CN102098522A

CN102098522A - 回复反射的光漫射显示系统

Info

Publication number: CN102098522A
Application number: CN2010105364909A
Authority: CN
Inventors: 高春煜; 肖京
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: CN102098522B; JP2011095743A

Abstract

一种回复反射的光漫射显示系统。本发明的各方面包括新型显示屏幕，该屏幕包括光漫射和回复反射。在实施例中，回复反射的光漫射屏幕可被用来通过生成多个观察窗口而生成三维自动立体显示，其中，每个观察窗口描述唯一透视图像视图。在实施例中，回复反射的光漫射屏幕包括在回复反射表面和光漫射器层之间的透明介质层，以帮助减少重像。在实施例中，回复反射的光漫射屏幕包括凸透镜层，该凸透镜层被放置在适当的位置，使得光漫射器层在凸透镜层和回复反射表面之间，且该光漫射器层也被放置在适当的位置使得光漫射器层在凸透镜层的焦点平面上。

Description

回复反射的光漫射显示系统

相关申请的交叉引用

本申请是于2009年4月3日提交的、题为“回复反射的光漫射系统(RETRO-REFLECTIVE LIGHT DIFFUSING SYSTEMS)”、且申请号为12/418,137的美国专利的部分继续申请，并且主张共同未决(co-pending)及共同授让的上述美国专利的的权益，并且本申请将高春煜和肖京作为发明人列出。通过引用在此将以上提及的申请整体并入。

A.技术领域

本发明一般涉及显示器，且更具体地涉及自动立体的(autostereoscopic)的三维(3D)显示器。

B.背景技术

三维电影和电视变得越来越流行。随着诸如高清(HD)电视等技术的进步，消费者希望更多且更好的特征。根据Insight Media在2008年5月发布的“20083D电视报告”，3D可能很快成为高清电视的附加特征。许多显示器制造商正开发他们自己的3D显示技术以满足这些市场需求。

在当前3D市场中，传统的两视图立体(stereo)标准仍保持主导地位。例如，头戴式显示器被广泛用于军事训练及研究机构，基于眼镜的投影显示在大型3D显示中起着关键作用，诸如CAVE系统以及Mechdyne公司的PowerWall系统，以及3D电影院。然而，戴头盔或眼镜的要求限制了对3D技术的使用。作为可选择的方案，自动立体显示技术已引起了越来越多的关注。自动立体显示器使用特殊的光指向(directing)装置以在用户的空间中形成分开的观察窗口(viewingwindow)，其允许用户在没有眼镜的情况下看到3D图像。由于选定的观察窗口形成明显大于人类眼睛大小的观察空间，所以只要用户的眼睛在观察空间之内，他们就能够自由地移动他们的头部。

用于生成观察窗口的当前立体的方法包括基于平行栅栏的(parallel-barrier-based)显示以及基于凸透镜的显示。然而，这些自动立体的显示技术具有明显的局限性。

例如，基于平行栅栏的显示受到若干限制。首先，由于基于平行栅栏的显示器使用光阻碍以生成观察窗口，所以从每个像素所发射的光中仅少量穿过栅栏窗口。第二，视图(view)之间的串扰(crosstalk)可能是明显的。串扰是指观察区域的重叠，其导致一只眼睛看到旨在提供给另一只眼睛的图像。当串扰很明显时，大脑不能感知立体效果或者不能正确地感知它。第三，在基于平行栅栏的显示器中使用小孔能导致衍射。随着显示分辨率的增加，这个问题变得更加尖锐。因为显示分辨率的增加，栅栏孔径大小必需被降低，这导致更严重的衍射效应。第四，基于平行栅栏的显示器通常受到分辨率的限制。对于具有n视图的显示器，单个视图的分辨率本质上是初始显示分辨率的1/n。由于视图必需等分(divide)初始显示分辨率，基于平行栅栏的显示器的分辨率受限于显示的初始分辨率，其也被衍射及显示器制造商的能力的所限制。第五，由于每个视图仅看见与栅栏窗口相关联的n个像素栏中的一个，所以在每个视图中存在许多黑像素线，其在单眼图像中产生“筛格效应(picket fence effect)”。最后，基于平行栅栏的显示器通常因有限数量的观察窗口而受到影响。为生成更多的观察窗口，必需在狭缝窗口(slit window)保持不变的同时，加宽黑狭缝。明显地，在不集聚伪像(诸如被降低的亮度和筛格效应)的情况下，不可能无限地增加观察窗口的数量。

尽管基于凸透镜的显示器提供了部分优于基于平行栅栏的显示器的改进，但使用凸透镜板(lenticular sheet)也具有许多缺点。与栅栏狭缝相比，基于凸透镜的显示器提供更高的分辨率；然而，与制造简单的黑白栅栏相比，制造高质量的凸透镜板更困难且成本更高。实际上，显示器的质量与显示器中所使用的凸透镜板的质量直接相关。凸透镜板与显示器的对准也需要巨大的努力。而且，基于凸透镜的显示器也遭受到困扰基于平行栅栏显示器的那些问题的影响，诸如观察窗口之间的串扰、黑线问题、受限的分辨率、以及有限数量的观察窗口等。

发明内容

相应地，需要的是提供更好的显示、尤其能用于自动立体显示的更好的显示的系统和方法。

本发明的各方面包括使用光漫射(diffuse)和回复反射以生成新的显示屏幕。在实施例中，回复反射(retro-reflective)的光漫射屏幕可被用来通过生成多个观察窗口生成自动立体显示。在实施例中，每个观察窗口描述透视图像视图，并且通过从一个观察窗口以一只眼睛观看一个透视图像视图且通过从另一个观察窗口以另一只眼睛观看另一个透视图像视图，可以观看3D图像。

在实施例中，显示屏幕系统包括具有二维回复反射表面以及漫射表面的屏幕。漫射表面被配置在第一方向用大的漫射角而在第二方向用小的漫射角。对于显示屏幕，第一方向优选为垂直方向而第二方向优选为水平方向。漫射表面还被配置以接收从二维回复反射表面所反射的图像以及被配置以漫射该图像从而形成对应于该图像的观察窗口。

在实施例中，显示屏幕系统包括回复反射体漫射器屏幕以及至少一附加层。在实施例中，该附加层可以为在二维回复反射体和光成形漫射器之间的透明层。在实施例中，该附加层可以为放置在光成形漫射器之前的凸透镜层。在又一实施例中，回复反射体漫射器屏幕包括凸透镜层、光成形漫射器、透明介质层、以及二维回复反射体。

显示屏幕系统还可包括多个投影机。每个投影机具有唯一的位置，并被配置将具有唯一透视视图的图像投影到屏幕上从而形成对应于所投影的图像的唯一观察窗口。从而，显示系统形成多个对应于由多个投影机所投影的多个图像的观察窗口。用户通过用一只眼睛在选自多个观察窗口的第一观察窗口处观看第一透视图像，而通过用另一只眼睛在选自多个观察窗口的第二观察窗口处观看第二透视图像，能观看三维图像。

在实施例中，显示屏幕系统还包括放置在多个投影机中的至少一个和屏幕之间的光路径中的分光镜，以将投影的图像指向屏幕并将从屏幕所反射的投影的图像指向用以形成观察窗口的位置，该观察窗口与多个投影机中的至少一个是空间上分离的。这样的配置在观察窗口中移除了作为障碍的投影机。

在实施例中，显示系统还包括第二屏幕回复反射的光漫射屏幕，该屏幕设置在相对于第一屏幕光学地镜面共轭(mirror-conjugated)的位置处，从而增加在观察窗口的图像亮度。

在实施例中，显示系统包括偏振敏感分光镜以及四分之一波长板，偏振敏感分光镜被放置在多个投影机中的至少一个和屏幕之间的光路径中，以将投影的图像指向屏幕，四分之一波长板被放置于屏幕和分光镜之间的光路径中。

在实施例中，显示系统包括计算装置，该计算装置通信地耦接至多个投影机，以协调对图像的投影。计算装置还可以包括一个或多个用于存储将被投影的图像的数据存储器件。应当注意到，将被投影的图像可以为静止图像、视频图像、或者以上两者。

按照在此所陈述的教导，本发明的实施例还包括用于制造自动立体显示系统的方法。例如，在实施例中，通过将回复反射的光漫射屏幕放置在适当的位置以接收从多个投影机所投影的图像，可以形成自动立体显示系统。每个投影机具有唯一的位置并被配置以将具有唯一的透视视图的图像投影到屏幕上，从而形成对应于所投影的图像的观察窗口。对应于由多个投影机所投影的多个图像，形成多个观察窗口。将所述多个观察窗口置于适当的位置，使得用户通过用一只眼在选自多个观察窗口的第一观察窗口处观看第一透视图像而通过用另一只眼在第二观察窗口处观察第二透视图像，能观看三维图像。

本发明的一些特征和优点已经被普遍地描述在此发明内容部分；但是，附加的特征、优点、以及实施例在此被陈述，或者考虑到附图、说明书、及其权利要求，附加的特征、优点、及实施例对本领域技术人员将是显而易见的。相应地，应当理解到，本发明的范围不应当由在发明内容部分所公开的具体实施例来限制。

附图说明

参考本发明的具体实施例，其示例可以被示意在附图中。这些图旨在示意性而非限制性，并且也不是按比例绘制。尽管在这些实施例的内容中一般性地描述了本发明，应当理解到，其并非旨在将本发明的范围限制在这些具体实施例。

图1示意了根据本发明的不同实施例的光漫射屏幕的运行。

图2示意了根据本发明的不同实施例的回复反射屏幕的运行。

图3示意了根据本发明的不同实施例的回复反射垂直光漫射屏幕的运行。

图4示意了根据本发明的不同实施例的具有回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统。

图5示意了根据本发明的不同实施例的具有回复反射垂直光漫射屏幕的多投影机显示系统。

图6示意根据本发明的不同实施例的具有回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统的可替代实施例。

图7示意了根据本发明的不同实施例，具有至少一个回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统的另一实施例。

图8示意了根据本发明的不同实施例，具有回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统的又一另外的实施例。

图9示意了根据本发明的不同实施例的回复反射的光漫射屏幕的另一实施例。

图10示意了根据本发明的不同实施例的图9的回复反射的光漫射屏幕。

图11示意了凸透镜反射屏幕的示例。

图12示意了根据本发明的不同实施例，具有凸透镜层的回复反射的光漫射屏幕的另一实施例。

图13示意了根据本发明的不同实施例，观察窗口的来自回复反射的光漫射屏幕实施例的光的分布。

图14根据本发明的不同实施例描述来自回复反射的光漫射屏幕实施例的两个相邻观察窗口的横截面。

图15示意了根据本发明的不同实施例，回复反射的光漫射屏幕的又一实施例。

图16示意了根据本发明的不同实施例，具有至少一个回复反射的光漫射屏幕的实施方式的多投影机显示系统。

图17示意了根据本发明的不同实施例的计算系统的示例的结构图。

具体实施方式

在以下说明中，为解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本发明的理解。然而，对本领域技术人员而言，在没有这些细节的情况下实施本发明将是显而易见的。而且，本领域技术人员将认识到，以下所描述的本发明的实施例可以以各种方式被实现。据此，以下描述的示例是本发明具体实施例的示意性说明，且意在避免本发明没有被清晰地理解。

模块图中所示的元件或者模块是本发明的示范性实施例的示意性说明，并且在避免本发明没有被清晰地理解。同样应当理解到，贯穿本讨论，该元件可以被描述为分开的可包括子单元的功能单元，但是本领域技术人员将认识到，不同的元件或者其部分，可以被分成独立的元件或可被集成一起，包括被集成在单个系统或元件中。

此外，图中元件之间的连接并非旨在被限制为直接连接。相反，这些元件之间的数据可以被中间的元件修改、再构成(re-format)、或者进行其它改变。同样，可以使用附加的连接或更少的连接。还应当注意到，术语“耦接”或者“通信地耦接”应当被理解为包括直接连接、通过一个或更多中间装置的间接连接、以及无线连接。

说明书中引用“一个实施例”、“优选的实施例”、“实施例”或“多个实施例”指的是所描述的与实施例有关的具体特征、结构、特性、或者功能被包括在本发明的至少一个实施例中并且可以在不止一个实施例中。在说明书中不同位置出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“在多个实施例中”，不必是涉及同一个实施例或者多个实施例的全部。还应当理解到，这里所使用的术语“图像”或“多个图像”将指的是静止图像、视频图像、或者该两者。

A.概述

大多数立体(sterescopic)观察技术依赖于双眼视差(binocular parallax)暗示(cue)来生成三维(3D)图像。双眼视差是指看同一个3D目标或多个目标的立体图像对(即，两个不同的视角)。设置于头戴式显示器是这种观察装置中的一种，用户通过两个被分开的光学路径在其中看见两个分离的立体图像。广泛使用补色立体眼镜、快门式眼镜、以及偏光式眼镜来将单个屏幕上所显示的或纸上所印刷的的立体图像分开。

自立体图像显示技术也依赖于视差深度提示。但是，替代通过用户眼睛前面的眼镜来将立体视图分开，大多数自动立体的显示器设法控制显示空间中的光路径，从而在用户的空间中生成观察窗口。在每个观察窗口中，仅能看到一个单眼的图像。观察窗口进一步形成观察区域。由于观察区域的大小明显地大于人眼大小，所以用户能够在观察区域内自由地移动他的/她的头。大多数现有的自立体观察显示系统是基于平行栅栏技术或者基于凸透镜技术。

1.基于平行栅栏的显示器

使用平行栅栏的基本设计是，放置板条(strip)以阻挡从显示器发射的光线。黑白掩膜栅格通常被放置于显示器之前。每个小的白栅格充当将像素映如到观察空间内的针孔并允许用户从某一观察角度看到该像素(即创建观察窗口)，同时黑栅格从该观察角度阻挡相邻的像素。结果，在左边的观察窗口，用户看见在显示器上的一组像素，而在右边的观察窗口，用户看见在显示器上的另一组像素。左边观察窗口和右边观察窗口一起形成一个观察区域。可以形成一个以上观察区域。同样，通过增加显示器的分辨率并且使更多像素与每一栅栏狭缝相关联，在一个观察区域中可以建立多个观察窗口。

如之前所注意到的，基于平行栅栏的显示器具有若干缺陷。这些缺陷包括：并降低的亮度、视图之间的串扰、由小窗口所导致的衍射效应、受限的分辨率、单眼图像中的筛格效应、在横越观察区域时的图像突然跳动的(flipping)伪像，以及有限数量的观察窗口。

首先，由于基于平行栅栏的显示器使用光阻挡策略，从每个像素发射的光中仅小部分穿过栅栏窗口。从而，所观察的图像的亮度被减小。减小亮度问题的努力已包括在显示器之后放置栅栏掩膜。光在到达显示器像素之前通过栅栏被调整。

第二，视图之间的串扰可以是明显的。串扰是指观察区域的重叠，其能导致一只眼睛看见旨在给另一只眼睛的图像。当串扰明显的时候，大脑不能感知立体效果者不能正确地感知它。最小化串扰伪像的努力包括选择用于栅栏掩膜的栅栏间距或者在显示器后放置栅栏。

第三，在基于平行栅栏的显示器中使用小孔的能导致衍射。这个问题随着显示分辨率的增加变得更加尖锐。因为显示分辨率增加，栅栏孔的尺寸必须被减小，这导致更严重的衍射效应。因此栅栏的孔的尺寸由衍射极限所限制。

第四，基于平行栅栏显示器通常遭受到有限的分辨率的影响。对于具有n视图的显示器，单个视图的分辨率基本上是初始显示分辨率的1/n。由于观察必需等分初始显示的分辨率，基于平行栅栏的显示的分辨率被显示的初始分辨率所限制，其也被衍射以及由显示器制造商所能达成的分辨率所限制。

第四，由于每个视图仅看见与栅栏窗口相关联的n个像素栏中的一个像素栏，在每个视图中存在许多黑像素线。对于两个视图的情形，黑线为单个像素宽，交错于这些亮的像素中。黑像素线在单眼图像中产生“筛格效应”。减少筛格伪像的努力包括在相对于显示器的像素栏的角度处放置栅栏线。

第六，这些显示器可能遭受图像突然跳动的伪像。图像突然跳动的伪像是由于用户的眼睛与观察窗口的不正确对准所导致的。在两个视图的显示系统中，如果用户的左眼是在右观察窗口而用户的右眼是在左观察窗口，则用户将看见一组突然跳动的立体图像。对于多视图的显示系统，这种突然跳动的伪像在用户经过观察区域时发生。

最后，基于平行栅栏的显示器通常受到具有有限数量的观察窗口的损害。为了生成更多观察窗口，黑狭缝在狭缝窗口保持不变的同时必须更宽。在不增加伪像的情况下，增加观察窗口的数量是不可能的，比如被减小的亮度及筛格效应。

2.基于凸透镜的显示器

如以上所注意到的，基于平行栅栏的显示器的一个缺点是由于栅栏的窄垂直裂缝引起的低亮度。这个问题的一个解决方案是使用透镜来改善光集聚。所使用的透镜的一种形式是凸透镜板，该凸透镜板包含一组并行(side-by-side)放置的圆柱透镜。为使用凸透镜板以显示3D图像，板与2D显示器垂直对准。类似于平行栅栏显示器，如果对准两组像素(例如，左眼像素和右眼像素)，可以建立两个观察窗口从而形成一个观察区域。也能建立多个观察区域(具有L和R观察窗口)。如果多个像素与每个透镜对准，在一个观察区域中可建立多个观察窗口。由于在凸透镜板中的透镜是圆柱形状，所以仅产生水平视差。除在基于平行栅栏显示器上关于聚光能力的改善之外，与栅栏狭缝相比，凸透镜板也能提供更高的分辨率。

尽管与基于平行栅栏的显示器相比，基于凸透镜的显示器具有更好的亮度和分辨率的可能性，但基于凸透镜的显示器呈现出它们自身的缺点。第一，显示器的质量依赖于具有高质量的凸透镜板。但是，尤其是与栅栏掩膜相比较，制造高质量凸透镜板显然更困难并且更昂贵。另外，凸透镜板与显示器的对准也需要非常努力。此外，基于凸透镜的显示器还遭受到折磨基于平行栅栏的显示器的问题，诸如观察窗口之间的串扰、筛格问题、受限的分辨率、图像突然跳动、以及有限数量的观察窗口等。

3.基于光漫射的显示器

多视图3D显示的第三种类型使用光成形漫射器(light shaping diffuser，LSD)技术。利用光成形漫射器的装置的示例包括由匈牙利布达佩斯的Holografika所开发的被称为HoloVizo^TM的光场显示器(light-field display)，以及由在南加利福尼亚大学(University of South California)的创新技术学院(Institute for Creative Technologies)所开发的3D光场显示器。光成形漫射器是被使用于光学通信装置及LCD显示背光的一维光漫射器。当被投影机照亮时，光成形漫射器在水平方向具有小的漫射而在垂直方向具有大的漫射。

Holografika在它的HoloVizo^TM显示器中利用一维漫射特性。该显示器使用了照亮LSD屏幕的多个投影机。在水平截面视图中，假设屏幕仅在垂直方向漫射光，观看者仅能看见来自每个投影机的图像的一个非常细的狭缝。为了生成一个观察视角(viewing perspective)，这些来自不同投影机的细的狭缝必须被嵌合(mosaic)在一起。因此，显示器需要许多投影机一起工作。对于HoloVizo^TM显示系统，多达50个投影机被用于原型。假设水平漫射角度为1度，需要约60个投影机以生成60度视场(field-of-view)的多视图显示。

由在南加利福尼亚大学的创新技术学院所开发的光场显示器由高速视频投影机、通过全息漫射器所覆盖的旋转镜(spinning mirror)、以及用来解码被专门渲染的数字视频接口(Digital Visual Interface，DVI)视频信号的域可编程门阵列电路组成。高速视频投影机以及通过全息漫射器所覆盖的旋转镜生成360度视图。由在南加利福尼亚大学的创新技术学院所开发的光场显示器具有与HoloVizo^TM显示器相似的特性。

尽管这些显示器不共有基于平行栅栏的显示器和基于凸透镜的显示器的所有缺点，但是这些解决方案存在一些固有的问题。例如，可能存在串扰的问题、系统校准困难、及用于渲染的额外成本。

第一，对于HoloVizo^TM显示器，存在串扰的问题。串扰伪像可能被光漫射引入。理想的漫射器应当是完美的低通滤光器(即，完美的直角的)。但是，实际的材料具有类高斯的(Gaussian)的漫射模式。结果，两个相邻细狭缝之间可能存在串扰，这可能明显地使图像模糊或者生成锯齿形图像。

第二，两个系统都需要极其专业化且复杂的元件，并且需要复杂的系统校准。例如，由于HoloVizo^TM显示器中的图像是从来自许多投影机的图像段(segment)所嵌合的，这些投影机必须被正确地对准并校准。由在南加利福尼亚大学的创新技术学院所开发的光场显示器也需要专业化的设备和专业化的装备。

最后，对于图像渲染存在额外成本。对于HoloVizo^TM显示器，渲染成本至少部分地由其特殊的图像嵌合要求所导致。显示于投影机上的图像不是规则的3D电影的透视图像或者由标准OpenGL软件所渲染的图像。因此，必须采取额外的步骤以对每个投影机生成正确的图像。并且，对于由在南加利福尼亚大学的创新技术学院所开发的光场显示器，该系统需要被专门渲染的DVI视频信号。

B.自动立体显示器的实施例

本发明的实施例包括使用带回复反射的光成形漫射。这样的配置相对于之前的自动立体显示器具有若干益处。首先，这样的系统能使用投影机的全分辨率并能显示明亮的图像。本发明的系统仅用一个投影机生成每个视图图像，并且当用户在所指定的观察位置观看图像时不需要嵌合来自多个投影机的视图。另外，图像不需要被专门渲染的视频信号。因此，以上提及的专门的后渲染过程不是必要的。与基于平行的栅栏和基于凸透镜的显示器相比，本系统不会遭受到相同的分辨率极限的影响，本系统通常更亮，并且理论上能够产生大数量的观察窗口。对于本领域技术人员而言，另外的益处是显而易见的。

C.回复反射垂直光漫射屏幕(RRVLD)

在实施例中，本发明的自动立体显示器包括两层。第一层包括在一个方向具有小漫射角度而在另一方向具有大漫射角度的一维(1D)光漫射材料。图1示意了根据本发明的实施例的光漫射材料的示例。

如图1所示，穿过光漫射材料110的入射光线105在水平方向上以小角度115漫射，但在垂直方向上以大角度120漫射。就3D显示应用而言，优选在水平方向小角度漫射，同时优选在垂直方向大角度漫射。因此，这种类型的漫射屏幕可以被称作垂直光漫射屏幕。

屏幕的第二层是回复反射材料，其沿入射方向返射光线。图2示意了回复反射材料以及与光线的相互作用的示例。入射光线210或220撞击回复反射材料205并被反射。被反射的光线以与入射光线相同或接近相同的角度反射。从而，入射光线210具有沿着入射线210的方向被反射回的回复反射线215。并且，入射光线220具有沿着入射线220的方向被反射回的回复反射线225。

图3示意了根据本发明的不同实施例的回复反射的垂直光漫射屏幕300。图3中示意的屏幕305是由光漫射材料310与回复反射材料315组合所形成的。在实施例中，可以使用一维光漫射材料，诸如由加利福尼亚的Torrence的Luminit LLC所生产的光成形漫射器(LSD

)。光成形漫射器材料可以具有60°×1°的漫射角，尽管本领域技术人员将认知到可以使用其它的漫射角度。在3D显示系统的实施例中，光成形漫射器材料以60°漫射角在垂直方向被定向，而以1°漫射角在水平方向被定向。在各实施方式中，可以使用回复漫射材料或光电控制产品，该回复漫射材料是比如由明尼苏达州的St.Paul的3M公司所生产的3M^TM Scotchlite^TM反射材料，该光电控制产品比如是由康乃狄克州(Connecticut)的新英格兰(New Britain)的Reflexite Americas所生产的具有被金属化的背部的它的P66和AC1000。

如图3中所示意的，被导向回复反射的垂直光漫射屏幕305的光320穿过漫射材料并被沿着它的入射方向325(或基本上沿着入射方向)回复反射回去。回复反射的光然后由光漫射材料310漫射。光漫射材料310被配置以在水平方向330少量地而在垂直方向335大量地漫射所回复反射的光。因此，在其穿过漫射材料以后，由此所形成的漫射光是扇形。

D.显示系统实施例

1.一般显示系统实施例

图4示意了根据本发明的不同实施例的显示系统400。图4中所示的是回复反射垂直光漫射屏幕405以及投影机410。回复反射垂直光漫射屏幕405被用作显示屏幕。从投影机所发射的光线415被回复反射回投影机410并且创建了观察窗口425，该观察窗口425与投影机重叠。配置屏幕405使得在垂直方向以大漫射角度而在水平方向以小漫射角度来漫射反射光。由于垂直漫射效果，观察窗口是以投影透镜的孔为中心的垂直狭缝。狭缝425的宽度是屏幕的水平漫射角、距投影机的距离、以及投影透镜的孔的大小的函数。以下方程阐述了对于垂直狭缝的宽度的计算：

其中

W为狭缝的宽度；

D_a是投影透镜的孔径的大小；

Z_p是从投影机至屏幕的距离；以及

是屏幕的水平漫射角度。

应当注意到，具有大的垂直漫射角度的优点是观察窗口被延伸。在没有延伸的观察窗口情况下，观察窗口将与投影机透镜相一致，从而使得个体不可能观看所反射的图像。通过在垂直方向上延伸观察窗口，用户能在观察窗口中从投影机410之上或之下观看图像。

图5示意了根据本发明的不同实施例的3D显示系统500。图5中所示的是回复反射垂直光漫射屏幕505以及一组投影机510A-F。应当注意到，尽管图5示意了6个投影机，但可以使用附加的或更少的投影机。回复反射垂直光漫射屏幕505以如参考图4所描述的相似的方式被用作显示屏。也即，从投影机510x所反射的光线515被反射回至投影机510x并且创建与投影机重叠的观察窗口525x。例如，来自投影机510A的光被屏幕505反射和漫射，从而形成观察窗口525A。这种结果对于在显示系统500中的每个投影机是相同的，其中每个投影机510A-F分别生成相应的观察窗口525A-F。因此，通过增加更多的投影机，更多这种观察窗口被创建。

图5所示意的显示系统生成六个不同的观察窗口。每个观察窗口显示来自相应投影机的图像。通过在屏幕上显示经由投影机从多个视角(perspective)所捕捉的一组图像，用户能通过这些观察狭缝或窗口看见3D。例如，如果用户在一个观察窗口中以一只眼睛观看一个图像并在另一观察窗口中以她的另一眼睛观看另一透视图像，那么用户将感知到3D图像。在实施例中，缝(slot)的宽度可以足够小到用户通过以双眼在同一个观察窗口中观察同一图像，无法感知单眼图像。

本领域技术人员将认识到，图5中示意的类型的显示系统有若干优点。第一，图像是亮的。由于一维光漫射，用户将看见比在规则漫射屏幕上的图像或使用其它类似基于平行栅栏显示的立体方法的图像更亮的图像。

第二，显示屏幕能被配置成不同的形状。由于材料的回复反射特性，屏幕形状可以采用任意形式，诸如规则的平面、圆柱形状、球形状、或者几乎任何不规则的形状。这些形状变化不影响回复反射屏幕的重新聚焦特性。

第三，显示系统容易缩放(scalable)。例如，通过简单地增加更多投影机可以生成更多观察窗口。

第四，显示系统没有先前方案的分辨率限制。即使所有图像被投影在同一屏幕上，每个图像只在所指定的观察窗口中被看见；因此，分辨率可以与投影机的分辨率一样高。

第五，显示系统不会遭受到筛格效应的影响。由于用户在每个观察窗口从单个投影机感知一个全分辨率图像，所以图像中不存在筛格效应。

第六，显示系统不会遭受到图像突然跳动效应的影响。当用户横跨观察区域移动他的头并在他的左眼中感知右边图像而在他的右眼中感知左边图像时，突然跳动效应发生。显示系统没有重复的具有特定立体图像对(pair images)的观察区域，并且因此没有图像突然跳动问题。相反，每个观察窗口显示透视视图图像并且任意一对图像形成3D视图。例如，在各实施例中，观察窗口可以具有连续的透视视图图像，其中任意两个图像形成3D视图。

最后，显示系统潜在地能具有无限数量的观察窗口。尽管理论上显示器系统能生成无限数量的观察窗口，所能生成的观察窗口的数量取决于漫射材料的水平漫射角度，从投影机至屏幕的距离以及投影机的大小。

2.紧凑设计实施例

图6示意了根据本发明的不同实施例的显示系统的替代实施例。图6所示意的是对于显示系统600更紧凑的设计。所示意的显示系统600包括回复反射垂直光漫射屏幕605以及投影机610。作为使投影机615将图像直接地投影在屏幕605上的替代，投影机610将图像投影在分光镜620上。光从分光镜620反射或者被分光镜620分到回复反射垂直光漫射屏幕605上。回复反射的光，或者至少一部分被回复反射的光，穿过分光镜620以创建投影机635的虚拟位置设置在其中的观察窗口630。应当注意到，使用分光镜来折射光路径至少具有两个益处。第一，由于观察窗口被移至投影机的虚拟位置635，所以观察窗口630未被投影机阻挡。并且第二，显示系统具有紧凑的设计。在各实施例中，如果需要的话，第一表面镜(surface mirror)可被插入光学路径中以进一步折射光路径。例如，镜子能被用来弯曲光路径并允许投影机被更近地移向屏幕。

3.双屏幕显示系统实施例

尽管图6中描述的实施例形成了更紧凑的设计，观察窗口中由此所产生的图像可被感知为更低亮度，这归因于由分光镜的部分的能量损失。图7示意了根据本发明的不同实施方式，具有两个回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统从而处理光损失问题的可替代实施例。

图7示意了与图6中所示的显示系统600类似的配置700。在与图6示意的系统600相同或相似的配置中，所示意的显示系统700包括回复反射垂直光漫射屏幕705A及投影机710。如以上所注意到的，图6中的显示系统600的一个问题是，大约一般的能量在光每次穿过分光镜时被损失。因此，大约25％的光实际到达用户观察窗口630。这个问题的一个解决方案是，在与初始屏幕705B光学地镜面共轭(mirror-conjugated)的位置处放置次级回复反射垂直光漫射屏幕705B。这导致从次级回复反射垂直光漫射屏幕705B所反射的光与从主回复反射垂直光漫射屏幕705A所反射的形成观察窗口730的光相加。从而，使用图7中示意的显示系统700能在图6中示意的显示系统600上将图像亮度增加一倍。

4.偏振处理的(manage)显示系统实施例

图8示意了根据本发明的不同实施例的带回复反射垂直光漫射屏幕的显示系统的又一实施例。图8示意的显示系统800不但是可替代的显示系统，而且提供了关于图6中示意的系统600所注意到的能量损失问题的另一解决方案。

图8示意了与图6中所示的显示系统600的配置相类似的配置800。在按照图6中示意的系统600那样相同或相似的配置中，所示意的显示系统800包括回复反射垂直光漫射屏幕805以及投影机810。但是，如图8中所示意的，使用偏振敏感(polarization-sensitive)分光镜。这样的分光镜在光偏振方向与分光镜的偏振方向相匹配时，对于偏振光具有近100％的反射率，并且在光偏振方向与分光镜的偏振方向垂直的情况下，具有接近100％的传输率。从而，在光815被反射向屏幕805后，四分之一波长的板840被用来旋转光45°。当光自屏幕805被反射时，它在其又一次穿过四分之一波长的板840时，被旋转另一个45°。由此产生的光的偏振垂直于光815的偏振，并且将穿过偏振敏感分光镜820。从而，接近100％的光到达观察窗口830中的用户空间。这种方法能将观察窗口830中图像的亮度，在图6中示意的配置上增加3倍。

应当注意到，为简化说明，以单个投影机描述图6-8中显示的配置。本领域技术人员将认识到，附加的投影机可以被增加到所公开的系统中的任何一个。

5.附加层实施例

a)透明层实施例

当图像被投影到回复反射表面上时，大多数的光被回复反射回至图像源。但是，由于回复反射体不是完美的，一些光被漫射或者被沿其它方向反射。该漫射的或错误地反射的光能形成多余的称为重像的图像。

在反射表面上的抗反射涂层将从漫射中降低重像。但是，这种解决方案是非常昂贵的。作为可替代的解决方案，在此所提出的是在漫射器和回复反射材料之间的透明介质间隙(gap)。透明空间允许重像模糊在回复反射材料上，同时由于回复反射材料的聚焦能力而保持漫射器上的图像清晰。而且，前端漫射器层漫射已经被模糊的重像，这进一步淡化了重像。因此，用户将看见更暗并更模糊的重像，如果有的话。

如以上所讨论，当光漫射材料被放置在回复反射材料的前面时，光被回复反射层沿着入射方向反射回去，并且被光漫射材料漫射成扇形。由此形成的被反射的光线形成观察窗口。每个观察窗口显示投影机的图像。相应地，与回复反射的光漫射屏幕组合的多个投影机能产生多个观察窗口。如果这些窗口从不同的视角显示图像，多个投影机以及屏幕系统形成三维显示系统。也就是，通过使用投影机来显示从多个视角所捕捉的一组图像，用户能经由形成的观察窗口看见三维图像。但是，如果屏幕中存在瑕疵，可能形成重像。

在如以上讨论的光漫射器和回复反射屏幕系统的实施例中，图像被聚焦在漫射器和回复反射材料上。在漫射器上的回复反射图像和在回复反射材料上的重像两者都是清晰的。重像的漫射的或方向错误的光是在焦点上。如果重像足够亮，它能在观察窗口中被看到，并且就那个观察窗口而言，将干扰用户感知正确图像的能力。当重像明显时，用户也许不能感知立体视图。

在各实施例中，为减少重像的影响，在回复反射材料和光成形漫射器之间引入第三层。该层允许漫射的光进一步漫射，这导致它变得暗淡并明显地被模糊，同时仍然允许回复反射图像保持清晰。

图9示意了根据本发明的不同实施例的三层的回复反射的光漫射屏幕905的实施例。图9中示意的屏幕包括光漫射器910以及回复反射体915，光漫射器910与回复反射体915被透明介质920分开。在实施例中，透明间隙的宽度在10-30毫米之间，尽管可以使用其它宽度值。通过示例但非限制的方式，透明介质可以为玻璃、塑料、真空或几乎为真空的空间、或者透明(或基本上透明的)气体或复多种气体。

在投影机系统中，投影机被聚焦于第一层上——漫射器910。因此，在漫射器上的图像是清晰的。但是，因为由于用于图像在到达回复反射体915之前漫射的透明介质920引起空间存在，所以回复反射材料915上的图像被明显地模糊。如图9中示意的，在漫射器910上的图像点930是在回复反射体915上的模糊区域935。因此，在回复反射体上的图像是模糊的。

尽管大多数光将被正确地回复反射，一些光线(例如，940-x)被不完美地反射或漫射，并在不同的方向传播。这些光线在穿过漫射器910时将被进一步漫射。所以，此外，在穿过漫射器910之后，重像将被模糊并变暗。例如，光线940-1穿过漫射器910传播并进一步通过漫射器910被漫射，从而形成更分散并因此更暗的光线945。

图10示意了按照本发明的不同实施例的用于回复反射的光的图9的三层回复反射的光漫射屏幕。在回复反射体915上入射的大多数光将被回复反射回1005。因此，即使在回复反射体915上的图像是模糊的，回复反射的光线由于回复反射体915的回复反射特性，被聚焦930于光漫射器910上。因此，尽管引入了由透明介质920形成的间隙，回复反射图像保持清晰。

由于图像聚焦于光漫射器910上，在图像被漫射器910正确地漫射并由于正垂直地漫射但仅在水平方向轻微地漫射而形成观察窗口1010之后，在观察窗口1010中，用户将看见清晰的图像。并且，如果有的话，用户将看见更少的被严重漫射的重像。

应当注意到，三层屏幕的实施例也可以被使用在以上关于双层屏幕所讨论的实施例中。

b)凸透镜层实施例

凸透镜板包含许多并行排列的圆柱透镜(一维透镜)。由于这些透镜是一维的，凸透镜板仅在一个方向具有聚焦能力。凸透镜板已被用于透明类型和反射类型的三维显示中。例如，凸透镜反射屏幕(Lenticular reflection screen，LRS)包含两层：凸透镜板和规则漫射表面。在垂直方向，光在所有方向被漫射，而在水平方向，光首先被漫射然后通过一维透镜被重新聚焦返回至投影机。

尽管透镜反射屏幕已经被用于三维显示中，凸透镜反射屏幕具有明显的局限性。当将图像投影在凸透镜反射屏幕上时，投影机组不仅形成主观察区域而且形成侧(side)观察区域，类似于透明类型配置投影系统。如果附加的投影机被放置在主观察区域之外，在侧观察区域中，在投影的图像之间能发生串扰，其限制了凸透镜板系统的视场。图11示意这种凸透镜反射屏幕配置的示例。

图11示意了从凸透镜反射屏幕系统1100形成观察区域以及可存在于该系统中的串扰。在图11中的凸透镜反射屏幕系统包括典型的凸透镜反射屏幕1105以及投影机组1135。凸透镜反射屏幕1105为凸透镜板1110及规则漫射表面1115。凸透镜板1110由多个平行的一维透镜1110-x形成。投影机组1135将图像(诸如多视图图像组)投影到屏幕1105上。来自投影机组1135的光形成相应的包含多个观察窗口1140的主观察区域1120。在主观察区域1120中所形成的观察窗口1140的数量与在主观察区域1120中所放置的投影机的数量相同。可放置在主观察区域1120中的投影机的数量与观察窗口的宽度、投影机至屏幕的距离、及凸透镜透镜的视场相关。除主观察区域1120之外，具有相应的观察窗口组(例如，1145L和1145R)的若干侧观察区域因在凸透镜反射屏幕1105中使用规则漫射器1115的大漫射角而被形成。

如图11中示意的，来自投影机1130的光穿过透镜1110-1成像在点1155。光返回并在主观察区域1120中的观察窗口组1140中形成观察窗口1150。由于规则漫射器表面1115的大漫射角，在点1155的漫射光不仅到达透镜1110-1、而且到达相邻的透镜(例如，1110-2、1110-3、1110-4、1110-5等等)。结果，除形成在主观察区域1120中的观察窗口1140之外，多个观察窗口(例如，1155L以及1155R)被形成在侧观察区域(例如，分别在1125L以及1125R)——每个侧观察区域中一个。为简化图，仅两个侧观察区域(1125L以及1125R)中的两个观察窗口(1155L及1155R)被示出。

当多个投影机1135被用来在主观察区域1120中形成多个观察窗口1140时，在每一个侧观察区域，同样形成相应的观察窗口组(例如，在侧观察区域1125L中的观察窗口组1145L以及在侧观察区域1125R中的观察窗口组1145R)。

如果另一投影机1160被放置在侧观察区域1125L内，以将图像投影至屏幕1105上，来自投影机1160的光形成在侧观察区域1125L中相应的主观察窗口以及在主观察区域1120和侧观察区域1125R中的侧观察窗口，并且这些观察窗口能与由投影机组1135形成的观察窗口重叠。例如，来自在侧观察区域1125L中的投影机1160的光可能干扰来自在主观察区域1120中的投影机组1135中的投影机1130的光。相应地，反射的图像之间的串扰存在。如果串扰明显，它能阻碍用户感知立体图像的能力。

由于投影机或者投影机组不能放置在主投影机组的主观察区域之外而不产生串扰问题，所以典型的基于LRS的系统可能非常受限因为对于主观察区域，它的视场是受限的。图12示意了按照本发明的不同实施例，具有凸透镜层的回复反射的光漫射屏幕的实施例，该实施例延伸主观察区域。

在图12中所示意的是回复反射的光漫射屏幕1205，其包括凸透镜层1220、光漫射器1210、以及回复反射体1215。在实施例中，通过将凸透镜层1220与之前描述的双层回复反射的光漫射屏幕组合可以形成屏幕1205。配置凸透镜层1220使得光漫射器是在凸透镜层的圆柱透镜的聚焦平面f。穿过凸透镜透镜和光漫射器传播的入射光在入射光的方向由回复反射材料1215反射回去。光漫射器1210在垂直方向上以大角度但在水平方向上仅以小角度漫射所回复反射的光。较窄的水平漫射角允许光仅传播回到一个透镜，因此，只形成较大的主视场并且没有侧观察区域。所以，主视场1230比典型的LRS的主观察区域1235更大。

如图12中描述的这种屏幕1205具有若干优点。第一，屏幕1205消除了侧观察区域，并且因此减少串扰。第二，屏幕1205具有总体增加的视场以及延伸的主观察区域。如在图12中所示，与规则凸透镜屏幕(诸如在图11中的屏幕1105)的主观察区域1235相比，三个元件屏幕1205具有更大的主观察区域1230。并且最后，屏幕1205因为从凸透镜层的增加的焦距，而能够产生增加的亮度。

除减少与侧观察区域有关的串扰问题之外，带凸透镜层的回复反射的光漫射屏幕解决了另一个由于漫射器的漫射特性引起的串扰问题。图13示意了按照该发明的不同实施例，根据回复反射的光漫射屏幕实施例的观察窗口的光的分布。如在图13中示意的，漫射的光的光分布1305遵从高斯(Gaussian)分布。如在垂直方向上最佳所见，光在中心处最亮且亮度朝着顶端和底端减弱。漫射的光1305在水平方向也具有高斯分布。图14示意了漫射光1305的横截面的示例。

图14示意了根据按照本发明的不同实施例的回复反射的光漫射屏幕实施方式，两个相邻观察窗口1405-1和1405-2的横截面。如图14中所描述，自回复反射的光漫射屏幕从两个漫射的光区1410-1和1410-2形成两个相邻的观察窗口1405-1和1405-2。光区1410-1和1410-2遵从高斯分布，并由于光穿过光漫射器两次，漫射角是光成形漫射器的漫射角的大约2的平方根倍。

由于光遵从高斯分布，不存在良好定义的能量截止(cutoff)的边界。在实施例中，观察窗口可以被定义为光的强度在阈值或百分数之上的区域，诸如(通过示例并不限制性的)最大值的50％。由于该分布，一些能量可以漏至如在图14中示意的相邻观察窗口(域1430)。通过将凸透镜透镜层增加至回复反射的光漫射屏幕，凸透镜层聚焦漫射的光并形成更紧凑分布的光区。该更紧凑分布的光特性形成具有更良好定义的边界的观察窗口，并且减少或消除由于能量泄露引起的串扰。对于具有非常小的水平漫射角的回复反射的光漫射屏幕，凸透镜层可不提供明显的优点。但是，如果由屏幕形成的观察窗口呈现出明显的串扰，则增加凸透镜层可以帮助最小化该串扰。

应当注意到，带凸透镜层的回复反射的光漫射屏幕还可以用在如以上讨论的关于双层屏幕的实施例中。

c)凸透镜层和透明层实施例

图15示意了按照该发明的不同实施例示意的回复反射垂直光漫射屏幕的又一实施例。图15所示意的是回复反射的光漫射屏幕1505，其包括凸透镜层1520、透明介质层1525、光漫射器1510、以及回复反射体1515。这样的配置可以具有减少重像和减少串扰的益处。应当注意到，这样的屏幕还可以被用在如以上讨论的关于双层屏幕的实施例中。

E.显示系统实施例

图16示意了按照本发明的不同实施例至少具有一个回复反射垂直光漫射屏幕的多投影机显示系统。该系统包括回复反射的光漫射屏幕1605以及多个投影机1610。在所示意的系统1600中，投影机1610A-x可以处在计算系统1620的控制之下。在实施例中，计算系统包含(或可替代地以通信方式连接至)存储透视图像组的数据存储1630。计算系统1620经由投影机1610A-x协调在屏幕1605上透视视图的显示，从而生成自动立体显示。

本领域技术人员将认识到，图16中所示意的系统可以以多种方式配置，包括但不限于，使用在图5-10、12和15中示意的配置中的一个或多个。对本发明而言，没有特定的配置是决定性的。

应当注意到，使用能够处理数据的指令-执行/计算装置或系统可以实现本发明，包括但不限于，通用计算机及专用计算机，诸如旨在用于数据或图像处理的计算机。也可以用其它计算装置或系统来实现本发明。此外，可以以包括软件、硬件、固件、或者其组合的广泛多变的方式来实现本发明的各方面。例如，实践本发明的不同方面的功能可以通过元件来执行，该元件以包括分立的逻辑元件、一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或受程序控制的处理器的广泛多变的方式被实现。应当注意到，用以实现这些项的方式对本发明不是关键性的。

图17示意了可以以本发明的各方式来实现的指令-执行/计算装置1700的实施例的功能结构图。如在图17中示意的，处理器1702执行软件指令并与其它系统元件相互作用。在实施例中，处理器1702可以为通用处理器，诸如(以示例的方式但非限制性的)AMD处理器、INTEL处理器、SUN MICROSYSTEMS处理器、或者POWERPC兼容的CPU，或者处理器可以是一个应用专用处理器或多个处理器。耦接至处理器1702的存储装置1704提供对数据和软件程序的长期存储。存储装置1704可以为硬盘驱动和/或另外的能够存储数据的装置，诸如磁性或光学介质(例如，磁盘、磁带、光盘、DVD等等)驱动或者固态存储器装置。存储装置1704可以容纳通过处理器1702使用的程序、指令、和/或数据。在实施例中，存储于存储装置1704或从存储装置1704加载的程序或指令可以被加载至存储器1706并由处理器1702执行。在实施例中，存储装置1704容纳用于在处理器1702上执行操作系统的程序或指令。在实施例中，可能的操作系统包括但不限于UNIX、AIX、LINUX、Microsoft Windows、和Apple MAC OS。在实施例中，操作系统在计算系统1700上执行并控制计算系统1700的运行。在实施例中，数据存储1630可以为存储装置1704。

耦接至处理器1702的可寻址存储器1706可以被用来存储将由处理器1702执行的数据和软件指令。存储器1706例如可以为固件、只读存储器(ROM)、闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、随机存取存储器(RAM)、或者其任意组合。在一个实施例中，存储器1706存储多个软件客体，这些软件客体另外被称为服务、工具(utility)、元件、或模块。本领域技术人员也将认识到，在二者性能方面存储装置1704和存储器1706可以是相同的项目和功能。在实施例中，软件元件或模块的一个或多个可以被存储于存储器1704、1706中，并由处理器1702执行。

在实施例中，计算系统1700提供与其它装置、其它网络、或两者通信的能力。计算系统1700可以包括一个或多个网络接口或适配器1712、1714，从而通信地将计算系统1700耦接至其它网络和装置。例如，计算系统1700可以包括网络接口1712、通信端口1714、或者两者，其中每一个都通信地耦接至处理器1702，并且其可以被用来将计算系统1700耦接至其它计算机系统、网络、和装置。

在实施例中，计算系统1700可以包括一个或多个耦接至处理器1702的输出装置1708，以有助于显示图形和文本。输出装置1708可以包括但不限于：投影机、显示器、LCD屏幕、CRT监视器、打印机、触摸屏、或其它用于显示信息的装置。计算系统1700也可以包括图形适配器(未示出)，以帮助在输出装置1708上显示信息或图像。

耦接至处理器1702的一个或多个输出装置1710可被用来促进用户输入。输出装置1710可以包括但不限于：指示装置(诸如鼠标)、跟踪球、或触摸板，并且输出装置1710也可以包括将数据或指令输出至计算系统1700中的键盘或键区。

在实施例中，计算系统1700可以通过通信端口1714、网络接口1712，接收存储器1704/1706中存储的数据的输入，还可以通过输入装置1710从扫描仪、复印机、传真机、或其它计算装置接收输入。

本领域技术人员将认识到，没有计算系统对本发明的实施是关键性的。本领域技术人员也将认识到，以上描述的许多部件可以是物理上和/或功能上被分成子模块或被组合在一起。

应当注意到，本发明的实施例可以进一步涉及带计算机可读介质的计算机产品，在该计算机可读介质上具有用于执行各种计算机执行的操作的计算机代码。媒介和计算机代码可以是为本发明的目的而被专门设计和构建那些代码，或者它们可以是相关领域中的技术人员已知的或可以利用的类型。计算机可读媒介的示例包括但不限于：磁性媒介(诸如硬盘、软盘、以及磁带)；光媒介(诸如CD-ROM以及全息装置)；磁光媒介；以及被专门配置以存储或以存储并执行程序代码的硬件装置(诸如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、闪存装置、以及ROM和RAM装置等)。计算机代码的示例包括机器代码(诸如通过编译器生成的)、以及包含由计算机执行的使用注释器(interpreter)的高级代码的文件。本发明的实施例可以以整体或部分地被实现为机器可执行的指令，该指令可以在由计算机执行的程序模块中。程序模块的示例包括库、程序、例行程序、对象、元件、以及数据结构。在分布式的计算机环境中，程序模块可以被物理地设置在本地的、远程的、或以上两者的装置中。

虽然本发明容许各种修改和替代形式，其具体示例已在图中示出，并且该具体示例在本文被详细描述。但是应当理解到，本发明不限于所公开的具体形式，而是相反地，本发明将覆盖落入所附权利要求范围中的所有修改、等同、及替代。

Claims

1.一种屏幕系统，其包括：

屏幕，其包括：

二维回复反射表面，其被配置为回复反射穿过漫射层的图像以形成反射的图像；

所述漫射层，其从所述二维回复反射表面接收所反射的图像并漫射所反射的图像，以通过在第一方向以大的漫射角漫射所反射的图像而在第二方向以小的漫射角漫射所反射的图像，形成对应于所述图像的观察窗口；以及

透明介质，其被放置在所述二维回复反射表面和所述漫射层之间，所述透明介质允许所述图像在所述二维回复反射表面焦点之外，并且其中未被所述二维回复反射表面回复反射的所述焦点之外的图像中的至少一部分被所述漫射层漫射。

2.如权利要求1所述的屏幕系统，进一步包括：

多个投影机，每个投影机具有唯一的位置并被配置以将唯一的图像投影到所述屏幕上，以形成对应于所投影的图像的观察窗口。

3.如权利要求2所述的屏幕系统，其中：

所述屏幕系统形成对应于多个由多个投影机所投影的多个图像的多个观察窗口，把所述多个观察窗口置于适当的位置，使得用户通过用第一只眼在选自所述多个观察窗口的第一观察窗口处观察第一唯一透视图像而用第二只眼在选自所述多个观察窗口的第二观察窗口处观察第二唯一透视图像，能观看三维图像。

4.如权利要求2所述的屏幕系统，进一步包括：

分光镜，其被放置在所述多个投影机中的至少一个和所述屏幕之间的光路径中，以将投影的图像指向所述屏幕并且以将从所述屏幕反射的所述投影的图像指向形成观察窗口的位置，该观察窗口与所述多个投影机中的所述至少一个是空间上分离的。

5.如权利要求4所述的屏幕系统，其中所述屏幕是第一屏幕并且所述系统进一步包括：

第二屏幕，其包括：

二维回复反射表面，其被配置以回复反射穿过漫射层的图像，以形成反射的图像；

透明介质，其被放置于所述二维回复反射表面和所述漫射层之间，所述透明介质允许所述图像在所述二维回复反射表面焦点之外，并且其中未被所述二维回复反射表面回复反射的所述焦点之外的图像中的至少一部分被所述漫射层漫射；

以及所述第二屏幕被配置以在观察窗口处增加所述图像的亮度，该观察窗口与从所述第一屏幕形成的观察窗口相一致。

6.如权利要求5所述的屏幕系统，其中所述第二屏幕被置于相对于所述第一屏幕光学地镜面共轭的位置。

7.如权利要求4所述的屏幕系统，其中所述分光镜是偏振敏感分光镜并且所述系统进一步包括放置在所述屏幕和所述分光镜之间的光路径上的四分之一波长板。

8.如权利要求2所述的屏幕系统，进一步包括：计算装置，其通信地耦接至所述多个投影机以协调对图像的投影。

9.一种屏幕系统，其包括：

屏幕，其包括

凸透镜层，其接收图像并将该图像聚焦到光漫射器层上，并且该凸透镜层接收来自光漫射器层的漫射的反射的图像、并聚焦所述漫射的反射的图像以形成观察窗口；

所述光漫射器层，位置在所述凸透镜层的焦点平面，所述光漫射器层接收来自所述凸透镜层的所述图像并接收来自所述二维回复反射表面的反射的图像并漫射所述反射的图像以形成所述漫射的反射的图像；以及

所述二维回复反射表面，其从所述光漫射器层接收所述图像并且将所述图像的至少一部分回复反射返回至所述光漫射器层以形成所述反射的图像。

10.如权利要求9所述的屏幕系统，进一步包括：

多个投影机，每个投影机具有唯一的位置并被配置以将唯一的图像投影至所述屏幕上，以形成对应于所投影的图像的观察窗口。

11.如权利要求10所述的屏幕系统，其中：

所述屏幕系统形成对应于由多个投影机所投影的多个图像的多个观察窗口，把所述多个观察窗口置于适当位置，使得用户通过用第一只眼在选自所述多个观察窗口的第一观察窗口处观察第一唯一透视图像而用第二只眼在选自所述多个观察窗口的第二观察窗口处观察第二唯一透视图像，能观看三维图像。

12.如权利要求10所述的屏幕系统，进一步包括：

分光镜，其被放置在所述多个投影机中的至少一个和所述屏幕之间的光路径中，以将投影的图像指向所述屏幕并且将从所述屏幕反射的所述投影的图像指向形成观察窗口的位置，该观察窗口与所述多个投影机中的所述至少一个是空间上分离的。

13.如权利要求12所述的屏幕系统，其中所述屏幕是第一屏幕并且所述系统进一步包括：

第二屏幕，其包括：

凸透镜层，其接收图像并将该图像聚焦到光漫射器层上，并且该凸透镜层接收来自光漫射器层的漫射的反射的图像并聚焦所述漫射的反射的图像以形成观察窗口；

所述二维回复反射表面，其从所述光漫射器层接收所述图像并且将所述图像的至少一部分回复反射返回至所述光漫射器层以形成所述反射的图像；

以及所述第二屏幕被配置以在观察窗口处增加所述图像的亮度，所述观察窗口与从所述第一屏幕形成的观察窗口相一致。

14.如权利要求13所述的屏幕系统，其中所述第二屏幕被设置在相对于所述第一屏幕光学地镜面共轭的位置。

15.如权利要求12所述的屏幕系统，其中所述分光镜是偏振敏感分光镜并且所述系统进一步包括设置在所述屏幕和所述分光镜之间的光路径上的四分之一波长板。

16.如权利要求10所述的屏幕系统，进一步包括：

计算装置，其通信地耦接至所述多个投影机以协调对图像的投影。

17.如权利要求9所述的屏幕系统，进一步包括：

透明介质，其被放置在所述二维回复反射表面和所述光漫射器层之间，所述透明介质允许所述图像在所述二维回复反射表面焦点之外，并且其中未被所述二维回复反射表面回复反射的所述焦点之外的图像中的至少一部分被所述光漫射器层漫射。

18.一种用于制造三维显示器的方法，其包括：

将屏幕置于适当的位置，以从多个投影机接收投影的图像，所述屏幕包括：

二维回复反射表面；

漫射层，其被配置在第一方向用第一漫射角并在第二方向用第二漫射角，所述第一漫射角实质上大于所述第二漫射角，所述漫射层被配置以接收从所述二维回复反射表面所反射的图像并被配置以漫射所述图像从而形成对应于所述图像的观察窗口；以及

至少一附加层，其或者包括置于所述二维回复反射表面和所述漫射层之间的透明介质，或者包括被置于适当位置，使得所述漫射层在所述凸透镜层和所述二维回复反射表面之间的凸透镜层并且所述漫射层也被置于适当位置以便所述漫射层在所述凸透镜层的焦点平面处；

配置投影至所述屏幕上的所述多个投影机，每个投影机具有唯一的位置并被配置以将具有唯一的透视视图的图像投影至所述屏幕上，从而形成对应于所投影的图像的观察窗口；

其中，对应于由所述多个投影机所投影的所述多个图像形成多个观察窗口，把所述多个观察窗口置于适当位置，使得用户通过用第一只眼在选自所述多个观察窗口的第一观察窗口处观察第一透视图像而通过用第二只眼在选自所述多个观察窗口的第二观察窗口处观察第二透视图像，能观看三维图像。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

将分光镜置于所述多个投影机中的至少一个和所述屏幕之间的光路径上，以将所投影的图像指向所述屏幕并且将从所述屏幕反射的所述投影的图像指向形成观察窗口的位置，该观察窗口与所述多个投影机中的所述至少一个是空间上分离的。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述分光镜是偏振敏感分光镜并且所述方法进一步包括：

将四分之一波长板置于所述屏幕和所述分光镜之间的光路径上。