專利名稱：背投裝置和背投方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及一種背投裝置和一種背投方法。
背景技術(shù)：
多視圖顯示，比如三維(3D)視圖顯示，在當前的技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng) 凈皮人們所熟知。這些系統(tǒng)可以通過使用背投設(shè)備或正才殳束器以及直一見液 晶顯示器面板來提供。直視液晶顯示器面板在LCD的前面有透鏡結(jié)構(gòu)。 這種透鏡結(jié)構(gòu)用來組合一些LCD像素，其沿著相應(yīng)的觀察方向發(fā)射用于 特定視圖的光。觀察方向的數(shù)目決定了場景的不同視圖的數(shù)目。依賴于 觀察者的觀察位置，觀察者的每只眼睛會接收到來自于不同視圖的光， 從而產(chǎn)生3-D效應(yīng)。然而在這種LCD系統(tǒng)中，— 見圖的分辨率是有限的。 具有M個像素元件以及N個不同視圖的LCD面板只能達到每幅視圖M/N 個像素的分辨率。當視圖數(shù)目增加的時候，會導致每個視圖分辨率的下 降。
這種3D顯示器系統(tǒng)的一個缺點是，僅僅在相當有限的顯示區(qū)域內(nèi) 才能達到令人滿意的圖像效果。觀察者的眼睛需要處于某塊區(qū)域，只有 在這里，每只眼睛才能接收到專門為它提供的、來自于某幅視圖的光。 當觀察者離屏幕特別近的時候，視圖發(fā)生重疊，兩只眼睛會接收到用于 多個觀察方向的光，從而導致非?；靵y的圖像。當觀察者離屏幕特別遠 的時候，兩只眼睛就只能接收到來自于一幅視圖的光，從而導致看到的 是一種2D圖像，然而當觀察者移動他的頭部的時候，其中一只眼睛或 許會移動到黑暗區(qū)域或者甚至移動到另外一幅視圖里面，這就會導致觀 察者稍稍移動頭部時感受到差頻效應(yīng)(beating effect)。
產(chǎn)生多視圖顯示的另外一種方式，是背投系統(tǒng)。諸如，歐洲專利申 請EP1511 328A2已經(jīng)提到過這樣的系統(tǒng)。通過多個視頻處理器，也就是 所謂的投束器(beamer)，來產(chǎn)生一個場景的多幅視圖。若干這樣的3D 投影系統(tǒng)已經(jīng)被制造用于專業(yè)應(yīng)用。這些系統(tǒng)所使用的投束器(beamer ) 同所熟知的正沖殳束器(front projection beamer)相似。這種類型的 投束器使用了 一種被投影透鏡放大和成像的小的微顯示器。為了產(chǎn)生明 亮圖像，這樣的投束器使用氣體放電燈來照明所述微顯示器
(microdisplay)。這些投束器(beamer)包含非常復(fù)雜的光學系統(tǒng)來使得 微顯示器成像以及用光學方法將光從氣體放電投影燈引導到投影屏上。 一般而言，要設(shè)計這種光學系統(tǒng)來使得投影燈發(fā)出的弧光(arc)可以 正好通過投影透鏡成像?；谶@個原因，投影透鏡所需要的尺寸同弧光 (arc)的大小成比例。投影燈的發(fā)展使得人們已經(jīng)制造出用于這種投 束器的一種優(yōu)化的燈?，F(xiàn)如今，幾乎所有的微顯示器投影系統(tǒng)如今都采 用一種高壓汞氣體放電燈，其具有大約為1亳米的弧光距離。
這樣的弧光距離被發(fā)現(xiàn)是最佳的，其中相對較長的壽命期間維持短 弧光間隔。它對于燈內(nèi)部熱控制、電極周圍電壓降以及泵入到氣體放電 燈的電功率，是最佳的。 一般地，這個最佳點可以在燈的功率接近70 瓦特的時候達到。
燈的壽命大約是1 0000小時，對于專業(yè)應(yīng)用而言是足夠的。然而消 費品電視機需要20000小時的壽命，這就是為什么現(xiàn)如今市面上所銷售 的微顯示器背投系統(tǒng)都含有 一 個可替換的投影燈的原因。
當前的多視圖消費品電視包含大量的這種投影系統(tǒng)，其帶來了 一系 列技術(shù)和成本弊端。 一臺包含9個這樣的投影器(projector )的3D背 投系統(tǒng)成本非常高，它消耗630瓦特的電功率并且在其使用壽命內(nèi)需要 9個可替換燈。使用較低功耗的燈又會導致較短的使用壽命以及需要更 多的替換燈泡。
另一個問題是現(xiàn)有系統(tǒng)的光輸出以及熱控制。 一般而言， 一個包含 70瓦特燈泡的2D微顯示器投影系統(tǒng)會產(chǎn)生大約300流明的光。多視圖 顯示所需要的9個這樣的投影器會產(chǎn)生2700流明的光，這會導致房間 變得相當明亮而不利于觀看電視節(jié)目。 一種可能的解決方案是在每個投 束器(beamer)內(nèi)部吸收掉大部分的光，但是這樣會引起系統(tǒng)內(nèi)本來應(yīng) 該消除的熱量的大量增加。
另外一個缺點就是，現(xiàn)有的包含氣體放電燈的微顯示器投影系統(tǒng)相 對比較昂貴。絕大多數(shù)消費者都負擔不起制造含有多個這種投影器的背 投系統(tǒng)所需的費用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本項專利申請的目的就是在低成本和低復(fù)雜度的情況下提供 一種可以產(chǎn)生大量3D視圖的背投裝置。 一個目標是提供低成本、可負 擔的起的系統(tǒng)，另外一個目標是增加3D多視圖顯示器的壽命。再一個
本申請的目標是，提供3D多視圖顯示而且保證每幅視圖的高分辨率。 更進一步目標是提供可在3D模式和2D模式之間進行切換的顯示器，以 便在房間內(nèi)的所有觀察位置除了可以看到3D圖像，也可以看到2D圖像。
這些以及其他目標由 一種背投裝置實現(xiàn)，其包含至少 一個投影屏、 至少兩個投束器(beamer,投束器)以及至少一個可變換散射器 (diffuser),其中所述兩個投束器中的每一個都會在至少一個觀察方 向上產(chǎn)生場景的一幅視圖，以及把該視圖投影到投影屏的后側(cè)(rear side),所述至少一個散射器可以在透明態(tài)和散射態(tài)之間進行切換，在 透明態(tài)每個投束器產(chǎn)生場景的不同視圖，而在散射態(tài)所述的(多個)投 束器產(chǎn)生場景的一個視圖。
在散射態(tài)，背投裝置會產(chǎn)生2D視圖，而在透明態(tài)，則會產(chǎn)生3D視 圖。對于2D視圖而言，每個投束器都對視圖的總分辨率有貢獻，因此 分辨率會高過只有一個投束器(beamer )的情形。另外，在3D多視圖 模式下，每個投束器對它所對應(yīng)的視圖的分辨率有貢獻，因此在3D模 式下可以產(chǎn)生高分辨率視圖。在場景的多視圖顯示以及20圖像的高分 辨率要求下，根據(jù)本申請利用投束器(beamer)產(chǎn)生視圖的方法可在每 個^見察錐(viewing cone)內(nèi)^是供充足的分辨率。
為了制備出可在多視圖3D模式和單視圖2D模式之間切換的背投裝 置，本申請采用了至少一個可變換散射器。該散射器可根據(jù)具體情況， 在透明態(tài)和散射態(tài)之間進行切換。在透明態(tài)，從每個投束器發(fā)出的光在 通過投影屏的時候會發(fā)生低的散射，因此光直接照向意圖的觀察方向。 在散射態(tài)，從每個投影儀發(fā)出的光在散射器中會發(fā)生散射(scatter)。 當光被散射的時候，它會沿著多個方向行進。此時只有一個視圖，可以 在屏幕前的任何觀察位置以及很大的觀察區(qū)域內(nèi)被看到。在這種情形 下，在散射器前沒有特定的視角錐，但是每個投束器會對同一幅圖像貢 獻光照。通過切換散射態(tài)，3D多視圖顯示能夠切換到可以在很寬的觀察 區(qū)域內(nèi)觀察的2D單視圖顯示。
本實施例提供的背投裝置包含至少 一個投影屏、至少兩個投束器 (beamer)，每個投束器在至少一個觀察方向上產(chǎn)生場景的一幅視圖， 并且將該視圖投影到投影屏的后側(cè)(rear side),其中該至少兩個投 束器是掃描激光投束器，所述至少兩個投束器中每個通過用光束掃描投影屏來產(chǎn)生場景的視圖；還包含至少一個控制裝置，其中該控制裝置用 來控制所述掃描激光投束器，以使由投束器發(fā)出的光束不同相。本實施 例已經(jīng)包含另外一個獨立發(fā)明方案。本實施例的方案可以在不具有權(quán)利 要求1的特征的情況下來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求的特征可以被集成到一起， 而不需要可變換散射器(switchable diffuser)。
這種類型的背投裝置，尤其掃描激光投束器，會在移動顯示設(shè)備中 使用，比如移動手機，掌上電腦，MP3播放器，MP4播放器以及更多其 他產(chǎn)品。
掃描激光投束器(beamer )包含 一個或者更多的獨立激光源、一 個光學子系統(tǒng)來將這些激光源發(fā)出的光合并成單個光束、 一個微掃描儀 用于在表面掃描激光光束、 一個控制器用于控制掃描儀并同時控制每個 激光源的光輸出。根據(jù)本申請的激光投束器可以被最大限度小型化。其 可具有鉛筆帽形狀大小的尺寸。而且用于制造這種投影裝置 (projector)的投束器(beamer )具有非常長的壽命，這意味著在消 費品電視機的使用壽命內(nèi)不需要替換光源。
在使用有限數(shù)量的此種投束器(beamer)的情況下，相對于激光安 全性而言，每個激光投束器的輸出顯得相對較高。在使用大量激光投束 器的情況下，則會出現(xiàn)所有激光源之間的對準問題，這就需要一種低成 本的方案來解決對準問題。
通過控制投束器發(fā)出的光束保持不同相位，激光束就不會在同一時 間打到背投投影屏的同一點上，這就提供了較高的安全性。同時，所有 激光投束器的不同相掃描提供了一種實現(xiàn)低成本自動對準的解決方案。
根據(jù)實施例，控制投束器使得投束器產(chǎn)生的光輸出保持不同相位 (out of phase),包括控制投束器(beamer),使得投束器產(chǎn)生的光 束在一定的時間內(nèi)射在投影屏的不同位置。
例如，在每個投束器(beamer)沿一個特定的觀察方向產(chǎn)生一幅單 獨視圖的情況下，從每個投束器發(fā)出的光的光通量可以限于小于100流 明，優(yōu)選小于40流明。每個觀察方向特征在于，在一個有限的觀察錐內(nèi) 發(fā)射光。在觀察錐內(nèi)，投束器的光通量足以產(chǎn)生具有足夠亮度的視圖。 因此，每個投束器可以使得在多視圖顯示中每幅視圖具有足夠的亮度。 在使用大量激光投束器的情形下，這降低了對每個激光投束器的發(fā)光流 明需求。這可能會增加為本申請生產(chǎn)適當投束器(beamer)的技術(shù)可行 性。
由于激光器會在較低的功耗情形下才具有最長的壽命，因此每個投
束器(beamer)的功耗可以相對較低。對于每個投束器40流明的情形， 每個投束器的輸出大約為200毫瓦。假設(shè)投束器具有比如5%的低效率， 它就需要4瓦特的電輸入。相比于前面提到的使用氣體放電的投束器消 耗560瓦特功率的情形，這種投束器在含9視圖系統(tǒng)的情形下只需要9
x4 = 36瓦特的功率。
再者，可變換散射器是偏振相關(guān)的。根據(jù)實施例，在散射器
(diffuser)中存在第一和第二偏振方向。在第一偏振方向，該散射器 是透明的，在第二偏振方向，散射器處在散射態(tài)。來自于每個投束器的 每束光都可以在其中一個方向上進行偏振，然后投影到該散射器上。為 了偏振所述光束，每個光束可以直接通過偏振元件，該偏振元件是可變 換散射器的一部分，且其設(shè)置在光束的光路徑中。該偏振元件是可切換 的，其可以在第一和第二偏振方向之間進行切換。例如，在產(chǎn)生單碎見圖 3D顯示的時候，從每個投束器發(fā)出的光在第二偏振方向偏振。由于在第 二偏振方向，該散射器對于光處于散射態(tài)，所以光會被散射，從而產(chǎn)生 2D圖像。相比而言，如果光在第一偏振方向上偏振，該散射器對光是透 明的，并且產(chǎn)生3D多視圖顯示，其中每個投束器只對一個觀察方向有 作用。使用光學有源LC元件，優(yōu)選是光電有源LC元件，可以旋轉(zhuǎn)光的 偏振方向。
根據(jù)實施例，投影屏還包含至少 一個透鏡屏和/或至少 一個菲涅耳 透鏡。透鏡或菲涅耳透鏡中的透鏡結(jié)構(gòu)將從單獨的激光投束器發(fā)出的光 沿著所希望的觀察方向成像。
當工作在3D多視圖顯示模式時，每個投束器在特定的觀察方向上 通過透鏡和/或菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)發(fā)射光。由于視角錐是有限的，因此IOO 流明的最大光通量，優(yōu)選少于40流明，在每個觀察方向內(nèi)是足夠的。 對于單視圖2D投影，投束器的光通量累積成投影屏上的總光通量。所 有投束器的光通量應(yīng)為大約400流明。例如，當提供有N個投束器的情 形，每個投束器應(yīng)該具有大約400/N流明的光通量。
根據(jù)實施例，所述投束器可以是微投束器，其可以安裝在微顯示器
的周圍，具有極小發(fā)光面板，例如小于o.r'。優(yōu)選地，使用的光源是
激光光源，而且LED光源也可以用于這種類型的微投束器 (microbeamer )。
為了控制投束器發(fā)出的光，尤其是掃描激光投束器發(fā)出的光，實施 例在投影屏的外圍邊緣設(shè)置了至少一個傳感器。該傳感器可以設(shè)置成直 接感光，或從過掃描(overscan)區(qū)域反射回的光?？梢?沒置傳感器使 其至少感測從各個投束器發(fā)出的光束的相位、和/或從投束器發(fā)出的光 束的光通量、和/或從4殳束器發(fā)出的光束的色標(color coordinate)。
每個投束器需要在背投屏幕上產(chǎn)生過掃描(overscan)。觀察在背投 屏幕的恰好外圍處的過掃描區(qū)域，通過傳感器比如 一 部照相機，從機殼 (housing)的投影器側(cè)觀察，提供了關(guān)于時間(timing)的信息，即 何時每個激光束射在投影屏上的某些點，優(yōu)選為過掃描區(qū)域上的某些 點。這個信息給出了投束器之間的精確相位差。這種相機的輸出信號可 以被用來自動對準所有激光投束器朝向背投屏。
根據(jù)實施例，傳感器被連接到控制器，從而根據(jù)檢測到的值控制從 投束器發(fā)出的光。
本申請的另 一個方面涉及一種背投方法，用于產(chǎn)生場景的至少一幅 視圖，其中利用至少兩個光束，將場景的至少一個視圖沿至少一個觀察 方向上投射到投影屏的后側(cè)；在透明態(tài)和散射態(tài)之間切換至少一個散射 器，其中，在透明態(tài)產(chǎn)生場景的不同視圖，其中在散射態(tài)產(chǎn)生單一視圖。
根據(jù)實施例，其本身具有發(fā)明性特征以及獨立于上面所述的解決方 案，提供了一種背投方法，用于產(chǎn)生場景的至少一個視圖，其中將場景 的至少一幅視圖沿著至少一個觀察方向投影到投影屏的背面還包括，在 至少一個觀察方向上產(chǎn)生場景的一個視圖，通過利用掃描激光束掃描 (scan,掃射)投影屏來將視圖投影到投影屏的后側(cè)(rear side)， 以及控制光束使所述光束不同相(out of phase)。
本申請的這些以及其他一些方面將會通過下面圖形闡述而變得清楚。


圖l多視圖背投裝置的一種可能結(jié)構(gòu)；
圖2使用微顯示器以及發(fā)光二極管的微投束器的實施例；
圖3微投束器的另一實施例；
圖4使用微顯示器以及激光光源的微投束器的實施例；
圖5背投裝置內(nèi)部設(shè)置的掃描激光投束器的實施例；
圖6包含偏振相關(guān)散射器的背投裝置的實施例； 圖7背投裝置的另一實施例；
具體實施例方式
1圖1示出了一個根據(jù)優(yōu)選實施例的背投裝置(rear projector) 2。 如圖l所示，背投裝置2提供了用于3D成像的大量視圖。每個觀察方 向都提供有高分辨率圖像。圖l所示的背投裝置2是在人們的購買能力 范圍內(nèi)并且尺寸可控制，即視圖的數(shù)目決定于投束器4的數(shù)目。投束器 4可以是具有相對較弱亮度的掃描激光微投束器，或具有LED光源或激 光光源以及微顯示器的微投束器。背投裝置2包含一個可在2D和3D模 式之間進行切換的投影屏6。在2D模式下，投影屏6處于散射態(tài)，在 3D模式下，投影屏6是透明的。2D模式下，背投裝置2可提供具有超 高分辨率的視圖，因為每個投束器都對投影視圖的整體分辨率有貢獻。 3D模式下，觀察者8在他的觀察位置看到場景的兩個不同視圖，例如， 一只眼睛看到一幅，由此產(chǎn)生三維(3D)的印象。在2D模式，投束器 (beamer)4在投影屏6上掃描(scan,掃掠)光束。通過掃描投影屏，每 個投束器4在特定的時間間隔內(nèi)將光發(fā)射到投影屏的整個表面，例如類 似于陰極射線管中的電子束。
每個投束器4由控制器3控制?？刂破?控制投束器4發(fā)出的光射 到投影屏6的特定位置的時間。
所述控制器被設(shè)置成使得投束器4發(fā)出的光束不在同 一 時刻轟擊投 影屏6的同一位置，這增加了由于投影屏的任何損壞而偶然進入人眼的 激光束的安全性。
圖5示出了用于在投影屏6上掃描激光束的一種結(jié)構(gòu)。圖示，激光 器26,其中激光器26a發(fā)藍光，激光器26b發(fā)綠光，激光器26c發(fā)紅光。 從激光器26發(fā)出的光束直接照射到鏡子(mirror) 16上。鏡子16b和 鏡子16c都是二向色鏡。因此，鏡子16b和16c對特定顏色的光是透射 性的而對其他顏色的光是反射性的。例如，鏡子16b可能反射綠光而對 任何其他顏色的光透過。再比如，鏡子16c反射藍光而允許任何其他顏 色的光透過。激光器26發(fā)出的累加后的激光束射擊到掃描鏡32上。掃 描鏡32將光束反射到投影屏6上。通過改變角度a，投射鏡32可以沿 著投影屏6上的水平線掃掠(Sweep)光束。此外，通過改變掃描鏡32
相對于繪制平面(drawing plane)的樞軸角(pivoting angle)，也 可以改變光束的垂直位置。因此，通過改變掃描鏡32的兩個角度，投 影屏幕6的整個表面都可以用光束掃描到。每個投束器(beamer) 4可 以有一個掃描鏡32。控制器可以控制每個投束器4的掃描鏡32,以產(chǎn) 生激光束的相位差。另外，控制器可以操縱激光器26的強度來控制光 束的顏色和強度。
投束器4也可以是基于微顯示器的微投束器，這參照圖2-圖4進行詳細闡述。
圖2示出包含作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管(LED) 10, 12和14的微 投束器4。其還包含二向色鏡16a-e、光積分器(light integrator) 18、可以作為微顯示器的小型化液晶顯示器20、以及投影透鏡 (project ion lens ) 22。
LED(發(fā)光二極管)10a和10b發(fā)紅光，其中LED10a和lOb發(fā)出的光 的波長略有不同。LED 10b發(fā)出的光被二向色鏡16a反射到微顯示器上， 而LED 10a發(fā)出的光透過二向色鏡(dichroic mirror ) 16a到微顯示器 上。LED 12a和12b發(fā)綠光，其中LED 12a和12b發(fā)出的光的波長略有 不同。LED 12a發(fā)出的光被二向色鏡16b反射到微顯示器，LED 12b發(fā) 出的光被二向色鏡16c反射到微顯示器。LED 14a和14b發(fā)射藍光，其 中LED 14a和14b發(fā)出的光的波長略有不同。LED 14a發(fā)出的光凈皮二向 色鏡16d反射到微顯示器，LED 14b發(fā)出的光被二向色鏡16e反射到微 顯示器。如所示，通過調(diào)節(jié)鏡子16,從LED 10， 12, 14中的任一個發(fā) 出的光直接照射到微顯示器上，并進入積分器(integrator ) 18。 LED 10-14中的每個發(fā)光二極管貢獻一種特定顏色的光給總光束。LEDlO-l4 發(fā)出的光的總和形成了微影機4發(fā)出的光束。
積分器18可以由透明材料制成。積分器18具有同微顯示器相同尺 寸比的矩形截面。除了入射面(entrance surface)(發(fā)光二極管10-14 發(fā)出的光進入積分器18的表面)和出射面(光離開積分器18進入微顯 示器的表面)，該積分器還可以有反光壁。同樣地，積分器18由4個 板組成，每個板含有一個鏡層，并且其安裝在一起形成一個中空的矩形 隧道。積分器18也可以是具有高折射系數(shù)的矩形條狀光學透明材料(例 如玻璃)，使得光線以內(nèi)全反射在積分器18的壁上進行反射。
在積分器18內(nèi)部，發(fā)光二極管(LED) 10-14發(fā)出的光被集成，即
被混合和重新分布，使得在出射面獲得均勻的光分布，并照射到LCD20 上。相應(yīng)視圖的圖像信息被電學地尋址到LCD 20上，其中照射LCD 20 的均勻光分布形成可見的二維圖像。投影透鏡20將LCD 20的2D放大 圖像投影到投影屏上。通過使用LED 10-14,可以利用小的能量來產(chǎn)生 光束。另外，發(fā)光二極管(LED)的壽命非常長。
圖3示出了另外一種微投束器4,其包含投影燈24、積分器18、 LCD 20以及投影透鏡22。投影燈24提供白光，其該白光被引導穿過積分器 18來照射微顯示器LCD 20。相應(yīng)視圖的圖像信息被電學地尋址到LCD 20 上，其中照射LCD 20的均勻的光分布被修正形成可見的2D圖像。投影 透鏡20將LCD 20的放大后2D圖像投影到投影屏上。
圖4示出了另外一種微投束器4，具有激光器26、散射器28、具有 鏡盒(mirrored case) 30的積分器18、微顯示器LCD 20、以及投影透 鏡22。激光器26發(fā)出的光在散射器28內(nèi)散射，使得該光束在鏡盒 (mirrored case) 30內(nèi)沿各個方向行進。通過在積分器18內(nèi)部使用鏡 子(mirror),來引導光通過積分器，將均勻光照射到LCD面板上。
相應(yīng)視圖的圖像信息電學地尋址到LCD 20上，其中，照射LCD 20 的均勻的光分布被修正形成可視圖像。投影透鏡20將LCD 2 0的放大2D 圖像投射到投影屏上。由于這種特殊的實施例使用了激光源，離開積分 器18的光束有非常小的截面，同時光的角分布仍然相當小，由此能使 用小直徑的投影透鏡22。這使得使用非常小的微顯示器20(優(yōu)選<0. 1")。 一般地，僅有非常少量的光透過微顯示器20,而大部分的光被微顯示器 20內(nèi)部的電極所反射。在恒定的分辨率下，較小的微顯示器20會具有 專交小的幾4可開cr (geometrical opening),這意p未著大量的光凈皮這些 電極反射。而圖4中的實施例以一種非常有效的方式重復(fù)利用了大部分 在微顯示器中反射的光。在散射器28中，設(shè)置一個中間具有孔的鏡子， 來允許激光器發(fā)出的光進入積分器18。由于激光束具有^f艮小截面，鏡子 30的孔非常小，從微顯示器20反射回來的大部分光會照射到鏡表面30 而再次照明微顯示器20。
圖6示出了背投裝置的另一種結(jié)構(gòu)，包括激光器26、 LCD元件34 和投影屏6。從激光器26射出的光束被偏振。LCD元件3々可用來旋轉(zhuǎn) 這個偏振方向。該LCD元件也可視為可變換散射器的一部分?；蛘咴撋?射器本身是可變換的，或者它是偏振相關(guān)的，以及所述可變換是在偏振元件內(nèi)部，該偏振元件可以是LCD 34。例如，可以將該光偏振成沿兩個 不同的互相正交的偏振方向。該偏振光可照射到投影屏6上，投影屏6 包括透鏡薄片6a、偏振相關(guān)的散射器6b、以及菲涅耳透鏡6c。偏振相 關(guān)的散射器6b，被設(shè)置使得它對于水平偏振方向的光是透明的，而散射 垂直偏振方向的光。通過變換(切換)液晶顯示元件34內(nèi)部的偏振方
因此，其可以在2D和3D才莫式之間進行切換。
例如，如圖l所示，當有多個激光器26時，每個激光器26沿不同 的觀察方向投射光，可以看到3D顯示。在這種情況下，LCD元件34, 其可以被設(shè)置在每個激光器26的前面，調(diào)整光束的偏振方向，使得光 通過偏振相關(guān)的散射器6b,觀察者8就會有3D印像。另外，在需要2D 圖像顯示的情況下，光束的偏振方向可以被改變，使得光在偏振相關(guān)的 散射器6b中被散射。這樣，所有的激光都對單一圖像有貢獻。
圖7示出了一種結(jié)構(gòu)，其中，投影元件4基于傳感器信息被控制。 在這個實施例當中，散射器6b具有過掃描區(qū)域36。另外，散射器6b是 可切換的，使得它的狀態(tài)可以在散射態(tài)和透明態(tài)之間進行切換。再者， 使用了至少兩個傳感器38。這些傳感器38可以被安置在過掃描區(qū)域36。 可以設(shè)置傳感器38,使得它們檢測過從掃描區(qū)域36反射回來的光，或 者傳感器38直接安置在過掃描區(qū)域36自身之內(nèi)。從掃描激光投束器4 發(fā)出的光掃過所述的投影屏6。在多視圖操作情形下，可變換散射器6b 處于透明態(tài)。該光束通過掃掠(sweep over)來掃描所述才殳影屏6。 i殳 置掃描區(qū)域，使得它擴展到過掃描區(qū)域36。當一束光照射到屏幕6邊緣， 即過掃描區(qū)域36,傳感器38檢測到單獨的激光束。傳感器38可以測量 激光束的顏色和亮度等級，這樣的控制器3可以調(diào)整投束器4的驅(qū)動信 號，來最小化屏幕上的顏色和亮度差別。對于激光投束器4的情況，該 光束可以一種同步的方式來掃描投影屏6,但是由于有相位差，使得多 個傳感器38會隨著時間的變化獨立檢測不同的激光投束器。這種相位 差增加了使用激光束的安全性。
在2D模式下，其中，可變換散射器6b處于散射態(tài)，每束光都對同 一個單一視圖有貢獻。同樣，在過掃描區(qū)域36內(nèi)，傳感器M可以單獨 地檢測每個投束器的光束的強度、顏色和相位，以及給控制器4提供控 制信息來調(diào)整每個投束器4的相位、位置、強度和顏色。
根據(jù)本申請的系統(tǒng)可用在3D電視機、3D計算機顯示器、3D CAD/CAM 系統(tǒng)、3D廣告牌，超高分辨率2D顯示器，以及可變換顯示器中。當投 束器4的數(shù)目增加的時候，每個投束器4所需的亮度會降低。
也可以使背投系統(tǒng)模塊化。用戶可以啟動只有5個微投束器的投影 系統(tǒng)，隨后該用戶可以通過向系統(tǒng)增加額外的投束器來升級他的系統(tǒng)， 這會增加有效視圖的數(shù)目。
雖然這里已經(jīng)展示、描述以及指出了本發(fā)明的基本新穎特征，其在 優(yōu)選的實施例中應(yīng)用，但是，可以理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對 上面所描述的器件和方法的形式以及細節(jié)上作各種省略，替代和變換， 而不脫離本發(fā)明精神。例如，已經(jīng)清楚的指出，那些以基本相同的方法 實現(xiàn)基本相同的功能，獲得基本相同的結(jié)果的元件和/或方法步驟的所 有組合，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，應(yīng)該意識到，結(jié)合本發(fā)明的任何 已經(jīng)披露的形式或?qū)嵤├故竞?或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步 驟，應(yīng)該包含在任何已經(jīng)披露或描述或建議的形式或?qū)嵤├?，作為?種設(shè)計選擇。因此，本發(fā)明的范圍僅限定于所附權(quán)利要求中指示的范圍。 也應(yīng)該意識到，任何參照標記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1、背投裝置包括至少一個投影屏(6)，至少兩個投束器(4)，每個所述投束器在至少一個觀察方向上產(chǎn)生場景的一幅視圖，并且將該視圖投影到投影屏(6)的后側(cè)，至少一個可變換散射器(6b，34)，其可在透明態(tài)和散射態(tài)之間進行切換，其中在所述透明態(tài)，每個投束器(4)產(chǎn)生場景的不同視圖，其中在所述散射態(tài)，所述投束器(4)產(chǎn)生場景的一幅視圖。
2、 權(quán)利要求l的背投裝置，其中所述至少兩個投束器(4)為掃描 激光投束器，所述至少兩個投束器(4)的每一個在至少一個觀察方向 上生成場景的一幅視圖，并且通過利用光束掃描投影屏(6)將該視圖 投影到所述投影屏(6)的后側(cè)；以及進一步包含至少一個控制裝置(3);其中，所述控制裝置(3)設(shè)置成控制所述掃描激光投束器(4)以 便使所述投束器(4)發(fā)出的光不同相位。
3、 權(quán)利要求2的背投裝置，其中所述控制裝置(3)設(shè)置成控制所 述投束器(4),使得所述投束器(4)發(fā)出的光在特定的時間射在投影 屏(6)上的不同位置。
4、 權(quán)利要求l的背投裝置，其中所述可變換散射器(6b，34)包括 偏振相關(guān)散射器(6b)，其對第一偏振方向是透明的而對第二偏振方向 是散射的，還包含至少一個偏振元件(34),用于偏振投射到散射器(6b) 上的光束，所述可變換散射器(6b，34)可在第一偏振方向和第二偏振 方向之間進4亍切才灸。
5、 權(quán)利要求l的背投裝置，其中所述投影屏(6)至少包含下述之一A) 透鏡屏(6a );B) 菲涅耳透鏡(6c)。
6、 權(quán)利要求1的背投裝置，其中每個投束器(4)最大光通量為100 流明，優(yōu)選小于40流明。
7、 權(quán)利要求l的背投裝置，其中在所述投影屏(6)的后面設(shè)置至少9個投束器(4),使得產(chǎn)生場景的至少9個不同的視圖。
8 、權(quán)利要求1的背投裝置，其中所述投束器(4 )包括微顯示器(20) 和LED光源(10-14)。
9、 權(quán)利要求1的背投裝置，還包含至少一個傳感器(38)，設(shè)置 在投影屏(6)的外邊緣，并且用于檢測下述中的至少一個值A(chǔ)) 投束器(4)發(fā)出的光束的相位；B) 投束器(4)發(fā)出的光束的光通量；C) 投束器(4)發(fā)出的光束的色標；
10、 權(quán)利要求9的背投裝置，進一步包括，將所述至少一個傳感器 (38 )與控制器(3 )進行耦接，以便根據(jù)檢測的值控制所述投束器(4 )發(fā)出的光。
11、 一種背投方法，用于生成場景的至少一幅視圖，其中利用至少 兩個光束將場景的至少一幅視圖沿著至少一個觀察方向投影到投影屏(6)的后側(cè)；以及，在透明態(tài)和散射態(tài)之間切換至少一個可變換散射器(6b, 34),其 中在透明態(tài)產(chǎn)生場景的不同視圖，而在散射態(tài)產(chǎn)生場景的一幅視圖。
12、 權(quán)利要求11的方法，還包括在至少一個，見察方向產(chǎn)生場景 的一幅視圖，以及通過利用掃描激光束掃描投影屏(6)來將所述視圖 投影到投影屏(6)的后側(cè)，以及控制所述光束使其處于不同相位。
13、 權(quán)利要求12的方法，還包含控制光束以致使其在特定時間照 射在投影屏(6)的不同位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種背投裝置和一種背投方法。提供至少一個投影屏、至少兩個投束器，每個投束器在至少一個觀察方向上產(chǎn)生場景的一幅視圖，并將該視圖投影到所述投影屏的后側(cè)，還包括至少一個可在透明態(tài)和散射態(tài)之間進行切換的可變換散射器，其中在透明態(tài)中每個投束器產(chǎn)生場景的不同視圖，在散射態(tài)中所有投束器產(chǎn)生場景的一幅視圖。
文檔編號H04N13/00GK101347002SQ200680048668
公開日2009年1月14日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者A·J·S·M·德瓦恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司