将立体摄像硬件同步到连续彩色呈现装置的方法和装置转让专利
申请号 : CN200610146503.5
文献号 : CN1988675B
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 蒂莫西·M·特里菲洛 , 卡西默尔·M·德丘萨蒂斯
申请人 : 国际商业机器公司
摘要 :
本发明提供了一种用于在投影装置的输出处提取同步信息而不修改其旋转彩色分段滤光轮或驱动电子元件的方法和装置。将分别具有不同原色的滤光器的三个光电二极管放置在投影仪的输出处以检测滤光轮中的不同颜色的输出。将异或电路用于检测经过滤光轮的白光。
权利要求 :
1.一种三维投影系统，包括：
光投影图像束，其用于投射接收到的立体摄像图像数据，所述图像数据包括多个图像流和对应于每个所述图像流的同步信号；
屏幕，其用于观看来自所述投影图像束的图像；
其中所述投影系统交替地投射来自每个所述图像流的帧，并且所述投影系统包括具有有色段的旋转分段彩色轮，通过使所述图像束经过所述旋转分段彩色轮来向所述图像提供颜色，所述三维投影系统包括：多个颜色感应检测器，其位于所述图像束中，每个所述颜色感应检测器都用于当在所述图像束中检测到其相应的颜色时输出颜色信号；
异或电路，其耦合到所述多个颜色感应检测器，所述异或电路用于当所述多个颜色感应检测器分别同时输出颜色信号时输出白色信号；
同步电路，所述同步电路耦合到所述系统以便接收所述同步信号并耦合到所述异或电路以便接收一个所述颜色信号，并且所述同步电路输出电压信号，所述电压信号的大小和极性与所述同步信号和所述颜色信号的同步差成正比；以及交替偏振滤光器，其在所述图像束的通路中并耦合到所述同步电路，所述交替偏振滤光器具有发动机驱动系统，所述发动机驱动系统根据所述电压信号的大小和极性来控制所述交替偏振滤光器的交替偏振的频率。
2.根据权利要求1所述的三维投影系统，其中所述交替偏振滤光器交替地使来自所述图像流中的第一个图像流的帧以第一偏振角进行偏振和使来自所述图像流中的第二个图像流的帧以第二偏振角进行偏振。
3.一种三维投影电视，包括：
输入端，其用于接收多个包含图像数据的图像流，每个流包括多个帧；
光投影仪，其耦合到所述输入端，用于交替地投射来自所述多个图像流中的每个图像流的所述帧，所述光投影仪包括交替彩色滤光器，所述交替彩色滤光器用于通过多个彩色滤光器顺序地对所述各个帧中的每个帧进行颜色过滤；
交替偏振滤光器，其用于使投射的帧所对应的图像流分别以不同的偏振角进行偏振；
多个颜色检测器，其位于所述光投影仪前面，用于检测所述彩色滤光器通过多个彩色滤光器顺序地对所述各个帧中的每个帧所进行的过滤，并且用于以与所述顺序颜色过滤的速率成正比的速率输出颜色同步信号；
转速测量传感设备，其耦合到所述交替偏振滤光器，用于测量所述交替偏振滤光器的频率，并且用于输出具有与测得的频率成正比的频率的速度信号；
相位和频率控制器电路，其耦合到所述多个颜色检测器并且耦合到所述转速测量传感设备，用于既接收所述颜色同步信号又接收所述速度信号，并且用于输出具有与所述颜色同步信号和所述速度信号的同步差成正比的电压的电压信号；以及滤光器控制设备，其耦合到所述交替偏振滤光器并且耦合到所述相位和频率控制器电路，用于响应于所述电压信号来控制所述交替偏振滤光器的交替频率，以便减小所述颜色同步信号与所述速度信号的同步差。
4.根据权利要求3所述的投影电视，其中所述交替偏振滤光器包括具有多个偏振方位的旋转滤光轮，并且其中所述滤光器控制设备包括发动机和发动机控制器，所述发动机耦合到所述滤光轮，以便旋转所述滤光轮，所述发动机控制器用于接收所述电压信号，并且响应于所述电压信号而控制所述发动机的速度。
5.一种三维成像的方法，包括步骤：
接收包括多个图像流的图像数据，每个所述图像流包含多个帧；
使用光源投影仪向可视屏幕投射由所述图像数据生成的图像，其中所述投射步骤包括通过多个彩色滤光器顺序地对所述图像流中的每个帧进行颜色过滤并对来自每个所述图像流的帧投影进行交替；
使用交替偏振滤光器使投射的图像所对应的图像流分别以不同的偏振角进行偏振，进一步包括：所述交替偏振滤光器以第一角度过滤从所述图像流中的第一个图像流投射的帧；以及所述交替偏振滤光器以第二角度过滤从所述图像流中的第二个图像流投射的帧；
使用多个颜色检测器检测所述彩色滤光器通过多个彩色滤光器顺序地对所述各个帧中的每个帧所进行的过滤并且以与所述顺序颜色过滤的速率成正比的速率输出颜色同步信号；
使用转速测量传感设备测量所述交替偏振滤光器的频率并且输出具有与测得的频率成正比的频率的速度信号；
使用相位和频率控制器电路既接收所述颜色同步信号又接收所述速度信号，并且输出具有与所述颜色同步信号和所述速度信号的同步差成正比的电压的电压信号；以及使用滤光器控制设备响应于所述电压信号来控制所述交替偏振滤光器的交替频率，以便减小所述颜色同步信号与所述速度信号的同步差。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述接收步骤包括接收交替地来自所述多个图像流中的每个图像流的一系列帧。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所有所述过滤步骤共同包括交替地阻挡所述投影图像数据使其仅不被所述观众的一只眼睛看到。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述过滤从所述图像流中的第一个图像流投射的帧的步骤包括检测所述彩色滤光器频率并对所述过滤从所述图像流中的第一个图像流投射的帧的步骤进行同步。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述过滤从所述图像流中的第一个图像流投射的帧的步骤和所述过滤从所述图像流中的第二个图像流投射的帧的步骤包括激活与所述彩色滤光器频率同步的过滤机制，所述彩色滤光器频率交替地将所述交替偏振滤光器以第一角度和第二角度放置在所述投影图像数据的通路中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述激活过滤机制包括旋转在所述投影图像数据的通路中的偏振滤光轮，其中所述偏振滤光轮提供以第一角度和以第二角度的所述交替偏振滤光器。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述检测所述彩色滤光器频率的步骤包括当每个所述彩色滤光器当前正在过滤所述图像流的每个帧时进行检测。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述当每个所述彩色滤光器当前正在过滤所述图像流的每个帧时进行检测的步骤包括将多个电子光颜色感应设备放置在所述光投影图像的通路中并输出相应的信号。
说明书 :
技术领域
本发明描述了一种用于在彩色成像系统中检测多个彩色滤光器的位置并在彩色滤光器和白平衡滤光器的出现之间进行区分的方法和装置。本发明使得能够在彩色成像投影系统中使电子信号在相位和频率上与滤光器单元同步。
背景技术
图1示出了现有技术的3D(三维)成像系统，其说明了用于3D图像投影的若干基本要求。首先，诸如通过投影装置显示一幕场景的两个二维(“2D”)图像，这两个2D图像彼此间在视角方向方面稍有不同。典型地，这些视角将左眼视图与右眼视图区分开。这通常需要双图像记录(dual image recordation)以提供如上所述的同一场景的两个视角或视图。然而，这样的视角可以是经处理的或手工地生成的。图1示出了两个投影仪101，其中之一投射场景的左眼视角而另一个同时投射同一场景的右眼视角。
尽管同时投影需要两个投影仪，但是可以通过在投影期间快速地交替左眼视角和右眼视角而在3D成像系统中实现单一投影仪。本发明不需要利用任何特殊设备或多个照相机来完成3D记录，只需要从图像数据可获得或可导出两个视角并且能够显示这两个视角。
常规的3D成像系统的另一个基本要求是将所投射的视角之一仅暴露于左眼或右眼中的任一个，并且将所投射的视角中的另一个仅暴露于另一只眼，使得每个所投射的视角都仅被一只眼睛看到。因此，利用同时双投影系统，观众的一只眼睛将被阻挡而看不到来自一个投影仪的图像内容，并且另一只眼睛将被阻挡而看不到来自另一投影仪的图像内容。
该阻挡(通常称为排除)可以以两步来完成。首先，通过将同时投射的图像中的每个图像投射通过角度不同的偏振的透明媒质102，使得每个图像都以不同的偏振角进行偏振。观众佩戴无源偏振眼镜103，就眼镜103的每个镜片的偏振角而言，这两个镜片也是偏移偏振的，因此镜片之一将阻挡偏振投影图像中的第一个图像，并且另一镜片将阻挡偏振投影图像中的第二个图像。生成两个不同视角的图像的现有技术方法包括经由红蓝颜色编码来区分图像，其中红蓝颜色编码诸如与具有红蓝镜片的无源眼镜一起使用的那些红蓝颜色编码。
已经进行了很多针对产生3D图像系统的尝试。此处考虑在使用左右眼视图的偏振编码的系统中进行3D成像，其可以使用切换系统来实现。在该领域中的现有技术典型地依赖于例如在与数字光处理器(“DLP”)或栅状光阀(“GLV”)技术兼容的系统中的集成式色轮/偏振滤光器。这引起各种问题，原因是当偏振器旋转时，其导致图像的偏振传输轴也旋转。换言之，当偏振器旋转时，左右眼视图仅对于偏光轮的某个精确的旋转位置是完全隔离的。对于该轮的其他位置，图像将包含左右眼视图二者的少许分量，其不能通过使用无源偏振观察镜来隔离。这导致图像的重影；观众有时会感知到左右眼视图的模糊混合，而不是由左右眼视图的完全隔离而产生的清晰图像。
诸如DLP技术之类的现代的正投影和背投影彩色成像系统使用多个彩色滤光器来顺序地将全色图像的各个成分投射到屏幕上。典型地，这些彩色滤光器被实现为彩色滤光轮上的各个段，该彩色滤光轮以与输入视频流同步的速率进行旋转。典型地，这种方法结合高亮白光源而使用三种基本的视频成像颜色(红、蓝和绿)。为了促进图像的白平衡并且纠正某些类型的图像像差，通常将透明滤光器段集成到彩色滤光轮中，从而允许白光通过并到达屏幕。
诸如DLP、微镜、光栅或有关的技术之类的现有正投影和背投影图像系统需要高强度的白光源以产生明亮的图像。尽管在这些系统内使用了导向透镜和光学设备，但是可能存在反射在整个投影仪组件内部的相对较高级别的杂散光。在该情况下，也可能通过缝隙从投影仪的外部泄漏进一些杂散光。当使用光学传感器来对投影偏振滤光轮与立体成像设备进行同步时，该杂散光就会成为问题。杂散光可能引起对传感器的误触发(false trigger)并且破坏所需的频率和相位同步。
为了改进这些图像系统使其支持立体三维图像的传输，这些图像系统必须提供交替的左右眼视图。例如，通过使用旋转偏振器并且让观众佩戴无源眼镜。由附加的滤光装置提供交替的眼睛视图，该附加的滤光装置可以不是在投影仪中使用的同一彩色滤光轮的一部分。在该情况下，有必要使旋转彩色滤光轮的相位、频率以及可能的其他属性与外部立体成像单元同步。简单地通过接入用于控制彩色滤光轮的电子信号并不必然会获得这种同步。
尽管可以从个人计算机和其他数字视频设备生成立体的三维图像，但是现有的游戏控制台没有用于生成视频同步信号所需的标准接口。使用旋转光学设备的系统的缺点有很多。在这些系统中，希望光学设备不以固定的速度进行旋转。如此处所描述的，旋转控制的改进可以通过按照周期性扰动信号和协作处理装置的指示来操纵旋转光学设备在旋转子区间上的速度来实现。
公开的美国专利申请US 2005/0041163A1描述了对附着到数字光处理器(“DLP”)投影仪之内的彩色滤光轮的分段偏振器的使用。其没有描述在投影仪透镜光学设备与旋转偏振器之间关于偏振敏感性的任何所需的关系。因此，投影透镜和其他光学设备可能破坏经偏振编码的图像信号。没有描述滤光轮与偏光轮之间所需的同步的细节，也没有提及帧序列与其他类型的视频输入之间的区别。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
美国专利5,993,004描述了具有空间光调制器和偏振调制器的立体显示器，其将保偏(polarization-preserving)光学设备和特殊的控制信号用于调制。总而言之，该方法没有像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者数字镜设备(“DMD”)和DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利的全部内容。
公开的美国专利申请2005/00467001A1描述了两种视频处理设备，其处理至少四个单独的视频图像序列以同时将多个图像视图投射在屏幕上。在较高级别上，该方法没有像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
公开的美国申请2003/0112507描述了针对DMD设备的两个实施例，这两个实施例都使用顺序地驱动的DMD设备的不同的行和列来提供同一图像的不同的眼睛视图。该方法不像本发明一样涉及对旋转的或交替的偏振器或者DLP技术的使用。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
公开的美国申请2003/0214631描述了一种投影仪，其具有分束器以产生两条光通路，每条光通路通过固定的偏振器并且稍后利用特殊的光学系统重新合并。该方法不像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
美国专利1,879,793描述了新颖的动画投影系统(类似于稍后在IMAX 3D应用中使用的那些投影系统)，其中以某种方式使胶片通过投影仪的速率与一个外部的偏光轮或多个滑块同步。该方法不使用DLP技术，并且该方法因为其需要特殊的胶片处理技术而不可扩展到DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利的全部内容。
在个人计算机(“PC”)行业中，液晶显示器(“LCD”)光快门眼镜已经成为用于通过阴极射线管(“CRT”)和投影仪来观看彩色3D影像的标准。然而，这需要有源眼镜(每个镜片中具有微型液晶监控器或快门)，并且需要电池和用于同步目的的到数据源的连接。这些解决方案往往还比较昂贵，在同一时间仅可应用于有限数目的用户，并且在长时间使用之后容易导致眼睛疲劳。这些眼镜通常使用包含在每个现代视频适配卡接口中的显示数据通道行业标准。该数据通道用信号通知眼镜PC已交换其眼睛视图。
总之，现有技术需要在投影仪滤光轮内部进行改进，并且没有提供使用既有系统的实现方式。在现有技术中没有区分帧序列和隔行扫描(line interleaved)技术，现有技术模糊地描述了信号必须与偏振器“同步”，而没有提供技术说明。现有技术没有对控制电路规定任何形式，而该控制电路对于本领域的普通技术人员并不是显而易见的。
一般而言，由于从滤光轮通过投影通路的其余部分必须维持光偏振，因此现有技术需要投影仪使用对偏振不敏感的内部光学设备。这意味着必须使用特殊的光学设备，并且必须避免对偏振敏感的涂层，因此既增加了复杂性又增加了实现成本。在本发明中没有这样的要求。
尽管同时投影需要两个投影仪，但是可以通过在投影期间快速地交替左眼视角和右眼视角而在3D成像系统中实现单一投影仪。本发明不需要利用任何特殊设备或多个照相机来完成3D记录，只需要从图像数据可获得或可导出两个视角并且能够显示这两个视角。
常规的3D成像系统的另一个基本要求是将所投射的视角之一仅暴露于左眼或右眼中的任一个，并且将所投射的视角中的另一个仅暴露于另一只眼，使得每个所投射的视角都仅被一只眼睛看到。因此，利用同时双投影系统，观众的一只眼睛将被阻挡而看不到来自一个投影仪的图像内容，并且另一只眼睛将被阻挡而看不到来自另一投影仪的图像内容。
该阻挡(通常称为排除)可以以两步来完成。首先，通过将同时投射的图像中的每个图像投射通过角度不同的偏振的透明媒质102，使得每个图像都以不同的偏振角进行偏振。观众佩戴无源偏振眼镜103，就眼镜103的每个镜片的偏振角而言，这两个镜片也是偏移偏振的，因此镜片之一将阻挡偏振投影图像中的第一个图像，并且另一镜片将阻挡偏振投影图像中的第二个图像。生成两个不同视角的图像的现有技术方法包括经由红蓝颜色编码来区分图像，其中红蓝颜色编码诸如与具有红蓝镜片的无源眼镜一起使用的那些红蓝颜色编码。
已经进行了很多针对产生3D图像系统的尝试。此处考虑在使用左右眼视图的偏振编码的系统中进行3D成像，其可以使用切换系统来实现。在该领域中的现有技术典型地依赖于例如在与数字光处理器(“DLP”)或栅状光阀(“GLV”)技术兼容的系统中的集成式色轮/偏振滤光器。这引起各种问题，原因是当偏振器旋转时，其导致图像的偏振传输轴也旋转。换言之，当偏振器旋转时，左右眼视图仅对于偏光轮的某个精确的旋转位置是完全隔离的。对于该轮的其他位置，图像将包含左右眼视图二者的少许分量，其不能通过使用无源偏振观察镜来隔离。这导致图像的重影；观众有时会感知到左右眼视图的模糊混合，而不是由左右眼视图的完全隔离而产生的清晰图像。
诸如DLP技术之类的现代的正投影和背投影彩色成像系统使用多个彩色滤光器来顺序地将全色图像的各个成分投射到屏幕上。典型地，这些彩色滤光器被实现为彩色滤光轮上的各个段，该彩色滤光轮以与输入视频流同步的速率进行旋转。典型地，这种方法结合高亮白光源而使用三种基本的视频成像颜色(红、蓝和绿)。为了促进图像的白平衡并且纠正某些类型的图像像差，通常将透明滤光器段集成到彩色滤光轮中，从而允许白光通过并到达屏幕。
诸如DLP、微镜、光栅或有关的技术之类的现有正投影和背投影图像系统需要高强度的白光源以产生明亮的图像。尽管在这些系统内使用了导向透镜和光学设备，但是可能存在反射在整个投影仪组件内部的相对较高级别的杂散光。在该情况下，也可能通过缝隙从投影仪的外部泄漏进一些杂散光。当使用光学传感器来对投影偏振滤光轮与立体成像设备进行同步时，该杂散光就会成为问题。杂散光可能引起对传感器的误触发(false trigger)并且破坏所需的频率和相位同步。
为了改进这些图像系统使其支持立体三维图像的传输，这些图像系统必须提供交替的左右眼视图。例如，通过使用旋转偏振器并且让观众佩戴无源眼镜。由附加的滤光装置提供交替的眼睛视图，该附加的滤光装置可以不是在投影仪中使用的同一彩色滤光轮的一部分。在该情况下，有必要使旋转彩色滤光轮的相位、频率以及可能的其他属性与外部立体成像单元同步。简单地通过接入用于控制彩色滤光轮的电子信号并不必然会获得这种同步。
尽管可以从个人计算机和其他数字视频设备生成立体的三维图像，但是现有的游戏控制台没有用于生成视频同步信号所需的标准接口。使用旋转光学设备的系统的缺点有很多。在这些系统中，希望光学设备不以固定的速度进行旋转。如此处所描述的，旋转控制的改进可以通过按照周期性扰动信号和协作处理装置的指示来操纵旋转光学设备在旋转子区间上的速度来实现。
公开的美国专利申请US 2005/0041163A1描述了对附着到数字光处理器(“DLP”)投影仪之内的彩色滤光轮的分段偏振器的使用。其没有描述在投影仪透镜光学设备与旋转偏振器之间关于偏振敏感性的任何所需的关系。因此，投影透镜和其他光学设备可能破坏经偏振编码的图像信号。没有描述滤光轮与偏光轮之间所需的同步的细节，也没有提及帧序列与其他类型的视频输入之间的区别。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
美国专利5,993,004描述了具有空间光调制器和偏振调制器的立体显示器，其将保偏(polarization-preserving)光学设备和特殊的控制信号用于调制。总而言之，该方法没有像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者数字镜设备(“DMD”)和DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利的全部内容。
公开的美国专利申请2005/00467001A1描述了两种视频处理设备，其处理至少四个单独的视频图像序列以同时将多个图像视图投射在屏幕上。在较高级别上，该方法没有像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
公开的美国申请2003/0112507描述了针对DMD设备的两个实施例，这两个实施例都使用顺序地驱动的DMD设备的不同的行和列来提供同一图像的不同的眼睛视图。该方法不像本发明一样涉及对旋转的或交替的偏振器或者DLP技术的使用。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
公开的美国申请2003/0214631描述了一种投影仪，其具有分束器以产生两条光通路，每条光通路通过固定的偏振器并且稍后利用特殊的光学系统重新合并。该方法不像本发明一样使用旋转的或交替的偏振器或者DMD/DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利申请的全部内容。
美国专利1,879,793描述了新颖的动画投影系统(类似于稍后在IMAX 3D应用中使用的那些投影系统)，其中以某种方式使胶片通过投影仪的速率与一个外部的偏光轮或多个滑块同步。该方法不使用DLP技术，并且该方法因为其需要特殊的胶片处理技术而不可扩展到DLP技术。此处通过引用的方式包含上述专利的全部内容。
在个人计算机(“PC”)行业中，液晶显示器(“LCD”)光快门眼镜已经成为用于通过阴极射线管(“CRT”)和投影仪来观看彩色3D影像的标准。然而，这需要有源眼镜(每个镜片中具有微型液晶监控器或快门)，并且需要电池和用于同步目的的到数据源的连接。这些解决方案往往还比较昂贵，在同一时间仅可应用于有限数目的用户，并且在长时间使用之后容易导致眼睛疲劳。这些眼镜通常使用包含在每个现代视频适配卡接口中的显示数据通道行业标准。该数据通道用信号通知眼镜PC已交换其眼睛视图。
总之，现有技术需要在投影仪滤光轮内部进行改进，并且没有提供使用既有系统的实现方式。在现有技术中没有区分帧序列和隔行扫描(line interleaved)技术，现有技术模糊地描述了信号必须与偏振器“同步”，而没有提供技术说明。现有技术没有对控制电路规定任何形式，而该控制电路对于本领域的普通技术人员并不是显而易见的。
一般而言，由于从滤光轮通过投影通路的其余部分必须维持光偏振，因此现有技术需要投影仪使用对偏振不敏感的内部光学设备。这意味着必须使用特殊的光学设备，并且必须避免对偏振敏感的涂层，因此既增加了复杂性又增加了实现成本。在本发明中没有这样的要求。
发明内容
通过使用采用一个或多个光传感器、在每个传感器上具有适当的彩色滤光器以在任意时刻检测彩色轮的位置的传感器系统，克服了现有技术的缺点并提供了另外的优点。在本发明的另一实施例中，提供了一种用于在投影装置的光输出处提取同步信息而不修改其滤光轮或其驱动电子元件的新方法。该解决方案补偿了对多个彩色滤光段和白平衡段的使用，可以适用于任意类型的投影系统，并且比以前的方法提供了具有更小的闪烁和更好的景深的更高质量的图像。
例如DLP投影系统之类的包括光投影图像束和屏幕的3D投影系统使用旋转彩色滤光轮来为投影图像提供颜色，该光投影图像束用于投射包含多个图像流的立体摄像图像数据，该屏幕用于观看投影图像。为进行3D观看，投影系统交替地投射来自包括左眼视图和右眼视图的每个图像流的帧。旋转分段彩色轮通过使图像束经过其中来为图像提供颜色。位于图像束中的颜色感应检测器可以检测每个颜色段并且当在图像束中检测到其相应的颜色时输出颜色信号。这些方法可用于对来自图像流的投影帧的偏振进行同步以提供改进的3D图像投影。偏振可以包括使用由偏振的、几乎透明的介质构造的另一旋转滤光器。
本发明的一种方法包括接收包括多个图像流的图像数据，其中每个图像流包含多个帧。例如，可以由例如光源投影仪对这些帧进行投射以在动画屏幕上生成各种图像。在DLP系统中，投射步骤包括通过多个彩色滤光器以预先选定的彩色滤光器频率顺序地对图像流中的每个帧进行颜色过滤并对来自每个图像流的帧投影进行交替。通过第一角度偏振滤光器过滤从图像流中的第一个图像流投射的帧并且通过第二角度偏振滤光器过滤从图像流中的第二个图像流投射的帧，可以产生3D效果。通过检测彩色滤光轮的旋转位置，可以使偏振过滤步骤与颜色过滤步骤同步。放置在投影光束中的光敏检测器可以检测由投影系统输出的各种颜色并输出针对由此检测到的每种颜色的脉冲。
当结合以下描述和附图而考虑时，将更好地认识和理解本发明的这些和其他的方面和目的。然而，应该理解，尽管指出了本发明的优选实施例及其众多具体细节，但以下描述仍是以说明性而不是限制性的方式给出的。在不偏离本发明精神的情况下，可以在本发明的范围内做出多种改变和修改，并且本发明包括所有这些修改。
例如DLP投影系统之类的包括光投影图像束和屏幕的3D投影系统使用旋转彩色滤光轮来为投影图像提供颜色，该光投影图像束用于投射包含多个图像流的立体摄像图像数据，该屏幕用于观看投影图像。为进行3D观看，投影系统交替地投射来自包括左眼视图和右眼视图的每个图像流的帧。旋转分段彩色轮通过使图像束经过其中来为图像提供颜色。位于图像束中的颜色感应检测器可以检测每个颜色段并且当在图像束中检测到其相应的颜色时输出颜色信号。这些方法可用于对来自图像流的投影帧的偏振进行同步以提供改进的3D图像投影。偏振可以包括使用由偏振的、几乎透明的介质构造的另一旋转滤光器。
本发明的一种方法包括接收包括多个图像流的图像数据，其中每个图像流包含多个帧。例如，可以由例如光源投影仪对这些帧进行投射以在动画屏幕上生成各种图像。在DLP系统中，投射步骤包括通过多个彩色滤光器以预先选定的彩色滤光器频率顺序地对图像流中的每个帧进行颜色过滤并对来自每个图像流的帧投影进行交替。通过第一角度偏振滤光器过滤从图像流中的第一个图像流投射的帧并且通过第二角度偏振滤光器过滤从图像流中的第二个图像流投射的帧，可以产生3D效果。通过检测彩色滤光轮的旋转位置，可以使偏振过滤步骤与颜色过滤步骤同步。放置在投影光束中的光敏检测器可以检测由投影系统输出的各种颜色并输出针对由此检测到的每种颜色的脉冲。
当结合以下描述和附图而考虑时，将更好地认识和理解本发明的这些和其他的方面和目的。然而，应该理解，尽管指出了本发明的优选实施例及其众多具体细节，但以下描述仍是以说明性而不是限制性的方式给出的。在不偏离本发明精神的情况下，可以在本发明的范围内做出多种改变和修改，并且本发明包括所有这些修改。
附图说明
图1示出了现有技术的用于3D成像的双投影系统；
图2示出了基本的现有技术的DLP投影系统；
图3A示出了利用图2的示例性DLP系统实现的本发明；
图3B示出了翻页信号(page flip signal)以及相应的图像数据帧；
图4示出了相位和频率检测器；
图5示出了环路滤光器；
图6示出了相位和频率锁定；
图7示出了具有转速测量传感速度检测器的轮；
图8示出了外部彩色滤光轮传感器的实现方式；
图9示出了具有带通传感器的已调制的LED；
图10示出了用于操作图9的已调制的LED的实现细节；
图11示出了用于游戏平台的通用适配器；
图12示出了耦合到USB(通用串行总线)设备和3D电视的典型的游戏平台USB栈；
图13示出了用于提取游戏平台视频垂直同步信号的流程图；
图14A-图14C示出了双滤光轮系统的流程图和实现细节；
图15A-图15C示出了扰动合成器的实现细节；
图16示出了扰动合成器；
图17示出了对扰动合成器的波形分析；
图18示出了使用步进发动机控制的立体摄像投影系统，其减少了硬件要求；
图19A-图19B示出了具有驱动信号的步进发动机；
图20A-图20B示出了用于在图18的系统中使用的偏振滤光轮；
图21示出了由滤光轮的发动机控制器使用的相关输入；
图22示出了发动机控制器编程的流程图。
图2示出了基本的现有技术的DLP投影系统；
图3A示出了利用图2的示例性DLP系统实现的本发明；
图3B示出了翻页信号(page flip signal)以及相应的图像数据帧；
图4示出了相位和频率检测器；
图5示出了环路滤光器；
图6示出了相位和频率锁定；
图7示出了具有转速测量传感速度检测器的轮；
图8示出了外部彩色滤光轮传感器的实现方式；
图9示出了具有带通传感器的已调制的LED；
图10示出了用于操作图9的已调制的LED的实现细节；
图11示出了用于游戏平台的通用适配器；
图12示出了耦合到USB(通用串行总线)设备和3D电视的典型的游戏平台USB栈；
图13示出了用于提取游戏平台视频垂直同步信号的流程图；
图14A-图14C示出了双滤光轮系统的流程图和实现细节；
图15A-图15C示出了扰动合成器的实现细节；
图16示出了扰动合成器；
图17示出了对扰动合成器的波形分析；
图18示出了使用步进发动机控制的立体摄像投影系统，其减少了硬件要求；
图19A-图19B示出了具有驱动信号的步进发动机；
图20A-图20B示出了用于在图18的系统中使用的偏振滤光轮；
图21示出了由滤光轮的发动机控制器使用的相关输入；
图22示出了发动机控制器编程的流程图。
具体实施方式
为了生成三维(“3D”)图像，需要代表3D场景的两个视线的两个单独的二维(“2D”)图像——由人的双眼中的一只眼睛观看的一个2D图像专属于该眼睛。图1中示出的装置是传统的3D投影系统，其使用两个投影设备来同时交迭图像并且获得立体显示。
参考图1，示出了现有技术的三维投影系统100。这种现有技术利用两个单独的投影仪101，每一个投影仪101投射相同的场景，但每个场景具有对应于人的左眼和右眼的视线之间的不同视角的稍有不同的视角。偏振玻璃(或其他材料)滤光器102被放置在来自两个投影仪中的每一个投影仪的投影光束的通路中。这些滤光器的偏振角相互偏移90°。为了使观众感知到三维投影图像，观众的左眼必须能够感知到来自投影仪之一的指定为“左”的二维投影图像，而同时过滤掉来自另一投影仪的指定为“右”的二维图像，对于右眼，反之亦然。这是通过给观众配备无源偏振眼镜来完成的，其中每个镜片的偏振相对于放置在投影仪上的滤光器之一偏移90°。因此，观众的左右眼中的每只眼睛都暴露于相应的、独立的、稍有不同的预先选定的二维图像，其共同使得观众感知到三维图像。
在图1中示出的设置需要观众佩戴便宜的偏振眼镜103，但却递送了丰富的彩色3D图像。上述系统的缺点是需要特殊的3D转换硬件和软件来对图像进行预处理，这些3D转换硬件和软件不是常见的。该同一缺点已经限制了对其他3D投影系统(包括基于液晶的设备)的采用。另外，需要具有非去偏(non-depolarizing)表面的特殊屏幕来观看这些图像。最近，已经发布了若干系统，其声称要通过从双投影仪投射两个单独的图像而在不需要眼镜的情况下提供3D图像；该方法需要在观众和投影仪之间进行仔细的校准，并且不适于多人观看同一图像。
最后，系统成本是单投影仪显示系统的成本的至少两倍，并且不易携带，原因是其需要在两个投影仪与偏振单元之间进行适当的校准。类似地，现有的3D电影是使用昂贵的多照相机系统来完成的，并且使用了数字翻录或者类似的昂贵的胶片处理技术；这种高成本已经限制了对3D观看系统的大范围采用，例如在家庭电视中的采用。
本发明提供使用无源眼镜的3D观看，因此减少了成本并避免了眼睛疲劳和与各种交替相关联的色感问题。其可以结合基于流行的DLP技术的单一投影源而使用，并且可以实现为构成投影系统所需的部分或者实现为可以放置在投影仪前面的附加的外围设备或独立设备。本发明利用了在流行的软件包中提供的现有技术的3D接口支持，其中流行的软件包诸如OpenGLTM或Direct3DTM应用程序接口(“API”)，其包括诸如java3DTM之类的变型。该接口与目前使用的主流3D图像软件和程序兼容。所有这些API生成具有左/右眼视角的数字内容，用于结合诸如前述的有源快门眼镜之类的替代性技术而使用；通过所提出的发明，可以在不进行修改的情况下使用该内容。通过设备驱动器提供同步，自动地在这些API中提供左/右内容，用户只需要指示OpenGLTM或Direct3DTM以立体方式呈现，并且其同时在存储器中放置图像流。设备驱动器负责发送图像流到其需要去往的地方(例如，两个投影仪、一个具有翻页功能的投影仪、一个具有隔行扫描立体系统的投影仪)。可能需要对其他类型的数字内容进行预处理以生成与3D成像技术兼容的左/右眼视图；然而，对于某些类型的内容，诸如数字电影或电子图像，该处理相当直接(诸如广播电视之类的其他类型的内容需要附加的、更复杂的处理来实现3D观看)。
参考图2，其中示出的是一个示例性DLP系统209的基本原理。白光源201被聚焦通过会聚透镜202，其接着通过旋转彩色滤光轮203。滤光轮可以包含用于创建视频和图形图像的三原色(红、绿和蓝)，或其他颜色。本发明不限于仅使用旋转彩色滤光轮。可以存在或可以开发其他技术，其提供包含可以用本发明来实现的投影图像(诸如数字帧序列图像、立体的或非立体的)的定向光束。所提出的发明一般可应用于任意光源投影系统，典型的情况是不依赖于偏振来创建图像本身的单一光源。以另一种方式重申，成像设备使用的光输出的偏振必须是随机的。当前提出的发明使用偏振技术来产生3D效果，因此依赖于偏振技术本身的投影系统可能会影响本发明中的偏振实现。
如图2所示，光束经过彩色滤光轮203，通过聚焦透镜204，并且照亮DMD 205，其中DMD 205由来自视频源(诸如来自个人计算机、DVD(数字视频光盘)、所存储的格式或电视信号等)的固件进行驱动。其他可能的视频源包括栅状光阀和相位改变显示技术。
由DMD处理的图像内容与旋转彩色滤光轮同步，使得当红色滤光段对准DMD时所期望图像的红色内容照亮DMD，同时已聚焦的光通过DMD。当绿色滤光器对准DMD时绿色图像内容照亮DMD，依此类推。因此，对于这样的DLP系统所投射的每个图像帧，彩色滤光轮和DMD一起操作以针对每个图像帧而顺序地投射若干色平面。接着，图像的各连续部分通过另外的投影光学设备206聚焦到屏幕207上以创建合适的2D图像，其可以是静态图像或动画。由正投影系统投射的图像可以从屏幕207的与投影设备相同的一侧212观看。背投影的图像可以从与投影设备相反的一侧211观看。
如果三种颜色的内容是由图2中示出的系统以足够高的帧速率(以每秒的帧数来度量)处理的，则视觉的持续将使得观看者感知到屏幕上的全色稳定2D图像。该技术存在多种变型，包括使用2个或3个DMD设备来创建最终图像的系统和同时采用背投影技术和正投影技术的系统。在光束通路中使用的诸如会聚透镜和投影透镜之类的光学元件的细节还可以变化，并且不是本发明的实质部分。图1中示出的双投影装置例如可以包括两个DLP投影仪。由于其性能和低成本，DLP正成为用于很多大屏幕投影电视、便携式个人计算机投影仪和类似应用的优选技术。
图3A示出了本发明的一个优选的实施例，包括安装在现有的DLP投影仪309前面的旋转偏振滤光器306，投影仪309可以实现为正投影系统或背投影系统。本发明的各种变型允许结合背投影系统而使用，并且允许将本发明集成到投影仪内部。在替代性实施例中，旋转偏振单元还可以用服务于同一目的(即，交替地对具有2个不同的正交的偏振态的光进行调制)的杠杆臂或类似的线性置换设备来替代。在时分复用(“TMD”)视频流中，例如，PC对与诸如前面讨论的API之类的行业惯例兼容的能够翻页的立体图像进行传输。翻页指顺序传输的交替的左右眼视图或帧，其传输速度或刷新率可以从几赫变到几百赫。尽管左右眼视图共同操作以产生3D效果，但通常还分别将左右眼视图称为图像流。
注意，在光通路中除偏振器之外可以没有任何额外的光学设备，除非这些光学设备能保持光的偏振态。如果要将偏光轮集成在投影仪内，则这是一个重要的考虑事项。必须也将所得到的图像投射在保持反射光的偏振的屏幕或其他表面上，或者在背投影系统中必须将所得到的图像投射在保持折射光的偏振的屏幕或其他表面上。这种屏幕例如可以通过德国汉堡的ScreenTechTM和美国印第安纳州华沙的DaliteTM购买。发明人还注意到，本发明可以应用于除DMD/DLP之外的其他类型的图像投影技术，例如，近来提出的栅状光阀(“GLV”)技术。GLV是DLP和其他光工程投影技术的替代，其中结合使用散射光栅和液晶技术来生成适合于背投影系统或正投影系统的2D图像。
利用本发明，可以使用无源偏振眼镜来观看全色3D图像。所提出的发明旨在结合行业标准线性偏振3D眼镜而使用，使左右眼具有以0°为中心的正交偏振方向：左眼相对于0°为-45°，并且右眼相对于0°为+45°。显然，这些角方向不是本发明的要求，而只是为了工业上的兼容性而选择的。可以容易地将本发明调整为使用其他角度关系来实现。对于本领域的普通技术人员而言，显然对本发明的少量调整将使得可以使用具有不同的偏振方向以及圆偏振态或椭圆偏振态的镜片的无源眼镜。圆偏振和椭圆偏振的无源眼镜在市面上有售。
众所周知，在适当地呈现一系列2D图像的情况下，假设有足够快的刷新率，则人眼的视觉持续将使其感知到真实的彩色3D图像。以这种方式，通过将外部设备实现为放置在投影仪的输出孔上，现有的DLP投影仪可被升级为投射3D图像，因此不需要对原始的投影仪的硬件或固件进行修改。注意，必须使用帧序列视频信号，以利用本发明来获得这种效果。帧序列视频信号描述了对指定给左眼和指定给右眼的图像进行交替的时分复用信号。这意味着由投影系统顺序地接收和处理单独传输的分别代表左眼视图或右眼视图的图像。尽管如很多数字立体摄像系统的设计宗旨一样，每投射一帧就交换左眼视图和右眼视图是理想的，但是其他设计通过利用人眼的视觉持续也可以产生实质上的3D效果。
视频输入信号
输入立体信号(例如，图3A中的301)典型地是这样一种信号，其是特意针对3D立体成像而产生的，3D立体成像例如利用双镜头照相机的计算机软件视频拍摄。然而，输入图像数据可以来自诸如视频游戏、PC或数字电视数据之类的源。立体VGA(视频图形阵列)信号和诸如DDC(显示数据通道)、HDMI(高清晰媒体接口)、High Def(高清晰度)、多媒体接口和来自数字电缆盒和DVD播放器的Y-Pr-Pb之类的附加信息也是适合的。本发明的最小要求是输入包含立体视频数据，这意味着可以从视频数据获得、导出或处理左/右双图像。视频数据还可以经由分组、帧或信元进行传输，其中可以使用头信息来表明有效载荷中的左眼内容或右眼内容。在这种实现方式中，3D电影可以在因特网上进行传输，并且无期限地进行存储，或者诸如在实时视频流式传送中，将所接收的内容投射用于观看。诸如HDMI之类的某些行业标准信号将需要实现用于从输入视频数据提取同步信号(翻页信号)的预备电路。因此，HDMI输入流将结合本发明、使用翻页提取器而工作，其中翻页提取器的输出被提供给相位/频率检测器。利用输入数据上的翻页信息来提供HDMI输入。对于目前描述的实施例，假设输入视频信号是行业标准立体VGA信号。
在VGA标准中嵌入了“DDC”能力，其是典型地利用双向串行总线实现的低带宽数字消息接口，以便与左/右图像并行地发送翻页信号，表明当前传输的是左眼图像或右眼图像中的哪一个。
诸如立体VGA之类的行业标准协议为输入帧提供固定的已知速率，例如60Hz、85Hz、100Hz或120Hz，其中立体速率是该速率的一半，因此每秒所传输的量是各左右眼帧/图像的一半。很多计算机程序还提供数字立体图像源，诸如视频游戏、建筑图形程序、CAD(计算机辅助设计)程序和医疗成像程序，例如其包含立体VGA信号。
关于图3A，示出的是利用常规的DLP投影仪309实现的本发明的3D投影系统350。由常规的DLP投影仪接收输入立体视频信号(例如TDM帧序列)301，DLP投影仪接着进行解码并投射视频图像。并行于DLP投影仪，本发明接收输入立体视频同步信号并且提取嵌入在其中的立体同步信号302，即翻页信号，并且将其提供给相位和频率检测器(“相位/频率检测器”)303。立体同步信号表明在任意时刻在视频流中呈现的是两个立体图像中的哪一个。在本发明中，两个立体图像流中的每一个立体图像流都将被调制为指定给左眼或指定给右眼。提取电路是公知的VGA现场转换电路，其执行公知的DDC翻页协议。佛罗里达州西棕榈滩(WEST PALM BEACH，FLORIDA)的eDimensionalTM公司提供用于连接到立体VGA信号的电路，该电路接着连同视频流一起输出翻页信号。还可以通过在各种处理器上执行公知的DDC算法来手工地实现该算法。
通过在301处实现简单的切换，可以直接将输入2D信号切换到DLP系统并且旁路3D成像电路。可选地，可以给3D成像通路配备检测电路，该检测电路自动地检测输入多图像流，并且自动地将这些信号发送给本发明的3D生成技术设备。这样的自动激活选项还可以被手工地禁止。这些替代性实施例被认为是对本发明的简单调整，并且并未处于本发明的范围之外。
现场转换器
输入信号被现场转换器接收，该现场转换器提取如上所述的翻页信号，该翻页信号表明在信号中呈现的是左眼数据或右眼数据中的哪一个。在本发明的电路使用翻页数据的同时，持续地将视频数据提供给DLP投影仪。(图3B的)现场转换器361的输出信号在用于左眼视图的指示与用于右眼视图的指示之间进行交替。在一个特别的实施例中，该输出信号可以是如图3B所示的简单的二进制方波输出，并且被提供给相位/频率检测器。方波361表明例如逻辑“1”(或较高的电压电平)对应于视频流362中的右眼数据，表示为“R”。逻辑“0”表明在图像数据362中传输的相应的左眼图像，表示为“L”。
相位/频率检测器
本发明的优选实施例使用正边缘触发或边缘敏感触发来生成所需的信号。一个替代性实施例可以使用电平敏感触发，其中基于信号的幅度跨越了预先选定的阈值来切换信号。电平敏感意味着在持续时间上的可变性，原因是信号幅度电平可能由于诸如噪声和地线漂移(groundshift)之类的效应而漂移或移动。因此，在实际的设计中必须有在特定转换电平附近的限定容限以计入这些因素。
参考图3A，相位频率检测器303比较滤光轮306的旋转速度与由现场转换器302输出的翻页信号361的频率。当将左右眼视图中的每个视图传输通过滤光器并且传输到可视屏幕上时，滤光轮必须处于某个旋转位置。当投射左眼图像时，必须由偏振滤光轮以特定的偏振角过滤该图像以阻挡该图像使其不被观众的右眼看到，其中观众佩戴着适当的偏振无源眼镜。通过使得滤光轮将图像以相对于观众眼镜的右侧镜片的角度为90°的偏移进行偏振来实现该阻挡。因此，相位/频率检测器使输入翻页信号与其从转速传感器310和311接收的旋转信息同步。如果滤光轮不可接受地滞后或超前于翻页信号，则相位频率检测器将输出校正信号到滤光轮发动机控制器305，该滤光轮发动机控制器305将相应地调整滤光轮的旋转速度。与电平敏感的设计相比，在相位/频率检测器中实现正边缘触发电路提供了最敏锐的时间检测。
当前的DLP投影仪输出和视频流同步可以部分地使用图4中示出的电路设计来实现，图4示出了相位/频率检测器的一个实施例。相位/频率检测器401的一个输入接收现场转换器的输出320。另一个输入402接收来自转速传感器电路的输出330。当滤光轮的旋转速度的相位和频率二者都与输入翻页信号正确地同步时，该电路的输出将是与电压源407和电压源408的中点相等的电压。在本实施例中，在407处实现了5v的电压源，其中在408处具有地电压(0)。该电路以410处的2.5v的输出来表明同步或静态工作。偏离同步，即滞后或者超前将导致相位频率检测器输出不同于理想的2.5v输出的相应校正信号410给发动机控制器。如果环信号和相位/频率检测器输出彼此漂移至超出锁定，则相位频率检测器的输出将与漂移量成正比并且将输出正信号或负信号，以便使得发动机控制器增大或减小发动机速度。
参考图4，触发电路401和触发电路402可以使用芯片类型74LS174来实现；与门403可以是74LS21；并且反相器404可以是74LS04。PFET(P沟道场效应晶体管)405和NFET(N沟道场效应晶体管)406包括公知的电荷泵配置，并且应该适当地调整其大小以处理驱动发动机控制信号所需的电流。
如上所述，相位/频率检测器接收来自现场转换器的左/右信号。最后，本发明使用这些左右指示符来控制偏振滤光轮，从而当向屏幕投射左眼数据时偏振滤光轮将处于这样的位置，即，使得轮的偏振角使左眼投影图像以预先选定的角度进行偏振，并且使得该滤光轮将右眼投影图像以不同的预先选定的角度进行偏振。这些预先选定的偏振角是在预先知道观众佩戴的无源眼镜镜片的偏振角的情况下进行选择的。偏振角结合无源眼镜的偏振角将消除所投射的左眼图像使其不被观众的右眼看到，反之亦然。
如图3A所示，相位/频率检测器的第二输入330是旋转滤光轮的频率。该频率是利用耦合到滤光轮的转速测量传感器311来检测的。相位/频率检测器形成反馈环路的输入以控制偏振滤光轮的旋转速度，以便维持滤光轮与立体视频流之间的相位和频率锁定。可以将相位锁定控制在固定的可接受的偏移内。
环路滤光器和发动机控制
图5中示出的环路滤光器将在输入511处接收相位/频率检测器的输出，并将其转换成512处的DC(直流)输出，该输出的幅度与由相位/频率检测器检测到的偏移量成正比，并且该输出的符号与偏移的方向相对应。平衡点是相位/频率电路的高电压轨(upper voltage rail)与低电压轨(lower voltage rail)的中点，其对于0-5v系统可以为2.5v，或者对于+/-电源可以为0v。环路滤光器的输出信号将驱动滤光轮的发动机控制器。
可以近似地将该环路电容的大小调整为对于电容510为0.1μF并且对于电容509为0.22μF，并且电阻507为4.7kΩ。应该选择这些组件的大小使得得到整个系统的增益/相位响应，包括发动机控制放大器的增益，所有这些都是已被充分接受的电子设计的原理。
通常用于诸如在DVD播放器中驱动光盘旋转的最常用的现成的主轴发动机驱动ASIC(专用集成电路)可以用作发动机控制器305，并且可以将典型的DVD发动机驱动器实现为本发明中的发动机307。还可以将DSP(微处理器控制)实现为并且用固件或软件313编程为发动机控制器，例如德州仪器公司(Texas Instrument)的TMS320LF2401A。发动机优选地是三相无刷DC(直流)发动机，其包括霍尔效应传感器。本领域的普通技术人员应该充分理解，在不偏离本发明精神的情况下，可以针对特定的应用和环境选择和/或设计上述组件。例如，可以使用其速率响应于输入电压并与输入电压成正比的任意简单发动机。发动机还可以耦合到滤光轮，使得诸如橡胶之类的摩擦轮在其边缘处提供旋转力。另外，显然可以修改电路元件的大小以便实现为半导体芯片。
转速传感器
轮转速计311的一个示例性实施例是这样一个转速计，其中滤光轮在其外围312附近包含一个标记，并且转速传感器包含与光敏二极管(检测器)对准的光源，同时滤光轮在其间旋转，它的标记直接通过光源与检测器之间。每当标记通过光源与光敏二极管之间，就生成一个电脉冲并且将其发送给相位/频率检测器。这样一个实施例可以在滤光轮上实现暗点或光点，或者某个其他标记或多个其他标记，这使得转速测量设备针对滤光轮的每次完整的旋转或一次旋转的已知的一小部分而生成脉冲。
图6示出了两个方波信号之间的相位和频率锁定的例子。第一方波601可以代表由相位/频率检测器接收的同步信号，并且第二方波602可以代表转速传感器系统310和311的输出。操作为边缘触发设备的相位和频率检测器将输出控制信号以增大或减小滤光轮发动机旋转滤光轮的速度，使得从转速传感器系统602接收的环信号倾向于与同步信号601的相位匹配。该相位锁定是由发生在同一时刻603的两个信号的上升前边缘示出的。频率锁定是由这两个信号波的上升边缘的连续同时发生604示出的。
参考图7，示出了转速传感器的一个实施例。具有标记712的偏振滤光轮703按箭头所示在红外发光二极管702与光敏检测器701之间旋转。
当标记通过LED光通路时，检测器将把脉冲705传输给下述的“除n”(divide-by-n)电路。误触发的可能的源可以是由704示出的进入系统的杂散光。
“除n”电路310连接到转速传感器的输出以便针对滤光轮上提供的离散的偏振窗的数目进行调节。根据滤光轮的一次旋转所呈现出的不同偏振角的数目，“除n”电路将改变发送给相位/频率检测器的脉冲频率。这种“除n”电路是现有技术中公知的，并且不需要在此进行进一步讨论。作为一个例子，“除四”电路将针对滤光轮的每次单独的旋转接收一个来自转速传感器的电子脉冲，并且针对滤光轮的每四分之一次旋转输出一个脉冲，即“除四”电路使脉冲计数增加为4倍。假设与通过滤光轮中心投射图像相比，投影图像的光束在稍微靠近轮的边缘处通过滤光轮(例如，见图15C)，如果旋转滤光轮是由诸如偏振玻璃之类的偏振材料的均匀的整体样本制成的，则过滤投影图像的偏振角将存在四个离散的90°状态。因此，根据在滤光轮中提供了多少个离散的过滤状态“n”，“除n”电路将使输出脉冲增加为四倍或某个其他数目。
显然，本发明实现了以任意数目的偏振段来旋转轮。根据前面的讨论，在由相位/频率转换器产生的信号的最大相位偏移与轮中的偏振态的数目之间存在联系也是显然的。例如，如果来自转速计的每个输出脉冲代表轮的一次旋转，则得到系统可以在其中运行的四个离散的状态空间。将整个旋转周期除以四，得到对于比特周期的任意常数分量k(即，最大相位偏移＝k+360/4)之内的最大相位偏移，其以度为单位。这意味着作为现场转换器的比特周期的四分之一的最大相位偏移(在整个讨论中，假设使用没有用于说明目的的窗口段的单一偏振轮；本领域的普通技术人员可以容易地改变细节以实现不同的设计观点)。
滤光轮
滤光轮可以由任意透明材料来构造，该材料优选地为均匀偏振、良好平衡的玻璃盘。均匀偏振的盘可以比较简单地制造。还可以实现类似于DLP色轮的具有选择性偏振扇区的透明轮。还可以使用由某种刚性材料构成的在靠近盘外围处具有间隔较小的由选择性偏振材料构成的窗的轮，或者如果希望将投影图像的光束投射通过滤光轮的中心，则可以将一个单独的这样的窗放置在轮心。还可以使用其上附着有偏振片的标准CD大小的透明塑料。一个替代性的实施例使用偏光轮系统作为构成DLP投影仪所需的内部组件。
对连续彩色呈现装置的同步
在常规的彩色图像投影系统(诸如DLP、微镜或其他技术)中，采用具有白平衡段的旋转彩色滤光轮来提供良好的图像质量。如上所述，为了扩展这些系统的功能以实现立体三维成像，单独的立体单元(例如旋转偏光轮)必须在相位、频率或其他属性方面与现有的彩色滤光轮同步。通过避免对投影仪电路的修改，本发明还与各种用于改进图像质量的投影系统电路完全兼容，其中改进图像质量诸如对相邻的像素进行平均以使图像平滑和防止像差。
参考图8，有效的同步信号或者翻页信号可以从放置在投影仪输出光通路820中的任意位置的一组三个光电检测器801得到，这些光电检测器截取很小一部分输出光。该技术使得不再需要经由上述现场转换器从视频数据流本身提取翻页信号。这些检测器中的每一个都耦合到XOR(异或)电路，使得只要相应的颜色出现在投影仪的光输出中，该XOR电路就提供输出脉冲。XOR电路的输出被耦合到相位/频率检测器，并且取代来自现场转换器的翻页信号。这三个检测器上覆盖有三种不同颜色的滤光器，其与由投影仪滤光轮802使用的红、绿和蓝原色或者其他相应的滤光轮颜色匹配。可以分别访问这些检测器的输出(对于可选的替代性实施例，其例如可以结合XOR电路而使用单一检测器的输出来确定给定颜色的滤光段的位置)，并且此外，在所有三个信号的联合(当所有三个光电检测器输出脉冲时，XOR电路将输出单一脉冲)上执行专用的OR(或)电路803功能。优选地将这些检测器的输出放置在照明光束820的边缘附近，从而使得对光束的阻碍最小。还可以通过对本领域的普通技术人员而言显而易见的各种方法来帮助实现这一点，其中各种方法诸如采用小的部分反射镜来对光输出进行采样并将其重定向到光电检测器。因此，检测器阵列801与XOR电路803共同提供四种可能的各个输出信号。
为了说明本发明的操作，考虑当放置滤光轮802使得红色段位于光源的前面时将发生的情况。在该情况下，只有具有红色检测器的外部光电检测器将产生信号，而其他两个检测器保持暗淡，原因是红光不能穿透它们的滤光器。当红色检测器的输出为高，而其他检测器的输出为低时，这表明红色滤光轮是放置在光源的前面的。类似地，可以检测何时如此放置了蓝色或绿色滤光轮。注意，如果轮802只包含三种颜色，则现在可以触发来自任意给定颜色的位置的立体单元。然而，如果滤光轮包含白色段，则滤光轮每旋转一次每个检测器将触发两次(例如，当红色滤光器出现时以及当白色滤光器出现时，红色检测器都将触发，原因是白光的成分中包含红色)。而且，如果滤光轮的红/绿/蓝/白各段不是等大的，则多触发事件将扩展到不同的持续时间。
本发明中可以包含异或(XOR)电路803，其将只在所有三个光电检测器801都被等同地照亮时(表明出现了白光)才会触发。以这种方式，可以在不对滤光轮电路进行修改的情况下确定所有滤光轮段的精确位置和持续时间。应该紧记，如上文讨论的，彩色滤光轮以帧速率的整数倍进行旋转，并且在将信号转发给相位/频率检测器之前将适当的除法电路(未示出)耦合到XOR电路的输出。该方法对滤光轮上任意大小的颜色段都适用。通过跟踪包括白色在内的每个颜色段的精确位置和持续时间，偏振滤光轮806(或其他立体单元)可以更精确地与彩色滤光轮同步，并且即使使用高速滤光轮也可以保持同步。在立体投影期间可以纠正色轮平衡中的错误(例如，红色段与蓝色段的大小不同)。本发明使得可以检测包括白色在内的任意颜色的滤光段的位置和大小/持续时间；利用该信息，可以控制偏光轮806(或类似的立体单元)的位置以在频率和相位方面与任意期望颜色的滤光轮段同步。
可以有用地将来自每一个彩色光电检测器的各输出实现为对特定颜色段的持续时间、段的数目、非标准颜色段、每帧的转数等进行验证。
抗噪的光学编码器
为了帮助维持相位和频率同步，可以通过避免由杂散光或滤光轮上的其他灰尘引起的误检测来使得转速传感器更精确地进行工作。通过给转速传感器添加经编码(加密)的脉冲训练源和检测器，将过滤出入射到光传感器上的会产生误触发的杂散光。
红外发光二极管(LED)发射机可以通过诸如取自板上(on-board)振荡器的正弦波之类的数据速率相对较低(几百千赫或更小)的信号被调制，而不是保持未调制从而不具有所提出的改进。红外接收机滤光电路可以被调谐以只接受落在该信号通带内的信号。在该方法中，仅当检测到发射机调制时，才会在寄存器中记录有效的传感器信号，因此杂散光不会创建错误的传感器信号。这可以通过使用简单的电容性带通滤光电路来完成，该带通滤光电路的通带中心位于板上电子振荡器的中心频率上并且其带宽窄到足以避免使具有该振荡器频率的谐波通过(典型地，低于几十千赫即可)。图9示出了在如上所述的图7的标准转速传感器配置上所进行的这种简单改进。LED 902和光敏检测器901被安排在如参考图8所说明的滤光轮905周围。另外，低频振荡器904耦合到LED，用于使其传输将要由通带滤光器903进行过滤的预先选定的可检测数据。在这种方式中，可以过滤不希望的杂散光，否则该杂散光可能引起对转速传感器的误触发。只有由滤光轮标记引起的比特流的合法中断才会触发转速传感器脉冲。
在这种方法中，仅当检测到LED发射机调制信号时，才会在寄存器中记录来自旋转轮的有效传感器信号。如果来自另一源的杂散光照亮接收机，则所得到的信号将落在接收机滤光电路的通带之外，并且因此不会被检测到。在这种方式中，杂散光不会创建错误的传感器信号。期望该方法使旋转轮测量值的信噪比(signal-to-noise ratio)提高3dB或更多。该方法还可扩展到多个传感器的情况，诸如用于区分彩色滤光轮位置的那些传感器。实际上，假设其使用的调制信号在任何接收机滤光器上都没有交迭，则同一投影仪中的多个旋转单元可以在同一时间使用该方法。例如，可以使用两个单独的调制频率来驱动两个LED，其中第一LED测量彩色滤光轮的旋转速度，并且第二LED测量立体轮的旋转速度。只要两个接收机电路可以区分两个LED调制频率，两个LED就不会彼此干扰。这种方法可以被扩展到单一成像系统中的任意数目的旋转单元。
参考图10，示例性的转速传感器实现1004将使用LED作为在滤光轮1005的一侧的光源1001和在滤光轮的另一侧的光敏二极管1003。滤光轮上的标记1007针对滤光轮的每次旋转而在输出1006上触发来自光敏检测器1003的输出脉冲，其中滤光轮耦合到上述的“除n”电路。优选的实施例包括比特流检验电路1002，其生成可识别且可重复的16比特或24比特模式(只要该数目大到足以避免误触发，该数目对于本发明而言就不是关键的，即在投影仪环境中的随机光噪声重复该比特模式)，这由微处理器1002通过检测重复的16比特或24比特序列来进行检验。该实现方式不是本实施例必须的，但却有利于避免误触发。
经编码的比特流的传输速率为几百千赫并且滤光轮上的标记位于盘周上大约2-3度处(其中对于85Hz的视频信号，四方位(four-aspect)盘以大约21.5Hz的速率进行旋转)就足以中断比特流中的几千个已编码且已传输的比特，并从而为验证相对于其他可能出现在滤光轮上的诸如灰尘之类的随机障碍而对标记进行的检测提供较大的可靠目标。这些设计点的变化仅仅是设计选择，其并未偏离本发明实施例的精神。
用于电子设备的通用立体摄像触发外围设备
包括苹果公司的MacintoshTM个人计算机在内的很多PC具有以3D模式运行的能力，其中由3D应用程序接口(“API”)来对两个摄像对象进行初始化，该API可以是OpenGLTM API或微软公司的Direct3DTM。PC需要设备驱动器来触发外部设备(诸如上述的快门眼镜)阻挡一个眼睛视图或另一个眼睛视图。上文已经将这种触发称为翻页信号或同步信号。这些API技术是行业标准，其是用以生成3D图像对(image pair)的软件。本发明可以容易地结合这些标准接口而使用，并且还可以使用无源眼镜和单一投影源，以便在这些系统上执行立体投影。这些使得用户可以改变计算机上的视频卡的输出频率，包括翻页信号。这使得各种各样的计算机和投影仪可以利用本发明。另外，实现翻页立体驱动器的软件将支持本发明的更广的应用，诸如完全的运动数字视频。
标准视频游戏平台具有用于附加外围设备的USB连接器接口或其他行业标准的连接器接口。根据本实现方式，提供附着到游戏平台USB总线的硬件，并且在输出处提供适于连接到立体成像/投影系统的同步信号。该硬件可以包括一侧具有USB连接器接口并且另一侧具有给外围设备提供兼容信号的电子接口的电子连接(很多类型的连接器可以满足该要求，该连接器例如具有垂直校准键的三针设备)。
换言之，本发明包括机架，该机架包含同时耦合到具有USB(通用串行总线)端口的视频游戏平台和使用此处所述的立体摄像投影装置实现的3D电视的组件。本发明有利于转换游戏平台信号使得其将以3D方式进行显示。本发明可结合PC或DVD播放器输出而工作，并且能够进行修改以便结合多个视频游戏平台而工作。通过利用本发明的一方面，可以从视频游戏USB接口提取同步信号。接着可以在连接到支持3D的电视的标准三针输出连接器处对输出游戏平台视频信号进行缓冲，以便提供视频信号和同步信号。
一种可选的认证I2C盒可以控制哪个游戏提供商有权使用3D显示能力。驱动所有游戏平台的软件是3D兼容的，但是没有提供自动3D能力，原因是尽管游戏能够提供立体视频输出但是其不提供用于交换眼睛视图的翻页信号。视频游戏盒在内部生成同步信号(即，翻页信号)，并且本发明使得USB栈可以对用于查找视频引擎的信号进行初始化并提供关于何时出现同步信号的指示。因此，本发明的一方面是访问USB栈以提取同步信号(将同步信号提取出USB端口)。可以通过USB端口访问用于左/右眼视图的信息，并且对USB信号栈的修改可提取目标信号。
本发明适用于任意串行类型的端口(固件、CAN、SM总线、I2C、无线(vaporwire))和任意外围设备扩展总线。通过利用本发明的一方面，使视频游戏操作系统能够将在视频引擎中具有观察器的设备驱动器初始化为直接与下至硬件并通过USB端口的USB栈进行通信。
该方法示出在图11中。在优选的实施例中，从USB接口1108处的视频输出提取(1103)游戏平台1101定时信号1109，对其进行缓存和放大(1104)，并且将其重新路由到立体触发输出1107，该立体输出通向成像设备(例如，基于DLP的背投电视)1106。可选地，在使用在电子设计中可用的标准方法的情况下，可以使用电子滤光来消除不希望的噪声或其他信号分量。可以经由内部USB集线器1111而在多个输出1105之间对视频信号进行分离，使得一个游戏平台可以驱动多个显示器，或者可以选择该游戏平台驱动哪个显示器，或者简单地替换掉游戏控制台上的USB端口1108以使得能够使用例如游戏控制器之类的其他USB设备。例如，经由连接到DLP投影系统的普通电缆而将输入视频数据流1112从游戏平台传输到3D TV(三维电视)。
参考图12，在1201处示出了游戏平台的相关内部结构，并且该相关内部结构包括主控制器驱动器、USB主驱动器、USB类驱动器、操作系统和视频子系统。本实施例被表示为图12中的USB设备1210，其中在1207处具有所提取的同步信号输出。通过经由USB栈传送到视频子系统以将翻页信号发送出USB端口，用于本实施例的软件设备驱动器1113将启用立体显示模式。将这考虑成未归类的USB设备并且其需要特殊的驱动器。当将立体摄像投影适配器插入USB端口时，驱动器被激活并且开始经由操作系统来检查视频子系统的状态(诸如垂直同步(vsync)和表明正在传输右眼视图还是左眼视图的立体页面记录)，并且从中提取同步脉冲数据并在USB输出处输出同步脉冲，如图11中的1108所示。驱动器将在提取同步脉冲的同时激活游戏系统的立体摄像输出能力，使得标准游戏系统的多个立体摄像图像流通过USB端口连同同步脉冲一起输出。
同样重要的是当对信号进行缓存时，本发明能够强制性地对附加设备进行认证(例如，使用I2C接口或类似方法)。例如，目前，当可插拔电子组件被插入插口时，使用I2C作为行业标准接口来进行认证。在可插拔设备与插口之间存在电子信号的简单交换，其可以包括诸如可插设备的部件数目、厂家等信息。根据I2C标准，如果组件来自被认可的源，则允许其连接到系统的其余部分，否则就禁用该组件。
该方法可被用于仅使得选定设备可以附着到立体系统(例如，仅包括来自合格的供应商的游戏平台，或根据已知的兼容技术的游戏平台。)在本发明中，通过I2C接口提供许可，并且只将许可公开给同意供应兼容组件或同意特许使用该平台的那些外围设备厂商。不是来自被授权的源的组件不允许连接到系统。I2C接口的握手协议已经有完备的文档记录(参见例如Royal Philips网站，其可以通过在连到万维网的任意网络浏览器上点击“semiconductors.philips.com/acrobat_download/literature/9398/39340011.pdf”来访问)，并且用作所需的认证类型的例子。
作为替代，模拟VGA电视端口可以用作本发明的接口，并且可以通过该接口强制性地进行认证。例如通过控制游戏参与(game playing)与游戏开发平台的关联，认证还可以用于强制性地执行其他标准。特别地，PlayStationTM通过发布其可以创建和测试新游戏的控制台版本，已经实现了开放源代码开发。如使用本发明可以完成的，在三维游戏的开发期间，可能希望动态地启用或禁用立体接口。图11示出了结合同步信号输出的选择性触发(toggle)功能。因为很多游戏平台还用作DVD播放器，因此当在游戏平台上播放DVD时，本发明还可用于控制对立体功能的访问(例如，按需启动或禁用各功能)。
目前，由PC生成的立体VGA数据流是模拟信号，具有大约300MHz的带宽(或者大约每个2D图像150MHz)，其对于视频卡上的RAMDAC(随机存取存储器数模转换器)存储器可以进行如下分解：(1024×768×4比特×1字节/8比特)×120Hz刷新率＝279,429,120字节每秒(大多数视频卡提供300MHz的RAMDAC，并且可以从120Hz左右(或每个眼睛视图60Hz)的处理获得可接受的视频)。显然，随着视频图像和光技术的进步，这些数字会发生改变，然而，将仍然可以应用本发明。
参考图13，示出了本实施例的方法，其通过编程代码1113来实现。当USB设备(或与其类似的任意总线设备)被插入游戏平台USB端口时，给该USB设备分配唯一的ID。这被称为列举(enumeration)，并且本实施例的第一步骤1301确定是否已列举该设备。一旦被插入，设备就通报它在那里并且将类似于一个地址，该设备还将它的功率要求通知给USB集线器(因为只允许USB设备使用100mA，直到由USB栈授予更多的功率为止)。
接着，在1302处，在已经插入并且列举设备之后，当该设备准备好使用时，驱动器将以可能在1kHz的量级或更高量级上的非常高的速率来轮询视频设备驱动器，或垂直同步寄存器，或视频地址空间，以查看正在显示左页面还是右页面。视频驱动器通报该信息，并且轮询是获得该信息的一种方法。同时，设备驱动器将自动地通知游戏平台输入翻页立体模式，以便开始以多个图像流来传输两种图像视图。当在1303处检测到翻页信号时，触发(1304)输出以传输对应于检测到的翻页信号的同步脉冲。一种替代性方法利用视频子系统在其输出的垂直同步信号上生成的中断。可以使得USB驱动意识到这种中断，并且给其添加代码以便仅在垂直同步脉冲上进行轮询。这样更加高效，因为翻页显然总是发生在垂直同步脉冲处。以这种方式从翻页平台检测到(1303)的同步信号接着经由输出(在这个例子中是三针立体输出)进行提供。
多个偏振滤光器
本发明的另一个实施例可操作为：当投影仪不处于3D模式或立体模式时，增加立体摄像投影仪硬件的光输出。当关闭3D模式时，立体摄像投影仪视频数据旁路立体投影仪装置的3D电路，并且由DLP投影仪装置直接以2D模式进行投射。在投影仪市场空间中，对于较大的亮度要支付额外费用，这通常阻止了在希望以最佳亮度观看普通内容时使用立体投影仪。原因在于如果实现偏振的当前投影仪不与传输轴对准，则该投影仪会因吸收而使光束衰减。通过使用较高的照明，诸如通过在处于立体模式时控制灯的电流/电压使得以较高的功率进行操作并产生更多的光，可以减小这种效应。然而，这减小了灯的寿命和可靠性，浪费了能量，并且需要某种附加的灯控制硬件。希望当系统不以立体模式操作时，在不改变灯的亮度的情况下增加图像亮度。
参考图14A，其中示出了多偏振器实施例的实现方式。多个相位锁定轮的相位被锁定到可操作为控制联合轮组件的相位和频率的高阶系统1400。该实现系统利用并行的两个前述3D电路。并行连接的第一和第二立体摄像投影装置(“SPA”)1401和1402均耦合到一个单独的偏光轮1409。这些立体摄像投影装置中的每一个立体摄像投影装置都包含相位/频率检测器、环路滤光器、发动机控制器和除n电路，所有这些都如上文结合图3A详细描述的那样。这些立体摄像投影装置中的每一个立体摄像投影装置还接收来自耦合到其各自的偏光轮的转速传感器1408的环信号，以及来自现场转换器1403的翻页信号，该现场转换器直接耦合到SPA1 1401并且通过反相器1405耦合到SPA2 1402。如上文联系图3A所描述的，视频流输入1404被并行地提供给DLP投影仪1406和现场转换器1403二者。反相器的使用假设转速传感器有效地处于每个滤光轮上的相同位置。该反相器的使用是可选的，并且必须在考虑放置在每个滤光轮上的转速传感器标记的位置的情况下进行选择。如果标记处在滤光轮上的位置使得当轮的透明区域与偏振区域的相差为180°时触发转速传感器，并且转速传感器也适当地位于轮周位置上，则不需要反相器。因此，每个SPA的发动机控制器控制相应的发动机1407，使得来自偏光轮之一的偏振段始终处于由DLP投影仪1406投射的投影图像1410的通路中。当移除了立体同步信号时，投影仪固件将强制性地调整到透明状态。
参考图14B，示出了对该实现方式进行操作的方法。在步骤1451，系统确定是否激活了3D立体模式。如果激活了3D立体模式，则在步骤1452和步骤1453激活两个立体摄像电路，下文中将对此进行讨论。如果在步骤1451，系统确定没有激活3D立体模式，则在步骤1454和步骤1455，系统固件(可选地，发动机控制器的一部分)将指示发动机控制器将透明段对准到投影仪光束通路中，使得这些段都被“停放”在使投影图像的亮度最大化的位置上。因此，必须对滤光轮上所选的标记位置和转速传感器的环周位置进行定位，使得当停放滤光轮时轮标记直接停在传感器LED通路中，并且滤光轮的透明扇区处于投影仪的光束通路中。通常已知的是，在适当地编程的情况下，在发动机控制器中实现的发动机控制器固件将利用这样的位置来纠正操作。
使用在与视频信号进行了相位锁定的情况下进行旋转的单一偏振器总会使光衰减，即使当不需要偏振器或偏振器未激活时，诸如当观看非立体内容时，也是如此。参见图14C，该问题可以通过利用两个或更多的旋转偏振滤光轮来解决，每个旋转偏振滤光轮包含透明部分1458和偏振部分1457，或者换言之，包含整数倍的偏振段和透明段。滤光轮的偏振段彼此正交地偏振，使得当滤光轮交替地过滤投影光束时，偏振段将交替地进行正交(偏移90°)的偏振，一个针对左眼并且一个针对右眼。通过由单独的发动机驱动每个滤光轮，滤光轮可以停放在这样的位置，其中当不需要3D操作时，两个透明段在投影仪光束的通路1459中交迭，从而消除了与单偏振器系统相关联的光束衰减问题。在立体摄像显示模式期间，对于每个轮包含单一偏振段和单一透明段的情况，轮将在彼此的相差为180°的情况下进行旋转，使得轮之一的一个偏振段始终在光输出流1459的前面。在该实现方式中，轮的旋转方向不是关键的。
用于周期性加速和减速的信号合成器
可以通过更精确地控制滤光轮的旋转来改进本发明，即在图3A中结合所附描述而示出的实施例。因为滤光轮包含对于产生3D效果更有效的区域，因此可以增大那些位于最理想的偏振区域之间的轮部分的角旋转。当中间区域处于光投影路径中，即该中间区域过滤投影图像时，可以增大轮速度以减少中间区域处于投影光源的前面的持续时间。这将使得轮的期望偏振区域在更长的持续时间内以期望的偏振角过滤投影图像。这示出在图15C中，图15C示出了滤光轮1550以及其上包含四个期望偏振态1530的区域，将其标记为左“L”区域或右“R”区域，其中偏振角是0°、90°、180°或270°。优选地，当这些区域1530处于图像投影通路中时，即这些区域过滤投影图像时，轮旋转得更慢，并且滤光轮在这些区域之间1540旋转得更快。
参考图15A-图15C，可以通过使发动机驱动放大器1504被施加双极性截断指数错误或扰动信号来获得该性能，可以按如下方式生成该信号，并将其施加于发动机。参考图16，其中示出了基于频率自适应ROM(只读存储器)的扰动合成器，其生成将被施加到滤光轮驱动发动机的扰动或“错误”信号。本领域的普通技术人员将容易意识到，还可以使用泰勒(Taylor)级数、矩阵操作、三角函数、对数和其他数学方法来实时地计算这种波形。在图16中，扰动合成器1603从在1601处的转速传感器和例如DAC中的数据阵列之类的波形ROM 1605获得输入，并且包括转发分配器，该转发分配器的输入1602依赖于旋转滤光轮的特征，诸如RPM(每分钟的转数)和轮中所提供的方位的数目。从存储在存储器中的查找表获得期望的输出扰动信号，例如可以使用波形ROM 1605作为存储数据的单次循环值的触发引擎，诸如在1611处示出的2π弧度的波形。
在该设计中，作为来自转速传感器的输出并在1601处接收的滤光轮的速度设置了对ROM单次循环数据进行索引的速度。分配比率源自每个轮的偏振态的数目，例如4。因此，如果存储了ROM的输出是2π弧度，则对于每个环信号脉冲，转发分配比率是1。这是图16的例子，其中所存储的ROM表1605将包含1611所示出的输出。扰动合成器本身调整幅度和频率以产生调节后的实际输出1606。
该扰动信号具有对本发明正确工作而言很基本的两个重要特性：在相位和频率被锁定的系统中，该信号与相位和频率参考同步；而对于相位锁定不重要的系统，该信号在频率方面同步。换言之，该信号相对于旋转光学设备是旋转静止的。将本发明的改进实现为伺服类发动机控制系统，其中控制速度和位置以获得这种周期性的速度变化。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可利用模拟电路、诸如数字信号处理器之类的数字控制设备、微处理器、微控制器、分立逻辑和半导体设备、软件、固件或其任意组合来容易地实现这种控制器。在该技术中，需要注意某些实践上考虑。在发动机正在减速的情况下，存储在旋转物质中的能量被转换成驱动放大器中的热能，或重定向回电源，其中这种热能将会升高电源轨电压或者作为热量被散发。
参考图17，可以一次性地基于系统性能和特征来计算存储在ROM中的波形数据，该系统性能和特征诸如惯性力矩、发动机扭矩等，接着在下述等式中将该系统性能和特征表示为常数值k。计算双极性截断指数驱动函数的等式例如对于0到π为ke-x，并且对于π到2π为-ke-x，所得到的波形在图17中示出，接着相对于根据基于相移容限的函数而计算的度数范围对该波形进行截断。将可用的相位余量除以滤光轮中的方位的位置的数目，这就得到图中所示的最小空白间隔。如果空白间隔没有充分地截断扰动信号，则反馈控制的干扰将导致不希望的不稳定性。
在图15A-图15C中示出了进一步的实现细节和所得到的性能改进。参考附图，发动机1506典型地由放大器1504的输出电压进行驱动。根据基本控制理论，该放大器典型地具有参考输入信号1510，用于设置由典型的视频信号公共刷新率确定的静态工作点或空闲速度，该参考输入信号在该实现方式中将是如上文讨论图4时所描述的2.5v，其中电压源是5v和0v。命令输入信号1511控制与该参考的偏差。如上所述地合成扰动信号，其在图15A中表示为D(s)1503，并且连同来自环路滤光器1505的正常的发动机控制输出一起被施加在放大器输入之一1511上。在图15B中示出并如上所述的扰动信号连同正常的发动机控制信号一起被施加，并且扰动发动机控制信号，使得发动机以如图15B的轮速图所示并如上所述的预先规定的方式周期性地加速和减速。提供给扰动合成器的触发信号1502是在如上所述地从转速传感器接收到该触发信号时由相位/频率检测器1501提供的。在示出的图中，干扰信号是双极性截断指数，然而本领域的普通技术人员可以意识到，该干扰信号可以是锯齿信号、正弦信号、斜坡信号或由适当的合成器提供的任何任意的信号，只要该信号与发动机扭矩常数和惯性力矩相关。
在发动机加速的情况下，对于给定间隔，放大器提供能量给发动机以使旋转物质加速到期望的速度。在任一情况下，可以通过给发动机放大器提供适当的退耦电容来减轻电源扰动(的电容对应于质量的二分之一与角速度的平方相乘)。如果系统包括非理想的组件，则该电容可能是所述系统的重要的性能单元。
将光-机械滤光器同步到一系列视频同步脉冲
本发明的另一优选的实施例可操作为对在图像投影系统中用于控制滤光单元的旋转或线/角致动机构进行同步。旋转型电子-机械机构的一个实施例是无刷DC转子，但是该实施例仅作为例子，并且权利要求并不仅局限于这一实施例。可应用于到在成像系统内对滤光器或偏振器进行定位的电子-机械实施例的另一个例子包括永磁体同步设备、无传感器的BLDC(无刷DC)、切换型磁阻、机械整流机、AC(交流)电感、同步AC电感和现场偏差伺服装置，以及对本领域的普通技术人员而言显而易见的其他电子-机械系统。同步到源自与行业标准的视频信号和编码系统兼容的模拟或数字视频源的一系列脉冲，或者同步到这些脉冲的派生信号。
这种同步是利用如图3A所示的对本发明的增强来完成的，并且优选地以固件来实现，尽管纯硬件或软件的实现方式也是可行的。该系统提供适当的相位和频率响应；然而，使用该方法通常不能达到用于具有较大的固有惯性力矩的系统的性能要求标准。为了清楚起见，较大的机械致动器可能需要迅速地加速或减速。如果该机器具有足够的惯性，则会存在本实施例所克服的两个基本问题。第一个问题是，根据系统动力学，这种变化可能要耗费长得不切实际的时间才会发生。所产生的第二个问题是，这可能要耗费巨大数量的能量才能迅速地完成。这转换为较高的环路增益，该环路增益导致过度的噪声敏感性、减少的相位余量并伴随着潜在的稳定性丢失。
图18示出了本发明的该优选实施例的系统实现。类似于图3A的系统，图18的实现方式包括通过开关1801进入系统的立体摄像视频数据，其中现场转换器1802提取同步信号或翻页信号1820，并且将其转发给发动机控制器1805，该发动机控制器1805包括发动机控制编程逻辑1850。步进发动机1807(在图19A中结合相应的描述而示出)耦合到轴1808，轴1808接着旋转滤光轮1806。在这个实施例中的滤光轮包括四个标记1812和两个转速传感器1811与1815，每个转速传感器都能够检测相对的一对标记1812，以下将对此进行详细描述。来自相应的转速传感器1815和1811的转速传感器信号1830和1840由发动机控制器1805接收，其通过内部编程1850将步进发动机的波形驱动信号(在图19B中例示)与翻页信号同步，使得滤光轮1806的偏振态1832临时地暂停在DLP投影仪1809的图像投影通路1833中。DLP投影仪对通过开关1801接收的视频数据1831进行投射。该优选的实施例不需要先前参考图3A的系统而描述的相位/频率检测器、环路滤光器或除n电路。
图19A示出了永磁体步进发动机1904，其具有45°的步进角，其中4个定子支柱1901具有线圈1905，用于当通过施加电压到线圈来顺序地激励这些线圈时感应标有北极和南极的转子1902的旋转。常规的可编程正交驱动波形在图19B中示出，当标号为1-8的阶跃电压波形被施加到具有相应标号的线圈端子时，该可编程正交驱动波形将感应转子1902的连续稳定旋转。在该示例性实施例中，(为了便于描述)每步将感应一个步进扭矩，并且使转子旋转45°。可以获得度数步长为15、7.5、9、1.8等的多种发动机，其中定子支柱相应地增加，可以在本实施例中容易地实现这些发动机，并且这些发动机被认为完全在本发明的范围内。通过实现在图19B中示出的空闲函数，在上电事件期间系统将运行到稳定的速度，即使在没有相位/频率参考时也是如此。在任意时刻，图19B的电压波形所示出的DC电压可以保持恒定，并且将通过感生的保持扭矩将发动机锁定在正确位置。
参考图20A，其中示出了根据本发明的该优选实施例的带标记的偏振滤光轮2002。滤光轮包括多个标记，例如标记2006和标记2005，标记2006是基本上间隔180°地部署在轮上的一对标记，标记2005也在滤光轮上间隔基本上180°，其中每对标记彼此相隔90°。在轮上部署标记2006使得其处在相同的但与标记2005的径向通路隔开的径向通路上。在该例子中，图20A中的标记2006处在靠近滤光轮边缘的径向通路中。与上述的转速传感器基本上类似的左传感器2001和右传感器2003的位置基本上间隔90°，以便分别检测其两个相应的标记2005和2006，但是不检测对应于另一个传感器的标记。
参考图20B，其中示出了由左传感器2001和右传感器2003实现的转速传感器电路。盘2002在例如LED之类的光发射半导体2010与光敏晶体管2011之间旋转，其中盘标记2005能够阻挡由LED 2010发射的光2016。当光被阻挡时，晶体管2011截止，并且在输出2012处传输逻辑高信号给发动机控制器1805。如图所示，光敏晶体管2011通过电阻器2014耦合到地2015并耦合到电压源2013。类似地，LED 2010耦合到地，并且由电压通过电阻器进行供电。
参考图21，其中示出了示例性的控制波形2104，其被同步到翻页信号2101，并且其中示出了图20A的旋转偏振滤光器的位置，用于使旋转滤光轮在其四个正交偏振态2004的每个正交偏振态下临时地停在投影图像数据的通路中。为了描述的简单，与在图19A-图19B的实现方式中所示出的8个波形相比，此处仅针对发动机阶跃脉冲2104示出了一个控制波形。通过扩展，本领域的普通技术人员可以容易地将以下描述应用于具有任意数目定子支柱的任意大小的步进发动机。在示例性波形2104中，示出了使滤光轮前进到期望的偏振方位所需的4个发动机驱动脉冲2107。因为在图20A的滤光轮实现中这些方位间隔90°，所以这些发动机驱动脉冲表明目标驱动发动机是22.5°步进发动机。
参考图21，左偏振器有效(“高”)2102表明：当佩戴如上所述的无源眼镜时，观众的左眼视图未被阻挡以便看到投影图像，并且右眼滤光轮的偏振与观众佩戴的无源眼镜的右侧眼镜的偏振正交，因此阻挡了观众的右眼视图。右偏振器有效(“高”)2103表明：当佩戴如上所述的无源眼镜时，观众的右眼视图未被阻挡以便看到投影图像，并且左眼滤光轮的偏振与观众佩戴的无源眼镜的左侧眼镜的偏振正交，因此阻挡了观众的左眼视图。简言之，当左传感器或右传感器检测到其相应的标记时，就停止步进发动机一段时间，下面将有更具体的描述。
翻页信号2102被输入发动机控制器，并且该信号2102包括关于哪个发动机控制器逻辑将驱动滤光轮的参考。每个翻页信号的高状态2106和低状态2105对应于由投影仪传输的左眼视图或右眼视图。在本示例性实施例中，用逻辑高2106表示右眼数据，如参考对图3B的讨论所述。在分别从左传感器2102和右传感器2103接收的信号中，高电压电平对应于传感器检测到标记。这些是当滤光轮由于该滤光轮呈现给投影图像束的偏振态处在期望的偏振角上而暂停时的时间间隔，其中期望的偏振角与观众眼镜的一个镜片的偏振角正交。示例性发动机驱动信号2104表示在任意传感器检测状态(“高”)期间由于没有驱动脉冲而发生的临时暂停。对于左偏振传感器“有效”信号，间隔2108表示驱动电压中的临时暂停，从而在该间隔期间停止发动机。对于右偏振传感器“有效”信号，间隔2109表示驱动电压中的临时暂停，从而在该间隔期间停止发动机。只要图18的投影实现正在运行，这些控制信号和脉冲就无限地持续。这些脉冲是响应于在发动机控制器中编写好的发动机控制逻辑1850而生成的，以下将对此进行更全面的描述。
参考图22，示出了根据本实施例的优选方法的发动机控制逻辑编程1850的流程图。在初始化之后，在2201处确定翻页信号的状态。如果翻页信号为低，表明左眼视图数据出现在输入视频数据中，则编程分支到2202以便检测左传感器的状态，并且如果翻页信号为高，表明右眼视图数据出现在输入视频数据中，则编程分支到2207以便检测右传感器的状态。如果翻页信号为低，则在步骤2203检查左传感器以确定左传感器是否在滤光轮上检测到左标记，例如左传感器为“有效”，这将由逻辑高电平来表示。如果未检测到标记，即左传感器不是“有效”，则发动机在2205处前进一个步长，对应于在2107处传输一个发动机阶跃脉冲(其示出了总共4个脉冲)，并且在步骤2101再次检查翻页信号的状态。如果实现了具有步长45°的图19A的发动机，则在该情况下，通过该算法的两个循环将使发动机前进大约90°。
如果在步骤2202检查左传感器之后，在步骤2203检测到标记，则在步骤2204因为检测到的标记表明滤光轮处于正确有效的正交偏振位置而停止发动机，并且在步骤2101再次检查翻页信号状态。(这同样由图21的发动机阶跃波形2104表示，其中当传感器处在“有效”位置时，电压处在保持电平。)对于标记出现在左传感器中的期间，维持该保持位置，这可以通过编写好的算法进行多次循环。
如果在步骤2201，翻页信号为高，则在步骤2207检查右传感器以确定右传感器是否在滤光轮上检测到右标记，例如右传感器为“有效”，这将由逻辑高电平来表示。如果在步骤2208未检测到标记，即右传感器不是“有效”，则发动机在2110处前进一个步长，对应于在2107处传输一个发动机阶跃脉冲，并且在步骤2101再次检查翻页信号的状态。如果实现了具有步长45°的图19A的发动机，则在该情况下，通过该算法的两个循环将使发动机前进大约90°。
如果在步骤2207检查右传感器之后，在步骤2208检测到标记，则在步骤2209因为检测到的标记表明滤光轮处于正确有效的正交偏振位置而停止发动机，并且在步骤2101再次检查翻页信号状态。(这同样由图21的发动机阶跃波形2104表示，其中当传感器处在“有效”位置时，电压处在保持电平。)对于标记出现在右传感器中的期间，维持该保持位置，这可以通过编写好的算法进行多次循环。
本发明的优点
本发明可以在具有一个、两个或三个数字镜设备(“DMD”)的投影系统上操作，其中使用多个设备来提高颜色对比度和分辨率。本发明使得可以将第二旋转偏振器放置在投影仪之外。以这种方式，可以对任意现有投影仪进行修改以提供3D效果。本发明包括提供旋转偏振器与投影信号之间的频率和相位锁定的一个实施例，或者处理隔行扫描或帧序列视频的能力，等等。隔行扫描没有闪烁，但是被隔行扫描的轴上的分辨率会减半。帧序列有一些闪烁，但是维持了沿两个轴的完全分辨率。
本发明的另一个实施例实现了四阶反馈控制环和电路设计，其提供四个独特的锁定，并且捕获用于在DMD信号与旋转偏振器之间进行频率/相位同步的点。在反馈控制电路的根轨迹上存在四个稳态点。这保证了提供相位/频率同步的反馈环路的稳定性。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以对本发明的四阶控制系统进行修改，这不会从实质上改变基本发明。
本发明仅需要单片线性偏振材料而不是偏振段。本发明包括以与DMD信号或彩色滤光轮不同的速率旋转偏光轮的能力，提供另一控制变量用于调整DMD信号(例如，以适应相邻像素之间的平滑)或用于提高系统分辨率(例如，通过在DMD信号与偏振信号之间引入频率偏移或相位偏移)。
本发明包括一个实施例，其能够在两个偏振态之间实现100％的消光比，发明人已经通过实验验证了这一点。这是有可能的，原因是本发明仅使用了单一偏振片。因为本发明不需要对投影仪滤光轮进行修改(其是以几千RPM或更高速度旋转的精确平衡的组件)，所以以较低的成本来实现变得相当容易。此外，本发明能够以比彩色滤光轮低得多的速度旋转偏光轮，简化系统机械设计并且提高可靠性。而且，本发明允许改变旋转偏光单元的速度，在旋转循环中的某些点上较快地移动这些旋转偏光单元，以便基本上消除图像中的模糊和闪烁。
替代性实施例
应该明白，尽管此处出于说明目的已经描述了本发明的特定实施例，但是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。特别地，在一个实施例中，本发明通过以不同的角度可控地对集成的或分立的旋转光学设备的旋转进行加速和减速而解决了上述问题。使用步进发动机，可以在任意的时间段内将旋转单元固定在产生左右眼视图的完全隔离的那些位置上(即，在那些位置上，传输轴与观众眼镜的左眼或右眼滤光器对准)。根据偏光轮和观看眼镜的设计，这种情况可以在旋转轮的若干不同位置上出现。另一实施例可以利用在3D立体摄像投影装置的空闲时间期间维持滤光轮的静态旋转速度，从而避免斜升(rampup)延迟，正常情况下会出现该斜升延迟直到达到令人满意的运行速度。又一个实施例可以提供一种装置，用以修改携带3D信号的输入标准ATSC电视信号，以便结合所提出的立体摄像投影装置而操作。相应地，本发明的保护范围仅由所附权利要求及其等同形式限定。
参考图1，示出了现有技术的三维投影系统100。这种现有技术利用两个单独的投影仪101，每一个投影仪101投射相同的场景，但每个场景具有对应于人的左眼和右眼的视线之间的不同视角的稍有不同的视角。偏振玻璃(或其他材料)滤光器102被放置在来自两个投影仪中的每一个投影仪的投影光束的通路中。这些滤光器的偏振角相互偏移90°。为了使观众感知到三维投影图像，观众的左眼必须能够感知到来自投影仪之一的指定为“左”的二维投影图像，而同时过滤掉来自另一投影仪的指定为“右”的二维图像，对于右眼，反之亦然。这是通过给观众配备无源偏振眼镜来完成的，其中每个镜片的偏振相对于放置在投影仪上的滤光器之一偏移90°。因此，观众的左右眼中的每只眼睛都暴露于相应的、独立的、稍有不同的预先选定的二维图像，其共同使得观众感知到三维图像。
在图1中示出的设置需要观众佩戴便宜的偏振眼镜103，但却递送了丰富的彩色3D图像。上述系统的缺点是需要特殊的3D转换硬件和软件来对图像进行预处理，这些3D转换硬件和软件不是常见的。该同一缺点已经限制了对其他3D投影系统(包括基于液晶的设备)的采用。另外，需要具有非去偏(non-depolarizing)表面的特殊屏幕来观看这些图像。最近，已经发布了若干系统，其声称要通过从双投影仪投射两个单独的图像而在不需要眼镜的情况下提供3D图像；该方法需要在观众和投影仪之间进行仔细的校准，并且不适于多人观看同一图像。
最后，系统成本是单投影仪显示系统的成本的至少两倍，并且不易携带，原因是其需要在两个投影仪与偏振单元之间进行适当的校准。类似地，现有的3D电影是使用昂贵的多照相机系统来完成的，并且使用了数字翻录或者类似的昂贵的胶片处理技术；这种高成本已经限制了对3D观看系统的大范围采用，例如在家庭电视中的采用。
本发明提供使用无源眼镜的3D观看，因此减少了成本并避免了眼睛疲劳和与各种交替相关联的色感问题。其可以结合基于流行的DLP技术的单一投影源而使用，并且可以实现为构成投影系统所需的部分或者实现为可以放置在投影仪前面的附加的外围设备或独立设备。本发明利用了在流行的软件包中提供的现有技术的3D接口支持，其中流行的软件包诸如OpenGLTM或Direct3DTM应用程序接口(“API”)，其包括诸如java3DTM之类的变型。该接口与目前使用的主流3D图像软件和程序兼容。所有这些API生成具有左/右眼视角的数字内容，用于结合诸如前述的有源快门眼镜之类的替代性技术而使用；通过所提出的发明，可以在不进行修改的情况下使用该内容。通过设备驱动器提供同步，自动地在这些API中提供左/右内容，用户只需要指示OpenGLTM或Direct3DTM以立体方式呈现，并且其同时在存储器中放置图像流。设备驱动器负责发送图像流到其需要去往的地方(例如，两个投影仪、一个具有翻页功能的投影仪、一个具有隔行扫描立体系统的投影仪)。可能需要对其他类型的数字内容进行预处理以生成与3D成像技术兼容的左/右眼视图；然而，对于某些类型的内容，诸如数字电影或电子图像，该处理相当直接(诸如广播电视之类的其他类型的内容需要附加的、更复杂的处理来实现3D观看)。
参考图2，其中示出的是一个示例性DLP系统209的基本原理。白光源201被聚焦通过会聚透镜202，其接着通过旋转彩色滤光轮203。滤光轮可以包含用于创建视频和图形图像的三原色(红、绿和蓝)，或其他颜色。本发明不限于仅使用旋转彩色滤光轮。可以存在或可以开发其他技术，其提供包含可以用本发明来实现的投影图像(诸如数字帧序列图像、立体的或非立体的)的定向光束。所提出的发明一般可应用于任意光源投影系统，典型的情况是不依赖于偏振来创建图像本身的单一光源。以另一种方式重申，成像设备使用的光输出的偏振必须是随机的。当前提出的发明使用偏振技术来产生3D效果，因此依赖于偏振技术本身的投影系统可能会影响本发明中的偏振实现。
如图2所示，光束经过彩色滤光轮203，通过聚焦透镜204，并且照亮DMD 205，其中DMD 205由来自视频源(诸如来自个人计算机、DVD(数字视频光盘)、所存储的格式或电视信号等)的固件进行驱动。其他可能的视频源包括栅状光阀和相位改变显示技术。
由DMD处理的图像内容与旋转彩色滤光轮同步，使得当红色滤光段对准DMD时所期望图像的红色内容照亮DMD，同时已聚焦的光通过DMD。当绿色滤光器对准DMD时绿色图像内容照亮DMD，依此类推。因此，对于这样的DLP系统所投射的每个图像帧，彩色滤光轮和DMD一起操作以针对每个图像帧而顺序地投射若干色平面。接着，图像的各连续部分通过另外的投影光学设备206聚焦到屏幕207上以创建合适的2D图像，其可以是静态图像或动画。由正投影系统投射的图像可以从屏幕207的与投影设备相同的一侧212观看。背投影的图像可以从与投影设备相反的一侧211观看。
如果三种颜色的内容是由图2中示出的系统以足够高的帧速率(以每秒的帧数来度量)处理的，则视觉的持续将使得观看者感知到屏幕上的全色稳定2D图像。该技术存在多种变型，包括使用2个或3个DMD设备来创建最终图像的系统和同时采用背投影技术和正投影技术的系统。在光束通路中使用的诸如会聚透镜和投影透镜之类的光学元件的细节还可以变化，并且不是本发明的实质部分。图1中示出的双投影装置例如可以包括两个DLP投影仪。由于其性能和低成本，DLP正成为用于很多大屏幕投影电视、便携式个人计算机投影仪和类似应用的优选技术。
图3A示出了本发明的一个优选的实施例，包括安装在现有的DLP投影仪309前面的旋转偏振滤光器306，投影仪309可以实现为正投影系统或背投影系统。本发明的各种变型允许结合背投影系统而使用，并且允许将本发明集成到投影仪内部。在替代性实施例中，旋转偏振单元还可以用服务于同一目的(即，交替地对具有2个不同的正交的偏振态的光进行调制)的杠杆臂或类似的线性置换设备来替代。在时分复用(“TMD”)视频流中，例如，PC对与诸如前面讨论的API之类的行业惯例兼容的能够翻页的立体图像进行传输。翻页指顺序传输的交替的左右眼视图或帧，其传输速度或刷新率可以从几赫变到几百赫。尽管左右眼视图共同操作以产生3D效果，但通常还分别将左右眼视图称为图像流。
注意，在光通路中除偏振器之外可以没有任何额外的光学设备，除非这些光学设备能保持光的偏振态。如果要将偏光轮集成在投影仪内，则这是一个重要的考虑事项。必须也将所得到的图像投射在保持反射光的偏振的屏幕或其他表面上，或者在背投影系统中必须将所得到的图像投射在保持折射光的偏振的屏幕或其他表面上。这种屏幕例如可以通过德国汉堡的ScreenTechTM和美国印第安纳州华沙的DaliteTM购买。发明人还注意到，本发明可以应用于除DMD/DLP之外的其他类型的图像投影技术，例如，近来提出的栅状光阀(“GLV”)技术。GLV是DLP和其他光工程投影技术的替代，其中结合使用散射光栅和液晶技术来生成适合于背投影系统或正投影系统的2D图像。
利用本发明，可以使用无源偏振眼镜来观看全色3D图像。所提出的发明旨在结合行业标准线性偏振3D眼镜而使用，使左右眼具有以0°为中心的正交偏振方向：左眼相对于0°为-45°，并且右眼相对于0°为+45°。显然，这些角方向不是本发明的要求，而只是为了工业上的兼容性而选择的。可以容易地将本发明调整为使用其他角度关系来实现。对于本领域的普通技术人员而言，显然对本发明的少量调整将使得可以使用具有不同的偏振方向以及圆偏振态或椭圆偏振态的镜片的无源眼镜。圆偏振和椭圆偏振的无源眼镜在市面上有售。
众所周知，在适当地呈现一系列2D图像的情况下，假设有足够快的刷新率，则人眼的视觉持续将使其感知到真实的彩色3D图像。以这种方式，通过将外部设备实现为放置在投影仪的输出孔上，现有的DLP投影仪可被升级为投射3D图像，因此不需要对原始的投影仪的硬件或固件进行修改。注意，必须使用帧序列视频信号，以利用本发明来获得这种效果。帧序列视频信号描述了对指定给左眼和指定给右眼的图像进行交替的时分复用信号。这意味着由投影系统顺序地接收和处理单独传输的分别代表左眼视图或右眼视图的图像。尽管如很多数字立体摄像系统的设计宗旨一样，每投射一帧就交换左眼视图和右眼视图是理想的，但是其他设计通过利用人眼的视觉持续也可以产生实质上的3D效果。
视频输入信号
输入立体信号(例如，图3A中的301)典型地是这样一种信号，其是特意针对3D立体成像而产生的，3D立体成像例如利用双镜头照相机的计算机软件视频拍摄。然而，输入图像数据可以来自诸如视频游戏、PC或数字电视数据之类的源。立体VGA(视频图形阵列)信号和诸如DDC(显示数据通道)、HDMI(高清晰媒体接口)、High Def(高清晰度)、多媒体接口和来自数字电缆盒和DVD播放器的Y-Pr-Pb之类的附加信息也是适合的。本发明的最小要求是输入包含立体视频数据，这意味着可以从视频数据获得、导出或处理左/右双图像。视频数据还可以经由分组、帧或信元进行传输，其中可以使用头信息来表明有效载荷中的左眼内容或右眼内容。在这种实现方式中，3D电影可以在因特网上进行传输，并且无期限地进行存储，或者诸如在实时视频流式传送中，将所接收的内容投射用于观看。诸如HDMI之类的某些行业标准信号将需要实现用于从输入视频数据提取同步信号(翻页信号)的预备电路。因此，HDMI输入流将结合本发明、使用翻页提取器而工作，其中翻页提取器的输出被提供给相位/频率检测器。利用输入数据上的翻页信息来提供HDMI输入。对于目前描述的实施例，假设输入视频信号是行业标准立体VGA信号。
在VGA标准中嵌入了“DDC”能力，其是典型地利用双向串行总线实现的低带宽数字消息接口，以便与左/右图像并行地发送翻页信号，表明当前传输的是左眼图像或右眼图像中的哪一个。
诸如立体VGA之类的行业标准协议为输入帧提供固定的已知速率，例如60Hz、85Hz、100Hz或120Hz，其中立体速率是该速率的一半，因此每秒所传输的量是各左右眼帧/图像的一半。很多计算机程序还提供数字立体图像源，诸如视频游戏、建筑图形程序、CAD(计算机辅助设计)程序和医疗成像程序，例如其包含立体VGA信号。
关于图3A，示出的是利用常规的DLP投影仪309实现的本发明的3D投影系统350。由常规的DLP投影仪接收输入立体视频信号(例如TDM帧序列)301，DLP投影仪接着进行解码并投射视频图像。并行于DLP投影仪，本发明接收输入立体视频同步信号并且提取嵌入在其中的立体同步信号302，即翻页信号，并且将其提供给相位和频率检测器(“相位/频率检测器”)303。立体同步信号表明在任意时刻在视频流中呈现的是两个立体图像中的哪一个。在本发明中，两个立体图像流中的每一个立体图像流都将被调制为指定给左眼或指定给右眼。提取电路是公知的VGA现场转换电路，其执行公知的DDC翻页协议。佛罗里达州西棕榈滩(WEST PALM BEACH，FLORIDA)的eDimensionalTM公司提供用于连接到立体VGA信号的电路，该电路接着连同视频流一起输出翻页信号。还可以通过在各种处理器上执行公知的DDC算法来手工地实现该算法。
通过在301处实现简单的切换，可以直接将输入2D信号切换到DLP系统并且旁路3D成像电路。可选地，可以给3D成像通路配备检测电路，该检测电路自动地检测输入多图像流，并且自动地将这些信号发送给本发明的3D生成技术设备。这样的自动激活选项还可以被手工地禁止。这些替代性实施例被认为是对本发明的简单调整，并且并未处于本发明的范围之外。
现场转换器
输入信号被现场转换器接收，该现场转换器提取如上所述的翻页信号，该翻页信号表明在信号中呈现的是左眼数据或右眼数据中的哪一个。在本发明的电路使用翻页数据的同时，持续地将视频数据提供给DLP投影仪。(图3B的)现场转换器361的输出信号在用于左眼视图的指示与用于右眼视图的指示之间进行交替。在一个特别的实施例中，该输出信号可以是如图3B所示的简单的二进制方波输出，并且被提供给相位/频率检测器。方波361表明例如逻辑“1”(或较高的电压电平)对应于视频流362中的右眼数据，表示为“R”。逻辑“0”表明在图像数据362中传输的相应的左眼图像，表示为“L”。
相位/频率检测器
本发明的优选实施例使用正边缘触发或边缘敏感触发来生成所需的信号。一个替代性实施例可以使用电平敏感触发，其中基于信号的幅度跨越了预先选定的阈值来切换信号。电平敏感意味着在持续时间上的可变性，原因是信号幅度电平可能由于诸如噪声和地线漂移(groundshift)之类的效应而漂移或移动。因此，在实际的设计中必须有在特定转换电平附近的限定容限以计入这些因素。
参考图3A，相位频率检测器303比较滤光轮306的旋转速度与由现场转换器302输出的翻页信号361的频率。当将左右眼视图中的每个视图传输通过滤光器并且传输到可视屏幕上时，滤光轮必须处于某个旋转位置。当投射左眼图像时，必须由偏振滤光轮以特定的偏振角过滤该图像以阻挡该图像使其不被观众的右眼看到，其中观众佩戴着适当的偏振无源眼镜。通过使得滤光轮将图像以相对于观众眼镜的右侧镜片的角度为90°的偏移进行偏振来实现该阻挡。因此，相位/频率检测器使输入翻页信号与其从转速传感器310和311接收的旋转信息同步。如果滤光轮不可接受地滞后或超前于翻页信号，则相位频率检测器将输出校正信号到滤光轮发动机控制器305，该滤光轮发动机控制器305将相应地调整滤光轮的旋转速度。与电平敏感的设计相比，在相位/频率检测器中实现正边缘触发电路提供了最敏锐的时间检测。
当前的DLP投影仪输出和视频流同步可以部分地使用图4中示出的电路设计来实现，图4示出了相位/频率检测器的一个实施例。相位/频率检测器401的一个输入接收现场转换器的输出320。另一个输入402接收来自转速传感器电路的输出330。当滤光轮的旋转速度的相位和频率二者都与输入翻页信号正确地同步时，该电路的输出将是与电压源407和电压源408的中点相等的电压。在本实施例中，在407处实现了5v的电压源，其中在408处具有地电压(0)。该电路以410处的2.5v的输出来表明同步或静态工作。偏离同步，即滞后或者超前将导致相位频率检测器输出不同于理想的2.5v输出的相应校正信号410给发动机控制器。如果环信号和相位/频率检测器输出彼此漂移至超出锁定，则相位频率检测器的输出将与漂移量成正比并且将输出正信号或负信号，以便使得发动机控制器增大或减小发动机速度。
参考图4，触发电路401和触发电路402可以使用芯片类型74LS174来实现；与门403可以是74LS21；并且反相器404可以是74LS04。PFET(P沟道场效应晶体管)405和NFET(N沟道场效应晶体管)406包括公知的电荷泵配置，并且应该适当地调整其大小以处理驱动发动机控制信号所需的电流。
如上所述，相位/频率检测器接收来自现场转换器的左/右信号。最后，本发明使用这些左右指示符来控制偏振滤光轮，从而当向屏幕投射左眼数据时偏振滤光轮将处于这样的位置，即，使得轮的偏振角使左眼投影图像以预先选定的角度进行偏振，并且使得该滤光轮将右眼投影图像以不同的预先选定的角度进行偏振。这些预先选定的偏振角是在预先知道观众佩戴的无源眼镜镜片的偏振角的情况下进行选择的。偏振角结合无源眼镜的偏振角将消除所投射的左眼图像使其不被观众的右眼看到，反之亦然。
如图3A所示，相位/频率检测器的第二输入330是旋转滤光轮的频率。该频率是利用耦合到滤光轮的转速测量传感器311来检测的。相位/频率检测器形成反馈环路的输入以控制偏振滤光轮的旋转速度，以便维持滤光轮与立体视频流之间的相位和频率锁定。可以将相位锁定控制在固定的可接受的偏移内。
环路滤光器和发动机控制
图5中示出的环路滤光器将在输入511处接收相位/频率检测器的输出，并将其转换成512处的DC(直流)输出，该输出的幅度与由相位/频率检测器检测到的偏移量成正比，并且该输出的符号与偏移的方向相对应。平衡点是相位/频率电路的高电压轨(upper voltage rail)与低电压轨(lower voltage rail)的中点，其对于0-5v系统可以为2.5v，或者对于+/-电源可以为0v。环路滤光器的输出信号将驱动滤光轮的发动机控制器。
可以近似地将该环路电容的大小调整为对于电容510为0.1μF并且对于电容509为0.22μF，并且电阻507为4.7kΩ。应该选择这些组件的大小使得得到整个系统的增益/相位响应，包括发动机控制放大器的增益，所有这些都是已被充分接受的电子设计的原理。
通常用于诸如在DVD播放器中驱动光盘旋转的最常用的现成的主轴发动机驱动ASIC(专用集成电路)可以用作发动机控制器305，并且可以将典型的DVD发动机驱动器实现为本发明中的发动机307。还可以将DSP(微处理器控制)实现为并且用固件或软件313编程为发动机控制器，例如德州仪器公司(Texas Instrument)的TMS320LF2401A。发动机优选地是三相无刷DC(直流)发动机，其包括霍尔效应传感器。本领域的普通技术人员应该充分理解，在不偏离本发明精神的情况下，可以针对特定的应用和环境选择和/或设计上述组件。例如，可以使用其速率响应于输入电压并与输入电压成正比的任意简单发动机。发动机还可以耦合到滤光轮，使得诸如橡胶之类的摩擦轮在其边缘处提供旋转力。另外，显然可以修改电路元件的大小以便实现为半导体芯片。
转速传感器
轮转速计311的一个示例性实施例是这样一个转速计，其中滤光轮在其外围312附近包含一个标记，并且转速传感器包含与光敏二极管(检测器)对准的光源，同时滤光轮在其间旋转，它的标记直接通过光源与检测器之间。每当标记通过光源与光敏二极管之间，就生成一个电脉冲并且将其发送给相位/频率检测器。这样一个实施例可以在滤光轮上实现暗点或光点，或者某个其他标记或多个其他标记，这使得转速测量设备针对滤光轮的每次完整的旋转或一次旋转的已知的一小部分而生成脉冲。
图6示出了两个方波信号之间的相位和频率锁定的例子。第一方波601可以代表由相位/频率检测器接收的同步信号，并且第二方波602可以代表转速传感器系统310和311的输出。操作为边缘触发设备的相位和频率检测器将输出控制信号以增大或减小滤光轮发动机旋转滤光轮的速度，使得从转速传感器系统602接收的环信号倾向于与同步信号601的相位匹配。该相位锁定是由发生在同一时刻603的两个信号的上升前边缘示出的。频率锁定是由这两个信号波的上升边缘的连续同时发生604示出的。
参考图7，示出了转速传感器的一个实施例。具有标记712的偏振滤光轮703按箭头所示在红外发光二极管702与光敏检测器701之间旋转。
当标记通过LED光通路时，检测器将把脉冲705传输给下述的“除n”(divide-by-n)电路。误触发的可能的源可以是由704示出的进入系统的杂散光。
“除n”电路310连接到转速传感器的输出以便针对滤光轮上提供的离散的偏振窗的数目进行调节。根据滤光轮的一次旋转所呈现出的不同偏振角的数目，“除n”电路将改变发送给相位/频率检测器的脉冲频率。这种“除n”电路是现有技术中公知的，并且不需要在此进行进一步讨论。作为一个例子，“除四”电路将针对滤光轮的每次单独的旋转接收一个来自转速传感器的电子脉冲，并且针对滤光轮的每四分之一次旋转输出一个脉冲，即“除四”电路使脉冲计数增加为4倍。假设与通过滤光轮中心投射图像相比，投影图像的光束在稍微靠近轮的边缘处通过滤光轮(例如，见图15C)，如果旋转滤光轮是由诸如偏振玻璃之类的偏振材料的均匀的整体样本制成的，则过滤投影图像的偏振角将存在四个离散的90°状态。因此，根据在滤光轮中提供了多少个离散的过滤状态“n”，“除n”电路将使输出脉冲增加为四倍或某个其他数目。
显然，本发明实现了以任意数目的偏振段来旋转轮。根据前面的讨论，在由相位/频率转换器产生的信号的最大相位偏移与轮中的偏振态的数目之间存在联系也是显然的。例如，如果来自转速计的每个输出脉冲代表轮的一次旋转，则得到系统可以在其中运行的四个离散的状态空间。将整个旋转周期除以四，得到对于比特周期的任意常数分量k(即，最大相位偏移＝k+360/4)之内的最大相位偏移，其以度为单位。这意味着作为现场转换器的比特周期的四分之一的最大相位偏移(在整个讨论中，假设使用没有用于说明目的的窗口段的单一偏振轮；本领域的普通技术人员可以容易地改变细节以实现不同的设计观点)。
滤光轮
滤光轮可以由任意透明材料来构造，该材料优选地为均匀偏振、良好平衡的玻璃盘。均匀偏振的盘可以比较简单地制造。还可以实现类似于DLP色轮的具有选择性偏振扇区的透明轮。还可以使用由某种刚性材料构成的在靠近盘外围处具有间隔较小的由选择性偏振材料构成的窗的轮，或者如果希望将投影图像的光束投射通过滤光轮的中心，则可以将一个单独的这样的窗放置在轮心。还可以使用其上附着有偏振片的标准CD大小的透明塑料。一个替代性的实施例使用偏光轮系统作为构成DLP投影仪所需的内部组件。
对连续彩色呈现装置的同步
在常规的彩色图像投影系统(诸如DLP、微镜或其他技术)中，采用具有白平衡段的旋转彩色滤光轮来提供良好的图像质量。如上所述，为了扩展这些系统的功能以实现立体三维成像，单独的立体单元(例如旋转偏光轮)必须在相位、频率或其他属性方面与现有的彩色滤光轮同步。通过避免对投影仪电路的修改，本发明还与各种用于改进图像质量的投影系统电路完全兼容，其中改进图像质量诸如对相邻的像素进行平均以使图像平滑和防止像差。
参考图8，有效的同步信号或者翻页信号可以从放置在投影仪输出光通路820中的任意位置的一组三个光电检测器801得到，这些光电检测器截取很小一部分输出光。该技术使得不再需要经由上述现场转换器从视频数据流本身提取翻页信号。这些检测器中的每一个都耦合到XOR(异或)电路，使得只要相应的颜色出现在投影仪的光输出中，该XOR电路就提供输出脉冲。XOR电路的输出被耦合到相位/频率检测器，并且取代来自现场转换器的翻页信号。这三个检测器上覆盖有三种不同颜色的滤光器，其与由投影仪滤光轮802使用的红、绿和蓝原色或者其他相应的滤光轮颜色匹配。可以分别访问这些检测器的输出(对于可选的替代性实施例，其例如可以结合XOR电路而使用单一检测器的输出来确定给定颜色的滤光段的位置)，并且此外，在所有三个信号的联合(当所有三个光电检测器输出脉冲时，XOR电路将输出单一脉冲)上执行专用的OR(或)电路803功能。优选地将这些检测器的输出放置在照明光束820的边缘附近，从而使得对光束的阻碍最小。还可以通过对本领域的普通技术人员而言显而易见的各种方法来帮助实现这一点，其中各种方法诸如采用小的部分反射镜来对光输出进行采样并将其重定向到光电检测器。因此，检测器阵列801与XOR电路803共同提供四种可能的各个输出信号。
为了说明本发明的操作，考虑当放置滤光轮802使得红色段位于光源的前面时将发生的情况。在该情况下，只有具有红色检测器的外部光电检测器将产生信号，而其他两个检测器保持暗淡，原因是红光不能穿透它们的滤光器。当红色检测器的输出为高，而其他检测器的输出为低时，这表明红色滤光轮是放置在光源的前面的。类似地，可以检测何时如此放置了蓝色或绿色滤光轮。注意，如果轮802只包含三种颜色，则现在可以触发来自任意给定颜色的位置的立体单元。然而，如果滤光轮包含白色段，则滤光轮每旋转一次每个检测器将触发两次(例如，当红色滤光器出现时以及当白色滤光器出现时，红色检测器都将触发，原因是白光的成分中包含红色)。而且，如果滤光轮的红/绿/蓝/白各段不是等大的，则多触发事件将扩展到不同的持续时间。
本发明中可以包含异或(XOR)电路803，其将只在所有三个光电检测器801都被等同地照亮时(表明出现了白光)才会触发。以这种方式，可以在不对滤光轮电路进行修改的情况下确定所有滤光轮段的精确位置和持续时间。应该紧记，如上文讨论的，彩色滤光轮以帧速率的整数倍进行旋转，并且在将信号转发给相位/频率检测器之前将适当的除法电路(未示出)耦合到XOR电路的输出。该方法对滤光轮上任意大小的颜色段都适用。通过跟踪包括白色在内的每个颜色段的精确位置和持续时间，偏振滤光轮806(或其他立体单元)可以更精确地与彩色滤光轮同步，并且即使使用高速滤光轮也可以保持同步。在立体投影期间可以纠正色轮平衡中的错误(例如，红色段与蓝色段的大小不同)。本发明使得可以检测包括白色在内的任意颜色的滤光段的位置和大小/持续时间；利用该信息，可以控制偏光轮806(或类似的立体单元)的位置以在频率和相位方面与任意期望颜色的滤光轮段同步。
可以有用地将来自每一个彩色光电检测器的各输出实现为对特定颜色段的持续时间、段的数目、非标准颜色段、每帧的转数等进行验证。
抗噪的光学编码器
为了帮助维持相位和频率同步，可以通过避免由杂散光或滤光轮上的其他灰尘引起的误检测来使得转速传感器更精确地进行工作。通过给转速传感器添加经编码(加密)的脉冲训练源和检测器，将过滤出入射到光传感器上的会产生误触发的杂散光。
红外发光二极管(LED)发射机可以通过诸如取自板上(on-board)振荡器的正弦波之类的数据速率相对较低(几百千赫或更小)的信号被调制，而不是保持未调制从而不具有所提出的改进。红外接收机滤光电路可以被调谐以只接受落在该信号通带内的信号。在该方法中，仅当检测到发射机调制时，才会在寄存器中记录有效的传感器信号，因此杂散光不会创建错误的传感器信号。这可以通过使用简单的电容性带通滤光电路来完成，该带通滤光电路的通带中心位于板上电子振荡器的中心频率上并且其带宽窄到足以避免使具有该振荡器频率的谐波通过(典型地，低于几十千赫即可)。图9示出了在如上所述的图7的标准转速传感器配置上所进行的这种简单改进。LED 902和光敏检测器901被安排在如参考图8所说明的滤光轮905周围。另外，低频振荡器904耦合到LED，用于使其传输将要由通带滤光器903进行过滤的预先选定的可检测数据。在这种方式中，可以过滤不希望的杂散光，否则该杂散光可能引起对转速传感器的误触发。只有由滤光轮标记引起的比特流的合法中断才会触发转速传感器脉冲。
在这种方法中，仅当检测到LED发射机调制信号时，才会在寄存器中记录来自旋转轮的有效传感器信号。如果来自另一源的杂散光照亮接收机，则所得到的信号将落在接收机滤光电路的通带之外，并且因此不会被检测到。在这种方式中，杂散光不会创建错误的传感器信号。期望该方法使旋转轮测量值的信噪比(signal-to-noise ratio)提高3dB或更多。该方法还可扩展到多个传感器的情况，诸如用于区分彩色滤光轮位置的那些传感器。实际上，假设其使用的调制信号在任何接收机滤光器上都没有交迭，则同一投影仪中的多个旋转单元可以在同一时间使用该方法。例如，可以使用两个单独的调制频率来驱动两个LED，其中第一LED测量彩色滤光轮的旋转速度，并且第二LED测量立体轮的旋转速度。只要两个接收机电路可以区分两个LED调制频率，两个LED就不会彼此干扰。这种方法可以被扩展到单一成像系统中的任意数目的旋转单元。
参考图10，示例性的转速传感器实现1004将使用LED作为在滤光轮1005的一侧的光源1001和在滤光轮的另一侧的光敏二极管1003。滤光轮上的标记1007针对滤光轮的每次旋转而在输出1006上触发来自光敏检测器1003的输出脉冲，其中滤光轮耦合到上述的“除n”电路。优选的实施例包括比特流检验电路1002，其生成可识别且可重复的16比特或24比特模式(只要该数目大到足以避免误触发，该数目对于本发明而言就不是关键的，即在投影仪环境中的随机光噪声重复该比特模式)，这由微处理器1002通过检测重复的16比特或24比特序列来进行检验。该实现方式不是本实施例必须的，但却有利于避免误触发。
经编码的比特流的传输速率为几百千赫并且滤光轮上的标记位于盘周上大约2-3度处(其中对于85Hz的视频信号，四方位(four-aspect)盘以大约21.5Hz的速率进行旋转)就足以中断比特流中的几千个已编码且已传输的比特，并从而为验证相对于其他可能出现在滤光轮上的诸如灰尘之类的随机障碍而对标记进行的检测提供较大的可靠目标。这些设计点的变化仅仅是设计选择，其并未偏离本发明实施例的精神。
用于电子设备的通用立体摄像触发外围设备
包括苹果公司的MacintoshTM个人计算机在内的很多PC具有以3D模式运行的能力，其中由3D应用程序接口(“API”)来对两个摄像对象进行初始化，该API可以是OpenGLTM API或微软公司的Direct3DTM。PC需要设备驱动器来触发外部设备(诸如上述的快门眼镜)阻挡一个眼睛视图或另一个眼睛视图。上文已经将这种触发称为翻页信号或同步信号。这些API技术是行业标准，其是用以生成3D图像对(image pair)的软件。本发明可以容易地结合这些标准接口而使用，并且还可以使用无源眼镜和单一投影源，以便在这些系统上执行立体投影。这些使得用户可以改变计算机上的视频卡的输出频率，包括翻页信号。这使得各种各样的计算机和投影仪可以利用本发明。另外，实现翻页立体驱动器的软件将支持本发明的更广的应用，诸如完全的运动数字视频。
标准视频游戏平台具有用于附加外围设备的USB连接器接口或其他行业标准的连接器接口。根据本实现方式，提供附着到游戏平台USB总线的硬件，并且在输出处提供适于连接到立体成像/投影系统的同步信号。该硬件可以包括一侧具有USB连接器接口并且另一侧具有给外围设备提供兼容信号的电子接口的电子连接(很多类型的连接器可以满足该要求，该连接器例如具有垂直校准键的三针设备)。
换言之，本发明包括机架，该机架包含同时耦合到具有USB(通用串行总线)端口的视频游戏平台和使用此处所述的立体摄像投影装置实现的3D电视的组件。本发明有利于转换游戏平台信号使得其将以3D方式进行显示。本发明可结合PC或DVD播放器输出而工作，并且能够进行修改以便结合多个视频游戏平台而工作。通过利用本发明的一方面，可以从视频游戏USB接口提取同步信号。接着可以在连接到支持3D的电视的标准三针输出连接器处对输出游戏平台视频信号进行缓冲，以便提供视频信号和同步信号。
一种可选的认证I2C盒可以控制哪个游戏提供商有权使用3D显示能力。驱动所有游戏平台的软件是3D兼容的，但是没有提供自动3D能力，原因是尽管游戏能够提供立体视频输出但是其不提供用于交换眼睛视图的翻页信号。视频游戏盒在内部生成同步信号(即，翻页信号)，并且本发明使得USB栈可以对用于查找视频引擎的信号进行初始化并提供关于何时出现同步信号的指示。因此，本发明的一方面是访问USB栈以提取同步信号(将同步信号提取出USB端口)。可以通过USB端口访问用于左/右眼视图的信息，并且对USB信号栈的修改可提取目标信号。
本发明适用于任意串行类型的端口(固件、CAN、SM总线、I2C、无线(vaporwire))和任意外围设备扩展总线。通过利用本发明的一方面，使视频游戏操作系统能够将在视频引擎中具有观察器的设备驱动器初始化为直接与下至硬件并通过USB端口的USB栈进行通信。
该方法示出在图11中。在优选的实施例中，从USB接口1108处的视频输出提取(1103)游戏平台1101定时信号1109，对其进行缓存和放大(1104)，并且将其重新路由到立体触发输出1107，该立体输出通向成像设备(例如，基于DLP的背投电视)1106。可选地，在使用在电子设计中可用的标准方法的情况下，可以使用电子滤光来消除不希望的噪声或其他信号分量。可以经由内部USB集线器1111而在多个输出1105之间对视频信号进行分离，使得一个游戏平台可以驱动多个显示器，或者可以选择该游戏平台驱动哪个显示器，或者简单地替换掉游戏控制台上的USB端口1108以使得能够使用例如游戏控制器之类的其他USB设备。例如，经由连接到DLP投影系统的普通电缆而将输入视频数据流1112从游戏平台传输到3D TV(三维电视)。
参考图12，在1201处示出了游戏平台的相关内部结构，并且该相关内部结构包括主控制器驱动器、USB主驱动器、USB类驱动器、操作系统和视频子系统。本实施例被表示为图12中的USB设备1210，其中在1207处具有所提取的同步信号输出。通过经由USB栈传送到视频子系统以将翻页信号发送出USB端口，用于本实施例的软件设备驱动器1113将启用立体显示模式。将这考虑成未归类的USB设备并且其需要特殊的驱动器。当将立体摄像投影适配器插入USB端口时，驱动器被激活并且开始经由操作系统来检查视频子系统的状态(诸如垂直同步(vsync)和表明正在传输右眼视图还是左眼视图的立体页面记录)，并且从中提取同步脉冲数据并在USB输出处输出同步脉冲，如图11中的1108所示。驱动器将在提取同步脉冲的同时激活游戏系统的立体摄像输出能力，使得标准游戏系统的多个立体摄像图像流通过USB端口连同同步脉冲一起输出。
同样重要的是当对信号进行缓存时，本发明能够强制性地对附加设备进行认证(例如，使用I2C接口或类似方法)。例如，目前，当可插拔电子组件被插入插口时，使用I2C作为行业标准接口来进行认证。在可插拔设备与插口之间存在电子信号的简单交换，其可以包括诸如可插设备的部件数目、厂家等信息。根据I2C标准，如果组件来自被认可的源，则允许其连接到系统的其余部分，否则就禁用该组件。
该方法可被用于仅使得选定设备可以附着到立体系统(例如，仅包括来自合格的供应商的游戏平台，或根据已知的兼容技术的游戏平台。)在本发明中，通过I2C接口提供许可，并且只将许可公开给同意供应兼容组件或同意特许使用该平台的那些外围设备厂商。不是来自被授权的源的组件不允许连接到系统。I2C接口的握手协议已经有完备的文档记录(参见例如Royal Philips网站，其可以通过在连到万维网的任意网络浏览器上点击“semiconductors.philips.com/acrobat_download/literature/9398/39340011.pdf”来访问)，并且用作所需的认证类型的例子。
作为替代，模拟VGA电视端口可以用作本发明的接口，并且可以通过该接口强制性地进行认证。例如通过控制游戏参与(game playing)与游戏开发平台的关联，认证还可以用于强制性地执行其他标准。特别地，PlayStationTM通过发布其可以创建和测试新游戏的控制台版本，已经实现了开放源代码开发。如使用本发明可以完成的，在三维游戏的开发期间，可能希望动态地启用或禁用立体接口。图11示出了结合同步信号输出的选择性触发(toggle)功能。因为很多游戏平台还用作DVD播放器，因此当在游戏平台上播放DVD时，本发明还可用于控制对立体功能的访问(例如，按需启动或禁用各功能)。
目前，由PC生成的立体VGA数据流是模拟信号，具有大约300MHz的带宽(或者大约每个2D图像150MHz)，其对于视频卡上的RAMDAC(随机存取存储器数模转换器)存储器可以进行如下分解：(1024×768×4比特×1字节/8比特)×120Hz刷新率＝279,429,120字节每秒(大多数视频卡提供300MHz的RAMDAC，并且可以从120Hz左右(或每个眼睛视图60Hz)的处理获得可接受的视频)。显然，随着视频图像和光技术的进步，这些数字会发生改变，然而，将仍然可以应用本发明。
参考图13，示出了本实施例的方法，其通过编程代码1113来实现。当USB设备(或与其类似的任意总线设备)被插入游戏平台USB端口时，给该USB设备分配唯一的ID。这被称为列举(enumeration)，并且本实施例的第一步骤1301确定是否已列举该设备。一旦被插入，设备就通报它在那里并且将类似于一个地址，该设备还将它的功率要求通知给USB集线器(因为只允许USB设备使用100mA，直到由USB栈授予更多的功率为止)。
接着，在1302处，在已经插入并且列举设备之后，当该设备准备好使用时，驱动器将以可能在1kHz的量级或更高量级上的非常高的速率来轮询视频设备驱动器，或垂直同步寄存器，或视频地址空间，以查看正在显示左页面还是右页面。视频驱动器通报该信息，并且轮询是获得该信息的一种方法。同时，设备驱动器将自动地通知游戏平台输入翻页立体模式，以便开始以多个图像流来传输两种图像视图。当在1303处检测到翻页信号时，触发(1304)输出以传输对应于检测到的翻页信号的同步脉冲。一种替代性方法利用视频子系统在其输出的垂直同步信号上生成的中断。可以使得USB驱动意识到这种中断，并且给其添加代码以便仅在垂直同步脉冲上进行轮询。这样更加高效，因为翻页显然总是发生在垂直同步脉冲处。以这种方式从翻页平台检测到(1303)的同步信号接着经由输出(在这个例子中是三针立体输出)进行提供。
多个偏振滤光器
本发明的另一个实施例可操作为：当投影仪不处于3D模式或立体模式时，增加立体摄像投影仪硬件的光输出。当关闭3D模式时，立体摄像投影仪视频数据旁路立体投影仪装置的3D电路，并且由DLP投影仪装置直接以2D模式进行投射。在投影仪市场空间中，对于较大的亮度要支付额外费用，这通常阻止了在希望以最佳亮度观看普通内容时使用立体投影仪。原因在于如果实现偏振的当前投影仪不与传输轴对准，则该投影仪会因吸收而使光束衰减。通过使用较高的照明，诸如通过在处于立体模式时控制灯的电流/电压使得以较高的功率进行操作并产生更多的光，可以减小这种效应。然而，这减小了灯的寿命和可靠性，浪费了能量，并且需要某种附加的灯控制硬件。希望当系统不以立体模式操作时，在不改变灯的亮度的情况下增加图像亮度。
参考图14A，其中示出了多偏振器实施例的实现方式。多个相位锁定轮的相位被锁定到可操作为控制联合轮组件的相位和频率的高阶系统1400。该实现系统利用并行的两个前述3D电路。并行连接的第一和第二立体摄像投影装置(“SPA”)1401和1402均耦合到一个单独的偏光轮1409。这些立体摄像投影装置中的每一个立体摄像投影装置都包含相位/频率检测器、环路滤光器、发动机控制器和除n电路，所有这些都如上文结合图3A详细描述的那样。这些立体摄像投影装置中的每一个立体摄像投影装置还接收来自耦合到其各自的偏光轮的转速传感器1408的环信号，以及来自现场转换器1403的翻页信号，该现场转换器直接耦合到SPA1 1401并且通过反相器1405耦合到SPA2 1402。如上文联系图3A所描述的，视频流输入1404被并行地提供给DLP投影仪1406和现场转换器1403二者。反相器的使用假设转速传感器有效地处于每个滤光轮上的相同位置。该反相器的使用是可选的，并且必须在考虑放置在每个滤光轮上的转速传感器标记的位置的情况下进行选择。如果标记处在滤光轮上的位置使得当轮的透明区域与偏振区域的相差为180°时触发转速传感器，并且转速传感器也适当地位于轮周位置上，则不需要反相器。因此，每个SPA的发动机控制器控制相应的发动机1407，使得来自偏光轮之一的偏振段始终处于由DLP投影仪1406投射的投影图像1410的通路中。当移除了立体同步信号时，投影仪固件将强制性地调整到透明状态。
参考图14B，示出了对该实现方式进行操作的方法。在步骤1451，系统确定是否激活了3D立体模式。如果激活了3D立体模式，则在步骤1452和步骤1453激活两个立体摄像电路，下文中将对此进行讨论。如果在步骤1451，系统确定没有激活3D立体模式，则在步骤1454和步骤1455，系统固件(可选地，发动机控制器的一部分)将指示发动机控制器将透明段对准到投影仪光束通路中，使得这些段都被“停放”在使投影图像的亮度最大化的位置上。因此，必须对滤光轮上所选的标记位置和转速传感器的环周位置进行定位，使得当停放滤光轮时轮标记直接停在传感器LED通路中，并且滤光轮的透明扇区处于投影仪的光束通路中。通常已知的是，在适当地编程的情况下，在发动机控制器中实现的发动机控制器固件将利用这样的位置来纠正操作。
使用在与视频信号进行了相位锁定的情况下进行旋转的单一偏振器总会使光衰减，即使当不需要偏振器或偏振器未激活时，诸如当观看非立体内容时，也是如此。参见图14C，该问题可以通过利用两个或更多的旋转偏振滤光轮来解决，每个旋转偏振滤光轮包含透明部分1458和偏振部分1457，或者换言之，包含整数倍的偏振段和透明段。滤光轮的偏振段彼此正交地偏振，使得当滤光轮交替地过滤投影光束时，偏振段将交替地进行正交(偏移90°)的偏振，一个针对左眼并且一个针对右眼。通过由单独的发动机驱动每个滤光轮，滤光轮可以停放在这样的位置，其中当不需要3D操作时，两个透明段在投影仪光束的通路1459中交迭，从而消除了与单偏振器系统相关联的光束衰减问题。在立体摄像显示模式期间，对于每个轮包含单一偏振段和单一透明段的情况，轮将在彼此的相差为180°的情况下进行旋转，使得轮之一的一个偏振段始终在光输出流1459的前面。在该实现方式中，轮的旋转方向不是关键的。
用于周期性加速和减速的信号合成器
可以通过更精确地控制滤光轮的旋转来改进本发明，即在图3A中结合所附描述而示出的实施例。因为滤光轮包含对于产生3D效果更有效的区域，因此可以增大那些位于最理想的偏振区域之间的轮部分的角旋转。当中间区域处于光投影路径中，即该中间区域过滤投影图像时，可以增大轮速度以减少中间区域处于投影光源的前面的持续时间。这将使得轮的期望偏振区域在更长的持续时间内以期望的偏振角过滤投影图像。这示出在图15C中，图15C示出了滤光轮1550以及其上包含四个期望偏振态1530的区域，将其标记为左“L”区域或右“R”区域，其中偏振角是0°、90°、180°或270°。优选地，当这些区域1530处于图像投影通路中时，即这些区域过滤投影图像时，轮旋转得更慢，并且滤光轮在这些区域之间1540旋转得更快。
参考图15A-图15C，可以通过使发动机驱动放大器1504被施加双极性截断指数错误或扰动信号来获得该性能，可以按如下方式生成该信号，并将其施加于发动机。参考图16，其中示出了基于频率自适应ROM(只读存储器)的扰动合成器，其生成将被施加到滤光轮驱动发动机的扰动或“错误”信号。本领域的普通技术人员将容易意识到，还可以使用泰勒(Taylor)级数、矩阵操作、三角函数、对数和其他数学方法来实时地计算这种波形。在图16中，扰动合成器1603从在1601处的转速传感器和例如DAC中的数据阵列之类的波形ROM 1605获得输入，并且包括转发分配器，该转发分配器的输入1602依赖于旋转滤光轮的特征，诸如RPM(每分钟的转数)和轮中所提供的方位的数目。从存储在存储器中的查找表获得期望的输出扰动信号，例如可以使用波形ROM 1605作为存储数据的单次循环值的触发引擎，诸如在1611处示出的2π弧度的波形。
在该设计中，作为来自转速传感器的输出并在1601处接收的滤光轮的速度设置了对ROM单次循环数据进行索引的速度。分配比率源自每个轮的偏振态的数目，例如4。因此，如果存储了ROM的输出是2π弧度，则对于每个环信号脉冲，转发分配比率是1。这是图16的例子，其中所存储的ROM表1605将包含1611所示出的输出。扰动合成器本身调整幅度和频率以产生调节后的实际输出1606。
该扰动信号具有对本发明正确工作而言很基本的两个重要特性：在相位和频率被锁定的系统中，该信号与相位和频率参考同步；而对于相位锁定不重要的系统，该信号在频率方面同步。换言之，该信号相对于旋转光学设备是旋转静止的。将本发明的改进实现为伺服类发动机控制系统，其中控制速度和位置以获得这种周期性的速度变化。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可利用模拟电路、诸如数字信号处理器之类的数字控制设备、微处理器、微控制器、分立逻辑和半导体设备、软件、固件或其任意组合来容易地实现这种控制器。在该技术中，需要注意某些实践上考虑。在发动机正在减速的情况下，存储在旋转物质中的能量被转换成驱动放大器中的热能，或重定向回电源，其中这种热能将会升高电源轨电压或者作为热量被散发。
参考图17，可以一次性地基于系统性能和特征来计算存储在ROM中的波形数据，该系统性能和特征诸如惯性力矩、发动机扭矩等，接着在下述等式中将该系统性能和特征表示为常数值k。计算双极性截断指数驱动函数的等式例如对于0到π为ke-x，并且对于π到2π为-ke-x，所得到的波形在图17中示出，接着相对于根据基于相移容限的函数而计算的度数范围对该波形进行截断。将可用的相位余量除以滤光轮中的方位的位置的数目，这就得到图中所示的最小空白间隔。如果空白间隔没有充分地截断扰动信号，则反馈控制的干扰将导致不希望的不稳定性。
在图15A-图15C中示出了进一步的实现细节和所得到的性能改进。参考附图，发动机1506典型地由放大器1504的输出电压进行驱动。根据基本控制理论，该放大器典型地具有参考输入信号1510，用于设置由典型的视频信号公共刷新率确定的静态工作点或空闲速度，该参考输入信号在该实现方式中将是如上文讨论图4时所描述的2.5v，其中电压源是5v和0v。命令输入信号1511控制与该参考的偏差。如上所述地合成扰动信号，其在图15A中表示为D(s)1503，并且连同来自环路滤光器1505的正常的发动机控制输出一起被施加在放大器输入之一1511上。在图15B中示出并如上所述的扰动信号连同正常的发动机控制信号一起被施加，并且扰动发动机控制信号，使得发动机以如图15B的轮速图所示并如上所述的预先规定的方式周期性地加速和减速。提供给扰动合成器的触发信号1502是在如上所述地从转速传感器接收到该触发信号时由相位/频率检测器1501提供的。在示出的图中，干扰信号是双极性截断指数，然而本领域的普通技术人员可以意识到，该干扰信号可以是锯齿信号、正弦信号、斜坡信号或由适当的合成器提供的任何任意的信号，只要该信号与发动机扭矩常数和惯性力矩相关。
在发动机加速的情况下，对于给定间隔，放大器提供能量给发动机以使旋转物质加速到期望的速度。在任一情况下，可以通过给发动机放大器提供适当的退耦电容来减轻电源扰动(的电容对应于质量的二分之一与角速度的平方相乘)。如果系统包括非理想的组件，则该电容可能是所述系统的重要的性能单元。
将光-机械滤光器同步到一系列视频同步脉冲
本发明的另一优选的实施例可操作为对在图像投影系统中用于控制滤光单元的旋转或线/角致动机构进行同步。旋转型电子-机械机构的一个实施例是无刷DC转子，但是该实施例仅作为例子，并且权利要求并不仅局限于这一实施例。可应用于到在成像系统内对滤光器或偏振器进行定位的电子-机械实施例的另一个例子包括永磁体同步设备、无传感器的BLDC(无刷DC)、切换型磁阻、机械整流机、AC(交流)电感、同步AC电感和现场偏差伺服装置，以及对本领域的普通技术人员而言显而易见的其他电子-机械系统。同步到源自与行业标准的视频信号和编码系统兼容的模拟或数字视频源的一系列脉冲，或者同步到这些脉冲的派生信号。
这种同步是利用如图3A所示的对本发明的增强来完成的，并且优选地以固件来实现，尽管纯硬件或软件的实现方式也是可行的。该系统提供适当的相位和频率响应；然而，使用该方法通常不能达到用于具有较大的固有惯性力矩的系统的性能要求标准。为了清楚起见，较大的机械致动器可能需要迅速地加速或减速。如果该机器具有足够的惯性，则会存在本实施例所克服的两个基本问题。第一个问题是，根据系统动力学，这种变化可能要耗费长得不切实际的时间才会发生。所产生的第二个问题是，这可能要耗费巨大数量的能量才能迅速地完成。这转换为较高的环路增益，该环路增益导致过度的噪声敏感性、减少的相位余量并伴随着潜在的稳定性丢失。
图18示出了本发明的该优选实施例的系统实现。类似于图3A的系统，图18的实现方式包括通过开关1801进入系统的立体摄像视频数据，其中现场转换器1802提取同步信号或翻页信号1820，并且将其转发给发动机控制器1805，该发动机控制器1805包括发动机控制编程逻辑1850。步进发动机1807(在图19A中结合相应的描述而示出)耦合到轴1808，轴1808接着旋转滤光轮1806。在这个实施例中的滤光轮包括四个标记1812和两个转速传感器1811与1815，每个转速传感器都能够检测相对的一对标记1812，以下将对此进行详细描述。来自相应的转速传感器1815和1811的转速传感器信号1830和1840由发动机控制器1805接收，其通过内部编程1850将步进发动机的波形驱动信号(在图19B中例示)与翻页信号同步，使得滤光轮1806的偏振态1832临时地暂停在DLP投影仪1809的图像投影通路1833中。DLP投影仪对通过开关1801接收的视频数据1831进行投射。该优选的实施例不需要先前参考图3A的系统而描述的相位/频率检测器、环路滤光器或除n电路。
图19A示出了永磁体步进发动机1904，其具有45°的步进角，其中4个定子支柱1901具有线圈1905，用于当通过施加电压到线圈来顺序地激励这些线圈时感应标有北极和南极的转子1902的旋转。常规的可编程正交驱动波形在图19B中示出，当标号为1-8的阶跃电压波形被施加到具有相应标号的线圈端子时，该可编程正交驱动波形将感应转子1902的连续稳定旋转。在该示例性实施例中，(为了便于描述)每步将感应一个步进扭矩，并且使转子旋转45°。可以获得度数步长为15、7.5、9、1.8等的多种发动机，其中定子支柱相应地增加，可以在本实施例中容易地实现这些发动机，并且这些发动机被认为完全在本发明的范围内。通过实现在图19B中示出的空闲函数，在上电事件期间系统将运行到稳定的速度，即使在没有相位/频率参考时也是如此。在任意时刻，图19B的电压波形所示出的DC电压可以保持恒定，并且将通过感生的保持扭矩将发动机锁定在正确位置。
参考图20A，其中示出了根据本发明的该优选实施例的带标记的偏振滤光轮2002。滤光轮包括多个标记，例如标记2006和标记2005，标记2006是基本上间隔180°地部署在轮上的一对标记，标记2005也在滤光轮上间隔基本上180°，其中每对标记彼此相隔90°。在轮上部署标记2006使得其处在相同的但与标记2005的径向通路隔开的径向通路上。在该例子中，图20A中的标记2006处在靠近滤光轮边缘的径向通路中。与上述的转速传感器基本上类似的左传感器2001和右传感器2003的位置基本上间隔90°，以便分别检测其两个相应的标记2005和2006，但是不检测对应于另一个传感器的标记。
参考图20B，其中示出了由左传感器2001和右传感器2003实现的转速传感器电路。盘2002在例如LED之类的光发射半导体2010与光敏晶体管2011之间旋转，其中盘标记2005能够阻挡由LED 2010发射的光2016。当光被阻挡时，晶体管2011截止，并且在输出2012处传输逻辑高信号给发动机控制器1805。如图所示，光敏晶体管2011通过电阻器2014耦合到地2015并耦合到电压源2013。类似地，LED 2010耦合到地，并且由电压通过电阻器进行供电。
参考图21，其中示出了示例性的控制波形2104，其被同步到翻页信号2101，并且其中示出了图20A的旋转偏振滤光器的位置，用于使旋转滤光轮在其四个正交偏振态2004的每个正交偏振态下临时地停在投影图像数据的通路中。为了描述的简单，与在图19A-图19B的实现方式中所示出的8个波形相比，此处仅针对发动机阶跃脉冲2104示出了一个控制波形。通过扩展，本领域的普通技术人员可以容易地将以下描述应用于具有任意数目定子支柱的任意大小的步进发动机。在示例性波形2104中，示出了使滤光轮前进到期望的偏振方位所需的4个发动机驱动脉冲2107。因为在图20A的滤光轮实现中这些方位间隔90°，所以这些发动机驱动脉冲表明目标驱动发动机是22.5°步进发动机。
参考图21，左偏振器有效(“高”)2102表明：当佩戴如上所述的无源眼镜时，观众的左眼视图未被阻挡以便看到投影图像，并且右眼滤光轮的偏振与观众佩戴的无源眼镜的右侧眼镜的偏振正交，因此阻挡了观众的右眼视图。右偏振器有效(“高”)2103表明：当佩戴如上所述的无源眼镜时，观众的右眼视图未被阻挡以便看到投影图像，并且左眼滤光轮的偏振与观众佩戴的无源眼镜的左侧眼镜的偏振正交，因此阻挡了观众的左眼视图。简言之，当左传感器或右传感器检测到其相应的标记时，就停止步进发动机一段时间，下面将有更具体的描述。
翻页信号2102被输入发动机控制器，并且该信号2102包括关于哪个发动机控制器逻辑将驱动滤光轮的参考。每个翻页信号的高状态2106和低状态2105对应于由投影仪传输的左眼视图或右眼视图。在本示例性实施例中，用逻辑高2106表示右眼数据，如参考对图3B的讨论所述。在分别从左传感器2102和右传感器2103接收的信号中，高电压电平对应于传感器检测到标记。这些是当滤光轮由于该滤光轮呈现给投影图像束的偏振态处在期望的偏振角上而暂停时的时间间隔，其中期望的偏振角与观众眼镜的一个镜片的偏振角正交。示例性发动机驱动信号2104表示在任意传感器检测状态(“高”)期间由于没有驱动脉冲而发生的临时暂停。对于左偏振传感器“有效”信号，间隔2108表示驱动电压中的临时暂停，从而在该间隔期间停止发动机。对于右偏振传感器“有效”信号，间隔2109表示驱动电压中的临时暂停，从而在该间隔期间停止发动机。只要图18的投影实现正在运行，这些控制信号和脉冲就无限地持续。这些脉冲是响应于在发动机控制器中编写好的发动机控制逻辑1850而生成的，以下将对此进行更全面的描述。
参考图22，示出了根据本实施例的优选方法的发动机控制逻辑编程1850的流程图。在初始化之后，在2201处确定翻页信号的状态。如果翻页信号为低，表明左眼视图数据出现在输入视频数据中，则编程分支到2202以便检测左传感器的状态，并且如果翻页信号为高，表明右眼视图数据出现在输入视频数据中，则编程分支到2207以便检测右传感器的状态。如果翻页信号为低，则在步骤2203检查左传感器以确定左传感器是否在滤光轮上检测到左标记，例如左传感器为“有效”，这将由逻辑高电平来表示。如果未检测到标记，即左传感器不是“有效”，则发动机在2205处前进一个步长，对应于在2107处传输一个发动机阶跃脉冲(其示出了总共4个脉冲)，并且在步骤2101再次检查翻页信号的状态。如果实现了具有步长45°的图19A的发动机，则在该情况下，通过该算法的两个循环将使发动机前进大约90°。
如果在步骤2202检查左传感器之后，在步骤2203检测到标记，则在步骤2204因为检测到的标记表明滤光轮处于正确有效的正交偏振位置而停止发动机，并且在步骤2101再次检查翻页信号状态。(这同样由图21的发动机阶跃波形2104表示，其中当传感器处在“有效”位置时，电压处在保持电平。)对于标记出现在左传感器中的期间，维持该保持位置，这可以通过编写好的算法进行多次循环。
如果在步骤2201，翻页信号为高，则在步骤2207检查右传感器以确定右传感器是否在滤光轮上检测到右标记，例如右传感器为“有效”，这将由逻辑高电平来表示。如果在步骤2208未检测到标记，即右传感器不是“有效”，则发动机在2110处前进一个步长，对应于在2107处传输一个发动机阶跃脉冲，并且在步骤2101再次检查翻页信号的状态。如果实现了具有步长45°的图19A的发动机，则在该情况下，通过该算法的两个循环将使发动机前进大约90°。
如果在步骤2207检查右传感器之后，在步骤2208检测到标记，则在步骤2209因为检测到的标记表明滤光轮处于正确有效的正交偏振位置而停止发动机，并且在步骤2101再次检查翻页信号状态。(这同样由图21的发动机阶跃波形2104表示，其中当传感器处在“有效”位置时，电压处在保持电平。)对于标记出现在右传感器中的期间，维持该保持位置，这可以通过编写好的算法进行多次循环。
本发明的优点
本发明可以在具有一个、两个或三个数字镜设备(“DMD”)的投影系统上操作，其中使用多个设备来提高颜色对比度和分辨率。本发明使得可以将第二旋转偏振器放置在投影仪之外。以这种方式，可以对任意现有投影仪进行修改以提供3D效果。本发明包括提供旋转偏振器与投影信号之间的频率和相位锁定的一个实施例，或者处理隔行扫描或帧序列视频的能力，等等。隔行扫描没有闪烁，但是被隔行扫描的轴上的分辨率会减半。帧序列有一些闪烁，但是维持了沿两个轴的完全分辨率。
本发明的另一个实施例实现了四阶反馈控制环和电路设计，其提供四个独特的锁定，并且捕获用于在DMD信号与旋转偏振器之间进行频率/相位同步的点。在反馈控制电路的根轨迹上存在四个稳态点。这保证了提供相位/频率同步的反馈环路的稳定性。对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以对本发明的四阶控制系统进行修改，这不会从实质上改变基本发明。
本发明仅需要单片线性偏振材料而不是偏振段。本发明包括以与DMD信号或彩色滤光轮不同的速率旋转偏光轮的能力，提供另一控制变量用于调整DMD信号(例如，以适应相邻像素之间的平滑)或用于提高系统分辨率(例如，通过在DMD信号与偏振信号之间引入频率偏移或相位偏移)。
本发明包括一个实施例，其能够在两个偏振态之间实现100％的消光比，发明人已经通过实验验证了这一点。这是有可能的，原因是本发明仅使用了单一偏振片。因为本发明不需要对投影仪滤光轮进行修改(其是以几千RPM或更高速度旋转的精确平衡的组件)，所以以较低的成本来实现变得相当容易。此外，本发明能够以比彩色滤光轮低得多的速度旋转偏光轮，简化系统机械设计并且提高可靠性。而且，本发明允许改变旋转偏光单元的速度，在旋转循环中的某些点上较快地移动这些旋转偏光单元，以便基本上消除图像中的模糊和闪烁。
替代性实施例
应该明白，尽管此处出于说明目的已经描述了本发明的特定实施例，但是可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。特别地，在一个实施例中，本发明通过以不同的角度可控地对集成的或分立的旋转光学设备的旋转进行加速和减速而解决了上述问题。使用步进发动机，可以在任意的时间段内将旋转单元固定在产生左右眼视图的完全隔离的那些位置上(即，在那些位置上，传输轴与观众眼镜的左眼或右眼滤光器对准)。根据偏光轮和观看眼镜的设计，这种情况可以在旋转轮的若干不同位置上出现。另一实施例可以利用在3D立体摄像投影装置的空闲时间期间维持滤光轮的静态旋转速度，从而避免斜升(rampup)延迟，正常情况下会出现该斜升延迟直到达到令人满意的运行速度。又一个实施例可以提供一种装置，用以修改携带3D信号的输入标准ATSC电视信号，以便结合所提出的立体摄像投影装置而操作。相应地，本发明的保护范围仅由所附权利要求及其等同形式限定。