CN111971620A

CN111971620A - 显示系统

Info

Publication number: CN111971620A
Application number: CN201980024731.0A
Authority: CN
Inventors: 盖伊·克拉默
Original assignee: Super Stealth Biotech
Current assignee: Super Stealth Biotech
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2039-02-13
Also published as: US11722649B2; JP2021514489A; US20220279152A1; CN116009347A; JP7242690B2; EP3756048A4; CN111971620B; EP3756048B1; EP3756048C0; CA3091398A1; EP3756048A1; WO2019161478A1; KR20200119333A; US20210092335A1; JP2023071919A; US11343475B2; EP4528209A2

Abstract

本发明涉及显示系统，该显示系统使用由透镜各种布置制成的材料和其他光学材料。这些材料的精心设计和使用可以用于实现具有许多期望视觉效果的显示系统，这些视觉效果可应用于图像和视频显示器、虚拟现实、沉浸式环境，以及建筑、艺术、娱乐和交互系统。

Description

显示系统

相关申请

本申请要求于2018年2月20日提交的美国临时专利申请第62/632,526号和2018年7月4日提交的美国临时专利申请第62/693,959号的优先权，上述申请中的每个的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及改进的显示系统，并且特别地涉及使用与光相互作用的材料来创建适用于模拟或沉浸式环境的改进的显示器。

背景技术

已知结合允许用户至少部分地与模拟环境交互的增强现实技术、模拟器、虚拟现实系统使用的显示系统。尽管有时利用音频或触觉反馈来增强这样的系统，但是该传统系统通常依赖于计算机监视器或立体显示器，并且本质上主要是视觉的。受欢迎的示例包括飞行模拟器视频游戏，其中玩家在计算机模拟的数字环境中驾驶虚拟飞机。

增强现实(AR)通常是指真实世界对象和计算机生成的数字数据的组合。传统上，AR使用被数字处理并通过添加计算机生成的图形增强的视频和图像。

还已知涉及使用捕获和跟踪用户的位置和移动的摄像机的系统。例如，美国专利第8,009,022号描述了一种系统，该系统包括捕捉用户位置和移动的深度摄像机、以三维(3D)向用户呈现虚拟环境的3D显示装置以及触觉反馈装置，该触觉反馈装置通过向用户施加例如力、振动和运动中的一个或更多个来经由触觉与用户对接以在他或她与虚拟环境中的虚拟对象交互时提供触觉反馈。

当用户移动通过他的物理空间时，他或她的图像被深度摄像机捕获。来自该深度摄像机的数据被解析以将用户的位置与虚拟环境中的位置相关联。在用户位置或移动使用户在虚拟环境中的表示触摸虚拟对象的情况下，向用户提供对应的触觉反馈。通过使用耦合到用户手臂的手套来提供触觉反馈，该手套包含可以向用户提供温和电刺激的多个电极。当用户在他或她的物理环境中做出与抓握虚拟圆柱相对应的移动时，系统可以确定这已发生，并且向用户的手掌和手指提供触觉反馈，该触觉反馈向用户提供如同他或她已经抓握物理空间内的物理圆柱的类似的触觉体验。

其他形式的交互式或虚拟系统包括促成隐藏、伪装和其他模拟视觉效果的显示器。这有助于激发对光和光弯曲材料的研究以及对有效布置光学仪器的相关研究，以实现期望的效果。对于有时被称为变换光学的研究领域，在尝试建模方面已经取得了许多理论上的进展达成理论框架。

尽管存在许多模拟感兴趣且有用的视觉环境的系统，但是这样的系统通常被证明是昂贵的，需要复杂且强大的处理能力、用于跟踪位置和移动的摄像机、以及使所生成或显示的视频数据适于预期的视觉表象的算法。因此需要改进。本发明的目的是使用有成本效益的方法提供用于模拟、交互式显示或沉浸式环境的改进的系统。

发明内容

本发明的各方面涉及显示器和模拟系统，其使用由透镜的各种布置制成的材料和其他光学材料来实现视觉效果，其可应用于显示系统、虚拟现实、沉浸式环境以及建筑、艺术、娱乐、显示器、交互式系统等。这些材料利用电磁光谱中的光和其他射线的折射和反射来实现期望的视觉效果。

由多个透镜构成的、被布置成折射或反射可见、近红外、近紫外或其他形式的光或更一般的电磁波中的一种或更多种的材料，被用于实现期望的视觉效果和模拟环境以及沉浸式体验。这样的材料的示例是柱状透镜片，其可以具有线性或非线性形状透镜的规则或半规则图案，其可以与透镜内的线性线混合以至少部分地反射或折射光。典型的透镜塑料片是半透明塑料片，其具有一个光滑的面，而另一面由被称为微透镜的小凸透镜制成，该小凸透镜允许将二维(2D)图像转换为各种视觉错觉。每个微透镜用作放大镜以放大并且显示下面(即，在光滑面上)的图像的部分。可以使用的其他材料包括被称为蝇眼透镜阵列的小球面透镜阵列，或者由大量小凸透镜组成的屏幕。可以使用的材料的另一示例是线性或阵列棱镜片。

根据本发明的一个方面，提供了一种显示系统，该显示系统包括：第一透镜片，其具有第一极性，用于从第一投影仪接收图像；第二透镜片，其具有第二极性，该第二透镜片靠近第一透镜片；其中，第一极性与第二极性相反，并且其中，在第一投影仪使第一图像穿过第一透镜片投影到第二透镜片上时，第一图像在第二透镜片上可见但在第一透镜片上不可见。

根据本发明的一个方面，提供了一种防暴盾牌，该防暴盾牌包括：透明本体，其具有外表面和内表面；第一透镜片，其具有第一极性，该第一透镜片设置在外表面之上；第二透镜片，其具有第二极性，该第二透镜片被靠近内表面和第一透镜片设置，第一极性与第二极性相反，其中，在与第一图像源通信的第一投影仪使图像穿过第二透镜片投影到第一透镜片上，该图像在第一透镜片上可见但在第二透镜片上不可见。

根据本发明的一个方面，提供了一种显示系统，该显示系统包括：第一透镜片，其具有第一极性，从第一投影仪和第二投影仪接收第一图像，并且从第二投影仪接收第二图像；第二透镜片，其具有第二极性，该第二透镜片靠近第一透镜片；其中，第一极性与第二极性相反，并且其中，当第一投影仪使第一图像穿过第一透镜片投影到第二透镜片上时，第一图像和第二图像在第二透镜片上可见但在第一透镜片上不可见，并且其中，在相对于第二透镜片的第一位置处，第一图像对于观察者可见但第二图像对于观察者不可见，并且在相对于第二透镜片的第二位置处，第二图像对于观察者可见但第一图像对于观察者不可见。

根据本发明的一个方面，提供了一种显示系统，该显示系统包括：第一透镜片，其具有第一极性，用于从第一投影仪接收图像；以及多个第二透镜片，每个第二透镜片具有第二极性，该多个第二透镜片被布置成彼此相邻以形成靠近第一透镜片的至少部分封闭的空间；其中，第一极性与第二极性相反，第一投影仪使图像穿过第一透镜片投影到第二透镜片中的至少一个的内表面上，并且从封闭空间外部看第二透镜片中的任何两个不同第二透镜片的外表面的观察者，观察到看起来在封闭空间内形成的虚拟假目标图像的不同视图。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用透镜片的方法，该方法包括：将具有第一极性的第一透镜片放置成靠近具有第二极性的第二透镜片，第一极性与第二极性相反；以及使表示对象的图像数据穿过第一片投影到第二片上，其中，在第一投影仪使第一图像穿过第一透镜片投影到第二透镜片上时，第一图像在第二透镜片上可见但在第一透镜片上不可见。

根据本发明的一个方面，提供了一种将图像投影到半透明显示表面上的方法。该方法涉及：使用投影装置将图像或视频播送穿过沿一个平行方向(例如，左/右或水平)延伸的微透镜的一个透镜片，并且然后在距第一片较远的距离处，使图像投影到具有以相反极性(例如，上/下或垂直)延伸的微透镜的第二透镜片上，使得图像交织在第二片上，从而在第二透镜片上产生图像或视频，该第二透镜片在图像未被投影的区域中保持半透明。由于第一片接近投影源而引起的图像的拉伸以及第一片与第二片之间的距离可以通过以下操作来弥补：调整投影内的图像，从而补偿拉伸以使得图像在第二片上呈现为正常的宽高比。

根据本发明的一个方面，提供了一种被动显示系统，该被动显示系统具有：遮罩，其上具有图像；双面透镜片，其具有第一极性，该双面透镜片被设置成靠近该遮罩，其中，在相对于该双面透镜片的第一位置处，图像的第一视图对于观察者可见；并且在相对于该双面透镜片的第二位置处，第二观察视图对于观察者可见但第一视图对于观察者不可见，其中，所述第二位置不同于第一位置并且所述第一视图不同于所述第二视图。

附图说明

在附图中，仅通过示例的方式示出了本发明的实施方式。

图1是示出折射定律涉及可见光时的折射定律的原理的示意图；

图2是柱状透镜片的部分截面示意图；

图3是具有接近投影仪的垂直极化的片的实施方式的示意图，由此投影的视频图像被感知为具有在上方和下方的重像的亮水平带；

图4是具有更接近投影仪的第一片和在其上显示图像的第二片的实施方式的示意图；

图5是具有更接近投影仪的第一片和在其上显示图像的第二片的实施方式的示意图；

图6是其中假目标图像通过具有与显示片的极性相反的极化透镜的投影仪透镜被投影的实施方式的图；

图7是其中假目标图像被投影到两面具有相反极性的透镜的显示片上的实施方式的图；

图8是用于使假目标图像投影到其上的两个假目标片的示意性框图；

图9描画了其中图像被投影在形状像半圆柱的弯曲透镜组上的实施方式；

图10描画了其中图像被投影在形状像半圆柱的弯曲透镜组上的另一实施方式；

图11描画了其中图像被投影在形状像半圆柱的弯曲透镜组上的另一实施方式；

图12描画了其中图像被投影在形状像半圆柱的弯曲透镜组上的又一实施方式；

图13描画了其中图像被投影到球形显示器上的实施方式的示意图；

图14是其中显示器包括用于显示从不同有利位置可见的不同图像的多个表面的实施方式的示意图；

图15是其中显示器包括用于显示从不同有利位置可见的不同图像的多个表面的实施方式的示意图；

图16是其中显示器包括用于显示从不同有利位置可见的不同图像的多个表面的实施方式的示意图；

图17是具有两个以固定距离间隔放置的投影仪的显示系统的实施方式的示意图，该显示系统还包括两个设置在其间的相反极性的透镜片；

图18是具有两个以固定距离间隔放置的投影仪的显示系统的另一实施方式的示意图，该显示系统还包括两个设置在其间的相反极性的透镜片；

图19是进一步利用镜子的图4的实施方式的变型的示意图；

图20是进一步利用镜子的图17或图18的实施方式的变型的示意图；

图21是本发明的实施方式的示例性虚拟现实房间的示意图，其中看同一面墙的不同用户具有不同的视图；

图22是本发明的实施方式的另一示例性虚拟现实房间的示意图，其中投影仪具有内置在其各自的投影仪透镜中的偏振透镜；

图23是具有圆柱形配置以显示可以以视角相关方式观看的两个不同图像的显示系统的示意图；

图24是用于通过利用被布置成包围空间的透镜片的视角相关视图来模拟在某位置处的3D对象的显示系统的示意图；

图25是在本发明的示例性实施方式中采用预失真来补偿在投影图像中观察到的失真伪象的系统的示意图；

图26至图28是本发明的实施方式的示例性防暴盾牌的示意性框图；

图29是示出了用于模拟三维图像的柱状透镜(lenticular lenses)的框图；

图30是具有用于显示图像和视频的柱的车辆的内部的简化示意图；

图31是本发明的实施方式的示例性被动显示系统的部件的简化框图；

图32是使用图31的部件构造的用于使用透镜片的视角相关性质来模拟运动视差的被动显示系统的简化框图；以及

图33是通过将两个单面透镜片背靠背放置而制成的其他双面线状透镜片的简化示意图。

具体实施方式

如上所述，本发明的实施方式涉及显示系统和模拟环境，其使用由透镜的各种布置制成的材料和其他光学材料来实现独特的视觉效果，该视觉效果可应用于显示系统、虚拟现实、沉浸式环境、建筑、艺术、娱乐、交互系统、协作系统等。这些材料利用光及电磁谱中的其他射线的折射和反射，以获得期望的视觉效果。

折射原理

通常观察到，以斜角进入材料介质的光线改变其方向。这种现象被称为折射。折射通常涉及由于传播速度的变化而引起的波传播方向的变化。在光的情况下，折射可以追溯到光进入介质时的减慢，并且光速从光的真空速度c≡3x10⁸减小到c/n，其中n是介质的折射率。

图1描画了折射定律(也被称为斯涅耳定律)的图。入射光线106从初始点P₁行进穿过第一介质102(例如空气)并且进入第二介质104。入射线106在界面110处折射，使得折射线108的轨迹到达点P₂。这通过费马的最小时间原理来解释，该原理说明光将沿着需要最小时间的路径从一个点行进到另一点。因此，入射角θ₁和折射角θ₂必须使得从P₁到P₂的光程长度最小化。如图1所示，如果第一介质和第二介质的折射率分别为n₁和n₂，则斯涅尔定律说明n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂。

如上所述，已知由大量透镜构成的材料，这些透镜的子集被布置成彼此相邻或非常接近，以折射可见光、近红外光和/或近紫外光。典型的示例是柱状透镜片。柱状透镜片可以由半透明塑料制成。此外，一些柱状透镜片的一面可以是光滑的，而相对面可以由被称为微透镜的小凸透镜构成。这些微透镜可以使场景的否则普通的二维视图看起来具有各种有趣的视觉效果。例如，微透镜可以用作放大镜。

图2是柱状透镜片的部分截面示意图。如图所示，柱状透镜片200包括多个透镜或微透镜202。来自柱状透镜的图像可以在与视角204对应的V形观看区域内被观看。视角204可以小或者大。从观看者仅需要稍微转动头部并且将看到不同的图片集的意义上来说，小视角204使得图片对改变非常敏感。对于宽视角204透镜，观看者可以进行他的头部的相对大的位移或转动以看到不同的图片集，因此观看的变化对头部位置或取向的位移不那么敏感。作为结果，窄视角透镜有利于三维(3D)效果，而宽视角透镜有利于动态打印，例如动画、翻转、变形或缩放。

在不需要特殊眼镜或没有其他障碍的情况下向观看者呈现三维图像的显示器有时被称为自动立体。进行呈现的第一自动立体方法是屏障技术(barrier technique)，其涉及将两个或更多个图像分成条带，并且将它们排列在一系列垂直排列的相同频率的不透明条之后。该技术在G.A.Bois-Clair的绘图中被演示，当观看者走动时，该绘画看起来从一个图片改变为另一图片。

之后，物理学家Gabriel M.Lippmann在图片表面使用一系列透镜而不是不透明的屏障线，并且能够记录在所有方向上具有视差的完整空间图像。该过程利用被称为复眼透镜阵列或积分透镜阵列的小球形透镜阵列来记录和回放图像。

若干科学家通过结合柱状透镜阵列简化了整体透镜阵列。柱状透镜片由厚的平凸柱型透镜的线性阵列组成。透镜片是透明的，并且构成焦平面的背面是平坦的。透镜片在光学上也类似于视差屏障屏。现在，存在用于动画、3D以及大规格和批量生产技术的特定透镜设计。

用于制造柱状透镜片的传统材料被制造得尽可能清晰，同时保持折射光的能力。材料的更高的透明度通常是期望的，并且在诸如印刷的一些应用中，可以以高透射率实现更清晰且更好的视觉效果。该材料还应该足够稳定以减少热致变形，使得柱状透镜片可以用于许多上下文下，例如被卷绕以用于运输或用于印刷机中。柱状透镜片通常由丙烯酸、聚碳酸酯、聚丙烯、PVC和聚苯乙烯制成。透镜可以以适当的密度被布置，通常一般地被度量和表达为每英寸的透镜(lens per inch，LPI)。

这些透镜的布置的典型实施方式提供了如图2所描画和之前讨论的V形观看区域。对观察者的位置的改变的图像灵敏度取决于视角204。小视角204使得图片对改变敏感，因为观看者仅需要稍微转动头部并且将看到不同的图片集。对于广角透镜204，观看者可以进行相对较大的头部转动以看到图片的不同集，因此改变不是那么敏感。结果，窄视角透镜适合于三维效果和动态打印。

用于制造柱状透镜片的材料优选是稳定的，使得减小热变形，同时该材料保持柔性，使得其可以用于印刷机，以及被卷绕以用于运输。

透镜片的制造

柱状透镜片通常使用为了制造柱状透镜片的目的而定制的机器或装置来制造。一种这样的装置在2005年8月30日提交的题为“Lenticular lens pattern-forming devicefor producing a web roll of lenticular lens”(“用以制作凸透镜式片材卷的凸透镜成型装置”)的已公布的美国专利申请US2005/0286134A1中得到描述，该专利申请的全部内容据此通过引用被并入。所公布的申请描述了一种凸透镜以及用于制造该透镜特别是凸透镜式片材卷的方法，使得透镜的精加工操作(如切割、层合等)和各种最终应用(如贴标)能够或适于与透镜式片材本身的制造顺序连接地进行。该公布还公开了一种凸透镜成型装置，该装置包括可绕中心纵轴旋转的壳体。该壳体具有外表面，该外表面具有凹槽图案。该凹槽图案包括在外表面上沿周向和纵向延伸的凹槽，并且凹槽具有基本上相等的凹槽宽度。纵向延伸的凹槽基本上平行于中心纵轴，并且凹槽覆盖壳体的外表面。此外，本发明还包括一种使用凸透镜成型装置来生产凸透镜片材卷的方法，该方法可以用于制作双柱面图像网。该图像网可用于产生诸如壁纸、横幅、标签等的最终产品。

稍后将描述的本发明的一些实施方式涉及使用柱状透镜片以实现改进的伪装。例如，一种合适类型的柱状透镜片已经在2009年10月20日提交的题为“Plastic sheets withlenticular lens array”(“具有柱状透镜阵列的塑料片”)的美国专利第8,411,363号中描述，其内容通过引用并入本文。该专利公开了一种透镜片，其包括具有至少两个部分的第一表面、相对的第二表面、以及形成在第一表面的多个柱状透镜。第一表面的每个部分包括每厘米一定数量柱状透镜，该数量不同于第一表面的相邻部分的每厘米的柱状透镜的数量。

存在若干种可以用于制造柱状透镜片的材料。这些包括非无定形并保持其结晶度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET具有优异的清晰度、良好的阻气性以及良好的耐油脂性和耐溶剂性。如果要对工件进行最终模切、层压或制造，则聚丙烯(PP)也是合适的。也可以使用通过将通过精炼石油产生的乙烯与由岩盐产生的氯结合而制备的聚氯乙烯(PVC)。

将描述本发明的示例性实施方式的包含透镜的各种类型的材料的特定应用和用途、制备这样的材料的方法和实施这样的材料的制品。

视觉隐藏和欺骗在许多环境下是有用的，例如猎捕，其中常常设置假目标(decoy)以吸引相同类型的动物或由假目标表示的动物的捕食者。通常，这些假目标按比例是实物大小，这意味着假目标的尺寸可以是鹿或麋鹿的实物大小版本。因此，物理假目标难以进入和离开某一区域。

然而，由于透镜片材几乎是透明的，因此背景色允许其在任何季节、白天或夜晚融入任何环境中。由于可以将不同的图像投影到由透镜片制成的显示器上，并且实际上可以不受限制地选择要显示的假目标图像，因此避免了提供不同的大的物理假目标的需要。

使用两个相反极性的透镜片可以用于通过如下将描述的交织(interlacing)来创建图像。这样的技术允许创建独立假目标，其中投影仪播送固定假目标或假目标放牧的视频。

对于具有相反极性的两个片，如果在第一片中透镜或微透镜的布置是沿着第一特定方向(例如，水平或从左到右)，那么在具有相反极性的第二片中，透镜或微透镜将沿第二方向设置，第二方向与第一方向成90度(垂直)或约90度(例如，竖直或从上到下)。

具有交织效果的单向投影

图3是具有接近投影仪301的垂直偏振片305的实施方式的示意图，由此投影的视频图像被感知为亮水平条带303，并且可以包含在条带303上方和下方的重像。片305的垂直极性导致条带303的水平对准。

添加第二水平偏振片307使得片305如图所示处于投影仪301与第二片307之间，这允许将投影的视频图像正确地显示在第二片307上。

第二片307中的透镜以相反极性(即，水平极性)延伸，由此在第二片307上创建视频图像309，第二片307在图像309未被投影到的区域中保持半透明。使用黑色背景来记录目标或假目标，在所描画的图像周围产生半透明背景。

第一片305和第二片307可以用在防暴盾牌(riot shield)上。当在防暴盾牌上使用时，将防暴盾牌保持在适当位置的对象(例如警官，或在实验装置中保持盾牌的三脚架)的本体在盾牌后面时被隐藏而不被观看者看到。此外，视频图像309在盾牌上的位置是视相关角的。

投影仪301可以是大2000流明或更大的投影仪或手持式200流明便携式电池供电的投影仪，并且观察到类似的效果。因此，具有内部存储器和电池电源的更新的短距投影仪可以用于创建可以由武装部队或军队使用的系统，其中，盾牌上的视频图像显示人或物品的非威胁描绘，从而将一个或更多个安全人员或士兵隐藏在后面。

在替选实施方式中，示例性材料可以在军用车辆前面，并且可以用于将常见运动型多用途车辆(SUV)或农用车辆或动物描绘材料上的，从而欺骗敌人。

在上述的变型中，诸如投影仪301的投影仪可以简单地播送坦克(例如，Ml艾布拉姆斯(Abrams)坦克)或士兵的图像或视频，以创建如稍后将说明的逼真假目标。

使用上述技术中的任何技术的另一相关应用或实施方式是将透镜图像或透镜视频投影到与片内透镜的两个极性之一和频率相匹配的材料上，这将允许在一个或更多个显示片上的独立的三维图像或视频。

在图4所示的实施方式中，第一观看者402和第二观看者410在投影仪408的相对侧。第一片406比假目标图像呈现于其上的第二片404更接近投影仪408。观看者402和观看者410两者将能够看到第二透镜片404上的假目标图像。如图所示，第一透镜片406和第二透镜片404具有相反的极性。

图5示出了与图4所示的实施方式稍微不同的类似实施方式，其中相应透镜片的极性被反转。在图5中，第一观看者502和第二观看者510在投影仪508的相反侧。第一片506比其上呈现假目标图像的第二片504更接近投影仪508。观看者502和观看者510两者都能够看到第二片504上的假目标图像。同样，第一片506和第二片504具有相反的极性，如分别使用垂直和水平平行线所示的。

图4、图5、图6至图7、图9、图10、图12和图13示出了可以用于假目标的实施方式，例如图8所示的实施方式，以及图21和图22所描画的显示器。

图6描画了其中透过具有与显示片的极性相反的极化柱状透镜的投影仪透镜来投影假目标图像的实施方式。具有投影仪柱状透镜608的投影仪606将假目标图像投影到显示片604上。第一观看者602和第二观看者610在投影仪606的相反侧。显示片604和投影仪透镜608具有相反的极性。在所描画的示例中，投影仪透镜608具有水平偏振，而片604具有垂直偏振。

在相关的替选实施方式中，极性可以反转，使得透镜608可以具有垂直偏振，而片604可以具有水平偏振。观看者602和观看者610两者都能够看到假目标图像。

图7描画了将假目标图像投影到在两侧都具有透镜的但具有相反极性的显示片上的实施方式。具有投影仪透镜708的投影仪706将假目标图像投影到显示片704上。然而，在该实施方式中，投影仪透镜708不具有偏振透镜。第一观看者702和第二观看者710在投影仪706的相反侧。显示片704具有处在两侧但是具有相反的极性的透镜。观看者702将能够看到假目标图像，但观看者710可能能够或可能不能够看到假目标图像——这取决于极性和视角。

在观看者702一侧具有第二投影仪的实施方式中，如果图像包括背景风景和假目标前景图像，则假目标图像仅在相反侧(即，由观看者702)可见，而背景风景在两侧上都可以看见。在假目标图像可见的一侧，背景只能从紧角(tight angle)在假目标图像后面被看到，而背景在相反侧跨很宽的角度是可见的(可由观察者710看到)，但假目标图像在该侧是不可见的。

来自一个投影仪的图像在两侧的这种可见性仅在相反极性的两个透镜片彼此非常接近或接触时才发生。

此外，在观看者702一侧具有第二投影仪的实施方式中，来自一个投影仪的图像在两侧的可见性进一步要求对极性进行设置，使得仅示出背景的侧使得其透镜被垂直地(上下)布置，而示出假目标图像和背景两者(在紧视角内)的侧使得其透镜被水平地(左右)布置。

使用该以上技术，军队士兵可以将假目标士兵放置在防御位置周围以使对手感知到更大的武装力量。如果发生战斗，对手将有更多的目标可供选择，从而保护实际的士兵，并且如果假目标被击中，子弹将很可能直接穿过材料并保持完整无损，而假目标将看上去没有受伤，从而从真实的士兵吸引走更多的火力。

以上方案的简化实施方式在图8中示意性地示出，图8描画了两个假目标片802、804。假目标片802、804分别用于使士兵的假目标图像808从投影仪806投影到假目标片上，以产生比实际存在的大得多的武力的幻觉。

虽然可以在与图像交织的第二片804上的材料的光滑侧或透镜侧观看图像，但是当以面向如图所示的观看者810透镜侧来观看图像时，会出现更好的或甚至最佳的结果。这可以利用光滑侧上的抗反射涂层来改进，并且透镜侧的这些抗反射涂层也可以改进结果。如果观看者在投影仪806一侧，则面向投影仪的光滑侧也被更好地感知，这是因为光滑侧有助于朝向投影仪侧反射回图像。

投影仪806可以在观看者810一侧、背离观看者、在材料(例如假目标片802、804中的一个)上，该材料相对于投影仪806更远离观看者。最接近投影仪806的片804上的材料将必须比片802短，以允许观看者810穿过片804观看并看到片802上的假目标。

改进之处在于，制造透镜使得在每个片的两侧具有相反极性，因此在任一片上都没有光滑侧——也就是说，第一片的两侧将将具有上下延伸的透镜，而第二片将与第一片相反，两侧的透镜从左向右延伸。这些极性在两个片之间是可互换的，只要它们彼此相反即可。

使用较大的假目标片材，可以播送诸如装甲车辆和坦克的较大对象的图像。可以将较大的假目标片材附接到小型高尔夫球车。替选地，可以将较大的材料附接至气球，以播送攻击直升机的图像。

在设施周围放置非常大的假目标片将提供交通工具、士兵和飞机的大的静态或移动显示，这可以欺骗敌人使其相信在设施周围存在大得多的防御力或攻击力，其中，创建和操作这些假目标的成本最低。

其他示例性实施方式涉及弯曲的透镜组，其形状像圆柱，在一侧或两侧具有透镜。在一个具体实施方式中，在圆柱的面对投影仪的一侧，以第一极性布置透镜，而在相反侧，以与第一组透镜相反的极性布置透镜。这创建了深度元素，从而能够看到在曲面右侧的图像的部分，并且当观看者绕到左侧时，然后观看者可以看到从右侧不能看到的图像的部分。两个透镜可以沿相同方向弯曲，或者第一透镜可以是平坦的，如将在下面详细描述的。该曲面可以是例如在新电视和IMAX屏幕上的凹面，这有助于减少具有透镜的屏幕上的反射。

在相关实施方式中，将相反极性的透镜制造到同一件材料中，使得材料的一侧透镜上下延伸，而另一侧透镜从右向左延伸。不需要其他透镜来获得交织在该组合透镜材料上的图像，也不需要任何失真来将图像或视频固定在材料上，因为在两个透镜之间没有允许失真的分离。这种单件材料可以被制造为平片、弯曲的或任何几何形状，以提供可以具有若干弯曲的或成角度的可视表面(例如立方体或角锥体)的投影屏幕。可能需要一个以上的投影仪以投影到成形屏幕的表面上，以在材料的部分形状上或材料的完整形状上提供图像或视频。

形状不规则的透镜片

图9描画了其中将可以是假目标图像的图像投影在形状像圆柱的弯曲的透镜组上的实施方式。投影仪906将图像投影到圆柱形显示片904上，该显示片具有与所示的后半部分相反地偏振的前半部分。在所描画的实施方式中，前半部分水平极化，而投影在图像中的投影所在的后半部分最初垂直偏振。观看者902观看形成在圆柱形显示片904的前半部分上的图像。

图10描画了其中将可以是假目标图像的图像投影在形状像半圆柱的弯曲的透镜组上的实施方式。投影仪1006将图像投影到半圆柱形显示片1004上，如图所示，该显示片的透镜与更接近投影仪1006的第二片1005的透镜相反地偏振。尽管在图10中示出了平的第二片1005，但是在其他实施方式中，片1005也可以是弯曲的。第一观看者1002观看形成在圆柱形显示片1004的前半部上的图像。如果片1005不阻碍观看者1008观看片1004，则第二观看者1008也看到形成的半圆柱形显示片1004的相同图像。

图11描画了其中将可以是假目标图像的图像投影在形状像半圆柱的弯曲的透镜组上的另一实施方式。投影仪1106将图像投影到半圆柱形显示片1104上，半圆柱形显示片1104是通过将两个半圆柱形显示片放置在一起而形成的，其中两个半圆柱形显示片的透镜如垂直线和水平线所示彼此相反极化。

第一观看者1102观看形成在半圆柱形显示片1104的外侧的图像。第二观看者1108在半圆柱形显示片1104的内侧也看到相同图像。如前面参照图7所述，只有当构成显示片1104的两个透镜片极性相反并且彼此非常靠近或接触时，来自单个投影仪的具有背景和假目标前景的图像在显示片1104两侧的可见性才出现。此外，在观看者一侧具有第二投影仪的实施方式中，来自一个投影仪的图像在两侧的可见性还要求极性被设置成使得仅示出背景的侧的透镜垂直地(上下)布置，而示出假目标图像和背景两者(在紧视角内)的侧的透镜水平地(左右)布置。

图12描画了其中将可以是假目标图像的图像投影到由一组弯曲透镜构成的形状类似于半圆柱的弯曲透镜片的另一实施方式。具有偏振投影仪柱状透镜1207的投影仪1206将图像投影到圆柱形显示片1204上。

显示片1204上的透镜和投影仪柱状透镜1207具有相反的极性。第一观看者1202观看形成在圆柱形显示片1204的前半部分上的图像。第二观看者1208也看到形成在半圆柱形显示片1204上的相同图像。

在以下将讨论的替选实施方式中，显示器可以是不同形状的，并且甚至可以具有带有多个显示表面的三维配置。

图13描画了其中观看者1302观看从投影仪1306投影到球形显示器1304上的图像的示例性实施方式的示意图。如图所示，观看者1302在球形显示器1304的一侧，而投影仪1306在投影仪1306的相反侧。球形显示器1304的面向投影仪1306或其至少一部分的后半球将具有显示器1304的出现图像的前半球(或其至少一部分)的相反极性。

图14描画了其中涉及多个投影仪并且观看者根据他们的有利位置观看不同的图像的另一实施方式的示意图。第一观看者1402观看从第一投影仪1410投影到显示表面1406上的图像。第二观看者1412观看从第二投影仪1404投影到另一显示表面1408上的另一图像。在投影仪1404与显示表面1408的相反极性的显示表面1408之间将存在透镜材料。类似地，在投影仪1410与显示表面1406的相反极性的显示表面1406之间将存在透镜材料。替选地，投影仪的透镜将具有相反极性的柱状透镜，使得投影仪1404上的投影仪柱状透镜极性将与显示表面1408相反，并且投影仪1410上的投影仪柱状透镜极性将与显示表面1406相反。

图15描画了其中图像或视频显示在显示器的多个面上的又一实施方式的示意图。可以使用一个或更多个投影仪1520、1514。投影仪1520将图像投影到显示器1506上。显示器1506的不同面，例如面1504和面1508，可以显示不同的图像。显示器1506通常可以是多面体形状，并且特别地可以是四面体形状，如图所示。投影仪1514将图像投影到显示器1516上。显示器1516的不同面可以显示如图所示的不同图像。观看者1502、1510和观看者1512、1518可以分别看到他们的视场中的在显示器1506和显示器1516上投影的图像。如将理解的，在投影仪与描绘图像的表面之间存在相反极性的透镜片材(未示出)。替选地，投影仪的透镜可以具有如上所述的相反极性的柱状透镜。

图16描画了具有复杂形状的显示器，其中多个投影仪用于广告、艺术、建筑等中的许多潜在应用。示例性复杂显示器1608显示在其表面之下、之上或从其侧面投影的图像。显示器1608在可以是多面体形状。投影也可以从显示器1608内发出。因此，观看者1602、1612能够在显示器1608的许多表面1618上看到由投影仪1604、1606、1610、1614和1616投影的各种图像。此外，本领域技术人员将理解，在投影仪与描绘图像的表面之间存在相反极性的透镜片材(未示出)。替选地，投影仪的透镜可以具有相反极性的柱状透镜，如以上参照图15所述。

双向投影显示系统

在图17和图18所示的另一示例性实施方式中，显示系统具有两个投影仪，其中两个投影仪被设置为相隔第一固定距离以彼此面对地朝向对方投射它们各自的图像。设置两个具有相反极性的透镜片，在投影仪之间相隔第二固定长度。第二长度比第一长度短，因为透镜片将被布置在投影仪之间。

在图17和图18所描画的显示系统1700的特定实施方式中，连接到计算机1718的投影仪1712和连接到另一计算机1720的另一投影仪1710被放置成彼此面对相隔约12英尺。该距离可以变化，并且上述十二(12)英尺的具体距离仅是示例性的。具有以相反极性布置的相应透镜的第一透镜片1704和第二透镜片1708被放置在两个投影仪1712、1710之间彼此相隔约两(2)英尺。该距离可以变化，并且上述两(2)英尺的具体距离仅是示例性的。

在操作中，如图17所示，当使用投影仪1710投影来自计算机1720的图像1722时，投影图像1706将首先通过最接近投影仪1710的透镜片1708并交织到透镜片1704上，如图所示。

同时，如图18所示，当使用投影仪1712投影来自计算机1718的图像1714时，投影图像1707将首先通过最接近投影仪1712的透镜片1704，以交织到较远的透镜片1708上，如图所示。

如可以理解的，在具体描画的布置中，图17中的用户1702将能够看到透镜片1704上的图像但不能看到透镜片1708上的相同图像1706。类似地，图18中的用户1724将能够看到透镜片1708上的图像1707但不能看到透镜片1704上的相同图像。

如图17和图18所描画的上述实施方式的有趣的应用是同时视频播送。投影的视频序列或影片将以与图像相同的方式表现，即，用户1702将能够看到投影在透镜片1704上的视频序列，但是用户1702将不能从他或她所处的位置看到透镜片1708上的视频。类似地，用户1724将能够看到投影并交织在透镜片1708上的视频，但是从他或她所处或位于的位置将看不到透镜片1704上的视频序列。

本发明的发明人发现，当透镜片间隔开两(2)英尺放置时，如果观看者改变他或她的观看角度或视角，图像将在透镜片上偏移，从而提供特定于观看者的深度元素。所观看到的偏移图像对于第二观察者将是不同的，并且类似地对于透镜片的相同侧上的每个人也是不同的。当图像或视频在水平极性上时，这种效果更加明显。垂直极性的相对侧播放的第二运动图片或影片稍微不同，因为相对于观看者与透镜之间改变的观看者距离，存在更多感知到的上下移动，即，随着观看者变得更近，图像将相对于观看者的距离在透镜上向上移动。

上述发现为图17和图18的实施方式提供了新用途，并且确认了图21或图22的实施方式的全像甲板(holodeck)应用，图21和图22示出了多人的沉浸式体验室，其为每个人提供不同的视角。

视角和深度元素来自于相反极性的其之间具有一些间隙或距离(例如，两英尺)的两个透镜片1704、1708。这对于通过彼此分隔设置(英寸间隔或英尺间隔)的两个透镜片的一个投影仪播送也是如此——透镜之间的间隔越大，随着观看者的视角改变而发生的移动越多。

当两个透镜片被保持在一起时，图像在基于观看者的视角时没有移动变化。此外，当从任一侧使用两个投影仪时，每个透镜将在来自第二侧的图像或影片之上显示来自最接近的投影仪的重像。

可能具有不同角度的透镜片(例如图9中的圆柱形的片904)上的透镜的更紧密的配置增加了视频的清晰度和视角，并且减少了当使用更大的透镜配置时看到的光带和棱镜(彩虹)效应。

具有镜子的显示系统

图19描绘了本发明的实施方式的另一示例性显示系统。该显示系统包括投影仪1910和设置在第一透镜片1902与第二透镜片1906之间的镜子1904。这种布置允许容纳所有部件的更紧凑的显示系统。这样的布置允许透镜片1902后面的部件(例如投影仪1910)对于观看者1908是隐藏的(在拐角周围)。

可以将透镜片1902和投影仪1910用其上具有投影仪透镜或投影仪透镜盖的投影仪代替。如本领域技术人员将理解的，投影仪透镜或盖将具有与透镜片1906的极性相反的极性，以允许投影的子图像的交织。透镜片1906还可以利用如关于先前描述的实施方式所讨论的不同的几何形状。

在以上实施方式中，当从投影仪1910投影视频图像时，可以在透镜片1906上的显示图像上观察到纵横比的失真。这可能是在镜子反射产生较大距离的情况下由于两种材料之间的距离引起的。为了校正这样的失真，可以如稍后将描述的那样改变正在投影的视频的水平和垂直比。

在本发明的另一实施方式的又一示例性变型中，如图20所描画的显示系统使用分别连接到相应图像源2024、2028的多个投影仪2022、2026，以及透镜片2014与透镜片2018之间的镜子2016。这允许以类似于图17和图18的实施方式的方式进行双重观看。

观看者2012看到来自投影仪2026的图像或视频而看不到来自投影仪2022的图像，然而观看者2020看到来自投影仪2022的图像或视频而看不到来自投影仪2026的图像。如本领域技术人员现在可以理解的，透镜片2014和透镜片2018具有相反的极性。

视角相关视图、全像甲板(Holodeck)和沉浸

本发明的另一示例性实施方式涉及已知允许用户在虚拟环境中交互的沉浸式虚拟现实(VR)系统，其中存在限于虚拟世界。影片和科学文献已经建议了若干VR接口，其增强虚拟环境(VE)中用户的存在，例如，流行电视系列Star Trek^TM上的全像甲板。这些沉浸式环境中的一些激发了对用户不能辨别真实与虚拟的显示器的研究。

在本发明的实施方式中，当观看者移动时，透镜片显示器上的图像或视频改变，但是仅基于观看者相对于透镜片显示器的位置来改变。

诸如微软的公司致力于全息甲板型房间，以使某人沉浸在房间内的模拟环境中，该模拟环境在墙上提供利用针对观看者在该环境内的位置的正确视角来投影的视频。典型的方法是针对第一人调整，假定第一人为单个用户，其头部由摄像机跟踪，并且图像或视频相对于主体人的头部移动或空间平移以保持正确的视角。换句话说，视频摄像装置跟踪第一人的头部，并且修改环境以得到该观看者的正确视角。

虽然这允许第一人获得正确的视角，但是房间中不在第一人附近的任何其他人将获得不切实际的视角。如果其他人不在第一人附近，则其他人的视角将偏离或不正确。

本发明的示例性实施方式不跟踪观看者。相反，透镜片材料的特性是，当以本文描画和描述的方式使用时，根据观看者的位置提供不同的视角。与现有VR系统形成鲜明对比，避免了对用户的移动的跟踪。移动通过这样的场景以及通过我们的真实世界的最直观的方式之一是执行真实的行走。

这在创建看上去逼真的3D对象、类全息显示器、或者虚拟或增强现实时是重要的。

在虚拟现实房间中使用本发明的实施方式的示例性材料，例如如上所述的柱状透镜片，并且使用提供独特视角(其仅可从特定观察点被看到)的多个投影仪从墙的另一侧从观察者播送，多个用户可以体验相同的虚拟现实环境而无需摄像装置跟踪一个用户。投影仪还可以在房间内，例如在屋顶上或悬挂在人上方或在房间内的其他区域中。投影仪将图像播送到放置在墙上或墙前面的透镜材料上，墙可以是透明的、半透明的或实心墙。如果墙是透明的，则投影仪可以放置在墙壁后面。

由于柱状透镜的允许它们创建3D图像的性质以及场景的许多不同投影仪，每个用户将具有取决于观看者物理位置和取向的视角相关视野，其中当每个用户移动通过房间时观看者物理位置和取向改变。

这在图21中被描画。图21中的虚拟现实房间描画了看由柱状透镜片制成的同一墙壁2110的不同用户2102、2104。投影仪2106、2108投影或播送到虚拟现实房间的墙上。用户2102观看图像2112，而用户2104观看同一墙壁2110上的图像2114。图像2112和图像2114可以被感知为3D图像。

在图21中，投影仪2106、2108可以在透明墙2110后面，其中透镜片在投影仪前面，并且相反极性的第二透镜片在墙2110上，如图所示。透明壁2110可以由玻璃或树脂玻璃制成。投影仪2106、2108还可以被布置在房间内，其中透镜在投影仪前面，并且相反极性的第二透镜在透明、半透明或实心的墙上。也可以如先前针对图19和图20所描述使用镜子反射技术。

可以开发新的投影仪用于如图22所示的显示系统。如图22所示，图22描画了不同的用户2202、2204看由柱状透镜片制成的透明或半透明墙2210。投影仪2206、2208投影或播送到虚拟现实房间的墙2210上。用户2202观看图像2214，而用户2204在同一墙2210上观看图像2212。这些新的投影仪2206、2208具有内置在其相应投影仪透镜中的偏振柱状透镜，从而不需要将第一片放置在投影仪前面，因此允许投影仪将图像或视频直接传输到具有相反极性的呈墙2210的形式的第二片上。改进可以是具有在片的两侧上制造的相同极性的透镜的第二片，或者将具有相同极性的两个片放置在一起。也可以如先前针对图19和图20所述使用镜子反射技术。

在实验中，在第一透镜与相反极性的第二透镜之间使用不同尺寸的透镜仍然起作用。然而，如果在最接近投影仪的第一透镜上使用较大透镜极化，则如果透镜彼此靠近，则在第二透镜上可以感知到该较大透镜极化。

在替选的示例性实施方式中，将相反极性的两个透镜接近放置在一起或彼此叠置，以创建用于前向或后向投影的可以在任一侧观看的半透明屏幕。

在图23所示的一个示例性实施方式中，圆柱形配置在同一柱状透镜片2304a上显示左前和右前侧的两个不同的图像或视频流。使用成对投影仪2302a、2302b，其可以是较小的200流明便携式投影仪。在第一观看者2306和第二观看者2308处于相对于具有第一透镜片2304a和第二圆柱形片2304b的圆柱形显示器2304的不同位置，他们观看到不同的图像或视频。两个透镜片2304a、2304b具有相反的极化。透镜片2304b首先从投影仪2302a、2302b接收投影图像，然后投影图像交织到透镜片2304a上。观看者2306看到从投影仪2302a投影的图像或视频，而观看者2308看到从投影仪2302b投影的图像或视频。

该实施方式表明，当观看者从圆柱的一侧移动到另一侧时，将看到两个不同的视图。可以在左侧和右侧两侧上示出相同的图像或影片，但是对于观看者具有正确的视角，例如在左侧看到人的左侧并且在右侧看到同一人的右侧，从而导致模拟的三维效果。使用两个或更多个投影仪来创建取决于观看者位置的多个视角的这种技术对非弯曲(平)透镜也有效。

具有平的黑色背景的照片显示，当被投影时，黑色背景在材料或片2304a上不显露。当在材料上模拟假目标(例如，士兵)时，这个方面是重要的，背景不会泄露其是假目标。

应注意，透镜片2304a上的投影图像处于后面下方光弯曲材料件(最接近投影仪2302a、2302b的片2304b)之上。一旦指出了这个特征，对于观看者来说，理解所涉及的光学原理变得非常困惑，这增加了人们所希望的科幻全息显示效果。

两个投影仪2302a、2302b都来自同一制造商。投影仪2302b包括短距透镜，从而允许其更靠近片2304b上的材料，以与投影仪2302a提供相同大小的图像。

在图23中描画的实施方式的微小变化中，可以使用仅一个投影仪并且从正面拍摄人的一个图像，以在不需要多个投影仪的情况下表模拟全息效果。虽然观看到的图像是静态的，观看者的移动以及当观看者左右移动(当在水平偏振透镜片上时更是如此)或远近移动(当在垂直偏振透镜片上时更是如此)时图像在材料上跟随观看者的方式使得它看起来像三维(3D)对象。

多个大件的透镜片材料可以用于产生图像的实物大小的显现。例如，图24描画了用于使用透镜片材的视角相关性质来模拟穿制服的士兵的系统2400。

投影仪2402将视频或图像序列投影穿过第一透镜片材2404。在所描画的实施方式中，使用五(5)个大件第二透镜片材2406、2408、2410、2412、2414(各自具有与透镜片材2404相反的极性)来增加可视角度。

黑色背景幕(backdrop)可以用于在拍摄穿着制服的人时隐藏背景，从而仅在材料上示出该人。观看者2416将把虚拟假目标士兵2418感知为观察该区域的军事警卫，即使当观看者2416走到不同角度时也如此。

如果意图使虚拟假目标士兵2418呈现为对位置进行防卫并用枪射击，则期望使敌人瞄准虚拟假目标2418而不是真实或实际的战士。所示系统2400的一个益处是子弹应该直接穿过透镜片材，并且对材料或视频投影几乎没有影响。虚拟假目标士兵将仍然呈现为在防卫，并且敌人将继续尝试袭击它，除非投影仪受到袭击。可以使用镜子反射技术来保护投影仪并将其放置在偏僻处。

投影仪2402可以使用小型电池供电的便携式200流明投影仪来实现。投影仪2402上的内部5GB存储器可以存储要投影的视频或图像序列。这避免了对诸如计算机的外部装置的需要，这导致较少的硬件和紧凑的尺寸，而较少的硬件和紧凑的尺寸对于可能必须携带这些虚拟假目标的士兵是重要的。在一个具体实施方式中，投影仪2402被额定为具有最高达1.5小时并且通常被设置成接近2小时的估计电池寿命，并且投影仪包括两个内置的2.5瓦扬声器。

观看这些演示时的问题之一是由各件透镜片材2406、2408、2410、2412、2414引起的反射。这可以用抗反射涂层克服，但是甚至增加简单的防虫网以减轻大部分反射而不会过多地妨碍投影图像。

有利的是，士兵既可以出于隐藏的目的而藏在成组透镜片后面，又可以出于欺骗的目的而朝向观看者将不同的图像投影到片上，只要他或她不在投影仪与第一透镜或第二透镜之间即可。

在图24所描画的实施方式中，五件材料2408、2408、2410、2412、2414中的每一件都处于水平极化，使得所看到的是在下方的桌子和后面及上方的墙，或者当士兵移动到材料的那一侧时向下延伸的窗。这提供了对最佳极化的洞察，该最佳极化用于隐藏在其后面的士兵(直立的)，使得材料上的背景不呈现为异常。

在一些情况下，可能期望将虚拟士兵显示在防暴盾牌上，而不是仅仅躲藏在其后面，从而允许防暴盾牌显示背景。当开门时，另一侧的人将知道某物正在通过门。为了阻止敌人士兵作出攻击性反应，例如伸手拿他们的枪，可以将他们的士兵之一或门卫或熟悉的人投射到盾牌上。这允许第一个人在额外的安全和额外的时间下进入以观察房间以确定友善与威胁。这对于士兵偶然地在室外制造噪声、踩在树枝上并且将注意力吸引到那里位置也是适用的。通过在材料上描绘动物，例如狗或浣熊，观看者将被欺骗，认为产生噪声的非威胁，从而继续隐藏其后面的一个或更多个士兵。

在其他实施方式中，可以将小的极化透镜直接放置在具有与可视透镜片相反极化的投影仪透镜上方。这需要具有非常细小的透镜的透镜片。

使用所示和所演示的技术的显示系统的示例性实施方式的许多不同应用，以及组合多个视角投影以将3D全息式样的视频或图像提供到防暴盾牌或虚拟军事假目标上，在民用和军事应用中具有许多用途。很明显，本文描述的本发明具有潜在的广泛商业应用，例如广告、娱乐、建筑、通信、社会互动、家庭安全和法律执行。

使用预失真使假目标不失真

在上述许多示例性实施方式中，可以观察到，第二透镜片上的图像可以包含由目标观察者观看到的失真或伪影。可以在通过投影仪投影图像之前，在图像源(例如，计算机)处利用适当的补偿性预失真来减小、最小化或消除这些失真。

图25示出了用于减少失真的示例性实施方式。膝上型计算机形式的图像源2508向投影仪2502提供预失真图像2510。

在计算机上使图像2510宽得多，因此显示在材料上或透镜片2504上的可视标志图像2506看起来被校正。应当注意，预失真图像2510呈现卵形或椭圆形，而校正图像2506则是预期的圆形。

这是由于图25的系统中的将使清楚的圆形图像失真的固有失真引起的，现在替代地，具有使预失真椭圆图像2510不失真的效果。在该示例中，使用镜子反射技术来为照片图像提供紧凑设置。

防暴盾牌

本发明的其他示例性实施方式包括防暴盾牌。图26描画了具有透明盾牌本体2602a的防暴盾牌2600a。在使用手柄2608a、26010a持握盾牌的人与透明盾牌本体2602a之间几乎没有进行作用的距离这样的实施方式中，透明防暴盾牌本体上的第一件透镜片材2604a在盾牌本体2602a的垂直居中处接触或紧密靠近相反极性的第二透镜片2612a，不需要对纵横比进行校正，并且投影仪2606a可以更靠近材料。然而，在拍摄期间使用黑色背景幕来去除背景的情况下，这可以产生从正面可见的呈现在假目标或投影图像后面的灰色背景区。该灰色背景仅呈现在两个手柄2608a、2610a之间的盾牌的中心，在该中心处两件透镜片材2604a、2612a彼此最接近。具有短距距离的投影仪可以更近，例如，附接到较长的手柄，以实现相同的效果。

防暴盾牌上的材料很好地示出背景的原因在于，透镜偏振是垂直的，这种上/下偏振将人(直立的人)隐藏在后面，同时保留水平元素，例如桌子边缘、墙边缘和窗框。透镜片对水平的进行折射并且将垂直的隐藏。

在图27所示的具有手柄2608b、2010b和透明盾牌本体2602b的防暴盾牌2600b中，第一件透镜片材2604b形成在透明盾牌本体2602b本身上，而相反极性的第二透镜片2612b形成在投影仪2606b的投影仪柱状透镜上。投影仪2606b可以更接近透镜片材料2604b。投影仪2606b是短距投影仪，并且该距离可以更近。该配置移除了图26中可能存在的灰色背景，并且由于透镜之间有足够的距离，所以允许显示持握盾牌的人后面的实际背景颜色。

在图28所示的具有手柄2608c、2010c和透明盾牌本体2602c的防暴盾牌2600c中，第一件透镜片材2604c形成在透明防暴盾牌本体2602c本身上，而(材料2604c的)相反极性的第二透镜片2612c、2616c分别形成在投影仪2606c、2614c的投影仪柱状透镜上。投影仪2606c、2614c可以更接近透镜片材2604c。投影仪2606c、2614c是短距投影仪，并且该距离可以更近，例如附接到较长的手柄2608c、2610c，以实现相同的效果。这种配置移除了图26中可能存在的灰色背景，并且由于透镜之间有足够的距离，所以允许显示持握盾牌的人后面的实际背景颜色。

为了在该垂直偏振上投影更大的图像，在计算机上将视频旋转90度，然后将投影仪旋转90度以校正投影，因为该投影仪和大多数其他投影仪上的纵横比是16:9(16宽×9高)。通过将投影仪旋转90度，可以利用长边(16个单位的长度)作为高度，并且利用短边(9个单位的长度)作为宽度。

其他应用-模拟3D图像

柱状透镜可以用于产生特殊图像的模拟三维图像，该特殊图像呈现为位于片的背面并且抵靠着片的背面。图像不是直接物理地显示在片后面，而是透镜产生光学效果或光学错觉，其中图像对于观察者呈现为超过片或透镜的背面。

图29描画了用于创建具有模拟三维效果的显示的布置。由多个柱状透镜2634构成的透镜片2630用于创建具有模拟3D效果的显示。柱状透镜2634接收来自投影仪的特殊生成图像2632的光，该图像将先通过相反极化的柱状透镜并且如图25所示利用预失真校正。所投影的特殊生成图像将利用透镜打印效果(lenticular printing effect)来模拟运动，如同其是利用打印的柱状透镜片来完成的，其中打印的透镜图像或视频在片2630的光滑背面2636结束并且抵靠片2630的光滑背面2636，如图29所描画的示例性实施方式中所示。

在本发明的示例性实施方式中，投影装置或投影仪可以用于使图像或视频序列投影穿过第一柱状透镜片和第二柱状透镜片。第一柱状透镜片可以包含多个柱状透镜或凸透镜，它们在相同的平行方向上(例如从左到右)延伸，从而赋予该片第一极性。

在距第一片较远的距离处，可以放置或设置包含另外的多个柱状透镜或凸透镜的第二透镜片。第二片中的透镜沿与第一片相反的方向即上下延伸，从而向第二片赋予与第一片的极性相反的第二极性。

由于第一片接近投影源，所以穿过第一片投影的图像会被拉伸。可以通过调整投影中的图像或视频来补偿拉伸，使得第二片上的图像以正常的纵横比呈现，来弥补第一片与第二片之间的距离。

其他应用-透视效果

在一个特定实施方式中，投影仪可以允许在任何颜色的背景上看到投影图像。在车辆中，风挡上的柱已经加宽以满足碰撞测试要求以及容纳气囊。这些宽的柱又在车辆中产生大的盲点。

图30描绘了具有风挡2710和柱2702的车辆2700的内部的简化图。车辆内顶上的短距投影仪2704将图像和视频播送到第一片2706上，该第一片可以接近投影仪2704的透镜并且不妨碍驾驶员的视野，然后该图像和视频被投影到将柱2702覆盖的第二片2708上。

如将理解的，可以将另一短距投影仪2716靠近第一短距投影仪2704设置，以便以类似的方式首先投影到片2718，并且然后投影到车辆2700内部相对侧上的另一片2720，如所描画的。

播送到片2708上的图像和视频由安装在车辆2700上记录外部环境的一个或更多个摄像装置(未示出)捕获。这向车辆2700的驾驶员提供了视频视图，就好像透过实心柱2702一样。

如图30中可见，透过风挡2700看到的三角形对象2712的可见部分以及驾驶员的视野被柱2702阻挡但是被摄像装置捕获并显示在片2708上的对象2702的不然不可见的部分的图像2714的整体视图可以产生驾驶员看穿实心柱2702的错觉。

目前需要特殊的反射材料以允许图像或视频反射图像以便被看到而不是被冲掉。白色是最常用的颜色。然而，这具有限制车辆内部外观的缺点。使用图30中描绘的技术，任何颜色都可以用在第二片2708后面在柱2702上。

捷豹路虎有限公司已经展示了在其越野车辆之一的引擎盖播送关于车辆正前方的事物的视频——就像驾驶员可以看穿车辆的引擎盖一样——以提供较少阻碍的视野以获得增加的安全性。在该公司称为发现视野概念(Discovery Vision Concept)的演示中，使用前置摄像装置来捕获图像，然后将该图像投影在风挡的下部上，因此驾驶员可以模拟看穿引擎罩。这种方法的缺点是，引擎盖的颜色必须在窄的范围内，以获得在白天来自投影仪的最佳图像/视频反射。

通过使用诸如图30所描画的本发明的示例性技术，可以使引擎盖的颜色为任意颜色，并且对于驾驶员在白天看到图像或视频而言仍然保持良好的反射。该技术的类似应用可以用于飞行器中的驾驶舱、船桥和机场的控制塔。

在墙上播送图像或视频通常需要白色或通常为白色的回射表面。可以经由投影仪或一系列投影仪来使用如图30所示的本发明的示例性实施方式的变型，使得大的图像或视频可以显示在任意颜色的内墙或外墙、屋顶、地板或其他背景上。

将图像从投影仪播送到透明表面上通常不会产生有利的结果。通常，存在如在透明表面上显示的图像的重影。通过利用如上所述的本发明的示例性实施方式的技术，可以在玻璃上显示改进的图像。第二透镜片可以设置在玻璃上以产生具有最小重影的更好的图像或视频序列。

在以上的变型中，可以根据需要将窗用作显示屏来设计会议室，而不需要专用屏幕或电视机或监视器来用于展示。

在相关的应用中，可以跨具有许多窗的旅馆显示非常大规模的视频图像，这可以通过在旅馆的外部或内部放置许多小投影仪来允许便宜的大型屏幕广告。

被动显示系统

在上述许多示例性实施方式中，使用一个或更多个投影仪来生成在柱状透镜片上显示的图像或视频。然而，发明人已经发现了其他实施方式，其中静态或被动图像被用于模拟运动视差效应，也就是说，随着观察者移动而改变的对象的感知图像随时间的改变。在该示例性实施方式中，可以使用静态照片、艺术品、标志、图像、绘画以及视频显示屏。

图31描画了本发明实施方式的示例性被动显示系统的部件的简化图，用于使用透镜片的视角相关性质来模拟运动视差。图片框3102具有在图像遮罩(matte)3108处或在图像遮罩3108之上约1cm处的边缘3104。不一定按比例绘制的双面柱状透镜片3106描画了垂直极化的柱状透镜。单面透镜片是典型的如图2所描画的柱状透镜片，其中一侧具有光滑平坦表面，而另一侧包含凸透镜。双面柱状透镜片在其两面上都包含微透镜或凸透镜。

理想地，将柱状透镜片3106制造为一个整体件。然而，可以将两个柱状透镜片沿着图31所示的虚线背对背地设置或放置，以形成柱状透镜片3106。可以使用粘合剂将两个透镜片的背面粘合在一起。粘合剂优选是透明的永久性粘合剂。然而，在一些特定实施方式中，粘合剂可以是水。当使用两个单面柱状透镜片时，将每个片中的透镜的相应透镜，例如透镜3110a、3110b，以相同的极性对准，即垂直对准以模拟左右运动，或水平对准以模拟上下移动。

图32描画了放置在框3102之上的柱状透镜片3106。透镜片3106位于安装板或图像遮罩3108处或安装板或图像遮罩3108上方约1cm。该距离可以根据需要变化以获得更大或更小的效果。观看者3204从不同有利位置3206、3208、3210根据其从一边到另一边的有利位置透过透镜片3106感知在遮罩3108上显得受惊的动物的图像的三个位置之一。如果透镜被配置成水平极化，则图像将根据观看者3204的距离或变化的高度而上下移动。

在视频显示屏幕(例如，智能电话、平板电脑、计算机监视器、电视屏幕)上，效果类似，其中，在视频显示屏幕中应该将透镜片抬升离开屏幕，类似于图32中的描画。

两个柱状透镜3110a、3110b(或一个双面透镜)可以在中间朝向观看者向外弯曲，因此在中间与图像有更大的距离，因此在图像的中间与侧面相比有更大的感知移动。柱状透镜也可以在中间向内弯曲，因此与中间相比，在侧面有更多的感知移动。

具有不同LPI(“每英寸的透镜”或“每英寸的线”)的透镜产生不同的移动频率。图31和图32中描画的两个透镜片具有相同的LPI，但是在其他实施方式中，它们可以彼此不同以改变视觉效果。

图33描绘了另一双面线性透镜片3300，该双面线性透镜片通过将两个线性透镜片背对背地放置而制成，其类似于透镜片3106，但是具有水平极性。在这种布置中，对象特写出现在正确的位置，但是在特定距离d处，位置3310处的被观看的对象将呈现在镜像中。

由于极化，效果是通过背对背的多个透镜3306将光线3304反射成反射光线3308，使得它们在位置3310处会聚。因此，可以从视图中去除或减少以相同极性延伸的对象，特别是在被观看对象开始以镜像呈现的区域中的那些对象。虽然图33示出了水平延伸的背对背的多个透镜3306，但是多个透镜3306也可以垂直延伸(如透镜片3106中所示)或者甚至以一定角度延伸，并且仍然实现类似的效果。在其他实施方式中，与包含多个透镜3306的透镜片3300类似的透镜片可以是弯曲的。

因此，已经仅通过示例的方式描述了本发明的实施方式，应当理解，由所附权利要求限定的本发明不受以上示例性实施方式的描述中阐述的具体细节的限制，因为在不背离权利要求的范围的情况下，许多变型和置换是可能的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种显示系统，包括：

第一透镜片，其具有第一极性，用于从第一投影仪接收图像；

第二透镜片，其具有第二极性，所述第二透镜片靠近所述第一透镜片；

其中，所述第一极性与所述第二极性相反，并且在所述第一投影仪使第一图像穿过所述第一透镜片投影到所述第二透镜片上时，所述第一图像在所述第二透镜片上可见但在所述第一透镜片上不可见。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一透镜片小于所述第二透镜片。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述第一透镜片比所述第二透镜片更接近所述第一投影仪。

4.根据权利要求3所述的显示系统，其中，所述第一投影仪包括投影仪透镜，并且所述第一透镜片形成在所述投影仪透镜之上。

5.根据权利要求1所述的显示系统，还包括：

第二投影仪，其连接到第二图像源，所述第二投影仪靠近所述第二透镜片，其中，所述第二投影仪使第二图像沿相反方向投影穿过所述第二透镜片到所述第一透镜片上，

其中，所述第二图像在所述第一透镜片上可见但在所述第二透镜片上不可见。

6.根据权利要求1所述的显示系统，还包括靠近所述第一透镜片和所述第二透镜片设置的镜子，其中，由所述第一投影仪投影的所述第一图像穿过所述第一片，从所述镜子反射并且显示在所述第二片上。

7.根据权利要求5所述的显示系统，其中，还包括靠近所述第一透镜片和所述第二透镜片设置的镜子，其中，

由所述第一投影仪投影的所述第一图像穿过所述第一片，从所述镜子反射并且显示在所述第二片上；并且

由所述第二投影仪投影的所述第二图像穿过所述第二片，从所述镜子反射并且显示在所述第一片上。

8.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一透镜片和所述第二透镜片中的至少一个是弯曲的。

9.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一极性是水平的，并且所述第二极性是垂直的。

10.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一极性是垂直的，并且所述第二极性是水平的。

11.根据权利要求1所述的显示系统，其中，具有所述第一极性的所述第一透镜片包括平行对齐于第一方向设置的柱状透镜，并且具有所述第二极性的所述第二透镜片包括平行对齐于第二方向设置的柱状透镜，其中，所述第一方向和所述第二方向被定向为彼此成90度或270度。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一透镜片和所述第二透镜片中的所述至少一个的形状是圆柱形的。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一透镜片和所述第二透镜片中的所述至少一个的形状是球形的。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一透镜片和所述第二透镜片中的所述至少一个的形状是多面体。

15.一种显示系统，包括：

第一透镜片，其具有第一极性；

其中，所述第一极性与所述第二极性相反，并且其中，在第一投影仪和第二投影仪分别使第一图像和第二图像穿过所述第一透镜片投影到所述第二透镜片上时，所述第一图像和所述第二图像在所述第二透镜片上可见但在所述第一透镜片上不可见，并且

其中，在相对于所述第二透镜片的第一位置处，所述第一图像对于观察者可见但所述第二图像对于观察者不可见，并且在相对于所述第二透镜片的第二位置处，所述第二图像对于观察者可见但所述第一图像对于观察者不可见，所述第二位置不同于所述第一位置。

16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述第一透镜片小于所述第二透镜片。

17.根据权利要求16所述的显示系统，其中，所述第一透镜片比所述第二透镜片更接近所述第一投影仪。

18.根据权利要求17所述的显示系统，其中，所述第一投影仪包括投影仪透镜，并且所述第一透镜片形成在所述投影仪透镜之上。

19.根据权利要求15所述的显示系统，还包括所述第一投影仪和所述第二投影仪中的至少一个。

20.根据权利要求19所述的显示系统，包括所述第一投影仪和所述第二投影仪两者。

21.一种防暴盾牌，包括：

透明本体，其具有外表面和内表面；

第一透镜片，其具有第一极性，所述第一透镜片设置在所述外表面之上；

第二透镜片，其具有第二极性，所述第二透镜片被靠近所述内表面和所述第一透镜片设置，所述第一极性与所述第二极性相反，

其中，在与第一图像源通信的第一投影仪使图像穿过所述第二透镜片投影到所述第一透镜片上时，所述图像在所述第一透镜片上可见但在所述第二透镜片上不可见。

22.根据权利要求21所述的防暴盾牌，其中，所述图像在所述外表面上可见但在所述内表面上不可见。

23.根据权利要求21所述的防暴盾牌，还包括附接至所述内表面的至少第一手柄，并且其中，所述第二透镜片与所述内表面的一部分物理接触。

24.根据权利要求23所述的防暴盾牌，其中，所述第一投影仪附接至所述第一手柄，所述投影仪包括投影仪柱状透镜，并且所述第二透镜片形成在所述第一投影仪的所述投影仪柱状透镜之上。

25.根据权利要求24所述的防暴盾牌，还包括第二手柄，其中，第二投影仪附接至所述第二手柄，所述第二投影仪还包括投影仪柱状透镜，并且第三透镜片形成在所述第二投影仪的投影仪柱状透镜之上，所述第三透镜片还具有与所述第一透镜片相反的极性。

26.一种显示系统，包括：

多个第二透镜片，每个第二透镜片具有第二极性，所述多个第二透镜片被布置成彼此相邻以形成靠近所述第一透镜片的至少部分封闭的空间；

其中，所述第一极性与所述第二极性相反，所述第一投影仪使图像穿过所述第一透镜片投影到所述第二透镜片中的至少一个的内表面上，并且从封闭空间外部看所述第二透镜片中的任何两个不同第二透镜片的外表面的观察者观察到看起来在所述封闭空间内形成的虚拟假目标图像的不同视图。

27.根据权利要求26所述的显示系统，其中，所述第一透镜片小于所述第二透镜片。

28.根据权利要求27所述的显示系统，其中，所述第一透镜片比所述第二透镜片更接近所述第一投影仪。

29.根据权利要求28所述的显示系统，其中，所述第一投影仪包括投影仪透镜，并且所述第一透镜片形成在所述投影仪透镜之上。

30.根据权利要求26所述的显示系统，其中，所述透镜片多个第二透镜片各自的形状是矩形。

31.根据权利要求26所述的显示系统，其中，所述第二极性是水平的。

32.根据权利要求26所述的显示系统，其中，所述多个第二透镜片的数量是五。

33.根据权利要求26所述的显示系统，其中，放置在所述封闭空间中的对象被隐藏而不被所述观察者看到。

34.一种使用透镜片的方法，包括：

将具有第一极性的第一透镜片放置成靠近具有第二极性的第二透镜片，所述第一极性与所述第二极性相反；以及

使表示对象的图像数据穿过第一片投影到第二片上，

其中，在第一投影仪使第一图像穿过所述第一透镜片投影到所述第二透镜片上时，所述第一图像在所述第二透镜片上对于观看者可见但在所述第一透镜片上对于观看者不可见。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第一透镜片小于所述第二透镜片，并且其中，所述放置包括将所述第一透镜片设置成与所述第二透镜片相比更接近所述第一投影仪。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述第一投影仪包括投影仪透镜，并且所述设置包括在所述投影仪透镜之上形成所述第一透镜片。

37.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第二片上的显示图像看起来失真，所述方法还包括：

对表示所述对象的所述图像数据进行预失真处理，使得所述第二片上的投影图像看起来不失真。

38.根据权利要求34所述的方法，其中，提供表示所述对象的所述图像数据包括捕获所述对象在黑色背景下的数字摄影图像。

39.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第二透镜片设置在将所述对象的一部分对观看者遮挡的结构上，其中，所述观看者可见的所述第一图像对应于所述对象的被遮挡而不被所述观看者看到的部分，使得所述第一图像和未被所述结构遮挡的可见部分形成对于所述观看者的所述对象的整体视图。

40.一种被动显示系统，包括：

遮罩，其上具有图像；

双面透镜片，其具有第一极性，所述双面透镜片靠近所述遮罩；

其中，在相对于所述双面透镜片的第一位置处，所述图像的第一视图对于观察者可见；并且在相对于所述双面透镜片的第二位置处，第二观察视图对于观察者可见但所述第一视图对于观察者不可见，其中，所述第二位置不同于所述第一位置，并且所述第一视图不同于所述第二视图。

41.根据权利要求40所述的被动显示系统，其中，所述双面透镜片包括第一单面柱状透镜片和第二单面柱状透镜片，每个透镜片具有光滑的背面，并且其中，所述第一单面柱状透镜片和所述第二单面柱状透镜片背对背地设置。

42.根据权利要求41所述的被动显示系统，还包括框架，其中，所述遮罩与所述双面透镜片之间的距离为约1cm。

43.根据权利要求42所述的被动显示系统，其中，所述距离是可变的，并且改变所述距离使所述第一视图和所述第二视图中的至少一个变化。

44.根据权利要求43所述的被动显示系统，所述距离根据所述透镜片的LPI而变化。

45.根据权利要求43所述的被动显示系统，所述第一单面透镜片的LPI不同于所述第二单面透镜片的LPI。

46.根据权利要求43所述的被动显示系统，所述距离根据透镜角度而变化。

Claims