專利名稱：回復反射的光漫射顯示系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及顯示器，且更具體地涉及自動立體的(autostereoscopic)的三 維(3D)顯示器。
B.
背景技術：
三維電影和電視變得越來越流行。隨著諸如高清(HD)電視等技術的進步，消費者 希望更多且更好的特征。根據(jù)Insight Media在2008年5月發(fā)布的“20083D電視報告”， 3D可能很快成為高清電視的附加特征。許多顯示器制造商正開發(fā)他們自己的3D顯示技術 以滿足這些市場需求。在當前3D市場中，傳統(tǒng)的兩視圖立體(stereo)標準仍保持主導地位。例如，頭戴 式顯示器被廣泛用于軍事訓練及研究機構，基于眼鏡的投影顯示在大型3D顯示中起著關 鍵作用，諸如CAVE⑧系統(tǒng)以及Mechdyne公司的PowerWall系統(tǒng)，以及3D電影院。然而，戴 頭盔或眼鏡的要求限制了對3D技術的使用。作為可選擇的方案，自動立體顯示技術已引起 了越來越多的關注。自動立體顯示器使用特殊的光指向(directing)裝置以在用戶的空間 中形成分開的觀察窗口(viewingwindow)，其允許用戶在沒有眼鏡的情況下看到3D圖像。 由于選定的觀察窗口形成明顯大于人類眼睛大小的觀察空間，所以只要用戶的眼睛在觀察 空間之內，他們就能夠自由地移動他們的頭部。用于生成觀察窗口的當前立體的方法包括基于平行柵欄的 (parallel-barrier-based)顯示以及基于凸透鏡的顯示。然而，這些自動立體的顯示技術 具有明顯的局限性。例如，基于平行柵欄的顯示受到若干限制。首先，由于基于平行柵欄的顯示器使 用光阻礙以生成觀察窗口，所以從每個像素所發(fā)射的光中僅少量穿過柵欄窗口。第二，視 圖(view)之間的串擾(crosstalk)可能是明顯的。串擾是指觀察區(qū)域的重疊，其導致一只 眼睛看到旨在提供給另一只眼睛的圖像。當串擾很明顯時，大腦不能感知立體效果或者不 能正確地感知它。第三，在基于平行柵欄的顯示器中使用小孔能導致衍射。隨著顯示分辨 率的增加，這個問題變得更加尖銳。因為顯示分辨率的增加，柵欄孔徑大小必需被降低，這 導致更嚴重的衍射效應。第四，基于平行柵欄的顯示器通常受到分辨率的限制。對于具有 η視圖的顯示器，單個視圖的分辨率本質上是初始顯示分辨率的1/η。由于視圖必需等分 (divide)初始顯示分辨率，基于平行柵欄的顯示器的分辨率受限于顯示的初始分辨率，其 也被衍射及顯示器制造商的能力的所限制。第五，由于每個視圖僅看見與柵欄窗口相關聯(lián)
5的η個像素欄中的一個，所以在每個視圖中存在許多黑像素線，其在單眼圖像中產生“篩格 效應(picket fence effect)”。最后，基于平行柵欄的顯示器通常因有限數(shù)量的觀察窗口 而受到影響。為生成更多的觀察窗口，必需在狹縫窗口(slit window)保持不變的同時，加 寬黑狹縫。明顯地，在不集聚偽像(諸如被降低的亮度和篩格效應)的情況下，不可能無限 地增加觀察窗口的數(shù)量。盡管基于凸透鏡的顯示器提供了部分優(yōu)于基于平行柵欄的顯示器的改進，但使用 凸透鏡板(lenticular sheet)也具有許多缺點。與柵欄狹縫相比，基于凸透鏡的顯示器提 供更高的分辨率；然而，與制造簡單的黑白柵欄相比，制造高質量的凸透鏡板更困難且成本 更高。實際上，顯示器的質量與顯示器中所使用的凸透鏡板的質量直接相關。凸透鏡板與 顯示器的對準也需要巨大的努力。而且，基于凸透鏡的顯示器也遭受到困擾基于平行柵欄 顯示器的那些問題的影響，諸如觀察窗口之間的串擾、黑線問題、受限的分辨率、以及有限 數(shù)量的觀察窗口等。

發(fā)明內容
相應地，需要的是提供更好的顯示、尤其能用于自動立體顯示的更好的顯示的系 統(tǒng)和方法。本發(fā)明的各方面包括使用光漫射(diffuse)和回復反射以生成新的顯示屏幕。在 實施例中，回復反射(retro-reflective)的光漫射屏幕可被用來通過生成多個觀察窗口 生成自動立體顯示。在實施例中，每個觀察窗口描述透視圖像視圖，并且通過從一個觀察窗 口以一只眼睛觀看一個透視圖像視圖且通過從另一個觀察窗口以另一只眼睛觀看另一個 透視圖像視圖，可以觀看3D圖像。在實施例中，顯示屏幕系統(tǒng)包括具有二維回復反射表面以及漫射表面的屏幕。漫 射表面被配置在第一方向用大的漫射角而在第二方向用小的漫射角。對于顯示屏幕，第一 方向優(yōu)選為垂直方向而第二方向優(yōu)選為水平方向。漫射表面還被配置以接收從二維回復反 射表面所反射的圖像以及被配置以漫射該圖像從而形成對應于該圖像的觀察窗口。在實施例中，顯示屏幕系統(tǒng)包括回復反射體漫射器屏幕以及至少一附加層。在實 施例中，該附加層可以為在二維回復反射體和光成形漫射器之間的透明層。在實施例中，該 附加層可以為放置在光成形漫射器之前的凸透鏡層。在又一實施例中，回復反射體漫射器 屏幕包括凸透鏡層、光成形漫射器、透明介質層、以及二維回復反射體。顯示屏幕系統(tǒng)還可包括多個投影機。每個投影機具有唯一的位置，并被配置將具 有唯一透視視圖的圖像投影到屏幕上從而形成對應于所投影的圖像的唯一觀察窗口。從 而，顯示系統(tǒng)形成多個對應于由多個投影機所投影的多個圖像的觀察窗口。用戶通過用一 只眼睛在選自多個觀察窗口的第一觀察窗口處觀看第一透視圖像，而通過用另一只眼睛在 選自多個觀察窗口的第二觀察窗口處觀看第二透視圖像，能觀看三維圖像。在實施例中，顯示屏幕系統(tǒng)還包括放置在多個投影機中的至少一個和屏幕之間的 光路徑中的分光鏡，以將投影的圖像指向屏幕并將從屏幕所反射的投影的圖像指向用以形 成觀察窗口的位置，該觀察窗口與多個投影機中的至少一個是空間上分離的。這樣的配置 在觀察窗口中移除了作為障礙的投影機。在實施例中，顯示系統(tǒng)還包括第二屏幕回復反射的光漫射屏幕，該屏幕設置在相對于第一屏幕光學地鏡面共軛(mirror-conjugated)的位置處，從而增加在觀察窗口的圖
像亮度。在實施例中，顯示系統(tǒng)包括偏振敏感分光鏡以及四分之一波長板，偏振敏感分光 鏡被放置在多個投影機中的至少一個和屏幕之間的光路徑中，以將投影的圖像指向屏幕， 四分之一波長板被放置于屏幕和分光鏡之間的光路徑中。在實施例中，顯示系統(tǒng)包括計算裝置，該計算裝置通信地耦接至多個投影機，以協(xié) 調對圖像的投影。計算裝置還可以包括一個或多個用于存儲將被投影的圖像的數(shù)據(jù)存儲器 件。應當注意到，將被投影的圖像可以為靜止圖像、視頻圖像、或者以上兩者。按照在此所陳述的教導，本發(fā)明的實施例還包括用于制造自動立體顯示系統(tǒng)的方 法。例如，在實施例中，通過將回復反射的光漫射屏幕放置在適當?shù)奈恢靡越邮諒亩鄠€投影 機所投影的圖像，可以形成自動立體顯示系統(tǒng)。每個投影機具有唯一的位置并被配置以將 具有唯一的透視視圖的圖像投影到屏幕上，從而形成對應于所投影的圖像的觀察窗口。對 應于由多個投影機所投影的多個圖像，形成多個觀察窗口。將所述多個觀察窗口置于適當 的位置，使得用戶通過用一只眼在選自多個觀察窗口的第一觀察窗口處觀看第一透視圖像 而通過用另一只眼在第二觀察窗口處觀察第二透視圖像，能觀看三維圖像。本發(fā)明的一些特征和優(yōu)點已經(jīng)被普遍地描述在此發(fā)明內容部分；但是，附加的特 征、優(yōu)點、以及實施例在此被陳述，或者考慮到附圖、說明書、及其權利要求，附加的特征、優(yōu) 點、及實施例對本領域技術人員將是顯而易見的。相應地，應當理解到，本發(fā)明的范圍不應 當由在發(fā)明內容部分所公開的具體實施例來限制。


參考本發(fā)明的具體實施例，其示例可以被示意在附圖中。這些圖旨在示意性而非 限制性，并且也不是按比例繪制。盡管在這些實施例的內容中一般性地描述了本發(fā)明，應當 理解到，其并非旨在將本發(fā)明的范圍限制在這些具體實施例。圖1示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的光漫射屏幕的運行。圖2示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的回復反射屏幕的運行。圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的回復反射垂直光漫射屏幕的運行。圖4示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的具有回復反射垂直光漫射屏幕的顯示系 統(tǒng)。圖5示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的具有回復反射垂直光漫射屏幕的多投影 機顯示系統(tǒng)。圖6示意根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的具有回復反射垂直光漫射屏幕的顯示系統(tǒng) 的可替代實施例。圖7示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，具有至少一個回復反射垂直光漫射屏幕的 顯示系統(tǒng)的另一實施例。圖8示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，具有回復反射垂直光漫射屏幕的顯示系統(tǒng) 的又一另外的實施例。圖9示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的回復反射的光漫射屏幕的另一實施例。圖10示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的圖9的回復反射的光漫射屏幕。
圖11示意了凸透鏡反射屏幕的示例。圖12示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，具有凸透鏡層的回復反射的光漫射屏幕 的另一實施例。圖13示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，觀察窗口的來自回復反射的光漫射屏幕 實施例的光的分布。圖14根據(jù)本發(fā)明的不同實施例描述來自回復反射的光漫射屏幕實施例的兩個相 鄰觀察窗口的橫截面。圖15示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，回復反射的光漫射屏幕的又一實施例。圖16示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，具有至少一個回復反射的光漫射屏幕的 實施方式的多投影機顯示系統(tǒng)。圖17示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的計算系統(tǒng)的示例的結構圖。
具體實施例方式在以下說明中，為解釋的目的，闡述了具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的理解。然而， 對本領域技術人員而言，在沒有這些細節(jié)的情況下實施本發(fā)明將是顯而易見的。而且，本領 域技術人員將認識到，以下所描述的本發(fā)明的實施例可以以各種方式被實現(xiàn)。據(jù)此，以下描 述的示例是本發(fā)明具體實施例的示意性說明，且意在避免本發(fā)明沒有被清晰地理解。模塊圖中所示的元件或者模塊是本發(fā)明的示范性實施例的示意性說明，并且在避 免本發(fā)明沒有被清晰地理解。同樣應當理解到，貫穿本討論，該元件可以被描述為分開的可 包括子單元的功能單元，但是本領域技術人員將認識到，不同的元件或者其部分，可以被分 成獨立的元件或可被集成一起，包括被集成在單個系統(tǒng)或元件中。此外，圖中元件之間的連接并非旨在被限制為直接連接。相反，這些元件之間的數(shù) 據(jù)可以被中間的元件修改、再構成(re-format)、或者進行其它改變。同樣，可以使用附加的 連接或更少的連接。還應當注意到，術語“耦接”或者“通信地耦接”應當被理解為包括直 接連接、通過一個或更多中間裝置的間接連接、以及無線連接。說明書中引用“一個實施例”、“優(yōu)選的實施例”、“實施例”或“多個實施例”指的是 所描述的與實施例有關的具體特征、結構、特性、或者功能被包括在本發(fā)明的至少一個實施 例中并且可以在不止一個實施例中。在說明書中不同位置出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、 “在實施例中”、“在多個實施例中”，不必是涉及同一個實施例或者多個實施例的全部。還應 當理解到，這里所使用的術語“圖像”或“多個圖像”將指的是靜止圖像、視頻圖像、或者該 兩者。A.概述大多數(shù)立體(sterescopic)觀察技術依賴于雙眼視差(binocular parallax)暗 示(cue)來生成三維(3D)圖像。雙眼視差是指看同一個3D目標或多個目標的立體圖像對 (即，兩個不同的視角)。設置于頭戴式顯示器是這種觀察裝置中的一種，用戶通過兩個被 分開的光學路徑在其中看見兩個分離的立體圖像。廣泛使用補色立體眼鏡、快門式眼鏡、以 及偏光式眼鏡來將單個屏幕上所顯示的或紙上所印刷的的立體圖像分開。自立體圖像顯示技術也依賴于視差深度提示。但是，替代通過用戶眼睛前面的眼 鏡來將立體視圖分開，大多數(shù)自動立體的顯示器設法控制顯示空間中的光路徑，從而在用戶的空間中生成觀察窗口。在每個觀察窗口中，僅能看到一個單眼的圖像。觀察窗口進一 步形成觀察區(qū)域。由于觀察區(qū)域的大小明顯地大于人眼大小，所以用戶能夠在觀察區(qū)域內 自由地移動他的/她的頭。大多數(shù)現(xiàn)有的自立體觀察顯示系統(tǒng)是基于平行柵欄技術或者基 于凸透鏡技術。1.基于平行柵欄的顯示器使用平行柵欄的基本設計是，放置板條(strip)以阻擋從顯示器發(fā)射的光線。黑 白掩膜柵格通常被放置于顯示器之前。每個小的白柵格充當將像素映如到觀察空間內的針 孔并允許用戶從某一觀察角度看到該像素(即創(chuàng)建觀察窗口)，同時黑柵格從該觀察角度 阻擋相鄰的像素。結果，在左邊的觀察窗口，用戶看見在顯示器上的一組像素，而在右邊的 觀察窗口，用戶看見在顯示器上的另一組像素。左邊觀察窗口和右邊觀察窗口一起形成一 個觀察區(qū)域?？梢孕纬梢粋€以上觀察區(qū)域。同樣，通過增加顯示器的分辨率并且使更多像 素與每一柵欄狹縫相關聯(lián)，在一個觀察區(qū)域中可以建立多個觀察窗口。如之前所注意到的，基于平行柵欄的顯示器具有若干缺陷。這些缺陷包括并降低 的亮度、視圖之間的串擾、由小窗口所導致的衍射效應、受限的分辨率、單眼圖像中的篩格 效應、在橫越觀察區(qū)域時的圖像突然跳動的(flipping)偽像，以及有限數(shù)量的觀察窗口。首先，由于基于平行柵欄的顯示器使用光阻擋策略，從每個像素發(fā)射的光中僅小 部分穿過柵欄窗口。從而，所觀察的圖像的亮度被減小。減小亮度問題的努力已包括在顯 示器之后放置柵欄掩膜。光在到達顯示器像素之前通過柵欄被調整。第二，視圖之間的串擾可以是明顯的。串擾是指觀察區(qū)域的重疊，其能導致一只眼 睛看見旨在給另一只眼睛的圖像。當串擾明顯的時候，大腦不能感知立體效果者不能正確 地感知它。最小化串擾偽像的努力包括選擇用于柵欄掩膜的柵欄間距或者在顯示器后放置 柵欄。第三，在基于平行柵欄的顯示器中使用小孔的能導致衍射。這個問題隨著顯示分 辨率的增加變得更加尖銳。因為顯示分辨率增加，柵欄孔的尺寸必須被減小，這導致更嚴重 的衍射效應。因此柵欄的孔的尺寸由衍射極限所限制。第四，基于平行柵欄顯示器通常遭受到有限的分辨率的影響。對于具有η視圖的 顯示器，單個視圖的分辨率基本上是初始顯示分辨率的1/η。由于觀察必需等分初始顯示的 分辨率，基于平行柵欄的顯示的分辨率被顯示的初始分辨率所限制，其也被衍射以及由顯 示器制造商所能達成的分辨率所限制。第四，由于每個視圖僅看見與柵欄窗口相關聯(lián)的η個像素欄中的一個像素欄，在 每個視圖中存在許多黑像素線。對于兩個視圖的情形，黑線為單個像素寬，交錯于這些亮的 像素中。黑像素線在單眼圖像中產生“篩格效應”。減少篩格偽像的努力包括在相對于顯示 器的像素欄的角度處放置柵欄線。第六，這些顯示器可能遭受圖像突然跳動的偽像。圖像突然跳動的偽像是由于用 戶的眼睛與觀察窗口的不正確對準所導致的。在兩個視圖的顯示系統(tǒng)中，如果用戶的左眼 是在右觀察窗口而用戶的右眼是在左觀察窗口，則用戶將看見一組突然跳動的立體圖像。 對于多視圖的顯示系統(tǒng)，這種突然跳動的偽像在用戶經(jīng)過觀察區(qū)域時發(fā)生。最后，基于平行柵欄的顯示器通常受到具有有限數(shù)量的觀察窗口的損害。為了生 成更多觀察窗口，黑狹縫在狹縫窗口保持不變的同時必須更寬。在不增加偽像的情況下，增
9加觀察窗口的數(shù)量是不可能的，比如被減小的亮度及篩格效應。2.基于凸誘鏡的顯示器如以上所注意到的，基于平行柵欄的顯示器的一個缺點是由于柵欄的窄垂直裂縫 引起的低亮度。這個問題的一個解決方案是使用透鏡來改善光集聚。所使用的透鏡的一種 形式是凸透鏡板，該凸透鏡板包含一組并行(side-by-side)放置的圓柱透鏡。為使用凸透 鏡板以顯示3D圖像，板與2D顯示器垂直對準。類似于平行柵欄顯示器，如果對準兩組像素 (例如，左眼像素和右眼像素)，可以建立兩個觀察窗口從而形成一個觀察區(qū)域。也能建立 多個觀察區(qū)域(具有L和R觀察窗口)。如果多個像素與每個透鏡對準，在一個觀察區(qū)域中 可建立多個觀察窗口。由于在凸透鏡板中的透鏡是圓柱形狀，所以僅產生水平視差。除在 基于平行柵欄顯示器上關于聚光能力的改善之外，與柵欄狹縫相比，凸透鏡板也能提供更 高的分辨率。盡管與基于平行柵欄的顯示器相比，基于凸透鏡的顯示器具有更好的亮度和分辨 率的可能性，但基于凸透鏡的顯示器呈現(xiàn)出它們自身的缺點。第一，顯示器的質量依賴于具 有高質量的凸透鏡板。但是，尤其是與柵欄掩膜相比較，制造高質量凸透鏡板顯然更困難并 且更昂貴。另外，凸透鏡板與顯示器的對準也需要非常努力。此外，基于凸透鏡的顯示器還 遭受到折磨基于平行柵欄的顯示器的問題，諸如觀察窗口之間的串擾、篩格問題、受限的分 辨率、圖像突然跳動、以及有限數(shù)量的觀察窗口等。3.基于光漫射的顯示器多視圖3D顯示的第三種類型使用光成形漫射器(light shaping diffuser, LSD)技術。利用光成形漫射器的裝置的示例包括由匈牙利布達佩斯的Holografika所開 發(fā)的被稱為HoloVizo 的光場顯示器(light-field display)，以及由在南加利福尼亞 大學(University of South California)的創(chuàng)新技術學院(Institute for Creative Technologies)所開發(fā)的3D光場顯示器。光成形漫射器是被使用于光學通信裝置及IXD顯 示背光的一維光漫射器。當被投影機照亮時，光成形漫射器在水平方向具有小的漫射而在 垂直方向具有大的漫射。Holografika在它的HoloVizo 顯示器中利用一維漫射特性。該顯示器使用了 照亮LSD屏幕的多個投影機。在水平截面視圖中，假設屏幕僅在垂直方向漫射光，觀看者 僅能看見來自每個投影機的圖像的一個非常細的狹縫。為了生成一個觀察視角(viewing perspective)，這些來自不同投影機的細的狹縫必須被嵌合(mosaic)在一起。因此，顯示 器需要許多投影機一起工作。對于HoloVizo 顯示系統(tǒng)，多達50個投影機被用于原型。假 設水平漫射角度為1度，需要約60個投影機以生成60度視場(field-of-view)的多視圖 顯不。由在南加利福尼亞大學的創(chuàng)新技術學院所開發(fā)的光場顯示器由高速視頻投影機、 通過全息漫射器所覆蓋的旋轉鏡(spinning mirror)、以及用來解碼被專門渲染的數(shù)字視 頻接口(Digital Visual hterface，DVI)視頻信號的域可編程門陣列電路組成。高速視 頻投影機以及通過全息漫射器所覆蓋的旋轉鏡生成360度視圖。由在南加利福尼亞大學的 創(chuàng)新技術學院所開發(fā)的光場顯示器具有與HoloVizo 顯示器相似的特性。盡管這些顯示器不共有基于平行柵欄的顯示器和基于凸透鏡的顯示器的所有缺 點，但是這些解決方案存在一些固有的問題。例如，可能存在串擾的問題、系統(tǒng)校準困難、及用于渲染的額外成本。第一，對于HoloVizo 顯示器，存在串擾的問題。串擾偽像可能被光漫射引入。理 想的漫射器應當是完美的低通濾光器(即，完美的直角的)。但是，實際的材料具有類高斯 的(Gaussian)的漫射模式。結果，兩個相鄰細狹縫之間可能存在串擾，這可能明顯地使圖 像模糊或者生成鋸齒形圖像。第二，兩個系統(tǒng)都需要極其專業(yè)化且復雜的元件，并且需要復雜的系統(tǒng)校準。例 如，由于HoloVizo 顯示器中的圖像是從來自許多投影機的圖像段(segment)所嵌合的，這 些投影機必須被正確地對準并校準。由在南加利福尼亞大學的創(chuàng)新技術學院所開發(fā)的光場 顯示器也需要專業(yè)化的設備和專業(yè)化的裝備。最后，對于圖像渲染存在額外成本。對于HoloVizo 顯示器，渲染成本至少部分地 由其特殊的圖像嵌合要求所導致。顯示于投影機上的圖像不是規(guī)則的3D電影的透視圖像 或者由標準OpenGL軟件所渲染的圖像。因此，必須采取額外的步驟以對每個投影機生成正 確的圖像。并且，對于由在南加利福尼亞大學的創(chuàng)新技術學院所開發(fā)的光場顯示器，該系統(tǒng) 需要被專門渲染的DVI視頻信號。B.自動立體顯示器的實施例本發(fā)明的實施例包括使用帶回復反射的光成形漫射。這樣的配置相對于之前的自 動立體顯示器具有若干益處。首先，這樣的系統(tǒng)能使用投影機的全分辨率并能顯示明亮的 圖像。本發(fā)明的系統(tǒng)僅用一個投影機生成每個視像，并且當用戶在所指定的觀察位置 觀看圖像時不需要嵌合來自多個投影機的視圖。另外，圖像不需要被專門渲染的視頻信號。 因此，以上提及的專門的后渲染過程不是必要的。與基于平行的柵欄和基于凸透鏡的顯示 器相比，本系統(tǒng)不會遭受到相同的分辨率極限的影響，本系統(tǒng)通常更亮，并且理論上能夠產 生大數(shù)量的觀察窗口。對于本領域技術人員而言，另外的益處是顯而易見的。C.回復反射垂肓光漫射屏幕(RRVLD)在實施例中，本發(fā)明的自動立體顯示器包括兩層。第一層包括在一個方向具有小 漫射角度而在另一方向具有大漫射角度的一維(ID)光漫射材料。圖1示意了根據(jù)本發(fā)明 的實施例的光漫射材料的示例。如圖1所示，穿過光漫射材料110的入射光線105在水平方向上以小角度115漫 射，但在垂直方向上以大角度120漫射。就3D顯示應用而言，優(yōu)選在水平方向小角度漫射， 同時優(yōu)選在垂直方向大角度漫射。因此，這種類型的漫射屏幕可以被稱作垂直光漫射屏幕。屏幕的第二層是回復反射材料，其沿入射方向返射光線。圖2示意了回復反射材 料以及與光線的相互作用的示例。入射光線210或220撞擊回復反射材料205并被反射。 被反射的光線以與入射光線相同或接近相同的角度反射。從而，入射光線210具有沿著入 射線210的方向被反射回的回復反射線215。并且，入射光線220具有沿著入射線220的方 向被反射回的回復反射線225。圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的回復反射的垂直光漫射屏幕300。圖3中 示意的屏幕305是由光漫射材料310與回復反射材料315組合所形成的。在實施例中，可 以使用一維光漫射材料，諸如由加利福尼亞的Torrence的Luminit LLC所生產的光成形漫 射器(LSD )。光成形漫射器材料可以具有60° X Γ的漫射角，盡管本領域技術人員將 認知到可以使用其它的漫射角度。在3D顯示系統(tǒng)的實施例中，光成形漫射器材料以60°漫射角在垂直方向被定向，而以1°漫射角在水平方向被定向。在各實施方式中，可以使用回 復漫射材料或光電控制產品，該回復漫射材料是比如由明尼蘇達州的M.Paul的3M公司所 生產的3M kotchlite 反射材料，該光電控制產品比如是由康乃狄克州(Connecticut) 的新英格蘭(New Britain)的Reflexite Americas所生產的具有被金屬化的背部的它的 P66 和 AC1000。如圖3中所示意的，被導向回復反射的垂直光漫射屏幕305的光320穿過漫射材 料并被沿著它的入射方向325(或基本上沿著入射方向)回復反射回去?；貜头瓷涞墓馊?后由光漫射材料310漫射。光漫射材料310被配置以在水平方向330少量地而在垂直方向 335大量地漫射所回復反射的光。因此，在其穿過漫射材料以后，由此所形成的漫射光是扇 形。D.顯示系統(tǒng)實施例1. 一般顯示系統(tǒng)實施例圖4示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的顯示系統(tǒng)400。圖4中所示的是回復反射 垂直光漫射屏幕405以及投影機410。回復反射垂直光漫射屏幕405被用作顯示屏幕。從 投影機所發(fā)射的光線415被回復反射回投影機410并且創(chuàng)建了觀察窗口 425，該觀察窗口 425與投影機重疊。配置屏幕405使得在垂直方向以大漫射角度而在水平方向以小漫射角 度來漫射反射光。由于垂直漫射效果，觀察窗口是以投影透鏡的孔為中心的垂直狹縫。狹 縫425的寬度是屏幕的水平漫射角、距投影機的距離、以及投影透鏡的孔的大小的函數(shù)。以 下方程闡述了對于垂直狹縫的寬度的計算釅=^+2.Z,tan(f)其中W為狹縫的寬度；Da是投影透鏡的孔徑的大小；Zp是從投影機至屏幕的距離；以及Ct是屏幕的水平漫射角度。應當注意到，具有大的垂直漫射角度的優(yōu)點是觀察窗口被延伸。在沒有延伸的觀 察窗口情況下，觀察窗口將與投影機透鏡相一致，從而使得個體不可能觀看所反射的圖像。 通過在垂直方向上延伸觀察窗口，用戶能在觀察窗口中從投影機410之上或之下觀看圖像。圖5示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的3D顯示系統(tǒng)500。圖5中所示的是回復 反射垂直光漫射屏幕505以及一組投影機510A-F。應當注意到，盡管圖5示意了 6個投影 機，但可以使用附加的或更少的投影機。回復反射垂直光漫射屏幕505以如參考圖4所描 述的相似的方式被用作顯示屏。也即，從投影機510x所反射的光線515被反射回至投影機 510x并且創(chuàng)建與投影機重疊的觀察窗口 52切。例如，來自投影機510A的光被屏幕505反 射和漫射，從而形成觀察窗口 525A。這種結果對于在顯示系統(tǒng)500中的每個投影機是相同 的，其中每個投影機510A-F分別生成相應的觀察窗口 525A-F。因此，通過增加更多的投影 機，更多這種觀察窗口被創(chuàng)建。圖5所示意的顯示系統(tǒng)生成六個不同的觀察窗口。每個觀察窗口顯示來自相應投 影機的圖像。通過在屏幕上顯示經(jīng)由投影機從多個視角(perspective)所捕捉的一組圖像，用戶能通過這些觀察狹縫或窗口看見3D。例如，如果用戶在一個觀察窗口中以一只眼 睛觀看一個圖像并在另一觀察窗口中以她的另一眼睛觀看另一透視圖像，那么用戶將感知 到3D圖像。在實施例中，縫(slot)的寬度可以足夠小到用戶通過以雙眼在同一個觀察窗 口中觀察同一圖像，無法感知單眼圖像。本領域技術人員將認識到，圖5中示意的類型的顯示系統(tǒng)有若干優(yōu)點。第一，圖像 是亮的。由于一維光漫射，用戶將看見比在規(guī)則漫射屏幕上的圖像或使用其它類似基于平 行柵欄顯示的立體方法的圖像更亮的圖像。第二，顯示屏幕能被配置成不同的形狀。由于材料的回復反射特性，屏幕形狀可以 采用任意形式，諸如規(guī)則的平面、圓柱形狀、球形狀、或者幾乎任何不規(guī)則的形狀。這些形狀 變化不影響回復反射屏幕的重新聚焦特性。第三，顯示系統(tǒng)容易縮放(scalable)。例如，通過簡單地增加更多投影機可以生成 更多觀察窗口。第四，顯示系統(tǒng)沒有先前方案的分辨率限制。即使所有圖像被投影在同一屏幕上， 每個圖像只在所指定的觀察窗口中被看見；因此，分辨率可以與投影機的分辨率一樣高。第五，顯示系統(tǒng)不會遭受到篩格效應的影響。由于用戶在每個觀察窗口從單個投 影機感知一個全分辨率圖像，所以圖像中不存在篩格效應。第六，顯示系統(tǒng)不會遭受到圖像突然跳動效應的影響。當用戶橫跨觀察區(qū)域移動 他的頭并在他的左眼中感知右邊圖像而在他的右眼中感知左邊圖像時，突然跳動效應發(fā) 生。顯示系統(tǒng)沒有重復的具有特定立體圖像對(pair images)的觀察區(qū)域，并且因此沒有 圖像突然跳動問題。相反，每個觀察窗口顯示透視視像并且任意一對圖像形成3D視 圖。例如，在各實施例中，觀察窗口可以具有連續(xù)的透視視像，其中任意兩個圖像形成 3D視圖。最后，顯示系統(tǒng)潛在地能具有無限數(shù)量的觀察窗口。盡管理論上顯示器系統(tǒng)能生 成無限數(shù)量的觀察窗口，所能生成的觀察窗口的數(shù)量取決于漫射材料的水平漫射角度，從 投影機至屏幕的距離以及投影機的大小。2.緊湊設計實施例圖6示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的顯示系統(tǒng)的替代實施例。圖6所示意的是 對于顯示系統(tǒng)600更緊湊的設計。所示意的顯示系統(tǒng)600包括回復反射垂直光漫射屏幕605 以及投影機610。作為使投影機615將圖像直接地投影在屏幕605上的替代，投影機610將 圖像投影在分光鏡620上。光從分光鏡620反射或者被分光鏡620分到回復反射垂直光漫 射屏幕605上?；貜头瓷涞墓猓蛘咧辽僖徊糠直换貜头瓷涞墓?，穿過分光鏡620以創(chuàng)建投 影機635的虛擬位置設置在其中的觀察窗口 630。應當注意到，使用分光鏡來折射光路徑至 少具有兩個益處。第一，由于觀察窗口被移至投影機的虛擬位置635，所以觀察窗口 630未 被投影機阻擋。并且第二，顯示系統(tǒng)具有緊湊的設計。在各實施例中，如果需要的話，第一 表面鏡(surface mirror)可被插入光學路徑中以進一步折射光路徑。例如，鏡子能被用來 彎曲光路徑并允許投影機被更近地移向屏幕。3.雙屏幕顯示系統(tǒng)實施例盡管圖6中描述的實施例形成了更緊湊的設計，觀察窗口中由此所產生的圖像可 被感知為更低亮度，這歸因于由分光鏡的部分的能量損失。圖7示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施方式，具有兩個回復反射垂直光漫射屏幕的顯示系統(tǒng)從而處理光損失問題的可替代實 施例。圖7示意了與圖6中所示的顯示系統(tǒng)600類似的配置700。在與圖6示意的系統(tǒng) 600相同或相似的配置中，所示意的顯示系統(tǒng)700包括回復反射垂直光漫射屏幕705A及投 影機710。如以上所注意到的，圖6中的顯示系統(tǒng)600的一個問題是，大約一般的能量在光 每次穿過分光鏡時被損失。因此，大約25%的光實際到達用戶觀察窗口 630。這個問題的 一個解決方案是，在與初始屏幕705B光學地鏡面共軛(mirror-conjugated)的位置處放置 次級回復反射垂直光漫射屏幕705B。這導致從次級回復反射垂直光漫射屏幕705B所反射 的光與從主回復反射垂直光漫射屏幕705A所反射的形成觀察窗口 730的光相加。從而，使 用圖7中示意的顯示系統(tǒng)700能在圖6中示意的顯示系統(tǒng)600上將圖像亮度增加一倍。4.偏振處理的(manage)顯示系統(tǒng)實施例圖8示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的帶回復反射垂直光漫射屏幕的顯示系統(tǒng) 的又一實施例。圖8示意的顯示系統(tǒng)800不但是可替代的顯示系統(tǒng)，而且提供了關于圖6 中示意的系統(tǒng)600所注意到的能量損失問題的另一解決方案。圖8示意了與圖6中所示的顯示系統(tǒng)600的配置相類似的配置800。在按 照圖6中示意的系統(tǒng)600那樣相同或相似的配置中，所示意的顯示系統(tǒng)800包括回復 反射垂直光漫射屏幕805以及投影機810。但是，如圖8中所示意的，使用偏振敏感 (polarization-sensitive)分光鏡。這樣的分光鏡在光偏振方向與分光鏡的偏振方向相匹 配時，對于偏振光具有近100%的反射率，并且在光偏振方向與分光鏡的偏振方向垂直的情 況下，具有接近100%的傳輸率。從而，在光815被反射向屏幕805后，四分之一波長的板 840被用來旋轉光45°。當光自屏幕805被反射時，它在其又一次穿過四分之一波長的板 840時，被旋轉另一個45°。由此產生的光的偏振垂直于光815的偏振，并且將穿過偏振敏 感分光鏡820。從而，接近100%的光到達觀察窗口 830中的用戶空間。這種方法能將觀察 窗口 830中圖像的亮度，在圖6中示意的配置上增加3倍。應當注意到，為簡化說明，以單個投影機描述圖6-8中顯示的配置。本領域技術人 員將認識到，附加的投影機可以被增加到所公開的系統(tǒng)中的任何一個。5.附加層實施例a)透明層實施例當圖像被投影到回復反射表面上時，大多數(shù)的光被回復反射回至圖像源。但是，由 于回復反射體不是完美的，一些光被漫射或者被沿其它方向反射。該漫射的或錯誤地反射 的光能形成多余的稱為重像的圖像。在反射表面上的抗反射涂層將從漫射中降低重像。但是，這種解決方案是非常昂 貴的。作為可替代的解決方案，在此所提出的是在漫射器和回復反射材料之間的透明介質 間隙(gap)。透明空間允許重像模糊在回復反射材料上，同時由于回復反射材料的聚焦能力 而保持漫射器上的圖像清晰。而且，前端漫射器層漫射已經(jīng)被模糊的重像，這進一步淡化了 重像。因此，用戶將看見更暗并更模糊的重像，如果有的話。如以上所討論，當光漫射材料被放置在回復反射材料的前面時，光被回復反射層 沿著入射方向反射回去，并且被光漫射材料漫射成扇形。由此形成的被反射的光線形成觀 察窗口。每個觀察窗口顯示投影機的圖像。相應地，與回復反射的光漫射屏幕組合的多個投影機能產生多個觀察窗口。如果這些窗口從不同的視角顯示圖像，多個投影機以及屏幕 系統(tǒng)形成三維顯示系統(tǒng)。也就是，通過使用投影機來顯示從多個視角所捕捉的一組圖像，用 戶能經(jīng)由形成的觀察窗口看見三維圖像。但是，如果屏幕中存在瑕疵，可能形成重像。在如以上討論的光漫射器和回復反射屏幕系統(tǒng)的實施例中，圖像被聚焦在漫射器 和回復反射材料上。在漫射器上的回復反射圖像和在回復反射材料上的重像兩者都是清晰 的。重像的漫射的或方向錯誤的光是在焦點上。如果重像足夠亮，它能在觀察窗口中被看 到，并且就那個觀察窗口而言，將干擾用戶感知正確圖像的能力。當重像明顯時，用戶也許 不能感知立體視圖。在各實施例中，為減少重像的影響，在回復反射材料和光成形漫射器之間引入第 三層。該層允許漫射的光進一步漫射，這導致它變得暗淡并明顯地被模糊，同時仍然允許回 復反射圖像保持清晰。圖9示意了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的三層的回復反射的光漫射屏幕905的實施 例。圖9中示意的屏幕包括光漫射器910以及回復反射體915，光漫射器910與回復反射體 915被透明介質920分開。在實施例中，透明間隙的寬度在10-30毫米之間，盡管可以使用 其它寬度值。通過示例但非限制的方式，透明介質可以為玻璃、塑料、真空或幾乎為真空的 空間、或者透明(或基本上透明的)氣體或復多種氣體。在投影機系統(tǒng)中，投影機被聚焦于第一層上——漫射器910。因此，在漫射器上的 圖像是清晰的。但是，因為由于用于圖像在到達回復反射體915之前漫射的透明介質920 弓丨起空間存在，所以回復反射材料915上的圖像被明顯地模糊。如圖9中示意的，在漫射器 910上的圖像點930是在回復反射體915上的模糊區(qū)域935。因此，在回復反射體上的圖像 是模糊的。盡管大多數(shù)光將被正確地回復反射，一些光線(例如，940-X)被不完美地反射或 漫射，并在不同的方向傳播。這些光線在穿過漫射器910時將被進一步漫射。所以，此外， 在穿過漫射器910之后，重像將被模糊并變暗。例如，光線940-1穿過漫射器910傳播并進 一步通過漫射器910被漫射，從而形成更分散并因此更暗的光線945。圖10示意了按照本發(fā)明的不同實施例的用于回復反射的光的圖9的三層回復反 射的光漫射屏幕。在回復反射體915上入射的大多數(shù)光將被回復反射回1005。因此，即使 在回復反射體915上的圖像是模糊的，回復反射的光線由于回復反射體915的回復反射特 性，被聚焦930于光漫射器910上。因此，盡管引入了由透明介質920形成的間隙，回復反 射圖像保持清晰。由于圖像聚焦于光漫射器910上，在圖像被漫射器910正確地漫射并由于正垂直 地漫射但僅在水平方向輕微地漫射而形成觀察窗口 1010之后，在觀察窗口 1010中，用戶將 看見清晰的圖像。并且，如果有的話，用戶將看見更少的被嚴重漫射的重像。應當注意到，三層屏幕的實施例也可以被使用在以上關于雙層屏幕所討論的實施 例中。b)凸透鏡層實施例凸透鏡板包含許多并行排列的圓柱透鏡(一維透鏡)。由于這些透鏡是一維的， 凸透鏡板僅在一個方向具有聚焦能力。凸透鏡板已被用于透明類型和反射類型的三維顯示 中。例如，凸透鏡反射屏幕(Lenticular reflection screen, LRS)包含兩層凸透鏡板和
15規(guī)則漫射表面。在垂直方向，光在所有方向被漫射，而在水平方向，光首先被漫射然后通過 一維透鏡被重新聚焦返回至投影機。盡管透鏡反射屏幕已經(jīng)被用于三維顯示中，凸透鏡反射屏幕具有明顯的局限性。 當將圖像投影在凸透鏡反射屏幕上時，投影機組不僅形成主觀察區(qū)域而且形成側(side) 觀察區(qū)域，類似于透明類型配置投影系統(tǒng)。如果附加的投影機被放置在主觀察區(qū)域之外，在 側觀察區(qū)域中，在投影的圖像之間能發(fā)生串擾，其限制了凸透鏡板系統(tǒng)的視場。圖11示意 這種凸透鏡反射屏幕配置的示例。圖11示意了從凸透鏡反射屏幕系統(tǒng)1100形成觀察區(qū)域以及可存在于該系統(tǒng)中的 串擾。在圖11中的凸透鏡反射屏幕系統(tǒng)包括典型的凸透鏡反射屏幕1105以及投影機組 1135。凸透鏡反射屏幕1105為凸透鏡板1110及規(guī)則漫射表面1115。凸透鏡板1110由多 個平行的一維透鏡1110-X形成。投影機組1135將圖像(諸如多視像組)投影到屏幕 1105上。來自投影機組1135的光形成相應的包含多個觀察窗口 1140的主觀察區(qū)域1120。 在主觀察區(qū)域1120中所形成的觀察窗口 1140的數(shù)量與在主觀察區(qū)域1120中所放置的投 影機的數(shù)量相同?？煞胖迷谥饔^察區(qū)域1120中的投影機的數(shù)量與觀察窗口的寬度、投影機 至屏幕的距離、及凸透鏡透鏡的視場相關。除主觀察區(qū)域1120之外，具有相應的觀察窗口 組(例如，1145L和1145R)的若干側觀察區(qū)域因在凸透鏡反射屏幕1105中使用規(guī)則漫射器 1115的大漫射角而被形成。如圖11中示意的，來自投影機1130的光穿過透鏡1110-1成像在點1155。光返 回并在主觀察區(qū)域1120中的觀察窗口組1140中形成觀察窗口 1150。由于規(guī)則漫射器表 面1115的大漫射角，在點1155的漫射光不僅到達透鏡1110-1、而且到達相鄰的透鏡(例 如，1110-2、1110-3、1110-4,1110-5等等)。結果，除形成在主觀察區(qū)域1120中的觀察窗口 1140之外，多個觀察窗口 (例如，1155L以及1155R)被形成在側觀察區(qū)域(例如，分別在 1125L以及1125R)——每個側觀察區(qū)域中一個。為簡化圖，僅兩個側觀察區(qū)域(1125L以及 1125R)中的兩個觀察窗口(1155L及1155R)被示出。當多個投影機1135被用來在主觀察區(qū)域1120中形成多個觀察窗口 1140時，在每 一個側觀察區(qū)域，同樣形成相應的觀察窗口組(例如，在側觀察區(qū)域1125L中的觀察窗口組 1145L以及在側觀察區(qū)域1125R中的觀察窗口組1145R)。如果另一投影機1160被放置在側觀察區(qū)域1125L內，以將圖像投影至屏幕1105 上，來自投影機1160的光形成在側觀察區(qū)域1125L中相應的主觀察窗口以及在主觀察區(qū)域 1120和側觀察區(qū)域1125R中的側觀察窗口，并且這些觀察窗口能與由投影機組1135形成的 觀察窗口重疊。例如，來自在側觀察區(qū)域1125L中的投影機1160的光可能干擾來自在主觀 察區(qū)域1120中的投影機組1135中的投影機1130的光。相應地，反射的圖像之間的串擾存 在。如果串擾明顯，它能阻礙用戶感知立體圖像的能力。由于投影機或者投影機組不能放置在主投影機組的主觀察區(qū)域之外而不產生串 擾問題，所以典型的基于LRS的系統(tǒng)可能非常受限因為對于主觀察區(qū)域，它的視場是受限 的。圖12示意了按照本發(fā)明的不同實施例，具有凸透鏡層的回復反射的光漫射屏幕的實施 例，該實施例延伸主觀察區(qū)域。在圖12中所示意的是回復反射的光漫射屏幕1205，其包括凸透鏡層1220、光漫射 器1210、以及回復反射體1215。在實施例中，通過將凸透鏡層1220與之前描述的雙層回復
16反射的光漫射屏幕組合可以形成屏幕1205。配置凸透鏡層1220使得光漫射器是在凸透鏡 層的圓柱透鏡的聚焦平面f。穿過凸透鏡透鏡和光漫射器傳播的入射光在入射光的方向由 回復反射材料1215反射回去。光漫射器1210在垂直方向上以大角度但在水平方向上僅以 小角度漫射所回復反射的光。較窄的水平漫射角允許光僅傳播回到一個透鏡，因此，只形成 較大的主視場并且沒有側觀察區(qū)域。所以，主視場1230比典型的LRS的主觀察區(qū)域1235 更大。如圖12中描述的這種屏幕1205具有若干優(yōu)點。第一，屏幕1205消除了側觀察區(qū) 域，并且因此減少串擾。第二，屏幕1205具有總體增加的視場以及延伸的主觀察區(qū)域。如在 圖12中所示，與規(guī)則凸透鏡屏幕(諸如在圖11中的屏幕1105)的主觀察區(qū)域1235相比， 三個元件屏幕1205具有更大的主觀察區(qū)域1230。并且最后，屏幕1205因為從凸透鏡層的 增加的焦距，而能夠產生增加的亮度。除減少與側觀察區(qū)域有關的串擾問題之外，帶凸透鏡層的回復反射的光漫射屏幕 解決了另一個由于漫射器的漫射特性引起的串擾問題。圖13示意了按照該發(fā)明的不同實 施例，根據(jù)回復反射的光漫射屏幕實施例的觀察窗口的光的分布。如在圖13中示意的，漫 射的光的光分布1305遵從高斯(Gaussian)分布。如在垂直方向上最佳所見，光在中心處 最亮且亮度朝著頂端和底端減弱。漫射的光1305在水平方向也具有高斯分布。圖14示意 了漫射光1305的橫截面的示例。圖14示意了根據(jù)按照本發(fā)明的不同實施例的回復反射的光漫射屏幕實施方式， 兩個相鄰觀察窗口 1405-1和1405-2的橫截面。如圖14中所描述，自回復反射的光漫射屏 幕從兩個漫射的光區(qū)1410-1和1410-2形成兩個相鄰的觀察窗口 1405-1和1405-2。光區(qū) 1410-1和1410-2遵從高斯分布，并由于光穿過光漫射器兩次，漫射角是光成形漫射器的漫 射角的大約2的平方根倍。由于光遵從高斯分布，不存在良好定義的能量截止(cutoff)的邊界。在實施例 中，觀察窗口可以被定義為光的強度在閾值或百分數(shù)之上的區(qū)域，諸如(通過示例并不限 制性的)最大值的50%。由于該分布，一些能量可以漏至如在圖14中示意的相鄰觀察窗口 (域1430)。通過將凸透鏡透鏡層增加至回復反射的光漫射屏幕，凸透鏡層聚焦漫射的光并 形成更緊湊分布的光區(qū)。該更緊湊分布的光特性形成具有更良好定義的邊界的觀察窗口， 并且減少或消除由于能量泄露引起的串擾。對于具有非常小的水平漫射角的回復反射的光 漫射屏幕，凸透鏡層可不提供明顯的優(yōu)點。但是，如果由屏幕形成的觀察窗口呈現(xiàn)出明顯的 串擾，則增加凸透鏡層可以幫助最小化該串擾。應當注意到，帶凸透鏡層的回復反射的光漫射屏幕還可以用在如以上討論的關于 雙層屏幕的實施例中。C)凸透鏡層和透明層實施例圖15示意了按照該發(fā)明的不同實施例示意的回復反射垂直光漫射屏幕的又一實 施例。圖15所示意的是回復反射的光漫射屏幕1505，其包括凸透鏡層1520、透明介質層 1525、光漫射器1510、以及回復反射體1515。這樣的配置可以具有減少重像和減少串擾的 益處。應當注意到，這樣的屏幕還可以被用在如以上討論的關于雙層屏幕的實施例中。E.顯示系統(tǒng)實施例圖16示意了按照本發(fā)明的不同實施例至少具有一個回復反射垂直光漫射屏幕的多投影機顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括回復反射的光漫射屏幕1605以及多個投影機1610。在所 示意的系統(tǒng)1600中，投影機1610A-X可以處在計算系統(tǒng)1620的控制之下。在實施例中，計 算系統(tǒng)包含(或可替代地以通信方式連接至)存儲透視圖像組的數(shù)據(jù)存儲1630。計算系統(tǒng) 1620經(jīng)由投影機1610A-X協(xié)調在屏幕1605上透視視圖的顯示，從而生成自動立體顯示。本領域技術人員將認識到，圖16中所示意的系統(tǒng)可以以多種方式配置，包括但不 限于，使用在圖5-10、12和15中示意的配置中的一個或多個。對本發(fā)明而言，沒有特定的 配置是決定性的。應當注意到，使用能夠處理數(shù)據(jù)的指令-執(zhí)行/計算裝置或系統(tǒng)可以實現(xiàn)本發(fā)明， 包括但不限于，通用計算機及專用計算機，諸如旨在用于數(shù)據(jù)或圖像處理的計算機。也可以 用其它計算裝置或系統(tǒng)來實現(xiàn)本發(fā)明。此外，可以以包括軟件、硬件、固件、或者其組合的廣 泛多變的方式來實現(xiàn)本發(fā)明的各方面。例如，實踐本發(fā)明的不同方面的功能可以通過元件 來執(zhí)行，該元件以包括分立的邏輯元件、一個或多個專用集成電路(ASIC)、和/或受程序控 制的處理器的廣泛多變的方式被實現(xiàn)。應當注意到，用以實現(xiàn)這些項的方式對本發(fā)明不是 關鍵性的。圖17示意了可以以本發(fā)明的各方式來實現(xiàn)的指令-執(zhí)行/計算裝置1700的實施 例的功能結構圖。如在圖17中示意的，處理器1702執(zhí)行軟件指令并與其它系統(tǒng)元件相互 作用。在實施例中，處理器1702可以為通用處理器，諸如(以示例的方式但非限制性的) AMD處理器、INTEL處理器、SUN MICROSYSTEMS處理器、或者POWERPC兼容的CPU，或者處理 器可以是一個應用專用處理器或多個處理器。耦接至處理器1702的存儲裝置1704提供對 數(shù)據(jù)和軟件程序的長期存儲。存儲裝置1704可以為硬盤驅動和/或另外的能夠存儲數(shù)據(jù) 的裝置，諸如磁性或光學介質(例如，磁盤、磁帶、光盤、DVD等等)驅動或者固態(tài)存儲器裝 置。存儲裝置1704可以容納通過處理器1702使用的程序、指令、和/或數(shù)據(jù)。在實施例 中，存儲于存儲裝置1704或從存儲裝置1704加載的程序或指令可以被加載至存儲器1706 并由處理器1702執(zhí)行。在實施例中，存儲裝置1704容納用于在處理器1702上執(zhí)行操作系 統(tǒng)的程序或指令。在實施例中，可能的操作系統(tǒng)包括但不限于UNIX、AIX、LINUX、MicrOSOft Windows JPApple MAC OS。在實施例中，操作系統(tǒng)在計算系統(tǒng)1700上執(zhí)行并控制計算系統(tǒng) 1700的運行。在實施例中，數(shù)據(jù)存儲1630可以為存儲裝置1704。耦接至處理器1702的可尋址存儲器1706可以被用來存儲將由處理器1702執(zhí)行 的數(shù)據(jù)和軟件指令。存儲器1706例如可以為固件、只讀存儲器(ROM)、閃存、非易失性隨機 存取存儲器(NVRAM)、隨機存取存儲器(RAM)、或者其任意組合。在一個實施例中，存儲器 1706存儲多個軟件客體，這些軟件客體另外被稱為服務、工具(utility)、元件、或模塊。本 領域技術人員也將認識到，在二者性能方面存儲裝置1704和存儲器1706可以是相同的項 目和功能。在實施例中，軟件元件或模塊的一個或多個可以被存儲于存儲器1704、1706中， 并由處理器1702執(zhí)行。在實施例中，計算系統(tǒng)1700提供與其它裝置、其它網(wǎng)絡、或兩者通信的能力。計算 系統(tǒng)1700可以包括一個或多個網(wǎng)絡接口或適配器1712、1714，從而通信地將計算系統(tǒng)1700 耦接至其它網(wǎng)絡和裝置。例如，計算系統(tǒng)1700可以包括網(wǎng)絡接口 1712、通信端口 1714、或 者兩者，其中每一個都通信地耦接至處理器1702，并且其可以被用來將計算系統(tǒng)1700耦接 至其它計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡、和裝置。
在實施例中，計算系統(tǒng)1700可以包括一個或多個耦接至處理器1702的輸出裝置 1708，以有助于顯示圖形和文本。輸出裝置1708可以包括但不限于投影機、顯示器、IXD 屏幕、CRT監(jiān)視器、打印機、觸摸屏、或其它用于顯示信息的裝置。計算系統(tǒng)1700也可以包 括圖形適配器(未示出)，以幫助在輸出裝置1708上顯示信息或圖像。耦接至處理器1702的一個或多個輸出裝置1710可被用來促進用戶輸入。輸出裝 置1710可以包括但不限于指示裝置(諸如鼠標)、跟蹤球、或觸摸板，并且輸出裝置1710 也可以包括將數(shù)據(jù)或指令輸出至計算系統(tǒng)1700中的鍵盤或鍵區(qū)。在實施例中，計算系統(tǒng)1700可以通過通信端口 1714、網(wǎng)絡接口 1712，接收存儲器 1704/1706中存儲的數(shù)據(jù)的輸入，還可以通過輸入裝置1710從掃描儀、復印機、傳真機、或 其它計算裝置接收輸入。本領域技術人員將認識到，沒有計算系統(tǒng)對本發(fā)明的實施是關鍵性的。本領域技 術人員也將認識到，以上描述的許多部件可以是物理上和/或功能上被分成子模塊或被組
合在一起。應當注意到，本發(fā)明的實施例可以進一步涉及帶計算機可讀介質的計算機產品， 在該計算機可讀介質上具有用于執(zhí)行各種計算機執(zhí)行的操作的計算機代碼。媒介和計算機 代碼可以是為本發(fā)明的目的而被專門設計和構建那些代碼，或者它們可以是相關領域中的 技術人員已知的或可以利用的類型。計算機可讀媒介的示例包括但不限于磁性媒介(諸 如硬盤、軟盤、以及磁帶)；光媒介(諸如CD-ROM以及全息裝置)；磁光媒介；以及被專門配 置以存儲或以存儲并執(zhí)行程序代碼的硬件裝置(諸如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯裝 置(PLD)、閃存裝置、以及ROM和RAM裝置等)。計算機代碼的示例包括機器代碼(諸如通 過編譯器生成的)、以及包含由計算機執(zhí)行的使用注釋器(interpreter)的高級代碼的文 件。本發(fā)明的實施例可以以整體或部分地被實現(xiàn)為機器可執(zhí)行的指令，該指令可以在由計 算機執(zhí)行的程序模塊中。程序模塊的示例包括庫、程序、例行程序、對象、元件、以及數(shù)據(jù)結 構。在分布式的計算機環(huán)境中，程序模塊可以被物理地設置在本地的、遠程的、或以上兩者 的裝置中。雖然本發(fā)明容許各種修改和替代形式，其具體示例已在圖中示出，并且該具體示 例在本文被詳細描述。但是應當理解到，本發(fā)明不限于所公開的具體形式，而是相反地，本 發(fā)明將覆蓋落入所附權利要求范圍中的所有修改、等同、及替代。
權利要求
1.一種屏幕系統(tǒng)，其包括屏幕，其包括二維回復反射表面，其被配置為回復反射穿過漫射層的圖像以形成反射的圖像；所述漫射層，其從所述二維回復反射表面接收所反射的圖像并漫射所反射的圖像，以 通過在第一方向以大的漫射角漫射所反射的圖像而在第二方向以小的漫射角漫射所反射 的圖像，形成對應于所述圖像的觀察窗口 ；以及透明介質，其被放置在所述二維回復反射表面和所述漫射層之間，所述透明介質允許 所述圖像在所述二維回復反射表面焦點之外，并且其中未被所述二維回復反射表面回復反 射的所述焦點之外的圖像中的至少一部分被所述漫射層漫射。
2.如權利要求1所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括多個投影機，每個投影機具有唯一的位置并被配置以將唯一的圖像投影到所述屏幕 上，以形成對應于所投影的圖像的觀察窗口。
3.如權利要求2所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述屏幕系統(tǒng)形成對應于多個由多個投影機所投影的多個圖像的多個觀察窗口，把所 述多個觀察窗口置于適當?shù)奈恢?，使得用戶通過用第一只眼在選自所述多個觀察窗口的第 一觀察窗口處觀察第一唯一透視圖像而用第二只眼在選自所述多個觀察窗口的第二觀察 窗口處觀察第二唯一透視圖像，能觀看三維圖像。
4.如權利要求2所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括分光鏡，其被放置在所述多個投影機中的至少一個和所述屏幕之間的光路徑中，以將 投影的圖像指向所述屏幕并且以將從所述屏幕反射的所述投影的圖像指向形成觀察窗口 的位置，該觀察窗口與所述多個投影機中的所述至少一個是空間上分離的。
5.如權利要求4所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述屏幕是第一屏幕并且所述系統(tǒng)進一步包括第二屏幕，其包括二維回復反射表面，其被配置以回復反射穿過漫射層的圖像，以形成反射的圖像；所述漫射層，其從所述二維回復反射表面接收所反射的圖像并漫射所反射的圖像，以 通過在第一方向以大的漫射角漫射所反射的圖像而在第二方向以小的漫射角漫射所反射 的圖像，形成對應于所述圖像的觀察窗口 ；以及透明介質，其被放置于所述二維回復反射表面和所述漫射層之間，所述透明介質允許 所述圖像在所述二維回復反射表面焦點之外，并且其中未被所述二維回復反射表面回復反 射的所述焦點之外的圖像中的至少一部分被所述漫射層漫射；以及所述第二屏幕被配置以在觀察窗口處增加所述圖像的亮度，該觀察窗口與從所述 第一屏幕形成的觀察窗口相一致。
6.如權利要求5所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述第二屏幕被置于相對于所述第一屏幕光學 地鏡面共軛的位置。
7.如權利要求4所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述分光鏡是偏振敏感分光鏡并且所述系統(tǒng)進 一步包括放置在所述屏幕和所述分光鏡之間的光路徑上的四分之一波長板。
8.如權利要求2所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括計算裝置，其通信地耦接至所述多個投 影機以協(xié)調對圖像的投影。
9.一種屏幕系統(tǒng)，其包括屏幕，其包括凸透鏡層，其接收圖像并將該圖像聚焦到光漫射器層上，并且該凸透鏡層接收來自光 漫射器層的漫射的反射的圖像、并聚焦所述漫射的反射的圖像以形成觀察窗口 ；所述光漫射器層，位置在所述凸透鏡層的焦點平面，所述光漫射器層接收來自所述凸 透鏡層的所述圖像并接收來自所述二維回復反射表面的反射的圖像并漫射所述反射的圖 像以形成所述漫射的反射的圖像；以及所述二維回復反射表面，其從所述光漫射器層接收所述圖像并且將所述圖像的至少一 部分回復反射返回至所述光漫射器層以形成所述反射的圖像。
10.如權利要求9所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括多個投影機，每個投影機具有唯一的位置并被配置以將唯一的圖像投影至所述屏幕 上，以形成對應于所投影的圖像的觀察窗口。
11.如權利要求10所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述屏幕系統(tǒng)形成對應于由多個投影機所投影的多個圖像的多個觀察窗口，把所述多 個觀察窗口置于適當位置，使得用戶通過用第一只眼在選自所述多個觀察窗口的第一觀察 窗口處觀察第一唯一透視圖像而用第二只眼在選自所述多個觀察窗口的第二觀察窗口處 觀察第二唯一透視圖像，能觀看三維圖像。
12.如權利要求10所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括分光鏡，其被放置在所述多個投影機中的至少一個和所述屏幕之間的光路徑中，以將 投影的圖像指向所述屏幕并且將從所述屏幕反射的所述投影的圖像指向形成觀察窗口的 位置，該觀察窗口與所述多個投影機中的所述至少一個是空間上分離的。
13.如權利要求12所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述屏幕是第一屏幕并且所述系統(tǒng)進一步包括第二屏幕，其包括凸透鏡層，其接收圖像并將該圖像聚焦到光漫射器層上，并且該凸透鏡層接收來自光 漫射器層的漫射的反射的圖像并聚焦所述漫射的反射的圖像以形成觀察窗口；所述光漫射器層，位置在所述凸透鏡層的焦點平面，所述光漫射器層接收來自所述凸 透鏡層的所述圖像并接收來自所述二維回復反射表面的反射的圖像并漫射所述反射的圖 像以形成所述漫射的反射的圖像；以及所述二維回復反射表面，其從所述光漫射器層接收所述圖像并且將所述圖像的至少一 部分回復反射返回至所述光漫射器層以形成所述反射的圖像；以及所述第二屏幕被配置以在觀察窗口處增加所述圖像的亮度，所述觀察窗口與從所 述第一屏幕形成的觀察窗口相一致。
14.如權利要求13所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述第二屏幕被設置在相對于所述第一屏幕 光學地鏡面共軛的位置。
15.如權利要求12所述的屏幕系統(tǒng)，其中所述分光鏡是偏振敏感分光鏡并且所述系統(tǒng) 進一步包括設置在所述屏幕和所述分光鏡之間的光路徑上的四分之一波長板。
16.如權利要求10所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括計算裝置，其通信地耦接至所述多個投影機以協(xié)調對圖像的投影。
17.如權利要求9所述的屏幕系統(tǒng)，進一步包括透明介質，其被放置在所述二維回復反射表面和所述光漫射器層之間，所述透明介質 允許所述圖像在所述二維回復反射表面焦點之外，并且其中未被所述二維回復反射表面回 復反射的所述焦點之外的圖像中的至少一部分被所述光漫射器層漫射。
18.一種用于制造三維顯示器的方法，其包括將屏幕置于適當?shù)奈恢茫詮亩鄠€投影機接收投影的圖像，所述屏幕包括二維回復反射表面；漫射層，其被配置在第一方向用第一漫射角并在第二方向用第二漫射角，所述第一漫 射角實質上大于所述第二漫射角，所述漫射層被配置以接收從所述二維回復反射表面所反 射的圖像并被配置以漫射所述圖像從而形成對應于所述圖像的觀察窗口 ；以及至少一附加層，其或者包括置于所述二維回復反射表面和所述漫射層之間的透明介 質，或者包括被置于適當位置，使得所述漫射層在所述凸透鏡層和所述二維回復反射表面 之間的凸透鏡層并且所述漫射層也被置于適當位置以便所述漫射層在所述凸透鏡層的焦 點平面處；配置投影至所述屏幕上的所述多個投影機，每個投影機具有唯一的位置并被配置以 將具有唯一的透視視圖的圖像投影至所述屏幕上，從而形成對應于所投影的圖像的觀察窗 Π ；其中，對應于由所述多個投影機所投影的所述多個圖像形成多個觀察窗口，把所述多 個觀察窗口置于適當位置，使得用戶通過用第一只眼在選自所述多個觀察窗口的第一觀察 窗口處觀察第一透視圖像而通過用第二只眼在選自所述多個觀察窗口的第二觀察窗口處 觀察第二透視圖像，能觀看三維圖像。
19.如權利要求18所述的方法，進一步包括將分光鏡置于所述多個投影機中的至少一個和所述屏幕之間的光路徑上，以將所投影 的圖像指向所述屏幕并且將從所述屏幕反射的所述投影的圖像指向形成觀察窗口的位置， 該觀察窗口與所述多個投影機中的所述至少一個是空間上分離的。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述分光鏡是偏振敏感分光鏡并且所述方法進一 步包括將四分之一波長板置于所述屏幕和所述分光鏡之間的光路徑上。
全文摘要
一種回復反射的光漫射顯示系統(tǒng)。本發(fā)明的各方面包括新型顯示屏幕，該屏幕包括光漫射和回復反射。在實施例中，回復反射的光漫射屏幕可被用來通過生成多個觀察窗口而生成三維自動立體顯示，其中，每個觀察窗口描述唯一透視圖像視圖。在實施例中，回復反射的光漫射屏幕包括在回復反射表面和光漫射器層之間的透明介質層，以幫助減少重像。在實施例中，回復反射的光漫射屏幕包括凸透鏡層，該凸透鏡層被放置在適當?shù)奈恢?，使得光漫射器層在凸透鏡層和回復反射表面之間，且該光漫射器層也被放置在適當?shù)奈恢檬沟霉饴淦鲗釉谕雇哥R層的焦點平面上。
文檔編號G02B5/02GK102098522SQ201010536490
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2009年10月28日
發(fā)明者肖京, 高春煜 申請人:精工愛普生株式會社