CN1422417A - 包括投影拱罩的光学投影系统 - Google Patents

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Abstract

一种用来由一个观察者使用的视觉工作站，其包括一个拱罩，此拱罩有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。一个工作表面设置在该拱罩前端的前面并与该拱罩前端相邻。该工作表面在该工作表面与该拱罩相对的一侧确定一个观察者区域。把该观察者区域的尺寸确定并构形成容纳观察者，该观察者区域相对于该球形的内拱罩表面的位置使得当观察者在观察者区域中时可以看见球形的内拱罩表面。把一个投影仪设置在观察者区域与拱罩之间。该投影仪可以把一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。

Description

包括投影拱罩的光学投影系统
技术领域
本发明涉及视觉投影系统，更具体地说，涉及包括投影拱罩的视觉投影系统。
背景技术
半球形的光学投影系统用来把图像投影到拱罩的内表面上。在天文馆中、在商业和军事的飞行模拟器中以及在各种半球形的剧场中使用半球形的光学投影系统。由于当前在视觉真实性和图像的三维再现方面的兴趣，正在研究用来投影图像的半球形光学投影系统，它能够模拟真实的环境。
典型地，半球形的光学投影系统包括相对较大的拱罩，它的最大直径由大约4米到大于30米。这样的系统很好地适用于呈现给大量的观众。然而，这样的系统可能是大型的，很麻烦，并且成本常常高达几十万美元，因此，使得它们对于许多应用来说太昂贵而无法接受。
发明内容
按照本发明的视觉工作站的实施例适宜于由一个观察者使用，它包括一个拱罩，该拱罩有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。一个工作表面设置在该拱罩前端的前面并与该拱罩前端相邻。该工作表面在该工作表面与该拱罩相对的一侧确定一个观察者区域。该观察者区域的尺寸确定并构形成容纳该观察者，且该观察者区域相对于该球形的内拱罩表面定位，使得当观察者在该观察者区域中时可以看见该球形的内拱罩表面。把一个投影仪设在该观察者区域与该拱罩之间。该投影仪可以把一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。
按照本发明的另一实施例，用来由一个观察者使用的一种视觉显示系统包括一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。一个支撑表面设置在该拱罩前端的前面。该系统构形成在支撑表面与内拱罩表面之间保持一个规定的距离。一个投影仪由该支撑表面支撑。此投影仪有效的把一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。
按照本发明的又一实施例，用来由一个观察者使用的一种视觉显示系统包括一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。一个投影仪有效的把一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。该被截断的球形内拱罩表面的最大直径不大于两米。
按照本发明的又一实施例，用来由一个观察者使用的一种视觉显示系统包括一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。该系统还包括一个图像源，它包括一个图像像素的阵列。一个投影仪有效的把该图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。由该投影仪投影到该内拱罩表面上的该图像像素的阵列的像素的数目是可以调节的。
最好，被截断的球形投影在相邻的图像像素之间有不变的分开角度。最好，该截断的球形投影包括一个轴向上不对称的被截断的球形主图像。最好，该图像像素的阵列确定一个阵列中心，该投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴；并且，该光轴相对于该阵列中心的位置是可以调节的。
按照本发明的又一实施例，用来由一个观察者使用的一种视觉显示系统包括一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面。一个图像源显示源图像。该源图像包括一个主图像和与一个该主图像相邻的次要图像。提供一个投影仪，它可以选择性地操作把该源图像作为一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上，使得把该主图像和该次要图像都投影到该内拱罩表面上，并且，替代地，只把该主图像投影到该内拱罩表面上。
最好，该投影仪可以选择性地操作把该源图像的全部投影到该内拱罩表面上。最好，该源图像有一个中心，该投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴，并且，该系统包括用来调节该光轴与该源图像的中心的相对位置的装置。最好，该主图像是被截断的圆形。此外，该源图像最好是长方形的。
按照本发明的又一实施例，一个把图像显示在一个拱罩上的方法，该拱罩有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面，该方法包括如下步骤：提供一个源图像，它包括一个主图像和一个与该主图像相邻的次要图像。对源图像进行投影，使得只把主图像作为一个被截断的球形投影投射到该内拱罩表面上。然后，对源图像进行投影，使得把主图像和次要图像作为一个被截断的球形投影都投射到该内拱罩表面上。
最好，进行投影的每个步骤包括使用有一个光轴的透镜组件对源图像进行投影，该方法还包括调节光轴与源图像的中心的相对位置的步骤。最好，该主图像是被截断的圆形，并且，对源图像进行投影使得只投影主图像的该步骤包括使光轴与源图像的中心间隔开。
对于熟悉本技术的普通技术人员通过阅读下面的附图和对优选实施例的详细描述将会理解本发明的目的，这些描述对于本发明仅只是说明性的。
附图说明
图1为按照本发明的光学投影系统的前向透视图；
图2为图1所示的光学投影系统的不完全的顶视图；
图3为图1所示的光学投影系统的不完全的前向透视图；
图4为图1所示的光学投影系统的后向透视图；
图5为图1所示的光学投影系统的正视图；
图6为图1所示的光学投影系统的侧视图；
图7为图1所示的光学投影系统的不完全的侧视图；
图8为表示图1所示的光学投影系统的示意性方框图；
图9为二维图像板的示意性表示，它形成图1所示的光学投影系统的一部分，并显示出第一图像；
图10为图9所示的二维图像板的示意性表示，它显示出另外的第二图像；
图11为图1所示的光学投影系统的拱罩的正视图，在该拱罩上显示第一光学投影；
图12为图1所示的光学投影系统的拱罩的正视图，在该拱罩上显示另外的第二光学投影；
图13为按照本发明的另一实施例的光学投影系统的前向透视图；
图14为按照本发明的又一实施例的光学投影系统的前向透视图；
图15为按照本发明的又一实施例的光学投影系统的左侧前向透视图；
图16为图15所示的光学投影系统的右侧前向透视图；
图17为图15所示的光学投影系统的正视图；
图18为图15所示的光学投影系统的侧视图；以及
图19为按照本发明的又一实施例的光学投影系统的前向透视图；
图20为按照本发明的又一实施例的光学投影系统的前向透视图；以及
图21为按照本发明的又一实施例的光学投影系统的不完全的前向透视图。
具体实施方式
下面将参考着附图更充分地描述本发明，在这些附图中示出了本发明的优选实施例。然而，可以以许多不同的形式实现本发明，且本发明不应该解释为限于在其中描述的实施例；而是，提供这些实施例以使本文件的公开将是充分和完整的，并且将把本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在全部文件中相同的附图标号表示相同的部件。
参见图1-7，在这些图中示出了按照本发明的第一实施例的视觉显示系统或工作站100。该工作站包括一个拱罩110、一个工作台130、一个整体地用附图标记150表示的支撑框架、一个投影仪120、一个图像发生器124(见图2)，以及一个座位140(最好是一把椅子，如图所示)。投影仪120包括投影透镜组件122。该工作站适宜于由一个使用者或观察者U使用。图像发生器124可以是一个通用的计算机、视频播放器、数字相机或者任何其它适当的装置。如由下面的描述将更清楚的那样，工作站100提供给观察者U一个视觉上身临其境的经历。此外，工作站100提供了一个方便且有效的工作环境，它可以包括单个的模件化部件，可以进一步把这些部件分解成为便携式的。
如在这里所使用的那样，拱罩110的“前面”是拱罩110的开放端。“左”和“右”由观察者U的角度表示。
如在图1和2中所示出的那样，工作站100也可以包括各种外围部件，从而增强它作为工作站的实用性。设置有键盘144、一对音箱142、电话146以及鼠标148。可以省去这些装置中的某些或者全部。例如，该光学投影系统100可用作一仅显示的系统或者作为一个相互作用有限的工作站。为了清楚起见，在图3-7中没有示出上述这些装置。
拱罩110最好由模塑的LEXANTM、KYDEXTM、CELTECTM、SINTRATM、聚丙烯或者其它适用的重量轻的刚硬材料制成。拱罩110有一个内部的截断球形的投影表面112。该投影表面112在一个前面的周边边缘114终止。如在图2中所示出的那样，此前边缘114确定一个竖直的前平面F-F。此前平面F-F最好基本上与拱罩110的水平的中心轴线X-X和投影表面112垂直。拱罩110也有接附到前边缘114上的包围的饰带115。投影表面112适合用来反射入射光，用于将投影显示给观察者U。虽然表面112可以是白色的，但是，它最好是涂色的，或者涂覆上一层基本上不透光的漆。更可取的是，涂色或者漆为大约在5％与20％之间的灰色。拱罩110可以由一种不透光的材料制成，或者用一种不透光的材料涂覆在它的外表面。屏幕表面也可以由保持偏振的材料制成。
拱罩110是一个截断的球，最好是一个半球，并且，关于它的水平的中心轴线X-X最好是轴对称的(见图7)，如图所示。最好，拱罩110的水平视野和竖直视野大约在140度与180度之间，更可取地大约为150度。参见图7，拱罩110的内投影表面112的最大直径D(即，在前边缘114处的直径)应该不大于2米。更可取地，最大直径D大约在0.5米与2米之间，最可取地，最大直径D为大约1.5米。
T形的支座154以向上的取向支撑着拱罩110，该支座形成支撑框架150的一部分。可以用其它的支撑件代替支座154，或者除了支座154以外还使用其它的支撑件。对于许多应用来说，最好把拱罩110可拆开地紧固到支座154上，或者可拆开地与支座154相互锁住，以容许为了运输和移动该工作站100而把它拆开。可选地(未示出)，拱罩110可以由多个可接装并且可拆下的分段构成。支座154可以由木材、纤维板、塑料或者任何其它适用的材料制成。
工作台130例如由腿152支撑，这些腿形成支撑框架150的一部分。对于许多应用来说，最好把工作台130与腿152可拆开地连接起来。工作台130可以由木材、塑料、金属或者任何其它适用的材料制成。
如在图1-3中最清楚地看到的那样，工作台130有一个主要部段132，此部段为观察者U提供一个工作表面，并且为投影仪120提供一个支撑表面。该工作表面最好如所示水平地取向。把此主要部段132的前边缘131A设置在邻近拱罩110的前面。可选地(未示出)，前边缘131A可以邻接着拱罩110的前表面(即，饰带115)。工作台130的一个切掉的部分133形成侧翼134和主要部段132的后边缘131B。在工作台130与拱罩110相对的那个侧面上邻近后边缘131B形成一个观察者区域135。如图所示，此观察者区域135进一步由侧翼134确定，这些侧翼是可选的。最好，前平面F-F与后边缘131B之间的距离G不大于25英寸。更可取的，此距离G大约在5与15英寸之间，最可取的，大约为10英寸。最好，后边缘131B的长度L至少为40英寸。最好，工作台130提供一个至少为1000平方英寸的工作表面积。
如将由图认识到的那样，观察者区域135构形成且尺寸确定成容纳一个处于坐着状态的观察者U，他有规定范围以内的大小和尺寸，使得在观察者U与拱罩110之间，更具体地说与投影表面112之间提供一个规定的取向和相对位置，如下面将讨论的那样。规定的观察者范围可以包括例如对典型的成人预期的大小和尺寸，以及对在规定的年龄组中典型的儿童预期的大小和尺寸，这取决于对工作站100所要求的应用。
座位140最好是一把椅子。如图所示，座位140有一个支撑支座，并且该座位不与系统100的其余部分连接起来。另外，可以把座位140接附于拱罩110、工作台130和/或支撑框架150上，或者与它们做成一整体。
在如图所示的实施例中，工作站100布置成由一个坐着的观察者U使用。替代地(未示出)，工作站100可适于由一个站立的观察者使用。在这样的情况下，可以在竖直方向上伸展支撑框架150，以升高工作台130和拱罩110，并且，观察者区域135可重新构形成在站立的观察者U与拱罩110和投影表面112之间提供所要求的取向和相对位置。
参见图2、3和5-8，工作站100包括一个光学投影系统121，该系统包括投影仪120、透镜组件122(包括一个终端透镜122A)，以及计算机124。投影仪120包括一个图像板101和适当的电子装置103(见图8)用来接收、解释和/或转换来自计算机124的信号。
图像板101可以是任何适用的二维图像源，一个有限的单位面积确定了它的分辨率。在这里所使用的“像素”这个词指的是任何这样的单位面积。最好，图像板101包括所形成的图像像素的一个阵列，例如，如在液晶显示装置中可以提供的那样。然而，也可以使用不分段的图像源或其它分段的图像源(例如，有扫描线的图像源)，在这种情况下，它的分辨率可以由其它的单位面积确定。
最好并且如图所示，把投影仪120固定到工作台的主要部段132的下表面上。可以把投影仪120固定地或松散地安装在工作台130的顶面上。另一方案是(未示出)，可以把投影仪安装在它自己的与工作台无关的立柱上。最好把计算机124设置在工作台130的下面，并且用一个适当的连接器(未示出)把计算机连接到投影仪120上。
参见图2、3和7，大部分透镜组件122设置在一个盒子120A内，终端透镜122A伸展在最前面并伸出盒子120A。投影仪120的其余部件的大多数或全部设置在盒子120A中，且在透镜组件122的左面。这样布置提供一个特别是沿着观察者与拱罩之间的长度相当紧凑的投影仪。
投影仪120、透镜组件122(包括透镜122A)以及计算机最好如在属于Colucci等人在1996年1月29日提交的题为“TiltableHemispherical Optical Projection Systems and Methods HavingConstant Angular Separation of Projected Pixels”的美国专利5762413中所描述的那样，此专利已经转让给本申请的受让人，此专利的内容整体地结合在这里作为参考。适用的投影仪包括可以由在Long Beach，CA的Epson Corp.获得的Epson PowerLite 710c，以及可以由在Wilsonville，OR的InFocus Systems Inc.获得的LP330DragonFly。本发明的光学投影系统也可以采用在属于Colucci等人的在1996年3月19日提交的题为“Dual Polarization OpticalProjection Systems and Methods”的正在共同审查中的申请序列号No.08/618442中描述的双偏振光学投影系统和方法，此专利已经转让给本申请的受让人，此专利的内容整体地结合在这里作为参考。本发明的光学投影系统也可以采用在属于Idaszak等人的在1997年2月26日提交的题为“Systems，Methods and Computer ProgramProducts for Conversing Image Data to Nonp lanar Image Data”的正在共同审查中的申请序列号No.08/806788中描述的系统、方法和计算机程序产品，此专利已经转让给本申请的受让人，此专利的内容整体地结合在这里作为参考。对于本领域的普通技术人员来说通过阅读这里的描述和所引用的文件，对于在这里描述的光学投影系统作出适当的改变将是明显的。
参见图8，光学投影系统121把一个截断的球形投影10投射到截断的球形拱罩110的内投影表面112上。投影10在相邻的像素之间有不变的分开角度，这一角度用dθ表示，该角度在相邻的像素10A-10N之间不变。分开角度不变的截断球形光学投影系统121是一个有f-θ焦距分布的反转远距照相系统。图像的高度与f-θ成正比，其中f是透镜的焦距，而θ是在图像位置的投影角度。由属于Colucci等人的美国专利No.5762413的公开内容可以进一步认识到光学投影系统121的优选结构和特性。
最好并且如图所示，终端透镜122A的前表面基本上与投影表面112的前平面F-F重合。另一方案是，可以把终端透镜122A向前设置在平面F-F内，并且位于由拱罩110的投影表面112所确定的内部容积内。投影10最好横过大约180度的整个视场伸展。然而，如果终端透镜122A定位于投影表面112的内部容积内，应该使用大于180度的视场。
特别是，投影仪120和透镜组件122定位于观察者U与投影表面112之间。终端透镜122A位于拱罩110的竖直方向的中点VMP的下面(见图7)。观察者U的位置最好使得当观察者U坐在观察者区域135中时，他/她的头位于拱罩110的竖直方向的中点VMP的上方。
工作台130和观察者区域135趋于使观察者U的位置成为，观察者的头H保持在离开投影表面的前边缘114大约在0到15英寸之间，更可取地大约为10英寸。这样的定位连同上述部件的优选尺寸、构形和相对布置为观察者U提供一种真实的三维视觉环境，图像的畸变或不一致达到最小，这些将随观察者在观察者区域135内的位置变化。工作站100提供一种特别身临其境的视觉环境，其中，当观察者U直接向前观察拱罩100的里面时，投影的图像基本上在所有的方向上完全横过观察者的周边视场伸展。
另一方案是(未示出)，可以由拱罩110的前边缘确定投影表面的前表面。例如，可以省去饰带115，或者投影10可以伸展到饰带115的面向内的表面。
可选地，工作站100可以适用于显示立体图像。观察者U可以戴上带快门的眼镜，这种眼镜与对应左图像和右图像的投影同步地交替打开和关闭左眼和右眼的视场。采用保持偏振的屏幕材料，可以投影出立体图像。在属于Colucci等人的在1996年3月19日提交的题为“DualPolarization Optical Projection Systems and Methods”的申请序列号No.08/618442中描述了一种适用的方法。
参见图9和10，最好对投影到拱罩110上的图像进行改进，以增强图像的分辨率。下面的讨论描述了绘制和投影图像的实施例，然后，描述绘制和投影图像的一个优选实施例，以便利用相同的设备和相同的投影表面积获得较高的分辨率。
图9示出了在二维图像板101上显示一图像20A。在图像板101上显示的方式与在一个平面的显示装置比如传统的CRT或其它的二维屏幕上显示图像20A的方式相对应。图像板101可以例如是一种活性基质液晶显示装置，比如Epson 0.9英寸的Poly-silicon(多晶硅)，TFT。然而，将会认识到，图像板101可以是任何适用的二维图像显示装置。
按照第一实施例，图像20A包括一个圆形的主图像22A，在图像板101的边界以内完全绘制该图像。透镜组件122相对于图像板101构形并布置成，把整个圆形的主图像22A投影到截断的球形拱罩的内投影表面112上。图像20A的中心C1与拱罩110的中心重合。把主图像22A绘制到图像板101的规定数目的像素上，像素的数目由所采用的图像软件和硬件来限制。透镜组件122把主图像22A放大，其放大的程度需要使得当被投影时主图像22A的周边基本上与投影表面112的前边缘114共伸展。
按照另外的优选实施例，通过放大图像和截断图像可以提高投影的主图像22A的分辨率，如在图10所示出的那样。在二维图像板101上显示的另外的优选图像20包括一个截断的主图像22，该图像与主图像22A相比被放大了。主图像22的形状为一个截断的圆。与主图像22A的下部对应的下面的被截断的部分23处在图像板101的范围以外，因此，没有被图像软件和硬件绘制到图像板的像素上。
当投影系统121对主图像22进行投影作为在三维投影表面112上的投影10时(见图8)，主图像22如在图11中显示的那样出现。通过对透镜组件122进行如下所述的构形和操作实现这样的投影。在传统的投影系统中，使投影透镜的光轴保持与图像板101的中心C1(该中心也是图像20的中心)重合。相反，按照本发明，把透镜组件122在竖直方向上相对于图像板101移动，或者是图像板101在竖直方向上相对于透镜组件122移动，使得透镜组件122的光轴与主图像22的中心C2重合。结果，投影到投影表面112上的主图像22的中心C2与拱罩110的中心C3重合(见图11)。
透镜组件122把主图像22放大，其放大的程度需要使得当被投影时主图像22的周边基本上与投影表面112的前边缘114共伸展。最好透镜组件122构造并构形成，使得图像20在主图像22外面的一部分最好基本上全部被透镜组件122剪切掉(即，不被投影)。投影10包括一个下面的没有图像的截断区域12(在图像22的下边缘T与投影表面112的下周边之间形成)，该区域与主图像22的被截断的部分23相对应。区域12最好是黑色的。下边缘T与在图像板101上绘制和显示时图像20的下边缘相对应。因此，把主图像22投影到投影表面112上，作为一个被截断的球形投影，它在轴向上是不对称的(拱罩110水平的中心轴线是参考轴线)。
通过与在图像板101上的主图像22A相比把主图像22的尺寸放大，只需要对图像22作较少的放大就可以把它投影到所要求的投影面积。结果，获得了较高的分辨率(即，每单位面积投影的像素(或者图像板101的其它单位面积)的比值较高)。
最好把主图像22的尺寸和工作台130的位置确定成使得在投影10中图像22的下边缘T位于工作台130的上表面以下一距离K(见图7)，大约在12与20英寸之间。这样，显著地减小或者消除了观察者U对已经被截断的图像的任何辨认。
参见图10，设计许多计算机程序界面显示装置用来在传统的二维矩形显示装置比如显示装置101上使用。例如，MicrosoftTM、Windows98TM操作系统可以把次要图像26比如各种插图、菜单、其它的工作台控制和视窗控制按钮设置在主图像22以外的显示图像区域24中。因为投影10只包括主图像22，在拱罩110中看不到这些次要图像26和图像区域24。为了使观察者可以看到图像20的这些外面的部分，工作台100可以设有适宜于显示出完整图像20的第二二维显示监视器。
替代地并且是优选地，工作站100通过提供调节投影10的装置解决上述问题，该装置可以选择性地把图像区域24的某些部分或全部投影到投影表面112上，使得不再需要次要的显示装置。更具体地说，可以重新调节透镜组件122，以便使其向里(即，使图像板101的放大倍数较小)，从而减小用于主图像22的投影表面112的面积。结果，可以把图像区域24的某些部分或全部投射到投影表面112上。再强调一下，透镜组件122把图像板的像素阵列中较大数目的像素投射到投影表面112上。随后，观察者可以使透镜组件向外，返回到投影10，其中主图像22充满投影表面112。可以例如用手或者用一个杆(未示出)或者用一个适当连接的伺服马达(未示出)把透镜组件122向里拉和向外推。
为了降低把给定数量的图像区域24显示到投影表面112上所需要的放大的程度，最好还如下地调节透镜组件122。为了由投影10(图11)转换到投影10A(图12)，如刚才所讨论的那样，要把透镜组件122向里拉。此外，在竖直方向上使透镜组件122相对于图像板101移动，或者是图像板在竖直方向上相对于透镜组件122移动，使得透镜组件122的光轴与图像板(因此与图像20)的中心C1重合。因此，把图像20的中心投影到拱罩110的中心C3上。结果，图像24的最大的对角线长度横过投影表面112的整个直径伸展。
投影10A包括主图像22、图像区域24的一部分或全部(包括次要图像26)以及一个放大的截断区域12A。观察者可以看到并操纵次要图像26，并随后返回到原来的投影10，为的是更好地观察。将会认识到，如果需要，可以把透镜组件122向里拉，其数量比看到整个图像20所必需的数量小。也将会认识到，可以把透镜组件的光轴在竖直方向上相对于图像板101重新放置，其数量比使图像的中心C1与拱罩的中心C3对准所必需的数量小。
参见图13，在此图中示出了按照本发明的另一实施例的工作站200。工作站200与工作站100相对应，区别如下。工作站200与工作站100的区别在于，借助于支撑框架250把工作台230接附到拱罩210上。更具体地说，用连接片253A和螺栓255把腿252上的脚253固定到拱罩的前支座板254A上，以形成连接256。脚253有规定的长度。这样，把工作台230与投影表面212之间的距离固定在一个规定的距离。从而把观察者(未示出)与投影表面212之间的距离和投影仪220与投影表面212之间的距离固定。可以以上面关于工作站100描述的方式中的任何方式改变、增补和使用工作站200。
参见图14，在此图中示出了按照本发明的另一实施例的工作站300。工作站300与工作站100相对应，区别如下。工作站300与工作站100的区别在于：工作台330直接接附于到拱罩310上，并支撑着该拱罩。在拱罩310的饰带315上形成狭缝317。工作台330的部分337插进这些狭缝317中，使得可以把工作台330的前边缘331A设置在各狭缝中，以形成连接356。可以通过粘接剂、压配合或者其它适当的装置把部分337保持在狭缝317中。拱罩310在连接部分356处从工作台330悬置。工作台330与投影表面312之间的距离是固定的。从而也把观察者(未示出)与投影表面312之间的距离和投影仪320与投影表面312之间的距离固定。可以以上面关于工作站100描述的方式中的任何方式改变、增补和使用工作站300。
参见图15-18，在这些图中示出了按照本发明的另一实施例的光学显示系统400。此系统400适宜于用来向站立的观察者显示图像，并且不提供工作表面。此系统400包括分别与拱罩110、投影仪120、透镜122A和计算机124相对应的一拱罩410、一投影仪420、一、个终端透镜422A(图17和18)，以及一计算机或者其它的图像产生装置(未示出)。一个伸展的支座450支撑着拱罩410。拱罩的中心的位置最好为离开地面的高度大约在48与72英寸之间。一个支撑件460以与工作站100相同的方式和构形将投影仪420和透镜122A相对于拱罩410定位。支撑件460包括多个固定到拱罩410和平台464上的支撑臂462。可以以上面关于工作站100描述的方式中的任何方式改变、增补和使用光学显示系统400。
参见图19，在此图中示出了按照本发明的另一实施例的光学显示系统500。此系统500与系统400相对应，区别如下。此系统500适宜于用来向一组坐着的观察者显示图像，并且提供工作台或者工作表面530。把工作台530接附到拱罩510上。在拱罩510的饰带515形成狭缝517。把工作台530的部分537插进这些狭缝517中，使得可以把工作台530的前边缘531设置在各狭缝中，以形成连接556。可以通过粘接剂、压配合或者其它适当的装置把部分537保持在狭缝517中。一个支座550支撑着拱罩510，与支座450相比，降低了支座550的高度。另一方案是(未示出)，系统500可以是自由的，不安装到工作台530上。可以以上面关于工作站100描述的方式中的任何方式改变、增补和使用光学显示系统500。
参见图20，在此图中示出了按照本发明的另一实施例的光学显示系统600。此系统600包括一个单独的支座652，它与支撑拱罩610的支座654分开。一投影仪630支撑在支座652的顶部处的一个支撑平台630上。
参见图21，在此图中示出了按照本发明的另一实施例的光学显示系统700。此系统700与工作站100相对应，区别如下。投影仪720由工作台730悬伸出，并竖直地设置(即，与投影仪120相比关于横向的水平轴线旋转90度)，使得透镜组件722在竖直方向上取向。一个肘状的镜部件727设在水平取向的终端透镜722A与透镜组件722的其余部分之间。系统700的这种布置使得在工作台730的下面的腿可以有更大的空间。
上述内容是对本发明的说明，不应理解为对本发明的限制。虽然已经描述了本发明的示例性实施例，但是，本领域的技术人员将很容易认识到，在这些示例性实施例中可以作出许多改变，而实质上不偏离本发明的新颖的内容和优点。因此，所有这些改变意在包括在本发明的范围以内，如在权利要求书中所确定的那样。在权利要求书中，装置加上功能的条款希望包括在这里所描述的实现所陈述的功能的结构，并且不仅包括结构的等价物，而且包括等价的结构。因此，应该理解到，上述内容是对本发明的说明，不应理解为是把本发明限制于所公开的特定实施例，并且，希望把对于所公开的实施例的改进以及其它实施例包括在所附的权利要求书的范围以内。由下面的权利要求书确定本发明，并把权利要求书的等价物包括在这里。

Claims (55)

1.一种用来由一个观察者使用的视觉工作站，所述工作站包括：
a)一个拱罩，其具有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；
b)一个设置在所述拱罩前端的前面并与该前端相邻的工作表面，所述工作表面在所述工作表面与所述拱罩相对的一侧确定一个观察者区域，把所述观察者区域的尺寸确定和构形成容纳所述观察者，且所述观察者区域相对于所述球形的内拱罩表面定位，使得当观察者处在所述观察者区域中时可以看见所述球形的内拱罩表面；以及
c)一个设置在所述观察者区域与所述拱罩之间的投影仪，所述投影仪可以把一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上。
2.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述球形的内拱罩表面的最大直径不大于两米。
3.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述拱罩有一个水平的中心轴线，并且所述工作表面水平地设置。
4.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述工作表面和所述观察者区域构形成由一个坐着的观察者使用。
5.按照权利要求4所述的工作站，其特征在于，其包括一个设置在所述观察者区域中的座位。
6.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述工作表面和所述观察者区域构形成由一个站立的观察者使用。
7.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述工作站构形成在所述内拱罩表面与工作表面之间保持一个规定的距离。
8.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述工作表面安装到所述拱罩上。
9.按照权利要求8所述的工作站，其特征在于，所述工作表面直接安装到所述拱罩上。
10.按照权利要求9所述的工作站，其特征在于，所述拱罩由所述工作表面悬伸出。
11.按照权利要求8所述的工作站，其特征在于，其包括一个支撑框架，它支撑着所述工作表面和所述拱罩中的每一个，其中，所述支撑框架将所述工作表面与所述拱罩彼此连接起来。
12.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，其包括键盘、电话、话筒以及计算机输入装置中的至少一个。
13.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述球形的内拱罩表面是灰色的。
14.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于：
所述拱罩具有一个竖直方向上的中点；
所述投影仪包括一个终端透镜；
所述终端透镜位于所述竖直的中点的下面；以及
当所述观察者坐在所述观察者区域中时，所述观察者的头在所述竖直的中点的上方。
15.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于：
所述球形的内拱罩表面确定一个前平面；
所述投影仪包括一个终端透镜；以及
所述终端透镜设置在所述前表面内，或者设置在所述拱罩内。
16.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述截断的球形投影至少横过180度伸展。
17.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述球形的内拱罩表面的竖直方向和水平方向上的视野大约在140度与180度之间。
18.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述截断的球形投影包括一个轴向上不对称的被截断的球形图像。
19.按照权利要求18所述的工作站，其特征在于，其包括一个图像源，它有一个中心，并且其中：
所述投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴；并且
所述光轴与所述图像源的所述中心间隔开。
20.按照权利要求19所述的工作站，其特征在于，所述图像源包括一个图像像素的阵列，且所述投影仪有效的把所述图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上，在相邻的图像像素之间有不变的分开角度。
21.按照权利要求20所述的工作站，其特征在于，其包括：
一个图像源，它包括一个图像像素的阵列，其中，所述投影仪有效的把所述图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上；并且，
由所述投影仪投影到所述内拱罩表面上的所述图像像素阵列的像素数目是可以调节的。
22.按照权利要求1所述的工作站，其特征在于，所述投影仪包括在竖直方向上取向的透镜组件、在水平方向上取向的终端透镜以及一个在透镜组件与终端透镜之间的镜部件。
23.一种用来由一个观察者使用的视觉显示系统，所述系统包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；
b)一个设置在所述拱罩前端的前面的支撑表面；以及
c)一个由所述支撑表面支撑的投影仪，所述投影仪有效的把一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上；
d)其中，所述系统构形成在所述内拱罩表面与所述支撑表面之间保持一个规定的距离。
24.按照权利要求23所述的系统，其特征在于，其包括一个在所述拱罩与所述支撑表面之间伸展的支撑臂，其中，所述支撑臂在所述内拱罩表面与所述支撑表面之间保持所述规定的距离。
25.按照权利要求23所述的系统，其特征在于，所述系统构形成由一个站立的观察者使用。
26.按照权利要求23所述的系统，其特征在于，其包括一个支撑着所述拱罩的支座。
27.按照权利要求23所述的系统，其特征在于，所述拱罩有一个水平的中心轴线。
28.一种用来由一个观察者使用的视觉显示系统，所述系统包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；以及
b)一个有效的把一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上的投影仪；
c)其中，所述被截断的球形内拱罩表面的最大直径不大于两米。
29.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，所述拱罩有一个水平的中心轴线。
30.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，其包括一个支撑着所述拱罩的支撑框架。
31.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，所述球形的内拱罩表面是灰色的。
32.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，其确定一个规定的观察者区域，且其中，
所述拱罩有一个竖直方向上的中点；
所述投影仪包括一个终端透镜；
所述终端透镜位于所述竖直的中点的下面；并且
当所述观察者坐在所述观察者区域中时，所述观察者的头处于所述竖直的中点的上方。
33.按照权利要求28所述的系统，其特征在于：
所述球形的内拱罩表面确定一个前平面；
所述投影仪包括一个终端透镜；以及
所述终端透镜设置在所述前表面内，或者设置在所述拱罩内。
34.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，所述截断的球形投影至少横过180度伸展。
35.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，所述球形的内拱罩表面的竖直方向和水平方向上的视野大约在140度与180度之间。
36.按照权利要求28所述的工作站，其特征在于，所述截断的球形投影包括一个轴向上不对称的被截断的球形图像。
37.按照权利要求36所述的系统，其特征在于，其包括一个图像源，它有一个中心，且其中，
所述投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴；并且
所述光轴与所述图像源的所述中心间隔开。
38.按照权利要求37所述的系统，其特征在于，所述图像源包括一个图像像素的阵列，且所述投影仪有效的把所述图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上，在相邻的图像像素之间有不变的分开角度。
39.按照权利要求28所述的工作站，其特征在于，其包括一个图像源，它包括一个图像像素的阵列，且其中，
所述投影仪有效的把所述图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上；并且，
由所述投影仪投影到所述内拱罩表面上的所述图像像素的阵列的像素数目是可以调节的。
40.按照权利要求28所述的系统，其特征在于，所述投影仪包括在竖直方向上取向的透镜组件、在水平方向上取向的终端透镜以及一个在透镜组件与终端透镜之间的镜部件。
41.一种用来由一个观察者使用的视觉显示系统，所述系统包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；
b)一个图像源，它包括一个图像像素的阵列；
c)一个投影仪，它有效的把所述图像像素的阵列作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上；并且，
d)其中，由所述投影仪投影到所述内拱罩表面上的所述图像像素阵列的像素数目是可以调节的。
42.按照权利要求41所述的系统，其特征在于，所述被截断的球形投影在相邻的图像像素之间有不变的分开角度。
43.按照权利要求41所述的系统，其特征在于：
所述图像像素的阵列确定一个阵列中心；
所述投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴；并且
所述光轴相对于所述阵列中心的位置是可以调节的。
44.按照权利要求41所述的系统，其特征在于，所述截断的球形投影包括一个轴向上不对称的被截断的球形主图像。
45.一种用来由一个观察者使用的视觉显示系统，所述系统包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；
b)一个图像源，它显示源图像，所述源图像包括一个主图像和与一个所述主图像相邻的次要图像；
c)一个投影仪，它可以选择性地操作把所述源图像作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上，使得把所述主图像和所述次要图像都投影到所述内拱罩表面上，并且，替代地，只把所述主图像投影到所述内拱罩表面上。
46.按照权利要求45所述的系统，其特征在于，所述投影仪可以选择性地操作把所述源图像的全部投影到所述内拱罩表面上。
47.按照权利要求45所述的系统，其特征在于：
所述源图像有一个中心；
所述投影仪包括一个透镜组件，它有一个光轴；并且
所述光轴相对于所述中心的位置是可以调节的。
48.按照权利要求45所述的系统，其特征在于，所述主图像是被截断的圆形。
49.按照权利要求48所述的系统，其特征在于，所述源图像是矩形的。
50.一种把图像显示在一个拱罩上的方法，该拱罩具有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面，所述方法包括如下步骤：
提供一个源图像，它包括一个主图像和一个与所述主图像相邻的次要图像；
对源图像进行投影，使得只把主图像作为一个被截断的球形投影投射到所述内拱罩表面上；
然后，对源图像进行投影，使得把主图像和次要图像作为一个被截断的球形投影都投射到所述内拱罩表面上。
51.按照权利要求50所述的方法，其特征在于，进行投影的每个步骤包括使用有一个光轴的透镜组件对源图像进行投影，所述方法还包括调节光轴与源图像的中心的相对位置的步骤。
52.按照权利要求51所述的系统，其特征在于，所述主图像是被截断的圆形，并且，对源图像进行投影使得只投影主图像的所述步骤包括使光轴与源图像的中心间隔开。
53.一种用来由一个观察者使用的视觉工作站，所述工作站包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；以及
b)一个设置在所述拱罩前端的前面并与该拱罩前端相邻的工作表面，所述工作表面在所述工作表面与所述拱罩相对的一侧确定一个观察者区域，所述观察者区域的尺寸确定并构形成容纳所述观察者，且所述观察者区域相对于所述球形的内拱罩表面定位使得当所述观察者在所述观察者区域中时可以看见所述球形的内拱罩表面。
54.一种用来由一个观察者使用的视觉显示系统，所述系统包括：
a)一个拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面；
b)一个设置在所述洪罩前端的前面的支撑表面，所述支撑表面适于支撑着一个投影仪；以及
c)其中，所述系统构形成在所述内拱罩表面与所述支撑表面之间保持一个规定的距离。
55.一种显示图像的方法，所述方法包括如下步骤：
提供一个竖直方向上的拱罩，它有一个敞开的前端和一个被截断的球形的内拱罩表面，内拱罩表面确定一个水平的中心轴线，并且其最大直径不大于两米；并且
将图像作为一个被截断的球形投影投射到内拱罩表面上。
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