3d成像的方法和设备的制作方法

专利名称：3d成像的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及使旋转光机械滤波器的位置、相位和频率与具体地说源于视频源的一系列同步脉冲同步所需的硬件和软件。
背景技术：
图1显示了现有技术的3D成像系统，其说明3D图像投影的几个基本需求。首先，例如由一个投影设备显示一个场景的两维(“2D”)图像，其中之一在视角观察线(a line of sight perspective)方面与第二个略有不同。典型地，这些视角区分左眼视图与右眼视图。为了如上所述提供相同场景的两个视角，或者视图，通常需要双重图像记录。但是，可以处理或者手动产生这些视角。图1显示了两个投影仪101，其一投影场景的左眼视角而另一个同时投影相同场景的右眼视角。
尽管同时投影需要两个投影仪，但是通过在投影期间快速交替左眼和右眼视角，可以在3D成像系统中使用一个投影仪。本发明不需要使用任何特殊的设备和大量摄影机进行3D记录，只需要从图像数据可获得或导出两个视角并且能够进行显示。
传统3D成像系统的另一个基本要求是将一个投影的视角只暴露于左眼或者右眼之一下，并且将另一个投影的视角只暴露于另一只眼睛下，从而用一只眼睛只能排他地看见每个投影的视角。因此，使用双重同时投影系统，阻断观察者的一只眼睛以免看见投影仪之一的图像内容，并且阻断另一只眼睛以免看见另一个投影仪的图像内容。
通常将这种阻断称作“熄灭(extinguishing)”，可以在两个步骤中实现。首先，通过投影每个图像单独通过角度偏振的透明介质102，在不同的偏振角下偏振每个同时投影的图像。观察者佩戴无源偏振的眼罩(eyewear)103，其镜片相对于其每个偏振角也偏移偏振，从而一个镜片将阻断第一个偏振的投影图像，并且另一个镜片将阻断第二个偏振的投影图像。产生两个不同视角图像的现有技术方法包括借助红色和蓝色编码来区分图像，如那些具有蓝色和红色镜片的无源眼罩所使用的技术。
已经有许多试图产生3D成像系统。我们此处关注在使用可以使用开关系统实现的左眼和右眼视图偏振编码的系统中的3D成像。该领域的现有技术典型地依靠例如在与数字光处理器(“DLP”)或栅状光阀(“GLV”)技术兼容的系统中的集成色盘/偏振滤光片。因为随着偏振器旋转其引起图像偏振传输轴也旋转，所以这就产生许多问题。换句话说，随着偏振器旋转，左眼和右眼视图仅对于偏振器盘某个精确的旋转位置是完全分离的。对于盘的其它位置，图像将包含小部分既是左眼视图又是右眼视图，其不能使用无源偏振观察眼镜分离。这就导致图像重影，观察者有时将感觉到左眼和右眼视图的模糊混合物，而不是源于左眼和右眼视图完全分离的清晰图像。
现代的前后投影彩色成像系统，例如DLP技术，使用多个滤色片将全色图像的元素顺序投影到屏幕上。这些滤色片典型地作为以与输入视频流同步的速率旋转的滤色盘上的片段来实现。典型地，该方法使用三个基本视频图像颜色(红、蓝和绿)结合高亮度的白色光源。为了有助于图像的白平衡和某此种类图像畸变的校正，通常向滤色盘中结合透明滤光片段，允许白光穿过屏幕。
现有的前后投影成像系统(front and rear projection imagesystem)，例如DLPs、微镜、光栅、或者相关技术需要高强度的白光源来产生明亮的图像。尽管在这些系统中使用导光镜片和光学器件，但是在整个投影仪包装内部可能有反射的较高水平的漫射光。一些漫射光还可能通过盒体中的缝从外面漏入投影仪中。当我们使用光传感器来使投影仪偏振滤光片盘与立体成像装置同步时，这种漫射光成为问题。漫射光可能引起传感器的错误触发并且破坏(disrupt)需要的步骤和相位同步。
为了修改这些成像系统，使它们支持立体三维图像的传输，需要对它们提供交替的左眼和右眼视图。例如，通过使用旋转偏振器并使观察者佩戴无源眼罩。通过附加的滤光设备提供交替的眼睛视图，所述设备可能不是投影仪中使用的相同滤色盘的一部分。在此情况下，需要使旋转滤色盘的相位、频率和可能的其它属性与外部立体成像元件同步。简单地通过访问用来控制滤色盘的电信号不一定能实现这种同步。
尽管可以从个人计算机和其它数字视频装置中产生立体、三维成像，现有的视频游戏控制台缺乏产生视频同步信号所需的标准接口。使用旋转光学器件的系统的缺点有许多。在这些系统中，希望光学装置不以固定的速度旋转。如本文中所述，通过如周期干扰信号所示在旋转的子间隔下操纵旋转光学器件的速度和协作处理设备来实现旋转控制的改进。
公布的专利申请US 2005/0041163A1描述了使用与数字光处理器(“DLP”)内部的滤色盘连接的分段偏振器。该申请没有描述投影仪镜片光学器件和旋转偏振器之间相对于偏振灵敏度的任何所需的关系。因此，投影镜片和其它光学器件可能破坏偏振编码的图像信号。没有描述滤色盘和偏振盘之间所需的同步细节，也完全没有提及帧序列和其它类型视频输入之间的不同之处。该现有技术将不会对所有类型的视频输入，例如隔行扫描视频流起作用。上述专利申请全部内容引入本文作参考。
美国专利5,993,004描述了具有空间光调制器和偏振调制器的立体显示器，其使用偏振保存光学器件和特殊控制信号来调制。一般地说，该方法不像我们的发明那样使用旋转或交替的偏振器或数字微镜器件(“DMD”)或DLP技术。上述发明全部内容引入本文作参考。
公布的美国专利申请2005/0046700A1描述了两个视频处理装置，其处理至少四个分离的视频图像序列用来在屏幕上同时投影多个图像视图。在高水平下，该方法不像我们的发明那样使用旋转或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。上述发明全部内容引入本文作参考。
公布的美国专利申请2003/0112507描述了DMD装置的两个实施方案，它们都顺序地使用DMD装置不同的行或列来提供相同图像的不同视图。该方法不像我们的发明那样涉及使用旋转或交替的偏振器或DLP技术。上述发明全部内容引入本文作参考。
公布的美国专利申请2003/0214631描述了具有产生两个光路的光束分离器的投影仪，每个光路通过固定的偏振器并且随后再与空间光学器件结合。该方法不像我们的发明那样使用旋转或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。上述发明全部内容引入本文作参考。
美国专利1,879,793描述了原始运动图片投影系统(与后来在IMAX 3D应用中使用的相似)，其中膜通过投影仪的速度按照一定的方式与外部偏振盘或滑块(slide)同步。该方法因为需要特殊的膜处理技术，所以不使用DLP技术并且不能扩展到DLP技术上。上述发明全部内容引入本文作参考。
在个人计算机(“PC”)工业中，液晶显示(“LCD”)光学快门眼镜(optical shutter glasses)已经成为阴极射线管(“CRT”)和彩色3D成像的投影仪观察的标准。但是，为了同步的目的，它需要有源眼罩(在每个镜片中具有微型液晶监视器或者快门)，并且需要电池和与数据源的连接。这些解决方案也趋向于是昂贵的，一次只能用于有限数量的用户，并且趋向于在长期使用后导致眼睛疲劳。这些眼睛典型地使用在每个现代视频适配卡接口中包含的显示数据通道工业标准。这种数据通道向眼镜发出PC已经交换了其视图的信号。
总之，现有技术需要修改投影仪滤光轮的内部结构，并且不提供使用继承系统的实施形式。在现有技术中不区分帧序列和隔行扫描技术，只含糊地描述了信号必须与偏振器“同步”而不提供技术规范。现有技术没有为对本领域技术人员不明显可知的控制电路规定任何形式。
通常，因为从滤光轮经过投影路径的其余部分必须维持光的偏振，所以现有技术需要投影仪使用对偏振不敏感的内部光学器件。这就意味着必须使用特殊的光学器件，并且必须避免偏振敏感的涂层，从而增加了复杂性和实施成本。本发明中没有这种需要。

发明内容
实时调整旋转机器的速度和相位不是重要的任务。这典型地涉及使用锁相环(PLL)、转速计、功率放大器和分级过滤器以及调节信号所需的放大器。当使用旋转光学装置时有许多情况是装置的特殊状态和位置比其它情况更优选。
在于投影仪的光路中布置一个线性偏振轮从而对投影的光赋予所需偏振态的立体投影仪的情况中，明显地当轮旋转时偏振光具有连续变化的传输轴。这会引起不想要的影响，例如重像和降低的图像消光比。偏振在频率和相位上与表明由投影仪目前显示哪个视图的信号同步。对于在轮中心外部与光路一起布置线性偏振旋转轮的设备，仅当滤光轮的传输轴与观察者偏振镜上的适当镜片正交时才能真实地实现立体分离。在本发明中，我们实现了当处于所述正交状态中时停止轮并且快速加速通过无效状态的结果。当将本发明用于这种偏振滤光轮时，立体分离大大增加，在视觉质量和感觉深度方面提供了明显的改进。
本发明的实施方案包括接收包括多个图像流，其中每个图像流包括多帧的图像数据的方法和设备。当在图像流之间交替投影时，向可视屏上投影图像数据。具有第一类滤光片的旋转滤光片对从第一个图像流投影出的帧滤光，并且旋转滤光片上的第二类滤光片对从第二个图像流投影出的帧滤光。所述图像数据包含与不同图像流相应的同步信号并且使用该同步信号使旋转滤光片与从不同图像流的投影帧同步。为了实现这一点，滤光轮包含多个与滤光轮上滤光片类型的数量相应的标记。对来自一个图像流的帧滤光包括使图像数据中的同步信号与这些标记的旋转位置同步。通过设计控制信号来实现这一点，控制信号控制旋转滤光轮使其在标记响应同步信号的状态而处于预选位置时临时停止。程控马达控制逻辑电路驱动与旋转滤光轮耦合的马达。
本发明考虑的其它实施方案包括计算机可读介质和程序存储装置，该装置实际体现或者承载机器或处理器可读的指令程序，并且使机器或计算机处理器执行存储在其上的指令或数据结构。这种计算机可读介质可以是任何可以由通用或专用计算机存取的可用介质。举例来说，这种计算机可读介质可以包括物理计算机可读介质，例如RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM，或者其它光盘存储器、磁盘存储器或者其它磁存储装置。认为任何可以用来承载或存储可由通用或专用计算机存取的软件程序的其它介质都在本发明的范围内。
当结合下面的说明书和附图考虑时，将更好领会并理解本发明的这些和其它方面及目的。但是，应当理解下面通过示例性而非限制性的方式给出显示了本发明优选实施方案及其大量具体细节的说明。在本发明的范围内可以做出许多变化和修改而不会脱离本发明的精神，并且本发明包括所有这种修改。


图1说明用于3D成像的现有技术双重投影系统。
图2说明基本的现有技术DLP投影系统。
图3A说明用图2的示例DLP系统实现的本发明。
图3B说明具有相应图像数据帧的页交换(page flipping)信号。
图4说明相位和频率检测器。
图5说明环路滤波器。
图6说明相位和频率锁。
图7说明具有转速计传感器速度检测器的轮。
图8说明外部的滤色轮传感器实施形式。
图9说明具有带通传感器的调制LED。
图10说明操作图9的调制LED的实施细节。
图11说明游戏平台的通用适配器。
图12说明与USB装置和3D电视耦合的典型游戏平台USB栈。
图13说明提取游戏平台vsync信号的流程图。
图14A-C说明双重滤光轮系统的流程图和实施细节。
图15A-C说明干扰合成器的实施细节。
图16说明干扰合成器。
图17说明对干扰合成器波形的分析。
图18说明使用降低硬件需求的步进马达控制的立体投影系统。
图19A-B说明步进马达及驱动信号。
图20A-B说明用于图18的系统的偏振滤光轮。
图21说明滤光轮马达控制器使用的相应输入。
图22说明马达控制器编程的流程图。
具体实施例方式
为了产生三维(“3D”)图像，需要两幅分离的代表两个3D场景视线的两维(“2D”)图像——对于各只眼睛，排他性地一幅2D图像由人的一只眼睛观察。图1显示的设备是使用两个投影装置来同时重叠图像并且实现立体显示的传统3D投影系统。
至于图1，说明现有技术的三维投影系统100。该现有技术使用两个分离的投影仪101，每个投影相同的场景，但是每个具有与人的左眼和右眼视线之间不同的视角对应的略微不同的视角。在来自两个投影仪中的每一个的投影光束的光路中布置偏振的玻璃(其它材料)滤光片102。这些滤光片的偏振角彼此偏离90°。为了使观察者感觉到三维投影图像，观察者左眼必须能够感觉到来自一个投影仪的左边指定的两维投影图像，同时滤光掉来自另一个投影仪的右边指定的两维图像，对于右眼相反。通过给观察者配备无源偏振的眼罩来实现这一点，其中每个镜片与布置在投影仪上的一个滤光片偏离90°。因此，观察者左眼和右眼中的每一个都暴露于相应的、分离的、略微不同的预选两维图像下，它们一起使观察者感觉到三维图像。
图1所示的装置需要观察者佩戴便宜的偏振眼罩103，但是输送色彩丰富的3D图像。上述系统的缺点是需要特殊的3D转换硬件和软件来预处理图像，这不是广泛可用的。相同的缺点已经抑制了采用其它的3D投影系统，包括基于液晶的装置。另外，需要具有非去偏振表面的特殊屏幕来观看这些图像。最近，已经公开了几种系统，其声称通过从双重投影仪投影两个分离的图像提供了3D图像而不需要眼镜，该方法需要在观察者和投影仪之间仔细地校准，并且不适用于多人观看相同的图像。
最后，因为它要求在两个投影仪和偏振元件之间适当的校准，所以该系统的成本至少是单个投影仪显示系统的两倍，并且不容易携带。相似地，现在的3D影片由昂贵的多摄影机系统制成并且使用数字重新制版(remastering)或者相似的昂贵的胶片处理技术；这种高的成本已经抑制了例如在家用电视中广泛采用3D观察系统。
本发明提供了使用无源眼罩，因而降低了成本并且避免了眼睛疲劳和与各种替代方案相关的彩色感觉问题的3D观察。可以使用基于流行DLP技术的单投影源并且可以作为投影系统的组成部分或者作为扩充外部设备或者可以布置在投影仪前面的支架来实现。本发明利用在流行软件包，如OpenGLTM或Direct3DTM应用程序接口(“API”)，包括诸如java3DTM的变量中提供的现有技术的3D接口支持。这种接口与绝大多数今天使用的3D图像软件和程序兼容。所有这些APIs产生具有左/右眼视角的数字内容，供替代的技术，如前述的有源快门眼镜使用；我们建议的发明可以使用这种内容而不用修改。通过设备驱动程序提供同步，在这些APIs中自动提供左/右内容，你只需要告诉OpenGLTM或Direct3DTM按立体方式渲染，并且它同时将图像流放入存储器中。设备驱动程序负责将其发送到它需要去的地方(例如，两个投影仪，具有页交换的一个投影仪，具有隔行扫描立体功能的一个投影仪)。可能需要预处理其它类型的数字内容来产生与3D成像技术兼容的左/右眼视图；但是对于某些种类的内容，如数字影片或电子图像，这种处理相当直接(诸如广播电视的其它类型的内容需要附加的更复杂的处理来进行3D观察)。
参考图2，其说明实例DLP系统209的基本原理。通过聚光镜202聚焦白光源201，然后通过旋转的滤色轮203。滤光轮可以包含用来产生视频和图片图像的三原色(红、绿和蓝)、或者不同的颜色。本发明不局限于只使用旋转的滤色轮。可以存在或者可以发展其它技术，提供本发明可以实施的包含投影图像(例如数字帧序列图像，立体的或者不是)的直接光束。所提出的发明通常适用于任何光源投影系统，典型地是不依赖偏振来产生其自身图像的单光源。换言之，所用成像装置的光输出的偏振必须是随意的。本文提出的发明使用偏振技术来产生3D效果，因此依赖偏振技术自身的投影系统可能妨碍本发明中的偏振设备。
如图2所示，光束穿过滤光色轮203，穿过聚光镜204，并且照亮由来自视频源，如来自个人计算机、DVD、存储格式、或者电视信号的固件驱动的DMD 205。其它可能的视频源包括栅状光阀和相位改变显示技术。
由DMD处理的图像内容与旋转的滤色轮同步，使得当聚焦的光通过它时，所需图像的红色内容在红色滤光片段与DMD成直线时照明DMD。绿色图像内容在绿色滤光片与DMD成直线等时照明DMD。因此，对于由这种DLP系统投影的每个图像帧，滤色轮和DMD一起操作从而为每个图像帧顺序地投影几个彩色面。然后，将图像的连续部分通过附加的投影光学器件206聚焦到屏幕207上，产生适当的2D图像，其可以是静态图像或者运动图片。将从屏幕207与投影设备的相同侧212观看到由前投影系统投影的图像。将从与投影设备的相反侧211观看到后投影图像。
如果由图2所示的系统在足够高的帧速率下处理三种颜色的内容，测量每秒钟的帧数，然后视觉暂留将引起观察者感觉到在屏幕上全色稳定的2D图像。这种技术有许多变化，包括使用2或3个DMD装置来产生最终图像的系统，以及共同使用后投影和前投影技术的系统。光束路径中使用的光学元件的细节，如聚光镜和投影镜也可以改变，并且不是本发明的必要部件。举例来说，图1所示的双重投影仪设备可以由两个DLP投影仪组成。由于其性能和低的成本，DLP正成为许多大屏幕投影电视、便携式个人计算机投影仪和类似应用的优选技术。
图3A说明本发明的优选实施方案，包括安装在现有DLP投影仪309前面的旋转的、偏振的滤光片206，其可以按前或者后投影系统的形式实施。本发明的变体允许用于后投影系统并且将本发明与投影仪在内部集成。在替代的实施方案中，也可以采用杠杆臂或者用于相同目的的相似线位移装置(即采用2个不同的偏振正交态交替调制光)代替旋转的偏振元件。例如在时分多路(“TDM”)视频流中，PC传输页交换的立体图像，与诸如前述APIs的工业惯例兼容。页交换指顺序传输的交替的左眼和右眼视图或者帧，其传输速率或者刷新率可以从几到几百赫兹变化。尽管一起操作来产生3D效果，左眼和右眼视图也通常单独称作图像流。
注意在偏振器之外可以没有任何附加的光学器件，除非它们保留光的偏振状态。如果偏振轮要集成到投影仪内这是重要的考虑。还必须要将所得图像投影到屏幕上或如同在后投影系统中一样保留反射光或折射光的偏振的其它表面上。这种屏幕是可商购的，例如Hamburg，Germany的ScreenTechTM和Warsaw，Indiana，USA的Da-IiteTM。我们还注意到我们的发明除了DMD/DLP外还可以用于其它类型的图像投影技术；例如最近提出的栅状光阀(“GLV”)技术。GLV是DLP和其它光引擎(light engine)投影技术的替代选择，其中使用衍射光栅和液晶技术的组合来产生适合后或者前投影系统的2D图像。
采用本发明，可以使用无源偏振眼罩来观察全色3D图像。所提出的发明打算与工业标准的线性偏振3D眼镜一起使用，在左眼和右眼之间以0°为中心具有正交偏振方向左眼相对于0°为-45°，并且右眼相对于0°为+45°。明显地，这些角度取向不是本发明的必要条件而只是为了工业兼容性而选择的。可以容易地调整本发明，使用其它角度关系来实施。对本发明的小调整将允许使用镜片具有不同偏振取向以及圆形或椭圆偏振态的无源眼罩对于本领域技术人员是明显的。圆形和椭圆偏振无源眼罩是可以商购的。
公知假定足够快的视频刷新速度，人眼睛的视觉暂留将使其感觉到真彩色的3D图像，给出适当提供的2D图像系列。如此，通过执行布置在投影仪输出孔处的外设，可以将现有的DLP投影仪升级成投影3D图像，从而不需要修改原始投影仪的硬件或固件。注意为了采用本发明实现这种效果，必须使用帧序列视频信号。帧序列视频信号描述了交替指定左眼和指定右眼图像的时分多路信号。这意味着投影系统顺序接收到并且处理代表左眼或右眼视图的单独传输的图像。尽管就象许多数字立体图形系统设计的意图一样，对于每一个投影帧交替左眼和右眼视图是理想的，但是其它设计也可以利用人眼的视觉暂留产生实质上的3D效果。
视频输入信号进入的立体信号(例如图3B中的301)典型地是特意为3D立体成像产生的信号，例如使用双透镜摄影机的计算机软件视频拍照。但是，进入的图像数据可以来自例如视频游戏、PC或者数字电视数据的来源。立体VGA信号和添加的信息，例如DDC、HDMI、高Def(High Def)、多媒体接口(Multi Media Interface)和来自数字电缆盒和DVD播放机的Y-Pr-Pb也是合适的。本发明的最小要求是包含立体视频数据的输入，这指可以从该视频数据获得、得到或者处理双重左/右图像。视频数据还可以借助数据分组、帧或者单元来传输，其中可以使用报头信息来表示有效载荷中的左或右眼内容。在这种设备中，可以在因特网上传输3D影片，并且无期限地存储，或者像接收到一样投影观看如实时视频流。一些工业标准信号，如HDMI将需要执行从进入的视频数据中提取同步信号(页交换信号)的预备电路。因此，HDMI输入流将使用输出提供给相位/频率检测器的页交换提取器与本发明一起工作。HDMI输入在输入数据上具备页交换信息。对于本发明所述的实施方案，我们假定进入的视频信号是工业标准的立体VGA信号。
VGA标准中嵌入“DDC”能力，其是典型地用双向串行总线实现的低带宽数字信息接口，与左/右图像平行发送页交换信号，表明目前传输左眼还是右眼的图像。
诸如立体VGA的工业标准协议为进入的帧提供固定的已知速率，例如60Hz、85Hz、100Hz或120Hz，其中立体速率是其一半，从而每秒钟传输左眼和右眼帧/图像中的每一个的一半数量。许多计算机程序也提供数字立体图像源，如视频游戏、建筑图解程序、CAD程序和医学成像程序，作为实例其包含立体VGA信号。
至于图3A，说明用传统DLP投影仪309实现的本发明的3D投影系统350。传统的DLP投影仪接收到进入的立体视频信号(例如TDM帧序列)，然后解码并且提高视频图像。与DLP投影仪平行，本发明接收进入的立体视频同步信号并且提取嵌在其中的立体同步信号302，即页交换信号，并且将其提供给相位和频率检测器(“相位/频率检测器”)303。立体同步信号表示在任何时刻在视频流中存在两个视频图像。在本发明中，将两个视频图像流中的每个调制成左眼指定或右眼指定。所述提取电路是熟知的执行公知DDC页交换协议的VGA场变换器电路。West Palm Beach，Florida的eDimensionalTM，Inc.提供用于与立体VGA信号连接，然后与视频流一起输出页交换信号的电路。公知的DDC算法还可以通过在大量处理器的任何几个上执行它来手动实现。
进入的2D信号可以直接转换到DLP系统并且通过在301处执行简单的切换而旁路3D成像电路。任选地，3D成像路径可以配备检测电路，其自动检测进入的多路图像流并且自动将那些信号发送给本发明的3D产生技术。也可以手动禁用这种自动激活的选项。认为这些替代的实施方案都是对本发明的简单调整并且没有落在本发明的范围之外。
场变换器如上所述，提取页交换信号的场变换器接收到输入信号，所述页交换信号表明信号中存在左眼数据还是右眼数据。将视频数据继续提供给DLP投影仪，同时由本发明的电路使用页交换数据。(图3B的)场变换器361的输出信号在左眼视图的指示和右眼视图的指示之间交替。在有限的实施方案中，如图3B所示，该输出信号可以是简单的二进制方波输出，并且提供给相位/频率检测器。举例来说，方波361表示了在视频流362中逻辑“1”(或者更高的电压水平)对应于右眼数据，称为“R”。逻辑“0”(较低的电压水平)表示在图像数据362中传输的对应的左眼图像，称为“L”。
相位/频率检测器本发明的优选实施方案使用正边沿触发，或者边沿敏感的触发来产生所需的信号。替代的实施方案可以使用电平敏感的触发，其中基于其与预选的阈值交叉的振幅切换信号。因为信号振幅水平可能因如噪声和接地漂移的影响而漂移或者移动，所以电平敏感意味着持续时间的可变性。因此，为了补偿实际设计中的这些因素，在规定的漂移水平附近必须有定义的容许限度。
参考图3A，相位频率检测器303比较滤光轮306的旋转速度与场变换器302输出的页交换信号361的频率。在穿过滤光片传输左眼和右眼视图中的每一个并且到达可视屏幕上时滤光轮必须处于特定的旋转位置。当投影左眼图像时，它必须用偏振的滤光轮在特定的偏振角下滤光，从而对观察者右眼阻断图像，其中观察者佩戴适当的偏振无源眼罩。通过使滤光轮在偏离观察者眼镜右侧镜片90°的角度偏振图像来实现这种阻断。因此，相位/频率检测器使进入的页交换信号与从转速传感器(tach sensor)310和311收到的旋转信息同步。如果滤光轮不可接受地滞后或者提前页交换信号，相位频率检测器将向滤光轮马达控制器305输出校正信号，所述控制器将据此调节滤光轮的旋转速率。与电平敏感的设计相比，在相位/频率检测器中执行正边沿触发电路提供了最快的时间检测。
使用说明相位/频率检测器一个实施方案的在图4中所示的电路设计，可以部分地实现本发明的DLP投影仪输出和视频流同步。相位/频率检测器401的一个输入接收场变换器的输出320。另一个输入402接收转速传感器电路的输出330。该电路的输出将是仅在滤光轮的转速在相位和频率方面都与进入的页交换信号正确同步时，等于电压源407和408中点的电压。在本发明实施方案中，用408处的接地电压(0)实现407处5V的电压源。该电路在410处的2.5V输出指示同步或者静止操作。偏离同步，或者滞后或者提前都会引起相位/频率检测器向马达控制器输出从理想的2.5V输出变化的相应的校正信号410。如果转速信号(tach signal)和相位/频率检测器的输出彼此漂移偏离锁定，那么相位/频率检测器的输出将与漂移量成正比，并且将输出正或负的信号，引起马达控制增加或降低马达速度。
参考图4，可以使用芯片型74LS174实现触发(flip/flop)电路401和402；“与”门403可以是74LS21；并且反相器404是74LS04。PFET 405和NFET 406包括公知的电荷泵结构，并且应当适当地改变尺寸以处理驱动马达控制信号所需的电流。
如上所述，相位/频率检测器从场变换器接收左/右信号。最终，本发明使用这些左右指示信号来控制偏振的滤光轮，使得当向屏幕投影左眼数据时偏振滤光轮处于滤光轮的偏振角使左眼投影的图像在预选的角度下偏振的位置中，并且在不同的预选图像下，滤光轮偏振右眼投影的图像。根据预知观察者佩戴的无源眼罩镜片的偏振角度来选择这些预选的偏振角度。该偏振角结合无源眼罩的偏振角将抵消投影的左眼图像不让观察者右眼看到，并且反之亦然。
如图3A所示，对相位/频率检测器的第二输入330是旋转的滤光轮的频率。使用与滤光轮耦合的转速计传感器311检测所述频率。相位/频率检测器形成对反馈回路的输入以控制偏振滤光轮的转速，从而维持滤光轮和立体视频流之间的相位和频率锁定。可以将相位锁定控制在固定的可接受的偏移量内。
环路滤波器和马达控制图5所示的环路滤波器将在输入511处接收相位/频率检测器的输出并将该输出转换成512处的DC输出，其大小与相位/频率检测器检测到的偏离量成正比并且符号与偏移的方向成正比。平衡点是相位/频率电路的高压和低压界限(rails)之间的中间值，对于0-5V的系统其是2.5V，或者对于+/-电源是0V。环路滤波器的输出信号将驱动滤光轮的马达控制器。
该环路的电容对于电容器510大约为0.1μF，并且对于电容器509为0.22μF，并且电阻507为4.7kΩ。应该选择这些器件的尺寸，从而有益于整个系统的增益/相位响应，包括马达控制放大器的增益，所有这些都是电子设计的公认原理。
可以使用诸如在DVD播放机中通常用于驱动光盘旋转的现成的(off-the-shelf)主轴马达驱动ASIC作为马达控制器305，并且典型的DVD马达驱动可以用作该实施形式中的马达307。也可以采用DSP(微处理器控制)并且由固件或者软件313对其编程作为马达控制器，如Texas Instruments TMS320LF2401A。马达优选是包括霍尔效应传感器的三相无刷式直流电动机。本领域技术人员应当很好地理解对于特定的应用和环境可以选择和/或设计上述任何器件而不会偏离本发明的精神。例如，可以使用速度对输入电压敏感并与之成正比的任何简单的马达。马达还可以与滤光轮耦合，从而摩擦轮，例如橡胶在其边沿提供旋转力。另外，对于作为半导体芯片而实现的形式，明显地应该修改电路元件的尺寸。
转速传感器滤光轮转速计31的实施例是滤光轮在其周围312附近包含标记的转速计，并且转速传感器包含与光敏二极管(检测器)对准的光源，而滤光轮在之间放置，其标记直接穿过光源和检测器之间。每次标记穿过光源和光敏二极管之间时，产生电学脉冲并且改善到相位/频率检测器。这种实施方案可能在滤光轮上实现黑点或这亮点，或者一些其它的标记或者多个其它的标记，这会引起转速计装置对滤光轮每个完整的旋转或者已知的部分旋转产生脉冲。
图6说明两个方波信号之间的相位和频率锁定的实例。第一个方波601可以代表由相位/频率检测器接收到的同步信号并且第二个方波602可以代表转速传感器310和311的输出。作为边沿触发装置而操作的相位和频率检测器将输出控制信号，增加或降低滤光轮马达旋转滤光轮的速度，从而从转速传感器系统602收到的转速信号趋向于与同步信号601的相位匹配。这种相位锁定由同一时刻603发生的两个信号的上升前沿说明。频率锁定由这两个信号波604的上升边沿的连续同时发生来说明。
参考图7，说明转速传感器的实施方案。如箭头所示，具有标记712的偏振滤光轮703在红外发光二极管702和光敏检测器701之间旋转。
当标记穿过LED光路时，检测器向下述的n分电路传输脉冲705。错误触发的可能来源可能是如704所示的进入系统中的漫射光。
“n分”电路310与转速传感器的输出连接，从而调节滤光轮上提供的离散偏振窗的数量。根据滤光轮一次旋转表示的不同偏振角度数，“n分”电路将改变发送给相位/频率检测器的脉冲频率。这种“n分”电路在本领域是公知的，并且本文中将不进一步讨论。作为一个实例，“四分”电路将从转速传感器接收滤光轮每一次单转的旋转电子脉冲，并且对于滤光轮的每四分之一转输出脉冲，即“四分”电路使脉冲计数增加四倍。如果旋转的滤光轮由偏振材料，如偏振玻璃的均匀整块样品制成，那么与穿过滤光轮中央投影图像相比，假定投影图像的光束在滤光轮边缘附近穿过滤光轮(例如参见图15C)，将有四个离散的90°对投影的图像滤光的偏振角状态。因此，“n分”电路根据在滤光轮中提供多少个离散的滤光状态“n”使输出脉冲增加四倍，或者一些其它的值。
明显地，本发明允许旋转轮具有任意个偏振段。从前面的讨论中，还明显可见在相位/频率转换器产生的信号的最大相位偏移和滤光轮偏振状态数量之间存在关系。例如，如果转速计的每个输出脉冲代表滤光轮的循环，那么我们有四个系统可以工作的离散状态空间。使旋转的整个周期除以四得到相对于位周期k的任意常数分数内的最大相位偏移，单位为角度(即最大相位偏移＝k+360/4)。这表示场变换器四分之一位周期的最大相位偏移(在整个讨论中，为了举例说明的目的我们假定使用无窗口段的单个偏振轮，本领域技术人员可以容易地改变细节从而允许不同的设计)。
滤光轮滤光轮可以由任意透明的材料构成，优选地是均匀偏振的，匀称的玻璃盘。均匀偏振的盘使制造更简单。也可以使用与DLP的色轮相似的具有选择性偏振段的透明轮。还可以使用由在盘周围附近具有选择性偏振材料的紧邻隔开的窗口的一些刚性材料制成的轮，或者如果投影图像的光束需要投影通滤光轮的中央，可以在轮子的中央布置一个这种窗口。也可以使用粘附了偏振片的标准CD大小的透明塑料。替代的实施方案使用偏振轮系统作为DLP投影仪的集成内部器件。
与顺序彩色渲染设备同步在常规的彩色图像投影系统(例如DLP、微镜或者其它技术)中，使用具有白平衡段的旋转滤色轮来提供良好的图像质量。为了扩展这些系统以实现立体三维成像的功能，如上所述，独立的立体元件(例如旋转的偏振轮)在相位、频率、或者其它属性上必须与现有滤色轮同步。通过避免修改投影仪电路，本发明还与用来改善图像质量的各种投影系统电路兼容，如平均相邻像素以平滑图像并防止像差。
参考图8，从布置在投影仪输出光路820中任意位置处的一组三个光检测器801获得有效的同步信号，或者页交换信号，这截取了输出光的很小一部分。该技术取代了需要借助上述变换器从视频数据自身中提取页交换信号。每一个光检测器都与XOR耦合，从而在投影仪光输出中存在相应颜色的任何时候它们都提供输出脉冲。XOR电路的输出与相位/频率检测器连接并且代替来自场变换器的页交换信号。三个检测器收由三种不同颜色的滤光片覆盖，与投影仪滤光轮802使用的红色、绿色和蓝色原色，或者其它对应的滤光轮颜色匹配。这些检测器的输出可以单独访问(对于任选的替代实施方案，例如可以使用一个检测器的输出结合XOR电路来确定给定滤色段的位置)，另外对所有三个信号的组合执行异或电路803的功能(当所有光检测器都输出脉冲时XOR将输出单个脉冲)。它们优选位于照明光束820的边缘附近，从而最小地妨碍光束。通过对本领域技术人员明显的各种方法这也是容易的，如使用小的部分反光镜对光输出取样并且将其重新导向光检测器。因此，检测器阵列801与XOR电路803一起提供了四种可能的单独输出信号。
为了阐述本发明的操作，考虑当用光源前面的红色段定位滤光轮802时会发生什么。在此情况下，只有具有红色检测器的外部光检测器将产生信号，同时其它两个检测器因为红外光不能穿过它们的滤光片而保持黑色。当红色检测器输出高并且其它为低的时候，这表明红色滤光轮位于光源的前面。相似地，我们可以检测蓝色或者绿色滤光轮什么时候处于这种位置。注意如果滤光轮802只包含三种颜色，现在可以从任意给定的颜色的位置触发立体元件。但是，如果滤光轮包含白色段，那么对于滤光轮的每一转，每个检测器将触发两次(例如，因为白光在其组分中包含红光，所以红色检测器将在存在红色滤光片时和存在白色滤光片时触发两次)。并且，如果滤光轮的红/绿/蓝/白段都不是相等尺寸，那么对于不同的持续时间将产生多个触发事件。
我们结合了异或(XOR)电路803，其仅在同等照明所有三个光检测器801时才触发(表示存在白光)。如此，可以确定所有滤光轮的精确位置和持续时间而不用改变滤光轮电路。应当记住如上所述，滤色轮以帧速率的整数倍旋转，并且在将信号转发到相位/频率检测器中前适当的分频电路(未显示)被耦合到XOR电路的输出。这种方法对于滤光轮上任意尺寸的颜色段都可以工作。通过跟踪每个颜色段(包括白色)的精确位置和持续时间，可以使用偏振滤光轮806(或者其它立体元件)更精确地与滤色轮同步，并且即使使用更高速度的滤光轮也能保持同步。在立体投影期间可以校正滤色轮平衡中的错误(例如与蓝色段尺寸不同的红色段)。本发明允许我们检测任意滤色段(包括白色)的位置和尺寸/持续时间；利用这种信息，我们可以控制偏振轮805(或者相似立体元件)的位置，从而在频率和相位上与任何所需的滤色轮段同步。
来自每个颜色检测器的独立输出可以用来校验特定颜色段的持续时间、段数、非标准颜色段、每帧的转数等等。
抗噪声光学编码器为了有助于维持相位和频率同步，通过避免由于漫射光或者滤光轮上其它污垢引起的错误检测，可以使转速传感器更精确地工作。通过向转速传感器中添加编码的(加密的)脉冲序列源和检测器，这将滤光掉会产生错误触发的入射到光传感器上的漫射光。
可以调制发红光的二极管(LED)发射器，而不是保留没有该改进的未调制状态，调制采用较低的数据速率(数百kHz或更低)信号，如取自板上振荡器的正弦波。可以调谐红外接收滤波电路以便只接受落在该信号通带内的信号。在这种方法中，如果检测到发射器调制，则只登记有效的传感器信号，使得漫射光不会产生错误的传感器信号。这可以通过使用简单的电容性带通滤波器电路来进行，其通带以板上电子振荡器的中心频率为中心并且其带宽足够窄从而避免通过这种振荡器频率的谐波(典型地在几十kHz以下将是足够的)。图9说明对如上所述图7的标准转速传感器结构的这种简单改进。如与图8相关的上述解释所示，在滤光轮905附近布置LED 902和光敏检测器901。另外，对该LED耦合低频振荡器904，使其传输要由通带滤波器903滤波的预选的可检测数据。如此，可以滤光掉否则可能引起转速传感器错误触发的不需要的漫射光。只有滤光轮标记引起的位流的合法中断将触发转速传感器脉冲。
在这种方法中，如果检测到LED发射器调制信号，将只登记来自旋转轮的有效传感器信号。如果来自另一个源的漫射光照射接收器，所得的信号将落在该接收器滤波电路的通带外面，并因此不会检测到。如此，漫射光将不会产生错误的传感器信号。预期这种方法能提高旋转轮测量的信噪比3dB或更多。这种方法也可以扩展到多个传感器的情况，如那些用来区分滤色轮位置的情况。实际上，只要它们使用的调制信号在任意接收器滤波器上不重叠，同一个投影仪中的多个旋转元件可以同时使用这种方法。例如，可以使用两个独立的调制频率来驱动两个LEDs，其中第一个LED测量滤色轮的转速，并且第二个LED测量立体轮的转速。只要两个接收器电路在两个LED调制频率之间可以区分，两个LEDs将不会彼此干扰。这些方法可以扩展到在单个成像系统中的任意数量的旋转元件。
参照图10，示例的转速传感器实现1004将使用LED作为滤光轮1005一侧上的光源1001和在滤光轮另一侧上使用光敏二极管1003。滤光轮上的标记1007对于滤光轮的每一循环在输出1006处触发来自光检测器1003的输出脉冲，其与上述“n分”电路耦合。优选的实施方案包括位流校验电路1002，其产生可识别的且可重复的16位或24位模式(数量对于本发明不是关键的，只要其大至足以避免错误触发就行，即投影仪环境中的任意光噪声重复所述位模式)，其通过检测重复的16或24位序列由微处理器1002进行校验。对于本实施方式不需要这种实现，但这对于避免错误触发是有用的。
在几百kHz下编码的位流的传输速率和大约2-3度盘圆周的滤光轮上的标记，其中对于85Hz的视频信号，四方位(four-aspect)的盘在大约21.2Hz下旋转，足以中断位流中数千个被编码并传输的位，所以为校验检测标记提供了高度可靠的靶标，这与滤光轮上可能存在的其它随意的障碍物，例如灰尘相反。这些设计思想的变体只不过是不会偏离本发明实施方案精神的设计选择。
用于电子设备的通用立体图形触发外围设备许多PCs，包括苹果的MacintoshTM个人计算机都有能力按3D模式运行，因而由3D应用程序接口(“API”)说明两个相机目标，它是OpenGLTMAPI或微软的Direct3DTMAPI。PC要求设备驱动程序触发外设(如上述的快门眼罩)以阻断一只眼睛的视图或者另一只。上面我们将这种触发称作页交换信号和同步信号。这些API技术同产生3D图像对的软件一样是工业标准。在这些标准接口下可以容易地使用我们的发明，并且还允许使用无源眼罩和单投影源，从而在这些系统上实现立体投影。这些还允许用户改变计算机上视频卡，包括页交换信号的输出频率。这就允许广泛的计算机和投影仪来利用本发明。另外，能够使页交换立体驱动程序工作的软件将使本发明应用更宽，如全运动数字视频。
标准的视频游戏平台具有USB，或者其它工业标准的与外设连接的连接器接口。根据本发明的实现，提供与游戏平台USB总线连接的硬件并且在适于和立体成像/投影系统连接的输出下提供同步信号。该硬件可以由一侧具有USB连接接口并且另一侧具有给外设提供兼容信号的电子连接的电子电路(许多种连接器可以满足这种需求，例如具有垂直校准键的3针设备)组成。
换言之，本发明包括含有与具有USB端口的视频游戏平台和由本文中所述的立体投影设备实现的3D电视二者连接的器件的外壳。本发明可以用于转化游戏平台信号，使其以3D显示。本发明与PC或DVD播放机输出一起工作，并且可以修改成与许多视频游戏平台一起工作。通过使用本发明的一个方面可以从视频游戏USB接口中提取同步信号。然后，游戏平台视频信号在与实现3D的电视连接的标准3针输出连接器处可以是缓冲的输出，从而提供视频和同步信号。
任选的验证I2C盒可以控制哪个游戏供应商可以达到3D显示能力。驱动所有游戏平台的软件是3D兼容的，但是因为尽管游戏能够提供立体视频输出但却没有为交换眼睛视图提供页交换信号，所以没有提供自动的3D能力。视频游戏盒在内部产生synch信号(即页交换信号)，并且本发明允许USB栈例示将信号观察视频引擎，并在存在同步信号时提供指示信号。因此，本发明的一个方面是访问USB栈以提取synch信号(关闭USB端口)。左/右眼视图的信息可以通过USB端口访问，并且USB信号栈的修改提取所需的信号。
本发明适用于任何串行类型的端口(火线、CAN、SM总线、I2C、蒸汽线(vaporwire))和任何外围扩展总线。通过使用本发明的一个方面，视频游戏操作系统能够例示设备驱动程序，视频引擎中的一个观察者直接与USB栈通讯，向下至硬件并通过USB端口。
图11中说明这种方法。在优选的实施方案中，我们从USB接口1108处的视频输出中提取1103游戏平台1101的计时信号1109、缓冲并且将之放大1104，并且将其重新传送给立体触发输出1107，该立体触发输出1107连向成像装置(例如基于后投影DLP的电视)1106。任选地，我们可以使用电子设计中可获得的标准方法用电子滤波来除去不需要的噪声或者其它信号分量。可以借助内部USB集线器1111在多个输出1105中分开视频信号，从而使一个游戏平台可以驱动几台显示器，或者可以选择由游戏平台驱动哪个显示器，或者简单地代替游戏控制台上的USB端口1108，从而能够使用其它的USB设备，例如游戏控制器。例如借助与DLP投影仪系统连接的常用电缆从游戏平台向3DTV传输输入视频数据流1112。
至于图12，在1201处显示了游戏平台的相关内部构件，并且其中包括主机控制器驱动程序、USB主机驱动程序、USB类驱动程序、操作系统和视频子系统。本发明实施方案由图12中在1207处具有提取的同步信号输出的USB设备1210代表。用于本发明实施方案的软件设备驱动程序1113通过借助USB栈与视频子系统通讯从而将页交换信号送出USB端口来实现立体显示模式。将这种情况看作是未归类的USB设备并且需要特殊的驱动程序。当将立体图形投影适配器插入USB端口中时，驱动程序激活并且开始借助操作系统，例如vsync和立体页面寄存器检测视频子系统的状态，其表明了正传输右眼视图还是左眼视图，并且从中提取同步脉冲数据并在USB输出端(在图11中以1108表示)输出同步脉冲。驱动程序将与提取同步脉冲同时激活游戏系统的立体图形输出能力，从而通过USB端口与同步脉冲一起输出标准游戏系统多重立体图像流。
当缓冲信号时，我们的发明可以强制验证连接的装置(例如使用I2C接口或相似方法)也是重要的。例如，今天当将可插拔电子器件插入插口中时，使用I2C作为工业标准接口来验证。在可插拔装置和插口之间存在简单的电子信号交换，其可能包括例如可插拔装置部件号、生产商等的信息。根据I2C标准，如果该组件来自许可的来源，则允许与系统的其它部分连接，否则断开。
可以使用这种方法只允许所选的装置连接入立体系统中(例如只有来自合格的供应商，或者来自已知的兼容技术的游戏平台)。在我们的发明中由I2C接口提供许可，并且只向那些同意提供兼容组件或者许可该平台的外设生产商公开。不是来自许可源的组件将不允许与系统连接。I2C接口的握手协议已经充分记载在文献中，例如参见RoyalPhillips网站，通过将任何网页浏览器指向万维网“semiconductors.philips.com/acrobat_download/literature/9398/39340011.pdf”处，并且用作需要验证类型的一个实例。
替代地，可以使用模拟VGA电视端口作为我们发明的接口，并且强制验证通过该接口。例如通过控制玩游戏对游戏开发平台的连接，也可以使用验证来执行其它标准。特别地，PlayStationTM通过发行其可以产生并测试新游戏的控制台版本能够开源开发。在三维游戏的开发期间，同我们的发明所进行的一样，希望动态地启动或者禁止立体接口。图11说明与同步信号输出结合的任选的切换功能。因为许多游戏平台也起着DVD播放器的功能，所以当在游戏平台上播放DVDs时本发明还可以用于控制对立体特性的访问(例如在需要时启动或者禁止所述特性)。
目前，PC产生的立体VGA数据流是模拟信号，具有大约300MHz的带宽(或者每个2D图像大约150MHz)，它可以分解如下对于视频卡上的RAMDAC存储器(大多数视频卡具有300MHz的RAMDAC，并且从大约120Hz(每只眼睛视图60Hz)的处理中可以获得可接受的视频)，(1024×768×4位×1比特/8位)×120Hz刷新速率＝每秒279,429,120比特。明显地，随着视频图像和光学技术的发展，这些值可能改变，但是本发明的使用性仍是适用的。
至于图13，如编程代码1113所实现的一样，说明本发明的方法。当将USB(或者与之类似的任意总线装置)装置插入游戏平台的USB端口中时，它被分配独一无二的ID。将这称作枚举，并且本发明实施方案的第一个步骤1301确定该装置是否已经被枚举。一旦插入后，装置广告其在那里并且拥有一个地址，它还通知USB集线器它的功率需求(因为直至由USB栈授予更多功率时只允许USB设备使用100mA)。
接下来，在1302处，在已经插入并且枚举了该装置后，当准备好使用该装置时，驱动程序将轮询视频装置驱动程序，或者vsync寄存器、或者视频地址空间，或许在大于或等于1kHz量级的非常高的速率下，以察看是否已经显示了左页或者右页。视频驱动程序广告此信息，并且轮询是获得此信息的一种方法。同时，装置驱动程序将自动用信号通知游戏平台进入页交换立体模式，开始以多个图像流传输两个图像视图。当在1303处检测到页交换信号时，将输出切换1304成传输与检测的页交换信号相应的同步脉冲。替代的方法利用视频子系统在其输出的垂直synch信号上产生中断。可以使USB驱动程序注意到这个中断，并且对其附加代码以只在垂直同步脉冲上轮询。因为明显地在垂直同步脉冲上总是发生页交换，所以这更有效。然后，借助输出(在本实施例是3针立体输出)提供按此方式从页交换的平台上检测到的同步信号。
多个偏振滤光片当投影仪不是3D或者立体模式时，可操作本发明的另一个实施方案以增加立体图形投影仪硬件的光输出。当关闭3D模式时，立体图形投影仪视频数据绕过立体投影仪设备3D电路并且通过DLP投影仪设备以2D模式直接投影。在投影仪市场空间中，为更大的亮度付出额外代价，当需要以最优的亮度观看正常内容时，这经常阻止立体投影仪的使用。原因是如果光束不与传输轴对准，那么应用偏振器的当前投影仪通过吸收使光束衰减。当处于立体模式下时，通过使用更高的照射强度，如通过控制灯电流/电压，从而在更高的功率下工作并产生更多的光，可以降低这种影响。但是，这会降低灯的寿命和可靠性、浪费能量，并且需要一些附加的灯控硬件。优选当系统不在立体模式下工作时，在不改变灯亮度的情形下增加图像亮度。
参照图14A，说明多个偏振器实施方案的实现。锁定多个相锁轮的相位，使之成为更高级系统1400，从而操作成控制组合的轮组件的相位和频率。该系统使用两个平行的前述3D电路。第一个和第二个立体图形投影设备(“SPA”)1401和1402各自与独立的偏振轮1409平行耦合。每一个都包含相位/频率检测器、环路滤波器、马达控制器和n分电路，所有组件如上面关于图3A所述。每一个还从与其各自的偏振轮耦合的转速传感器1408接收转速信号，并且从直接与SPA1 1401耦合并且通过反相器1405与SPA2 1402耦合的场变换器1403接收页交换信号。如上面关于图3A所述，将视频流输入1404并行地提供给DLP投影仪1406和场变换器1403。反相器的使用假定转速传感器有效地位于每个滤光轮上的相同位置。该反相器的使用是任选的，并且必须考虑到布置在每个滤光轮上的转速传感器标记的位置来选择。如果所述标记处于滤光轮上的这种位置，并且转速传感器也适当地位于圆周位置中，当滤光轮相对于其空隙和偏振的区域相位偏离180°时触发转速传感器，那么不需要反相器。因而，每个SPA的马达控制器控制相应的马达1407，使一个偏振轮的偏振段总是在由DLP投影仪1406投影的投影图像1410的路径上。当除去立体同步信号时，投影仪固件将强制按透明状态对准。
参考图14B，说明操作该实施形式的方法。在步骤1451中，系统确定是否激活3D立体模式。如果激活，那么在步骤1452和1453中，激活两个立体图形电路，如下面所讨论。如果在步骤1451中，系统确定不激活3D立体模式，那么在步骤1454和1455处，系统固件(任选地马达控制器的一部分)将指导马达控制器对准投影仪光束路径中的空隙段，使得这些段“停止”在使投影的图像亮度最大的位置。因此，必须定位滤光轮上标记的所选位置和转速传感器的圆周位置，使得当滤光轮停止时滤光轮标记直接停止在传感器LED的路径中，并且滤光轮的空隙段处于投影仪光束的路径中。在马达控制器中实施并适当编程的公知的马达控制固件将这种定位用于校正操作。
甚至当不需要偏振器或者其不活动时，如当观看非立体内容时，使用按照与视频信号相位锁定方式旋转的单个偏振器也总是使光减弱。参照图14C，通过使用两个或更多个旋转的偏振滤光轮1456可以解决这个问题，每个滤光轮包含空隙部分1458和偏振部分1457，或者换句话说由整数倍个偏振和空隙段组成。彼此正交地偏振滤光轮的偏振段，使得当它们交替地对投影的光束滤光时，将交替地正交偏振(90°偏移)——一个用于左眼且一个用于右眼。通过由独立的马达驱动每个滤光轮，当不需要3D操作时，可以使滤光轮停止在两个透明段在投影仪光束路径1459中重叠的位置处，从而消除了与单个偏振器系统相关的光束衰减的问题。在立体图形显示模式期间，对于每个滤光轮包含单个偏振段和单个空隙段的情况而言，滤光轮将彼此相位偏差180°地旋转，从而一个轮子的一个偏振段总是在光输出流1459的前面。轮子的旋转方向在本实施中不是关键的。
周期加速和减速的信号合成器通过更精确地控制滤光轮的旋转，可以改进图3A所示及相应描述的本发明的实施方案。因为滤光轮包含对于产生3D效果更有效的区域，所以对于位于最希望的偏振区域间的那些滤光轮部分可以增加角度旋转。当中间区域位于光投影通道中时，即它们对投影的图像滤光时，可以增加轮子的速度以缩短中间区域位于投影光源前面的持续时间。这将引起所希望的滤光轮偏振区域在所希望的偏振角度更长时间地对投影的图像滤光。图15C中说明这一点，该图说明滤光轮1550及其上面的区域，包括四个所需的偏振态1530，标记为偏振角为0°、90°、180°或者270°的左“L”或右“R”区。优选当这些区域1530处于图像投影路径中时，即它们对投影的图像滤光时，滤光轮旋转得更慢，并且滤光轮在这些区域之间1540旋转得更快。
参照图15A-C，通过使马达驱动放大器1504接受可以如下产生并且施加到马达的双极截取(truncated)指数误差或者干扰信号可以实现这种性能。参照图16，说明基于频率适应ROM的干扰合成器，它产生将施加到滤光轮驱动马达的干扰或者“误差”信号。本领域技术人员将容易领会还可以使用泰勒级数、矩阵运算、三角函数、对数和其它数学方法实时计算这种波形。在图16中，干扰合成器1603从1601处的转速传感器和波形ROM 1605，例如DAC中的数据阵列获取输入，并且包括其输入1602取决于旋转的滤光轮特性，如RPM和在滤光轮中提供的方位(aspects)数量的前向分配器。从存储在存储器中的查找表中获得所需的输出干扰信号，例如可以使用波形ROM 1605作为存储单循环的有价值数据的触发引擎，如1611处所示的2π弧度波形。
在这种设计中，从转速传感器输出并且在1601处接收的滤光轮的速度设置了索引ROM单循环数据的速度。分配比从每个滤光轮偏振态的数量得到，例如4。因此，如果ROM存储的输出是2π弧度，那么前向分配比对于每个转速信号脉冲是1。这是图16中的实例，其中存储的ROM表1605将包含1611所示的输出。干扰合成器自身调节振幅和频率以产生调节后的实际输出1606。
这种干扰信号具有对本发明正确工作基本的两个重要性质；该信号与相位和频率锁定的系统中的相位和频率参考同步；并且对于相位锁定不重要的系统，该信号与频率同步。换言之，信号相对于旋转的光学装置是循环不变的(cyclostationary)。本发明的改进被实施成类似伺服的马达控制系统，从而控制速度和位置以实现这种速度上的周期变化。对本领域技术人员明显的是使用模拟电路、数字控制装置如数字信号处理器、微处理器、微控制器、分立的逻辑和半导体器件、软件、固件、或者它们的任意组合可以容易地实现这种控制器。在这种技术中需要注意到一些实际的考虑。在马达减慢的情况中，存储在旋转质量中的能量在驱动放大器中转化成热量，或者重新返回电源中，在那里它将或者提高电源干线电压或者作为热而耗散。
参考图17，可以基于系统性能和特性，例如转动惯量、马达转矩等计算一次存储在ROM中的波形数据，然后在下面的等式中以常数k表示。用于计算双极截取指数驱动函数的等式，例如对于0到π是ke-x，并且对于π到2π是-ke-x，产生图17中所示的波形，然后将其相对于作为基于相位偏移容差(phase shift tolerances)的函数计算的度数带截取。将可获得的相位容限除以滤光轮中方位位置的数量，提供了图中所示的最小消隐间隔(blanking intervals)。如果该消隐间隔没有充分截取干扰信号，则干扰反馈控制可能引起不需要的不稳定。
图15A-C中说明其它实施细节和所得的性能改进。参考该图，典型地由放大器1504输出电压驱动马达1506。根据基本控制理论，该放大器典型地具有用来设置静态工作点或者怠速的参考输入信号1510，其由典型的视频信号通用刷新速率确定，如上面对图4的讨论中所述在本实施方案中将是2.5V，其中电压供应是5V和0V。命令输入信号1511控制与参考的偏差。如上所述合成干扰信号，在图15A中以D(s)1503代表该干扰信号，并且在一个放大器输入端1511处与来自如上所述的环路滤波器1505中的正常马达控制输出一起施加。如图15B所示并且如上所述的干扰信号与正常的马达控制信号一起应用并且扰乱马达控制信号，如同如图15B的轮速图中所示马达以预定的方式周期性地加速和减速，并且如上所述。如上所述，提供给干扰合成器的触发信号1502由相位/频率检测器1501提供，就像从转速传感器中接收到的一样。在所示的图中，干扰信号是双极截取的指数，但是本领域技术人员能领会只要它与马达转矩常数和转动惯量有关，其可以是由适当的合成器提供的锯齿、正弦曲线、斜坡，或者任何任意的信号。
在马达加速的情况中，放大器向马达供应能量使旋转质量加速至给定间隔所需的速度。在任一种情况中，通过向马达放大器提供适当的去耦电容可以缓和电源干扰(电容器的1/2 C×V2对1/2质量×角速度2)。如果所述系统由非理想的器件组成，该电容可能是系统的重要性能元件。
使光机械滤光片与一系列视频同步脉冲同步本发明的另一个优选实施方案可操作成使用于控制图像投影系统中的滤光元件的旋转或者直线/角度致动机构同步。旋转电机械机构的一个实例是无刷DC旋转装置，但是这个实施方案只是个实例，权利要求不仅局限于这个实施方案。可以用来在成像系统中定位滤光器或者偏振器的电机械实施方案的其它实例包括永磁体同步装置、无传感器式BLDC、开关磁阻、机械整流机构、AC感应、同步AC感应和场偏转伺服设备，以及对本领域技术人员明显的其它电机械系统。同步是对源于兼容工业标准视频信号和编码系统的模拟或数字视频源的一系列脉冲，或者是对这些脉冲的衍生信号而言的。
实现这种同步是对如图3A中所示的本发明的增强，并且尽管纯的硬件或软件实现也是可行的，但是优选在固件中实现。该系统提供了充分的相位和频率响应，但是对于内禀大转动惯量的系统，使用这种方法通常不能获得性能需求标准。为了阐明，大的机械致动器可能需要快速加速或减速。如果这种机器具有足够的惯性，将有两个本实施方案克服的基本问题。第一个是根据系统动力学发生这种改变可能需要不切实际的长时间。引起的第二个问题是这可能花费大量的能量来快速进行。这转化成高的环路增益，引起过高的噪声灵敏度、降低了相位容限并且伴随着可能失去稳定性。
图18说明本发明这个优选实施方案的系统实施。与图3A的系统相似，图18的实施包括通过开关1801进入系统中的立体图形视频数据，其中场变换器1802提取同步信号或者页交换信号1820并且将其转发给包含马达控制程序逻辑1850的马达控制器1805。步进马达1807(具有相应说明的图19A中所示的例子)与依次旋转滤光轮1806的转轴1808耦合。本实施方案中的滤光轮包括四个标记1812和两个转速传感器1811及1815，其每个能够检测相对的标记对1812，如下面更详细地解释。由马达控制器1805接收来自相应的转速传感器1811及1815的转速传感器信号1830和1840，马达控制器通过内部编程1850使图19B中例示的步进马达波形驱动信号与页交换信号同步，从而滤光轮1806的偏振态1832在DLP投影仪1809的图像投影路径1833中临时中止。DLP投影仪投影通过开关1801接收的视频数据1831。本优选实施方案不需要前面参考图3A的系统所述的相位/频率检测器、环路滤波器、或者n分电路。
图19A说明已经标有北极和南极的永磁体步进马达1904，其具有45°的步进角、四个具有线圈1905的定子支架(stator legs)1901，所述线圈用于在通过向线圈施加电压而顺序激励线圈时诱导转子1902旋转。图19B中示出常规的可编程正交驱动波形，当向相应编号的线圈接线端施加步进电压波形1-8号时，该波型将诱导转子1902连续地静态旋转。在本实施方案中(为了便于说明)，每个步进将诱导一个步进转矩并且使转子转动45°。在定子支架中相应增加的情况下，以15、7.5、9、1.8等的度数间隔可以获得许多马达装置，这在我们的实施方案中可以容易地实现，并且当然被认为在我们的发明的范围内。通过实施图19B中所说明的空闲功能(idle function)，甚至在缺乏相位/频率检测器的情况下，系统也将在通电事件期间达到静态速度。在任何时刻，图19B的电压波形中所示的DC电压可以保持不变，并且通过感应的保持力矩在适当的位置锁定马达。
参考图20A，说明根据本发明这个优选实施方案的标记的偏振滤光轮2002。滤光轮包括多个标记，例如标记2006，它们是在滤光轮上基本上分开180°布置的成对标记，以及同样在滤光轮上基本上分开180°的标记2005，每对彼此分开90°。在上面布置标记2006，使得它们在相同的径向路径上但是与标记2005分开。在图20A的实施例中，标记2006处于较接近滤光轮边缘的径向路径中。基本上与如上所述的转速传感器相似的左传感器2001和右传感器2003位于分开基本上90°的位置，以分别检测与它们对应的标记2005和2006，但是不会检测与其它传感器对应的标记。
参考图20B，说明由左和右转速传感器2001和2003实施的转速传感器电路。盘2002在光传输半导体2010，例如LED和光敏晶体管2011之间旋转，其中盘标记2005能够阻断由LED2010发射的光2016。当阻断光时，晶体管2011关闭，并且在输出2012处将逻辑高信号传输到马达控制器1805。光敏晶体管2011与地2015耦合，并且如图所示通过电阻2014与电压源2013耦合。相似地，LED 2010与地耦合，并且由通过电阻的电压供电。
参考图21，说明与页交换信号2101同步的示例性控制波形2104，以及用来在投影的图像数据路径中在其四个正交的偏振态2004的每个态下临时停止旋转滤光片的图20A的旋转偏振滤光片的位置。为了简化说明，与图19A-B的实施中所示的八个波形相比，只显示了一个用于马达阶跃脉冲2104的控制波形。通过扩展，本领域技术人员可以容易地将下面的说明用于具有任意数量定子支架的任意尺寸步进马达。在示例的波形2104中，说明了使滤光轮发展成所需偏振方位所需的四个马达驱动脉冲2107。因为这些方位在图20A的滤光轮实施中分开90°，所以这些马达驱动脉冲表明目标驱动马达是22.5°的步进马达。
参考图21，左偏振器良好(“高”)2102表示当佩戴如上所述的无源眼罩时观察者的左眼视图未被阻断，以便看见投影的图像，并且右眼滤光轮偏振与观察者佩戴的无源眼罩的右侧眼镜偏振正交，从而阻断了他的右眼视图。右偏振器良好(“高”)2103表示当佩戴如上所述的无源眼罩时观察者的右眼视图未被阻断，以便看见投影的图像，并且左眼滤光轮偏振与观察者佩戴的无源眼罩的左侧眼镜偏振正交，从而阻断了他的左眼视图。简言之，下文将给出更多细节，当或者左或者右传感器检测其相应的标记时，步进马达在该期间停止。
将页交换信号2102输入到马达控制器，并且页交换信号包括马达控制器逻辑驱动滤光轮的参考。页交换信号的高状态2106和低状态2105中每个与投影仪传输的左眼视力或右眼视图相应。在本发明示例实施方案中，如参考图3B的讨论所述我们表示了具有逻辑高2106的右眼数据。在分别从左和右传感器2102和2103中接收的信号中，高的电压水平对应于检测到标记的传感器。当因为由滤光轮提供给投影图像光束的偏振态处于与观察者眼镜中一个镜片的偏振角正交的所需偏振角下，滤光轮暂停时，成为时间间隔。示例的马达驱动信号2104表示在任意传感器检测状态(“高”)期间由于没有驱动脉冲而临时暂停。对于左偏振传感器“良好”的信号，间隔2108表示驱动电压临时暂停，从而在该间隔期间停止马达。对于右偏振传感器“良好”的信号，间隔2109表示驱动电压临时暂停，从而在该间隔期间停止马达。只要图18的投影实施在运行，这些控制信号和脉冲就无限期继续。响应马达控制器中编程的马达控制逻辑1850产生这些脉冲，将在下面更完全地说明。
参考图22，说明根据本发明优选方法的马达控制逻辑编程1850的流程图。在初始化之后，在2201处确定页交换信号的状态。如果页交换信号为低，表明在进入的视频信号中存在左眼视图数据，那么程序分支到2202以检查左传感器的状态，并且如果页交换信号为高，表明在进入的视频信号中存在右眼视图数据，那么程序分支到2207以检查右传感器的状态。如果页交换信号为低，那么在步骤2203，检测左传感器，是否由左传感器在滤光轮上检测到左标记，例如左传感器为“良好”，这将由逻辑高水平来表示。如果未检测到标记，即左传感器不为“良好”，那么马达进行至2205处的一个步骤，对应于在2107传输一个马达阶跃脉冲(这表示总共四个脉冲)，并且再次在步骤2101检查页交换信号状态。如果实施具有45°步进的图19A的马达，那么在此情况下通过算法的两次循环将使马达前进大约90°。
如果在步骤2202处检查了左传感器后，在步骤2203检测到标记，那么因为检测到的标记表示滤光轮处于正确的有效正交偏振位置，所以在步骤2204停止马达，并且在步骤2101再次检查页交换信号状态。(这也由图21的马达步进波形2104表示，其中当传感器处于“良好”位置时，电压处于保持水平)。使该保持位置维持标记在左传感器中存在的持续时间，这可以通过编程的算法循环多次。
如果，在步骤2201处，页交换信号为高，那么在步骤2207检查右传感器，是否由右传感器在滤光轮上检测到右标记，例如右传感器为“良好”，这将由逻辑高水平表示。如果在步骤2110未检测到标记，即右传感器不为“良好”，那么马达在2110前进一步，对应于在2107处传输一个马达阶跃脉冲，并且在步骤2101再次检查页交换信号状态。如果实施具有45°步进的图19A的马达，那么在此情况下通过算法的两次循环将使马达前进大约90°。
如果在步骤2207下检测了右传感器后，在步骤2208检测到标记，那么因为检测到的标记表示滤光轮处于正确的有效正交偏振位置，所以在步骤2209停止马达，并且在步骤2101再次检查页交换信号状态。(这也由图21的马达步进波形2104表示，其中当传感器处于“良好”位置中时电压是保持水平)。使该保持位置维持标记在右传感器中存在的持续时间，可以通过编程的算法多次循环这种情况。
本发明的优点我们的发明可以操作具有一个、两个、或者三个数字微镜器件(DMD)的投影系统，其中使用更多个器件来改善颜色对比度和分辨率。我们的发明允许在投影仪外部布置第二个旋转偏振器。如此，可以改进任何现有的投影仪来提供3D效果。其中，我们的发明包括在旋转偏振器和投影仪信号之间提供频率和相位锁定，或者提供处理隔行扫描或者帧序列视频的能力。隔行扫描没有闪烁，但是隔行扫描轴上的分辨率降低一半。帧序列有一些闪烁，但是在两个轴上维持全部分辨率。
我们发明的另一个实施方案实施四级反馈控制回路和电路设计，其在DMD信号和旋转偏振器之间提供了四个用于频率/相位同步的独特的锁定和俘获点。在反馈控制电路的根轨迹(root locus)上有四个稳定的点。这就保证了提供频率/相位同步的反馈回路的稳定性。对于本领域技术人员，明显地可以对我们的四级控制系统进行修改而基本上不会改变基本的发明。
我们的发明只需要一片线性偏振材料，而不是多个偏振的片段。我们的发明包括在与DMD信号或者滤色轮不同的速率下旋转偏振轮的能力，为调节DMD信号(例如适应相邻像素间的平滑)或者改善系统分辨率(例如通过在DMD和偏振器信号之间引入频率或相位偏移)提供另一个控制变量。
我们的发明包括我们在实验上已经证实的能够在两个偏振态之间100％消光的实施方案。因为它只使用一个偏振片，所以这是可能的。因为我们的发明不需要修改投影仪滤光轮(它是在数千RPMs或更高下旋转的精确平衡的器件)，所以在低成本实施变得非常容易。此外，我们的发明可以在远低于滤色轮的速度下旋转偏振轮，简化了系统的机械设计并提高了可靠性。此外，我们的发明允许旋转的偏振元件的速度变化，在旋转周期中某些点处移动得更快并且在其它点处更慢，从而实际上消除了图像中的色彩模糊和闪烁。
替代的实施方案尽管为了阐述已经在本文中说明了本发明的特定实施方案，但是可以做出各种修改而不会背离本发明的精神和范围。特别地，在一个实施方案中，通过在不同的角度下，可控地加速和减速集成或者独立的旋转光学器件的旋转，本发明解决了上述问题。使用步进马达，可以在产生左眼和右眼图像完全分离的那些位置(即传输轴与观察者眼镜中的左眼滤光片或者右眼滤光片对准的那些位置)处固定旋转元件任意时间。根据偏振轮和观察眼镜的设计，这可能发生在旋转轮上的几个不同的位置处。另一个实施方案可能利用在3D立体图形投影设备关闭期间维持滤光轮的静态转速，从而避免通常需要的斜线上升的延迟，直至马达达到满意的操作速度。再另一个实施方案可以提供一种改变承载3D信号的进入的标准ATSC电视信号的设备，以便由本发明的立体图形投影设备操作。因此，本发明的保护范围仅受下面的权利要求及其等价物的限制。
权利要求
1.一种设备，包括包括两种滤光区和多个可检测标记的盘，每个标记相应于一个滤光区；与所述盘耦合的传感器，每个传感器用于选择性地检测与一种类型的所述滤光区对应的标记的位置；控制逻辑和马达，其中所述马达与所述盘耦合，并且所述控制逻辑用于响应来自控制逻辑的控制信号而旋转盘；及输入端，用来接收在至少两个状态之间交替的命令信号，其中通过控制马达旋转至第一个预选的位置，所述控制逻辑与一个所述状态对应。
2.根据权利要求1的设备，其中通过控制马达旋转至第二个预选的位置，所述控制逻辑与第二个所述状态对应。
3.一种3D成像设备，包括输入端，用于接收包括与图像数据中的图像流对应的同步信号的立体图像数据；用于投影立体图像数据的数字光投影仪；马达驱动的旋转滤光片，位于投影的立体图像数据路径中，用于独立地偏振立体图像数据中的投影图像流，所述滤光片包括多个用来控制其旋转的可检测的标记；及马达驱动控制电路，与所述输入端耦合，用于接收同步信号以及使滤光片的旋转与该同步信号同步。
4.权利要求3的设备，进一步包括第一转速传感器，与旋转滤光片和马达驱动控制电路耦合，用于检测一个所述标记，并且用于向控制电路输出信号表示该检测；及第二转速传感器，与旋转滤光片和马达驱动控制电路耦合，用于检测第二个所述标记，并且用于向控制电路输出信号表示所述检测第二个所述标记。
5.权利要求4的设备，其中所述控制电路包括如下电路，其用于接收到控制电路表示检测的信号、到控制电路表示所述检测所述第二个标记的信号、以及同步信号，并且用于同步滤光片的旋转，从而使所述标记的检测与同步信号同步。
6.权利要求5的设备，其中所述标记在预选的位置处布置在滤光轮上，从而所述检测一个所述标记表示相对于投影的图像流滤光片处于第一偏振状态中。
7.权利要求6的设备，其中所述标记在预选的位置处布置在滤光轮上，从而所述检测第二个所述标记表示相对于投影的图像流滤光片处于第二偏振状态中。
8.权利要求7的设备，其中对应于所述图像数据中的第一种类型的图像流，所述检测一个所述标记与接收的同步信号的第一个状态同步。
9.权利要求8的设备，其中对应于所述图像数据中的第二种类型的图像流，所述检测第二个所述标记与接收的同步信号的第二个状态同步。
10.一种方法，包括以下步骤接收包含多个图像流的图像数据，每个图像流包括多个帧；向可视的屏幕上投影图像数据，其中所述投影步骤包括在图像流之间交替；及在旋转的滤光轮上对通过第一种类型的滤光区从第一种图像流投影的帧滤光；及在旋转的滤光轮上对通过第二种类型的滤光区从第二种图像流投影的帧滤光；其中所述图像数据包含与图像流之一对应的同步信号，并且对来自第一种图像流的帧滤光的步骤包括检测与第一种图像流对应的图像数据中的同步信号；及其中所述滤光轮包括与滤光区数量对应的多个标记，并且对来自第一种图像流的帧滤光的步骤进一步包括使图像数据中的同步信号与标记的旋转位置同步。
11.权利要求10的方法，其中所述对来自第一种图像流的帧滤光的步骤包括在第一个偏振角下偏振所述帧，并且对来自第二种图像流的帧滤光的步骤包括在第二个偏振角下偏振所述帧。
12.权利要求11的方法，其中所有的滤光步骤相结合而包括交替阻断投影的图像数据以免观察者的一只眼睛看到。
13.权利要求10的方法，其中所述使图像数据中的同步信号与标记旋转位置同步的步骤包括控制所述旋转滤光轮，从而响应同步信号的状态在预选的位置临时停止所述标记。
14.权利要求13的方法，其中所述控制所述旋转滤光轮的步骤包括对马达控制逻辑编程以驱动与旋转滤光轮耦合的马达。
15.控制步进马达旋转的方法，包括以下步骤a)检查交替信号的状态；b)如果所述状态是第一种类型，则检查第一种类型的传感器以检查第一类标记的存在；c)如果所述第一种类型的传感器表示不存在标记，则步进马达前进一步并且再次在步骤a)开始；及d)如果所述第一种类型的传感器表示存在标记，则停止马达并且再次在步骤a)开始。
16.权利要求15的方法，进一步包括以下步骤e)如果所述状态是第二种类型，则检查第二种类型的传感器以检查第二种类型的标记的存在；c)如果所述第二种类型的传感器表示不存在第二种类型的标记，则步进马达前进一步并且再次在步骤a)开始；及d)如果所述第二种类型的传感器表示存在标记第二种类型的标记，则停止马达并且再次在步骤a)开始。
17.一种由机器可读的程序存储装置，所述程序存储装置实际体现了可由机器执行以执行权利要求15的方法步骤的指令程序。
全文摘要
一种用于使旋转机器或者其它电机械致动装置与源于包括点优化控制规则的视频流的一系列同步脉冲同步的方法和系统。
文档编号H04N13/00GK1987553SQ200610135518
公开日2007年6月27日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年12月21日
发明者蒂莫西·M.·特里菲罗, 卡斯莫·M·德库萨蒂斯 申请人:国际商业机器公司