專利名稱：帶攝錄像機(jī)排除的放映機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到采用空間光調(diào)制器由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形成彩色圖像的放映裝置，具體涉及到由放映裝置提供一種防偽功能，同時(shí)維持電源照明和調(diào)制光的遠(yuǎn)心光學(xué)路徑。
背景技術(shù)：
考慮到作為常規(guī)電影放映機(jī)的合適替代品，數(shù)字放映系統(tǒng)必須滿足對(duì)圖像質(zhì)量的要求。這對(duì)于多色電影放映系統(tǒng)特別重要。為了為常規(guī)電影質(zhì)量放映機(jī)提供一種有競爭力的替代品，數(shù)字放映裝置必須滿足高標(biāo)準(zhǔn)的性能，提供高分辨率，寬色域，高亮度，以及超過1,000∶1的連續(xù)幀對(duì)比率。除這些要求之外，還需要采取措施確保數(shù)據(jù)路徑和放映圖像的安全性。
多色電影放映系統(tǒng)最有希望的解決方案是采用兩種基本類型的空間光調(diào)制器之一作為成像裝置。第一種類型的空間光調(diào)制器是TexasInstruments，Inc.，Dallas，Texas開發(fā)的數(shù)字微鏡器件(DMD)。許多專利對(duì)DMD器件有所描述，例如有美國專利U.S.4,441,791；5,535,047；5,600,383(全都是Hornbeck的)；以及5,719,695(Heimbuch)。在美國專利U.S.5,914,818(Tejada等人)；5,930,050(Dewald)；6,008,951(Anderson)；和6,089,717(Iwai)中描述了采用DMD的放映裝置的光學(xué)設(shè)計(jì)。盡管基于DMD的放映機(jī)具備一定的能力來提供必要的光通量，對(duì)比度和色域；固有的分辨率限制(目前的器件只能提供1024×768象素)及過高的部件和系統(tǒng)成本限制了高質(zhì)量數(shù)字電影放映機(jī)接受DMD。
數(shù)字放映機(jī)使用的第二類空間光調(diào)制器是液晶器件(LCD)。LCD是通過為各個(gè)對(duì)應(yīng)的象素選擇調(diào)制入射光的偏振狀態(tài)用一個(gè)象素陣列成像的。LCD作為高質(zhì)量數(shù)字電影放映系統(tǒng)的空間光調(diào)制器是有優(yōu)點(diǎn)的。這些優(yōu)點(diǎn)包括器件尺寸比較大并且器件產(chǎn)量高。采用LCD空間光調(diào)制器的電子放映系統(tǒng)的例子在美國專利U.S.5,808,795(Shimomura等人)；5,798,819(Hattori等人)；5,918,961(Ueda)；和6,062,694(Oikkawa等人)中有所描述。
在采用空間光調(diào)制器的電子放映系統(tǒng)中，紅、綠、藍(lán)各色是在光路中相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)部分單獨(dú)調(diào)制的。組合各色的調(diào)制光形成一個(gè)合成的多色RGB彩色圖像。
本發(fā)明一般涉及到一種在放映數(shù)字電影的同時(shí)顯示防復(fù)制保護(hù)圖像的裝置，其中的防復(fù)制保護(hù)圖像與正常放映的圖像相比沒有明顯差別。另一方面，防復(fù)制保護(hù)圖像具有一種鑒別屬性，在使用視頻記錄裝置例如是攝影機(jī)記錄的電影中可以看到這種屬性。
無論是來源于膠片還是數(shù)字源的圖像，在投影到屏幕上觀看時(shí)都會(huì)成為非法復(fù)制的目標(biāo)。已經(jīng)有許多技術(shù)手段來防止使用視頻記錄設(shè)備對(duì)電影進(jìn)行屏幕盜印。在放映過程中用攝影機(jī)或攝錄相機(jī)及類似設(shè)備拍攝的非法復(fù)制的電影受到電影制造商的極度關(guān)注。即便是按這種方式盜印的質(zhì)量成問題的拷貝也無法防止其廣泛傳播。這些非法拷貝的包裝能通過模仿合法傳播的媒體來欺騙制造商和最終用戶。隨著攝影機(jī)成像質(zhì)量的改進(jìn)并變得越來越小巧和便捷，非法拷貝活動(dòng)的危害對(duì)電影制造商的威脅越來越大。盡管不可能完全消除盜版的危害，提供一種能挫敗任何人使用便攜攝影機(jī)設(shè)備試圖拷貝電影的顯示傳輸技術(shù)也是有益的。
作為一種圖像或拷貝識(shí)別的手段，已知可以為原始靜止圖像提供識(shí)別記號(hào)或水印來鑒別拷貝。例如是美國專利U.S.5,875,249(Mintzer等人)；6,031,914(Tewfik等人)；5,912,972(Barton)；和5,949,885(Leighton)就描述了對(duì)圖像數(shù)據(jù)提供無形感覺水印來識(shí)別作者和所有權(quán)、或是作為圖像已被修改的證據(jù)的一種方法。
用于靜止圖像的上述例子暴露出一個(gè)關(guān)鍵問題無形水印能識(shí)別但是不能損害非法拷貝的質(zhì)量，而可見水印可以轉(zhuǎn)移并會(huì)影響觀眾的視覺感受。對(duì)于視頻和電影圖像，采用普通水印還存在其它問題。例如是美國專利U.S.5,960,081(Vynne等人)就提出用運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)對(duì)MPEG數(shù)據(jù)提供隱形水印。這種方法識(shí)別和鑒別原始?jí)嚎s數(shù)據(jù)流但是不能為用攝錄相機(jī)拷貝的電影提供識(shí)別。其它專利例如是美國專利U.S.5,809,139(Girod等人)；6,069,914(Cox)；和6,037,984(Isnardi等人)描述了直接為MPEG壓縮視頻信號(hào)的離散余弦變換(DCT)系數(shù)添加一個(gè)看不見的水印。如果用一種有損壓縮方法(例如是用攝錄相機(jī))對(duì)這種加水印的圖像按順序解壓縮或是按某種其它圖像處理操作來修改，就檢測(cè)不到水印。
上述的水印方案是針對(duì)拷貝識(shí)別，所有權(quán)或作者的。然而，即便是健全的水印方案具備拷貝控制管理，并且能識(shí)別電影的來源，不可見的水印還不足以威懾非法拷貝。這些方案不能防止屏幕拷貝，還需要為放映機(jī)的數(shù)據(jù)流提供水印或拷貝防護(hù)。
作為水印的一種替代，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電視或電影采用的一些拷貝成懾方案是修改信號(hào)或插入不同的信號(hào)來破壞任何非法拷貝的質(zhì)量。修改或插入的信號(hào)不影響合法獲得的制造商拷貝的重放，但會(huì)損害非法產(chǎn)生拷貝的質(zhì)量。例如是美國專利U.S.5,883,959(Kori)就描述了故意修改脈沖信號(hào)以阻止對(duì)電視的拷貝。同樣，美國專利U.S.6,041,158(Sato)和美國專利U.S.5,663,927(Ryan)描述了修改預(yù)期的電視信號(hào)以破壞非法拷貝的質(zhì)量。
作為插入信號(hào)不影響觀看但影響拷貝質(zhì)量的常規(guī)方法的一種替代，美國專利U.S.6,018,374(Wrobleski)描述了在電視和電影畫面中采用第二個(gè)放映機(jī)。第二放映機(jī)被用來在屏幕上投影一個(gè)紅外線(IR)信息，紅外線信息中例如是可以包含日期/時(shí)間標(biāo)記，劇場(chǎng)識(shí)別文本或是其它信息。紅外線信息是肉眼看不見的。然而，由于普通攝影機(jī)具有包括IR范圍的寬光譜靈敏度，在來自顯示屏幕的任何攝影機(jī)拷貝中能夠清晰地看到。同樣的技術(shù)可以用來用“覆蓋的”圖像破壞記錄的圖像。盡管美國專利U.S.6,018,3747中所述的方法能夠有效挫敗偶然的攝錄相機(jī)記錄，該方法還是存在缺點(diǎn)。操作攝錄相機(jī)的人能夠在他的攝錄相機(jī)鏡頭上采用一個(gè)為阻擋紅外線而設(shè)計(jì)的常用的分光濾光器來減小投影的紅外線水印的影響。攝錄相機(jī)通常具備一定量的IR濾光功能，用來補(bǔ)償硅片對(duì)IR的靈敏度。對(duì)于聚焦的水印圖像例如是用紅外線投影的文本信息，可以用修飾技術(shù)改變或是消除水印，特別是在紅外線信號(hào)可以定位在幀坐標(biāo)內(nèi)并且對(duì)各幀不變的情況下。
電影顯示和視頻記錄標(biāo)準(zhǔn)具有公知的逐幀刷新速率。例如，按照標(biāo)準(zhǔn)的電影投影，各個(gè)膠片幀通常是按照1/24秒的持續(xù)時(shí)間顯示的。對(duì)于交錯(cuò)的NTSC和PAL的視頻記錄標(biāo)準(zhǔn)，各自的刷新速率是1/60秒和1/50秒。
攝錄相機(jī)能改變快門速度的功能使得攝錄相機(jī)能夠與膠片放映機(jī)緊密同步，在劇院內(nèi)很容易完成非法拷貝的拍攝。為了損害這種拷貝的質(zhì)量所做的嘗試包括美國專利U.S.5,680,454(Mead)。按照U.S.5,680,454所述是按照幀速率采用偽隨機(jī)變化造成連續(xù)的電影幀按照稍微不同于正常的速率顯示。若是采用這種方法，對(duì)于正常的1/24秒顯示周期，幀顯示周期會(huì)在1/23到1/25之間隨機(jī)改變。在這一范圍內(nèi)的定時(shí)偏移是觀眾的肉眼感覺不到的，但是會(huì)明顯損害用攝錄相機(jī)拍攝的任何拷貝的質(zhì)量。
按照美國專利U.S.5,680,454中所述的方法，隨機(jī)化能夠防止攝錄相機(jī)再同步到改變的顯示頻率上。盡管美國專利U.S.5,680,454的方法有可能損害用攝錄相機(jī)拍攝的拷貝的圖像質(zhì)量，這種方法仍有局限性。按照美國專利U.S.5,680,454中所述，幀速率的改變范圍有限，因?yàn)榭傮w幀速率必須要緊密跟蹤伴音。這種方法也不能在非法拷貝中形成空間或色彩干擾。
美國專利U.S.5,959,717(Chaum)也描述了一種用于顯示電影禁止拷貝工作的方法和裝置。U.S.5,959,717的裝置包括一個(gè)放映機(jī)連同一個(gè)獨(dú)立的視頻放映機(jī)。視頻放映機(jī)可以用來顯示觀眾肉眼看不見但是能用攝錄相機(jī)拍攝到的識(shí)別或警戒信息或是一種模糊圖形。或是攝錄相機(jī)只能顯示電影內(nèi)容本身的局部。只要控制視頻放映機(jī)相對(duì)于膠片放映機(jī)定時(shí)的定時(shí)，在用攝錄相機(jī)記錄時(shí)就會(huì)記錄下一種信息或圖形，但是觀眾的肉眼看不見。然而，U.S.5,959,717的方法有一些缺點(diǎn)。主要是這種方法需要將電影分成多個(gè)部分，使膠片復(fù)制和發(fā)行極為復(fù)雜。對(duì)基于膠片和基于視頻的圖像成分需要獨(dú)立的放映機(jī)，會(huì)增加系統(tǒng)及其操作的成本和復(fù)雜性。圖像質(zhì)量特別是在大屏幕環(huán)境下對(duì)于視頻放映機(jī)不能達(dá)到最佳，并且必須精確維持兩個(gè)放映機(jī)彼此之間和對(duì)顯示面的對(duì)準(zhǔn)。
WO01/33846A2(Burstyn)描述了一種用于反盜版的方法和裝置，所述的電子投影裝置有一個(gè)干擾源，但是沒有考慮圖像面需要達(dá)到必要的干擾。Burstyn所述的方法不允許一個(gè)面上出現(xiàn)的干擾與需要投影和聚焦的空間光調(diào)制器共軛，對(duì)屏幕上的拷貝防護(hù)圖像很敏感。由于Burstyn并不太關(guān)心干擾裝置在電子投影裝置內(nèi)部的位置和設(shè)計(jì)，Burstyn沒有解決在實(shí)際投影裝置中設(shè)計(jì)干擾裝置的問題或可能性。
上述這些方法可能適合為數(shù)字電影提供某種制止拷貝的措施或水印。然而，上述方法沒有一種能夠完全滿足要求。因而就需要圖像數(shù)字放映機(jī)技術(shù)有一種內(nèi)在的制止拷貝技術(shù)。內(nèi)部圖像放映系統(tǒng)最理想的方式是在照明和成像光學(xué)路徑中采取措施來放置干擾元件。
在電子投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中已知可以采用一種中間成像光學(xué)系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中這種系統(tǒng)的例子可以參見美國專利U.S.4,836,649(Ledebuhr等人)；5,357,289(Konno等人)；5,907,437(Sprotberry等人)；6,247,816(Cipolla等人)；以及6,439,725(Na)。作為一個(gè)特殊例子，美國專利U.S.5,597,222(Doany等人)揭示了在數(shù)字放映機(jī)中使用一種光學(xué)延遲透鏡系統(tǒng)來解決光學(xué)公差問題和投影透鏡的工作要求。美國專利U.S.5,597,222的系統(tǒng)采用單一光學(xué)延遲透鏡系統(tǒng)按照單位放大率產(chǎn)生全彩色圖像。這種系統(tǒng)未能預(yù)見到各自按標(biāo)稱2×放大率工作的三個(gè)中間圖像延遲光學(xué)系統(tǒng)(每色一個(gè))的優(yōu)點(diǎn)，提供的內(nèi)部圖像在一個(gè)公共放映鏡頭之前組合。盡管美國專利U.S.5,597,222中所述的系統(tǒng)缺乏內(nèi)部圖像放映系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)，美國專利U.S.5,597,222的放映系統(tǒng)確實(shí)能夠提供一個(gè)象平面，能夠采用本申請(qǐng)中所述的方法。
總之需要有一種系統(tǒng)來防止對(duì)電影的屏幕盜版，它應(yīng)該·不會(huì)損害觀看的圖像·損害觀看的圖像的非法拷貝·對(duì)于光通量是有效的·易于實(shí)施·不需要改變電影數(shù)據(jù)流需要有一種易于在數(shù)字放映設(shè)備上實(shí)施并且能沿著光軸物理接入主平面與干擾元件配合的系統(tǒng)。沿著光軸的理想平面的一個(gè)例子是與諸如膠片或空間光調(diào)制器等成像裝置共軛的平面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在顯示屏幕上放映數(shù)字電影的拷貝制止放映裝置，一個(gè)干擾發(fā)生器能夠在時(shí)間或空間上遮掩照明的一種或多種顏色。
本發(fā)明的另一目的是調(diào)制過度照明的彩色通道以進(jìn)一步優(yōu)化放映系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一目的包括一種防止拆卸拷貝防護(hù)裝置的方法。
由此可以看出需要對(duì)數(shù)字投影的照明和調(diào)制路徑光學(xué)器件進(jìn)行改進(jìn)，減輕低成本二向色涂層固有的角度限制，同時(shí)提供最大亮度和色域，并且在系統(tǒng)中達(dá)到適合攝錄相機(jī)排除方法的臨界點(diǎn)。
簡而言之，按照本發(fā)明一方面的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)包括一個(gè)多色光源；用來均勻來自多色光源的光而提供一個(gè)均勻照明場(chǎng)的均勻化光學(xué)部件；聚光器中繼光學(xué)部件；二向色光學(xué)部件；照明中繼光學(xué)部件；空間光調(diào)制器；以及位于多色光源與空間光調(diào)制器之間的光學(xué)路徑中一個(gè)平面上的調(diào)制元件。
本發(fā)明的特征在于能提供若干個(gè)位置來添加拷貝防護(hù)干擾元件。這些位置處在系統(tǒng)中能影響一或多種顏色通道的照明水平的各個(gè)孔徑闌處，處在能提供干擾元件的清晰圖像的內(nèi)圖像平面上，或是處在既不在孔徑闌也不在內(nèi)圖像上的位置，能在圖像上沒有任何清晰過渡的部位提供單色或多色照明水平調(diào)制。這些最佳位置的例子是在圖像均勻化位置的端部，位于使光學(xué)路徑與成像元件共軛的分色元件之后的白光基面聚光器孔徑闌處，在各色聚光孔徑闌處，直接處在成像元件前面的成像中繼透鏡孔徑闌處，或是處在成像透鏡內(nèi)圖像處，或是處在投影透鏡孔徑闌處。其它的位置還有在圖像平面與孔徑闌之間也能提供拷貝防護(hù)，并且對(duì)(聚焦)圖像和孔徑闌(總體光水平)都有有益效果。
采用所述的方法和裝置能夠阻止通過手持?jǐn)z錄相機(jī)從放映屏幕上非法記錄圖像的人獲得良好的質(zhì)量。然而，本文所述的所有拷貝防護(hù)方法都取決于為現(xiàn)有放映機(jī)添加或是按新型號(hào)設(shè)計(jì)的硬件。這種硬件有可能被道德敗壞的演播員拆除，以便于對(duì)劇院演播進(jìn)行非法復(fù)制。本發(fā)明的進(jìn)一目的是禁止拆除本申請(qǐng)中所述的拷貝防護(hù)方法和裝置。
按照一個(gè)最佳實(shí)施例，要選擇擾動(dòng)調(diào)制頻率以盡可能混淆攝像裝置的記錄，并且改變以避免攝錄相機(jī)同步。然而同時(shí)絕不能讓觀眾的肉眼察覺到調(diào)制的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于為混淆對(duì)數(shù)字電影放映的非法拷貝提供了一種方法和裝置，所述裝置和方法能在放映中提供拷貝防護(hù)。


本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照附圖閱讀過詳細(xì)的下文之后就能理解本發(fā)明的上述及其它目的，特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中描述了本發(fā)明的示意性實(shí)施例。
盡管說明書連同權(quán)利要求書具體指出并限定了本發(fā)明的主題，結(jié)合附圖閱讀以下的說明會(huì)有助于理解本發(fā)明，在附圖中圖1的示意圖表示照明路徑中的部件和一個(gè)調(diào)制路徑；圖2的示意圖表示按照本發(fā)明的放映裝置的關(guān)鍵部件；圖3A表示一種放映系統(tǒng)的示意性框圖；圖3B是一種照明拷貝防護(hù)組件；圖4A表示另一實(shí)施例的放映系統(tǒng)的示意性框圖；圖4B是一種成像防護(hù)組件；以及圖5表示用來防止從放映機(jī)上拆除拷貝防護(hù)裝置的一種系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
說明書具體描述了作為本發(fā)明裝置的組成部分或是與其緊密配合的元件。應(yīng)該可以理解那些沒有具體表示或描述的元件可以采取本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種形式。
研究顯示人類視覺系統(tǒng)對(duì)正弦波強(qiáng)度振蕩的靈敏度在高振蕩頻率下銳減?？梢詤⒁奒elly，D.H.，“Visual Responses to Time-DependentStimuliAmplitude Sensitivity Measurements”in Journal of theOptical Society of America，Volume 51，No.4，p.422；和Kelly，D.H.，“Visual Responses to Time-Dependent StimuliIII IndividualVariations”in Journal of the Optical Society of America，Volume52，No.1，p.89。人類視覺系統(tǒng)對(duì)閃爍的最大靈敏度接近10-30周波/sec的范圍，在30周波/sec以上急劇下降，并隨著時(shí)間頻率增大而持續(xù)下降。對(duì)于截止頻率以上的時(shí)間頻率，無論激勵(lì)振幅大小都對(duì)閃爍基本上沒有感覺。對(duì)于常規(guī)顯示系統(tǒng)中出現(xiàn)的光適配水平，這一截止頻率出現(xiàn)在50-70Hz左右。
具體對(duì)于本發(fā)明，在按照足夠高時(shí)間頻率顯示電影幀的序列時(shí)，觀眾不會(huì)察覺到閃爍，而是集中一系列幀感覺到平穩(wěn)電影的圖像效果。然而，攝影機(jī)不具備與人類視覺系統(tǒng)一樣的檢測(cè)機(jī)制。因此，攝影機(jī)完全有可能在觀眾僅僅檢測(cè)到穩(wěn)定照明的同時(shí)拍攝到隨時(shí)間變化的照明。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種裝置和方法，阻止用攝影機(jī)非法拍攝數(shù)字電影，它利用了人類視覺系統(tǒng)與記錄裝置在靈敏度上的固有差別。總之，本發(fā)明的工作原理是插入一種隨時(shí)間變化的干擾，單靠肉眼不能檢測(cè)到隨時(shí)間變化的圖形，但是會(huì)從攝影機(jī)中清楚地看到。作為拷貝防護(hù)的進(jìn)一步手段，本發(fā)明還提供了一種數(shù)字電影放映系統(tǒng)，它能夠單獨(dú)修改色通道照明(或成像)系統(tǒng)。
隨著數(shù)字電影放映，顯示給觀眾的“圖像幀”是一種二維象素陣列的投影。在數(shù)字投影電影中不需要快門。放映幀由單個(gè)象素構(gòu)成，主要是三原色紅、綠、藍(lán)(RGB)并具有可變強(qiáng)度，按照規(guī)則的間隔刷新各幀。這一刷新速率在1/24秒以上。由于電影通常是按24幀/sec拍攝的，下文的說明采用24Hz幀刷新速率作為數(shù)字電影放映的基本速率。
攝影機(jī)的工作原理是按照規(guī)則的時(shí)間間隔采樣。若是以足夠快的速率采樣，攝影機(jī)能夠按照對(duì)人類視覺系統(tǒng)足夠的精度復(fù)制隨時(shí)間變化的場(chǎng)景，感覺到時(shí)間采樣數(shù)據(jù)在連續(xù)運(yùn)動(dòng)。然而，用攝像機(jī)對(duì)電影采樣的復(fù)雜性在于電影顯示如上所述并不真是連續(xù)的。因此，試圖用攝像機(jī)拍攝電影會(huì)帶來用隨時(shí)間變化的采樣裝置對(duì)隨時(shí)間變化的圖像顯示采樣的復(fù)雜性。直觀上看，采樣速率對(duì)刷新速率的某種同步最有可能獲得滿意的結(jié)果。
當(dāng)然也可以調(diào)節(jié)拍攝設(shè)備的采樣速率來提供攝像機(jī)拍攝頻率與電影放映機(jī)頻率之間的同步。由于時(shí)間差，攝像機(jī)拍攝頻率對(duì)電影放映機(jī)頻率的幀對(duì)幀同步會(huì)使得非法拍攝的顯示電影有稍許成像異常。本發(fā)明方法和裝置的一個(gè)最佳實(shí)施例的意圖是阻止或阻撓任何可能的同步，因頻率差故意造成干擾來模糊或標(biāo)記使用攝像機(jī)獲得的任何電影拷貝。
攝像機(jī)的基線采樣速率能在一定的離散值范圍內(nèi)改變。對(duì)于大多數(shù)普通攝像機(jī)的典型采樣速率范圍是60-120Hz。例如，普通民用攝像機(jī)采用的NTSC和PAL電視標(biāo)準(zhǔn)分別采用每秒50和60場(chǎng)的離散速率。在某些所謂的無閃爍攝像機(jī)中可以采用這些基本速率的倍數(shù)，分別具有較高的采樣速率100或120Hz。而這些速率容易變換成大多數(shù)TV和VCR中使用的每秒50和60場(chǎng)重放速率。
必須指出本發(fā)明不僅限于對(duì)攝像機(jī)采樣速率的具體值做任何假設(shè)。然而，為了便于說明，假設(shè)是一種50-120Hz范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)離散采樣速率。
具體地說，圖1和2中所示的系統(tǒng)采用中間圖像光學(xué)部件來產(chǎn)生空間光調(diào)制器的內(nèi)圖像，然后投影到屏幕上。照明系統(tǒng)同樣采用內(nèi)部中間圖像光學(xué)構(gòu)造來產(chǎn)生內(nèi)圖像的積分條，并將上述內(nèi)圖像投影到空間光調(diào)制器上。這一系統(tǒng)最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于中間內(nèi)圖像結(jié)構(gòu)允許于偏振棱鏡分開放置分色裝置例如是棱鏡。特別是可以將分色裝置(在圖1中是二向色分離器27)放置在具有縮小數(shù)值孔徑的光學(xué)空間中，這有助于設(shè)計(jì)和棱鏡涂層的制作。圖1的內(nèi)部或中間成像光學(xué)系統(tǒng)能提供多種優(yōu)點(diǎn)，包括縮短投影透鏡32的工作距離。
然而，這一內(nèi)部中間圖像光學(xué)部件還能提供其它優(yōu)點(diǎn)和機(jī)會(huì)，包括有可能通過對(duì)照明或成像路徑的空間調(diào)制而明顯損害非法拷貝的質(zhì)量，而保留基本不受影響的視覺圖像。總之，圖1所示的中間圖像系統(tǒng)有可能在中間圖像平面上為排除攝錄相機(jī)而調(diào)制光，或是在孔徑闌平面上，在照明或成像路徑中，也能對(duì)白光或單獨(dú)的色束進(jìn)行調(diào)制。對(duì)視覺圖像和對(duì)非法記錄圖像的影響會(huì)截然不同，取決于拷貝防護(hù)裝置的具體細(xì)節(jié)及其在投影光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的位置。
圖1和2中所示的系統(tǒng)表示了一種有可能排除攝錄相機(jī)的系統(tǒng)。這一特殊系統(tǒng)為彩色投影系統(tǒng)提供照明和調(diào)制光學(xué)部件，使亮度達(dá)到最大，而遮色效果隨二向色面角度響應(yīng)被減小。
參見圖1，圖中示意性表示了在本發(fā)明的放映裝置10的紅色光學(xué)路徑中采用的具體部件。一個(gè)多色光源20提供均勻化光學(xué)部件22引導(dǎo)光源照明。典型的光源20是一個(gè)燈例如是氙弧光燈，也可以是某種類型的高強(qiáng)度發(fā)光器。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，用一個(gè)積分條作為均勻化光學(xué)部件22。在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中都知道積分條也稱為混光條采用全內(nèi)反射(TIR)作用使入射光均勻化，由此提供空間上均勻的照明平面。對(duì)均勻化光學(xué)部件22的其它選擇包括透鏡線性陣列例如是復(fù)眼陣列，或是一種擴(kuò)散屏，積分隧道，光纖面板，或是玻璃。均勻化光學(xué)部件22在其輸出A提供一個(gè)光的均勻平面。如均勻化元件的端部所示，平面A是一個(gè)與空間光調(diào)制器30和顯示面40皆共軛的圖像，它是理想中適合上述干擾元件的第一位置。在此處調(diào)制光具有在瞬間觀看時(shí)產(chǎn)生聚焦白光人工產(chǎn)物的效果，然而這樣調(diào)制是理想的，在對(duì)時(shí)間積分時(shí)能夠在空間上提供均勻場(chǎng)，以免視覺上感覺到不均勻性。一個(gè)遠(yuǎn)心基面聚光中繼80就將這一輸出成像，在輸出A放大圖像，并將光引向二向色分光器27的二向色面36。用一對(duì)透鏡表示這一遠(yuǎn)心基面聚光中繼80。在一對(duì)透鏡之間有一個(gè)孔徑闌B，它是干擾元件的下一個(gè)邏輯平面。在此處調(diào)制光會(huì)得到(橫跨場(chǎng)或圖像的)球形照明水平頻率變化。為了在非法重放的屏幕拷貝中引起明顯的干擾，可能要耗費(fèi)大量的光，因而在投影系統(tǒng)中算不上是最佳位置。
參見圖1，圖中僅僅表示了紅光路徑；而透射穿過二向色面36的剩下的藍(lán)光和綠光會(huì)按照相同的方式為獨(dú)立的調(diào)制路徑照明，采用的都是彩色成像技術(shù)領(lǐng)域中公知的技術(shù)。這樣就能為各自的紅、綠、藍(lán)色路徑形成輸出A的放大的內(nèi)圖像。
如圖1所示，紅色路徑的放大內(nèi)圖像C剛好出現(xiàn)在二向色面36之后。這是干擾調(diào)制的最佳位置。然而，如果明顯縮短遠(yuǎn)心基面聚光中繼80的焦距(未表示)，就有可能將平面C定位在二向色面之前，這樣就能同時(shí)對(duì)所有三色執(zhí)行內(nèi)圖像調(diào)制。如果在圖中所示的平面C上調(diào)制光(與空間光調(diào)制器30共軛的位置)，就能按單色產(chǎn)生焦點(diǎn)人造產(chǎn)物在時(shí)間和空間上的變化。可以用這種人造產(chǎn)物專門刺激非法復(fù)制的拷貝，使其在拷貝中難以校正，并且具有對(duì)合法觀眾不會(huì)引起注意的適當(dāng)?shù)母哳l和空間上等效的應(yīng)用。在圖1中僅僅表示了紅色通道。然而需要指出，這種調(diào)制最好是在具有過多光的通道中產(chǎn)生拷貝防護(hù)投影。所見到的多數(shù)干擾調(diào)制裝置會(huì)導(dǎo)致光的損失(通常是總量的0.01％-10％)。由于涂層設(shè)計(jì)，理想的色溫，成本，以及各種涂層的簡化，白光圖像很可能達(dá)不到最佳的色溫。若是在設(shè)計(jì)中選擇具有比理想色平衡所需更多的光的通道，由干擾元件造成的光的損失會(huì)有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕色溫的校正。
在光調(diào)制器組件38中，接著用一個(gè)照明中繼透鏡82縮小二向色分離器27的彩色光輸出并且將光引向空間光調(diào)制器30，在空間光調(diào)制器30上有效地提供輸出A的一個(gè)減色內(nèi)圖像。在各色光路徑中有一個(gè)單獨(dú)的照明中繼透鏡82。與平面B上相同，這一中繼透鏡對(duì)在平面D上或是其附近具有一定的孔徑闌，同樣可以添加一個(gè)非成像共軛的全面干擾(空間上的均衡)?？讖疥@被限定為用來確定系統(tǒng)所能接受的光束直徑的光闌。從技術(shù)上說，平面B可以具有但不一定要具有放映機(jī)的實(shí)際孔徑闌，而平面D則會(huì)是一個(gè)與平面B上的孔徑闌共軛的平面。與孔徑闌B不同，在孔徑闌D上只有單色(在此情況下是紅色)會(huì)隨著時(shí)間干擾和來自干擾調(diào)制裝置的光損失而改變。其結(jié)果會(huì)是藍(lán)和綠色通道的相對(duì)光水平增高，而紅色光水平被調(diào)制元件降低。在圖1的最佳實(shí)施例中，空間光調(diào)制器30是一種反射偏振調(diào)制LCD，它有一個(gè)配套的偏振分束器24來區(qū)分調(diào)制和未調(diào)制光。偏振分束器24可以是常規(guī)的MacNeille分束器或是線-光柵分束器，例如是在美國專利US6,122,103(Perkins等人)中描述的產(chǎn)自Moxtek Inc.of Orem的一種分束器。
在一或多個(gè)孔徑闌平面D上(或是附近)用調(diào)制干擾裝置修改一個(gè)投影裝置對(duì)拷貝防護(hù)可能是一種最有效的手段。由于時(shí)間調(diào)制可以只針對(duì)一種顏色，使得非法復(fù)制者不經(jīng)過大量的后期處理就難以消除人造產(chǎn)物。若是在第二和第三色通道內(nèi)放置調(diào)制干擾裝置能夠進(jìn)一步加強(qiáng)拷貝防護(hù)，各色通道內(nèi)的調(diào)制干擾裝置按不同頻率操作。在這種情況下需要注意避免出現(xiàn)脈動(dòng)頻率在視覺上產(chǎn)生的人造產(chǎn)物。
一個(gè)圖像中繼透鏡28在空間光調(diào)制器30靠近或是二向色合成器26內(nèi)處的平面G上形成一個(gè)放大的真實(shí)圖像(如圖所示這一放大的真實(shí)圖像出現(xiàn)在二向色合成器之前)，本實(shí)施例中的合成器是一個(gè)X-立方體。圖像中繼透鏡28是一種雙焦闌透鏡，指向二向色合成器26的調(diào)制光屬于遠(yuǎn)心形式。和前面的照明透鏡一樣，在雙焦闌中繼內(nèi)有一個(gè)孔徑闌F。在平面F的孔徑闌上或是其附近采用調(diào)制干擾裝置的調(diào)制會(huì)基于色調(diào)制對(duì)特定的一種顏色產(chǎn)生空間上相等(均衡)的頻率。在平面F上(在成像中繼28內(nèi))采用調(diào)制干擾裝置與在平面D(在照明中繼內(nèi))上采用調(diào)制干擾極為相似。然而，在平面D上的調(diào)制要優(yōu)于平面F，因?yàn)楦淖冋彰鲗?duì)圖像質(zhì)量的影響比較小。
假設(shè)平面G上的真實(shí)圖像是形成在外側(cè)并在二向色合成器26之前，這一位置也能對(duì)聚焦圖像調(diào)制中特定的一種顏色采用上述的任何方法。還有可能這樣來設(shè)計(jì)圖像中繼透鏡28的焦距，在二向色合成器26之后形成放大的真實(shí)圖像。如上所述，仍存在同時(shí)調(diào)制所有三色的可能性。由于二向色合成器26處理遠(yuǎn)心光，由于角度變化在平面G上給放大的真實(shí)圖像留下色彩陰影的可能性很小。顯然，若是用大于1X的放大系數(shù)放大在空間光調(diào)制器30上形成的圖像，圖像中繼透鏡28也能有效地按照比1X中繼操作所能提供的1X中繼更高的f/#聚焦放大的真實(shí)圖像F。這樣，二向色合成器26沿著其色通道處理一個(gè)狹窄的光譜帶，這樣能夠提供的色域比低f/#下所獲得的要大。另外，使用圖像中繼透鏡28不會(huì)有光損失，即便是在二向色合成器26上獲得更高的f/#，因?yàn)榭臻g光調(diào)制器30仍然使用低f/#。這樣就能在二向色合成器26上或是其附近的平面G上提供一個(gè)改進(jìn)的放大真實(shí)圖像。
圖1的結(jié)構(gòu)還有助于降低成本和投影透鏡32的復(fù)雜性要求。用單一元件示意性表示投影透鏡32，然而大多數(shù)投影透鏡具有多重透鏡。采用圖1的結(jié)構(gòu)，投影透鏡32能夠有益地工作在高f/#，投影一個(gè)由各色路徑例如是在平面G上所示的紅色路徑中形成的放大真實(shí)圖像組合而成的多色圖像。另外，投影透鏡32只需要小的工作距離就能將多色圖像投影到顯示平面40上。投影透鏡在平面H上具有一個(gè)孔徑闌，能夠支持使用干擾調(diào)制裝置來產(chǎn)生全色水平變化，類似于在平面B上所提供的情況。平面H上的孔徑闌是對(duì)整個(gè)投影系統(tǒng)的限制孔徑闌，使得平面B，D和F與孔徑闌共軛。和平面B一樣，在非法產(chǎn)生的拷貝中難以校正這一人造產(chǎn)物。然而，為投影透鏡增加調(diào)制元件能為現(xiàn)有的設(shè)備提供一種便利的更新。
參見圖2，圖中表示顯示所有三色調(diào)制路徑的放映裝置10的一個(gè)示意性框圖。圖中沒有表示圖1中所示的圖像和焦面，但實(shí)際是存在的。以下要具體描述圖2中放映裝置10的結(jié)構(gòu)和操作，有助于更好地理解如何為拷貝防護(hù)添加干擾調(diào)制裝置。
參見圖2，來自光源20的均勻光在圖中用一個(gè)V-棱鏡表示的二向色分離器27處被分離成紅、綠、藍(lán)光。在紅光調(diào)制組件38r中，紅色照明中繼透鏡82r縮小紅光并將紅光引向紅色空間光調(diào)制器30r，用紅色偏振分束器24r沿著紅色光軸Or提供調(diào)制光。然后用一個(gè)紅色圖像中繼透鏡28r將紅色光軸Or上的調(diào)制光引向二向色合成器26。必要時(shí)可以在此光路中使用一個(gè)調(diào)諧鏡片31。同樣，在綠光調(diào)制組件38g中，綠色照明中繼透鏡82g縮小綠光并將綠光引向綠色空間光調(diào)制器30g，用綠色偏振分束器24g沿著綠色光軸Og提供調(diào)制光。然后用一個(gè)綠色圖像中繼透鏡28g將綠色光軸Og上的調(diào)制光引向二向色合成器26。同樣，在藍(lán)光調(diào)制組件38b中，藍(lán)色照明中繼透鏡82b縮小藍(lán)光并將藍(lán)光引向藍(lán)色空間光調(diào)制器30b，用藍(lán)色偏振分束器24b沿著藍(lán)色光軸Ob提供調(diào)制光。然后用一個(gè)藍(lán)色圖像中繼透鏡28b將藍(lán)色光軸Ob上的調(diào)制光引向二向色合成器26。然后用投影透鏡32將一個(gè)多色放大真實(shí)圖像Irgb投影到顯示面40上。
正如上文背景技術(shù)中所述，放映裝置10利用其采用中間內(nèi)圖像的結(jié)構(gòu)來提供高級(jí)性能，通過減少遮色和相關(guān)色差來提高亮度。與常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)方案相比，在二向色分離器27或二向色合成器26的二向色面上采用涂層會(huì)限制系統(tǒng)亮度。具體地說，在常規(guī)系統(tǒng)中提高有效光的亮度所付出的代價(jià)是在各個(gè)二向色面上容許較大的入射光角度。結(jié)果帶來的橫跨一場(chǎng)的色偏移會(huì)降低色彩性能，并損害系統(tǒng)的總體效率。
圖1和2的結(jié)構(gòu)克服這一問題的辦法是在系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)上調(diào)節(jié)入射光的角度。首先，按低f/#操作的均勻化光學(xué)部件22能獲得最大均勻性。按照?qǐng)D1和2的結(jié)構(gòu)，均勻化光學(xué)部件22(在最佳實(shí)施例中的積分條)大約按f/1.31操作。這一低f/#允許通過積分條的光的積分條中有多次反彈，這樣能縮小積分條的尺寸。然而，這還意味著均勻的光按大角度入射，這對(duì)于二向色分離器27是不利的。同時(shí)，均勻化光學(xué)部件22輸出面A的尺寸比相應(yīng)的空間光調(diào)制器30，30r，30g和30b的成像面尺寸要小。為了糾正這些角度和尺寸缺陷，基面聚光中繼80為均勻化光學(xué)部件22的輸出提供約3.5x的放大率。這一放大為二向色分離器27有效地提供f/4.6的入射光，它正好處在二向色分離涂層所需的設(shè)計(jì)和制造的理想范圍內(nèi)。然而，輸出A(在平面C上)的這一放大圖像相對(duì)于空間光調(diào)制器30，30r，30g和30b的表面不會(huì)過大。這樣，照明中繼透鏡82，82r，82g和82b就能提供0.5x放大。這樣不僅會(huì)縮小均勻化光學(xué)部件22輸出的尺寸，還能增大提供給空間光調(diào)制器30，30r，30g和30b的照明入射角。結(jié)果就能按大約f/2.3提供照明，處在大多數(shù)LCD和其它空間光調(diào)制器30，30r，30g和30b的理想范圍之內(nèi)。只要在關(guān)鍵點(diǎn)上放大和縮小均勻化照明輸出，本發(fā)明的裝置就能優(yōu)化亮度并減少因二向色分離器27的高入射角可能帶來的色偏差。需要強(qiáng)調(diào)的是各色光調(diào)制路徑(例如是紅、綠、藍(lán))具有獨(dú)立的照明中繼透鏡82r，82g和82b。這種結(jié)構(gòu)能夠縮小各個(gè)中繼82r，82g和82b，在波長的特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳性能。
具體地說，從投影透鏡32來看，合成的放大圖像Irgb可以是真實(shí)圖像或虛擬圖像，取決于在各色光路徑中相對(duì)于二向色合成器26形成的個(gè)別放大的真實(shí)圖像I。如果個(gè)別放大的真實(shí)圖像I是在二向色合成器26的正面和投影透鏡32的背面之間形成的，合成的多色放大圖像Irgb就構(gòu)成一個(gè)真實(shí)圖像。在圖2中用合成多色放大圖像Irgb的位置來表示這種結(jié)構(gòu)。反之，如果個(gè)別放大的真實(shí)圖像I是在中繼透鏡28r，28g，28b的正面和二向色合成器26的正面之間形成的，合成的多色放大圖像Irgb相對(duì)于投影透鏡32就是一個(gè)虛擬圖像。也就是說，合成的多色放大圖像Irgb在這種情況下沒有實(shí)際的空間“位置”。而是由二向色合成器26在各色路徑中將個(gè)別放大的真實(shí)圖像I組合成一個(gè)虛擬合成多色放大圖像Irgb。
無論合成多色放大圖像Irgb是真實(shí)圖像還是虛擬圖像，都要根據(jù)形成合成的多色放大圖像Irgb的位置按合成的多色放大圖像Irgb投影到顯示面40上所需的后焦距來設(shè)計(jì)投影透鏡32?；蚴窍髨D像投影技術(shù)領(lǐng)域中公知的那樣配合著用來調(diào)節(jié)投影圖像寬高比的變形附件(未表示)來改變投影透鏡32。
高f/#需要尺寸比較小數(shù)量比較少的部件和放松的公差，按照本發(fā)明有可能降低數(shù)字投影的成本和投影透鏡32的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。這樣就易于設(shè)計(jì)能夠互換的投影透鏡32，例如是用于不同的屏幕尺寸。
由兩個(gè)透鏡構(gòu)成并且取決于各色通道和光學(xué)設(shè)計(jì)的總路徑長度的照明中繼透鏡82還可以包括一個(gè)折疊鏡片或孔徑。照明中繼透鏡82也是雙焦闌的，有助于減少因二向色分離器27的角度響應(yīng)特性造成的色偏移，并減少因空間光調(diào)制器30的角度響應(yīng)造成的對(duì)比度損失。
二向色分離器37也可以是X-立方體或X-棱鏡，Philips棱鏡，或是能夠提供色分離功能的二向色平面36的結(jié)構(gòu)。另外，二向色合成器26也可以是X-立方體或X-棱鏡，Philips棱鏡，或是能夠重組各色通道的二向色平面的其它結(jié)構(gòu)。例如是在圖2的系統(tǒng)中，二向色分離器27和二向色合成器26都用V-棱鏡表示。應(yīng)該注意到，在所有實(shí)施例中理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠?yàn)榧t、綠、藍(lán)色調(diào)制提供等長度的光學(xué)路徑。
同樣，如果用不同的元件作為空間光調(diào)制器，其配置也可以與圖1和2所示稍有不同。上述系統(tǒng)是參照LCD空間光調(diào)制器來描述的。對(duì)于其它類型的空間光調(diào)制器，不需要偏振分束器24。如果采用DMD器件或透射LCD作為空間光調(diào)制器30，來自照明中繼透鏡82的光就會(huì)直接到達(dá)空間光調(diào)制器30。若是用DMD作為空間光調(diào)制器30，可以對(duì)成像光學(xué)路徑稍做改動(dòng)，例如是象數(shù)字投影技術(shù)中公知的那樣用一個(gè)全內(nèi)反射(TIR)分束器替代偏振分束器24。
本發(fā)明采用這樣的改進(jìn)能夠提高投影系統(tǒng)10的成像性能，以最低的成本獲得更加簡單和緊湊的光學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)在能夠排除攝錄相機(jī)的空間內(nèi)提供平面(圖像面A，C，和G；孔徑闌平面B，D和F)。
本發(fā)明是具體參照其特定的最佳實(shí)施例來描述的，但是應(yīng)該知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員無需脫離本發(fā)明的范圍還能在權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的上述范圍內(nèi)進(jìn)行變更和修改。例如，由基面聚光中繼80提供的放大量可以是大于1X的任意值，并且應(yīng)該與均勻化光學(xué)部件22和成像光學(xué)路徑中其它部件的尺寸和特性適當(dāng)匹配。同樣，由照明中繼透鏡82r，82g，82b和圖像中繼透鏡28r，28g，28b提供的縮小也應(yīng)該與其各自的光調(diào)制組件38r，38g，38b內(nèi)部部件的特性適當(dāng)匹配。
盡管優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是在各色調(diào)制通道中提供全焦闌光路徑，僅僅在投影裝置10的一兩種彩色通道中提供這種結(jié)構(gòu)會(huì)是有益的。
沒有具體描述按常規(guī)用來改善LCD空間光調(diào)制器30的對(duì)比度和性能的許多額外支持偏振部件?？梢栽诰鶆蚧鈱W(xué)部件22和基面聚光中繼80之間或是各色路徑中或是在照明之間透鏡82之后配置一個(gè)偏振器(未表示)。本發(fā)明能夠使用任何適當(dāng)類型的照明系統(tǒng)為空間光調(diào)制器30的調(diào)制提供彩色光源。光源20可以包括各種類型的燈，濾色器，LED，激光器，或是其它照明部件。為了擴(kuò)展或改變色域，可以提供三色以上的光調(diào)制路徑。
上文描述了具有適合拷貝防護(hù)實(shí)踐的平面(圖像面A，C，和G；孔徑闌平面B，D和F)的一種系統(tǒng)，以下要進(jìn)一步描述具體干擾元件和用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例。
按照最基本的形式，本發(fā)明的拷貝防護(hù)方法可以用產(chǎn)生一個(gè)適合調(diào)制元件的平面的光學(xué)器件和實(shí)際干擾調(diào)制元件構(gòu)成的拷貝防護(hù)模塊來執(zhí)行。參見圖3A和3B，圖中所示的拷貝防護(hù)系統(tǒng)11包含光源20，均勻化裝置22，由同時(shí)提供孔徑闌(平面B，D)和與空間光調(diào)制器圖像平面(平面C)共軛的一個(gè)圖像平面的一對(duì)聚光透鏡80，82構(gòu)成的拷貝防護(hù)照明模塊1，以及用來提供拷貝防護(hù)特性的一個(gè)干擾調(diào)制元件5。圖中所示的干擾調(diào)制元件5是一個(gè)帶每轉(zhuǎn)一次遮光裝置的轉(zhuǎn)輪。這僅僅是為了解釋，還有許多可能的干擾元件。盡管對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并不是必要的，拷貝防護(hù)照明模塊1也可以體現(xiàn)為一個(gè)色分離二向色面36。如圖3A所示的光是通過色分離二向色面36。圖3B也表示了一種位于平面C上的干擾調(diào)制元件，在那里可以按照在空間光調(diào)制器30(它與平面C共軛)上空間變化的方式對(duì)一色通道進(jìn)行時(shí)間調(diào)制?；蚴菍⒏蓴_調(diào)制元件5設(shè)在平面B上，能夠按空間變化的方式對(duì)白光圖像進(jìn)行時(shí)間調(diào)制，或是在平面D上，能夠按空間變化方式對(duì)一色通道進(jìn)行時(shí)間調(diào)制。
放映機(jī)的其余部分可以按現(xiàn)有技術(shù)中的知識(shí)隨意設(shè)計(jì)，很可能包含某種形式的空間光調(diào)制器30和投影透鏡(未表示)。
參見圖4A和4B，圖中表示一種拷貝防護(hù)系統(tǒng)12，它含有圖像生成空間光調(diào)制器30(仍然僅表示了一種顏色)，拷貝防護(hù)成像模塊2，包含一個(gè)具有孔徑闌(平面F)和空間光調(diào)制器平面(平面G)內(nèi)圖像的中繼透鏡28，提供時(shí)間干擾的干擾調(diào)制器元件5，以及一個(gè)投影透鏡32。與上述照明系統(tǒng)一樣，在三色投影系統(tǒng)中實(shí)際使用的這種模塊也包含一個(gè)彩色合成元件26。在空間光調(diào)制器30產(chǎn)生的圖像被中繼透鏡28轉(zhuǎn)遞到內(nèi)圖像平面G之后，由投影透鏡32產(chǎn)生一個(gè)投影到顯示面40上的調(diào)制的干擾?；蚴菍⒏蓴_調(diào)制元件5設(shè)置在平面H上，能夠按空間變化的方式對(duì)白光圖像進(jìn)行時(shí)間調(diào)制，或是在平面F上，能夠按空間變化方式對(duì)一色通道進(jìn)行時(shí)間調(diào)制。
各種干擾調(diào)制裝置的例子有光電調(diào)制器或機(jī)械遮光元件，其中包括線，鏡片，不透明材料，固體材料，虹膜和快門。所有這些裝置都要求調(diào)制的頻率高于肉眼閃爍感知頻率，最好是對(duì)攝錄相機(jī)執(zhí)行屏幕復(fù)制最具破壞性的頻率。適當(dāng)遮光裝置的選擇取決于具體平面位置和用途。例如，由線圈驅(qū)動(dòng)的虹膜對(duì)于在孔徑闌位置(平面B，D和F)上降低照明水平可能是理想的，然而它不能在時(shí)間上平均的基礎(chǔ)上均勻遮擋整個(gè)一場(chǎng)，對(duì)于在內(nèi)圖像平面(平面A，C和G)上就不夠理想。
機(jī)械遮光元件必須按照所需的干擾頻率開閉。開閉機(jī)械遮光元件的方法對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員是顯而易見的，它可以包括電機(jī)，凸輪和機(jī)械振蕩器。
在內(nèi)圖像平面上需要時(shí)間上平均且空間上均勻的遮光，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)的電影膠片快門能夠適合產(chǎn)生干擾的目的。其通常的遮光率大約是50％，例如可參見美國專利US6,513,932，拆除快門材料遮擋很小比例的光就能適合這一用途。另外，這種快門的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該在最佳頻率范圍內(nèi)改變，避免攝錄相機(jī)幀速率有可能達(dá)到同步。在孔徑闌平面(平面B，D和F)上也可以采用此類快門。
SLR照相機(jī)廠商生產(chǎn)的普通焦面快門由于其合適的尺寸，快速響應(yīng)和均勻的遮光場(chǎng)對(duì)于內(nèi)圖像平面位置也是適用的?？赡苄枰宰鲂薷膩硖幚磉@種快門所吸收的熱量。設(shè)計(jì)中的修改可以是改變反射面而不是象照相機(jī)快門設(shè)計(jì)實(shí)踐中一般是改變吸收面。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)并不取決于任何這些設(shè)計(jì)實(shí)例，也不受機(jī)械遮光裝置的限制。
如上所述，如果是位于孔徑闌以外的某一位置，例如是在與成像設(shè)備(圖像平面A，C和G)共軛的平面上，(機(jī)械或光電的)遮光裝置必須能在整個(gè)場(chǎng)上移動(dòng)，以最佳干擾頻率均勻地覆蓋整個(gè)場(chǎng)。如果在與成像設(shè)備共軛的一個(gè)內(nèi)圖像平面上不能均勻地執(zhí)行這種空間機(jī)械遮光，就會(huì)造成不均勻的照明場(chǎng)或色度。若是在這種情況下觀看合法的影片，由于干擾調(diào)制的結(jié)果，不均勻的照明場(chǎng)或色度就會(huì)產(chǎn)生視覺感知的人造產(chǎn)物。在輸入數(shù)據(jù)流或通常對(duì)空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用的色彩校正中能夠補(bǔ)償這種有害結(jié)果來消除人造產(chǎn)物。
這種校正的形式很多。對(duì)LCD采用的一種色彩校正可以參見本申請(qǐng)人尚未獲準(zhǔn)的美國專利申請(qǐng)第09/606,891號(hào)，即Barnick于2000年6月29日提交的名為A Method And Apparatus For Correcting DefectsIn A Spatial Light Modulator Based Printing System的專利申請(qǐng)。美國專利申請(qǐng)第09/606,891號(hào)描述了校正LCD式打印機(jī)系統(tǒng)中缺陷的方法。這種方法可以用在數(shù)字投影系統(tǒng)中，首先從(工作中采取拷貝防護(hù)措施的)屏幕上的平面場(chǎng)投影圖像提取一個(gè)圖像。Barnick提出的其余方法可以用在不均勻校正中。該方法能夠校正整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中出現(xiàn)的任何缺陷或不均勻。這樣就能在空間上對(duì)拷貝防護(hù)造成的平均的不均勻性提供連續(xù)和穩(wěn)定的校正，還能夠補(bǔ)償LCD或光學(xué)系統(tǒng)中其余部分的任何缺陷和不均勻性。
在某些應(yīng)用中，出于空間，成本，振動(dòng)或其它原因不愿意采用機(jī)械遮光裝置。如上所述，有可能用光電調(diào)制實(shí)現(xiàn)拷貝防護(hù)。由電信號(hào)來控制透射特性的液晶顯示材料構(gòu)成的光電調(diào)制器可以用來實(shí)現(xiàn)這種空間調(diào)制屏蔽；可以通過改變對(duì)屏蔽的某一區(qū)域施加的電信號(hào)來控制這種屏蔽的不同區(qū)域的不透明性，最好是按照最佳干擾頻率。由于它們能夠在整個(gè)裝置上實(shí)現(xiàn)精確的空間控制，有可能產(chǎn)生時(shí)間上平均、空間上均勻的偽隨機(jī)遮擋，這對(duì)于以上所述的平面是理想的。采用這種技術(shù)的裝置有Meadowlark Optics Inc出產(chǎn)的產(chǎn)品LVR 200?；蚴怯霉怆娖骷矸瓷?，吸收光，改變光的偏振狀態(tài)，或是分散光。
在一個(gè)內(nèi)圖像平面(平面A，C和G)上產(chǎn)生遮光裝置的真實(shí)圖像，在被拷貝的放映機(jī)上就有可能產(chǎn)生水印。例如是在轉(zhuǎn)輪用快門葉片產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一次干擾的情況下，信息可以實(shí)際雕刻在葉片上。這種信息可以是文字“在XYZ劇場(chǎng)用S/N12345非法拷貝的”，或是一種條形碼格式的符號(hào)。
在內(nèi)圖像平面上進(jìn)行光電調(diào)制還有一個(gè)好處是易于定制水印?？梢酝ㄟ^在光電調(diào)制器上對(duì)象素尋址而產(chǎn)生水印，由此產(chǎn)生文字或編碼信息(例如是說明日期和放映地點(diǎn))，必要時(shí)選擇不遮擋需要的象素來達(dá)到空間上的平衡，圍繞著放映的水印按時(shí)幀產(chǎn)生水印。每次放映都可以查找這種信息，能夠制成精密的水印(對(duì)劇場(chǎng)，屏幕，日期，時(shí)間，放映員等等的授權(quán))。
作為阻止非法拷貝的另一種方法，每次放映時(shí)甚至是在給定特征的放映過程中可以改變調(diào)制干擾裝置的調(diào)制頻率。這樣就能使試圖非法拷貝的人無法象工作狀態(tài)不變的情況下那樣來做。
實(shí)施例1第一實(shí)施例在數(shù)字投影系統(tǒng)中對(duì)圖像的光級(jí)有空間上全面的空間不變影響的位置上對(duì)光提供時(shí)間調(diào)制。顯而易見，光會(huì)在圖像中繼透鏡28(平面F)或照明中繼透鏡82(平面D)組件的孔徑闌上/附近受到調(diào)制。在這些位置，圖像不會(huì)聚焦，也就是說機(jī)械元件出現(xiàn)與否是看不到的。另外，在平面D和F上僅僅對(duì)一種顏色進(jìn)行調(diào)制，在非法拷貝上看到的效果是其它兩種顏色過多。這樣，由于攝像機(jī)的拍攝采樣頻率與干擾調(diào)制裝置的調(diào)制頻率的相互作用，非法拷貝就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的閃爍效果，但是非法采樣的圖像同樣會(huì)有不正確的色彩顯示。
在照明路徑中被分離成單色通道來提供白光調(diào)制(平面B)之前可以對(duì)各色通道進(jìn)行調(diào)制，或是在僅含有一種顏色的區(qū)域(平面D)，或是為此單獨(dú)提供一組隨機(jī)序列(遮擋RGBGBRBG等等)，將干擾裝置放在各色通道的各個(gè)平面D上。如上所述，調(diào)制的頻率應(yīng)該會(huì)被攝錄相機(jī)檢測(cè)到，但肉眼感覺不到。最好是能夠改變這些頻率，以免攝錄相機(jī)能夠達(dá)到同步。
如果采用單色，對(duì)于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，調(diào)制選擇的顏色應(yīng)該是獲得過多功率的顏色(在色平衡等級(jí)之上)。對(duì)于分離元件在各色通道中光譜含量的設(shè)計(jì)，涂層設(shè)計(jì)和/或規(guī)定有可能無法在三色通道之間按理想的最終色溫來分離。若是選擇在照明系統(tǒng)中過多的顏色，調(diào)制裝置自身就能削減一部分這種顏色的照明，有助于補(bǔ)償上述的過剩。
如果調(diào)制裝置是位于照明中繼(平面D)處，其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)在圖像中產(chǎn)生閃爍和細(xì)微的人造產(chǎn)物?；蚴俏挥谄涑上裰欣^(平面F)處，會(huì)降低入射功率等級(jí)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是均勻地影響整個(gè)圖像。
實(shí)施例2在照明路徑或成像路徑中的圖像中繼光學(xué)器件28處具有一對(duì)聚光中繼80的數(shù)字投影系統(tǒng)10唯一地提供與中間圖像平面相互作用的機(jī)會(huì)。在圖1中，在均勻化光學(xué)器件22端部的平面A，色分離元件之后的平面C，空間光調(diào)制器平面E，和作為單色內(nèi)圖像的平面G，全都聚焦在內(nèi)圖像上。在許多其它膠片或數(shù)字投影系統(tǒng)中，在照明和成像光學(xué)路徑中，在照明和成像光學(xué)路徑中沒有平面可供介入一個(gè)中間圖像，可能是因?yàn)椴淮嬖谶@樣的平面，或是因?yàn)榭臻g光調(diào)制器或其它成像元件占用了這些平面。
如果通過光學(xué)設(shè)計(jì)來介入內(nèi)圖像本身就存在許多可能性來實(shí)現(xiàn)屏幕攝錄相機(jī)排除方法。例如，可以按攝錄相機(jī)看得到的頻率在圖像平面上移動(dòng)一個(gè)干擾物體，提供時(shí)間和空間上的影響。干擾物體(例如是線)可以是不透明或半透明的。與干擾元件是在孔徑闌位置而不是在焦點(diǎn)上的實(shí)施例1的方案相比，這種方案更難以避免肉眼感覺到人造產(chǎn)物，因?yàn)槲矬w是在焦點(diǎn)上。透明或半透明物體有助于減少對(duì)觀眾的干擾，但最好是在中間圖像平面上按照高于觀眾肉眼閃爍閾值的頻率來維持干擾物體的調(diào)制。
另外還要確保干擾物體在時(shí)間上平均的若干幀上平等地遮擋圖像的所有部分。物體也可以是一個(gè)可尋址區(qū)光學(xué)調(diào)制器，只要它具有良好的視覺特性(其它屬性低CR調(diào)制，低到高分辨率，快速)。物體也可以是高空間頻率不透明寬幅光柵或形成衍射的透明光柵人造產(chǎn)物，形成在投影透鏡的孔徑闌中濾色的Schlieren/Fourier平面。
在光學(xué)路徑中光束或場(chǎng)的尺寸相對(duì)較小的位置執(zhí)行干擾是有益的。對(duì)于許多預(yù)想的方法，需要在幀內(nèi)移動(dòng)一個(gè)機(jī)械裝置。在光束最小的地方可以將移動(dòng)機(jī)械干擾裝置的驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械支架做得最小。對(duì)于光電元件也是一樣，如果需要調(diào)制的場(chǎng)小，設(shè)備和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的成本比較低。盡管干擾元件的尺寸在光學(xué)路徑中小光束位置上縮小了，光學(xué)功率密度和熱負(fù)荷都高，需要在熱力學(xué)上精密設(shè)計(jì)干擾調(diào)制元件。
對(duì)于與中間圖像平面共軛的其它平面適用同樣的原理，例如是LCD平面(不易介入)或是照明色分離器(平面C)。這樣就能在顏色的基礎(chǔ)上改變圖像。
同樣是在孔徑闌位置上，如果選擇單色調(diào)制，調(diào)制選擇的顏色應(yīng)該是獲得過多功率的顏色(在色平衡等級(jí)之上)。對(duì)于分離元件在各色通道中光譜含量的設(shè)計(jì)，涂層設(shè)計(jì)和/或規(guī)定有可能無法在三色通道之間按理想的最終色溫來分離。若是選擇在照明系統(tǒng)中過多的顏色，調(diào)制裝置自身就能削減一部分這種顏色的照明，有助于補(bǔ)償上述的過剩。
實(shí)施例3可以用位于光束位置上的調(diào)制干擾元件來改變圖像，該位置即不在孔徑闌上也不在圖像平面(而是故意設(shè)在內(nèi)部中間圖像平面的任何焦深之外)上。這種位置的例子有圖1中的平面K1和K2。在這種情況下的干擾調(diào)制裝置能夠依次影響圖像平面大范圍地址區(qū)域的光錐。干擾調(diào)制裝置會(huì)影響圖像中給定地址區(qū)域的第一光錐，然后影響圖像平面上地址不同的大范圍第二光錐。光錐可以是光束匯聚空間，例如距中間圖像平面有若干英寸(假設(shè)是數(shù)字投影系統(tǒng)的大場(chǎng)和數(shù)值孔徑)。也就是說可以改變圖像平面，從時(shí)間和空間上影響圖像，但是在圖像平面的焦點(diǎn)上不會(huì)或難以察覺到實(shí)際的物體。在這種情況下，干擾調(diào)制裝置多重機(jī)構(gòu)，單一移動(dòng)機(jī)構(gòu)，或是能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)區(qū)域有限的單一機(jī)構(gòu)。將干擾調(diào)制裝置放在光學(xué)系統(tǒng)中光束發(fā)散的位置也能獲得同樣的結(jié)果；而不是象平面K1和K2上那樣匯聚光束的位置。
如果采用本文所述的方法和裝置，從放映屏幕上非法記錄圖像的個(gè)人就無法制作高質(zhì)量的拷貝。然而，所述的所有拷貝防護(hù)方法都取決于對(duì)現(xiàn)有放映機(jī)添加或是按新型號(hào)設(shè)計(jì)的硬件。硬件有可能被不道德的放映員拆除，從而對(duì)劇場(chǎng)演出進(jìn)行非法復(fù)制。
如圖5所示為放映機(jī)加鎖(類似于普通的安全措施)能夠防止硬件拆除，禁止拆除本申請(qǐng)所描述的拷貝防護(hù)方法和裝置?，F(xiàn)有數(shù)字放映機(jī)和燈箱中存在的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠在觸動(dòng)各種安全鎖時(shí)切斷電源(例如許多燈箱都是在面板被打開時(shí)切斷燈的電源)。參見圖5所示的系統(tǒng)，對(duì)這些電路提供了另外的開關(guān)，防止拷貝防護(hù)模塊或相關(guān)硬件被拆除。
圖5表示的放映單元75包括燈箱70，它包含電源71，燈點(diǎn)火器72，燈20，排氣管73和數(shù)字放映機(jī)。為了安全，在閉鎖電路上往往要使用一系列開關(guān)SW1-SW4來切斷燈箱電源或禁止點(diǎn)火器點(diǎn)燈。如圖所示的SW1和SW2指示面板位置，SW3指示排氣管氣流不足，而SW4是放映機(jī)中的熱傳感器。響應(yīng)任何一個(gè)開關(guān)打開指示的故障狀態(tài)，電源71就會(huì)切斷燈20的電源或是無法用點(diǎn)火器72點(diǎn)燃燈20。
很容易在串聯(lián)電路中增加一個(gè)開關(guān)來禁止拆除拷貝防護(hù)裝置5。顯然，簡單的閉鎖開關(guān)可能無法阻止防護(hù)復(fù)制。最好是采用電子ID標(biāo)簽式的裝置。在保密行業(yè)中有許多更加先進(jìn)的閉鎖裝置。例如，許多汽車裝備有需要特殊鑰匙的點(diǎn)火器鎖，而許多保密建筑物需要有類似的徽章才能進(jìn)入。對(duì)于放映機(jī)，在拷貝防護(hù)模塊5中集成有一個(gè)電子ID標(biāo)簽式裝置，這樣的模塊具備沒有拷貝防護(hù)特征就無法拆除的功能。例如是可以考慮裝在上述投影透鏡孔徑闌(平面H)處有拷貝防護(hù)干擾元件的位置。替換等效的光學(xué)投影透鏡并不難。然而，有了安全電子鎖，這樣的替換會(huì)切斷放映機(jī)電源。按照同樣的方式，在干擾元件所處的任何位置都可以用電子鎖來保護(hù)。
盡管最簡單的辦法是用電子鎖切斷放映機(jī)的工作電源，如果聯(lián)網(wǎng)，可以用一種無聲報(bào)警來警告遠(yuǎn)程設(shè)備提防可能的非法行為，或是直接設(shè)置警告。
權(quán)利要求
1.為空間光調(diào)制器照明的一種拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，包括(a)一個(gè)多色光源；(b)用來均勻來自所述多色光源的光而提供一個(gè)均勻照明場(chǎng)的均勻化光學(xué)部件；(c)中繼光學(xué)部件；(d)二向色光學(xué)部件；以及(e)位于所述多色光源與所述空間光調(diào)制器之間的光學(xué)路徑中一個(gè)平面上的干擾調(diào)制元件。
2.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于多色光源是一個(gè)燈。
3.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于中繼光學(xué)部件如下構(gòu)成(a)朝上述二向色分離器引導(dǎo)上述均勻照明場(chǎng)的聚光中繼光學(xué)部件，(b)用于成像并且朝上述空間光調(diào)制器引導(dǎo)所述光進(jìn)入彩色光調(diào)制通道的照明中繼光學(xué)部件。
4.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于中繼光學(xué)部件提供孔徑闌或是與孔徑闌平面共軛的一個(gè)平面以及與上述空間光調(diào)制器共軛的一個(gè)中間圖像平面。
5.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述空間光調(diào)制器是一個(gè)透射液晶器件(LCD)。
6.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述空間光調(diào)制器是一個(gè)反射液晶器件(LCD)。
7.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述空間光調(diào)制器是一個(gè)數(shù)字微鏡器件(DMD)。
8.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述干擾調(diào)制元件位于與上述空間光調(diào)制器共軛的一個(gè)中間圖像平面上。
9.按照權(quán)利要求8的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述干擾調(diào)制裝置按以下方式來調(diào)制，由干擾調(diào)制元件按時(shí)間上的平均等量調(diào)制整場(chǎng)的光。
10.按照權(quán)利要求1的拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)，其特征在于上述干擾調(diào)制元件位于孔徑闌平面上或是與孔徑闌平面共軛的平面上。
全文摘要
一種拷貝防護(hù)照明系統(tǒng)(1)包括一個(gè)多色光源(20)；用來均勻來自多色光源的光而提供一個(gè)均勻照明場(chǎng)的均勻化光學(xué)部件(22)；聚光器中繼光學(xué)部件；二向色光學(xué)部件；照明中繼光學(xué)部件(82)；空間光調(diào)制器(30)；以及位于多色光源與空間光調(diào)制器之間的光學(xué)路徑中一個(gè)平面上的調(diào)制元件。
文檔編號(hào)H04N5/74GK1542541SQ200410002539
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者A·F·庫爾茨, J·M·科布, B·D·西弗斯泰因, T·J·特雷維爾, D·J·內(nèi)爾森, F·D·埃爾內(nèi), A F 庫爾茨, 內(nèi)爾森, 埃爾內(nèi), 特雷維爾, 科布, 西弗斯泰因 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司