專利名稱：使旋轉光學設備周期性加速和減速的信號合成器和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制旋轉光學設備使得其以周期性的循環來加速和減速的裝置和方法。該方法特別地包括針對一個或多個控制環路的周期性擾動信號。
背景技術：
圖1示出了現有技術的3D(三維)成像系統，其說明了用于3D圖像投影的若干基本要求。首先，諸如通過投影裝置顯示一幕場景的兩個二維(“2D”)圖像，這兩個2D圖像彼此間在透視線方面稍有不同。典型地，這些視角將左眼視圖與右眼視圖區分開。這通常需要雙圖像記錄(dual image recordation)以提供如上所述的同一場景的兩個視角或視圖。然而，這樣的視角可以是經處理的或手工地生成的。圖1示出了兩個投影儀101，其中之一投射場景的左眼視角而另一個同時投射同一場景的右眼視角。
盡管同時投影需要兩個投影儀，但是可以通過在投影期間快速地交替左眼視角和右眼視角而在3D成像系統中實現單一投影儀。本發明不需要利用任何特殊設備或多個照相機來完成3D記錄，只需要從圖像數據可獲得或可導出兩個視角并且能夠顯示這兩個視角。
常規的3D成像系統的另一個基本要求是將所投射的視角之一僅暴露于左眼或右眼中的任一個，并且將所投射的視角中的另一個僅暴露于另一只眼，使得每個所投射的視角都僅被一只眼睛看到。因此，利用同時雙投影系統，觀眾的一只眼睛將被阻擋而看不到來自一個投影儀的圖像內容，并且另一只眼睛將被阻擋而看不到來自另一投影儀的圖像內容。
該阻擋(通常稱為消光)可以以兩步來完成。首先，通過將同時投射的圖像中的每個圖像投射通過角度不同的偏振的透明媒質102，使得每個圖像都以不同的偏振角進行偏振。觀眾佩戴無源偏振眼鏡103，就眼鏡103的每個鏡片的偏振角而言，這兩個鏡片也是偏移偏振的，因此鏡片之一將阻擋偏振投影圖像中的第一個圖像，并且另一鏡片將阻擋偏振投影圖像中的第二個圖像。生成兩個不同視角的圖像的現有技術方法包括經由紅藍顏色編碼來區分圖像，其中紅藍顏色編碼諸如與具有紅藍鏡片的無源眼鏡一起使用的那些紅藍顏色編碼。
已經進行了很多針對產生3D圖像系統的嘗試。此處考慮在使用左右眼視圖的偏振編碼的系統中進行3D成像，其可以使用切換系統來實現。在該領域中的現有技術典型地依賴于例如在與數字光處理器(“DLP”)或柵狀光閥(“GLV”)技術兼容的系統中的集成式色輪/偏振濾光器。這引起各種問題，原因是當偏振器旋轉時，其導致圖像的偏振傳輸軸也旋轉。換言之，當偏振器旋轉時，左右眼視圖僅對于偏光輪的某個精確的旋轉位置是完全隔離的。對于該輪的其他位置，圖像將包含左右眼視圖二者的少許分量，其不能通過使用無源偏振觀察鏡來隔離。這導致圖像的重影；觀眾有時會感知到左右眼視圖的模糊混合，而不是由左右眼視圖的完全隔離而產生的清晰圖像。
諸如DLP技術之類的現代的正投影和背投影彩色成像系統使用多個彩色濾光器來順序地將全色圖像的各個成分投射到屏幕上。典型地，這些彩色濾光器被實現為彩色濾光輪上的各個段，該彩色濾光輪以與輸入視頻流同步的速率進行旋轉。典型地，這種方法結合高亮白光源而使用三種基本的視頻成像顏色(紅、藍和綠)。為了促進圖像的白平衡并且糾正某些類型的圖像像差，通常將透明濾光器段集成到彩色濾光輪中，從而允許白光通過并到達屏幕。
諸如DLP、微鏡、光柵或有關的技術之類的現有正投影和背投影圖像系統需要高強度的白光源以產生明亮的圖像。盡管在這些系統內使用了導向透鏡和光學設備，但是可能存在反射在整個投影儀組件內部的相對較高級別的雜散光。在該情況下，也可能通過縫隙從投影儀的外部泄漏進一些雜散光。當使用光學傳感器來對投影偏振濾光輪與立體成像設備進行同步時，該雜散光就會成為問題。雜散光可能引起對傳感器的誤觸發(false trigger)并且破壞所需的頻率和相位同步。
為了改進這些圖像系統使其支持立體三維圖像的傳輸，這些圖像系統必須提供交替的左右眼視圖。例如，通過使用旋轉偏振器并且讓觀眾佩戴無源眼鏡。由附加的濾光裝置提供交替的眼睛視圖，該附加的濾光裝置可以不是在投影儀中使用的同一彩色濾光輪的一部分。在該情況下，有必要使旋轉彩色濾光輪的相位、頻率以及可能的其他屬性與外部立體成像單元同步。簡單地通過接入用于控制彩色濾光輪的電子信號并不必然會獲得這種同步。
盡管可以從個人計算機和其他數字視頻設備生成立體的三維圖像，但是現有的游戲控制臺沒有用于生成視頻同步信號所需的標準接口。使用旋轉光學設備的系統的缺點有很多。在這些系統中，希望光學設備不以固定的速度進行旋轉。如此處所描述的，旋轉控制的改進可以通過按照周期性擾動信號和協作處理裝置的指示來操縱旋轉光學設備在旋轉子區間上的速度來實現。
公開的美國專利申請US 2005/0041163A1描述了對附著到數字光處理器(“DLP”)投影儀之內的彩色濾光輪的分段偏振器的使用。其沒有描述在投影儀透鏡光學設備與旋轉偏振器之間關于偏振敏感性的任何所需的關系。因此，投影透鏡和其他光學設備可能破壞經偏振編碼的圖像信號。沒有描述濾光輪與偏光輪之間所需的同步的細節，也沒有提及幀序列與其他類型的視頻輸入之間的區別。此處通過引用的方式包含上述專利申請的全部內容。
美國專利5,993,004描述了具有空間光調制器和偏振調制器的立體顯示器，其將保偏(polarization-preserving)光學設備和特殊的控制信號用于調制。總而言之，該方法沒有像本發明一樣使用旋轉的或交替的偏振器或者數字鏡設備(“DMD”)和DLP技術。此處通過引用的方式包含上述專利的全部內容。
公開的美國專利申請2005/00467001A1描述了兩種視頻處理設備，其處理至少四個單獨的視頻圖像序列以同時將多個圖像視圖投射在屏幕上。在較高級別上，該方法沒有像本發明一樣使用旋轉的或交替的偏振器或者DMD/DLP技術。此處通過引用的方式包含上述專利申請的全部內容。
公開的美國申請2003/0112507描述了針對DMD設備的兩個實施例，這兩個實施例都使用順序地驅動的DMD設備的不同的行和列來提供同一圖像的不同的眼睛視圖。該方法不像本發明一樣涉及對旋轉的或交替的偏振器或者DLP技術的使用。此處通過引用的方式包含上述專利申請的全部內容。
公開的美國申請2003/0214631描述了一種投影儀，其具有分束器以產生兩條光通路，每條光通路通過固定的偏振器并且稍后利用特殊的光學系統重新合并。該方法不像本發明一樣使用旋轉的或交替的偏振器或者DMD/DLP技術。此處通過引用的方式包含上述專利申請的全部內容。
美國專利1,879,793描述了新穎的動畫投影系統(類似于稍后在IMAX 3D應用中使用的那些投影系統)，其中以某種方式使膠片通過投影儀的速率與一個外部的偏光輪或多個幻燈片同步。該方法不使用DLP技術，并且該方法因為其需要特殊的膠片處理技術而不可擴展到DLP技術。此處通過引用的方式包含上述專利的全部內容。
在個人計算機(“PC”)行業中，液晶顯示器(“LCD”)光快門眼鏡已經成為用于通過陰極射線管(“CRT”)和投影儀來觀看彩色3D影像的標準。然而，這需要有源眼鏡(每個鏡片中具有微型液晶監控器或快門)，并且需要電池和用于同步目的的到數據源的連接。這些解決方案往往還比較昂貴，在同一時間僅可應用于有限數目的用戶，并且在長時間使用之后容易導致眼睛疲勞。這些眼鏡通常使用包含在每個現代視頻適配卡接口中的顯示數據通道行業標準。該數據通道用信號通知眼鏡PC已交換其眼睛視圖。
總之，現有技術需要在投影儀濾光輪內部進行改進，并且沒有提供使用既有系統的實現方式。在現有技術中沒有區分幀序列和隔行掃描(line interleaved)技術，現有技術模糊地描述了信號必須與偏振器“同步”，而沒有提供技術說明。現有技術沒有對控制電路規定任何形式，而該控制電路對于本領域的普通技術人員并不是顯而易見的。
一般而言，由于從濾光輪通過投影通路的其余部分必須維持光偏振，因此現有技術需要投影儀使用對偏振不敏感的內部光學設備。這意味著必須使用特殊的光學設備，并且必須避免對偏振敏感的涂層，因此既增加了復雜性又增加了實現成本。在本發明中沒有這樣的要求。

發明內容
實時地調節旋轉機器的速度和相位不是件小事。根據對信號進行調整的需要，這典型地涉及對鎖相環(PLL)、轉速計、功放以及各類濾光器和放大器的使用。當使用旋轉光學設備時，存在大量下述情形，即其中設備的一個特殊狀態或位置比其他的狀態或位置更理想。
在將單線性偏光輪放置在投影儀的光通路中以便將所期望的偏振態賦予到投影光上的立體投影儀的情況下，顯然，當輪旋轉時偏振光將具有可連續變化的傳輸軸。這導致不期望的影響，諸如重影和減小的圖像消光比。將偏振在頻率和相位上同步到用于表明投影儀當前正在顯示哪個視角的視圖的信號。對于部署線性偏振旋轉輪使得光通路在輪心之外的實現方式，僅當濾光輪的傳輸軸與觀眾的偏振眼鏡上的適當的鏡片正交時才真正獲得立體分離度。在本發明中，實現以下結果使輪在處于所述正交狀態時減慢并且加速通過無效狀態。在實踐中，能量守恒使得極快地停止輪和啟動輪有點困難，因此本發明考慮了高效的折衷方案。當將本發明應用于這種偏振濾光輪時，極大地增大了立體分離度，在視覺質量和感知深度方面提供了顯著改進。
本發明實現于投影系統中，該投影系統包括用于經由光源投射圖像束以便將立體攝影圖像數據顯示在可被一個或多個觀看者觀看的屏幕上的系統。典型的3D圖像數據包括多個圖像流，每個圖像流包括用以左右眼視圖之一的幀，其中投影系統順序地并交替地投射來自每個圖像流的幀。對來自每個圖像流的幀的交替投射必須足夠快，使得觀眾不會察覺到投影圖像的某些具體質量是不一致的、起伏的或僅可被一只眼睛看見。交替型偏振濾光器被部署在圖像束的通路中，并且被同步，使得來自一個相應的投影圖像流的幀僅通過一種類型的偏振濾光器。包含具有不同偏振角的區域的旋轉偏振濾光輪是能夠提供這種類型的交替濾光的一個實施例。濾光輪上的偏振區域不需要在輪上用清晰的邊界或窗口進行限定，而是可以通過旋轉輪以便提供不同的偏振角來展現。本發明唯一地控制耦合到濾光輪的發動機驅動系統，以便周期性地加快和減慢濾光輪的旋轉速度，從而可以將對不同偏振區域的提供控制到更為有利的程度。
本發明的方法包括接收包括多個圖像流的圖像數據，其中每個圖像流包含多個圖像幀。通過使用光源來投射圖像數據而向用于觀看圖像的屏幕投射這些幀。3D成像需要投射兩個單獨的左右眼視圖。因此，本方法包括交替地投射左右眼視圖，并且使用包含若干有效的偏振角區域的旋轉濾光輪來分別對每個視圖進行偏振過濾。在濾光輪上的區域的位置使得能夠實現改進的3D成像方法，原因是能夠使濾光輪周期性地加速和減速，使得當每個優選的偏振區域在過濾左右眼視圖時濾光輪減速，并且當優選的偏振區域正要旋轉到用于過濾左右眼視圖的位置時濾光輪加速。
當結合以下描述和附圖而考慮時，將更好地認識和理解本發明的這些和其他的方面和目的。然而，應該理解，盡管指出了本發明的優選實施例及其眾多具體細節，但以下描述仍是以說明性而不是限制性的方式給出的。在不偏離本發明精神的情況下，可以在本發明的范圍內做出多種改變和修改，并且本發明包括所有這些修改。


圖1示出了現有技術的用于3D成像的雙投影系統；圖2示出了基本的現有技術的DLP投影系統；圖3A示出了利用圖2的示例性DLP系統實現的本發明；圖3B示出了翻頁信號(page flip signal)以及相應的圖像數據幀；圖4示出了相位和頻率檢測器；
圖5示出了環路濾光器；圖6示出了相位和頻率鎖定；圖7示出了具有轉速測量傳感速度檢測器的輪；圖8示出了外部彩色濾光輪傳感器的實現方式；圖9示出了具有帶通傳感器的已調制的LED；圖10示出了用于操作圖9的已調制的LED的實現細節；圖11示出了用于游戲平臺的通用適配器；圖12示出了耦合到USB(通用串行總線)設備和3D電視的典型的游戲平臺USB棧；圖13示出了用于提取游戲平臺視頻垂直同步信號的流程圖；圖14A-圖14C示出了雙濾光輪系統的流程圖和實現細節；圖15A-圖15C示出了擾動合成器的實現細節；圖16示出了擾動合成器；圖17示出了對擾動合成器的波形分析；圖18示出了使用步進發動機控制的立體攝像投影系統，其減少了硬件要求；圖19A-圖19B示出了具有驅動信號的步進發動機；圖20A-圖20B示出了用于在圖18的系統中使用的偏振濾光輪；圖21示出了由濾光輪的發動機控制器使用的相關輸入；圖22示出了發動機控制器編程的流程圖。
具體實施例方式
為了生成三維(“3D”)圖像，需要代表3D場景的兩個視線的兩個單獨的二維(“2D”)圖像——由人的雙眼中的一只眼睛觀看的一個2D圖像專屬于該眼睛。圖1中示出的裝置是傳統的3D投影系統，其使用兩個投影設備來同時交迭圖像并且獲得立體顯示。
參考圖1，示出了現有技術的三維投影系統100。這種現有技術利用兩個單獨的投影儀101，每一個投影儀101投射相同的場景，但每個場景具有對應于人的左眼和右眼的視線之間的不同視角的稍有不同的視角。偏振玻璃(或其他材料)濾光器102被放置在來自兩個投影儀中的每一個投影儀的投影光束的通路中。這些濾光器的偏振角相互偏移90°。為了使觀眾感知到三維投影圖像，觀眾的左眼必須能夠感知到來自投影儀之一的指定為“左”的二維投影圖像，而同時過濾掉來自另一投影儀的指定為“右”的二維圖像，對于右眼，反之亦然。這是通過給觀眾配備無源偏振眼鏡來完成的，其中每個鏡片的偏振相對于放置在投影儀上的濾光器之一偏移90°。因此，觀眾的左右眼中的每只眼睛都暴露于相應的、獨立的、稍有不同的預先選定的二維圖像，其共同使得觀眾感知到三維圖像。
在圖1中示出的設置需要觀眾佩戴便宜的偏振眼鏡103，但卻遞送了豐富的彩色3D圖像。上述系統的缺點是需要特殊的3D轉換硬件和軟件來對圖像進行預處理，這些3D轉換硬件和軟件不是常見的。該同一缺點已經限制了對其他3D投影系統(包括基于液晶的設備)的采用。另外，需要具有非去偏(non-depolarizing)表面的特殊屏幕來觀看這些圖像。最近，已經發布了若干系統，其聲稱要通過從雙投影儀投射兩個單獨的圖像而在不需要眼鏡的情況下提供3D圖像；該方法需要在觀眾和投影儀之間進行仔細的校準，并且不適于多人觀看同一圖像。
最后，系統成本是單投影儀顯示系統的成本的至少兩倍，并且不易攜帶，原因是其需要在兩個投影儀與偏振單元之間進行適當的校準。類似地，現有的3D電影是使用昂貴的多照相機系統來完成的，并且使用了數字翻錄或者類似的昂貴的膠片處理技術；這種高成本已經限制了對3D觀看系統的大范圍采用，例如在家庭電視中的采用。
本發明提供使用無源眼鏡的3D觀看，因此減少了成本并避免了眼睛疲勞和與各種交替相關聯的色感問題。其可以結合基于流行的DLP技術的單一投影源而使用，并且可以實現為構成投影系統所需的部分或者實現為可以放置在投影儀前面的附加的外圍設備或獨立設備。本發明利用了在流行的軟件包中提供的現有技術的3D接口支持，其中流行的軟件包諸如OpenGLTM或Direct3DTM應用程序接口(“API”)，其包括諸如java3DTM之類的變型。該接口與目前使用的主流3D圖像軟件和程序兼容。所有這些API生成具有左/右眼視角的數字內容，用于結合諸如前述的有源快門眼鏡之類的替代性技術而使用；通過所提出的發明，可以在不進行修改的情況下使用該內容。通過設備驅動器提供同步，自動地在這些API中提供左/右內容，用戶只需要指示OpenGLTM或Direct3DTM以立體方式呈現，并且其同時在存儲器中放置圖像流。設備驅動器負責發送圖像流到其需要去往的地方(例如，兩個投影儀、一個具有翻頁功能的投影儀、一個具有隔行掃描立體系統的投影儀)。可能需要對其他類型的數字內容進行預處理以生成與3D成像技術兼容的左/右眼視圖；然而，對于某些類型的內容，諸如數字電影或電子圖像，該處理相當直接(諸如廣播電視之類的其他類型的內容需要附加的、更復雜的處理來實現3D觀看)。
參考圖2，其中示出的是一個示例性DLP系統209的基本原理。白光源201被聚焦通過會聚透鏡202，其接著通過旋轉彩色濾光輪203。濾光輪可以包含用于創建視頻和圖形圖像的三原色(紅、綠和藍)，或其他顏色。本發明不限于僅使用旋轉彩色濾光輪。可以存在或可以開發其他技術，其提供包含可以用本發明來實現的投影圖像(諸如數字幀序列圖像、立體的或非立體的)的定向光束。所提出的發明一般可應用于任意光源投影系統，典型的情況是不依賴于偏振來創建圖像本身的單一光源。換句話說，成像設備使用的光輸出的偏振必須是隨機的。當前提出的發明使用偏振技術來產生3D效果，因此依賴于偏振技術本身的投影系統可能會影響本發明中偏振的應用。
如圖2所示，光束經過彩色濾光輪203，通過聚焦透鏡204，并且照亮DMD205，其中DMD205由來自視頻源(諸如來自個人計算機、DVD(數字視頻光盤)、所存儲的格式或電視信號等)的固件進行驅動。其他可能的視頻源包括柵狀光閥和相位改變顯示技術。
由DMD處理的圖像內容與旋轉彩色濾光輪同步，使得當紅色濾光段對準DMD時所期望圖像的紅色內容照亮DMD，同時已聚焦的光通過DMD。當綠色濾光器對準DMD時綠色圖像內容照亮DMD，依此類推。因此，對于這樣的DLP系統所投射的每個圖像幀，彩色濾光輪和DMD一起操作以針對每個圖像幀而順序地投射若干色平面。接著，圖像的各連續部分通過另外的投影光學設備206聚焦到屏幕207上以創建合適的2D圖像，其可以是靜態圖像或動畫。由正投影系統投射的圖像可以從屏幕207的與投影設備相同的一側212觀看。背投影的圖像可以從與投影設備相反的一側211觀看。
如果三種顏色的內容是由圖2中示出的系統以足夠高的幀速率(以每秒的幀數來度量)處理的，則視覺的持續將使得觀看者感知到屏幕上的全色穩定2D圖像。該技術存在多種變型，包括使用2個或3個DMD設備來創建最終圖像的系統和同時采用背投影技術和正投影技術的系統。在光束通路中使用的諸如會聚透鏡和投影透鏡之類的光學元件的細節還可以變化，并且不是本發明的實質部分。圖1中示出的雙投影裝置例如可以包括兩個DLP投影儀。由于其性能和低成本，DLP正成為用于很多大屏幕投影電視、便攜式個人計算機投影儀和類似應用的優選技術。
圖3A示出了本發明的一個優選的實施例，包括安裝在現有的DLP投影儀309前面的旋轉偏振濾光器306，投影儀309可以實現為正投影系統或背投影系統。本發明的各種變型允許結合背投影系統而使用，并且允許將本發明集成到投影儀內部。在替代性實施例中，旋轉偏振單元還可以用服務于同一目的(即，交替地對具有2個不同的正交的偏振態的光進行調制)的杠桿臂或類似的線性置換設備來替代。在時分復用(“TMD”)視頻流中，例如，PC對與諸如前面討論的API之類的行業慣例兼容的能夠翻頁的立體圖像進行傳輸。翻頁指順序傳輸的交替的左右眼視圖或幀，其傳輸速度或刷新率可以從幾赫變到幾百赫。盡管左右眼視圖共同操作以產生3D效果，但通常還分別將左右眼視圖稱為圖像流。
注意，在光通路中除偏振器之外可以沒有任何額外的光學設備，除非這些光學設備能保持光的偏振態。如果要將偏光輪集成在投影儀內，則這是一個重要的考慮事項。必須也將所得到的圖像投射在保持反射光的偏振的屏幕或其他表面上，或者在背投影系統中必須將所得到的圖像投射在保持折射光的偏振的屏幕或其他表面上。這種屏幕例如可以通過德國漢堡的ScreenTechTM和美國印第安納州華沙的DaliteTM購買。發明人還注意到，本發明可以應用于除DMD/DLP之外的其他類型的圖像投影技術，例如，近來提出的柵狀光閥(“GLV”)技術。GLV是DLP和其他光工程投影技術的替代，其中結合使用散射光柵和液晶技術來生成適合于背投影系統或正投影系統的2D圖像。
利用本發明，可以使用無源偏振眼鏡來觀看全色3D圖像。所提出的發明旨在結合行業標準線性偏振3D眼鏡而使用，使左右眼具有以0°為中心的正交偏振方向左眼相對于0°為-45°，并且右眼相對于0°為+45°。顯然，這些角方向不是本發明的要求，而只是為了工業上的兼容性而選擇的。可以容易地將本發明調整為使用其他角度關系來實現。對于本領域的普通技術人員而言，顯然對本發明的少量調整將使得可以使用具有不同的偏振方向以及圓偏振態或橢圓偏振態的鏡片的無源眼鏡。圓偏振和橢圓偏振的無源眼鏡在市面上有售。
眾所周知，在適當地呈現一系列2D圖像的情況下，假設有足夠快的刷新率，則人眼的視覺持續將使其感知到真實的彩色3D圖像。以這種方式，通過將外部設備實現為放置在投影儀的輸出孔上，現有的DLP投影儀可被升級為投射3D圖像，因此不需要對原始的投影儀的硬件或固件進行修改。注意，必須使用幀序列視頻信號，以利用本發明來獲得這種效果。幀序列視頻信號描述了對指定給左眼和指定給右眼的圖像進行交替的時分復用信號。這意味著由投影系統順序地接收和處理單獨傳輸的分別代表左眼視圖或右眼視圖的圖像。盡管如很多數字立體攝像系統的設計宗旨一樣，每投射一幀就交換左眼視圖和右眼視圖是理想的，但是其他設計通過利用人眼的視覺持續也可以產生實質上的3D效果。
視頻輸入信號輸入立體信號(例如，圖3A中的301)典型地是這樣一種信號，其是特意針對3D立體成像而產生的，3D立體成像例如利用雙鏡頭照相機的計算機軟件視頻拍攝。然而，輸入圖像數據可以來自諸如視頻游戲、PC或數字電視數據之類的源。立體VGA(視頻圖形陣列)信號和諸如DDC(顯示數據通道)、HDMI(高清晰媒體接口)、High Def(高清晰度)、多媒體接口和來自數字電纜盒和DVD播放器的Y-Pr-Pb之類的附加信息也是適合的。本發明的最小要求是輸入包含立體視頻數據，這意味著可以從視頻數據獲得、導出或處理左/右雙圖像。視頻數據還可以經由分組、幀或信元進行傳輸，其中可以使用頭信息來表明有效載荷中的左眼內容或右眼內容。在這種實現方式中，3D電影可以在因特網上進行傳輸，并且無期限地進行存儲，或者諸如在實時視頻流式傳送中，將所接收的內容投射用于觀看。諸如HDMI之類的某些行業標準信號將需要實現用于從輸入視頻數據提取同步信號(翻頁信號)的預備電路。因此，HDMI輸入流將結合本發明、使用翻頁提取器而工作，其中翻頁提取器的輸出被提供給相位/頻率檢測器。利用輸入數據上的翻頁信息來提供HDMI輸入。對于目前描述的實施例，假設輸入視頻信號是行業標準立體VGA信號。
在VGA標準中嵌入了“DDC”能力，其是典型地利用雙向串行總線實現的低帶寬數字消息接口，以便與左/右圖像并行地發送翻頁信號，表明當前傳輸的是左眼圖像或右眼圖像中的哪一個。
諸如立體VGA之類的行業標準協議為輸入幀提供固定的已知速率，例如60Hz、85Hz、100Hz或120Hz，其中立體速率是該速率的一半，因此每秒所傳輸的量是各左右眼幀/圖像的一半。很多計算機程序還提供數字立體圖像源，諸如視頻游戲、建筑圖形程序、CAD(計算機輔助設計)程序和醫療成像程序，例如其包含立體VGA信號。
關于圖3A，示出的是利用常規的DLP投影儀309實現的本發明的3D投影系統350。由常規的DLP投影儀接收輸入立體視頻信號(例如TDM幀序列)301，DLP投影儀接著進行解碼并投射視頻圖像。并行于DLP投影儀，本發明接收輸入立體視頻同步信號并且提取嵌入在其中的立體同步信號302，即翻頁信號，并且將其提供給相位和頻率檢測器(“相位/頻率檢測器”)303。立體同步信號表明在任意時刻在視頻流中呈現的是兩個立體圖像中的哪一個。在本發明中，兩個立體圖像流中的每一個立體圖像流都將被調制為指定給左眼或指定給右眼。提取電路是公知的VGA場轉換電路，其執行公知的DDC翻頁協議。佛羅里達州西棕櫚灘(WEST PALM BEACH，FLORIDA)的eDimensionalTM公司提供用于連接到立體VGA信號的電路，該電路接著連同視頻流一起輸出翻頁信號。還可以通過在各種處理器上執行公知的DDC算法來手工地實現該算法。
通過在301處實現簡單的切換，可以直接將輸入2D信號切換到DLP系統并且旁路3D成像電路。可選地，可以給3D成像通路配備檢測電路，該檢測電路自動地檢測輸入多圖像流，并且自動地將這些信號發送給本發明的3D生成設備。這樣的自動激活選項還可以被手工地禁止。這些替代性實施例被認為是對本發明的簡單調整，并且并未處于本發明的范圍之外。
場轉換器輸入信號被場轉換器接收，該場轉換器提取如上所述的翻頁信號，該翻頁信號表明在信號中呈現的是左眼數據或右眼數據中的哪一個。在本發明的電路使用翻頁數據的同時，持續地將視頻數據提供給DLP投影儀。(圖3B的)場轉換器361的輸出信號在用于左眼視圖的指示與用于右眼視圖的指示之間進行交替。在一個特別的實施例中，該輸出信號可以是如圖3B所示的簡單的二進制方波輸出，并且被提供給相位/頻率檢測器。方波361表明例如邏輯“1”(或較高的電壓電平)對應于視頻流362中的右眼數據，表示為“R”。邏輯“0”表明在圖像數據362中傳輸的相應的左眼圖像，表示為“L”。
相位/頻率檢測器本發明的優選實施例使用正邊緣觸發或邊緣敏感觸發來生成所需的信號。一個替代性實施例可以使用電平敏感觸發，其中基于信號的幅度跨越了預先選定的閾值來切換信號。電平敏感意味著在持續時間上的可變性，原因是信號幅度電平可能由于諸如噪聲和基準漂移(groundshift)之類的效應而漂移或移動。因此，在實際的設計中必須有在特定轉換電平附近的限定容限以計入這些因素。
參考圖3A，相位頻率檢測器303比較濾光輪306的旋轉速度與由場轉換器302輸出的翻頁信號361的頻率。當將左右眼視圖中的每個視圖傳輸通過濾光器并且傳輸到可視屏幕上時，濾光輪必須處于某個旋轉位置。當投射左眼圖像時，必須由偏振濾光輪以特定的偏振角過濾該圖像以阻擋該圖像使其不被觀眾的右眼看到，其中觀眾佩戴著適當的偏振無源眼鏡。通過使得濾光輪將圖像以相對于觀眾眼鏡的右側鏡片的角度為90°的偏移進行偏振來實現該阻擋。因此，相位/頻率檢測器使輸入翻頁信號與其從轉速傳感器310和311接收的旋轉信息同步。如果濾光輪不可接受地滯后或超前于翻頁信號，則相位頻率檢測器將輸出校正信號到濾光輪發動機控制器305，該濾光輪發動機控制器305將相應地調整濾光輪的旋轉速度。與電平敏感的設計相比，在相位/頻率檢測器中實現正邊緣觸發電路提供了最敏銳的時間檢測。
當前的DLP投影儀輸出和視頻流同步可以部分地使用圖4中示出的電路設計來實現，圖4示出了相位/頻率檢測器的一個實施例。相位/頻率檢測器401的一個輸入接收場轉換器的輸出320。另一個輸入402接收來自轉速傳感器電路的輸出330。當濾光輪的旋轉速度的相位和頻率二者都與輸入翻頁信號正確地同步時，該電路的輸出將是與電壓源407和電壓源408的中點相等的電壓。在本實施例中，在407處實現了5v的電壓源，其中在408處具有地電壓(0)。該電路以410處的2.5v的輸出來表明同步或靜態工作。偏離同步，即滯后或者超前將導致相位頻率檢測器輸出不同于理想的2.5v輸出的相應校正信號410給發動機控制器。如果轉速信號和相位/頻率檢測器輸出彼此漂移至超出鎖定，則相位頻率檢測器的輸出將與漂移量成正比并且將輸出正信號或負信號，以便使得發動機控制器增大或減小發動機速度。
參考圖4，觸發電路401和觸發電路402可以使用芯片類型74LS174來實現；與門403可以是74LS21；并且反相器404可以是74LS04。PFET(P溝道場效應晶體管)405和NFET(N溝道場效應晶體管)406包括公知的電荷泵配置，并且應該適當地調整其大小以處理驅動發動機控制信號所需的電流。
如上所述，相位/頻率檢測器接收來自場轉換器的左/右信號。最后，本發明使用這些左右指示符來控制偏振濾光輪，從而當向屏幕投射左眼數據時偏振濾光輪將處于這樣的位置，即，使得輪的偏振角使左眼投影圖像以預先選定的角度進行偏振，并且使得該濾光輪將右眼投影圖像以不同的預先選定的角度進行偏振。這些預先選定的偏振角是在預先知道觀眾佩戴的無源眼鏡鏡片的偏振角的情況下進行選擇的。偏振角結合無源眼鏡的偏振角將消除所投射的左眼圖像使其不被觀眾的右眼看到，反之亦然。
如圖3A所示，相位/頻率檢測器的第二輸入330是旋轉濾光輪的頻率。該頻率是利用耦合到濾光輪的轉速測量傳感器311來檢測的。相位/頻率檢測器形成反饋環路的輸入以控制偏振濾光輪的旋轉速度，以便維持濾光輪與立體視頻流之間的相位和頻率鎖定。可以將相位鎖定控制在固定的可接受的偏移內。
環路濾光器和發動機控制圖5中示出的環路濾光器將在輸入511處接收相位/頻率檢測器的輸出，并將其轉換成512處的DC(直流)輸出，該輸出的幅度與由相位/頻率檢測器檢測到的偏移量成正比，并且該輸出的符號與偏移的方向相對應。平衡點是相位/頻率電路的高電壓軌(upper voltage rail)與低電壓軌(lower voltage rail)的中點，其對于0-5v系統可以為2.5v，或者對于+/-電源可以為0v。環路濾光器的輸出信號將驅動濾光輪的發動機控制器。
可以近似地將該環路電容的大小調整為對于電容510為0.1μF并且對于電容509為0.22μF，并且電阻507為4.7kΩ。應該選擇這些組件的大小使得得到整個系統的增益/相目位響應，包括發動機控制放大器的增益，所有這些都是已被充分接受的電子設計的原理。
通常用于諸如在DVD播放器中驅動光盤旋轉的最常用的現成的主軸發動機驅動ASIC(專用集成電路)可以用作發動機控制器305，并且可以將典型的DVD發動機驅動器實現為本發明中的發動機307。還可以將DSP(微處理器控制)實現為并且用固件或軟件313編程為發動機控制器，例如德州儀器公司(Texas Instrument)的TMS320LF2401A。發動機優選地是三相無刷DC(直流)發動機，其包括霍爾效應傳感器。本領域的普通技術人員應該充分理解，在不偏離本發明精神的情況下，可以針對特定的應用和環境選擇和/或設計上述組件。例如，可以使用其速率響應于輸入電壓并與輸入電壓成正比的任意簡單發動機。發動機還可以耦合到濾光輪，使得諸如橡膠之類的摩擦輪在其邊緣處提供旋轉力。另外，顯然可以修改電路元件的大小以便實現為半導體芯片。
轉速傳感器輪轉速計311的一個示例性實施例是這樣一個轉速計，其中濾光輪在其外圍312附近包含一個標記，并且轉速傳感器包含與光敏二極管(檢測器)對準的光源，同時濾光輪在其間旋轉，它的標記直接通過光源與檢測器之間。每當標記通過光源與光敏二極管之間，就生成一個電脈沖并且將其發送給相位/頻率檢測器。這樣一個實施例可以在濾光輪上實現暗點或光點，或者某個其他標記或多個其他標記，這使得轉速測量設備針對濾光輪的每次完整的旋轉或一次旋轉的已知的一小部分而生成脈沖。
圖6示出了兩個方波信號之間的相位和頻率鎖定的例子。第一方波601可以代表由相位/頻率檢測器接收的同步信號，并且第二方波602可以代表轉速傳感器系統310和311的輸出。操作為邊緣觸發設備的相位和頻率檢測器將輸出控制信號以增大或減小濾光輪發動機旋轉濾光輪的速度，使得從轉速傳感器系統602接收的轉速信號傾向于與同步信號601的相位匹配。該相位鎖定是由發生在同一時刻603的兩個信號的上升前邊緣示出的。頻率鎖定是由這兩個信號波的上升邊緣的連續同時發生604示出的。
參考圖7，示出了轉速傳感器的一個實施例。具有標記712的偏振濾光輪703按箭頭所示在紅外發光二極管702與光敏檢測器701之間旋轉。
當標記通過LED光通路時，檢測器將把脈沖705傳輸給下述的“除n”(divide-by-n)電路。誤觸發的可能的源可以是由704示出的進入系統的雜散光。
“除n”電路310連接到轉速傳感器的輸出以便針對濾光輪上提供的離散的偏振窗的數目進行調節。根據濾光輪的一次旋轉所呈現出的不同偏振角的數目，“除n”電路將改變發送給相位/頻率檢測器的脈沖頻率。這種“除n”電路是現有技術中公知的，并且不需要在此進行進一步討論。作為一個例子，“除四”電路將針對濾光輪的每次單獨的旋轉接收一個來自轉速傳感器的電子脈沖，并且針對濾光輪的每四分之一次旋轉輸出一個脈沖，即“除四”電路使脈沖計數增加為4倍。假設與通過濾光輪中心投射圖像相比，投影圖像的光束在稍微靠近輪的邊緣處通過濾光輪(例如，見圖15C)，如果旋轉濾光輪是由諸如偏振玻璃之類的偏振材料的均勻的整體樣本制成的，則過濾投影圖像的偏振角將存在四個離散的90°狀態。因此，根據在濾光輪中提供了多少個離散的過濾狀態“n”，“除n”電路將使輸出脈沖增加為四倍或某個其他數目。
顯然，本發明實現了以任意數目的偏振段來旋轉輪。根據前面的討論，在由相位/頻率轉換器產生的信號的最大相位偏移與輪中的偏振態的數目之間存在聯系也是顯然的。例如，如果來自轉速計的每個輸出脈沖代表輪的一次旋轉，則得到系統可以在其中運行的四個離散的狀態空間。將整個旋轉周期除以四，得到對于比特周期的任意常數分量k(即，最大相位偏移＝k+360/4)之內的最大相位偏移，其以度為單位。這意味著作為場轉換器的比特周期的四分之一的最大相位偏移(在整個討論中，假設使用沒有用于說明目的的窗口段的單一偏振輪；本領域的普通技術人員可以容易地改變細節以實現不同的設計觀點)。
濾光輪濾光輪可以由任意透明材料來構造，該材料優選地為均勻偏振、良好平衡的玻璃盤。均勻偏振的盤可以比較簡單地制造。還可以實現類似于DLP色輪的具有選擇性偏振扇區的透明輪。還可以使用由某種剛性材料構成的在靠近盤外圍處具有間隔較小的由選擇性偏振材料構成的窗的輪，或者如果希望將投影圖像的光束投射通過濾光輪的中心，則可以將一個單獨的這樣的窗放置在輪心。還可以使用其上附著有偏振片的標準CD大小的透明塑料。一個替代性的實施例使用偏光輪系統作為構成DLP投影儀所需的內部組件。
對連續彩色呈現裝置的同步在常規的彩色圖像投影系統(諸如DLP、微鏡或其他技術)中，采用具有白平衡段的旋轉彩色濾光輪來提供良好的圖像質量。如上所述，為了擴展這些系統的功能以實現立體三維成像，單獨的立體單元(例如旋轉偏光輪)必須在相位、頻率或其他屬性方面與現有的彩色濾光輪同步。通過避免對投影儀電路的修改，本發明還與各種用于改進圖像質量的投影系統電路完全兼容，其中改進圖像質量諸如對相鄰的像素進行平均以使圖像平滑和防止像差。
參考圖8，有效的同步信號或者翻頁信號可以從放置在投影儀輸出光通路820中的任意位置的一組三個光電檢測器801得到，這些光電檢測器截取很小一部分輸出光。該技術使得不再需要經由上述場轉換器從視頻數據流本身提取翻頁信號。這些檢測器中的每一個都耦合到XOR(異或)電路，使得只要相應的顏色出現在投影儀的光輸出中，該XOR電路就提供輸出脈沖。XOR電路的輸出被耦合到相位/頻率檢測器，并且取代來自場轉換器的翻頁信號。這三個檢測器上覆蓋有三種不同顏色的濾光器，其與由投影儀濾光輪802使用的紅、綠和藍原色或者其他相應的濾光輪顏色匹配。可以分別訪問這些檢測器的輸出(對于可選的替代性實施例，其例如可以結合XOR電路而使用單一檢測器的輸出來確定給定顏色的濾光段的位置)，并且此外，在所有三個信號的聯合(當所有三個光電檢測器輸出脈沖時，XOR電路將輸出單一脈沖)上執行專用的OR(或)電路803功能。優選地將這些檢測器的輸出放置在照明光束820的邊緣附近，從而使得對光束的阻礙最小。還可以通過對本領域的普通技術人員而言顯而易見的各種方法來幫助實現這一點，其中各種方法諸如采用小的部分反射鏡來對光輸出進行采樣并將其重定向到光電檢測器。因此，檢測器陣列801與XOR電路803共同提供四種可能的各個輸出信號。
為了說明本發明的操作，考慮當放置濾光輪802使得紅色段位于光源的前面時將發生的情況。在該情況下，只有具有紅色檢測器的外部光電檢測器將產生信號，而其他兩個檢測器保持暗淡，原因是紅光不能穿透它們的濾光器。當紅色檢測器的輸出為高，而其他檢測器的輸出為低時，這表明紅色濾光輪是放置在光源的前面的。類似地，可以檢測何時如此放置了藍色或綠色濾光輪。注意，如果輪802只包含三種顏色，則現在可以觸發來自任意給定顏色的位置的立體單元。然而，如果濾光輪包含白色段，則濾光輪每旋轉一次每個檢測器將觸發兩次(例如，當紅色濾光器出現時以及當白色濾光器出現時，紅色檢測器都將觸發，原因是白光的成分中包含紅色)。而且，如果濾光輪的紅/綠/藍/白各段不是等大的，則多觸發事件將擴展到不同的持續時間。
本發明中可以包含異或(XOR)電路803，其將只在所有三個光電檢測器801都被等同地照亮時(表明出現了白光)才會觸發。以這種方式，可以在不對濾光輪電路進行修改的情況下確定所有濾光輪段的精確位置和持續時間。應該緊記，如上文討論的，彩色濾光輪以幀速率的整數倍進行旋轉，并且在將信號轉發給相位/頻率檢測器之前將適當的除法電路(未示出)耦合到XOR電路的輸出。該方法對濾光輪上任意大小的顏色段都適用。通過跟蹤包括白色在內的每個顏色段的精確位置和持續時間，偏振濾光輪806(或其他立體單元)可以更精確地與彩色濾光輪同步，并且即使使用高速濾光輪也可以保持同步。在立體投影期間可以糾正色輪平衡中的錯誤(例如，紅色段與藍色段的大小不同)。本發明使得可以檢測包括白色在內的任意顏色的濾光段的位置和大小/持續時間；利用該信息，可以控制偏光輪806(或類似的立體單元)的位置以在頻率和相位方面與任意期望顏色的濾光輪段同步。
可以有用地將來自每一個彩色光電檢測器的各輸出實現為對特定顏色段的持續時間、段的數目、非標準顏色段、每幀的轉數等進行驗證。
抗噪的光學編碼器為了幫助維持相位和頻率同步，可以通過避免由雜散光或濾光輪上的其他灰塵引起的誤檢測來使得轉速傳感器更精確地進行工作。通過給轉速傳感器添加經編碼(加密)的脈沖訓練源和檢測器，將過濾出入射到光傳感器上的會產生誤觸發的雜散光。
紅外發光二極管(LED)發射機可以通過諸如取自板上(on-board)振蕩器的正弦波之類的數據速率相對較低(幾百千赫或更小)的信號被調制，而不是保持未調制從而不具有所提出的改進。紅外接收機濾光電路可以被調諧以只接受落在該信號通帶內的信號。在該方法中，僅當檢測到發射機調制時，才會在寄存器中記錄有效的傳感器信號，因此雜散光不會創建錯誤的傳感器信號。這可以通過使用簡單的電容性帶通濾光電路來完成，該帶通濾光電路的通帶中心位于板上電子振蕩器的中心頻率上并且其帶寬窄到足以避免使具有該振蕩器頻率的諧波通過(典型地，低于幾十千赫即可)。圖9示出了在如上所述的圖7的標準轉速傳感器配置上所進行的這種簡單改進。LED902和光敏檢測器901被安排在如參考圖8所說明的濾光輪905周圍。另外，低頻振蕩器904耦合到LED，用于使其傳輸將要由通帶濾光器903進行過濾的預先選定的可檢測數據。在這種方式中，可以過濾不希望的雜散光，否則該雜散光可能引起對轉速傳感器的誤觸發。只有由濾光輪標記引起的比特流的合法中斷才會觸發轉速傳感器脈沖。
在這種方法中，僅當檢測到LED發射機調制信號時，才會在寄存器中記錄來自旋轉輪的有效傳感器信號。如果來自另一源的雜散光照亮接收機，則所得到的信號將落在接收機濾光電路的通帶之外，并且因此不會被檢測到。在這種方式中，雜散光不會創建錯誤的傳感器信號。期望該方法使旋轉輪測量值的信噪比(signal-to-noise ratio)提高3dB或更多。該方法還可擴展到多個傳感器的情況，諸如用于區分彩色濾光輪位置的那些傳感器。實際上，假設其使用的調制信號在任何接收機濾光器上都沒有交迭，則同一投影儀中的多個旋轉單元可以在同一時間使用該方法。例如，可以使用兩個單獨的調制頻率來驅動兩個LED，其中第一LED測量彩色濾光輪的旋轉速度，并且第二LED測量立體輪的旋轉速度。只要兩個接收機電路可以區分兩個LED調制頻率，兩個LED就不會彼此干擾。這種方法可以被擴展到單一成像系統中的任意數目的旋轉單元。
參考圖10，示例性的轉速傳感器實現1004將使用LED作為在濾光輪1005的一側的光源1001和在濾光輪的另一側的光敏二極管1003。濾光輪上的標記1007針對濾光輪的每次旋轉而在輸出1006上觸發來自光敏檢測器1003的輸出脈沖，其中濾光輪耦合到上述的“除n”電路。優選的實施例包括比特流檢驗電路1002，其生成可識別且可重復的16比特或24比特模式(只要該數目大到足以避免誤觸發，該數目對于本發明而言就不是關鍵的，即在投影儀環境中的隨機光噪聲重復該比特模式)，這由微處理器1002通過檢測重復的16比特或24比特序列來進行檢驗。該實現方式不是本實施例必須的，但卻有利于避免誤觸發。
經編碼的比特流的傳輸速率為幾百千赫并且濾光輪上的標記位于盤周上大約2-3度處(其中對于85Hz的視頻信號，四方位(four-aspect)盤以大約21.5Hz的速率進行旋轉)就足以中斷比特流中的幾千個已編碼且已傳輸的比特，并從而相對于其他可能出現在濾光輪上的諸如灰塵之類的隨機障礙提供較大的可靠目標，以驗證對所述標記的檢測。這些設計點的變化僅僅是設計選擇，其并未偏離本發明實施例的精神。
用于電子設備的通用立體攝像觸發外圍設備包括蘋果公司的MacintoshTM個人計算機在內的很多PC具有以3D模式運行的能力，其中由3D應用程序接口(“API”)來對兩個攝像對象進行初始化，該API可以是OpenGLTMAPI或微軟公司的Direct3DTM。PC需要設備驅動器來觸發外部設備(諸如上述的快門眼鏡)阻擋一個眼睛視圖或另一個眼睛視圖。上文已經將這種觸發稱為翻頁信號或同步信號。這些API技術是行業標準，其是用以生成3D圖像對(image pair)的軟件。本發明可以容易地結合這些標準接口而使用，并且還可以使用無源眼鏡和單一投影源，以便在這些系統上執行立體投影。這些使得用戶可以改變計算機上的視頻卡的輸出頻率，包括翻頁信號。這使得各種各樣的計算機和投影儀可以利用本發明。另外，實現翻頁立體驅動器的軟件將支持本發明的更廣的應用，諸如完全的運動數字視頻。
標準視頻游戲平臺具有用于附加外圍設備的USB連接器接口或其他行業標準的連接器接口。根據本實現方式，提供附著到游戲平臺USB總線的硬件，并且在輸出處提供適于連接到立體成像/投影系統的同步信號。該硬件可以包括一側具有USB連接器接口并且另一側具有給外圍設備提供兼容信號的電子接口的電子連接(很多類型的連接器可以滿足該要求，該連接器例如具有垂直校準鍵的三針設備)。
換言之，本發明包括機架，該機架包含同時耦合到具有USB(通用串行總線)端口的視頻游戲平臺和使用此處所述的立體攝像投影裝置實現的3D電視的組件。本發明有利于轉換游戲平臺信號使得其將以3D方式進行顯示。本發明可結合PC或DVD播放器輸出而工作，并且能夠進行修改以便結合多個視頻游戲平臺而工作。通過利用本發明的一方面，可以從視頻游戲USB接口提取同步信號。接著可以在連接到支持3D的電視的標準三針輸出連接器處對輸出游戲平臺視頻信號進行緩沖，以便提供視頻信號和同步信號。
一種可選的認證I2C盒可以控制哪個游戲提供商有權使用3D顯示能力。驅動所有游戲平臺的軟件是3D兼容的，但是沒有提供自動3D能力，原因是盡管游戲能夠提供立體視頻輸出但是其不提供用于交換眼睛視圖的翻頁信號。視頻游戲盒在內部生成同步信號(即，翻頁信號)，并且本發明使得USB棧可以對用于查找視頻引擎的信號進行初始化并提供關于何時出現同步信號的指示。因此，本發明的一方面是訪問USB棧以提取同步信號(將同步信號提取出USB端口)。可以通過USB端口訪問用于左/右眼視圖的信息，并且對USB信號棧的修改可提取目標信號。
本發明適用于任意串行類型的端口(固件、CAN、SM總線、I2C、無線(vaporwire))和任意外圍設備擴展總線。通過利用本發明的一方面，使視頻游戲操作系統能夠將在視頻引擎中具有觀察器的設備驅動器初始化為直接與下至硬件并通過USB端口的USB棧進行通信。
該方法示出在圖11中。在優選的實施例中，從USB接口1108處的視頻輸出提取(1103)游戲平臺1101定時信號1109，對其進行緩存和放大(1104)，并且將其重新路由到立體觸發輸出1107，該立體輸出通向成像設備(例如，基于DLP的背投電視)1106。可選地，在使用在電子設計中可用的標準方法的情況下，可以使用電子濾光來消除不希望的噪聲或其他信號分量。可以經由內部USB集線器1111而在多個輸出1105之間對視頻信號進行分離，使得一個游戲平臺可以驅動多個顯示器，或者可以選擇該游戲平臺驅動哪個顯示器，或者簡單地替換掉游戲控制臺上的USB端口1108以使得能夠使用例如游戲控制器之類的其他USB設備。例如，經由連接到DLP投影系統的普通電纜而將輸入視頻數據流1112從游戲平臺傳輸到3DTV(三維電視)。
參考圖12，在1201處示出了游戲平臺的相關內部結構，并且該相關內部結構包括主控制器驅動器、USB主驅動器、USB類驅動器、操作系統和視頻子系統。本實施例被表示為圖12中的USB設備1210，其中在1207處具有所提取的同步信號輸出。通過經由USB棧傳送到視頻子系統以將翻頁信號發送出USB端口，用于本實施例的軟件設備驅動器1113將啟用立體顯示模式。將這考慮成未歸類的USB設備并且其需要特殊的驅動器。當將立體攝像投影適配器插入USB端口時，驅動器被激活并且開始經由操作系統來檢查視頻子系統的狀態(諸如垂直同步(vsync)和表明正在傳輸右眼視圖還是左眼視圖的立體頁面記錄)，并且從中提取同步脈沖數據并在USB輸出處輸出同步脈沖，如圖11中的1108所示。驅動器將在提取同步脈沖的同時激活游戲系統的立體攝像輸出能力，使得標準游戲系統的多個立體攝像圖像流通過USB端口連同同步脈沖一起輸出。
同樣重要的是當對信號進行緩存時，本發明能夠強制性地對附加設備進行認證(例如，使用I2C接口或類似方法)。例如，目前，當可插拔電子組件被插入插口時，使用I2C作為行業標準接口來進行認證。在可插拔設備與插口之間存在電子信號的簡單交換，其可以包括諸如可插設備的部件數目、廠家等信息。根據I2C標準，如果組件來自被認可的源，則允許其連接到系統的其余部分，否則就禁用該組件。
該方法可被用于僅使得選定設備可以附著到立體系統(例如，僅包括來自合格的供應商的游戲平臺，或根據已知的兼容技術的游戲平臺。)在本發明中，通過I2C接口提供許可，并且只將許可公開給同意供應兼容組件或同意特許使用該平臺的那些外圍設備廠商。不是來自被授權的源的組件不允許連接到系統。I2C接口的握手協議已經有完備的文檔記錄(參見例如Royal Philips網站，其可以通過在連到萬維網的任意網絡瀏覽器上點擊“semiconductors.philips.com/acrobat_download/literature/9398/39340011.pdf”來訪問)，并且用作所需的認證類型的例子。
作為替代，模擬VGA電視端口可以用作本發明的接口，并且可以通過該接口強制性地進行認證。例如通過控制游戲參與(game playing)與游戲開發平臺的關聯，認證還可以用于強制性地執行其他標準。特別地，PlayStationTM通過發布其可以創建和測試新游戲的控制臺版本，已經實現了開放源代碼開發。如使用本發明可以完成的，在三維游戲的開發期間，可能希望動態地啟用或禁用立體接口。圖11示出了結合同步信號輸出的選擇性觸發(toggle)功能。因為很多游戲平臺還用作DVD播放器，因此當在游戲平臺上播放DVD時，本發明還可用于控制對立體功能的訪問(例如，按需啟動或禁用各功能)。
目前，由PC生成的立體VGA數據流是模擬信號，具有大約300MHz的帶寬(或者大約每個2D圖像150MHz)，其對于視頻卡上的RAMDAC(隨機存取存儲器數模轉換器)存儲器可以進行如下分解(1024×768×4比特×1字節/8比特)×120Hz刷新率＝279,429,120字節每秒(大多數視頻卡提供300MHz的RAMDAC，并且可以從120Hz左右(或每個眼睛視圖60Hz)的處理獲得可接受的視頻)。顯然，隨著視頻圖像和光技術的進步，這些數字會發生改變，然而，將仍然可以應用本發明。
參考圖13，示出了本實施例的方法，其通過編程代碼1113來實現。當USB設備(或與其類似的任意總線設備)被插入游戲平臺USB端口時，給該USB設備分配唯一的ID。這被稱為列舉(enumeration)，并且本實施例的第一步驟1301確定是否已列舉該設備。一旦被插入，設備就通報它在那里并且將類似于一個地址，該設備還將它的功率要求通知給USB集線器(因為只允許USB設備使用100mA，直到由USB棧授予更多的功率為止)。
接著，在1302處，在已經插入并且列舉設備之后，當該設備準備好使用時，驅動器將以可能在1kHz的量級或更高量級上的非常高的速率來輪詢視頻設備驅動器，或垂直同步寄存器，或視頻地址空間，以查看正在顯示左頁面還是右頁面。視頻驅動器通報該信息，并且輪詢是獲得該信息的一種方法。同時，設備驅動器將自動地通知游戲平臺輸入翻頁立體模式，以便開始以多個圖像流來傳輸兩種圖像視圖。當在1303處檢測到翻頁信號時，觸發(1304)輸出以傳輸對應于檢測到的翻頁信號的同步脈沖。一種替代性方法利用視頻子系統在其輸出的垂直同步信號上生成的中斷。可以使得USB驅動意識到這種中斷，并且給其添加代碼以便僅在垂直同步脈沖上進行輪詢。這樣更加高效，因為翻頁顯然總是發生在垂直同步脈沖處。以這種方式從翻頁平臺檢測到(1303)的同步信號接著經由輸出(在這個例子中是三針立體輸出)進行提供。
多個偏振濾光器本發明的另一個實施例可操作為當投影儀不處于3D模式或立體模式時，增加立體攝像投影儀硬件的光輸出。當關閉3D模式時，立體攝像投影儀視頻數據旁路立體投影儀裝置的3D電路，并且由DLP投影儀裝置直接以2D模式進行投射。在投影儀市場空間中，對于較大的亮度要支付額外費用，這通常阻止了在希望以最佳亮度觀看普通內容時使用立體投影儀。原因在于如果實現偏振的當前投影儀不與傳輸軸對準，則該投影儀會因吸收而使光束衰減。通過使用較高的照明，諸如通過在處于立體模式時控制燈的電流/電壓使得以較高的功率進行操作并產生更多的光，可以減小這種效應。然而，這減小了燈的壽命和可靠性，浪費了能量，并且需要某種附加的燈控制硬件。希望當系統不以立體模式操作時，在不改變燈的亮度的情況下增加圖像亮度。
參考圖14A，其中示出了多偏振器實施例的實現方式。多個相位鎖定輪的相位被鎖定到可操作為控制聯合輪組件的相位和頻率的高階系統1400。該實現系統利用并行的兩個前述3D電路。并行連接的第一和第二立體攝像投影裝置(“SPA”)1401和1402均耦合到一個單獨的偏光輪1409。這些立體攝像投影裝置中的每一個立體攝像投影裝置都包含相位/頻率檢測器、環路濾光器、發動機控制器和除n電路，所有這些都如上文結合圖3A詳細描述的那樣。這些立體攝像投影裝置中的每一個立體攝像投影裝置還接收來自耦合到其各自的偏光輪的轉速傳感器1408的轉速信號，以及來自場轉換器1403的翻頁信號，該場轉換器直接耦合到SPA1 1401并且通過反相器1405耦合到SPA2 1402。如上文聯系圖3A所描述的，視頻流輸入1404被并行地提供給DLP投影儀1406和場轉換器1403二者。反相器的使用假設轉速傳感器有效地處于每個濾光輪上的相同位置。該反相器的使用是可選的，并且必須在考慮放置在每個濾光輪上的轉速傳感器標記的位置的情況下進行選擇。如果標記處在濾光輪上的位置使得當輪的透明區域與偏振區域的相差為180°時觸發轉速傳感器，并且轉速傳感器也適當地位于輪周位置上，則不需要反相器。因此，每個SPA的發動機控制器控制相應的發動機1407，使得來自偏光輪之一的偏振段始終處于由DLP投影儀1406投射的投影圖像1410的通路中。當移除了立體同步信號時，投影儀固件將強制性地調整到透明狀態。
參考圖14B，示出了對該實現方式進行操作的方法。在步驟1451，系統確定是否激活了3D立體模式。如果激活了3D立體模式，則在步驟1452和步驟1453激活兩個立體攝像電路，下文中將對此進行討論。如果在步驟1451，系統確定沒有激活3D立體模式，則在步驟1454和步驟1455，系統固件(可選地，發動機控制器的一部分)將指示發動機控制器將透明段對準到投影儀光束通路中，使得這些段都被“停放”在使投影圖像的亮度最大化的位置上。因此，必須對濾光輪上所選的標記位置和轉速傳感器的圓周位置進行定位，使得當停放濾光輪時輪標記直接停在傳感器LED通路中，并且濾光輪的透明扇區處于投影儀的光束通路中。通常已知的是，在適當地編程的情況下，在發動機控制器中實現的發動機控制器固件將利用這樣的位置來糾正操作。
使用在與視頻信號進行了相位鎖定的情況下進行旋轉的單一偏振器總會使光衰減，即使當不需要偏振器或偏振器未激活時，諸如當觀看非立體內容時，也是如此。參見圖14C，該問題可以通過利用兩個或更多的旋轉偏振濾光輪來解決，每個旋轉偏振濾光輪包含透明部分1458和偏振部分1457，或者換言之，包含整數倍的偏振段和透明段。濾光輪的偏振段彼此正交地偏振，使得當濾光輪交替地過濾投影光束時，偏振段將交替地進行正交(偏移90°)的偏振，一個針對左眼并且一個針對右眼。通過由單獨的發動機驅動每個濾光輪，濾光輪可以停放在這樣的位置，其中當不需要3D操作時，兩個透明段在投影儀光束的通路1459中交迭，從而消除了與單偏振器系統相關聯的光束衰減問題。在立體攝像顯示模式期間，對于每個輪包含單一偏振段和單一透明段的情況，輪將在彼此的相差為180°的情況下進行旋轉，使得輪之一的一個偏振段始終在光輸出流1459的前面。在該實現方式中，輪的旋轉方向不是關鍵的。
用于周期性加速和減速的信號合成器可以通過更精確地控制濾光輪的旋轉來改進本發明，即在圖3A中結合所附描述而示出的實施例。因為濾光輪包含對于產生3D效果更有效的區域，因此可以增大那些位于最理想的偏振區域之間的輪部分的角旋轉。當中間區域處于光投影路徑中，即該中間區域過濾投影圖像時，可以增大輪速度以減少中間區域處于投影光源的前面的持續時間。這將使得輪的期望偏振區域在更長的持續時間內以期望的偏振角過濾投影圖像。這示出在圖15C中，圖15C示出了濾光輪1550以及其上包含四個期望偏振態1530的區域，將其標記為左“L”區域或右“R”區域，其中偏振角是0°、90°、180°或270°。優選地，當這些區域1530處于圖像投影通路中時，即這些區域過濾投影圖像時，輪旋轉得更慢，并且濾光輪在這些區域之間1540旋轉得更快。
參考圖15A-圖15C，可以通過使發動機驅動放大器1504被施加雙極性截斷指數錯誤或擾動信號來獲得該性能，可以按如下方式生成該信號，并將其施加于發動機。參考圖16，其中示出了基于頻率自適應ROM(只讀存儲器)的擾動合成器，其生成將被施加到濾光輪驅動發動機的擾動或“錯誤”信號。本領域的普通技術人員將容易意識到，還可以使用泰勒(Taylor)級數、矩陣操作、三角函數、對數和其他數學方法來實時地計算這種波形。在圖16中，擾動合成器1603從在1601處的轉速傳感器和例如DAC中的數據陣列之類的波形ROM1605獲得輸入，并且包括轉發分配器，該轉發分配器的輸入1602依賴于旋轉濾光輪的特征，諸如RPM(每分鐘的轉數)和輪中所提供的方位的數目。從存儲在存儲器中的查找表獲得期望的輸出擾動信號，例如可以使用波形ROM1605作為存儲數據的單次循環值的觸發引擎，諸如在1611處示出的2π弧度的波形。
在該設計中，作為來自轉速傳感器的輸出并在1601處接收的濾光輪的速度設置了對ROM單次循環數據進行索引的速度。分配比率源自每個輪的偏振態的數目，例如4。因此，如果存儲了ROM的輸出是2π弧度，則對于每個轉速信號脈沖，轉發分配比率是1。這是圖16的例子，其中所存儲的ROM表1605將包含1611所示出的輸出。擾動合成器本身調整幅度和頻率以產生調節后的實際輸出1606。
該擾動信號具有對本發明正確工作而言很基本的兩個重要特性在相位和頻率被鎖定的系統中，該信號與相位和頻率參考同步；而對于相位鎖定不重要的系統，該信號在頻率方面同步。換言之，該信號相對于旋轉光學設備是旋轉靜止的。將本發明的改進實現為伺服類發動機控制系統，其中控制速度和位置以獲得這種周期性的速度變化。對于本領域的普通技術人員來說顯而易見的是，可利用模擬電路、諸如數字信號處理器之類的數字控制設備、微處理器、微控制器、分立邏輯和半導體設備、軟件、固件或其任意組合來容易地實現這種控制器。在該技術中，需要注意某些實踐上考慮。在發動機正在減速的情況下，存儲在旋轉物質中的能量被轉換成驅動放大器中的熱能，或重定向回電源，其中這種熱能將會升高電源軌電壓或者作為熱量被散發。
參考圖17，可以一次性地基于系統性能和特征來計算存儲在ROM中的波形數據，該系統性能和特征諸如慣性力矩、發動機扭矩等，接著在下述等式中將該系統性能和特征表示為常數值k。計算雙極性截斷指數驅動函數的等式例如對于0到π為ke-x，并且對于π到2π為-ke-x，所得到的波形在圖17中示出，接著相對于根據基于相移容限的函數而計算的度數范圍對該波形進行截斷。將可用的相位余量除以濾光輪中的方位的位置的數目，這就得到圖中所示的最小空白間隔。如果空白間隔沒有充分地截斷擾動信號，則反饋控制的干擾將導致不希望的不穩定性。
在圖15A-圖15C中示出了進一步的實現細節和所得到的性能改進。參考附圖，發動機1506典型地由放大器1504的輸出電壓進行驅動。根據基本控制理論，該放大器典型地具有參考輸入信號1510，用于設置由典型的視頻信號公共刷新率確定的靜態工作點或空閑速度，該參考輸入信號在該實現方式中將是如上文討論圖4時所描述的2.5v，其中電壓源是5v和0v。命令輸入信號1511控制與該參考的偏差。如上所述地合成擾動信號，其在圖15A中表示為D(s)1503，并且連同來自環路濾光器1505的正常的發動機控制輸出一起被施加在放大器輸入之一1511上。在圖15B中示出并如上所述的擾動信號連同正常的發動機控制信號一起被施加，并且擾動發動機控制信號，使得發動機以如圖15B的輪速圖所示并如上所述的預先規定的方式周期性地加速和減速。提供給擾動合成器的觸發信號1502是在如上所述地從轉速傳感器接收到該觸發信號時由相位/頻率檢測器1501提供的。在示出的圖中，干擾信號是雙極性截斷指數，然而本領域的普通技術人員可以意識到，該干擾信號可以是鋸齒信號、正弦信號、斜坡信號或由適當的合成器提供的任何任意的信號，只要該信號與發動機扭矩常數和慣性力矩相關。
在發動機加速的情況下，對于給定間隔，放大器提供能量給發動機以使旋轉物質加速到期望的速度。在任一情況下，可以通過給發動機放大器提供適當的退耦電容來減輕電源擾動( 的電容對應于質量的二分之一與角速度的平方相乘)。如果系統包括非理想的組件，則該電容可能是所述系統的重要的性能單元。
將光-機械濾光器同步到一系列視頻同步脈沖本發明的另一優選的實施例可操作為對在圖像投影系統中用于控制濾光單元的旋轉或線/角致動機構進行同步。旋轉型電子-機械機構的一個實施例是無刷DC轉子，但是該實施例僅作為例子，并且權利要求并不僅局限于這一實施例。可應用于到在成像系統內對濾光器或偏振器進行定位的電子-機械實施例的另一個例子包括永磁體同步設備、無傳感器的BLDC(無刷DC)、切換型磁阻、機械整流機、AC(交流)電感、同步AC電感和場偏差伺服裝置，以及對本領域的普通技術人員而言顯而易見的其他電子-機械系統。同步到源自與行業標準的視頻信號和編碼系統兼容的模擬或數字視頻源的一系列脈沖，或者同步到這些脈沖的派生信號。
這種同步是利用如圖3A所示的對本發明的增強來完成的，并且優選地以固件來實現，盡管純硬件或軟件的實現方式也是可行的。該系統提供適當的相位和頻率響應；然而，使用該方法通常不能達到用于具有較大的固有慣性力矩的系統的性能要求標準。為了清楚起見，較大的機械致動器可能需要迅速地加速或減速。如果該機器具有足夠的慣性，則會存在本實施例所克服的兩個基本問題。第一個問題是，根據系統動力學，這種變化可能要耗費長得不切實際的時間才會發生。所產生的第二個問題是，這可能要耗費巨大數量的能量才能迅速地完成。這轉換為較高的環路增益，該環路增益導致過度的噪聲敏感性、減少的相位余量并伴隨著潛在的穩定性丟失。
圖18示出了本發明的該優選實施例的系統實現。類似于圖3A的系統，圖18的實現方式包括通過開關1801進入系統的立體攝像視頻數據，其中場轉換器1802提取同步信號或翻頁信號1820，并且將其轉發給發動機控制器1805，該發動機控制器1805包括發動機控制編程邏輯1850。步進發動機1807(在圖19A中結合相應的描述而示出)耦合到軸1808，軸1808接著旋轉濾光輪1806。在這個實施例中的濾光輪包括四個標記1812和兩個轉速傳感器1811與1815，每個轉速傳感器都能夠檢測相對的一對標記1812，以下將對此進行詳細描述。來自相應的轉速傳感器1815和1811的轉速傳感器信號1830和1840由發動機控制器1805接收，其通過內部編程1850將步進發動機的波形驅動信號(在圖19B中例示)與翻頁信號同步，使得濾光輪1806的偏振態1832臨時地暫停在DLP投影儀1809的圖像投影通路1833中。DLP投影儀對通過開關1801接收的視頻數據1831進行投射。該優選的實施例不需要先前參考圖3A的系統而描述的相位/頻率檢測器、環路濾光器或除n電路。
圖19A示出了永磁體步進發動機1904，其具有45°的步進角，其中4個定子支柱1901具有線圈1905，用于當通過施加電壓到線圈來順序地激勵這些線圈時感應標有北極和南極的轉子1902的旋轉。常規的可編程正交驅動波形在圖19B中示出，當標號為1-8的階躍電壓波形被施加到具有相應標號的線圈端子時，該可編程正交驅動波形將感應轉子1902的連續穩定旋轉。在該示例性實施例中，(為了便于描述)每步將感應一個步進扭矩，并且使轉子旋轉45°。可以獲得度數步長為15、7.5、9、1.8等的多種發動機，其中定子支柱相應地增加，可以在本實施例中容易地實現這些發動機，并且這些發動機被認為完全在本發明的范圍內。通過實現在圖19B中示出的空閑函數，在上電事件期間系統將運行到穩定的速度，即使在沒有相位/頻率參考時也是如此。在任意時刻，圖19B的電壓波形所示出的DC電壓可以保持恒定，并且將通過感生的保持扭矩將發動機鎖定在正確位置。
參考圖20A，其中示出了根據本發明的該優選實施例的帶標記的偏振濾光輪2002。濾光輪包括多個標記，例如標記2006和標記2005，標記2006是基本上間隔180°地部署在輪上的一對標記，標記2005也在濾光輪上間隔基本上180°，其中每對標記彼此相隔90°。在輪上部署標記2006使得其處在相同的但與標記2005的徑向通路隔開的徑向通路上。在該例子中，圖20A中的標記2006處在靠近濾光輪邊緣的徑向通路中。與上述的轉速傳感器基本上類似的左傳感器2001和右傳感器2003的位置基本上間隔90°，以便分別檢測其兩個相應的標記2005和2006，但是不檢測對應于另一個傳感器的標記。
參考圖20B，其中示出了由左傳感器2001和右傳感器2003實現的轉速傳感器電路。盤2002在例如LED之類的光發射半導體2010與光敏晶體管2011之間旋轉，其中盤標記2005能夠阻擋由LED2010發射的光2016。當光被阻擋時，晶體管2011截止，并且在輸出2012處傳輸邏輯高信號給發動機控制器1805。如圖所示，光敏晶體管2011通過電阻器2014耦合到地2015并耦合到電壓源2013。類似地，LED2010耦合到地，并且由電壓通過電阻器進行供電。
參考圖21，其中示出了示例性的控制波形2104，其被同步到翻頁信號2101，并且其中示出了圖20A的旋轉偏振濾光器的位置，用于使旋轉濾光輪在其四個正交偏振態2004的每個正交偏振態下臨時地停在投影圖像數據的通路中。為了描述的簡單，與在圖19A-圖19B的實現方式中所示出的8個波形相比，此處僅針對發動機階躍脈沖2104示出了一個控制波形。通過擴展，本領域的普通技術人員可以容易地將以下描述應用于具有任意數目定子支柱的任意大小的步進發動機。在示例性波形2104中，示出了使濾光輪前進到期望的偏振方位所需的4個發動機驅動脈沖2107。因為在圖20A的濾光輪實現中這些方位間隔90°，所以這些發動機驅動脈沖表明目標驅動發動機是22.5°步進發動機。
參考圖21，左偏振器有效(“高”)2102表明當佩戴如上所述的無源眼鏡時，觀眾的左眼視圖未被阻擋以便看到投影圖像，并且右眼濾光輪的偏振與觀眾佩戴的無源眼鏡的右側眼鏡的偏振正交，因此阻擋了觀眾的右眼視圖。右偏振器有效(“高”)2103表明當佩戴如上所述的無源眼鏡時，觀眾的右眼視圖未被阻擋以便看到投影圖像，并且左眼濾光輪的偏振與觀眾佩戴的無源眼鏡的左側眼鏡的偏振正交，因此阻擋了觀眾的左眼視圖。簡言之，當左傳感器或右傳感器檢測到其相應的標記時，就停止步進發動機一段時間，下面將有更具體的描述。
翻頁信號2102被輸入發動機控制器，并且該信號2102包括關于哪個發動機控制器邏輯將驅動濾光輪的參考。每個翻頁信號的高狀態2106和低狀態2105對應于由投影儀傳輸的左眼視圖或右眼視圖。在本示例性實施例中，用邏輯高2106表示右眼數據，如參考對圖3B的討論所述。在分別從左傳感器2102和右傳感器2103接收的信號中，高電壓電平對應于傳感器檢測到標記。這些是當濾光輪由于該濾光輪呈現給投影圖像束的偏振態處在期望的偏振角上而暫停時的時間間隔，其中期望的偏振角與觀眾眼鏡的一個鏡片的偏振角正交。示例性發動機驅動信號2104表示在任意傳感器檢測狀態(“高”)期間由于沒有驅動脈沖而發生的臨時暫停。對于左偏振傳感器“有效”信號，間隔2108表示驅動電壓中的臨時暫停，從而在該間隔期間停止發動機。對于右偏振傳感器“有效”信號，間隔2109表示驅動電壓中的臨時暫停，從而在該間隔期間停止發動機。只要圖18的投影實現正在運行，這些控制信號和脈沖就無限地持續。這些脈沖是響應于在發動機控制器中編寫好的發動機控制邏輯1850而生成的，以下將對此進行更全面的描述。
參考圖22，示出了根據本實施例的優選方法的發動機控制邏輯編程1850的流程圖。在初始化之后，在2201處確定翻頁信號的狀態。如果翻頁信號為低，表明左眼視圖數據出現在輸入視頻數據中，則編程分支到2202以便檢測左傳感器的狀態，并且如果翻頁信號為高，表明右眼視圖數據出現在輸入視頻數據中，則編程分支到2207以便檢測右傳感器的狀態。如果翻頁信號為低，則在步驟2203檢查左傳感器以確定左傳感器是否在濾光輪上檢測到左標記，例如左傳感器為“有效”，這將由邏輯高電平來表示。如果未檢測到標記，即左傳感器不是“有效”，則發動機在2205處前進一個步長，對應于在2107處傳輸一個發動機階躍脈沖(其示出了總共4個脈沖)，并且在步驟2101再次檢查翻頁信號的狀態。如果實現了具有步長45°的圖19A的發動機，則在該情況下，通過該算法的兩個循環將使發動機前進大約90°。
如果在步驟2202檢查左傳感器之后，在步驟2203檢測到標記，則在步驟2204因為檢測到的標記表明濾光輪處于正確有效的正交偏振位置而停止發動機，并且在步驟2101再次檢查翻頁信號狀態。(這同樣由圖21的發動機階躍波形2104表示，其中當傳感器處在“有效”位置時，電壓處在保持電平。)對于標記出現在左傳感器中的期間，維持該保持位置，這可以通過編寫好的算法進行多次循環。
如果在步驟2201，翻頁信號為高，則在步驟2207檢查右傳感器以確定右傳感器是否在濾光輪上檢測到右標記，例如右傳感器為“有效”，這將由邏輯高電平來表示。如果在步驟2208未檢測到標記，即右傳感器不是“有效”，則發動機在2110處前進一個步長，對應于在2107處傳輸一個發動機階躍脈沖，并且在步驟2101再次檢查翻頁信號的狀態。如果實現了具有步長45°的圖19A的發動機，則在該情況下，通過該算法的兩個循環將使發動機前進大約90°。
如果在步驟2207檢查右傳感器之后，在步驟2208檢測到標記，則在步驟2209因為檢測到的標記表明濾光輪處于正確有效的正交偏振位置而停止發動機，并且在步驟2101再次檢查翻頁信號狀態。(這同樣由圖21的發動機階躍波形2104表示，其中當傳感器處在“有效”位置時，電壓處在保持電平。)對于標記出現在右傳感器中的期間，維持該保持位置，這可以通過編寫好的算法進行多次循環。
本發明的優點本發明可以在具有一個、兩個或三個數字鏡設備(“DMD”)的投影系統上操作，其中使用多個設備來提高顏色對比度和分辨率。本發明使得可以將第二旋轉偏振器放置在投影儀之外。以這種方式，可以對任意現有投影儀進行修改以提供3D效果。本發明包括提供旋轉偏振器與投影信號之間的頻率和相位鎖定的一個實施例，或者處理隔行掃描或幀序列視頻的能力，等等。隔行掃描沒有閃爍，但是被隔行掃描的軸上的分辨率會減半。幀序列有一些閃爍，但是維持了沿兩個軸的完全分辨率。
本發明的另一個實施例實現了四階反饋控制環和電路設計，其提供四個獨特的鎖定，并且捕獲用于在DMD信號與旋轉偏振器之間進行頻率/相位同步的點。在反饋控制電路的根軌跡上存在四個穩態點。這保證了提供相位/頻率同步的反饋環路的穩定性。對于本領域的普通技術人員來說顯而易見的是，可以對本發明的四階控制系統進行修改，這不會從實質上改變基本發明。
本發明僅需要單片線性偏振材料而不是偏振段。本發明包括以與DMD信號或彩色濾光輪不同的速率旋轉偏光輪的能力，提供另一控制變量用于調整DMD信號(例如，以適應相鄰像素之間的平滑)或用于提高系統分辨率(例如，通過在DMD信號與偏振信號之間引入頻率偏移或相位偏移)。
本發明包括一個實施例，其能夠在兩個偏振態之間實現100％的消光比，發明人已經通過實驗驗證了這一點。這是有可能的，原因是本發明僅使用了單一偏振片。因為本發明不需要對投影儀濾光輪進行修改(其是以幾千RPM或更高速度旋轉的精確平衡的組件)，所以以較低的成本來實現變得相當容易。此外，本發明能夠以比彩色濾光輪低得多的速度旋轉偏光輪，簡化系統機械設計并且提高可靠性。而且，本發明允許改變旋轉偏光單元的速度，在旋轉循環中的某些點上較快地移動這些旋轉偏光單元，以便基本上消除圖像中的模糊和閃爍。
替代性實施例應該明白，盡管此處出于說明目的已經描述了本發明的特定實施例，但是可以在不偏離本發明的精神和范圍的情況下進行各種修改。特別地，在一個實施例中，本發明通過以不同的角度可控地對集成的或分立的旋轉光學設備的旋轉進行加速和減速而解決了上述問題。使用步進發動機，可以在任意的時間段內將旋轉單元固定在產生左右眼視圖的完全隔離的那些位置上(即，在那些位置上，傳輸軸與觀眾眼鏡的左眼或右眼濾光器對準)。根據偏光輪和觀看眼鏡的設計，這種情況可以在旋轉輪的若干不同位置上出現。另一實施例可以利用在3D立體攝像投影裝置的空閑時間期間維持濾光輪的靜態旋轉速度，從而避免斜升(rampup)延遲，正常情況下會出現該斜升延遲直到達到令人滿意的運行速度。又一個實施例可以提供一種裝置，用以修改攜帶3D信號的輸入標準ATSC電視信號，以便結合所提出的立體攝像投影裝置而操作。相應地，本發明的保護范圍僅由所附權利要求及其等同形式限定。
權利要求
1.一種投影系統，其包括用于投射立體圖像數據的光投影圖像束，所述圖像數據包括多個圖像流，每個圖像流包括幀，其中所述投影系統交替地投射來自每個所述圖像流的幀，所述投影系統包括旋轉偏振濾光輪，其部署在所述圖像束的通路中，并且被同步，使得在所述濾光輪的旋轉期間，來自一個相應的所述投影圖像流的幀僅通過位于所述濾光輪上的多種類型的偏振角區域中的一種類型的偏振角區域；以及發動機驅動系統，其耦合到所述濾光輪，用于周期性地增加和減小所述濾光輪的旋轉速度。
2.根據權利要求1所述的投影系統，其中所述發動機驅動系統包括驅動電壓波形生成器，其輸出周期性的驅動電壓，所述周期性的驅動電壓被疊加在所述發動機驅動系統的參考/穩態/靜態驅動電壓之上，或者與所述發動機驅動系統的參考/穩態/靜態驅動電壓結合。
3.根據權利要求2所述的投影系統，其中所述驅動電壓波形生成器包括一個或多個已存儲的雙極性截斷指數波形循環，其被重復觸發用于輸出，并且其頻率和幅度可以分別控制。
4.根據權利要求2所述的投影系統，其中所述濾光輪的速度基本上隨時間呈正弦型變化。
5.一種3D投影電視，包括輸入，其用于接收多個包含圖像數據的圖像流，每個流包括多個幀；光投影儀，其耦合到所述輸入，用于交替地投射來自所述多個圖像流中的每一個圖像流的幀；以及旋轉偏振濾光器，其位于所述光投影儀的輸出光通路中，用于使所述投影圖像流中的每一個圖像流以不同的偏振角進行偏振，所述旋轉濾光器包括發動機驅動系統，用于使所述旋轉濾光輪周期性地加速和減速。
6.根據權利要求5所述的投影電視，其中所述發動機驅動系統包括驅動電壓波形生成器，其輸出周期性的驅動電壓，所述周期性的驅動電壓被疊加在所述發動機驅動系統的參考/穩態/靜態驅動電壓之上，或者與所述發動機驅動系統的參考/穩態/靜態驅動電壓結合。
7.根據權利要求5所述的投影電視，還包括場轉換器，其耦合到所述輸入，用于檢測所述圖像數據中的同步信號，并且用于至少輸出從所述圖像數據分離出的所述同步信號。
8.根據權利要求7所述的投影電視，還包括轉速測量傳感設備，用于測量所述旋轉濾光輪的旋轉頻率，并且用于輸出具有與所述濾光輪的旋轉速度成正比的頻率的速度信號。
9.根據權利要求8所述的投影電視，還包括相位和頻率控制器電路，其耦合到所述場轉換器和所述轉速測量傳感設備，用于既接收所述同步信號又接收所述速度信號，并且用于輸出具有與所述同步信號和所述速度信號之同步差成正比的電壓的電壓信號。
10.根據權利要求9所述的投影電視，還包括濾光器控制設備，其耦合到所述旋轉濾光器并且耦合到其相位和頻率控制器電路，用于響應于所述相位和頻率控制器電路的電壓信號來控制所述旋轉濾光器的旋轉速度，以便減小所述同步信號與其速度信號之同步差。
11.根據權利要求10所述的投影電視，其中所述濾光器控制設備包括發動機和發動機控制器，所述發動機耦合到所述濾光輪，用于基于所述電壓信號而旋轉所述濾光輪，所述發動機控制器用于接收所述電壓信號，并且響應于所述電壓信號而控制所述發動機的速度。
12.根據權利要求8所述的投影電視，其中所述轉速測量傳感設備包括以預先選定的距離隔開的光發射器和光檢測器，并且能夠檢測它們之間的間隔的透明度的變化，并且其中所述濾光輪位于所述光檢測器與所述光發射器之間，并且包括放置在其上的標記，所述標記具有可由所述轉速測量傳感設備檢測的選定的透明度。
13.一種方法，包括步驟接收包括多個圖像流的圖像數據，每個所述圖像流包含多個幀；向可視屏幕投射所述圖像數據，其中所述投射步驟包括使用光源來投射所述圖像數據，并且包括在所述圖像流之間交替地進行投影；以及通過第一類型的濾光器過濾從所述圖像流中的第一個圖像流投射的幀；通過第二類型的濾光器過濾從所述圖像流中的第二個圖像流投射的幀；其中所述過濾來自所述圖像流中的第一個圖像流的幀和過濾來自所述圖像流中的第二個圖像流的幀的步驟包括旋轉在所述投影圖像數據的通路中的濾光輪，所述濾光輪具有至少一個提供用于所述第一個圖像流的第一預先選定的偏振角的部分和至少一個提供用于所述第二個圖像流的第二預先選定的偏振角的部分；其中所述旋轉所述濾光輪的步驟包括周期性地加速和減速旋轉所述濾光輪，使得當提供所述預先選定的第一偏振角和第二偏振角的所述部分是過濾幀時所述濾光輪被減速。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括步驟通過具有所述第二預先選定的偏振角的濾光器，為觀眾的一只眼睛過濾來自所述圖像流中的所述第一個圖像流的幀；以及通過具有所述第一預先選定的偏振角的濾光器，為觀眾的另一只眼睛過濾來自所述圖像流中的所述第二個圖像流的幀。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述圖像數據包含同步信號，并且所述過濾來自所述圖像流中的第一個圖像流的幀的步驟包括檢測所述圖像數據中的同步信號，所述同步信號對應于所述圖像流中的所述第一個圖像流。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所有過濾步驟組合包括交替地阻擋所述投影圖像數據使其僅被所述觀眾的一只眼睛看到。
17.根據權利要求13所述的方法，其中所述周期性地加速和減速旋轉所述濾光輪的步驟包括可控制地增加和減少對發動機控制器的控制信號，所述發動機控制器耦合到控制所述濾光輪的旋轉的濾光輪發動機。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述可控制地增加和減少對所述發動機控制器的所述控制信號的步驟包括存儲預先選定的周期性電壓波形，并且重復地將所述所存儲的電壓波形施加到對所述發動機控制器的穩態控制信號輸入上。
全文摘要
本發明提供了一種在將單個線性偏光輪放置在投影儀的光通路中以便將所期望的偏振態賦予到投影光上的立體投影儀中用于周期性地使輪在處于最佳狀態時減慢并且加速通過無效狀態的方法和裝置。當將本發明應用于這種偏振濾光輪時，極大地增大了立體分離度，在視覺質量和感知深度方面提供了顯著改進。
文檔編號H04N13/00GK1987551SQ20061014650
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月14日 優先權日2005年12月21日
發明者蒂莫西·M·特里菲洛, 卡西默爾·M·德丘薩蒂斯 申請人:國際商業機器公司