3维投影系统的制作方法

专利名称：3维投影系统的制作方法
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背景技术：
一般来说，投影类型显示器或视频投影仪在投影屏或其他表面(例如，墙壁)上显示与视频信号对应的图像。投影类型显示装置的主要特性之一是它们显示比诸如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)的其他显示器所产生的图像具有更大尺寸的图像的能力。 与能够投影的图像相比，投影类型显示装置具有相对较小的尺寸。传统地，使用这些视频投影装置用于商务展示、教室培训、家庭影院等。例如，在许多学校和公共机构中广泛使用投影装置，以在教授学生的过程期间在交互白板上进行投影。大多数现代投影装置能够通过手动控制来校正失真、聚焦和其他矛盾。然而，到此为止，已在固定CRT/IXD传统思维定式(mindset)(诸如，每一装置输出单一视频、或大图像的便携性缺乏)中设计了传统投影类型显示装置。

发明内容


图1图示了根据本发明(innovation)的方面的投影立体图像的系统的示例框图。图2示出了根据当前实施例之一的投影类型立体投影显示器。图3示出了在前和后接收表面上投射两个视频图像的显示装置的示例顶视图。图4示出了图示根据当前实施例之一的从光源到每一投影输出的光径的示例示意图。图5示出了根据一些实施例的底座(base)内的组件的简化示意性顶视图。图6和7分别图示了根据一些实施例的光源配置的简化正视图和顶视图。图8示出了根据几个方面的从激光器输出的光可被提供到光纤卷缆柱 (cabling) 0图9示出了根据几个方面的具有两个位置接口以及下面的投影腔剖面(cutaway) 以示出其中的组件的显示装置的示意性正视图。图10示出了根据本发明的实施例的前和后接收表面的示例配置。图11是图示了根据一个方面要由一个相机拍摄的对象的透视图。图12示出了根据一个方面由不同相机摄制(film)的第一和第二图像。图13示出了根据当前实施例之一的投影类型立体显示系统的透视图。图14示出了根据当前实施例之一的投影类型立体显示系统的另一透视图。图15示出了根据一个方面当具有一个视频流输入时的投影仪的简化示意图。图16示出了根据一个方面当具有第一视频数据和第二视频数据时的投影仪的另一简化示意图。
图17A、17B和17C示出了根据一些实施例的输入到投影仪的视频数据的示例安排。图18示出了投影类型立体显示系统的示例安排。图19示出了投影类型立体显示系统的示例安排。图20示出了根据一个实施例的交互采样运动视差的显示系统的示例框图。图2IA和2IB图示了根据当前实施例之一的用于立体视图的运动视差。
具体实施例方式现在参考图来描述本发明，其中始终使用相同附图标记来表示相同元件。在下面的描述中，为了解释的目的，阐明了多种特定细节，以便提供主题发明的透彻理解。然而，可以显而易见的是，可在无需这些特定细节的情况下实践本发明。在其他实例中，按照框图形式示出了公知结构和装置，以便促进描述本发明。如在该申请中使用的，术语“组件”、“模块”、“单元”和“系统，，意欲表示与计算机相关的实体，硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行的软件。例如，组件可以是但不限于在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行、执行线程、程序和/或计算机。作为图示，在服务器上运行的应用程序和服务器两者可以是组件。一个或多个组件可驻留在处理和/或执行线程中，并且组件可位于一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机之间。如这里使用的，术语“推断”或“推论”一般指的是从经由事件和/或数据捕获的观察报告的集合来推理(reason about)或推断系统、环境和/或用户的状态的处理。可采用推论来标识特定上下文或动作、或可生成例如状态的概率分布。推论可以是概率性的—— 艮口，基于数据和事件的考虑对于感兴趣的状态的概率分布的计算。推论也可表示用于从事件和/或数据的集合组成更高级别事件所采用的技术。这样的推论导致从观察的事件和/ 或存储的事件数据的集合构造新事件或动作，无论事件是否按照接近的时间邻近度相关， 以及这些事件和数据是否来自一个或几个事件和数据源。初始参考图，图1图示了根据本发明几个方面的促进投影类型立体显示的系统 100。一般来说，系统100采用用于投影类型显示装置的三维投影管理系统101，其能够在多个表面上投影多个图像，由此生成三维(3D)和立体效果。将理解的是，可在包括但不限于虚拟现实场景、视频游戏环境、娱乐环境等的各种场景中采用本发明。在各方面，该三维投影管理系统101包括对象识别组件103和图像分层组件105， 它们一起准备并促进三维视频的渲染。如下面将更详细地描述的那样，对象识别组件103 可分析数据，由此确立对象以及由数据代表的每一对象的透视图。图像分层组件105确立要在哪里显示对象以及如何显示对象。如图1中图示的，可采用一个或多个投影表面109 来按照维度(dimensionally)投影对象。将理解的是，通过在多个表面109上显示多个图像，可能建立三维或立体效果。由于每一图像包括二维OD)图像并且这两个投影接收表面隔开与投影图像垂直的距离D，所以获得三维效果，由此保证对于多个显示的第三维。这两个图像上的图像对象可然后按照2D在图像内移动和/或按照3D在图像之间移动。而且，图像之间的距离使能视差的感知。视差是沿着两个不同视线观看的对象的表观位移或方位差，并通过那两根线之间的倾斜角或半角来测量。当从不同位置观察时，邻近对象比更多远方对象具有更大视差，使得可使用视差来确定距离。人体感知特性也被称为运动视差，因为运动视差向观看者提供深度感知，由于当观看者移动时，接近观看者的对象比远方的对象越过视野移动更远。视差是人对3D空间的感知的重要要素(component)。 在系统100中提供视差为观看者供给丰富的经验，并为内容提供者供给给予观看者实际3D 内容和感知的能力。在诸如视频游戏的图形应用中，可通过硬件和/或软件来将情景构造为独立层， 其对于当游戏者/光标移动时按照不同速度滚动的层具有支持。这给予一些层比其他层更遥远的外观，并可用于创建深度的错觉(illusion)。例如，当用户的视点从一边移动到另一边时，视差中的多层的结果是远方的对象(更远层)似乎比接近相机的对象(更近层)移动得更慢。图2示出了根据当前实施例之一的投影类型立体显示装置10。如所示的，显示装置10包括底座12、具有用于从腔14输出光的相应光源112的多个投影腔14、以及多个位置接口 16 (例如，用于定位多个投影腔14的机械部件)。投影类型立体显示装置10能够产生至少两个视频图像，并在两个或多个接收表面上投影。图3示出了在两个接收表面13 和15上投射两个视频图像的显示装置10的示例顶视图。投影类型立体显示装置10通过分开显示近图像和远图像，而创建立体视觉效果。这两个接收表面之间的距离创建这两个图像之间的物理距离。在该示例中，接收表面(13,1 被设计为仅接收视频图像之一，使得位于接收表面前面的观看者可同时看见分层图像。分层图像提供在前和后接收表面13和 15上的直观表示(visual representation)之间的实际物理分离，以呈现立体显示。预期多种技术来实现来自装置10的投影图像的接收表面选择性。在一个实施例中，前接收表面13包括第一偏振膜，允许在其上形成具有第一偏振光的第一图像。类似地， 后接收表面15包括第二偏振膜，允许在其上形成通过第一接收表面传送的具有第二偏振光的第二图像。其他接收表面选择性机制适于使用诸如对于从与两个投影腔的不同投射角对应的不同角度进入的光具有选择性的每一接收表面上的双凸透镜(lenticular lens) 0 在下面段落将详细解释投影类型立体显示装置10的其他可选结构和机制。底座12被配置为例如相对于固定对象保持显示装置10的位置。在一个实施例中，底座12包括相对平坦的底部，允许显示装置10搁在诸如饭桌或课桌的平坦表面上。一个或多个高摩擦力垫子(pad)可附加到底座12的底壁，以增加与平坦表面的静摩擦。底座 12还可以包括收纳(receiving)槽，允许显示装置10的功能性附件的模块附加。例如，该槽可收纳夹子附加装置，包括用于将底座12夹紧在固定对象上的弹簧动力的夹子。这允许底座12和显示装置10被安放在诸如书架和小书房的垂直墙壁、以及个人衣服或诸如腰带 (belt)或皮带(strap)的附件的非平坦或非水平表面上。底座12还可以在其底部包括维度相同的另一槽，以允许在底座12的底部收纳功能性附件。外壳可保护底座12内的内部组件，限定底座12的外部维度，并限定内部光源腔的维度。如所示出的，外壳可以基本上是矩形的，并可包括四个侧壁。外壳的一个或多个壁还可包括气孔，允许空气在在内腔和该外壳外部的环境之间流动。在另一实施例中，外壳可包括比图2所示外壳更圆或更有轮廓的形状，并不必包括正交壁或矩形形状。由此，可对于外壳实现任何形状，无论多边形或不规则形状。投影腔14包括负责基于接收光和接收视频数据的图像的生成的组件。以及负责那些图像的投影的组件。投影腔14包括投影腔外壳32、光学调制装置(例如在投影腔外壳32中，图2中未示出)和输出投影透镜系统(例如在投影腔外壳32中，图2中未示出)。 光学调制装置根据在向光学调制装置提供的视频信号中包括的视频数据，而选择性地传送由底座12中的光源生成的光，这将参考图5进一步详细描述。投影透镜系统沿着投影路径输出由光学调制装置传送的光，并且这也将参考图5进一步详细描述。在操作中，底座12中的光源生成作为光通量(luminous flux)向投影腔14中的光学调制装置提供的光。在一个实施例中，一个或多个光纤向投影腔14中的光学调制装置传送来自底座12中的光源的光。光学调制装置根据在与要投影的图像对应的信号中的视频数据来选择性地传送光。投影透镜系统放大并投影该光学调制装置所形成的图像。按照张开角度(splay angle)投射图像，使得图像随着到接收表面13和15的距离的增加而放大。再次参考图2，投影腔14包括投影腔外壳32，用于保护该投影腔14的内部组件， 并限定该投影腔14的外部和内部维度。如所示的，投影腔外壳32是大约圆柱形的，除了其底部添加的收纳接口之外。投影腔外壳32具有与输出投影路径大致共线(collinear)的圆柱轴。投影透镜系统的输出光学投影透镜形成并密封投影腔14的前端。在特定非限制性实施例中，圆柱形投影腔外壳32的平均直径相对地为输出光学投影透镜的直径的百分之十之内。在另一非限制性实施例中，投影腔外壳32稍微慢慢变细，使得其前端稍微大于尾端，这导致输出光学投影透镜耦接到较大端的稍微截头圆锥体(frustoconical)形状。投影腔14的形状和设计可改变。例如，投影腔14的前端可成圆形以容纳圆形输出透镜，而尾端有角(cornered)以容纳矩形光学调制装置以及由矩形外壳较好地本地包含的关联支撑组件。投影腔外壳32如参考图8更详细地描述的那样限定内腔。投影腔外壳32包括适当刚性的材料，用于投影腔14的结构刚性以及内部组件保护。轻重量和硬的塑料或铝适于几个实施例。收纳接口被安排在投影腔14的下侧并允许投影腔14和位置接口 16之间的耦接。 收纳接口还允许投影腔14内的不完全适合的显示装置组件、或投影腔14外的需要空间排列的组件的包含和保护。在一个实施例中，收纳接口外壳包括与投影腔外壳32相同的材料，并延伸该投影腔外壳32所提供的内部投影腔。位置接口 16允许投影腔14相对于底座12移动，并允许投影腔14在移动之后维持相对于底座12的恒定位置。由此，位置接口 16允许用户瞄准(point)投影腔14，并容易地操纵显示装置10所投影的输出图像的位置。在一个实施例中，位置接口 16包括球窝轴承(ball and socket)组合，该组合允许投影腔14和底座12之间的旋转移动。在另一实施例中，位置接口 16包括波纹(corrugated)金属管，其足够刚性以保持投影腔14的位置， 同时足够服从用户弯曲管子以实现投影腔14的期望位置和方位。位置接口 16耦接到底座12并耦接到投影腔14。对于图2中示出的实施例，位置接口 16包括附加到投影腔外壳32的上端和附加或耦接到底座12的外壳的下端。更具体地，收纳接口的投影腔外壳32部分允许位置接口 16的上端的附加，而外壳的顶壁的中央部分允许位置接口 16的下端的附加。如所示的，位置接口 16在投影腔14的尾端和包括该输出光学投影透镜的前端之间的地点处耦接到投影腔外壳32。在一个实施例中，位置接口 16的上端在相对靠近投影腔14的主体(mass)的中央的地点处耦接，以使得传送到底座12上的机械力矩最小化，例如由投影腔14的主体中心远离底座12的主体中心的位移引起的力矩。在另一实施例中，底座12包括顶壁中的凹槽 (recessed groove)，允许位置接口 16折叠或坍塌(collapse down)到顶壁中，由此在不使用期间减小显示装置10的外形(profile)。图4图示了根据当前实施例之一的从底座12(图2)中配置的光源64到每一投影腔14的光径的示例示意图。光源64包括多个激光器组，例如红激光器组961、绿激光器组 962和蓝激光器组963，用于生成具有彼此不同颜色的多个激光束，诸如红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束。如图4中示出的，光源64还包括开关8，用于从红激光器组961、绿激光器组962和蓝激光器963组分别接收红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束。这里描述的具有激光器的任一实施例也可用发光二极管(LED)实现，或反之亦然，或用激光器和LED 的组合来实现。每一投影腔14包括光学调制装置102(例如，10 和102b)和投影透镜系统112。 光学调制装置102被配置为根据接收的视频数据来选择性地传送光源64所生成的光。投影透镜系统112被配置为沿着由输出A和B反射的投影路径来输出该光学调制装置102所传送的光。开关8能够按照预定顺序次序将红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束转向 (divert)到两个投影腔14的每一个中。例如，在一个实施例中，存在与第一时帧、第二时帧和第三时帧分别对应的三种模式。第一模式-在第一时帧期间，红色激光束从开关8传送到光学调制装置10 ；绿色激光束从开关8传送到光学调制装置102b。第二模式-在第二时帧期间，绿色激光束从开关8传送到光学调制装置10 ；蓝色激光束从开关8传送到光学调制装置102b。第三模式-在第三时帧期间，蓝色激光束从开关8传送到光学调制装置10 ；红色激光束从开关8传送到光学调制装置102b。第一时帧、第二时帧和第三时帧的持续时间在一个实施例中可以彼此相同。即，第一模式、第二模式和第三模式在光源64中依次均勻地施加。在一些其他实施例中，第一时帧、第二时帧和第三时帧的持续时间可根据系统需求而彼此不同。朝向这样的持续时间调整可被用作显示装置10的颜色控制方式。图5示出了根据一些实施例的底座12内的组件的简化示意性顶视图。光源腔65 由底座12的内壁22a-f限定体积和形状。光源腔65包括风扇6 和62b、光源64、电源 66、光纤接口 70、光纤线缆72、输入/输出电路74、控制电路76、和输入/输出接口 78。在一个实施例中，底座12被设计或配置为维持显示装置10的平衡。在该情况下， 底座12可被设计为在将底座12搁在平坦表面上的同时，维持投影腔14相对于底座12的任何位置的平衡。由此，底座12内的组件可被排列和定位，使得它们可累加提供与底座12 的占地面积的几何中心相对接近的主体的中心23。如图5中所示，作为底座12中典型最重的组件的光源64和电源66在一维中安排在占地面积的相对中心，而在另一维中被安排在主体的中心23的相对侧。在特定实施例中，底座12内的组件根据它们的重量排列，以便基本上平衡主体的中心23周围的力矩。每一组件的精确位置将取决于组件的数目和类型以及底座12布局。另外，外壳20可被确定尺寸，以提供足够宽的占地面积，来平衡由远离底座12的主体的中心23的投影腔14的各个位置和方位所产生的力矩。风扇6 和62b使得空气穿过光源腔65运动，用于冷却光源腔65中的组件。在一个实施例中，风扇6 和62b经由在底座12的一侧的进气孔(inlet air Vent)2^将外部空气抽取到光源腔中，并在空气已冷却了底座12的内部组件和外壳20的壁之后，通过排气孔24b将加热的空气排出到光源腔外部。应理解的是，风扇6 和62b、进气孔2 和排气孔24b布置应随着光源腔65内的内部组件布置而变化。具体来说，风扇6 和62b布置、 以及光源腔65内的由风扇62引起的气流图案根据底座12内的组件的单独温度调节需求以及热生成贡献来设计。光源64和电源66生成底座12内的最大比例的热，而控制电路76 和输入/输出电路74要求更严格的温度调节。对应地，通过进气孔2 进入的进入空气69在空气相对冷的时候初始地通过并冷却控制电路76和输入/输出电路74，并然后经过电源66和光源64，并最终通过排气孔Mb 退出。排出空气也可冷却分别使得风扇6 和62b旋转的风扇马达63a和63b。在一个实施例中，使用多个风扇来允许底座12的较低外形。应理解的是，所使用的风扇的数目和尺寸将取决于显示装置10内的发热以及维持一个或多个散热目标的期望气流。光源腔65还可包括在光源腔65内的一个或多个垂直或水平气流引导板(guide)67，用于如期望的那样指引(direct)和分布气流。在一个实施例中，光源64包括一个或多个二极管激光器阵列以及用于对二极管激光器进行供电和控制的一个或多个电路板。在该情况下，气流引导板 67被安排为指引冷空气穿过每一电路板的表面。如下面将更详细地描述的，风扇6 和62b 也可负责向/从投影腔14抽取空气经过位置接口 16，以冷却其中包括的光学调制装置。图6和7分别图示了根据一些实施例的光源配置的简化正视图和顶视图。在该情况下，光源腔65包括生成准直光(collimated light)的激光器阵列。激光器可包括例如二极管激光器和二极管泵浦固态(DPSQ激光器。二极管激光器所产生的准直光与辐射光是不同的，并且其特征在于，输出的光具有大致相同的方向、以及不同的相位。激光器阵列可包括一个或多个红二极管激光器96a、一个或多个绿二极管激光器 96b、以及一个或多个蓝二极管激光器96c。红激光器组961包括多个红二极管激光器96a。 绿激光器组962包括多个绿二极管激光器96b。蓝激光器组963包括多个蓝二极管激光器 96c。如本领域技术人员将理解的，每一颜色的激光器的数目和功率根据显示装置10的期望光强输出并根据观看者对每一颜色的感光性而按比例变化(scale)。每一激光器二极管被安装在电路板97上，电路板97安放(mount)并提供对于电路板97上安装的每一激光器二极管的电气控制。多个激光器可被安放在单一板97上以降低光源64所占用的空间。包括用于单一颜色的多个激光器允许显示装置10的输出发光度(luminosity)随着每一颜色接通的激光器的数目而变化，并允许激光器对于光生成的冗余控制。由此，如果期望较小光强，则可关断激光器中的一个或多个，单独激光器的寿命受益于周期性关断，或者显示装置 10的节电是优选的。参考图8，在一个实施例中，从激光器输出的光被提供到光纤卷缆柱72。卷缆柱72 包括一根或多根光纤线缆，用于沿着多个或公共光径从每一激光器向沿着光纤卷缆柱72 的出口端和光学调制装置102之间的光径安排的中继光学系统106和108传送光。再次参考图7，每一卷缆柱72具有从红二极管激光器96a、绿二极管激光器96b或蓝二极管激光器96c接收光的入口端72a ；并且每一卷缆柱72还具有出口端72b，用于输出激光，以传送到中继光学系统106和108，并随后传送到光学调制装置102。由于光纤卷缆柱72可弯曲和灵活定位，所以光纤卷缆柱72有利地允许在激光器和中继光学系统之间的光传送，而不管激光器和光学系统之间的相对位置和方位。例如，这允许激光器、中继光学系统106和108以及棱镜910的灵活排列(图9)，这可用于改善底座12内的空间节约，减小底座12的占地面积，并使得显示装置10尺寸最小化。另外，灵活的光纤卷缆柱72还允许位置接口 16移动，而不危害(compromise)向投影腔14中的光学调制装置的光提供。卷缆柱72中的光纤线缆的数目将随着设计而变化。可在其中每一线缆服务一个或多个激光器的设计中采用多个光纤线缆。如图7中所示，来自红二极管激光器96a、绿二极管激光器96b或蓝二极管激光器96c的光首先被传送到专用于每一激光器的光纤线缆； 并随后被路由和传送到公共光纤线缆71中。专用于每一激光器的光纤线缆由此接收来自单独激光器的激光，并将该光传送到接头(junction) 75。在一个实施例中，每一光纤线缆直接附加到单独激光器。例如，每一光纤线缆可包括固定装置(fixture)，具有与在二极管激光器外壳的外表面上安排的螺纹接口(threaded interface)匹配的内螺纹接口。诸如从佛罗里达州丹纪丁的海洋光学(Ocean Optics)公司可得到的商业可用的光纤线缆可依照标准配置带有这样的耦接和对准(alignment)固定装置。在特定实施例中，在每一线缆的入口端安放有短焦距普通或GRIN透镜，以促进激光器到光纤的光转变以及准直传递到每一线缆中。接头75允许将来自光纤线缆72的光传送到会聚光学器件77中，并传送到公共光纤线缆71中。会聚光学器件77使得来自每一光纤线缆的进入光改变方向进入公共光纤线缆79，并包括会聚透镜77a，用于使得光朝向准直透镜77b改变方向，该准直透镜77b使得来自会聚透镜77a的进入激光准直并改变方向进入公共光纤线缆79。尽管没有示出，但是接头75还可以包括用于固定(例如，保持和定位)光纤线缆和公共光纤线缆79的刚性结构，诸如合适维度的浇铸塑料。在特定实施例中，接头75包括光学胶(adhesive)，用于将线缆直接粘到会聚透镜77a。在另一特定实施例中，在出口端72b，将光纤线缆组合为包括多根光纤的较大线缆。诸如基于光纤带的线缆、以及采用在圆管内沿圆周定位的多根光纤的线缆的多光纤线缆在商业上可从多个卖主得到。可采用多光纤线缆设计，其中每一线缆传送原色。例如，可采用三个光纤线缆，其中每一线缆沿着三个不同光径从原色激光器组向专用于三原色的光学调制装置传送光。参考图5，光腔65还可以采用其他光源布置，以生成用于显示装置10的光。一些光源布置例如可包括辐射光发射二极管的阵列，例如其特征在于辐射的、非激光或非准直的光生成。与二极管和DPSS激光器类似，辐射光发射二极管比白光灯消耗更少电并生成更少热，并且还发射有色光，并由此可无需色轮(color wheel)而操作。腔65还可以包括白光生成组件中的一个或多个分色镜(dichroic mirror)，用于分离红、绿和蓝光以在光纤线缆72中传送到颜色专用的光学调制装置，诸如为了红、绿和蓝控制而采用的三个液晶显示器(LCD)阀。继续参考图5，电源66可被配置为向光源64以及显示装置10内依靠电力的其他组件提供电力。由此，电源66提供电能来控制电路76、输入/输出电路74、风扇6 和62b、 功率二极管80以及诸如光学调制装置102(图8)的投影腔14中的组件。功率二极管80 是与外部电力开关82的电通信，并且当接通显示装置10时照明，以指示显示装置10接通还是关断。电源线端口 81收纳电源线，其耦接电源66和诸如壁电源的AC电源。在一个实施例中，AC电力到DC电力的变换发生在电源线两端之间包括的变压器中，如许多膝上型计算机电源线一样，由此降低电源66、底座12和显示装置10的尺寸，并增加显示装置10的便携性。电源66内的电路可然后将外来电变换为用于显示装置10中的特定组件的一个或多个DC电压。在另一实施例中，电源66包括至少一个可再充电电池66a。电池66a可使用通过电源线端口 81提供的电力来再充电。电池66a允许显示装置10在存储的能量上操作，而不依靠与AC电源的邻近度，这进一步增加显示装置10的便携性。例如，在底座12中包括电池将用途扩展到小汽车、图书馆、咖啡店、远程环境、或其中AC和固定电源出口不容易得到或达到(within reach)的任何其他设置中。至少一个光纤线缆72将光从光源64传送到沿着光纤线缆72的出口端和投影腔 14中的光学调制装置102之间的光径安排的中继光学器件(图8)。关于装置10结构，光纤线缆72将光从一个室(compartment)传送到单独室，即从底座12中的光源腔65传送到投影腔14。光纤线缆的数目将随着设计而变化。如上所述，可在其中每一光纤线缆72服务一个或多个二极管激光器的激光生成设计中，采用多个光纤线缆。作为选择，每一光纤线缆72可服务原色。例如，可使用一根光纤线缆来连续传送由二极管激光器阵列生成并沿着单一光径向基于单镜的光学调制装置传送的受控制的红、 绿和蓝光。可采用三根光纤线缆来从将红、绿和蓝光输出到三根光纤线缆中的激光器阵列向其每一个专用于原色的调制的三个光学调制装置传送光。光纤接口 70促进将来自每一激光器的光传送到光纤卷缆柱72中。光纤接口 70 可包括一个或多个固定装置，其定位和保持在光纤卷缆柱72中包括的每一光纤线缆的入口端，使得从光源输出的光传送到光纤线缆中。光纤接口 70还可以包括用于将来自激光器的光指引到光纤卷缆柱72中的光学器件。在一个实施例中，在卷缆柱72中使用单一光纤线缆，并且光纤接口 70包括在灯或每一激光器的出口与单一光纤线缆的入口之间安排的透镜系统，以将光指引到线缆中。透镜系统可包括至少两个透镜将光朝向光纤入口指引的第一透镜、和使得光以线缆为中心准直的第二透镜。在实现激光器到光纤线缆的一对一关系的另一实施例中，光纤接口 70将每一光纤线缆的入口端保持与每一激光器的出口相对接近，以从其接收光。该情况下的每一线缆可包括在其入口处的会聚透镜，用于促进捕获光并传送到线缆中。在另一一对一设计中，光纤卷缆柱72中的每一光纤线缆包括固定装置，允许附加到另一对象。例如，从诸如佛罗里达州丹纪丁的海洋光学公司的卖主可得到的传统可用的光纤线缆包括可拆卸固定装置，其具有螺纹，允许光纤线缆向激光器外壳上安排的配对螺纹的转动 (screwing)和固定。在该情况下，光纤接口 70包括来自每一线缆的螺纹固定件和激光器上的配对螺纹。在其中红、绿和蓝激光器沿着单光纤线缆向单一光学调制装置传送有色光的单一路径实施例中，光纤接口 70根据控制电路76向激光器提供的定时控制信号来依次从每一有色激光器接收有色光。输入/输出电路74提供控制电路76与一个或多个输入/输出接口 78之间的接口(图5)。输入/输出接口 78被配置为接收至少一个线缆、线或连接器，诸如从数字计算装置传送包括视频数据的视频信号的线缆。适于与输入/输出接口 78使用的公共端口包括接收S视频线缆、6针迷你DIN、VGA15针HDDSUB插座、音频线缆、通过S视频适配器的组件RCA、复合视频RCA卷缆柱、通用串行总线(USB)线缆、火线等的端口。输入/输出接口 78还可以包括音频输出端口，用于与头戴听筒所采用的扬声器或扬声器系统的有线连接。控制电路76向底座12内的组件提供控制信号，并将数据从输入/输出电路74路由到显示装置10内的合适组件。由此，控制电路76向光源64提供控制信号以确定何时接通/关断光源64。另外，电路76可包括并访问其中存储用于显示装置10内的组件的操作的指令的存储器。例如，电路74可根据存储的热调节指令来向控制风扇62提供控制信号。 一个或多个传感器还可被安排在底座12内以促进热调节。例如，温度传感器可被安排在电路74和76附近，以监视温度等级，并参与控制电路76所控制的底座12内的闭环温度控制。输入/输出电路74和输入/输出接口 78共同允许显示装置10和输出携带视频数据的视频信号的装置之间的通信。例如，桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理 (PDA)、蜂窝电话、视频游戏控制台、数字相机、数字摄像机、DVD播放器和VCR可全部适于向显示装置10输出视频数据。向控制电路76提供的视频数据可以是模拟或数字形式。在一些情况下，输入/输出电路74和控制电路76将模拟视频信号变换为适于显示装置10中包括的光学调制装置(诸如，液晶显示器“LCD”装置或数字微镜“DMD”装置)的数字控制的数字视频信号。由此，输入/输出电路74或控制电路76还可以包括用于特定连接器类型的支持软件和逻辑，诸如S视频卷缆柱或数字视频信号所需的处理逻辑。控制电路76还可以包括并访问存储器，该存储器促进输入数据类型的变换，并增强显示装置10的视频兼容性。在控制电路76访问的存储器中已存储了变换指令的适当视频格式可以包括例如NTSC、 PAL、SECAM、EDTV、禾口 HDTV(1080i 和 720p RGBHV)。当使用激光器用于光源64内的光生成时(图5)，控制电路76经由一个或多个输入/输出接口 78和输入/输出电路74接收信号中包括的视频数据，将该数据变换为彩色帧序列数据，并同步该帧序列数据以便传递到光学调制装置102(图8)和每一激光器96。 在其中一根光纤按照按照时间控制的顺序次序传送红、绿和蓝光的激光器96和光学调制装置102之间的单一路径设计中，这包括对向光学调制装置102发送的数据和向激光器96 发送的通断命令的定时进行同步。图8示出了根据一些当前实施例的通过沿着图2的投影腔14的圆柱轴的其垂直中点拍摄的、投影腔14内的组件的简化侧面示。图9示出了具有两个位置接口 916以及下面的投影腔剖面以示出其中的组件的具有两个投影头的显示装置920的正视示。 投影腔914包括光学调制装置、光纤接口 904、中继光学系统906和908、棱镜结构910、投影透镜系统、控制和电力卷缆柱、以及导气管(air duct)。参考对于该装置描绘的任一投影头，光纤卷缆柱972附加到光纤接口 904，并将光输出到中继光学器件906。在一个实施例中，光纤接口 904保护光纤卷缆柱972，使得对于附加到光纤接口 904处和附加在底座内两者之间的光纤卷缆柱972提供松弛部分(slack)。该松弛部分允许光纤卷缆柱972偏转，用于投影腔914相对于底座的各位置的位置接口 916。光纤卷缆柱972和光纤接口 104 —起将光源生成的光指引到棱镜910。在一个实施例中，光纤卷缆柱972和接口 904相对于棱镜910来配置，以便提供与棱镜910的入射表面大致垂直的入射光的光径。一些数字微镜光调制器设计要求进入光应该从其光反射表面之上或之下入射到光调制器上，以允许光沿着投影路径931a和931b输出。投影腔外壳 914的收纳接口和光纤接口 904减轻该需求，并允许设计者在收纳接口内布置光纤卷缆柱 972和光纤接口 904，使得光纤接口 904按照相对于棱镜910的特定期望角度在光学调制装置上指引光。例如，光纤接口 904可耦接到收纳接口，以提供与棱镜910的入射表面垂直并相对于光学调制装置具有45度角度(例如，棱镜910围绕投影路径931a或931b旋转45 度)的入射光径。光纤接口 904和收纳接口之间的附加维持了期望进入光角度，而不管通过位置接口 916的重新定位引起的光纤卷缆柱972沿着其长度改变位置。中继光学系统906和908将从光纤卷缆柱972接收的光变换为适于在棱镜结构 910内和光学调制装置902上传送的光。这可包括通过使用一个或多个透镜来对从光纤卷缆柱972接收的光通量进行整形和调整大小。在另一实施例中，显示装置920包括在光源和棱镜910之间的光径中布置的一对蝇眼透镜。累加地，这对蝇眼透镜将从光纤卷缆柱972接收的光均勻地分布为在光学调制装置上传送的通量。在特定实施例中，这对蝇眼透镜被布置在光纤卷缆柱972上。第一蝇眼透镜被安排在底座内的光纤接口处，从灯或二极管激光器阵列接收光，并将整个输入光通量空间划分为其每一个包括入口通量的总面积的一部分的块或组件的集合。每一块或组件的光然后沿着其自己的光纤卷缆柱972行进。第二蝇眼透镜包括相同数目的块或组件并被安排在中继透镜906处。第二蝇眼透镜接收每一块或组件的光纤线缆，并输出每一组件的光，使得来自每一组件的光被扩展以跨越光学调制装置的下游维度和投影图像。棱镜结构910是按照预定角度向光学调制装置提供光的光学调制系统。棱镜结构 910还沿着投影路径931a或931b从光学调制装置向投影透镜系统传送光。棱镜结构910 包括由空气隙(air space)或接合面(bonding interface)隔开的棱镜组件。接口按照这样的角度安排以便朝着光学调制装置反射从光纤线缆972(和间歇中继光学器件)提供的光。另外，改接口允许该光学调制装置所反射的光沿着投影路径931a或931b传送到投影透镜系统。光学调制装置被配置为选择性地传送光，以沿着投影路径931a或931b提供输出图像。为此，光学调制装置被供应视频信号中包括的视频数据，并根据该视频数据而选择性地传送光。视频数据典型地根据单独像素值以逐帧为基础而提供到光学调制装置。如果该视频数据没有由显示装置920按照该格式接收，则底座中的控制电路可将该视频数据变换为适于光学调制装置的操作的适当格式。在一个实施例中，其每一个对应于输出图像上的单独像素的光学调制装置内的单独光调制元件将接收的数字化的像素值转变为用于每一像素的对应光输出值。在特定实施例中，光学调制装置是基于镜子的光学调制装置，诸如从德克萨斯仪器(Texas Instruments)公司商业可得的数字微镜装置(或DMD，德克萨斯仪器公司的商标)。在该情况下，光学调制装置包括细小(tiny)铝微机械镜子的矩形阵列，其每一个围绕铰链轴单独偏转，以选择性地沿着投影路径931a或931b反射输出图像光，或远离投影路径 931a或931b反射非图像光。每一镜子的偏转状态或角度通过改变下面的寻址电路的存储内容和镜子复位信号而单独控制。镜子阵列被布置为使得每一镜子负责视频图像中单一像素的光输出。与像素输出对应的控制信号被供应到在每一镜子附近安排的控制电极，由此以逐像素为基础根据视频数据而通过电磁力来选择性地偏转单独镜子。然后使用投影透镜系统将每一镜子所反射的光沿着投影路径931a或931b传送，通过棱镜结构910，并传送到投影腔914外部。控制器可被包括有光学调制装置，并提供控制电信号，用于将每一微机械镜子指引到与每一像素的像素视频数据对应的期望光反射状态。控制和电力卷缆柱提供控制器和底座中的控制电路之间的电通信。由此，控制和电力卷缆柱中包括的至少一个电连接器耦接到投影腔914中的控制器，并控制底座中的电路，并提供其间的电通信。控制和电力卷缆柱中的电力线在投影腔914中的光学调制装置和底座中的电源之间延伸，并从电源向光学调制装置提供电力。控制和电力卷缆柱然后通过位置接口 916行进，该位置接口 916包括一个或多个洞或孔，允许控制和电力卷缆柱穿过而不影响在投影腔914中的任何位置的控制和电力卷缆柱。在一个实施例中，控制和电力卷缆柱穿过位置接口 916中的塑料管以进一步保护电线。光学调制装置的照明角度由光纤接口 904的输出方向、中继光学器件906和908 的排列、以及棱镜结构910的表面而设置。在光学调制装置的单独镜子进行的光反射之后， 反射光沿着投影路径931a或931b朝向透镜退出棱镜结构910。如图8中所示，开口 118被安排在接近光学调制装置102的投影腔外壳的后部。导气管122包括接近光学调制装置102和控制器114的高压端、以及在底座12中安排的低压端。如上面对于图5提及的，风扇6 和62b将空气抽取到底座12内并将空气通过排气孔 24b排出，这创建了相对于周围房间或环境的底座12中的负压。对应地，风扇6 和62b相对于投影腔14中的相对端创建底座12中的导气管122 —端的负压，这将由于开口 118而以别的方式保持房间压力。通过将导气管122的一端安排在底座12中而将另一端安排在光学调制装置102周围的空间125中，风扇62由此从空间125抽取空气并冷却光学调制装置102。累加地，从环绕投影腔14的周围环境抽取冷空气，其通过开口 118进入光学调制装置102周围的空间125，从12 端进入管子122，通过管子122，从122b端离开管子122，进入底座12，并离开气孔Mb。连续运行的风扇62将122b端维持为相对于12 端的低压， 并由此提供用于光学调制装置102的连续冷却。投影透镜系统112被沿着投影路径31安排，用于输出该光学调制装置沿着投影路径31所传送的光。投影透镜系统112操纵该光学调制装置102沿着投影路径31所传送的图像光，使得在接收表面上投射的投影图像随着从输出光学投影透镜37到接收表面的距离的增加而放大。投影透镜系统112包括透镜llh、112b、112c和输出光学投影透镜37，其每一个被安排为以投影路径31为中心沿着投影路径31并与投影路径31正交。每一透镜之间的距离可随着输出光学投影透镜37的期望张开角度而变化，其可以是使用的透镜的数目。在一个实施例中，显示装置10被设计用于短投掷(throw)距离，诸如在大约六英寸和大约十五英尺之间。显示装置10还可以包括一个或多个按钮或工具，允许用户对来自投影透镜系统112的输出进行手动聚焦和手动变焦。投影腔14还可以包括在光学调制装置 102和棱镜110之间的透镜，用于将光学调制装置102所反射的图像光朝向投影路径31会聚，这允许输出透镜llh-c的直径降低以及投影腔14的直径和尺寸的对应降低。在一些其他实施例中，可采用其他类型光调制器和光径设计。例如，光纤卷缆柱72 可被布置用于多光径设计，以将光传送到专用于三原色的LCD光学调制器、或专用于三原色的DMD光学调制器。在IXD光学调制装置的情况下，光的选择性传送包括以逐像素为基础的光通过液晶介质的选择性经过。另外，尽管已针对专用于投影功能性的组件而主要描述了底座12，但是要理解的是，底座12可被包括在较大系统中，或包括不仅专注于显示装置10输出的组件。例如，底座12可以是在诸如桌上型计算机的计算机系统中包括投影功能性的组件和计算机功能性的组件的计算机外壳的一部分。计算机功能性组件可包括处理器、硬盘驱动器、一个或多个接口和控制板、盘或软盘驱动器等。在该情况下，外壳20相当大以容纳组合的功能性和组件。另外，可共享一些组件，诸如电源和用于外壳中的空气运动的风扇。接收表面13和15的配置可随着不同投影环境而变化。图10示出了前和后接收表面的另一示例配置。图10示出了投影类型立体视觉装置10在一个或两个弯曲表面642 和644上投射视频图像。前表面642和后表面644彼此隔开预定距离dl。这两个弯曲表面具有基本相同的曲线半径，使得观看者可在接收表面前面享受投影的图像。视频图像的源可随着实施例而变化。图11是图示了根据当前实施例之一要由相机57摄制的对象的透视图。半球对象52和圆柱对象M被放置在饭桌56上，沿着Z方向彼此隔开预定距离。在一些实施例中，近对象和远对象由不同相机58a和58b记录，如图12 中描绘的。相机58a和58b可分别被安放在轨道59a和59b上，使得可分开摄制近对象和远对象的360度视图。在一些实施例中，视频图像的源不是视频记录而是计算机生成的图像，例如游戏控制台。游戏控制台可从其3D模型计算每一对象的360度视图，并由此不必分配用于穷举存储每一对象的360度视图的存储器。然而，应注意的是，存在可受益于视差表现的各种生成视频的方式，并且这里的各种实施例所以不限于任何特定类型图形、图像或视频内容。图13示出了根据当前实施例之一的投影类型立体显示系统60的透视图。改投影类型立体显示系统60包括显示装置10、彼此隔开预定距离d的第一接收表面13和第二接收表面15。在一个实施例中，投影类型立体显示系统60通过将单一相机摄制的原始视频图像分离为第一图像83和第二图像84而创建立体图像，并将第一图像83和第二图像84分别单独投影到第一接收表面13和第二接收表面15。原始图像可经由输入/输出接口 78输入到投影仪10a。在其他实施例中，第一图像83和第二图像84是从不同相机捕获的。图14示出了投影类型立体显示系统的透视图的另一实施例。在该实施例中，将整个圆柱对象投影在接收表面15上，而观看者仍然看到由半球对象阻挡的圆柱对象的一部分。图15示出了当具有一个视频流输入时的投影仪IOa的简化示意图。投影仪IOa 可进一步包括对象识别模块和分层模块。这两个模块可耦接到控制电路76，或在控制电路 76中建立。对象识别模块从视频数据标识对象。例如，图17A所示视频数据被输入到投影仪10a。对象识别模块标识存在在视频数据中包括的半球对象72、圆柱对象74、饭桌76。分层模块从视频数据中提取近对象，以形成第一视频信号，并将视频数据的剩余部分形成为第二视频信号。例如，半球对象52和饭桌56比圆柱对象M更靠近观看者。分层模块然后从视频数据中提取半球对象52和饭桌56以形成第一视频信号，如图17B所示，并将除了第一视频信号之外的对象的剩余部分留作第二视频信号，如图17C所示。第一光学调制装置根据第一视频信号调制光，而第二光学调制装置根据第二视频信号调制光。图16示出了当具有第一视频数据和第二视频数据时的投影仪IOa的另一简化示意图。在该实施例中，图17B和图17C所示视频数据被分别输入到投影仪10a。输入到投影仪IOa的视频数据可以是(多个)视频记录或计算机生成的图形。两个投影对象的对准可通过手动调整投影腔来进行。在其他实施例中，投影图像通过自动校准来对准。图18示出了根据一个实施例的图像对准的示例布置。例如，投影仪 IOa—次投射第一图像或第二图像。第一图像或第二图像可仅是参考线，以简化对准处理。 (多个)图像可被发送到投影仪10a，例如经由投影仪中包括的诸如相机的输入/输出接口接收。(多个)相机图像可然后由投影仪IOa的图像对准模块处理。图像对准模块确定投影腔的要调整的角度，并然后将这些角度转发到投影头位置控制器。在一个实施例中，图像对准模块具有图像识别模块、算术单元、和参数校准器。图像识别模块标识第一投影图像和第二投影图像的3D坐标。算术单元计算第一投影图像和第二投影图像的x、y和ζ坐标的差别。参数校准器可然后确定代表投影腔应被调整的角度的一组参数。这些参数被发送到投影头位置控制器，以改进这两个投影头或它们的相应图像的对准。为了实现立体显示的较好感知，投影对象相对于彼此的位置可由于观看者的相对角位置的改变而似乎移位。该人体感知特性也被称为运动视差。运动视差为观看者提供深度感知，因为当观看者移动时，接近观看者的对象比远方的对象越过视野移动更远。图19 图示了观看者1 相对于接收表面的位置改变。图21A和21B图示了当观看者沿着χ轴移动时如何呈现运动视差。图21A图示了其中将公园长凳104(前图像)放置在树106(后图像)之下的投影图像。图21B示出了当观看者在投影图像前沿着χ轴移动时的不同投影图像。公园长凳104不再在树106之下，而是实际上横向离开树一些距离。图20示出了显示系统的示例框图以交互示出运动视差。具有至少两个投影透镜 11 和112b的投影仪IOa在第一表面和第二表面上分别投影第一图像和第二图像。将更新的视频图像发送到光学调制装置10 和102b以显示运动视差描述。图像数据库可根据从一个或多个相机拍摄的视频图像或根据计算机生成的图形来构建。上面描述的内容包括本发明的示例。当前，不可能为了描述主题发明的目的而描述组件或方法的每一可想到的组合，而是本领域技术人员可认识到，本发明的许多进一步组合和置换是可能的。因此，本发明意欲包含落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的替换、修改和变型。此外，在术语“包括”在详细描述或权利要求中使用的程度下，这样的术语意欲包含在与术语“包含”类似的方式中，如同“包含”当作为转换词在权利要求中采用时所解释的那样。
1权利要求
1.一种三维光投影装置，包括存储器，存储一组图像数据的至少第一图像和第二图像；和图像投影组件，包括用于在第一表面上投影包括该第一图像的光的第一图像输出源、 和用于在与该第一表面相隔固定距离布置的第二表面上投影包括该第二图像的光的第二图像输出源。
2.根据权利要求1的装置，其中从该第一表面到该第二表面的距离基于所述第一和第二图像之间的位置关系。
3.根据权利要求1的装置，其中该第一表面包括允许在其上形成该第一图像的偏振膜。
4.根据权利要求1的装置，其中该第二表面包括允许在其上形成该第二图像的偏振膜。
5.根据权利要求1的装置，其中该图像投影组件是便携式装置。
6.一种投影类型立体显示装置，包括光源，被配置为生成光，其中该光源包括多组光源，并且所述多组光源被配置为生成光，其中所述多组光源所生成的光的颜色与所述多组光源中的其他光源所生成的光的颜色不同；多个投影输出，被配置为投影至少第一图像或第二图像，其中所述多个投影腔包括 光学调制装置，被配置为根据向该光学调制装置提供的视频信号中包括的视频数据， 来选择性地传送该光源所生成的光，和投影透镜系统，被配置为沿着投影路径输出该光学调制装置所传送的光；和开关，被配置为从所述多组光源接收光，并按照预定的顺序次序将来自所述多组光源的光转向到所述多个投影输出；其中该第一图像被投影在第一接收表面上，该第二图像被投影在与该第一接收表面基本平行的第二接收表面上，使得该第一图像和该第二图像能够由观看者同时观看。
7.根据权利要求6的投影类型立体显示装置，其中该第一图像由第一偏振光形成，而该第二图像由第二偏振光形成，其中该第一接收表面包括第一偏振膜，被配置为允许在其上形成具有该第一偏振光的该第一图像，并允许通过其传送具有该第二偏振光的该第二图像，其中该第二接收表面包括第二偏振膜，被配置为允许在其上形成通过该第一接收表面传送的具有该第二偏振光的该第二图像。
8.根据权利要求6的投影类型立体显示装置，进一步包括图像对准模块，被配置为接收该第一图像和该第二图像的未对准的信息，并确定指示该投影腔的期望角度的一组参数。
9.根据权利要求6的投影类型立体显示装置，其中所述多组光源是多个激光器组。
10.根据权利要求6的投影类型立体显示装置，其中所述多组光源是被配置为发射有色光的多个发光二极管(LED)。
11.一种投影类型立体显示系统，包括光源，被配置为生成光，其中该光源包括多个光源组，并且所述多个光源组被配置为生成有色光，其中所述多个光源组所生成的有色光的颜色与所述多个光源组中的其他光源所生成的有色光的颜色不同；多个投影输出，被配置为投影至少第一图像或第二图像，其中所述多个投影输出包括光学调制装置，被配置为根据向该光学调制装置提供的视频信号中包括的视频数据， 来选择性地传送该光源所生成的光，和投影透镜系统，被配置为沿着投影路径输出该光学调制装置所传送的光；和开关，被配置为从所述光源组接收光，并按照预定的顺序次序将所述有色光转向到所述多个投影输出；第一接收表面，允许在其上形成该第一图像，并且通过其传送该第二图像；和第二接收表面，与该第一接收表面隔开距离，允许在其上形成通过该第一接收表面传送的该第二图像，其中所述第一和第二图像能够由观看者同时观看。
12.根据权利要求11的投影类型立体显示系统，其中该第一接收表面包括第一偏振膜，被配置为允许在其上形成具有该第一偏振光的该第一图像，并允许通过其传送具有该第二偏振光的该第二图像，并且该第二接收表面包括第二偏振膜，被配置为允许在其上形成通过该第一接收表面传送的具有该第二偏振光的该第二图像。
13.根据权利要求11的投影类型立体显示系统，进一步包括图像对准模块，被配置为接收该第一图像和该第二图像的未对准的信息，并确定指示该投影腔的期望角度的一组参数。
14.根据权利要求11的投影类型立体显示装置，其中所述多个光源组是多个激光器组，被配置为生成激光，每一激光器组产生不同颜色的激光。
15.根据权利要求11的投影类型立体显示装置，其中所述多个光源组是被配置为发射有色光的多组发光二极管(LED)，其中每组发光二极管发射不同的有色光。
16.一种三维光投影装置，包括用于存储图像数据的部件；和用于投影光的部件，包括用于在第一表面上投影包括第一图像的光的第一光输出部件、和用于在第二表面上投影包括第二图像的光的第二光输出部件，所述第一和第二表面在物理上被彼此相对地预先布置。
17.根据权利要求1的装置，其中所述用于投影光的部件基于从该第一表面到该第二表面的距离来投影该第一图像和该第二图像。
18.根据权利要求1的装置，其中所述用于投影光的部件是便携式的。
全文摘要
提供了一种3D投影系统。该系统包括光源、两个或多个投影腔、以及开关。该开关接收多个光束并按照预定顺序次序将彩色光束转向到每一投影腔。该投影腔在近接收表面上投影近图像，并在与该近接收表面平行的远接收表面上投影远图像，使得观看者同时观察所述近和远图像。
文档编号H04N13/00GK102461182SQ201080024373
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月7日 优先权日2009年6月4日
发明者W.J.普拉特 申请人:传斯伯斯克影像有限公司