專利名稱：用于不可見接縫的復(fù)合投影顯示設(shè)備和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像投影，特別是用于增強通過多重投影器形成合成圖像的合成特性的設(shè)備和技術(shù)。
結(jié)合于此的美國專利5,386,253具有與此完全相關(guān)的領(lǐng)域，論及應(yīng)用一個或多個空間光調(diào)制器(SLMs)的投影系統(tǒng)示例。如所摘錄的專利領(lǐng)域空間光調(diào)制器裝置包括所謂“有源矩陣”裝置，由排列的光調(diào)制器件或“光閘”構(gòu)成，它們均可通過控制信號(通常為電信號)控制，光根據(jù)控制信號反射或穿過。液晶陣列就是一種有源矩陣裝置的例子；另一個例子是德克薩斯儀器公司開發(fā)的變形反光鏡裝置(DMD)……見第1欄13-21行領(lǐng)域部分。當(dāng)然，也具有其他的光“引擎”，或光源，以及投影器類型存在，它們的變化形式可能用于結(jié)合在下面描述的本發(fā)明中。
無論使用哪種類型的投影器，觀眾通常都期望看到細(xì)節(jié)和層次較高的圖像，以及降低有害的不自然現(xiàn)象。較高的分辨率和圖像質(zhì)量利于觀眾打消對所投射圖像真實性的懷疑。這種畫質(zhì)確實經(jīng)常成為現(xiàn)今的觀眾在看電影過程中的一種重要因素。
然而，產(chǎn)生這種高分辨率圖像無法脫離成本的增加。例如Imax公司打算具此提出的申請，不但適用于專業(yè)的照相機和投影器，還包括70毫米15孔膠片投影圖像分辨率和畫質(zhì)的提高。傳統(tǒng)電子投影器(特別是使用SLMs的)，其通常不能滿足與投射的圖像分辨率相當(dāng)匹配。以及，此類電子投影器經(jīng)常無法滿足大型膠片所提供圖像的動態(tài)范圍和全部亮度。盡管如此，它們可以滿足(或必要的)作為非膠片像源圖像，如(并非限定)計算機產(chǎn)生的影像或電子照相機所得到的素材方面的應(yīng)用。
為了得到預(yù)期的分辨率，傳統(tǒng)電子投影系統(tǒng)采用了“平鋪”技術(shù)。平鋪包括利用各相鄰副圖像構(gòu)成合成圖像的多重投影器。使用多重投影器比單獨的投影器可以提供較高的分辨率。副圖像可以混合在單獨的投影器中，或者，如果采用多重投影，副圖像在屏幕上混合。例如，當(dāng)使用兩個投影器時，一個投影器在屏幕上投射第一副圖像。第二投影器在屏幕上投射第二副圖像。第一和第二投影器設(shè)置成使投射到屏幕上的第一和第二副圖像相鄰接。
由于投影器的定位困難，觀看者面前經(jīng)常出現(xiàn)不期望的第一和第二副圖像之間的接縫。為了改善和連貫合成的圖像，第一和第二投影器通常設(shè)置成使第一圖像稍微重疊于第二圖像。單純的副圖像重疊通常是不夠的，圖像在重疊區(qū)域的增強在有些場合可能會引起觀眾的注意。降低這些區(qū)域亮度的一般方法通常包括通過電子或光學(xué)方法對圖像進(jìn)行調(diào)整；后一種方法一般通過使用一個不透明或反射元件設(shè)置在光束上來實現(xiàn)。據(jù)此，多重投影器在顯示的接縫區(qū)域的不可見接縫需要同時在幾何和光度上都仔細(xì)對準(zhǔn)。
Bleha等的美國專利6,017,123因其完全的相關(guān)性引用于此，它公開了一種用于混合副圖像的系統(tǒng)和方法。Bleha等的

圖13展示了在投影鏡和屏幕之間設(shè)置濾鏡和遮板混合副圖像的方式。Bleha所用的遮板是邊緣極鋒利的遮板。在投影鏡前面的光路上引入單一的鋒利遮板通常會產(chǎn)生高斯模糊邊緣，當(dāng)其與其他投影鏡上附加的邊緣相結(jié)合時，恰好排列成使它們的黑階相疊加，沿重疊的接縫區(qū)域保持連貫，將在全部畫面上產(chǎn)生非常好的均勻黑階，包括接縫區(qū)。這些鋒利邊緣阻擋了各投影器重疊區(qū)域之外的圖像，消除大多數(shù)投影技術(shù)中存在的通常環(huán)繞圖像的雜散光。
但是，單一的直線鋒利邊緣導(dǎo)致了亮度的“環(huán)形化”，即邊緣具有輕微的曲線圖案，從全亮度到基底黑逐漸衰減。這種“環(huán)形化”通常是由于投影系統(tǒng)燈箱中錯綜阻擋的人為因素造成的，或者，產(chǎn)生于單一直線邊緣的衍射效應(yīng)，沿接縫區(qū)在灰階和峰值白色圖像上帶來可見的明顯線性圖案。其他關(guān)于圖像對接接縫或重疊的傳統(tǒng)方法通常不能達(dá)到足夠的精度，使在大范圍的圖像組成或投影幾何方面獲得真正不可見的接縫。
因此，期望一種用于多重投影顯示以構(gòu)成單畫面解決幾何和亮度問題的技術(shù)和設(shè)備。
本發(fā)明通過使用附加的具有非直線邊緣的遮板，將其設(shè)置在投影中心線和屏幕之間來解決這些光學(xué)問題。一種實施例中，遮板的邊緣是鋸齒形的。許多其他可能的非直線形邊緣也可滿足應(yīng)用。
圖2是示例遮板的示意圖。
圖3是第一副圖像與第二副圖像平鋪的示意描繪。
如圖1所示，投影器1安裝在使其投射軸線投射到剛剛越過45度表面反光鏡3。投影器2設(shè)置成與投影器1相垂直，使其投射軸線被表面反光鏡3反射。投影器2呈現(xiàn)的圖像在必要時通過公知技術(shù)用電子方法進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。圖1中的布置使兩個投影器具有緊密重合的有效投射點，不存在使用分光鏡時出現(xiàn)的損失或重影。這種重合可滿意地用于降低屏幕增益帶來的影響。當(dāng)投射點不重合時，由于來自不同投射點的反射光到達(dá)不同的軸外觀察點，使接縫因橫跨屏幕的不同亮度變得更為可見。
遮板6安裝在鏡頭4和屏幕9之間，使遮板6的邊緣稍許交疊于投影器1的投射軸。與此類似，遮板7安裝在鏡頭5和反光鏡3之間，使其邊緣稍許交疊于投影器2的投射軸。如圖1所示，投影器1產(chǎn)生的一個副圖像8顯示在屏幕9上，與投影器2產(chǎn)生的副圖像10相鄰接。
圖1所示的實施例中可以采用一個分光鏡。通過分光鏡，可達(dá)到最佳的重合，但通常會發(fā)生50％或更多的光量損失。分光鏡安裝在來自投影器1和2的光線交叉點上，使來自投影器1的光通過分光鏡發(fā)射到屏幕上，以及來自投影器2的光被反射90度后到達(dá)屏幕。每個鏡頭的遮板仍按圖1所示設(shè)置。
投影器1的鏡頭4和投影器2的鏡頭5水平地偏移或移動(對于垂直接縫)使畫面的接縫區(qū)落入狹窄的鏡頭光軸區(qū)域(一般少于5-10％幅度)，此時圖像可避免梯形失真。這樣通常使反射圖像的有效投射點與另一投射點在占鏡頭焦距很小的百分比范圍內(nèi)緊密重合定位，取決于投射角度，預(yù)期的接縫寬度，以及鏡頭參數(shù)，諸如出射孔徑和定位(典型地，鏡頭的軸線最大程度地消除像差，如果其存在，將影響接縫的可見性)。
在另一實施例中，兩個朝前的投影器(鏡頭都直接朝向屏幕)，其鏡頭盡可能靠近設(shè)置。該實施例將在屏幕上產(chǎn)生有效的(副像素)定位精度，至少從幾何方面考慮消除了對反光鏡的需要。
兩個投影器的圖像獲得了良好的幾何排列后，兩個投影器的光度和色隙配合可通過本領(lǐng)域的公知技術(shù)達(dá)到。要達(dá)到所要求的誤差需要一定的調(diào)整和精度，越寬的混合區(qū)域允許的誤差范圍越寬松。基于SLM的投影器特別呈現(xiàn)出非常好的穩(wěn)定性并非常適宜于達(dá)到所要求的密切配合。SLM投影器對這些技術(shù)不是必需的。
為了減輕在先技術(shù)的鋒利遮板引起的光度環(huán)形效應(yīng)，本發(fā)明采用附加的遮板，但在光路上具有非直線形的邊緣。圖2展示了一種示例的遮板實施例。遮板可以用金屬制造，并噴涂一層黑漆或以其他方式以減小反射。采用如圖2所示的遮板產(chǎn)生了一組連續(xù)交叉的斜線接縫，盡管其仍然包含在先技術(shù)中的直線圖案或環(huán)形現(xiàn)象，但其無論在圖像白峰值或灰階上分解了點的視覺感，實際上看不見接縫。圖2所示遮板具有單一結(jié)構(gòu)的曲折形或鋸齒形，最好以7-10個點的頻率跨越接縫。與其他現(xiàn)成的形狀，如正弦曲線，甚至隨機形狀相復(fù)合亦證實是可行的。也注意到使用遮板時的色邊或圖形效應(yīng)。這些效應(yīng)部分歸結(jié)于投影鏡頭呈現(xiàn)的軸向彩色失常。由于遮板位于像面的焦點位置之外，具有不同色譜的光線與給定位置的遮板在不同點上交叉。由此產(chǎn)生了彩色“鑲邊”。另外，基于DMD的投影器沒有對所有出射色彩完全均勻化，以及使遮板可能呈現(xiàn)對這些不均勻性的突出顯示。
在一種實施例中，遮板設(shè)置在盡可能接近鏡頭光曈的外側(cè)，遮板沿光軸帶有非直線的邊緣。然而，遮板可以設(shè)置在遠(yuǎn)離鏡頭光曈或鏡頭之前。
圖3示出了副圖像8和副圖像10在屏幕9上的混合圖像的示意描繪。如圖3所示，采用了賦予鋸齒形狀的非直線邊緣遮板。重疊區(qū)20描繪在虛線21和22之間。兩個副圖像8和10采用圖1所示實施例投射，大體上以5-10％的接縫尺寸幅度重疊，表示出良好的副像素幾何排列必須保持在整個區(qū)域。
結(jié)合本發(fā)明，可以進(jìn)一步對投影器的圖像使用數(shù)字矯正，如向圖像引入負(fù)值的環(huán)形以消除光學(xué)效應(yīng)。各種本領(lǐng)域公知的數(shù)字處理技術(shù)，如使用圖像反饋裝置測量光度或跨過接縫的幾何變形，據(jù)此進(jìn)行圖像調(diào)節(jié)的均可用于此目的。
如前所述，通過對實施例的圖示，解釋和描述，提供了本發(fā)明的目的。據(jù)此，對實施例的進(jìn)一步更改或改變，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，并不脫離本發(fā)明的實質(zhì)。另外，鐵電裝置、液晶顯示器(LCD)、自發(fā)光陣列、結(jié)合有光電子或電子機械掃描裝置的激光掃描設(shè)備，或其他光源或電子管均可作為必要的或預(yù)定的設(shè)備加以應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種投影系統(tǒng)，包括至少一個投影裝置，具有第一鏡頭和第二鏡頭，投影裝置通過第一鏡頭投射一個第一副圖像以及通過第二鏡頭投射一個第二副圖像；一個用于顯示第一副圖像和第二副圖像的屏幕；一個設(shè)置在第一鏡頭和屏幕之間的第一遮板，該第一遮板在第一副圖像光路上具有一個第一非直線邊緣，產(chǎn)生一個第一非直線的圖像邊緣；以及一個設(shè)置在第二鏡頭和屏幕之間的第二遮板，該第二遮板在第二副圖像光路上具有一個與第一遮板互補的第二非直線邊緣，產(chǎn)生一個第二非直線的圖像邊緣，附加在第一非直線的圖像邊緣，其中，第一副圖像和第二副圖像在屏幕上結(jié)合，使第一副圖像和第二副圖像重疊于第一非直線的圖像邊緣和第二非直線的圖像邊緣上以形成接縫。
2.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是空間光調(diào)制型投影器。
3.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是可變反光鏡裝置型投影器。
4.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是液晶裝置型投影器。
5.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是鐵電型投影器。
6.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是自發(fā)光陣列型投影器。
7.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，投影裝置是激光掃描裝置型投影器。
8.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，第一鏡頭和第二鏡頭朝向屏幕。
9.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，第一遮板的第一非直線形邊緣是第一鋸齒形，以及第二遮板的第二非直線形邊緣是第二鋸齒形。
10.如權(quán)利要求9的投影系統(tǒng)，其中，第一鋸齒形是由從+45度到-45度直線構(gòu)成的齒形形成的，以及第二鋸齒形是由從+45度到-45度直線構(gòu)成的齒形形成的。
11.如權(quán)利要求1的投影系統(tǒng)，其中，第一遮板安裝在接近第一鏡頭，以及第二遮板安裝在接近第二鏡頭的位置。
12.一種投影系統(tǒng)，包括一個第一投影裝置，它具有第一投射軸，還包括具有鏡頭光軸的第一鏡頭，第一投影裝置通過第一鏡頭投射第一副圖像；一個第二投影裝置，它具有第二投射軸，還包括具有鏡頭光軸的第二鏡頭，第二投影裝置通過第二鏡頭投射第二副圖像；一幅用于顯示第一副圖像和第二副圖像的屏幕；一個第一遮板，安裝在第一鏡頭和屏幕之間，該第一遮板在第一副圖像的光路上具有第一非直線形邊緣，產(chǎn)生一個第一非直線形的圖像邊緣；以及一個第二遮板，安裝在第二鏡頭和屏幕之間，該第二遮板在第二副圖像的光路上具有與第一遮板相符合的第二非直線形邊緣，產(chǎn)生一個第二非直線形的圖像邊緣，其中，在屏幕上第一副圖像與第二副圖像相鄰接，該第一副圖像與第二副圖像在第一非直線形的圖像邊緣上與第二非直線形的圖像邊緣相重迭構(gòu)成一個接縫區(qū)。
13.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是空間光調(diào)制型投影器。
14.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是可變反光鏡裝置型投影器。
15.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是液晶裝置型投影器。
16.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是鐵電型投影器。
17.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是自發(fā)光陣列型投影器。
18.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置是激光掃描裝置型投影器。
19.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置與第二投影裝置相偏離，使接縫區(qū)落入第一鏡頭光軸和第二鏡頭光軸附近的狹窄區(qū)域中。
20.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一鏡頭和第二鏡頭朝向屏幕。
21.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置和第二投影裝置具有盡可能重合的有效投影點。
22.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一遮板與第一投影裝置的第一投射軸重疊，以及第二遮板與第二投影裝置的第二投射軸重疊。
23.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一遮板的第一非直線形邊緣是第一鋸齒形，以及第二遮板的第二非直線形邊緣是第二鋸齒形。
24.如權(quán)利要求23的投影系統(tǒng)，其中，第一鋸齒形是由從+45度到-45度直線構(gòu)成的齒形形成的，以及第二鋸齒形是由從+45度到-45度直線構(gòu)成的齒形形成的。
25.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置的第一投射軸大體上與第二投影裝置的第二投射軸垂直，以及，投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個用于將第二副圖像反射到屏幕上的反光鏡。
26.如權(quán)利要求25的投影系統(tǒng)，其中，第二副圖像經(jīng)過電子翻轉(zhuǎn)處理。
27.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一投影裝置的第一投射軸大體上與第二投影裝置的第二投射軸垂直，以及，投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個分光鏡，它安裝在第一和第二投射軸交叉的位置上，使第一副圖像發(fā)射到屏幕上，以及使第二副圖像反射到屏幕上。
28.如權(quán)利要求12的投影系統(tǒng)，其中，第一遮板安裝在靠近第一鏡頭，以及第二遮板安裝在靠近第二鏡頭的位置上。
29.一種用于投影系統(tǒng)的遮板，該投影系統(tǒng)至少具有一個投影裝置以及兩個投射到屏幕上的副圖像，遮板安裝在投影裝置和屏幕之間，該遮板包括一個位于一個副圖像光路上的非直線形邊緣。
30.如權(quán)利要求29的遮板，其中，非直線形邊緣是鋸齒形。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于增強通過復(fù)合投影器形成的合成圖像合成特性的設(shè)備和技術(shù)。設(shè)備和技術(shù)包括使用遮板，投射軸線和屏幕之間附帶有非直線形的邊緣。通過使用遮板來解決通過混合副圖像形成合成圖像時帶來的幾何和光度問題。
文檔編號G02F1/1347GK1440616SQ01812249
公開日2003年9月3日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月3日
發(fā)明者肯尼思T·貝克, 瑪特, 考文 申請人:圖象公司