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CN201066406Y - 空中投影系统 - Google Patents

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CN201066406Y
CN201066406Y CNU200620136604XU CN200620136604U CN201066406Y CN 201066406 Y CN201066406 Y CN 201066406Y CN U200620136604X U CNU200620136604X U CN U200620136604XU CN 200620136604 U CN200620136604 U CN 200620136604U CN 201066406 Y CN201066406 Y CN 201066406Y
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CN
China
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projection system
aerial
optical projection
image
plastic
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CNU200620136604XU
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English (en)
Inventor
瓦辰·杰弗里
桑顿·库帝斯
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PUBIJOINTEAIKDIFF TECHNOLOGY Co
Original Assignee
PUBIJOINTEAIKDIFF TECHNOLOGY Co
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00596—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
    • G02B30/56—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels by projecting aerial or floating images

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Abstract

一种空中投影系统，其具有用于定位低成本光学元件的外壳，光学元件能够在没有显示屏的反射的假象或可见显示的情况下以视频速率产生三维空中图像。用于产生显示图像的方法基于一组规则：消除边界侵入并最大化三维空中图像的幻象。可选的第二显示器是透明成像面板，其选择性地充当光阀，作为用于特殊效果或用于提供朝着或远离观察者的线性运动的外观的显示平台。空中投影系统包含具有至少以下描述项的塑胶部件的塑胶球面镜：由壁结构支撑的具有充分球形度的、由塑胶材料制剂制成的镜表面，优良的光学等级饰面，具有反射金属涂层以及保护性覆层。

Description

空中投影系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于空中图像显示的空中投影系统，且更明确地说，涉及一种用于显示三维视频图像的具有低成本塑胶球面镜的投影系统。
背景技术
所属领域中已知空中图像投影系统。此系统利用例如镜面、菲涅耳透镜(Fresnel lens)和光学滤光器或偏光器的多个光学元件将物体的图像投影到空间中。光学元件和物体位于外壳中以界定光学路径。视光学元件的配置和选择而定，经投影的图像在外壳尺寸范围内可见或在外壳前方短距离处可见。空中投影系统的实例包含1994年5月10日公布的美国专利第5,311,357号、1996年9月3日公布的美国专利第5,552,934号、1989年2月7日公布的美国专利第4,802,750号和2000年12月12日公布的美国专利Des.第435,043号。
现有技术空中投影系统由于投影物体的空中图像所需要的光学组件的成本而比较昂贵。更明确地说，这些系统使用光学路径中的一个或一个以上玻璃凹透镜连同一个或一个以上玻璃偏光器，其中玻璃偏光器被维持在相对于定位有图像的平台的固定方位。遗憾的是，15时玻璃凹透镜或球面镜的价格已超过$1,000，且偏光器价格在约$850。显然，玻璃球面镜和偏光器是现有技术空中投影系统成本高的主要原因。这些玻璃球面镜和偏光器不仅昂贵而且非常沉重，所以必须提供足够的支撑。因此，使用沉重的盒状外壳来维持光学元件相对于物体的方位。
如上所述，玻璃从前是用作球面镜的常规材料选择。最重要的原因之一是，因为塑胶技术并未像如今这样成熟。也就是说，工具和材料并不像如今这样有效。可规定金属模具公差和造出的部件并保持在万分之一时。如今使用的材料更为精密；塑胶能够达到与玻璃类似的热稳定性和耐久性，且能够忍耐以前只有玻璃可承受的操作条件类型。
此外，玻璃球面镜由于在镜热成形或塌陷(slump)成形之后制备镜表面所需的二级操作而比较昂贵。这些二级操作包含退火、研磨和抛光。退火工艺用来强化玻璃，使得其足够坚固以经受研磨和抛光操作，以及增加使用期间防止断裂所需的附加强度。由于玻璃形成的模的容错能力的限度和玻璃的物理性质，所以研磨和抛光阶段是必要的。遗憾的是，研磨和抛光阶段需要相当多的人工处理来生产成品；因此，它们通常被认为是半自动化工艺。
另外，玻璃还具有断裂、重量和昂贵的运输成本的严重缺点。为了尝试克服玻璃的局限性和缺点，开发出低成本玻璃成形。然而，低成本玻璃成形未提供可接受的表面饰面，且最终的成本减少不能和塑胶相比。显然，需要一种方法和系统，其用于制造塑胶部件以将球面镜的重量减少到约为玻璃的三分之一，且用于制造具有与玻璃球面镜的性能相当的低成本塑胶球面镜。因此，可实现一种较轻、不昂贵且易于从一个地方运输到另一地方的空中投影系统。
虽然现有技术空中投影系统产生视觉上具吸引力的空中图像，但存在限制空中投影系统用于广泛多种应用的许多问题。因此，现有技术空中投影系统通常用于博物馆或零售商店以展示昂贵的物品，其中可将所展示的物体安全地保持在观察者可触及的范围外。
现有技术空中投影系统通常使用三维物体作为图像源。例如，可将小型雕像放置在底座上并用聚光灯照亮。雕像的三维图像穿过展示窗被投影，并由位于展示窗前方的观察者观看到，如同其悬浮在空中一样。
使用物体作为投影图像源的一个问题是与改变图像相关联的难度和费用。因此，为了维持观看者的兴趣并保留投影图像的新颖性，必须经常改变物体。这是一项劳动密集的过程，因为服务员必须打开外壳中的门，移走物体，定位新的物体，并确认将其适当地定位在展示底座上。
为了克服此局限性，空中显示器系统已试图利用视频显示器装置，而不是实体的物体作为图像源。遗憾的是，视频图像与显示屏的图像一起呈现。因此空中图像对于观察者来说看上去是悬浮的视频显示屏而不是显示悬浮的图像，从而使图像悬浮在空中的幻象失效。所以需要一种能够在视频显示屏不被观察者看见的情况下显示视频图像的空中投影系统。
与视频图像显示相关联的另一问题来自显示器装置本身。明确地说，视频监视器使用一件平坦的光学品质玻璃，在其后产生图像。此玻璃趋向于反射穿过光学路径中的光学元件的外部图像。反射图像可由观察者观看到，其最终为可见的双重空中图像。显然，需要一种从所显示的空中图像中消除反射图像的空中投影系统。
现有技术视频图像显示的另一问题出现在所关注的物体移动离开屏幕时。更明确地说，当图像侵入超过显示器的边界时，观察者立即发觉浮动图像的边缘状态和幻象已消失。因此，需要一种以不建议由视频显示器来产生图像的方式显示空中图像的方法。
因此，需要一种用于投影空中图像的更好的系统和方法。更明确地说，需要一种较轻且不昂贵的用于以视频速率投影图像的空中投影系统。
实用新型内容
本实用新型涉及一种空中投影系统和方法。更明确地说，本实用新型涉及一种空中投影系统，其具有用于定位低成本光学元件的外壳，前述光学元件包含能够产生三维空中图像的塑胶球面镜，三维空中图像投影在外壳尺寸外并可由观察者在环境光条件下看见。前述系统能够在没有显示屏的反射假象或可见显示的情况下以视频显示速率显示三维空中图像。前述方法合并一组规则：消除边界侵入并最大化三维空中图像的幻象。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种空中投影系统，其包括：外壳；视频源，其安装在所述外壳的第一部分中，用于产生三维图像；所述视频源包含具有多个可单独控制的像素的显示器面板且像素之间具有低透射率，以及用于产生光以形成空中图像的背光；控制器构件，其用于控制所述视频源以当在所述视频显示器装置的一部分上形成图像时实现零红色、零绿色以及零蓝色的背景颜色；分光器，其安装在所述外壳中与所述视频源光学对准；塑胶球面镜，所述球形塑胶镜面安装在所述外壳的第二部分中与所述分光器光学对准，使得来自所述视频源的光的一部分被导向所述塑胶球面镜；以及偏光器，其与所述分光器平行对准，且处于所述外壳的所述第二部分中，使得光的所述部分透射出所述外壳以形成所述空中图像。
本实用新型的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种空中投影系统，其包括：外壳；分光器，其耦合到所述外壳；塑胶球面镜，其耦合到所述外壳并沿着第一轴与所述分光器光学对准；高亮超黑LCD，其安装在所述外壳中，用于将具有三维物体视觉外观的视频图像沿着与所述第一轴垂直的第二轴投影到所述分光器上；以及用于最小化来自所述分光器面向远离所述球面镜的表面的眩光和反射的构件。
在一个优选实施例中，本实用新型系统包含塑胶球面镜，其为凹入的且相对地位于外壳中。平坦的塑胶分光器位于塑胶球面镜前方。分光器优选相对于塑胶球面镜的表面以四十五度(45度)的角定向。为了最小化眩光和反射，将偏光器附接成紧密地接近分光器。偏光器优选与分光器平行对准。另外，此优选实施例中包含一种用于制造具有与玻璃球面镜的性能相当的低成本塑胶球面镜的方法和系统。在优选实施例中，使用塑胶注射模制来制造低成本塑胶球面镜的光学部件。注射模制方法能够产生较高的公差，改进的工艺控制和较高的可重复性。注射模制的金属模具能够保持镜面(并非镜表面)的大体包封尺寸的严格公差。也能够将球形半径公差保持为严格公差。前述公差与玻璃球面镜的公差相当。注射模制的金属模具能够保持为严格公差。在优选实施例中，已开发出多个塑胶材料制剂，其中符合与材料强度、热稳定性、吸水性、模具收缩率、进入模具的材料流、UL认证、制造注意事项、表面密度、润滑剂含量和抗刮擦度相关的多个性能标准。塑胶材料制剂的选择可基于金属模具和部件测试结果。
在优选实施例中，可使用真空金属化或真空沉积来沉积用作球面镜的镜表面的反射性镜面涂层。沉积在塑胶表面上的金属厚度优选为数微米。在执行金属化阶段之后，将保护性覆层喷射到金属化表面上。真空金属化部件将具有充分的品质，因为通过最小化由模制工艺产生的塑胶表面上的瑕疵量的能力改进了对被涂覆的塑胶材料表面的品质控制。
一种根据本实用新型实施例的用于制造塑胶球面镜的方法包含以下步骤：
a)设计塑胶部件，使得镜表面受到支撑以防止畸变或扭曲；
b)精确地放置塑胶注射门，从而确保消除塑胶树脂流产生的残余物或接合线；
c)选择满足多个光学性能要求和实体设计要求的塑胶部件的优选实体尺寸；
d)形成多个支撑壁，并将其战略上放置在塑胶部件中；
e)选择塑胶材料制剂，使得其经特定设计以防止变形；
f)也可用具有优选的抛光饰面的优选等级的钢来制造工具；
g)加热且/或冷却金属模具以在镜表面上形成最佳曲率；
h)将反射性金属涂层的薄层沉积到塑胶部件的镜表面上；以及
i)在金属化镜表面上形成保护性覆层。
通过执行用于制造塑胶球面镜的上述方法，制造出包含以下各项的塑胶球面镜：塑胶部件，其具有通过多个壁结构而支撑在镜缘边缘上的镜表面塑胶；塑胶部件的优选的实体尺寸；塑胶材料制剂；通过抛光用于金属模具的镜表面而形成的优良的光学等级饰面；通过加热和冷却金属模具而产生的镜表面的最佳曲率；沉积到塑胶部件的镜表面上的反射性金属涂层的薄层；以及形成于金属化镜表面上的保护性覆层。此外，在优选实施例中，塑胶球面镜可进一步包含处于多个战略位置的多个注射门和塑胶部件的优选的实体尺寸。另外，可在塑胶部件中安置多个支撑壁，使得在优选实施例中塑胶部件的最终设计尺寸与玻璃对应物的最终设计尺寸匹配。
改进的高亮液晶显示器(HLCD)装置接近分光器而定位，使得分光器将图像投影到镜面上并接着穿过偏光器离开。耦合到HLCD装置的计算机系统提供用于以视频速率显示的图像源。计算机系统可驱动单一HLCD显示器或多个显示器。HLCD装置和呈现图像的方法的新颖特征消除可观察到的边界的投影。显示在HLCD装置上的图像遵守一组显示规则，使得不会在显示不协调的情况下向观察者呈现，其中所述显示不协调会破坏悬浮的空中图像的幻象。明确地说，规则限制被显示的物体移动超过HLCD装置的边缘或边界，并限制将促使HLCD装置的边缘变得可见的背景颜色。因此，被显示的物体的移动依照选定的技术。
在另一优选实施例中，计算机系统耦合到通信网络，使得图像序列从远端位置传递到计算机系统以供显示。通信使得观察者能够请求附加信息或选择显示不同序列的视频。
在另一优选实施例中，在接近HLCD显示器处提供第二显示器。第二显示器优选为透明成像面板，其选择性地充当光阀，作为用于特殊效果或用于提供朝着或远离观察者的线性运动的外观的显示平台。
在另一优选实施例中，在入口处提供第三显示器装置。第三显示器装置优选为透明成像面板，其用作用于显示非经投影的空中图像的视频速率图像的背景显示器装置。因此，向观察者呈现背景显示与经投影的图像相组合的丰富多样的显示环境。利用这三个显示器装置，观察者积极地参与观看动态、现实的视频事件。
本实用新型进一步包含一种使用上述系统来产生并显示三维空中图像的方法。前述方法包含一组软件开发工具，其用于制作三维图像并将其定位在第一和第二显示器上，使得观察者感觉到悬浮在空间中的三维图像而不会察觉到显示器的边界。软件开发工具进一步包含用于开发视频速率空中图像序列的逻辑。
附图说明
通过参考附图而详细描述本实用新型的示范性实施例，将更加了解本实用新型的上述和其它特征和优点。
图1说明根据本实用新型的空中显示系统的一个实施例。
图2说明具有视频显示器装置和位于图1的空中显示器系统中的光学元件的空中显示器系统的截面侧视图。
图3说明与图2的视频显示器装置相关联的HLCD显示器装置。
图4是绘示数字控制器和图3中所说明的相关HLCD显示器装置的界面的方框图。
图5说明用于根据本实用新型的空中显示器系统的较轻的组合式外壳结构。
图6说明根据本实用新型用于制造塑胶球面镜的方法的实施例。
图7说明根据本实用新型的塑胶球面镜的经修整塑胶的塑胶部件的实施例。
图8说明根据本实用新型用于制造塑胶球面镜的方法的另一实施例。
图9说明根据本实用新型注射模制后塑胶部件的另一实施例。
图10说明根据本实用新型的复合塑胶球面镜的俯视图。
图11是图10中所说明的复合塑胶球面镜的前视图。
具体实施方式
在优选实施例的以下描述中，参考附图，附图形成本文的一部分，其中通过说明的方式绘示可实践本实用新型的特定实施例。在以下描述中，陈述许多特定细节以提供对本实用新型的完整理解。所属领域的技术人员将了解，可在没有这些特定细节的情况下实践本实用新型。在实际实施方案的研究中，必须作出许多实施方案特定的决策以实现针对每一实施方案会各不相同的设计目标。因此，为了不混淆本实用新型，未详细绘示或讨论众所周知的结构和技术。
本实用新型涉及一种用于显示计算机产生的三维视频图像的空中显示器系统和方法。更明确地说，本实用新型涉及一种用于在没有显示屏的可见图像的情况下显示三维视频图像的改进的系统和方法。在优选实施例的以下描述中，参考附图，附图形成本文的一部分，且其中通过说明的方式绘示可实践本实用新型的特定实施例。应了解，可利用其它实施例，且可在不脱离本实用新型的范围的情况下作出改变。
为了便于理解，首先提供一些关键术语和短语。
“塑胶材料制剂”可包括均聚物、热塑性塑胶、共聚物、共混聚合物、热固树脂、共混聚合物、含有性能添加剂、填料或纤维的上述材料中的任一者，或任何其它类似类型的聚合物材料制剂。
“将反射性金属涂层沉积到塑胶部件的镜表面上”可通过真空沉积、旋涂、喷射、真空金属化、溅镀或能够沉积约数微米的反射性金属涂层的任何其它类似系统来完成。
“低成本”可定义为与用作球面镜的具有相同尺寸配置的玻璃相比是有利的成本差。
“玻璃对应物”定义为具有相同尺寸配置的玻璃球面镜，且拥有与塑胶球面镜的功能等同的功能。
如本文所用，词语“可”和“可能”应以开放式的、非约束性方式加以解释。至少，“可”和“可能”应解释为确定性地包含所述结构或动作。
现参考图1，其说明本实用新型的空中显示器系统的方框图。客户端环境102代表希望使用视频图像的空中投影来传达信息或娱乐的广告客户或商业实体。在一个实施例中，客户端环境102包括基于计算机的开发系统，其中产生供显示的视频图像序列。尽管由各种相机技术产生的三维图像可容易地经调试以供显示，但视频图像通常为动画，因为这样容易操纵图像。视频图像可与声轨结合而显示，因此客户端环境102可包含用于声音记录和数字化的子系统(未图示)。
当最后完成时，将视频图像从客户端环境102传递到开发环境104以确保符合显示规则。因此，将视频动画的移动与规则进行比较以确认所显示的图像看上去是三维空中图像。使用通信网络106将视频图像从客户端环境102传递到开发环境104。网络106可以是因特网、电话或无线网络或其它局域网(LAN)，这些在计算机网络领域中是众所周知的。
当证实视频图像时，将它们传递到服务器计算机108。服务器计算机108包括图像存储器和用于在网络110上驱动一个或一个以上显示器系统112的构件。网络110可以是以太网或网际协议(IP)LAN或因特网网络。网络110和106可视为基于单个IP的网络，例如万维网(WWW)。
如图1所示，绘示此种显示器系统112中的三者，但应了解，实际数目将取决于服务器计算机108管理多个视频数据流的能力。因此，服务器计算机108可耦合到单个显示器系统112或耦合到多于所说明的数目的多个显示器系统。
服务器的一个优点来自追踪观察者对特定序列的动画图像的响应的优点。因此，鼠标或运动监视器(未图示)可定位成接近空中图像以检测来自观察者的反馈。当观察者作出响应时，此信息传输回服务器以进行统计分析或响应。响应于观察者的输入，可通过在服务器或在显示器级选择多个动画序列中的一者来改变动画序列。
服务器计算机108可以压缩格式存储视频图像，在此情况下，服务器计算机108或与每个显示器112相关联的计算机系统必须在显示之前解压缩视频流。附加显示器系统114以独立的方式发挥作用，且可通过与网络106的临时连接从开发环境104或从服务器计算机108接收视频图像。或者，显示器系统114可载入有专用的视频图像序列，并在不连接到网络106或网络110的情况下运作。视频图像可在例如DVD或CD光盘的存储装置上传递到附加显示器系统114。
图2说明可用作显示器系统112或独立的显示器系统114的空中显示器系统120的截面侧视图。不论环境配置如何，显示器系统120合并位于外壳124中的高亮液晶显示器(HLCD)装置122。外壳124提供用于将光学元件维持在相对于HLCD装置122的固定位置的支撑框架。光学元件包括偏光器126、塑胶球面镜128和位于塑胶球面镜128与偏光器126之间的分光器130。偏光器126、塑胶球面镜128和分光器130优选在外壳124的第一部分中在光学上对准，使得HLCD装置122上形成的图像向外朝着观察者投影，如虚线箭头131A、131B和131C所指示。如图示，悬浮3-D图像155在显示器装置前方的一点形成。2-D图像157可覆盖在3-D图像上以提供观看者悬浮3-D图像的光学外观。
偏光器126最小化观察者可能看见的反射和眩光。偏光器126可以是线性偏光器或圆形偏光器，圆形偏光器为优选。在替代实施例中，将抗反射膜(未图示)涂覆到观察者可看到的分光器130的表面，并除去偏光器126。在其它实施例中，抗反射膜可与偏光器126组合。在另一实施例中，用1/4波长延迟器代替抗反射膜，1/4波长延迟器与偏光器126组合。元件127说明偏光器125与抗反射膜或延迟器之间的位置关系。偏光器126、镜面128、分光器130和视需要而定的抗反射膜或1/4波长延迟器优选在外壳124的第一部分中在光学上对准，使得LCD装置122上形成的图像向外朝着观察者投影。
在一个优选实施例中，偏光器126是直接涂覆到朝着观察者定向的分光器130表面的膜偏光器。因此，除去与现有技术偏光器的玻璃衬底有关的重量，从而使系统120的重量变轻，并最小化系统120的分离组件的数目。有利的是，除去例如现有技术空中投影显示器装置中常见的离散偏光器显著减少制造和维护系统120的成本。例如，16×25时的玻璃偏光器价格可高达$850，而施加到分光器的膜偏光器价格可为约$30。此外，当拆卸系统以进行运输时，存在较少的组件和较轻的重量，从而减少运输和存储费用。
球面镜在所属领域中是众所周知的，且通常包括具有凹入表面的玻璃衬底，凹入表面涂覆有蒸发的铝作为反射表面。玻璃衬底在现有技术中通常优选用于空中显示器系统，因为确信必须维持从一个边缘到另一边缘的球形度公差(也称为充分球形度)至少为±0.05％，以最小化失真并确保物体的现实再现。遗憾的是，这样的镜面比较沉重且昂贵，且具有有限的商业应用。
因此，根据本实用新型，镜面优选不仅重量轻而且不昂贵。因此，塑胶球面镜为优选。利用重量较轻的塑胶球面镜，简化镜面到外壳124的耦合。在一个实施例中，使用架子132来沿着镜面的底部边缘支撑镜面，同时安装支架135将镜面维持在相对于分光器的适当方位处。球形半径为18时的10×15时塑胶球面镜适合很多应用。这些应用包含用于产品广告展示的零售应用、用于视频会议或销售讲解的商业应用，或代替标准的计算机显示器或电视机的家庭应用。
在本实用新型实施例中，使用塑胶注射模制来制造低成本塑胶球面镜10的塑胶部件20。在本实用新型的实施例中，注射模制方法能够产生在本实用新型较佳实施例中直径从5时到36时的抛物面塑料镜(Parabolic PlasticMirror)具有±0.0001时的严格的尺寸公差。尽管用于注射模制方法的加工设备(tooling)相对昂贵，然而所制造的每一塑胶部件20的成本非常低。根据本实用新型实施例，使用注射模制可再生产多个复杂的几何形状，且可仅通过金属模具的可制造性来限制前述多个复杂的几何形状。
目前在塑料工艺中，可取得的工具与材料已经发展到可以任意的组合而可以达成本实用新型具有高质量与低成本的塑料球面镜。藉由任意选择的金属模具的尺寸公差，所产出的塑胶部件可以依照特定的条件完成，而且可以维持在具有千分之几个十时左右之公差或是更好，只要仔细的选择适当的材料，而可以赶上玻璃的热稳定性(Thermal Stability)和耐久性(Durability)。在较佳的情况下，此材料已经可以忍受过去玻璃球面镜所能忍受的不同操作条件。
在本实用新型的实施例中，可通过机器加工和抛光或能够产生具有充分饰面品质(Finish quality)的塑胶部件20的其它类似修饰方法来形成金属模具的最终饰面。最终饰面可处于A1等级，或被认为是可用的最精细饰面或所谓的“良好”饰面的等级。
在本实用新型的实施例中，使用注射模制可产生直径从5时到36时的抛物面塑胶部件(Parabolic Plastic Parts)。塑胶部件的注射模制中使用的程序在所属领域中是众所周知的；因此，本文将不进行详细讨论。
在实施例中，用于注射模制的金属模具能够保持镜面(并非镜表面40)的大体包封尺寸为±0.030时的公差。塑胶球面镜10(非镜表面)的球形半径公差能够保持在±0.05％。前述公差可与玻璃球面镜相当。金属模具能够保持达±0.0001时的公差。
在本实用新型的实施例中，多个塑胶材料制剂50中每一者可用作塑胶球面镜10的材料，其中可满足包含以下各项在内的多个性能标准材料强度(Material Strength)、热稳定性(Thermal Stability)、吸水性(Water Absorption)、模具收缩率(Mold Shrinkage)、流入模具中的材料流量、UL认证(ULRecognition)、制造考虑(Manufacturing Considerations)、表面密度(SurfaceDensity)、润滑剂含量(Lubricant Content)以及抗划伤性(Scratch Resistance)。在一实施例中，此塑胶材料在经过塑料注入模具成型后具有80/50Scratch/dig表面质量或是更好。。
在本实用新型的实施例中，塑胶材料制剂50可包括以下各项中的一者：学等级聚碳酸酯(optical-grade polycarbonate)、自然等级的聚碳酸酯(natural-grade polycarbonate)、UV等级的聚碳酸酯(UV-grade polycarbonate)、聚醚酰亚胺(polyetherimide)、玻璃填充等级聚醚酰亚胺(glass-filled gradepolyetherimide)、PMMA(丙烯酸acrylic)和具有类似性能标准的其它可比的塑料材料。可基于模具加工的精确程度和来自部件测试的实验结果来选择塑胶材料配方。在一实施例中，此塑胶材料具有光学透明度(OpticalClarity)以及具有实质上的透明。
在本实用新型的实施例中，在金属化阶段可使用真空金属化或真空沉积来涂覆经修整的塑胶部件25的镜表面40(如图7所示)，或用蒸发的金属蒸气涂覆塑胶球面镜10。沉积在塑胶表面上的金属厚度优选为约四到八微米。在执行金属化阶段之后，将保护性覆层喷射到金属化镜表面45上。此保护涂层可以是阻质材料(Resist Material)或是增塑液体，当暴露在室温下会硬化后在外部形成一固体薄膜层。
经真空金属化的金属化塑胶部件30可拥有改进的品质，因为通过最小化由模制工艺产生的塑胶表面上的瑕疵量的能力改进了对涂覆的塑胶材料表面的品质控制。此外，相对于下方塑胶部件20的镜表面40，金属化将具有优良粘合。
参考图6，在本实用新型实施例中，一种用于产生塑胶球面镜10的方法(其中，厚度相对较薄的塑胶部件20在经加热和冷却之后将保持其形态)可包含多个以下步骤：
部件设计
a)设计塑胶部件，使得通过在镜缘的整个边缘上设计多个壁结构而使镜表面受到支撑以防止畸变或扭曲(S100)；此壁结构之真正数量是根据镜子的尺寸而有所变化，并且对于小型的镜子可以是一个，或是对于大型的镜子可以是三个或是更多。熟习此一般技艺的人都能够了解此壁结构的数量是工程上的考虑因素，并且将根据特定的规格而有所变化。
b)设计并精确地放置多个注射门，以确保除去塑胶树脂流产生的残余物或接合线(S102)；此注入门之真正数量是根据镜子的尺寸而有所变化，并且对于小型的镜子可以是一个，或是对于大型的镜子可以是一个或是更多。熟习此一般技艺的人都能够了解此注入门的数量是工程上的考虑因素，并且将根据特定的规格而有所变化。在一实施例中，至少有一个注入门对准每一个壁结构。
c)确定塑胶部件的优选的实体尺寸以满足多个光学性能要求和实体设计要求(S104)，包括80/50 Scratch-dig表面质量要求以及随着时间个改变也能维持其物性尺寸；
d)在塑胶部件中设计并放置多个支撑壁，使得塑胶部件的最终设计尺寸将与玻璃对应物匹配(S106)；
材料选择
a)根据塑胶部件品质规格基于抗变形能力来选择并使用塑胶材料制剂(S108)；此塑料材料可以是一个具有光学等级精整度的材料，例如是一般用在化妆的镜子或是其它透明的塑料材质。
模加工设备处理
a)制造金属模具，包括用于根据上文所述的部件设计而形成塑胶部件的模具腔，其中将金属模具的镜表面抛光到极好的光学等级精整度(S110)，在一较佳的例子中此金属模具是由等级A的工具钢铁所制造；
b)加热和/或冷却模具腔以在金属模具的镜表面上形成最佳曲率(S112)；
塑料注入成型
a)加热所选塑料材料配方，直到获得其熔化物为止(S114)；
b)注入或迫使熔化物进入模具腔，其中，熔化物冷却以获得所要尺寸和形状的塑胶部件20(S116)，可以了解的是此注入方法需要监控熔化塑料的温度与流动率，以使流动率最高，但同时却使湍流(Turbulence)最小化；
c)打开金属模具以顶出塑胶部件(S118)；
d)抛光和机械加工最少一表面，以使通过将从成型工艺得到的塑料表面上的瑕疵数量最小化(S120)。
镜面成形
a)将反射性金属涂层的薄层沉积到塑胶部件的镜表面上(S122)；
b)在金属化镜表面上形成保护性覆层(S124)；此保护涂层可以是阻质材料(Resist Material)或是塑料材料，当暴露在室温下会硬化后在尚未组装的镜子外部形成一保护阻绝层。此保护外涂层是在当塑料球面镜固定在空中图像显示器(Aerial Display Unit)时可以将它去除。
参考图7，说明已根据本实用新型修整用于塑胶球面镜10的经修整的塑胶部件25的实施例。
参考图8，在本实用新型的另一实施例中，一种用于产生塑胶球面镜10的方法(其中，厚度相对较薄的塑胶部件20之厚度必须足以在经加热和冷却之后将保持其形态。在一实施例中，镜子的凹面区域具有厚度1.0厘米或更少，而球面体则可具有比较厚的厚度。一般而言，此生产塑胶部件的制造方法包括：
部件设计
a)设计塑胶部件，使得塑胶部件的框架(Frame)支撑有多个顶针(EjectorPin)，用于防止其变形或扭曲，其中，例如，28个顶针设置在塑胶部件的边缘周围，用于有助于从金属模具移除部件，而不会使表面几何形状变形或损坏镜表面的饰面(S200)；
b)设计用于精确地且均匀地放置多个塑料注入门，以确保清除由塑料树脂流所产生的残余物或流痕(S202)；
c)确定塑胶部件的优选物理尺寸，以满足多个光学性能要求和物理设计要求(S204)；
d)设计用于将多个支撑壁(Supporting Walls)放置在模具成形的塑胶部件中(S206)；
材料选择
a)选择并使用光学等级聚碳酸酯、聚醚酰亚胺或PMMA(丙烯酸)作为用作塑胶球面镜的塑胶材料制剂(S208)；
模加工设备处理
a)制造金属模具，包括根据上文所述的部件设计形成塑胶部件的模具腔(Mold Cavity)，其中通过使用高等级钢材来将金属模具的镜表面制造到A1精整度(S210)；
b)加热且/或冷却模空腔以在金属模具的镜表面上形成最佳曲率(S212)；
塑料注入成型
a)加热所选塑料材料配方，直到获得其熔化物为止(S214)；
b)注入或迫使熔化物进入模具腔，其中，熔化物冷却以获得所要尺寸和形状的塑胶部件(S216)；
c)打开金属模具以顶出塑胶部件(S218)；镜面成形
a)使用真空金属化或真空沉积，将反射性金属涂层的薄层沉积到塑胶部件的镜表面上，优选为四到八微米的厚度(S220)；
b)在金属化镜表面上喷射保护性覆层(S222)；
成品部件检测
a)维持塑胶球面镜的镜表面上的球形度的公差为±0.05％(S224)(也称为获得足够球形度)。
参考图9，说明根据本实用新型的另一实施例注射模制后的塑胶部件20。在塑胶部件的边缘周围安置顶针50用来允许在不扭曲表面几何形状或破坏镜表面40的情况下从金属模具中移走部件。此顶针之真正数量是根据镜子的尺寸而有所变化，并且对于小型的镜子可以是三个，或是对于大型的镜子可以是四个或是更多。熟习此一般技艺的人都能够了解此顶针的数量是工程上的考虑因素，并且将根据特定的规格而有所变化。在一实施例中，此塑胶部件包括一框架(Frame)或是凸缘(Flange)区域相对于塑胶部件的中心区域，可以具有比较厚的厚度。此凸缘可放置在与顶针相连接之位置，并且是塑胶部件唯一与顶针相连接之区域。
在另外实施例中，脱膜剂(Mold Release Agent)可在模具加工处理之前，事先喷洒在模具中以加速塑胶部件从模具中移除。
分光器在所属领域中也众所周知，且通常包括部分镀银玻璃板。如上所述，玻璃既沉重又昂贵。因此，分光器130优选包括部分镀银塑胶板，且更明确地说，包括部分镀银丙烯酸塑胶或树脂玻璃，两者均较轻且不昂贵，并具有与玻璃相当的光学品质。分光器应大于镜面。在一个实施例中，分光器为约12×16时。
在外壳124的第二部分中，定向HLCD装置122，使得所显示的图像朝着分光器130投影。使用HLCD安装架133来定向显示器。尽管对于本实用新型而言并不关键，但优选以使得HLCD装置122能够朝着封围物124的后方枢转的方式将支架133附接到HLCD装置122，以易于进行清洁。此外，安装架应可垂直调节，使得可相对于分光器来调节显示器的位置。在外壳124外绘示计算机134；然而，应了解，计算机134可在外壳124内部接近安装架133而定位。计算机134响应于从服务器或从CD-ROM磁盘传递到计算机的一个或一个以上动画图像文件中的选择来控制显示器驱动器。在替代实施例中，省略安装架，且调试计算机134以支撑并定向HLCD装置122。如果系统120不具备本地计算机，那么直接从服务器计算机108传递HLCD装置122上显示的图像。
为了防止经反射的图像经过光学路径传播，HLCD装置122的面向分光器的表面可涂覆有抗反射涂层。在没有抗反射涂层的情况下，观察者可在某些观看条件下观看到其自身的图像或由于光学元件与HLCD装置122之间的光学失配而引起空中图像的反射产生的双重图像。
现参考图3，详细说明HLCD装置122。在一个优选实施例中，HLCD装置122包括液晶显示器面板136。为了获得真实的视频显示速率，面板136基于TFT HLCD面板技术，其中术语TFT指薄膜晶体管。晶体管经控制以传输选定频率的光。通常，三个薄膜晶体管界定一像素，一个用来控制绿色成分，一个用来控制红色成分，且一个用来控制蓝色成分。TFT液晶显示器面板技术在所属领域中是众所周知的，且将不作进一步解释。面板136被称作高亮暗视野面板，其合并明亮的(高流明或NITS)背光但即使在高水平的照射下也维持纯黑。应了解，利用标准的商用液晶显示器面板，明亮的背光将促使少量光在像素之间穿过，从而导致灰色外观而不是纯黑色。因此，利用现有技术TFT HLCD面板，高亮度的光趋向于“洗去”黑色以及导致观察者可容易地察觉到的黑灰色显示的其它暗色。更明确地说，在灰色的情况下，空中图像的观察者可容易地辨认出面板136的边缘。因此，面板136是暗视野面板。短语“暗视野”意味着面板136进一步包含像素之间的低透射率。低透射率意味着从邻近像素之间的面板区域中有效地消除了光的不可控的透射。印刷在像素周围的遮光格栅是用于限制来自像素之间的区域的光透射的机械构件的实例。
为了获得投影鲜明的空中图像所需的亮度，将全光谱背光138用作用于照明屏幕的光源。背光强度从一般的900NITS增加到至少3600NITS(流明)。棱镜140将离轴光通过面板136反射回。多个双折射滤光器142和144移除高频率成分，并在光到达面板136前将其定向。显示视频图像时主要需考虑的是，即使当背光效率随着时间而减少时，背光保持透射空中图像的足够强度。因此，背光的强度初始被设定为小于最大值的水平。例如，亮度被设定在最大强度的50％和80％之间，且优选为75％。随着时间流逝，背光的效率降级，可增加强度来补偿降级。
在计算机技术领域同样了解，通过控制面板136上的像素状态，让选定频率的光通过以在屏幕上形成图像。其后，光通过光校准滤光器146和偏光器148，其可以是线性滤光器。滤光器148在远离面板136而定向的表面上包含一层抗反射涂层。涂层最小化经反射的光，所述经反射的光可穿过光学元件再次传输，且是除去偏光器126后尤其重要的特征。
应了解，配置用于环境光条件中的普通视频监视器没有足够的亮度来实现所显示视频图像的鲜明的空中图像。单纯地增加亮度是不可接受的替代方法，因为光栅扫描会变得可见，进而使得空中图像的幻象失效。等离子显示器面板虽然比较明亮，但对于大多数商业应用来说过于昂贵。场反射显示器(FEDS)也过于昂贵，且不是足够地明亮。此外，商业性LCD装置通常提供较宽的视野。然而，根据本实用新型，HLCD装置122优选具有较窄的视野以减小离轴光的支出，并在朝着观察者的正向方向上聚焦高百分比的光。因此，HLCD装置122是用于在黑色背景上产生明亮图像的优选平台。根据本实用新型的空中投影系统投影即使在增加背光138的亮度的情况下观察者也不能感觉到面板136的轮廓的鲜明的视频图像。根据本实用新型，通过使用暗视野面板136与光学滤光器、偏光器和抗反射涂层的组合来进一步改进空中图像。
在此参考图2，外壳124包含热控制开关150以维持外壳124内的操作环境温度低于至少100°F，且优选约85°F。为了实现这个环境，多个风扇152耦合到控制开关150。风扇在外壳124的第二部分中且尤其在HLCD装置122的周围产生空气运动以最小化与背光138相关联的环境变热。
参考图4，说明与HLCD装置122相关联的数字控制器160。在优选实施例中，控制器160与服务器计算机108或计算机134连接以接收显示信息。利用显示信息，数字控制器160控制面板136的像素。并不是所显示图像的一部分的像素(即非活跃像素)被设定为超黑。数字控制器160负责确保非活跃像素不会由于提供对应于超黑的数字信号而部分透射。超黑，例如可如下定义：当在黑与白之间存在256个灰阶色调时，超黑包括最黑的二十个色调(最黑的约8％)，且优选最黑的五个色调(约2％)。数字控制器160经调节以使得最低的输出水平(零红，零绿且零蓝)对应于最黑的可实现的状态。数字控制器160与驱动HLCD装置122的专用微处理器162连接。为了实现纯黑像素，数字控制器160必须控制灰阶比例，使得控制器的最小输出对应于HLCD的最黑状态。
图5说明外壳124的替代性较轻组合式结构。在一个优选实施例中，外壳124包括较轻的铝框架，其具有前部面板164，后部面板166和基底面板168。框架可装有铰链，使得前部和后部面板可折叠到基底面板上以最小化运输或存储外壳124所需的空间。或者，框架可包括前部、后部和基底部分，其使用栓和插口技术来维持面板处于合适的定向。因而，当移动时，面板被分离并经堆叠，使得其易于盒装或运载。
前部和后部面板164和166各包括一片较轻的不透明塑胶。所述塑胶优选为黑色。塑胶片的外壳可包含附接到一个或一个以上面板的印刷图形或装饰物设计。因而，外壳124可经快速调试来匹配显示器系统期望的用途。例如，外部可印刷有公司标识以吸引附近观察者的注意来观看动画或附接到外壳的公司图标。
面板164、166和168界定大体为矩形的壁，当然，可易于想象其他形状。交叉部件170和172为外壳提供刚性，且用于安装图2中所说明的光学元件。由虚线174表示的杆或其他刚性部件用于将前部面板164的顶部耦合到后部面板166。由虚线176说明的斜支撑杆用于支撑并定位镜面128前方的分光器光学元件。杆176从交叉部件170延伸到后部面板166的顶部。将杆176连接到交叉部件170和后部面板166的方式并不关键，只要连接稳固，且能支撑分光器的重量。
顶部面板(可以是刚性塑胶片(未图示))位于杆174的上方，且分别固定到面板164和166的前部和后部的顶部。侧面板(未图示)(其也可以是刚性塑胶片)分别固定到基底168和前部和后部面板164和166。这些面板可安装在基底面板168、前部面板164和后部面板166的内部上提供的凹槽中，从而提供美学上令人满意的“舌槽”外观。用于将面板附接到框架的舌槽方法通过消除环境光会穿过的任何间隙来确保黑色内部。此外，舌槽消除了运输和存储用于将正面附接到框架的单独的机械装置(例如螺钉或胶带)的需要。
内部遮光窗帘(未图示)或其他光学阻挡可沿着面板之间的接合处而定位以最小化环境光的进入。
与图2中所示的其中分光器形成外壳的前部和顶部的底座外壳相比，图4中所示的实施例完全将镜面和分光器封围在外壳内。外壳设计的选择可根据特定应用而变化，且通常是工程学或市场选择。
外壳124较轻且能够易于传输或存储。因为外壳124还不昂贵，所以多个外壳可在共用光学元件的同时以互换的方式使用。因而，可以快速改变外壳的外壳外观来适合期望的应用或将光学元件转移到其他外壳，使得用户在改变任务时无需等待。
在此参考图2，外壳124可包含可选的透明成像面板154，其附接到前部面板164的顶部。面板154经独立控制以产生与空中图像分离的所显示图像。重要的是，因为面板154一般是透明的，所以不会影响空中图像的显示。然而，面板154可经控制以充当光帘，或光阀。当投影空中图像时，面板154被改变为透明的，使得可观察到空中图像。重要的是，面板154的部分可经选择性地控制以提供全色背景来用于空中图像。一种优选面板154是可从本实用新型的受让人Pro Vision Entertainment购得，商标为T.I.M..TM..。
另一种可选的显示器面板156可位于外壳的内部，靠近视频显示器装置122。和面板154一样，面板156也可独立控制。然而，和面板154不同的是，面板156上形成的图像被投影为空中图像与面板122上形成的图像的组合。面板156优选具有大于面板122的显示面积的面积，使得其在透明模式下不可见。此外，面板156优选在正常情况下是清晰透明的，使得其不必利用超黑背景来维持面板156。面板156可用作光帘，或用于显示特殊效果，例如显示朝着观察者的空中图像的线性运动。有利的是，面板154和156以视频速率产生全色图像。
为了产生供显示的图像(视频内容)，由本实用新型的受让人ProvisionEntertainment提供的软件应用产品将数字化图像转换为可与空中投影系统100兼容的显示格式。数字化图像必须与一组显示规则相容，以确保图像呈现为三维图像。举例来说，视频内容并不允许移出显示器装置的边缘，因为内容必须一直维持在屏幕上以避免让观察者发现屏幕的边缘。其他规则包含：1)将背景转换为超黑状态以达成与悬浮图像的高对比度；2)利用并入红色和黄色并不强调不能良好投影的蓝色和绿色的有效色彩机制；以及3)如果图像不能良好投影，那么将其从视频内容中移除。物体的表面外观对于提供和维持三维图像的幻象是重要的。选择合适的色彩机制将突出“三维”效果并给予观察者深度和体积的感觉。
在一个优选实施例中，常用的数字图像工具用于产生接着被放入与计算机162相关联的计算机文件中。当将显示文件时，计算机162控制数字控制器160和HLCD装置122以产生悬浮图像。计算机162将视频内容播放为一系列静止图像以达成运动外观。控制器160利用可市购的DIVxMPEG-4Video Codec V3.22来支持800×600像素的屏幕分辨率，十(10)帧每秒，九十(90)平滑度和6000位每秒的从计算机162到HLCD装置122的数据传输速率。尽管6000bpi的所显示图像的质量可满足大多数应用，但仍可能会出现图像序列的播放遭到中断，或可能计算机162正在处理多个任务，或在后台运行有大量的应用程序。对于动画图像，需要最小化急剧或迅速运动以对应于3000bpi的数据速率。因此，所述组的显示规则包含将图像运动最小化为不大于最大传输速率的一半的速率的限制。
所述组的设计规则进一步包含用于将动画图像有效地展现给观察者的技术。明确来说，从模糊背景开始使图像具体化是展现图像的有效方式。当图像在旋转运动期间发生急剧的形状变化时也可使用具体化当图片不够稳定，而在低速率下颤动时，进一步提高全息效果。通过使图片消失并结合闪光灯图像的产生来将图片从视图中移除。
通过将模型放在暗处，优选为黑色背景的前方而使实时显示模型的人脸、头部或全身成为可能。多个相机位于物体周围以获得多个透视图来用于产生三维人物的幻象。如本文所使用，词“模型”指(例如)人类或动物。
不管源如何，动画序列被存储为AVI文件，且接着通过从可用的文件列表中选择所需的文件来进行选择播放。在一个优选实施例中，从本实用新型的受让人Provision Entertainment可购得的多媒体播放器用于将文件展现给观察者。媒体播放器将图像映射到整个屏幕上，且不需要任何饰边或取景来使三维图像维持在空中。为了最小化用来选择并开始执行文件的时间，将定义多个动画序列的播放的序列次序的播放列表维持为.TXT文件，且单个AVI文件被存储为可执行文件。
尽管所投影的图像具有高质量，但由于大多数观察者的视觉限制，仅在图像比较简单且在性质上比较接近几何形状的情况下是有效的。已发现可容易发觉所投影图像中例如细小污点、色彩改变和细微移动灯的非常小的差别。因此，当需要吸引观察者注意选定的差别时，必须增加对这些差别的强调。
理想上，所投影图像是较大的物体，这意味着其合并显示器面板的实质部分。已观察到大形态图像比小形态图像容易发觉，因为小形态物体看上去使观察者难以背着黑色背景在视觉上发觉。因为镜面以至少1∶1的比例投影图片，所以所投影图像优选包括800×600像素显示器的可见数目的像素的约三分之一。因而，在一个实施例中，通常物体的最小尺寸在HLCD面板中心处是约448×338像素，以确保观察者可发觉细微细节。对于大显示器，显示器中的像素数目可增加，但包括图像的像素数目没有必要以类似比列增加。此外，当使用较大的显示器时，包含所投影图像的像素数目可以不处于中央处。此外，调节光学元件来放大HLCD面板上形成的图像会增加包含图像的像素数目。
如上文所注意，显示屏的背景色彩必须为没有红、绿或蓝色成分的暗色，即0.0.0(rgb)。开关速度是工程学选择，但HLCD必须将背景维持为黑色或暗色。每个图像必须“不显露”暗色背景以维持空中幻象。然而，图像必须是明亮的，且色彩必须饱和以维持图像与背景之间的可发觉的亮线。已观察到例如红和桔黄的暖色在空间是明亮，饱和和鲜明的。相比而言，色彩蓝色看上去褪为背景，且因为最小化视觉感知而不是游戏的色彩。蓝绿、氖绿和黄色比蓝色更有效和鲜明。一般来说，不管所显示的色彩为如何，无论什么颜色的有光泽的金属性或反射性外观比相同色彩的枯燥图像更有效。此外，过分照亮图像，例如当明亮的闪光灯照在其上时，能有效提高视觉感知并吸引观察者的注意。
与投影平整HLCD显示器上形成的三维图像相关联的另一问题是由球面镜引起的图像失真。因此，常必须修改图像的最终动画来提供必要的补偿，使得空中图像看起来被具有正确比例。这个光学补偿被添加到开发环境104中的图像中。更明确地说，当面板122接近分光器(例如约八(8)时)而定位时，屏幕上显示的图像被进一步远离外壳124投影到空间中，但放大的图像由于球面镜而失真。一个移除此失真的解决方案是将面板122定位在正确的焦点处，例如，距分光器约25时。然而，这将空中图像的尺寸限制为1∶1的放大率，并限制了投影图像的距离。因而，为在远处的空间获得放大图像，面板122朝着分光器移动，且在软件中补充钟形失真效果。软件预先使图像失真，使得当显示时，通过引入相等的和相对的失真来恰好补偿光学失真，使得图像向观察者呈现为正常状态。如本文所用，钟形失真意味着图像的中心被放大到大于图像的侧边缘。引入动画图像的预失真的实际量取决于面板22的位置和球面镜的特定光学特性。
应了解，与投影三维空中图像相关联的困难将沉重的负担加在向观察者展现图像以维持深度幻象的方面。因此，使用特定技术来产生从一个物体到另一物体的有趣过渡，来添加文本或另外添加有趣的背景视觉肖像。虽然在上文讨论了特定的实现规则，但这些规则可应用到所显示的图像。因此，使用其他技术或规则来在从一个图像过渡到另一图像期间维持三维幻象。
通常，前景中的图像处于尖锐清晰焦点处，同时背景中的图像是模糊或失真的。改变背景中的物体的焦点以使得其清晰尖锐可用于吸引观察者注意新的物体。在某些情形中，可接着使前景图像模糊，使得观察者将注意背景图像。环境雾可有效用于起初使物体模糊，直到清除雾为止。
现有商用(图像被捕获在胶卷上)或3D电影的空中显示当从2维格式变换为空间形式时是有效的。一种这样的空间形式包括使用旋转立方体155(图2)，其中电影图像的图像157在立方体的表面上显示。更明确地说，通过利用飞行的立方体作为悬浮物体，可在不需要重新产生全新的动画的情况下将早已存在的2D商用或渐进的视频镜头转换为空中图像。飞行的立方体具有六个相对较大的平整表面，且2D视频镜头在由至少一个表面界定的边界内显示。实际上，所有六个表面可显示相同的镜头或可同时显示六个不同的视频序列。悬浮立方体的优势在于其易于转换2D视频镜头以用于3D显示。
使用空间形式来显示2维图像可与三维动画相组合。动画可包含动画人物，或例如机械人头。
为了移除所显示的空中图像并用另一图像来进行替换，优选使用过渡序列。包括颗粒显示的一个过渡序列用于起初使图像模糊，并接着隐藏图像不让观察者观看到，使得维持三维图像的幻象。雾或爆发性颗粒可出现在背景中，且增长来包围并最终隐藏空中图像。当清除雾或颗粒时，会将新的物体展现给观察者。
如果字体大小大到容易观看，那么悬浮的三维文本的显示是非常有效的。为了保留悬浮图像的外观，字母必须具有关联深度以为字母提供三维外观。有效的文本显示在空中的初步移动后(例如字母从空间深度方面接近观察者)提供词和句子的形成。如果字母具有金属光泽或外观，且在空中逐个具体化，那么这也是有效的。利用文本与空中图像的结合在展现基于视觉和文本的信息时起到重要作用。
通过将照片或其他二维图像定位在向投影图像添加维度方面的悬浮窗中可有效将其投影。以普遍用于电视广告的方式在开发环境中将背景音乐添加到动画序列中。音乐效果用于强调三维运动，并吸引观察者的注意。
通过以视频速率改变的三维空中图像的幻象，还可以组合实时视频反馈与空中图像。明确地说，显示3D动画图像的空中显示来让至少一个观察者观看。安装在外壳124上或接近其而定位的视频相机158耦合到计算机134。视频相机158检测观察者的存在，并组合实时视频图像与动画图像。以这种方式，观察者变为所显示图像的一部分。这个特征对于例如移动视频电话的产品非常有效，其中观察者可坐在驾驶座上看到他们看起来像某个具有视频电话或移动电话的人。
来自相机的视频内容覆盖在动画层之上。更明确地说，视频内容被映射到由四个连接的直线确定的平整表面上。可将多个视频内容映射到表面上，所以可以在显示组合图像之前添加特殊效果。面板156对于合并附加特殊效果尤其有用。
参考图2和图3，如果面板136具有较小的屏幕尺寸，那么所产生的现实悬浮图像会具有相对低的对比度。然而，当屏幕尺寸增加时，优选添加机械屏蔽166以隐藏屏幕的边缘。例如，对于30时的HLCD显示器装置，机械屏蔽166和高对比度的组合在不可见屏幕轮廓的空中图像的情况下提供有效的空中图像投影装置。在一个优选实施例中，对比度在400∶1和500∶1之间。这个对比度相比于商用HLCD显示器装置250∶1到300∶1的范围内的一般对比度。
通过将屏幕的尺寸与镜面和光学元件匹配以使得不投影屏幕边缘来获得进一步改进。当显示图像时，需要定位在与镜面对准的区域内。因而，通过增加显示器的尺寸同时减小镜面的半径，空中投影系统在不可见边缘的情况下达成高对比度的现实悬浮图像。
在本实用新型的另一方面中，在蓝色屏幕上产生物体的360度图像。这个图像被数字化编辑以包含背景景色或特殊效果来产生视频内容。因而，可数字化一人物并接着将其插入三维动画序列中，且投影为复合的三维空中图像。
通信端口159也与外壳124关联并耦合到计算机134。通信端口159包含红外(IR)数据端口，其使观察者响应于所显示的空中图像进行互动。例如，观察者可使用配备有IR端口的商用个人数字助理(PDA)来下载与空中图像相关的信息。IR端口还可用于操纵图像并搜集信息以响应于来自观察者的对信息的特定请求。利用IR端口进行数据传输是众所周知的。
通信端口159还包含语音识别模块。优选的语音识别模块是可从Speech.Philips.com购得的菲利普语音处理产品。因而，观察者可利用声音命令来操纵空中图像。举例来说，如果空中图像是汽车，那么观察者可请求打开车门，且将图像向右旋转四十度。观察者可接着请求观看不同色彩的汽车。以这种方式，观察者容易能够以互动的方式操纵空中图像并获得响应于其个体需要的信息。
现在参考图10，说明复合塑胶镜面179的俯视图。通过塑胶镜面，可明显减少成本和重量。然而，为了克服塑胶的局限性，镜面179必须在没有波纹或可见的光学缺陷的情况下反射图像。实际上，通常认为塑胶镜面不足以产生现实的空中图像。然而，镜面179达成必要的光学质量且通过维持从一个镜面边缘到另一镜面边缘的公差为±0.5％(已知为获得充分的球形度)而最小化偏差。这个公差相比于通常用于产生静止物体的空中图像的玻璃衬底镜面±0.05％的球形度公差。
在优选实施例中，在没有可发觉的颤动的情况下加热一片镜面等级丙烯酸塑胶，并放置在在一个实施例中球半径为18.00时的模具上以形成所要的凹面镜表面。应了解，可根据特定应用选择较大或较小的球半径。还可加热所述片并吹塑模制到模具中。或者，丙烯酸镜面可经注射模制以达成所要的大小，但注射模制交昂贵且最适合用于大体积应用。如本文所用，颤动是指丙烯酸塑胶片的挤压成形人工现象，且会引起光学失真。因而，必须紧密控制挤压成形过程以最小化引入片中的颤动，因为利用光学品质丙烯酸开始模制过程是关键的。最小化由灰尘或其他碎屑引起的表面缺陷对于最小化光学失真同样比较关键。因此，优选在清洁的室内环境中进行模制过程，且在模制之前清洁丙烯酸片和模具。
在清洁后，利用脱模剂涂覆模具，且接着模制丙烯酸片并利用可移除的保护性覆盖物来涂覆。一旦经模制，进一步处理两个表面以最小化表面缺陷。镜面179必须具有80-50 scratch/dig的表面品质，其中scratch/dig是表面缺陷的一般量度。
镜面179是包括前衬底180和后衬底182的复合镜面。两个衬底优选是被切割成必要尺寸的四分之一时厚的丙烯酸塑胶片。衬底180的后侧184被铝涂覆。可利用真空沉积方法来施加涂覆以提供类似镜面的饰面。
衬底182不需要包括铝涂层，因为其目的是为衬底180提供结构性支撑，并最小化由于丙烯酸和铝的不同热膨胀系数而引起的偏差。衬底182在被铝化后被层压到衬底180。为了最小化应力，将环氧树脂或其他粘结剂施加到表面184的选定区域。举例来说，环氧树脂区域188各接近衬底的隅角。环氧树脂区域186接近衬底的中央。应了解，可需要额外的环氧树脂区域来用于较大尺寸的镜面。环氧树脂应具有较低的导热率以隔离片182与片180。优选的环氧树脂是RTV-108粘合剂，当然，可使用例如Bondo的其他粘合剂。合适的安装支架(未图示)可附接到片182的后部以用于附接到外壳124。
现在参考图11，绘示镜面179的前视图。当光被导向镜面179的前表面192时，铝层184将进行反射。如所示，镜面179的上部角是斜面(如190所指示)以最小化占用面积并使外壳较小。
根据上文描述，应了解，本实用新型可以低成本大量生产，且可容易合并到用作显示器的大多数应用中，用于与台式计算机一起使用来在收银台或服务亭中向客户提供服务功能。
虽然已描述且在附图中绘示特定示范性优选实施例，但应了解，这些实施例仅为说明性的，且并不约束广泛实用新型。此外，应了解，本实用新型不限于所示和所述的特定构造和配置，因为在不违背权利要求书中所述的本实用新型的精神和范畴的情况下，所属领域的技术人员可作出各种修改或改变。

Claims (39)

1.一种空中投影系统，其特征在于其包括：
外壳；
视频源，其安装在所述外壳的第一部分中，用于产生三维图像；所述视频源包含具有多个可单独控制的像素的显示器面板且像素之间具有低透射率，以及用于产生光以形成空中图像的背光；
控制器构件，其用于控制所述视频源以当在所述视频显示器装置的一部分上形成图像时实现零红色、零绿色以及零蓝色的背景颜色；
分光器，其安装在所述外壳中与所述视频源光学对准；
塑胶球面镜，所述球形塑胶镜面安装在所述外壳的第二部分中与所述分光器光学对准，使得来自所述视频源的光的一部分被导向所述塑胶球面镜；以及
偏光器，其与所述分光器平行对准，且处于所述外壳的所述第二部分中，使得光的所述部分透射出所述外壳以形成所述空中图像。
2.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶球面镜包括：
塑胶部件，其中所述塑胶部件的镜表面由多个壁结构支撑在镜缘的边缘上，其中所述镜表面具有球形度；
具有实体尺寸的所述塑胶部件；
塑胶材料制剂；
光学等级饰面，其通过抛光用于金属模具的所述镜表面而形成；
具有曲率的所述镜表面，其通过加热并冷却所述金属模具以在所述金属模具的所述镜表面上形成曲率而生产；
反射性金属涂层的薄层，其沉积到所述塑胶部件的所述镜表面上；以及
保护性覆层，其形成在金属化镜表面上。
3.根据权利要求2所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶球面镜进一步包括：
处于多个位置的多个注射门；以及
具有实体尺寸的所述塑胶部件。
4.根据权利要求2所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括：
多个支撑壁，其安置在所述塑胶部件中，使得所述塑胶部件的最终设计尺寸与玻璃对应物匹配。
5.根据权利要求2所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶材料制剂从由以下各项组成的群组中选择：光学等级聚碳酸酯、自然等级聚碳酸酯、UV等级聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、玻璃填充等级聚醚酰亚胺以及丙烯酸。
6.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述偏光器进一步包括所述偏光器面向远离所述分光器的表面上的抗反射涂层。
7.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括接近所述外壳的所述第二部分的透明成像装置，所述成像装置可经控制来显示视频信息，所述图像装置的一部分经调试以将来自所述外壳的所述空中图像传递到所述成像装置外的空间区域中。
8.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述背光包括产生至少3600流明的全光谱光源。
9.根据权利要求8所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括：
第二显示器面板，其接近所述视频源而定位，其中所述第二显示器面板可单独控制以形成用于与所述视频源形成的图像进行组合以用于空中显示的图像。
10.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括框架，所述框架围绕所述显示屏的边缘部分以最小化所述显示屏对所述空中图像观察者的可见性。
11.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述视频源进一步包含：
棱镜，其用于收集来自所述背光的离轴光并重新引导所述离轴光穿过所述显示器面板；
用于过滤所述光的高频成分的构件；
用于校准离开所述显示器面板的光的构件；以及
偏光器，其在远离所述显示器面板而定向的所述表面上具有一层抗反射涂层。
12.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述背光包括产生至少3600流明的光源。
13.根据权利要求12所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括围绕所述显示器面板的边缘的光屏蔽，且对比度至少为400∶1。
14.根据权利要求13所述的空中投影系统，其特征在于其中所述视频源进一步包括高亮超黑LCD，其具有狭窄视野以减少离轴光的支出并将光聚焦在前向方向上。
15.根据权利要求14所述的空中投影系统，其特征在于其中所述LCD的所述尺寸与所述塑胶球面镜的所述尺寸相称。
16.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述视频源进一步包含：显示器面板，其具有多个可单独控制的像素；控制器，其用于将所述多个像素中的选定像素维持成对应于超黑的状态；以及光源，其产生至少3600流明。
17.根据权利要求16所述的空中投影系统，其特征在于其中所述超黑状态包括所述显示器面板可实现的至少二十种最暗色调。
18.根据权利要求16所述的空中投影系统，其特征在于其中所述超黑状态包括所述显示器面板可实现的暗色调的至少最暗的百分之二。
19.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其中所述外壳进一步包括：重量较轻的管状框架，所述框架包含用于将所述分光器以及镜面安装成与所述视频源光学对准的多个交叉部件；正面，其附接到所述框架，用于屏蔽所述外壳的内部免受外部环境光源影响。
20.根据权利要求19所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括透明成像装置，所述透明成像装置耦合到所述框架，使得所述透明成像装置与所述分光器以及镜面光学对准，所述透明成像装置可经控制以用于显示视频信息。
21.根据权利要求1所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括第二显示器面板，其接近所述视频源而定位，其中所述第二显示器面板可单独控制以形成用于与所述视频源形成的图像进行组合以用于空中显示的图像。
22.一种空中投影系统，其特征在于其包括：
外壳；
分光器，其耦合到所述外壳；
塑胶球面镜，其耦合到所述外壳并沿着第一轴与所述分光器光学对准；
高亮超黑LCD，其安装在所述外壳中，用于将具有三维物体视觉外观的视频图像沿着与所述第一轴垂直的第二轴投影到所述分光器上；以及
用于最小化来自所述分光器面向远离所述球面镜的表面的眩光和反射的构件。
23.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶球面镜包括：
塑胶部件，其中所述塑胶部件的镜表面由多个壁结构支撑在镜缘的边缘上，其中所述镜表面具有球形度；
具有实体尺寸的所述塑胶部件；
塑胶材料制剂；
光学等级饰面，其通过抛光用于金属模具的所述镜表面而形成；
具有曲率的所述镜表面，其通过加热并冷却所述金属模具以在所述金属模具的所述镜表面上形成曲率而生产；
反射性金属涂层的薄层，其沉积在所述塑胶部件的所述镜表面上；以及
保护性覆层，其形成在金属化镜表面上。
24.根据权利要求23所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶材料制剂从由以下各项组成的群组中选择：光学等级聚碳酸酯、自然等级聚碳酸酯、UV等级聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、玻璃填充等级聚醚酰亚胺以及丙烯酸。
25.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件包括偏光器。
26.根据权利要求25所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括所述偏光器面向远离所述分光器的表面上的抗反射涂层。
27.根据权利要求25所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括用于显示视频信息与所述视频图像的组合的透明成像装置。
28.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括通信端口。
29.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其进一步包括围绕所述高亮超黑LCD的边缘部分的框架。
30.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述分光器包括塑胶衬底。
31.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述塑胶球面镜包括复合塑胶镜面，所述复合塑胶镜面具有由互补的第二塑胶球形薄片支撑的第一塑胶球面镜。
32.根据权利要求31所述的空中投影系统，其特征在于其中所述第一塑胶球面镜是光学清晰的丙烯酸的模制薄片。
33.根据权利要求31所述的空中投影系统，其特征在于其中所述第一塑胶球面镜在后侧包括反射层。
34.根据权利要求31所述的空中投影系统，其特征在于其中所述第一塑胶球面镜通过环氧树脂而耦合到所述第二塑胶球形薄片。
35.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件包括线性偏光器。
36.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件包括线性偏光器以及1/4波长延迟器。
37.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件包括圆形偏光器。
38.根据权利要求22所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件接近所述分光器而定位。
39.根据权利要求38所述的空中投影系统，其特征在于其中所述眩光最小化构件平行于所述分光器而定位。
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