以便更好地示出和描述與本發(fā)明的實施例更緊密相關(guān)的部件。
[0067]在使用這些部件的情況下，術(shù)語“第一”、“第二”等不一定表示任何順序或優(yōu)先關(guān)系，而是可以僅僅用于更清楚地將一個元件與另一個元件區(qū)分開。
[0068]如在本公開的上下文中使用一樣，術(shù)語“顏色”、“波長帶”和“光譜帶”通常是同義的。例如，激光器或其他固態(tài)光源由其一般色譜(諸如，紅色)來指代，而不是由其峰值輸出波長(諸如，635nm)或其光譜帶(諸如,630nm-640nm)來指代。在本公開的上下文中，不同的光譜帶被認為是基本上不交疊的。
[0069]等同地使用術(shù)語“觀看者”或“觀察者”來指代觀看本發(fā)明的立體顯示的人。術(shù)語“左眼圖像”是指為了供觀察者的左眼觀看而形成的圖像。相應(yīng)地，術(shù)語“右眼圖像”是指為了供觀察者的右眼觀看而形成的圖像。
[0070]本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了使用獨立的相鄰光譜源改進立體觀看系統(tǒng)中的亮度的需求。
[0071]在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“透射帶”和“通帶”被認為是等同的。
[0072]在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“光譜相鄰”涉及用于形成彩色圖像的分量顏色（通常是紅色、綠色、藍色并且可以包括第四種顏色和其他附加顏色）的通用色譜內(nèi)的鄰近光譜帶。每個分量顏色的對應(yīng)的光譜相鄰顏色位于同一色譜內(nèi)，但是針對左眼圖像和右眼圖像具有不同的波長范圍，以使得光譜帶相對于波長基本上不交疊。
[0073]圖2是示出了立體數(shù)字投影系統(tǒng)110的主要部件中的一些部件的圖像形成系統(tǒng)的示意性框圖，立體數(shù)字投影系統(tǒng)110包括使用光譜分離來在觀看屏幕或者其他類型的顯示表面72上形成左眼圖像和右眼圖像的投影設(shè)備120。第一組右眼光發(fā)射器12R發(fā)射處于第一紅色光譜帶R1、第一綠色光譜帶Gl和第一藍色光譜帶BI中的光。右眼光發(fā)射器12R用于形成供觀察者的右眼觀看的右眼圖像。類似地，第二組左眼光發(fā)射器12L發(fā)射處于第二紅色光譜帶R2、第二綠色光譜帶G2和第二藍色光譜帶B2中的光。左眼光發(fā)射器12L用于形成供觀察者的左眼觀看的左眼圖像。
[0074]在優(yōu)選實施例中，與左眼光發(fā)射器12L和右眼光發(fā)射器12R相關(guān)聯(lián)的光譜帶基本上彼此不交疊，以使得濾光眼鏡74可以用于有效地將由左眼光發(fā)射器12L提供的光與由右眼光發(fā)射器12R提供的光分離。基本上不交疊是指來自一個光譜帶的光譜功率對于另一光譜帶不可忽略的任何波長都是可忽略的。即使在光譜帶之間存在一些小范圍的交疊，有時候也可以獲得可接受的結(jié)果。實踐中可以使用的一個準則是，來自一個光譜帶的少于5%的光可以與其他光譜帶交疊。
[0075]濾光眼鏡74包括左眼濾光器76L和右眼濾光器76R以及其中安裝有被濾光的左眼濾光器76L和右眼濾光器76R的框架62。框架62適于將右眼濾光器76R放置在觀察者的右眼的前方并且將左眼濾光器76L放置在觀察者的左眼的前方。右眼濾光器76R具有適于透射來自右眼光發(fā)射器12R的R1、G1和BI光譜帶中的光并且阻擋（即，吸收或反射）來自左眼光發(fā)射器12L的R2、G2和B2光譜帶中的光的光譜透射特性。同樣地，左眼濾光器76L具有適于透射來自左眼光發(fā)射器12L的R2、G2和B2光譜帶中的光并且阻擋來自右眼濾光器12R的R1、G1和BI光譜帶中的光的光譜透射特性。
[0076]投影設(shè)備120可以具有兩個分離的投影裝置，一個具有意在用作對來自左眼光發(fā)射器12L的光進行投影的左眼成像路徑的顏色通道，而另一個用作對來自右眼光發(fā)射器12R的光進行投影的右眼成像路徑。然而，許多設(shè)計將左眼成像功能和右眼成像功能組合到單個投影儀中，諸如利用固有的準直特性的優(yōu)點以及降低與諸如投影透鏡的部件相關(guān)聯(lián)的成本。本公開中的后續(xù)描述給出了關(guān)于使用顏色滾動來組合左眼成像路徑與右眼成像路徑的一種類型的投影儀的詳細信息。圖像投影領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，也存在可用于組合立體左眼圖像和右眼圖像的其他方法。本發(fā)明的實施例可以與利用光譜分離技術(shù)的多種類型的立體投影系統(tǒng)中的任一種一起使用。
[0077]圖3A的示意圖針對非立體的投影設(shè)備而示出了如何在傳統(tǒng)實踐中使用顏色滾動序列來根據(jù)分量紅色（R)、綠色（G)和藍色（B)光提供彩色圖像。一系列圖像幀28a、28b、28c、28d和28e被示為按不同時間布置。每幀包括在所示的示例中的垂直方向上移動的、分別具有紅色分量、綠色分量和藍色分量的三個光帶34r、34g和34b，這三個光帶在圖像區(qū)域32上被掃描。隨著帶滾動離開圖像幀的底部，其滾動至圖像幀的頂部以使得1/3的圖像幀在任何給定時間由各顏色分量覆蓋。
[0078]垂直滾動運動通常是優(yōu)選的，因為水平滾動會受到觀看者的左右移動的影響，從而色帶可能變得可以察覺到。這經(jīng)常被稱為“彩虹效應(yīng)”。該序列中的光帶可以來自照射部件，掃描到空間光調(diào)制器上或者可以是來自空間光調(diào)制器的成像光。掃描動作以每秒多次的速率(例如，144Hz)、以觀看者不易察覺的速率反復(fù)循環(huán)。如從該序列中可以看到，每個圖像幀28a、28b、28c、28d和28e具有在不同圖像區(qū)域上掃描的三個分量顏色中的每一個。在使用該序列形成的圖像中，每幀在各個光帶34r、34g和34b中具有紅色、綠色和藍色圖像內(nèi)容。
[0079]可以容易理解，圖3A的顏色滾動方案雖然可用于非立體彩色成像，但是難以用于立體彩色成像系統(tǒng)。提供立體彩色需要六個不同光譜帶的滾動，兩個針對每個分量顏色。每個源具有與其相關(guān)聯(lián)的其自身集光率。用六個不同的源照射單個芯片，每個源還要求在它們之間存在間隙以防止串?dāng)_，并且根據(jù)與特定顏色相關(guān)聯(lián)的顏色數(shù)據(jù)中的每個顏色數(shù)據(jù)考慮芯片轉(zhuǎn)換時間會快速地利用可用的集光率或需要光學(xué)上快速的透鏡。雖然這是可行的，但是不是期望的，因為嚴格地約束了投影儀亮度，并且光學(xué)器件的成本由于這樣的布置而迅速提聞。
[0080]為了有助于改進圖像質(zhì)量并且傳遞更高的亮度，用于非立體成像的影院級投影系統(tǒng)通常采用針對每種顏色分離的顏色通道，通常提供紅色通道、綠色通道和藍色通道中的每一個。在每個顏色通道中設(shè)置空間光調(diào)制器。例如，該布置使得光學(xué)設(shè)計能夠優(yōu)化諸如濾光器和涂層的部件的設(shè)計和特征，以改進它們針對各個波長的光的性能。
[0081]圖3B示出了用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的立體投影系統(tǒng)的彩色掃描布置。在該配置中，單個分量顏色光譜中的光譜相鄰的光譜帶滾動跨越圖像區(qū)域32，而不是與如圖2的布置中那樣的不同顏色分量對應(yīng)的帶。在該示例中，根據(jù)本發(fā)明的實施例，光譜相鄰的紅色光譜帶Rl和R2作為光帶36a和光帶36b滾動跨越圖像幀38a、38b、38c和38d。Rl光譜帶用于提供投影的立體圖像的左眼圖像并且R2光譜帶用于提供投影的立體圖像的右眼圖像。如隨后將更詳細地描述的那樣，針對立體圖像的每個顏色通道提供類似的光譜滾動機制。此外，通過在其自身的顏色通道中保持同一顏色的光，可以繼續(xù)針對各個顏色分量優(yōu)化用于與特定顏色分量相關(guān)聯(lián)的光學(xué)部件的光學(xué)涂層。
[0082]圖4A和圖4B的示意圖示出了與本發(fā)明的實施例一致的用于在單個顏色通道中對光譜相鄰的顏色進行顏色滾動的紅色通道40r的部分。光源42a發(fā)射Rl光譜帶內(nèi)的光束，并且另一光源42b發(fā)射R2光譜帶內(nèi)的光束。照射光學(xué)器件90將基本上均勻的光帶提供到空間光調(diào)制器60上以在兩個光譜相鄰的光譜帶中的每個光譜帶中進行調(diào)制。包括光束掃描器50的光束掃描光學(xué)器件92提供光帶的循環(huán)滾動。要認識到的是，照射光學(xué)器件90可以包括多個透鏡48，其中部分透鏡可以放置在均勻化光學(xué)器件44與光束掃描光學(xué)器件92之間，并且其他透鏡放置在光束掃描光學(xué)器件92與空間光調(diào)制器60之間。在優(yōu)選實施例中，照射光學(xué)器件90將均勻化光學(xué)器件44的輸出面成像到空間光調(diào)制器60上，從而提供均勻的光帶。該方法的優(yōu)點是，光源42a和光源42b在投影期間可以連續(xù)工作，從而與其他立體投影方法相比提供了增大的光輸出。
[0083]在圖4A的配置中，光束組合器46將來自光源42a和42b的光束組合到平行光軸上并且將空間相鄰的光束引導(dǎo)到均勻化光學(xué)器件44(諸如，一個或多個微透鏡陣列或均勻化條）中，以提供基本上均勻的空間相鄰的光束。光束掃描器50然后循環(huán)地滾動所組合的均勻光并且通過提供用于光束成像、成形和調(diào)節(jié)的照射光學(xué)器件90將所滾動的組合光束引導(dǎo)到空間光調(diào)制器60上。在圖4A中，照射光學(xué)器件90被表示為透鏡48 ;然而，在各種實施例中，照射光學(xué)器件90可以包括不同的（或多個）光學(xué)部件?？梢岳脤χ凉馐鴴呙杵?0的入射光束的空間或角度分離來提供防止光帶之間的串?dāng)_所需的光束分離。在采用不同角度的情況下，通常期望在光束掃描器50的下游設(shè)置諸如二向色光束組合器的另一元件以將經(jīng)掃描的光束返回到平行光軸上。
[0084]空間光調(diào)制器60形成具有對應(yīng)的光帶36a和光帶36b的圖像幀38。如之前描述的那樣，循環(huán)地滾動光帶36a和光帶36b。空間光調(diào)制器60具有可以根據(jù)圖像數(shù)據(jù)單獨地調(diào)制以提供成像光的像素陣列。根據(jù)左眼圖像的圖像數(shù)據(jù)調(diào)制由Rl光譜帶照射的空間光調(diào)制器像素，并且根據(jù)右眼圖像的圖像數(shù)據(jù)調(diào)制由R2光譜帶照射的空間光調(diào)制器像素。
[0085]在圖4B的替選配置中，在來自光源42a和42b中的每個光源的光束中使用分離的均勻化光學(xué)器件44和光束掃描器50以提供兩個經(jīng)掃描的光束。然后，光束組合器46組合經(jīng)掃描的光束以形成組合的掃描光束，使用照射光學(xué)器件90將該組合的掃描光束引導(dǎo)到空間光調(diào)制器60上。在這種情況下,光束掃描光學(xué)器件92包括兩個光束掃描器50。
[0086]圖5的示意圖示出了具有三個顏色通道（即，紅色通道40r、綠色通道40g和藍色通道40b)的立體數(shù)字投影系統(tǒng)100。紅色通道40r包括光譜相鄰的紅色光譜帶Rl和R2;綠色通道40g包括光譜相鄰的綠色光譜帶Gl和G2 ；以及藍色通道40b包括光譜相鄰的藍色光譜帶BI和B2。投影光學(xué)器件70將來自三個空間光調(diào)制器60的成像光傳遞到顯示表面72。觀看者通過具有用于左眼的左眼濾光器76L和用于右眼的右眼濾光器76R的濾光眼鏡74觀察顯示表面72。左眼濾光器76L選擇性地透射用于左眼圖像的成像光（即，Rl光譜帶、Gl光譜帶和BI光譜帶中的光），同時阻擋（通過吸收或反射）用于右眼圖像的成像光（即，R2光譜帶、G2光譜帶和B2光譜帶中的光)。類似地，右眼濾光器76R選擇性地透射用于右眼圖像的成像光（即，R2光譜帶、G2光譜帶和B2光譜帶中的光），同時阻擋用于左眼圖像的成像光（即，Rl光譜帶、Gl光譜帶和BI光譜帶中的光）。
[0087]控制器系統(tǒng)80根據(jù)立體圖像的圖像數(shù)據(jù)來同步地調(diào)制每個空間光調(diào)制器60的像素?？刂破飨到y(tǒng)80還耦接至光束掃描器59以使其知道在任何給定時間由不同的光譜相鄰帶照射哪些空間光調(diào)制器像素。根據(jù)左眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由第一光譜帶照射的空間光調(diào)制器像素，并且根據(jù)右眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由第二光譜帶照射的空間光調(diào)制器像素。由于第一光譜帶和第二光譜帶持續(xù)地滾動，所以利用左眼圖像和右眼圖像的圖像數(shù)據(jù)調(diào)制的空間光調(diào)制器像素的子集也持續(xù)地變化。
[0088]投影光學(xué)器件70可以組合來自三個顏色通道的光束（例如，使用光束組合光學(xué)器件），并且通過單個投影透鏡投影所組合的光束?？商孢x地，投影光學(xué)器件70可以使用三個分離的投影透鏡以分別地將每個顏色通道以準直的形式投影到顯示表面72上。
[0089]如參照圖4A和圖4B較早地指出的那樣，包括一個或多個光束掃描器50的光束掃描光學(xué)器件92可以被配置成使用多種不同的布置來提供滾動的光帶，并且可以放置在沿著照射路徑的任何適當(dāng)點處。與本發(fā)明的一個實施例一致，圖6A示出了包括單個掃描元件(即，旋轉(zhuǎn)棱鏡52)的光束掃描器50的示意圖。在該配置中，可以針對每個分量顏色帶中的光譜相鄰的光譜帶中的每一個來設(shè)置旋轉(zhuǎn)棱鏡52。通過折射，棱鏡52的旋轉(zhuǎn)重定向此處針對Rl光譜帶所示出的光束，使得光束位置循環(huán)地滾動跨越空間光調(diào)制器60。例如，在圖4B中示出的顏色通道實施例中使用圖6A的布置。
[0090]在圖6A的頂部圖中，放置有棱鏡52以使得入射光束正常地入射至棱鏡的面上。在此情況下，光束以未偏轉(zhuǎn)的方式通過棱鏡52。在中間圖中，棱鏡52圍繞軸O旋轉(zhuǎn)以使得光束以傾斜的角度入射到棱鏡的面上。在此情況下，光束向下折射以使得其在較低的位置處橫穿空間光調(diào)制器。在下部圖中，棱鏡52旋轉(zhuǎn)以使得入射光束現(xiàn)在撞擊棱鏡42的不同面。在此情況下，光束向上折射以使得其在較高的位置橫穿空間光調(diào)制器60。應(yīng)當(dāng)注意，入射光束通常將具有相當(dāng)大的空間(和角度)范圍，使得在一些棱鏡方位下入射光束中的部分光線可撞擊棱鏡的不同面。以該方式，部分光線將向上偏轉(zhuǎn)，同時其他光線向下偏轉(zhuǎn)。這提供了如圖3B的圖像幀38e中示出的在圖像幀的上部與下部之間要分離的光帶。
[0091]圖6B是不出了光束掃描器50的替選實施例的不意圖，其中，旋轉(zhuǎn)棱鏡52同時掃描單色通道中的兩個光譜相鄰的光譜帶(在該示例中，光譜帶Rl和R2)的光帶。該配置適用于圖4A的示例實施例中。在該情況下，Rl光譜帶和R2光譜帶的光束入射至棱鏡52上。隨著棱鏡52旋轉(zhuǎn),兩個光束通過折射而同時重定向。
[0092]圖6C是不出了光束掃描器50的另一替選實施例的不意圖，其中，旋轉(zhuǎn)棱鏡52同時掃描單色通道中的兩個光譜相鄰的光譜帶(在該示例中，光譜帶Rl和R2)的光帶。在該情況下，入射至旋轉(zhuǎn)棱鏡上的光束來自兩個不同的角度方向。均勻化光學(xué)器件44用于對光譜相鄰的光束中的每一個進行均勻化。在該示例中，均勻化光學(xué)器件44包括集成條58。照射光學(xué)器件90被分成第一級94和第二級96，每個級均包括多個棱鏡48。在該配置中，第一級94中的棱鏡48被布置成提供集成條58的輸出面與棱鏡52之間的遠心率(telecentricity)。類似地,第二級96中的棱鏡48被布置成提供棱鏡52與空間光調(diào)制器60之間的遠心率。包括一個或多個二向色表面84的二向色組合器82用于將經(jīng)掃描的光束引導(dǎo)至平行光軸上以照射空間光調(diào)制器60。
[0093]圖6C 的多角幾何結(jié)構(gòu)與由 Conner 在題目為“Project1n system with scrollingcolor illuminat1n”的美國專利7，147, 332中教導(dǎo)的多角幾何結(jié)構(gòu)類似。Conner教導(dǎo)了利用不同的色帶同時照射空間光調(diào)制器的不同部分的具有滾動棱鏡組件的投影系統(tǒng)。將白光劃分成在不同的方向上通過滾動棱鏡傳播的不同色帶。反射地組合滾動的色帶以使得不同色帶平行穿過滾動棱鏡組件。然而，Conner沒有教導(dǎo)滾動來自獨立光源的光譜相鄰的光譜帶以提供立體投影。
[0094]旋轉(zhuǎn)棱鏡或其他折射元件是可以用于光束掃描器50的一種類型的裝置。如在光學(xué)中所理解的那樣，在本文中使用術(shù)語“棱鏡”或“棱鏡元件”來指代透明的光學(xué)元件，該透明的光學(xué)元件通常是具有光入射到其上的平坦表面的η邊多面體的形式并且由折射光的透明固體材料形成。要理解的是，就形狀和表面輪廓而言，構(gòu)成棱鏡的光學(xué)理解比棱鏡的正式幾何定義限制少并且包括該更正式的定義。雖然圖6Α至圖6C描繪了具有方形截面的矩形棱鏡，但是在許多示例中，期望具有不止四個面以便提供改進的掃描結(jié)果。例如，可以在各個實施例中使用六角形棱鏡或者八角形棱鏡。
[0095]可以用于光束掃描器50的替選類型的部件包括旋轉(zhuǎn)反射鏡或者平移穿過光束路徑并且提供可變光折射的其他反射部件、裝置、諸如檢流計驅(qū)動的反射鏡的往復(fù)式元件或樞轉(zhuǎn)棱鏡、反射鏡或透鏡。
[0096]當(dāng)使用多光束掃描器50時，關(guān)鍵的是使所有的光束掃描器50的旋轉(zhuǎn)同步、隨后使與不同光譜帶相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)同步。未描繪的一種方法是配置光學(xué)布置以使得使用單個電動機來控制用于至少兩個光束掃描器50的移動光學(xué)元件。例如，單個輪軸可以用于使用單個電動機來驅(qū)動多個棱鏡52。在一些實施例中，單個旋轉(zhuǎn)棱鏡52可以用于通過引導(dǎo)光束從多個方向通過棱鏡52或者通過引導(dǎo)光束通過棱鏡52的不同部分來掃描多個光譜帶（如圖6B中所示）。
[0097]如圖4A、圖4B和圖5的示例中所示，可以使用光束組合器46來使用于光譜相鄰的光譜帶的光束路徑彼此準直以照射空間光調(diào)制器60。光束組合器46可以是二向色光束組合器，或者可以使用本領(lǐng)域中已知的任何其他類型的光束組合光學(xué)器件。
[0098]均勻化光學(xué)器件44調(diào)節(jié)來自光源42a和光源42b的光束以提供基本上均勻的光束來進行掃描。在本公開的上下文中，術(shù)語“基本上均勻”是指入射到空間光調(diào)制器20上的光束的強度對觀察者來說仿佛視覺上是均勻的。在實踐中，均勻化光束的強度應(yīng)當(dāng)保持恒定在約30%內(nèi)，其中發(fā)生的大多數(shù)變化是光級朝向均勻化光束的邊緣較低?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的任何類型的均勻化光學(xué)器件44，包括集成條或微透鏡陣列。
[0099]圖7A示出了可以用于圖4A的實施例的均勻化光學(xué)器件44的示例。均勻化光學(xué)器件44使用一對微透鏡陣列54以均勻化光束?？臻g相鄰的光束之一（例如，針對Rl光譜帶）通過微透鏡陣列54的上半部分，而其他空間相鄰的光束（例如，針對R2光譜帶）通過微透鏡陣列54的下半部分。不透明塊56設(shè)置在光譜相鄰的光譜帶的光束之間，以有助于防止串?dāng)_。以該方式，可以每個色帶使用單個微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，從而減少成本。
[0100]圖7B示出了可以用于圖4A的實施例的均勻化光學(xué)器件44的另一示例。在該情況下，均勻化光學(xué)器件44使用一對集成條58來均勻化光束?？臻g相鄰的光束之一（例如，針對Rl光譜帶）通過上部集成條58，而其他空間相鄰的光束（例如，針對R2光譜帶）通過下部集成條58。
[0101]如較早提及的那樣，在優(yōu)選實施例中，使用照射光學(xué)器件90將均勻化光學(xué)器件44的（一個或多個）輸出面成像到空間光調(diào)制器60上,其中,成像光通過光束掃描光學(xué)器件92。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，照射光學(xué)器件90的許多不同配置可以用于提供該特征。圖8示出了其中照射光學(xué)器件90被劃分成第一級94和第二級96的一個實施例，每級均包括兩個透鏡48。第一級94中的透鏡48在與作為光束掃描器50的部件的棱鏡52的位置相對應(yīng)的中間圖像平面98處形成集成條58的輸出面的圖像。第二級96在空間光調(diào)制器60上形成中間圖像平面98的圖像，從而提供基本上均勻的光帶36a和光帶36b。隨著棱鏡52旋轉(zhuǎn)，光帶掃描跨越空間光調(diào)制器。透鏡48可以用于根據(jù)棱鏡52的大小調(diào)整中間圖像的放大率，并且根據(jù)空間光調(diào)制器60的大小調(diào)整所掃描的光帶的放大率。
[0102]控制器系統(tǒng)80 (圖5)根據(jù)立體圖像的圖像數(shù)據(jù)同步地調(diào)制每個空間光調(diào)制器60的像素。控制器系統(tǒng)80中的邏輯使左眼圖像內(nèi)容和右眼圖像內(nèi)容的圖像數(shù)據(jù)與各光帶36a和光帶36b的對應(yīng)位置相協(xié)調(diào)。控制器系統(tǒng)80可以例如是與投影系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的計算機或者專用處理器或微處理器，或者可以以硬件實現(xiàn)。
[0103]本發(fā)明的實施例非常適于使用固態(tài)光源，諸如激光器、發(fā)光二極管（LED)以及其他窄帶光源，其中，窄帶光源被定義為具有不大于約15nm FWHM (半峰全寬）并且優(yōu)選地不大于IOnm的光譜帶寬的光源?？梢允褂玫钠渌愋偷墓庠窗孔狱c光源或者有機發(fā)光二極管（OLED)光源。在其他實施例中，可以使用一個或多個白光光源以及用于獲得每個顏色通道期望的光譜內(nèi)容的相應(yīng)濾光器。用于將多色光或白光分成各個色譜的光的方法對于圖像投影領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的，并且例如可以采用利用用于光調(diào)節(jié)和傳遞的完善技術(shù)的標準裝置，諸如合色（X-cube)棱鏡和Phillips棱鏡。
[0104]使用激光器在減小光譜相鄰的光譜帶的帶寬方面提供了明顯的優(yōu)勢，從而允許在相鄰帶之間的更大間隔以及增加色域。這是期望的原因在于，在每只眼睛上的濾光器不可避免地對角度敏感，從而濾光器邊緣過渡的波長由于非垂直入射而偏移。該角度敏感性是所有光學(xué)濾光器設(shè)計中公知的問題。因此，使用減少的帶寬發(fā)射有助于解決此問題，從而使得該普遍的偏移能夠發(fā)生而基本上不影響串?dāng)_。許多激光器具有大約Inm的帶寬。雖然這可能看起來是理想的，但是存在得益于較寬的光譜帶的其他因素，諸如散斑減少。（散斑是由于來自光學(xué)部件上的缺陷的相干光的干涉而產(chǎn)生的）。雖然使用任何類型的光源都會出現(xiàn)散斑，但是在諸如LED的窄帶光源的情況下散斑最明顯，以及在激光器的情況下甚至更加明顯。作為在減少對散斑的敏感性的同時提供足夠的光譜分離的折衷，更理想的帶寬會在5nm至IOnm之間。15nm至20nm之間的光譜間隔通常足以減輕濾光器角度敏感性問題。
[0105]圖9的示意圖示出了使用用于投影光學(xué)器件70的共同光學(xué)路徑的立體數(shù)字投影系統(tǒng)100。立體數(shù)字投影系統(tǒng)包括紅色通道40i 、綠色通道40g和藍色通道40b。每個顏色通道包括針對一對光譜相鄰的光譜帶的一個或多個光源陣列（例如，激光器陣列源）。光源42a發(fā)射左眼光譜帶（R2、G2和B2)中的光束，以及光源42b發(fā)射光譜相鄰的右眼光譜帶（Rl、Gl和BI)中的光束。在每個顏色通道中使用光重定向棱鏡30以將來自光源42a和光源42b的光束重定向到共同方向上以形成包括用于右眼光譜帶和左眼光譜帶（例如，Rl光譜帶和R2光譜帶）的空間相鄰光束的組合光束。來自右眼光譜帶（例如，Rl光譜帶）的光束將聚集在組合光束的一側(cè)，并且來自左眼光譜帶（例如，R2光譜帶）的光束將聚集在組合光束的另一側(cè)。在前面提及的共同轉(zhuǎn)讓的、共同未決的Silverstein的題目為“Projector using independent multiple wavelength light sources，，的美國專利申請公布2009/0153752中描述了可以用于此目的的一種類型的光重定向棱鏡30。
[0106]用于每個分量顏色通道的組合光束被引導(dǎo)通過均勻化光學(xué)器件44、光束掃描光學(xué)器件92和照射光學(xué)器件90,并且從二向色表面68反射以將經(jīng)掃描的第一光帶36a和第二光帶36b提供到對應(yīng)的空間光調(diào)制器60上?？刂破飨到y(tǒng)80 (圖5)根據(jù)立體圖像的圖像數(shù)據(jù)同步地調(diào)制空間光調(diào)制器像素，其中，根據(jù)左眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由第一光帶（例如，Rl)照射的空間光調(diào)制器像素并且根據(jù)右眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由第二光帶（例如，R2)照射的空間光調(diào)制器像素。
[0107]由空間光調(diào)制器60提供的經(jīng)調(diào)制的成像光束透過二向色表面68，并且使用具有多個二向色表面84的二向色組合器82來將其組合到公共光軸上。使用投影光學(xué)器件70將組合光束投影到顯示表面（未示出）上以便佩戴濾光眼鏡74的觀察者觀看（圖5)。
[0108]圖9中所示的實施例使用三個空間光調(diào)制器60，針對每個分量顏色通道（即，紅色、綠色和藍色），有一個空間光調(diào)制器60。利用具有特定分量顏色通道中的光譜相鄰的光譜帶的滾動光帶照射每個空間光調(diào)制器60?？臻g光調(diào)制器往往是立體數(shù)字投影系統(tǒng)100的更昂貴且復(fù)雜的部件之一。
[0109]圖10示出了僅使用兩個空間光調(diào)制器60L和60R的立體數(shù)字投影系統(tǒng)110的替選實施例的示意圖，一個空間光調(diào)制器與左眼圖像形成系統(tǒng)41L相關(guān)聯(lián)，并且另一個空間光調(diào)制器與右眼圖像形成系統(tǒng)41R相關(guān)聯(lián)。左眼圖像形成系統(tǒng)41L包括三個左眼光源43L，每個左眼光源針對每個分量顏色光譜(R1、G1和BI)。類似地，右眼圖像形成系統(tǒng)41R包括三個右眼光源43R，每個右眼光源針對每個分量顏色光譜(R2、G2和B2)。右眼光源43R與對應(yīng)的左眼光源43L光譜相鄰。
[0110]每個圖像形成系統(tǒng)均包括均勻化光學(xué)器件44、光束掃描光學(xué)器件90和二向色表面68以將經(jīng)掃描的光束引導(dǎo)至空間光調(diào)制器60L和60R上。在此情況下，左眼圖像形成系統(tǒng)41L提供分別與紅色光譜帶、綠色光譜帶和藍色光譜帶(R1、G1和BI)相對應(yīng)的三個經(jīng)掃描的光帶34r、34g和34b。同樣地，右眼圖像形成系統(tǒng)41R提供分別與紅色光譜帶、綠色光譜帶和藍色光譜帶(R2、G2和B2)相對應(yīng)的三個經(jīng)掃描的光帶35r、35g和35b。
[0111]控制器系統(tǒng)(未示出)根據(jù)左眼圖像的圖像數(shù)據(jù)同步地調(diào)制左眼圖像形成系統(tǒng)41L中的空間光調(diào)制器60L的像素，其中，根據(jù)左眼圖像的針對對應(yīng)的顏色通道的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由每個光帶(R1、G1和BI)照射的像素。同樣地，控制器系統(tǒng)根據(jù)右眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來同步地調(diào)制右眼圖像形成系統(tǒng)41R中的空間光調(diào)制器60R的像素，其中，根據(jù)左眼圖像的針對對應(yīng)的顏色通道的圖像數(shù)據(jù)來調(diào)制由每個光帶(R2、G2和B2)照射的像素。
[0112]包括二向色表面84的二向色組合器82用于將來自左眼圖像形成系統(tǒng)41L和右眼圖像形成系統(tǒng)41R的成像光組合到公共光軸上以便于使用投影光學(xué)器件70投影到顯示表面上。二向色表面84優(yōu)選地是具有透射與右眼光源43R的成像光對應(yīng)的光譜帶(R2、G2和B2)、而反射與左眼光源43L的成像光對應(yīng)的光譜帶(Rl、Gl和BI)的一系列凹口(notch)的光譜梳狀濾光器。可以使用本領(lǐng)域中已知的任何技術(shù)來制造光譜梳狀濾光器，諸如多層薄膜二向色濾光器涂層方法和共擠拉伸的聚合物薄膜結(jié)構(gòu)制造方法。可以用來提供用作二向色表面84的光譜梳狀濾光器的另一類型的二向色濾光器是皺褶濾光器(rugate filter)設(shè)計。皺褶濾光器是具有深且窄的抑制帶同時也對剩余的光譜提供高且平的透射的干涉濾光器。使用貫穿光學(xué)薄膜層產(chǎn)生連續(xù)變化的折射指數(shù)的制造工藝來制造皺褶濾光器。與用具有不同折射指數(shù)的材料的離散層制造的標準凹口濾光器相比，皺褶濾光器以低紋波和無諧波反射為特征。
[0113]作為示例而不作為限制，表1和表2列出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例光譜相鄰的光譜帶。
[0114]表1.示例性交織的光譜相鄰的光譜帶
[0115]

【權(quán)利要求】
1.一種立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其將包括第一眼圖像和第二眼圖像的立體圖像投影到顯示表面上，所述立體數(shù)字投影系統(tǒng)包括： 一個或多個窄帶固態(tài)可調(diào)光發(fā)射器，每一個均能夠控制以交替地提供具有與相應(yīng)的第一中心波長對應(yīng)的第一光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有與相應(yīng)的第二中心波長對應(yīng)的第二光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光，所述第一光譜帶與所述第二光譜帶基本不交疊； 包括至少一個空間光調(diào)制器的圖像形成系統(tǒng)，用于通過調(diào)制來自所述可調(diào)光發(fā)射器的光來形成調(diào)制圖像，每個空間光調(diào)制器均具有可控空間光調(diào)制器像素的陣列； 控制器，同步地控制所述可調(diào)光發(fā)射器的狀態(tài)以及所述空間光調(diào)制器像素，其中，當(dāng)所述可調(diào)光發(fā)射器處于所述第一狀態(tài)時，響應(yīng)于所述第一眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來控制所述空間光調(diào)制器像素，從而提供第一眼調(diào)制圖像，而當(dāng)所述可調(diào)光發(fā)射器處于所述第二狀態(tài)時，響應(yīng)于所述第二眼圖像的圖像數(shù)據(jù)來控制所述空間光調(diào)制器像素，從而提供第二眼調(diào)制圖像；以及 投影光學(xué)器件，用于將所述第一眼調(diào)制圖像和所述第二眼調(diào)制圖像傳遞至顯示表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)光發(fā)射器中的至少一個可調(diào)光發(fā)射器是可調(diào)激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)激光器包括微型機電系統(tǒng)MEMS可調(diào)控制裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)激光器包括量子點。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)激光器是雙穩(wěn)態(tài)激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述雙穩(wěn)態(tài)可調(diào)激光器是通過調(diào)整電流注入電平或電壓電平來調(diào)節(jié)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)光發(fā)射器中的至少一個可調(diào)光發(fā)射器是可調(diào)發(fā)光二極管LED。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，當(dāng)控制所述可調(diào)光發(fā)射器以提供所述第一狀態(tài)下的發(fā)射光時，進一步控制所述可調(diào)光發(fā)射器以改變在相應(yīng)的第一光譜帶內(nèi)的發(fā)射光的波長，而當(dāng)控制所述可調(diào)光發(fā)射器以提供所述第二狀態(tài)下的發(fā)射光時，進一步控制所述可調(diào)光發(fā)射器以改變在相應(yīng)的第二光譜帶內(nèi)的發(fā)射光的波長，從而提供散斑減少。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述第一光譜帶和所述第二光譜帶均具有小于15nm的半峰全寬帶寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述第一光譜帶和所述第二光譜帶二者均落入紅色光譜、綠色光譜或藍色光譜內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述窄帶固態(tài)可調(diào)光發(fā)射器包括： 紅色可調(diào)光發(fā)射器，能夠調(diào)節(jié)和控制以交替地提供具有對應(yīng)的第一紅色光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有對應(yīng)的第二紅色光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光； 綠色可調(diào)光發(fā)射器，能夠調(diào)節(jié)和控制以交替地提供具有對應(yīng)的第一綠色光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有對應(yīng)的第二綠色光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光；以及 藍色可調(diào)光發(fā)射器，能夠調(diào)節(jié)和控制以交替地提供具有對應(yīng)的第一藍色光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有對應(yīng)的第二藍色光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光； 并且其中，控制所述紅色可調(diào)光發(fā)射器、所述綠色可調(diào)光發(fā)射器和所述藍色可調(diào)光發(fā)射器在其相應(yīng)的第一狀態(tài)下發(fā)光以提供所述第一眼調(diào)制圖像，并且控制所述紅色可調(diào)光發(fā)射器、所述綠色可調(diào)光發(fā)射器和所述藍色可調(diào)光發(fā)射器在其相應(yīng)的第二狀態(tài)下發(fā)光以提供所述第二眼調(diào)制圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，所述圖像形成系統(tǒng)包括三個空間光調(diào)制器，對于所述紅色可調(diào)光發(fā)射器、所述綠色可調(diào)光發(fā)射器和所述藍色可調(diào)光發(fā)射器中的每一個，有一個所述空間光調(diào)制器與其相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，還包括光束組合系統(tǒng)，所述光束組合系統(tǒng)用于將由所述三個空間光調(diào)制器提供的光組合到公共光軸上以使用所述投影光學(xué)器件投影到所述顯示表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，第一白平衡操作用于對所述第一眼圖像進行白平衡，并且不同于所述第一白平衡操作的第二白平衡操作用于對所述第二眼圖像進行白平衡，所述第一白平衡操作適用于紅色第一眼光譜帶、綠色第一眼光譜帶和藍色第一眼光譜帶中的發(fā)射光，以及所述第二白平衡操作適用于紅色第二眼光譜帶、綠色第二眼光譜帶和藍色第二眼光譜帶中的發(fā)射光。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，其中，第一顏色校正變換用于變換與所述第一眼圖像相關(guān)聯(lián)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并且不同于所述第一顏色校正變換的第二顏色校正變換用于變換與所述第二眼圖像相關(guān)聯(lián)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，所述第一顏色校正變換適用于紅色第一眼光譜帶、綠色第一眼光譜帶和藍色第一眼光譜帶中的發(fā)射光，并且所述第二顏色校正變換適用于紅色第 二眼光譜帶、綠色第二眼光譜帶和藍色第二眼光譜帶中的發(fā)射光。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體數(shù)字投影系統(tǒng)，還包括濾光眼鏡，所述濾光眼鏡包括: 第一眼濾光器，當(dāng)所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器被控制以在所述第一狀態(tài)下發(fā)射光時，所述第一眼濾光器透射多于50%的來自所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器的光，并且當(dāng)所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器被控制以在所述第二狀態(tài)下發(fā)射光時，所述第一眼濾光器透射少于5%的來自所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器的光； 第二眼濾光器，當(dāng)所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器被控制以在所述第二狀態(tài)下發(fā)射光時，所述第二眼濾光器透射多于50%的來自所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器的光，并且當(dāng)所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器被控制以在所述第一狀態(tài)下發(fā)射光時，所述第二眼濾光器透射少于5%的來自所述一個或多個可調(diào)光發(fā)射器的光； 所述第一眼濾光器和所述第二眼濾光器安裝到其中的框架，所述框架適于將所述第一眼濾光器放置在觀察者的第一眼的前方并且將所述第二眼濾光器放置在所述觀察者的第二眼的前方。
17.一種立體數(shù)字顯示系統(tǒng)，其將包括第一眼圖像和第二眼圖像的立體圖像顯示在顯示表面上，所述立體數(shù)字顯示系統(tǒng)包括: 一個或多個窄帶固態(tài)可調(diào)光發(fā)射器，每一個均能夠控制以交替地提供具有與相應(yīng)的第一中心波長相對應(yīng)的第一光譜帶的第一狀態(tài)下的發(fā)射光以及具有與相應(yīng)的第二中心波長相對應(yīng)的第二光譜帶的第二狀態(tài)下的發(fā)射光，所述第一光譜帶與所述第二光譜帶基本不交置; 具有可控像素的陣列的圖像顯示系統(tǒng)，用于通過調(diào)制來自所述可調(diào)光發(fā)射器的光強度來在所述顯示表面上形成顯示圖像； 控制器，同步地控制所述可調(diào)光發(fā)射器的狀態(tài)以及所述可控像素，其中，當(dāng)所述可調(diào)光發(fā)射器處于所述第一狀態(tài)時，響應(yīng)于所述第一眼圖像的圖像數(shù)據(jù)而控制所述可控像素，從而提供第一眼調(diào)制圖像，而當(dāng)所述可調(diào)光發(fā)射器處于所述第二狀態(tài)時，響應(yīng)于所述第二眼圖像的圖像數(shù)據(jù)而控制所述可控像素，從而提供第二眼調(diào)制圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求19所述的立體數(shù)字顯示系統(tǒng)，其中，所述立體數(shù)字顯示系統(tǒng)是立體數(shù)字投影系統(tǒng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求19所述的立體數(shù)字顯示系統(tǒng)，其中，所述立體數(shù)字顯示系統(tǒng)是立體數(shù)字軟拷貝顯示 系統(tǒng)。
【文檔編號】H04N13/04GK104054336SQ201380005840
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】巴里·D·西爾弗斯坦 申請人:伊斯曼柯達公司