用于投影到多个表面上的显示系统和方法

用于投影到多个表面上的显示系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于将可变电子内容诸如视频或数字静态图像投影到多个表面上的系统。所述系统包括投影仪、一个或多个反射器、以及至少两个显示表面。投影仪经由反射器将内容投影到显示表面之一上并且直接或经由另一个反射器将内容投影到另一显示表面上。显示表面可为多个弯曲表面、在不同视平面中的多个平面表面、或弯曲表面和平面表面。对于弯曲表面，投影仪接收转换的内容并且投影转换的内容，使得弯曲表面无失真地向观看者显示转换的内容。系统还可提供用于在具有与品牌对应的形状的产品容器上显示品牌内容。
【专利说明】用于投影到多个表面上的显示系统和方法
【背景技术】
[0001]消费者已对购买点处的静态图像内容变得应接不暇。静态图像内容通常推广或提供关于产品的信息以尝试影响消费者的购买决策。然而，确定此类静态图像内容的有效性可能是困难的。因此在向消费者提供广告或其它产品促销内容方面需要新的方式以吸引消费者的注意。一种方法涉及将这些静态表面转换为视频表面并提供视频内容用于广告，从而尝试通过活动型的内容吸引消费者的注意。通常在推广产品近侧或附近的平面屏幕显示装置(例如液晶显示装置)上提供该视频内容。当消费者只是观看要购买的潜在产品，而未观看显示器时，该类型广告的有效性可能有限。因此，需要一种新的方式来递送视频内容，尤其是在可能类似实际产品容器的弯曲表面上。

【发明内容】

[0002]符合本发明的一种用于将可变电子内容投影到多个弯曲表面上的系统包括至少两个显示表面。投影仪可能通过使用设置于显示表面近侧的反射器将电子内容投影到两个显示表面。这两个显示表面可包括两个弯曲表面、在不同视平面中的两个平面表面、或弯曲表面和平面表面。当显示表面中的至少一个弯曲时，投影仪接收转换的电子内容并且经由反射器将转换的电子内容投影到弯曲显示表面，使得弯曲显示表面向观看者无失真地显示转换的电子内容。
【专利附图】

【附图说明】
[0003]附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们连同【具体实施方式】阐明本发明的优点和原理。在附图中，
[0004]图1为用于在弯曲表面上提供可变电子内容的投影系统的分解示意图；
[0005]图2为用于投影系统的显示表面的示例性组件的示意图；
[0006]图3为示出用于投影系统的壳体的侧视图；
[0007]图4为用于投影系统的壳体的侧面剖视图；
[0008]图5为用于投影系统的壳体的顶视图；
[0009]图6为用于投影系统的壳体的底视图；
[0010]图7为用于投影系统的壳体的分解透视图；
[0011]图8为用于投影系统的壳体的替代实施例的侧视图。
[0012]图9为示出投影到多个表面上的示意图；
[0013]图10为用于投影到两个弯曲表面上的系统的示意图；
[0014]图1lA和图1lB为用于投影到两个弯曲表面上的方法的流程图；
[0015]图12为示出图10的系统的实施例的转换的内容的示意图；
[0016]图13为用于投影到两个平面表面上的系统的示意图；
[0017]图14为用于投影到两个平面表面上的方法的流程图；
[0018]图15为用于投影到弯曲表面和平面表面上的系统的不意图；[0019]图16A和图16B为用于投影到弯曲表面和平面表面上的其它系统的不意图；
[0020]图17为用于投影到弯曲表面和平面表面上的方法的流程图；
[0021]图18A和图18B为示出用于图15的系统的转换和显示的内容的示意图；
[0022]图19为示出用于图16B的系统的转换的内容的示意图；
[0023]图20为用于在旋转投影仪的同时投影到圆柱形表面和平面表面上的系统；并且
[0024]图21A和图21B为示出用于图20的系统的转换和显示的内容的示意图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的实施例可提供购买点(POP)投影显示系统，其意在将静态表面转换为电子显示表面以显示视频或可变电子静态图像。这些表面可包括投影到具有品牌特定内容的品牌特定形状上的投影。视频或其它电子内容投影到弯曲表面上尤其是到品牌特定形状上允许新类型的广告、产品推广和信息递送。用于将内容投影到弯曲表面上的系统的例子在名称为 “Display System and Method for Projection onto Non-Planar Surfaces”(用于投影到非平面表面上的显示系统和方法)，并且于2011年7月22日提交的美国专利申请序列号13/165896中描述。
[0026]该系统可包括可变电子内容源、控制器、投影仪、多个显示表和适当的反射元件。控制器从内容源接收内容并且将其提供到一个或多个投影仪以经由反射元件投影于显示表面上。可变电子内容可包括电子视频内容或可变电子(数字)静态图像。将与同一投影仪相关联的每个独立的显示表面并置，使得同时递送到每个表面的光的路径长度相似，从而在表面上得到聚焦图像。一个投影仪因此可将不同内容递送到多个显示表面，包括单独的平面表面、弯曲表面、或弯曲表面和平面表面的组合。
[0027]投影到弯曲表面上
[0028]图1为用于在弯曲表面上提供可变电子内容的投影系统10的分解示意图。系统10包括内容源12、控制器14、投影仪16、弯曲显示表面18和锥形反射器20。控制器14从内容源12接收内容并将其提供给投影仪16以经由锥形反射器20投影于显示表面18上。可变电子内容可包括电子视频内容或可变电子(数字)静态图像。
[0029]控制器14可用计算机或其它基于处理器的装置来实现，并且内容源12可用存储装置来实现。控制器14可包括与投影仪16的有线或无线连接，并且它可包括与多个投影仪的连接以用于将内容显示于组装到不同壳体中的许多投影系统上。控制器14可转换待显示的内容，或者接收已转换的内容。该转换为弯曲显示表面18所需要的，以对观看者无失真地显示转换的内容，这意味着它就像原始内容预期在平坦显示器上看上去的那样显示电子内容。
[0030]锥形反射器20优选具有使得投影的内容均匀显示于整个显示表面18上的锥角，如由线22和24所代表。锥形反射器20可用例如反射镜膜来实现，所述反射镜膜层合或以其它方式附着到用于机械支撑的基底，以将反射镜膜保持为期望的构型。作为另外一种选择，反射器可为可热成形的反射镜。
[0031]锥形反射器20可具有完整的锥形反射镜，以用于将内容投影到弯曲显示表面18的完整360°上(如图所示)，或者可具有部分锥面反射镜，以用于仅在弯曲显示表面18的一部分上投影和显示内容。任选地，除了径向之外，锥形反射器20可在轴向上弯曲，并且从而类似凸锥或曲边锥，并且反射器可任选地为截短锥。另外，在该实施例中，可使用任何旋转对称的表面来实现反射器。以上引用的专利申请提供了用于计算反射器的锥角以基本上均匀显示转换的内容的方法。尽管弯曲显示表面18被示出为圆柱形表面，但其它类型的弯曲显示表面也是可以的，包括用于显示表面的平坦表面和不平坦表面的组合。另外，多个反射器或反射器的系统可任选地与显示表面一起使用。
[0032]图2为用于投影系统的弯曲显示表面18的示例性组件的示意图。在该实施例中，显示表面18包括转向膜26、支撑基底28和背投影膜(RPF) 30。作为RPF30的另外一种选择，可使用其它膜，例如具有小透镜阵列、透镜状阵列、微型菲涅耳透镜阵列或微型菲涅耳透镜状阵列的膜。转向膜26从反射器20接收投影的内容并对投影的光重新导向，以按期望的视角提供内容。支撑基底28可用例如透明聚合物膜或玻璃圆柱体来实现，并为转向膜26和背投影膜30提供机械支撑。支撑基底28为任选的，因为对于某些实施例，转向膜和显示表面本身可具有足够的机械支撑。弯曲显示表面18的组件可层合或以其它方式附着在一起。作为另外一种选择，显示表面可为可热成形的屏幕。
[0033]弯曲显示表面18可任选地在背投影膜30的观看者一侧上包括另一转向膜。可对于弯曲显示表面的期望主视角设计转向膜，例如观看者直视显示表面，仰视显示表面，或者俯视显示表面。
[0034]图3至图7概念性地示出了用于容纳图1和图2的投影系统的壳体。图3至图7分别为具有投影系统的壳体的侧视图、侧面剖视图、顶视图、底视图和分解透视图。如图3至图7所示，该实施例中的壳体包括封盖40、与显示表面18对应的弯曲显示表面42、基座44和锥形反射器48。反射器48由环46支撑，所述环具有位于显示表面42的顶部边缘55上的部分54。封盖40具有底部边缘41，所述底部边缘可适配在环46的边缘47上，并通过摩擦固定就位。封盖40还具有中空空间49。基座44具有顶部环52，并且显示表面42的底部边缘43可适配在环52的边缘53上，并通过摩擦固定就位。如图所示,显示表面42还适配在基座44的顶部上。基座44包括内壁46、外壁51以及介于壁46和51之间的中空空间45。基座44的内壁46形成孔，使得投影仪50可穿过所述孔将内容投影到反射器48，以将所述内容反射并显示在显示表面42上，如图1所示。作为另外一种选择，所述投影仪可设置于所述壳体的内部，在该实施例中，不需要孔。如图7中所示，壳体的组件连同显示表面一起为可去除的，或者可使用例如粘合剂将它们固定在一起。作为另外一种选择，壳体可由一体式外罩形成，并且壳体可形成完整的外罩或部分的外罩。
[0035]图8为用于投影系统的壳体的替代实施例的侧视图。在该替代实施例中，投影仪60设置于壳体的上方。壳体包括封盖66、与显不表面18对应的弯曲显不表面68、以及基座70。封盖66包括孔78和围绕所述孔的中空空间80。环76可位于显示表面68的顶部边缘上，并且包括下环部分81以适配在显示表面68的内部并通过摩擦将环76固定就位。封盖66也可抵靠环76并通过摩擦固定就位。基座70包括中空空间82 (与基座44相似)，并且还包括环74。将反射器72安装在环74上，并且显示表面68可通过摩擦抵靠环74而固定就位。在使用中，投影仪60通过利用反射镜62反射内容来穿过孔78投影内容，如线64所示。反射镜62为任选的，因为对于某些实施例，投影仪可将内容直接投影到壳体中。投影的内容被反射器72反射以由显示表面68显示，如图1所示，不同的是按反转的构型。该替代实施例可提供用于例如天花板安装型投影仪。[0036]弯曲显示表面可设置于壳体中的各种位置处。在图3至图8中，示出弯曲显示表面设置于封盖与基座之间。然而，弯曲显示表面可设置于封盖的位置处或基座下方。另外，基座和封盖的高度可改变，以改变弯曲显示表面的竖直位置。将弯曲显示表面设置在基座与封盖之间提供了用于显示标签或其它静态内容的许多产品容器使用的位置，这意味着由弯曲显示表面显示的内容在外表面类似产品容器的壳体上的近似位置将与实际产品容器上的位置相同。
[0037]在图3至图8中，将用于投影系统的壳体示出为圆柱体，这只是出于示例性目的。根据例如待显示的内容，壳体可具有各种三维形状。壳体形状可与带壳体的品牌形状对应，因此类似于具有指示容纳于其内的产品的品牌或型号的形状的实际产品容器。对于各种壳体形状，基座和封盖中的中空空间可用于容纳实际产品。例如，中空空间可容纳与类似壳体的产品容器的品牌形状对应的产品。这样，壳体可看上去像具有产品的实际产品容器一样，因为将无法通过中空空间中的产品看见孔。在其它实施例中，壳体不需要具有中空空间，而是相反可通过在其上刷油漆或具有静态内容来模拟产品。
[0038]如果壳体类似于品牌产品容器，则可基于品牌形状来选择内容所需的转换类型。控制器可存储与特定品牌形状相关的转换算法，并选择在特定品牌形状上无失真地显示内容所需的算法。作为替代，控制器可将与特定形状相关联的弯曲显示表面数字化，以便对于特定数字化弯曲显示表面选择转换内容的算法。数字化表面可通过例如尺寸、高度和形状的参数来表征。选择的算法可对于弯曲显示表面的特定形状执行内容的像素重映射。内容可被转换并存储以便于稍后显示，或者可根据算法基本上实时地转换。
[0039]以上引用的专利申请提供了用于实现壳体和投影系统的示例性材料和组件，尽管可使用其它类型的材料和组件。
[0040]多表面投影
[0041]多表面投影的设计方法的实施可从得知所需显示形式开始。作为另外一种选择，方法可从通过以形成概念设计的形状的间隔中投影的射线所限定的表面界限开始。这里证实的是设计者以已知显示形式开始的程序。两个显示表面将是示例性的，其中一个是平坦(平面)的而另一个是圆形的。该方法可扩展到具有任选地弯曲的多个显示屏幕S1 - Sn的设计构造。
[0042]步骤1:确定投影光学路径长度以实现所需的第一屏幕尺寸。该设计方法流程开始于确定提供第一显示屏幕所需的方形区域需要的投影仪抛距。图9示出系统100，该系统具有置于与显示屏幕IOe(S1)相距抛距IlO(D1)处的投影仪102，其中A’代表所需的投影面积。第一显示屏幕106可任选地为平坦、部分球形、部分圆柱形、部分锥形、椭圆形等。对于不平坦(非平面)屏幕，系统可配有对应的不平坦反射镜，用于将所需反射递送到屏幕平面上。举例来说，部分圆柱形屏幕需要部分锥面的反射镜。直接投影到高曲率的圆柱形屏幕上得到高入射角的区域中输出的光差。不平坦反射镜组件可用例如反射镜膜来实现，所述反射镜膜层合或以其它方式附着到用于机械支撑的基底，以将反射镜膜保持为所需构造。作为另外一种选择，反射器可为可热成形的反射镜。
[0043]将内容递送到第一屏幕106的光学装置可任选地配有反射镜(诸如，反射器104)以“折叠”光学路径。对于占用有限空间的POP显示器或者当要求投影仪被隐藏在显示器内部或者以其它方式被隐藏从而不被看到时，需要该附加的特征。[0044]步骤2:根据第一屏幕106表面的位置，计算第二屏幕108 (S2)所允许的三维表面。对于绕过第一投影屏幕106的光线，此刻确定使得第一投影屏幕106和第二屏幕108的图像平面都聚焦的第二屏幕108的放置范围。也就是说，对于递送到第一屏幕106的平均路径长度L1,计算第二屏幕108所允许的三维表面。由于假设显示器形状因子是已知的，因此特定目标为对应于所需形状因子的区域中的表面积。可使用反射镜将该光导向所需空间位置。还可将屏幕108的位置精确定位到位置112(?)。可通过公式I中的投影仪的景深(DOF)得到第二屏幕108可偏离最佳路径长度D1的极限。图9中的DOF由线114代表。
[0045]/D2 - D1/ ( DOF (公式 I)
[0046]—个考虑因素为投影仪技术的DOF能力。手持投影仪系统的三个创建技术为数字光处理(DLP,德州仪器公司(Texas Instruments Inc.))、光束转向(维视公司(MicroVision, Inc.))和硅上液晶(LC0S，具有LCD的3M LCOS, 3M公司)。激光视频投影仪因为它们的高DOF为本发明的实施例中示例性的尤其有利的投影仪。它们的免调焦允许投影尺寸、同时的远表面投影和近表面投影、成角度投影、以及弯曲表面和其它不平坦表面上的投影快速变化。
[0047]焦深为焦平面可移位并且仍然产生限定水平的分辨率的距离。景深为图像平面可移位并且仍然产生限定水平的分辨率的距离。通过放大倍数M的平方将焦深和景深相关联。
[0048] M2 X焦深=景深(公式2 )
[0049]为了计算本文描述的特定投影仪显示器(3M MPro 160微型投影仪)的焦深极限，在53周/毫米的参考分辨率下使用ZEMAX光学设计程序(Radiant ZEMAX LLC)进行聚焦衍射调制传递函数(MTF)计算。基于成像器的像素尺寸确定该参考分辨率。确定多个图像高度对应的图线并且接着将这些图线重叠。焦深确定为在全部场位置保持最小响应(20%的响应水平)的距离。用该方法确定的DOF与抛距D的关系图线得到概括的公式3。应注意，改变响应水平或降低分辨率要求将产生与公式3所示的结果不同的结果。
[0050]DOF=-0.0004D3+0.0275D2-0.3852D+1.5709 (公式 3)
[0051]通过光线追踪技术推导如本文所述的实例中概述的投影仪、反射镜和反射器的构造。光线追踪用于设计方法中并且使用MATLAB程序(迈斯沃克公司(Math Works, Inc.))实现。认为来自投影仪的全部光线源自三维空间中的点源(xo，I,冰如使用对称线方程:
【权利要求】
1.一种用于将可变电子内容投影到多个弯曲表面上的系统，包括: 第一弯曲显不表面； 第二弯曲显示表面； 第一反射器，其设置于所述第一弯曲显示表面近侧； 第二反射器，其设置于所述第二弯曲显示表面近侧；和 投影仪，其设置用于将电子内容投影到所述第一反射器和第二反射器， 其中当所述投影仪接收转换的电子内容并且将所述转换的电子内容的第一部分和第二部分投影到所述第一反射器和第二反射器时，所述第一弯曲显示表面无失真地向观看者显示所述转换的电子内容的第一部分并且所述第二弯曲显示表面无失真地向观看者显示所述转换的电子内容的第二部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一反射器和第二反射器各自包括部分锥面。
3.根据权利要求1所述的 系统，其中所述第一弯曲显示表面和第二弯曲显示表面各自包括: 支撑基底； 背投影膜；和 转向膜。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变电子内容包括电子视频内容。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变电子内容包括可变电子静态图像。
6.一种用于将可变电子内容投影到多个平面表面上的系统，包括: 第一平面显不表面； 第二平面显示表面； 第一反射器，其设置于所述第一平面显示表面近侧； 一对反射器，其设置于所述第二平面显示表面近侧；和 投影仪，其设置用于将电子内容投影到所述第一反射器和所述一对反射器，所述第一反射器用于在所述第一平面显示表面上显示所述电子内容的第一部分，所述一对反射器用于在所述第二平面显示表面上显示所述电子内容的第二部分， 其中所述第一平面显示表面与所述第二平面显示表面在不同的视平面中。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述可变电子内容包括电子视频内容。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述可变电子内容包括可变电子静态图像。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二平面显示表面垂直于所述第一平面显示表面。
10.一种用于将可变电子内容投影到弯曲表面和平面表面上的系统，包括: 第一弯曲显不表面； 第二平面显示表面； 反射器，其设置于所述第一弯曲显示表面近侧；和 投影仪，其设置用于将电子内容投影到所述反射器和所述第二平面显示表面， 其中当所述投影仪接收具有转换部分和未转换部分的电子内容并且在将所述未转换部分投影到所述第二平面显示表面的同时将所述转换部分投影到所述反射器时，所述第一弯曲显示表面无失真地向观看者显示所述转换的内容并且所述第二平面显示表面显示所述未转换的内容。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述反射器包括部分锥面。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一弯曲显示表面包括: 支撑基底； 背投影膜；和 转向膜。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述可变电子内容包括电子视频内容。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述可变电子内容包括可变电子静态图像。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一弯曲显示表面与所述第二平面显示表面在不同的视平面中。
16.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一弯曲显示表面与所述第二平面显示表面在相同的视平面中。
17.根据权利要求10所述的系统，还包括设置于所述第二平面显示表面近侧的平面反射器，其中所述投影仪经由所述平面反射器将所述未转换部分投影到所述第二平面显示表面。
18.一种用于将旋转的可变电子内容投影到弯曲表面和平面表面上的系统，包括: 第一弯曲360°视图显不表面； 第二平面显示表面； 部分锥面反射器，其设置于所述第一弯曲显示表面近侧；和 投影仪，其设置用于将电子内容投影到所述反射器和所述第二平面显示表面， 其中所述投影仪和所述部分锥面反射器为各自可旋转的，并且所述部分锥面反射器配置成与所述投影仪同步旋转， 其中当所述旋转的投影仪接收具有转换部分和未转换部分的电子内容并且在将所述未转换部分投影到所述第二平面显示表面的同时将所述转换部分投影到所述同步旋转的反射器时，所述第一弯曲显示表面无失真地向观看者显示所述转换的内容并且所述第二平面显示表面显示所述未转换的内容。
19.一种用于将可变电子内容投影到多个表面上的方法，包括: 划分投影仪的亮度输出，以提供第一投影聚焦图像平面和剩余的亮度输出； 将所述剩余的亮度输出分段，以分开空间焦平面，使得所述焦平面在第一投影聚焦图像平面的景深内； 将所述投影仪的电子视频内容分段，以匹配第一投影屏幕和第二投影屏幕的空间布置；以及 对所述视频内容应用像素重映射算法，使得投影到所述第一投影屏幕和第二投影屏幕的投影电子视频内容对于观看者看上去无失真。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述投影仪为基于激光的投影仪。
【文档编号】G03B21/14GK103718104SQ201280036927
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年8月2日
【发明者】拉尔夫·R·罗伯茨, 布赖恩·T·韦伯, 简·K·瓦尔达纳, 格伦·E·卡斯纳, 布雷特·J·西特尔, 帕特里克·A·托马斯, 史蒂文·T·伯格 申请人:3M创新有限公司