增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)的制作方法

專利名稱：增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種放映設(shè)備，這種放映設(shè)備利用空間光調(diào)制器從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形成彩色圖像，更特別涉及，在保持源照明和調(diào)制光的遠(yuǎn)心光路同時(shí)放映設(shè)備使其實(shí)現(xiàn)的防偽能力。
背景技術(shù)：
為了被認(rèn)為是對常規(guī)電影放映機(jī)的適當(dāng)替代，數(shù)字放映系統(tǒng)必須滿足需求的關(guān)于圖像質(zhì)量的要求。這對于多色電影放映系統(tǒng)來說是特別正確的。為了提供對常規(guī)電影質(zhì)量放映的競爭的替代，數(shù)字放映機(jī)必須滿足性能的高標(biāo)準(zhǔn)，以提供高分辨率、寬彩色色域、高亮度和超過1000∶1的幀面序列的對比率。除了這些要求外，需要采取一些步驟來保證數(shù)據(jù)光路和放映圖像的安全。
最有希望的解決多色數(shù)字電影放映的辦法作為圖像形成裝置利用兩種基本類型的空間光調(diào)制器中的一種。第一種類型的空間光調(diào)制器是德克薩斯州達(dá)拉斯德克薩斯儀器公司研制的數(shù)字微鏡裝置(DMD)。在一些專利中介紹了DMD裝置，例如美國專利No.4441791、No.5535047、No.5600383(全授予Hombeck)和No.5719695(Heimbuch)。在美國專利No.5914818(Tejada等人)、No.5930050(Dewald)、No.6008951(Anderson)和No.6089717(Iwai)中披露了利用DMD的放映機(jī)的光學(xué)設(shè)計(jì)。雖然基于DMD的放映機(jī)證明了提供必要光通量、對比率和彩色色域的某種能力；但是固有的分辨率限制(目前裝置只提供1024×768個(gè)像素)和高分量以及系統(tǒng)成本限制了對于高質(zhì)量數(shù)字電影放映的DMD可接受性。
用于數(shù)字放映的第2種類型空間光調(diào)制器是液晶裝置(LCD)。通過有選擇地調(diào)制對于每個(gè)相應(yīng)像素的入射光的偏振狀態(tài)，LCD形成作為像素陣列的圖像。LCD似乎具有作為高質(zhì)量數(shù)字電影放映系統(tǒng)的空間光調(diào)制器的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括比較大的尺寸和有利的裝置成品率。在美國專利No.5,808,795(Shimomura等人)；No.5,798,819(Hattori等人)；No.5,918,961(Ueda)和No.6,062,694(Oikawa等人)中披露的電子放映機(jī)屬利用LCD空間光調(diào)制器的電子放映機(jī)之例。
在利用LCD空間光調(diào)制器的電子放映機(jī)中，在光路的紅、綠和藍(lán)部分單獨(dú)調(diào)制相應(yīng)的各個(gè)彩色，常規(guī)上是紅、綠和藍(lán)。然后組合每種彩色的調(diào)制光，以便形成復(fù)合多色RGB彩色圖像。
本發(fā)明總地涉及用于在放映數(shù)字電影同時(shí)顯示拷貝保護(hù)圖像的設(shè)備，其中與正常放映圖像比拷貝保護(hù)圖像不明顯惡化。另一方面，拷貝保護(hù)圖像具有一個(gè)識別標(biāo)志。在利用如電視便攜式攝像機(jī)這樣的拍攝裝置進(jìn)行的電影錄像中，它是可見的。
不管是從軟片還是從數(shù)字源、圖像制的，當(dāng)被放映到觀看的屏幕上時(shí)都受到非法復(fù)制。為杜絕通過使用視頻錄像裝置的電影的屏幕非法翻印的措施已提出許多方法。用電視便攜式攝像機(jī)或便攜式攝像機(jī)以及類似裝置在放映時(shí)拍攝的非法復(fù)制的電影，對電影制作者來說是十分關(guān)注的。甚至以這種方式非法翻印的拷貝的有問題的質(zhì)量也阻止不了它們的廣泛傳播。這些非法拷貝的包裝能夠模仿合法分發(fā)的媒體，因而欺騙制作者和直接用戶。隨著電視便攜式攝像機(jī)以想象的質(zhì)量改進(jìn)并成為更小和更有能力的，非法復(fù)制活動(dòng)的兆頭又成為對電影提供者的威脅。雖然完全消除偷竊行為不可能是有可能的，但提供使企圖利用便攜電視便攜式攝像機(jī)裝置復(fù)制電影的任何人失敗的顯示發(fā)送技術(shù)會是便利的。
已知道，作為圖像或拷貝識別的措施給原來的靜止圖像提供明晰標(biāo)記或水印，例如以便鑒別拷貝。例如，美國專利No.5,875,249(Mintzer等人)；No.6,031,914(Tewfik等人)；No.5,912,972(Barton)和No.5,949,885(Leighton)披露了作為原作者或所有權(quán)的證據(jù)或者作為圖像已被改動(dòng)的證據(jù)將感覺上不可見的水印加到圖像數(shù)據(jù)上的方法。
上述對于靜幀圖像的例子說明一個(gè)關(guān)鍵問題不可見的水印識別但不有害地影響合法拷貝的質(zhì)量，然而可見水印會是分散精力的并會惡化預(yù)定觀眾的觀看感受。就視頻和電影圖像來說，還會有其它加常規(guī)水印的問題。例如，美國專利No.5,960,081(Vynne等人)披露了利用運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)將隱蔽水印加到MPEG數(shù)據(jù)上。這個(gè)方法識別和鑒別原來壓縮的數(shù)據(jù)流，但不會提供對利用便攜式攝像機(jī)復(fù)制的電影識別。其它專利，例如美國專利No.5,809,139(Girod等人)、No.6,069,914(Cox)和No.6,037,984(Isnardi等人)披露將一個(gè)覺察不到的水印直接加到MPEG壓縮視頻信號的離散余弦變換(DCT)系數(shù)上。如果利用漏失壓縮方法(例如，如像便攜式攝像機(jī)用的)順序地再壓縮加水印的圖像，或者由一些其它圖像處理操作修改加水印的圖像，水印不會再是可檢測的。
上述加水印方案目的在于拷貝識別、所有權(quán)或鑒別。然而，即使加水印手段是可靠的，提供拷貝控制管理以及得以識別電影源，不可見水印也不會是對非法復(fù)制的足夠阻止。這些方案防止不了要進(jìn)行的屏幕復(fù)制，另外，要求把加水印或拷貝保護(hù)應(yīng)用到送到放映機(jī)的數(shù)據(jù)流上。
作為對加水印的替代，一些用于藝術(shù)而不是視頻或影片顯示的阻止復(fù)制方案，靠修改信號或插入不同信號使任何非法拷貝的質(zhì)量惡化而運(yùn)作。修改或插入的信號不影響合法獲得的制造拷貝的播放，但有害地影響非法制成的拷貝。作為一個(gè)例子，美國專利No.5,883,959(Kori)披露了猝發(fā)信號對視頻薄片復(fù)制的故意修改。類似地，美國專利No.6,041,158(Sato)和美國專利No.5,663,927(Ryan)披露了為降低非法拷貝質(zhì)量的預(yù)期視頻信號修改。
作為一般方法的一個(gè)變更方法，其中插入不影響可視性但降低復(fù)制質(zhì)量的信號，美國專利No.6,018,374(Wrobleski)披露了在圖像和電影放映中使用第2放映機(jī)。利用這個(gè)第2放映機(jī)將紅外(IR)信息放映到顯示屏上。在顯示屏那里，紅外信息可以含有，例如，數(shù)據(jù)/時(shí)間印記、影院識別文本或其它信息。紅外信息對人眼來說是不可見的。然而，因?yàn)榈湫偷碾娨晹z影機(jī)具有較寬的光譜靈敏度，包括IR范圍，在任何從顯示屏幕做成的電視便攜式攝像機(jī)拷貝中，該信息會是清楚可見的?？梢岳猛瑯拥姆椒ㄓ谩爸丿B”紅外圖像使錄像的圖像畸變。雖然美國專利No.6,018,374中披露的方法對阻止偶然的便攜式攝像機(jī)錄像會是有效的，但是該方法有一些缺點(diǎn)。一個(gè)電視便攜式攝像機(jī)操作者，通過將可普遍得到的為阻止紅外光而設(shè)計(jì)的光譜過濾器加到他/她的便攜式攝像機(jī)的拍攝透鏡上，能使放映的紅外水印的效果最小。通常給電視便攜式攝像機(jī)配備某個(gè)數(shù)量的IR濾光以便補(bǔ)償對IR的硅靈敏度。替換地，對于聚焦水印圖像，例如利用紅外光放映的文本信息，能應(yīng)用修飾技術(shù)修改或消除水印，尤其是，如果紅外信號可以位于幀坐標(biāo)內(nèi)并幀到幀一致。
電影顯示和視頻錄像標(biāo)準(zhǔn)有眾所周知的幀-幀恢復(fù)率。例如，在標(biāo)準(zhǔn)電影放映中，典型地顯示每個(gè)影片幀1/24秒的持續(xù)時(shí)間。對于隔行NTSC和PAL視頻錄像標(biāo)準(zhǔn)的各自恢復(fù)率是1/60秒和1/50秒。
如可變快門速度這樣的電視便攜式攝像機(jī)能力允許電視便攜式攝像機(jī)與電影放映緊密同步，使非法拷貝在影院里拍攝比較容易。一些降低這樣拷貝質(zhì)量的嘗試包括美國專利No.5,680,454(Mead)中的那個(gè)嘗試。美國專利No.5,680,454披露了偽隨機(jī)幀速率變化的利用，使連續(xù)電影幀以與標(biāo)稱的稍不同的速率顯示。利用這個(gè)方法，例如，幀顯示周期會對于標(biāo)稱的1/24秒顯示周期在1/23秒和1/25秒之間隨機(jī)變化。在這個(gè)范圍內(nèi)的定時(shí)漂移會是對觀眾不可感覺的，但明顯地降低用電視便攜式攝像機(jī)拍攝的任何拷貝的質(zhì)量。
如在美國專利No.5,680,454中利用的隨機(jī)化會阻止電視便攜式攝像機(jī)與變化了的顯示頻率的再同步。雖然美國專利No.5,680,454的方法會降低電視便攜式攝像機(jī)制做的拷貝的圖像質(zhì)量，但這個(gè)方法的確有限制。如在美國專利No.5,680,454的披露中所注意到的，幀速率可變性的范圍是限定的，因?yàn)榭値俾时仨毰c伴音一起適當(dāng)緊密地跟蹤。還有，這樣方法不提供非法拷貝中的任何空間的或彩色的干擾。
美國專利No.5,959,717(Chaum)也披露了用于防止顯示的電影制品的復(fù)制的方法和設(shè)備。美國專利No.5,959,717的設(shè)備包括電影放映機(jī)以及單獨(dú)的圖像投影機(jī)。圖像投影機(jī)可以用于，例如，顯示對觀眾來說不可感覺的但可用電視便攜式攝像機(jī)錄像的識別或告誡信息或者暗圖案。替換地，電視便攜式攝像機(jī)甚至可以顯示電影內(nèi)容本身的一部分。通過控制圖像投影機(jī)相對電影放映機(jī)定時(shí)的定時(shí)，可以制出當(dāng)使用電視便攜式攝像機(jī)時(shí)將被錄像但對觀看的觀眾來說將是不可感覺的信息或圖案。然而，美國專利No.5,959,717的方法有一些缺點(diǎn)。特別是，這個(gè)方法需要電影在多個(gè)部分上的分配，這很大地使電影復(fù)制和分配復(fù)雜?；陔娪暗暮突趫D像的圖像分量需要單獨(dú)的放映機(jī)，對系統(tǒng)和對其操作增加了成本和復(fù)雜性。圖像質(zhì)量，特別是對于大屏幕環(huán)境，不可能是最佳的，因?yàn)閳D像放映和兩個(gè)放映機(jī)互相和對顯示平面的準(zhǔn)直必須精確地被保持。
WO 01/33846 A2(Burstyn)披露了用于防非法翻印的方法和設(shè)備，介紹了一種帶有干擾源的電子投影設(shè)備，但它不能考慮為執(zhí)行所希望的干擾所必需的成像平面。Burstyn披露的方法不允許干擾在與空間光調(diào)制器相配的平面出現(xiàn)，空間光調(diào)制器是為將對焦的清晰拷貝保護(hù)圖像放映到屏幕上所需要的。如Burstyn關(guān)于電子放映設(shè)備內(nèi)干擾裝置的位置和設(shè)計(jì)是不清楚的，Burstyn未預(yù)料到與將干擾裝置設(shè)計(jì)到實(shí)際的放映設(shè)備中的問題和可能。
如上述方法那些方法不能適合提供某個(gè)制止復(fù)制的措施或數(shù)字電影的水印。但是，因陳述的理由，沒有一個(gè)上述方法完全滿足。所以，需要有由內(nèi)部圖像數(shù)字放映機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的制止復(fù)制的技術(shù)。理想上，一個(gè)內(nèi)部圖像數(shù)字放映系統(tǒng)適于放在照明和成像光路中的關(guān)鍵位置的干擾部件的應(yīng)用。
已知道中間成像光學(xué)系統(tǒng)在電子放映系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的利用。在美國專利No.4,836,649(Ledebuhr等人)；No.5,357,289(Konno等人)；No.5907437(Sprotberry等人)；No.6,247,816(Cipolla等人)；和No.6,439,725(Na)中介紹了示范性以前技術(shù)系統(tǒng)。作為一個(gè)特殊例子，美國專利No.5,597,222(Doany等人)，為在數(shù)字放映機(jī)中的利用，披露了光學(xué)中繼透鏡，它企圖在光學(xué)公差問題和放映透鏡工作要求方面有幫助。美國專利No.5,597,222的系統(tǒng)提供以單位放大倍率生成全色RGB圖像的單獨(dú)光學(xué)中繼透鏡。這個(gè)系統(tǒng)不能預(yù)先利用，三個(gè)中間成像中繼光學(xué)系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)(每色一個(gè))，每個(gè)以標(biāo)稱的2x放大倍率工作，提供在普通透鏡之前合成的內(nèi)部圖像。盡管美國專利No.5,597,222中所介紹的系統(tǒng)缺乏許多內(nèi)部圖像放映系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)，但是Doany等人｀222本來確提供了本應(yīng)用中披露的方法可以在其中應(yīng)用的成像面。
總之，存在有對阻止活動(dòng)圖像屏幕非法翻印的系統(tǒng)的需要。這個(gè)系統(tǒng)·不惡化在觀看的圖像；·惡化觀看圖像的非法拷貝·對于光通量是高效的·是很容易實(shí)現(xiàn)的·不需要對電影數(shù)據(jù)流的更改。
希望有這樣的一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠很容易地在數(shù)字放映裝置上實(shí)現(xiàn)，并且，要求它允許沿光軸到主平面的物理入口用于插入干擾部件。希望有的沿光軸的平面的例子是一個(gè)與成像裝置共軛的平面，例如膜片或空間光調(diào)制器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于將數(shù)字電影放映到顯示屏幕上的一種阻止復(fù)制的放映設(shè)備，干擾發(fā)生器能夠時(shí)間上或空間上弄暗一個(gè)色或一些色。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是調(diào)制具有額外的照明的色通道以進(jìn)一步使放映系統(tǒng)最佳。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是包括用于防止拷貝保護(hù)設(shè)備拆除的方法。
如此可以看出，在用于數(shù)字放映的照明和調(diào)制光路光學(xué)器件方面有改進(jìn)需要，該數(shù)字放映，在提供最大亮度和彩色色域以及到適于便攜式攝像機(jī)失效方法的系統(tǒng)中的駐點(diǎn)的入口同時(shí)減輕較低成本二色涂層的角度限制。
簡單地說，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種包括用于照明空間光調(diào)制器的拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)的含有增強(qiáng)可靠便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)包括多色光源；用于為提供均勻照明區(qū)而均勻化從多色光源來的光的均勻光學(xué)部件；中繼光學(xué)部件；二色光學(xué)部件；放置在位于多色光源和空間光調(diào)制器之間的光路中的一個(gè)平面的干擾調(diào)制部件；和用于判定干擾調(diào)制部件不存在的檢測裝置。
在帶有現(xiàn)有光源安全聯(lián)鎖電路的系列中加另一個(gè)開關(guān)(最可能同安全I(xiàn)D一起)。這個(gè)開關(guān)的功能會是，如果便攜式攝像機(jī)失效裝置被拆除，則停止放映機(jī)的工作。類似于電子汽車點(diǎn)火鎖，通過電子鎖的應(yīng)用可以防止便攜式攝像機(jī)失效裝置的拆除。
在下面提供的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)將成為明顯的。
詳細(xì)說明以特別指出和清楚聲明本發(fā)明主題的權(quán)利要求結(jié)束。我們認(rèn)為，從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說明將更好地了解本發(fā)明。這些附圖中，


圖1是表示照明光路上的元件和調(diào)制光路之一的示意圖；圖2是表示按照本發(fā)明的放映設(shè)備的關(guān)鍵元件的示意圖；圖3A是表示放映系統(tǒng)的示意圖方框圖；圖3B是照明拷貝保護(hù)組件；圖4A是表示放映系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖方框圖；圖4B是成像拷貝保護(hù)組件；以及圖5表示用于防止拷貝保護(hù)裝置從放映機(jī)拆除的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
此說明特別是以形成按照本發(fā)明的設(shè)備的部分或較直接與按照本發(fā)明的設(shè)備共同工作的部件為目標(biāo)。要被理解的是，未具體表示或說明的部件可以采取對本專業(yè)技術(shù)人員熟知的形式。
研究表明，人視覺系統(tǒng)對正弦強(qiáng)度振蕩的靈敏度在較高時(shí)間頻率急劇降低。參見Kelly，D.H.，“對時(shí)間相關(guān)刺激的視覺響應(yīng)幅度靈敏度測量”，美國光學(xué)學(xué)會雜志，第51卷，第4期，422頁；以及Kelly，D.H.，“對時(shí)間相關(guān)刺激的視覺響應(yīng)III特殊變化”，美國光學(xué)學(xué)會雜志，第52卷，第1期，89頁。人視覺系統(tǒng)對閃光的靈敏度，接近10-30周/秒范圍最大，恰在30周/秒以上迅速下降掉，并隨時(shí)間頻率增加繼續(xù)下降。對于在截止頻率以上的時(shí)間頻率，基本上沒有對閃光的感覺，不管刺激幅度大小。對于出現(xiàn)在典型顯示系統(tǒng)中的光適應(yīng)水平，這個(gè)截止頻率出現(xiàn)圍繞50-70Hz的某處。
與本發(fā)明有關(guān)的情況，當(dāng)以足夠高的時(shí)間頻率顯示一系列電影幀時(shí)，人觀察者檢測不到閃光但代替的是合成這系列幀而感覺出平滑移動(dòng)圖像的效果。然而，電視便攜式攝像機(jī)不使用與人視覺系統(tǒng)相同的檢測機(jī)制。因此，完全有可能，時(shí)間變化的照明被電視便攜式攝像機(jī)拍攝，而人觀察者只檢測穩(wěn)定的照明。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于阻止利用電視便攜式攝像機(jī)非法攝制數(shù)字電影的設(shè)備和方法。這種設(shè)備和方法利用人視覺系統(tǒng)和錄像裝置的靈敏度上固有的差別?？偟恼f來，本發(fā)明通過插入時(shí)間變化干擾而工作，其中，時(shí)間變化圖案不能為肉眼所檢測，但從電視便攜式攝像機(jī)中是清楚可見的。另外，本發(fā)明提供具有單獨(dú)修改色通道照明(或成像)系統(tǒng)的能力的數(shù)字電影放映系統(tǒng)作為進(jìn)一步的拷貝保護(hù)裝置。
在數(shù)字電影放映的情況下，提供給觀看者的“圖像幀”是二維像素陣列的放映。在數(shù)字放映的電影中，無需快門開閉。放映的幀由單獨(dú)的像素組成，典型上像素由三個(gè)主要組分色紅、綠和藍(lán)(RGB)組成并具有可變強(qiáng)度，其中幀被以規(guī)則的間隔恢復(fù)?；謴?fù)率可以是1/24秒或更高。因?yàn)榈湫蜕弦?4幀/秒拍攝電影，所以接著的說明用24Hz幀恢復(fù)率作為要被用于數(shù)字電影放映的基本速率。
電視便攜式攝像機(jī)通過以規(guī)則的時(shí)間間隔采樣景物來工作。通過以足夠快的速率采樣，電視便攜式攝像機(jī)能夠用足夠的準(zhǔn)確度復(fù)制時(shí)間變化景物，以便人視覺系統(tǒng)覺察時(shí)間上采樣數(shù)據(jù)為連續(xù)運(yùn)動(dòng)。然而，因電視便攜式攝像機(jī)采樣電影的復(fù)雜是電影顯示不是真正連續(xù)的，如上所述。因此，利用電視便攜式攝像機(jī)拍攝電影的嘗試引入了利用時(shí)間變化采樣設(shè)備采樣時(shí)間變化圖像顯示的復(fù)雜性。直觀上可看出，采樣速率與恢復(fù)速率的某個(gè)同步會是最可能產(chǎn)生滿意的結(jié)果。
當(dāng)然，會有可能調(diào)節(jié)拍攝裝置的采樣速率提供電視便攜式攝像機(jī)拍攝頻率和電影放映機(jī)頻率之間的同步。電視便攜式攝像機(jī)拍攝頻率對電影放映機(jī)頻率的幀-幀同步則使顯示電影的非法攝制有可能，如果說有的話，也由于定時(shí)差別難得成像。在本發(fā)明方法和設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例中，企圖防止或阻止任何型式的適當(dāng)同步，借此故意使由于頻率差引起的干擾弄暗或標(biāo)記任何利用電視便攜式攝像機(jī)獲得的電影拷貝。
電視便攜式攝像機(jī)的基線采樣速率會在不連續(xù)數(shù)值的范圍上變化。對于大多數(shù)商業(yè)上可得到的電視便攜式攝像機(jī)的典型采樣速率是在60-120Hz之間的范圍。例如，常規(guī)用于商業(yè)上可得到的電視便攜式攝像機(jī)的NTSC和PAL視頻標(biāo)準(zhǔn)分別使用每秒50和60場?？扇芜x地，在一些所謂無閃光電視便攜式攝像機(jī)中，可以使用這些基本速率的倍數(shù)，分別允許100或120Hz的較高的采樣速率。這些速率按序又是很容易轉(zhuǎn)換到用于TV和VCR的每秒50和60場再放速率的。
必須注意到，本發(fā)明不限于任何的電視便攜式攝像機(jī)采樣速率是在一個(gè)特定數(shù)值的假設(shè)。然而，為說明目的，假定50-120Hz范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)不連續(xù)采樣速率。
圖1和圖2上較詳細(xì)地描繪的系統(tǒng)利用中間成像光學(xué)部件，其中生成空間光調(diào)制器的內(nèi)部圖像，接著它又被放映到屏幕上。照明系統(tǒng)也利用內(nèi)部中間成像光學(xué)配置，其中生成匯集條的內(nèi)部圖像，所說的內(nèi)部圖像被放映到空間光調(diào)制器上。在該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)中，最有意義的是，中間內(nèi)部成像結(jié)構(gòu)允許色分離裝置，例如棱鏡，離開偏振棱鏡單獨(dú)配置。特別是，可以將色分離裝置(圖1上的二色分離器27)放在帶有縮小數(shù)字孔徑的光學(xué)空間中，數(shù)字孔徑幫助棱鏡涂層的設(shè)計(jì)和制造。圖1的內(nèi)部或中間成像光學(xué)系統(tǒng)提供大量的其他的優(yōu)點(diǎn)，包括減小的對放映透鏡32的工作距離。
然而，這個(gè)內(nèi)部中間成像光學(xué)系統(tǒng)也提供其他優(yōu)點(diǎn)和可能性，包括通過讓可視圖像不大受影響同時(shí)調(diào)制照明或成像光路中的光來明顯降低非法拷貝質(zhì)量的能力。一般說，中間成像系統(tǒng)，如圖1，提供在照明或成像光路中的中間成像平面、孔徑光闌平面用于便攜式攝像機(jī)失效的和用于白光或單個(gè)色光束的調(diào)制光。對可視圖像和對非法錄像器圖像的影響會是顯著不同，取決于有關(guān)拷貝保護(hù)裝置的詳細(xì)情況和其在放映光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的位置。
在這里說明的圖1和圖2的系統(tǒng)是說明一個(gè)系統(tǒng)的，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，實(shí)現(xiàn)使便攜式攝像機(jī)失效的可能性。這個(gè)特定的系統(tǒng)提供用于彩色放映系統(tǒng)的照明和調(diào)制光學(xué)部件。在該彩色放映系統(tǒng)中，使亮度最大和使由于二色平面角度響應(yīng)變化引起的遮蔽影響最小。
參照圖1，實(shí)施以示意形式表示用于本發(fā)明中的放映設(shè)備10的紅色光路的部件。多色光源20引導(dǎo)源照明經(jīng)過均化光學(xué)部件22。光源20典型上是一個(gè)燈，例如氙弧燈，但也會是某個(gè)其它類型的高強(qiáng)度光發(fā)射器。在優(yōu)選實(shí)施例中，匯集條用作均化光學(xué)部件22。在光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)中眾所周知的匯集條，也稱光混合條，利用對均勻入射光的全部內(nèi)部反射(TIR)效應(yīng)，借此提供空間均勻的照明平面。對于均化光學(xué)部件22的其它選擇包括如復(fù)眼陣列(fly’s eye)這樣的小透鏡陣列或漫射屏、匯集通道、纖維面板或玻璃。均化光學(xué)部件22提供在其輸出A的均勻光平面。如在均化部件末端所示的，與空間調(diào)制器30和顯示表面40共軛的平面A是理想適合前述干擾部件的第一位置。在這里調(diào)制光將具有瞬息觀察時(shí)生成位于焦點(diǎn)的白光贗象的效果。然而，光會以當(dāng)在時(shí)間上積分時(shí)提供空間均勻場這樣方式被理想調(diào)制以避免視覺上可覺察的非均勻性。遠(yuǎn)心基聚光鏡中繼系統(tǒng)80使其輸出成像，放大在輸出A的圖像和將光引向到二色分離器27的二色表面36。這個(gè)遠(yuǎn)心基聚光鏡中繼系統(tǒng)80被表示為一對透鏡。在這對透鏡之間存在有孔徑光闌B。孔徑光闌B是對于干擾部件的其次的合理位置。在這里調(diào)制光將具有全局(橫跨場或圖像)白光照明水平頻率變化。為了在非法復(fù)制屏幕拷貝中是顯著擾動(dòng)，相當(dāng)大數(shù)量的光會被浪費(fèi)，使其成為放映系統(tǒng)中較小程度上的最佳的位置。
再參照圖1，只說明紅光光路；而經(jīng)過二色表面36傳輸?shù)挠嘞滤{(lán)和綠光以同樣方式照明單獨(dú)的調(diào)制光路，利用在彩色成像技術(shù)中熟知的方法。這樣，在那里形成對于每個(gè)紅、綠和藍(lán)色光路的輸出A的放大內(nèi)部圖像。
如圖1所示，紅色光路的放大內(nèi)部圖像C恰出現(xiàn)在二色表面36之后。這是對于干擾調(diào)制的優(yōu)選位置。然而，如果使遠(yuǎn)心基聚光鏡中繼系統(tǒng)80的局部長度足夠短(未示出)，在二色表面前放置平面C的可能性存在，從而使內(nèi)部圖像調(diào)制同時(shí)作用所有的3種色。通過調(diào)制在如所示的平面C(與空間光調(diào)制器30共軛的位置)的光，可以以單色產(chǎn)生一在焦點(diǎn)贗象的時(shí)間和空間變化?？梢允惯@個(gè)贗象專門成為對非法復(fù)制拷貝的刺激，這個(gè)贗象對那些拷貝來說是很難改正的，它帶有適當(dāng)高的頻率和空間均等的貼合(Application)，對合法的觀看者來說是看不見的。在圖1上只表示紅色通道。然而，應(yīng)該指出，最可取的是，產(chǎn)生拷貝保護(hù)放映的調(diào)制應(yīng)該發(fā)生在具有過多光的通道。大多討論的干擾調(diào)制裝置會造成光的損耗(典型上總數(shù)的0.01％-10％)。由于涂層結(jié)構(gòu)、想要有的色溫、成本和各種涂層的簡單性，可能白光圖像未必具有精確的色溫。通過選擇具有比想要有的色平衡所需要的多的光的結(jié)構(gòu)中通道，由干擾部件引起的光損耗能夠幫助達(dá)到正確的屏幕色溫。
在光調(diào)制組件38中，照明中繼透鏡82接著縮微從二色分離器27的彩色光輸出并將光向空間調(diào)制器30引導(dǎo)，有效地提供縮小的在空間調(diào)制器30的輸出A的內(nèi)部圖像。在每個(gè)色光路中有一個(gè)單獨(dú)的照明中繼透鏡82。如以前在平面B處所述，這個(gè)中繼透鏡對會在或接近平面D處具有孔徑光闌。如前所述，可以在平面D處加非圖像共軛全局(空間均勻)干擾。定義孔徑光闌為確定系統(tǒng)可以接收的光束的直徑的光闌。技術(shù)上講，平面B可以有但未必有用于放映機(jī)的實(shí)際的孔徑光闌，而平面D則會是與在平面B處的孔徑光闌共軛的平面。不像孔徑光闌B，在孔徑光闌D處由于時(shí)間干擾和從干擾調(diào)制裝置的光損耗只會改變單個(gè)色(在該情況下是紅色)。結(jié)果將是在藍(lán)和綠通道的相對光水平增加，而調(diào)制部件正在減少紅色的光水平。在圖1的優(yōu)選實(shí)施例中，空間調(diào)制器30是個(gè)反射偏振調(diào)制LCD，具有區(qū)別調(diào)制和未調(diào)制光的附屬偏振光束分離器24。偏振光束分離器24會是常規(guī)麥克奈爾光束分離器或柵網(wǎng)(wire-grid)光束分離器，如像可從猶他州或勒姆的Moxtek公司購買的或者例如在美國專利No.6,122,103(Perkins等人)中介紹的那些。
用在(或接近)一個(gè)或幾個(gè)孔徑光闌平面D放置的調(diào)制干擾裝置改進(jìn)放映設(shè)備10會是最有效的拷貝保護(hù)手段。當(dāng)時(shí)間調(diào)制可以只在一種色出現(xiàn)時(shí)，若是沒有非常的后處理非法復(fù)制者消除贗象將是很困難的。通過將干擾裝置放在第二或第三色通道，用工作在一個(gè)色通道對另一個(gè)色通道不同頻率的調(diào)制干擾裝置，或許會進(jìn)一步增強(qiáng)拷貝保護(hù)。在這種情況下，需要小心避免拍頻作為視覺上可檢測的贗象出現(xiàn)。
圖像中繼透鏡28形成在接近或二色組合器26內(nèi)的空間調(diào)制器的平面G的放大實(shí)像(如所示的，這個(gè)放大實(shí)像出現(xiàn)在二色組合器之前)，在優(yōu)選實(shí)施例中的X形立方體。圖像中繼透鏡28是雙遠(yuǎn)心的，所以向二色組合器26引導(dǎo)的調(diào)制光束是以遠(yuǎn)心形式。如在上述照明透鏡中那樣，在遠(yuǎn)心中繼透鏡內(nèi)有一個(gè)孔徑光闌F。利用在或接近平面F處孔徑光闌調(diào)制能產(chǎn)生色特定的、空間均等的(均勻的)、基于頻率的色調(diào)制。在平面F處(在圖像中繼系統(tǒng)28中)加調(diào)制干擾裝置是與在平面D處(在照明中繼系統(tǒng)中)加調(diào)制干擾是非常類似的。然而，在平面D處對平面F調(diào)制會是較可取的，因?yàn)榭梢杂幂^小的對圖像質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)改善該照明。
假定，在平面G處的實(shí)像形成在二色組合器26的外邊前面，這個(gè)位置將也允許供用上面討論方法中的任何一個(gè)的以焦點(diǎn)圖像調(diào)制的色特定的色調(diào)制之用。如此設(shè)計(jì)圖像中繼透鏡28的焦距使得放大的實(shí)像出現(xiàn)在二色組合器26的后面也會是有可能的。如以前那樣，同時(shí)調(diào)制所有的三種色的可能性則會存在。因?yàn)槎M合器26處理遠(yuǎn)心光，所以存在由于角度變化引起的跨平面G處的放大實(shí)像的色遮蔽的最小的趨勢。有意義的是，通過用某個(gè)比1X大的放大倍數(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也以可能提供的比1X高的f/#中繼工作有效地聚焦放大的實(shí)像F。所以，二色組合器26處理沿這個(gè)色通道的窄頻譜帶，并由此能夠提供比在較低f/#之下可能達(dá)到的更大的彩色色域。此外，由于使用圖像中繼透鏡28，即使在二色組合器26處達(dá)到較高的f/#也不損耗任何光，因?yàn)樵诳臻g光調(diào)制器30處仍然使用低f/#。所以，在或接近二色組合器26處提供在平面G處的改進(jìn)了的放大實(shí)像。
圖1的布置也提供降低放映透鏡32的成本和復(fù)雜性要求的優(yōu)點(diǎn)。放映透鏡32被示意地表示為一個(gè)單獨(dú)部件，然而，大多數(shù)放映透鏡具有許多透鏡。用圖1的布置，放映透鏡32能夠便利地以較高f/#工作，以便放映從在每個(gè)色光路中形成的放大實(shí)像組合的多色圖像，如像在如平面G處所示的紅色光路這樣的。另外，放映透鏡32只需要小的工作距離放映多色圖像到顯示表面40。放映透鏡在平面H處具有孔徑光闌，平面H支持干擾調(diào)制裝置的使用，可以利用干擾調(diào)制裝置產(chǎn)生與在平面B處能提供的類似的全局光水平變化。典型地，在平面H處的孔徑光闌是對整個(gè)放映系統(tǒng)限制的孔徑光闌，由此使平面B、D和F成為共軛孔徑光闌。如用平面B那樣，對于在非法制做拷貝中的這個(gè)贗像進(jìn)行改正不會是困難的。然而，將調(diào)制部件加到放映透鏡會提供很容易的對現(xiàn)有設(shè)備的改進(jìn)。
現(xiàn)在參照圖2，在那里表示示出所有三個(gè)色調(diào)制途徑的放映設(shè)備10的方框圖。在這里未表示用圖1討論的圖像和焦面，但它們與以前一樣確實(shí)存在。將較詳細(xì)地解釋圖2的放映設(shè)備10的設(shè)計(jì)和工作，使得加用于拷貝保護(hù)的干擾調(diào)制裝置能由此被更好地理解。
再參照圖2，從光源20來的均化光在二色分離器27被分成紅、綠和藍(lán)光，在這種情況下，二色分離器27被表示為V形棱鏡。在紅色調(diào)制組件38r中，紅光照明中繼透鏡82r縮微紅光并將這個(gè)光引導(dǎo)到紅光空間調(diào)制器30r，用紅光偏振分束器24r提供沿紅光光軸Or的被調(diào)光。然后紅光圖像中繼透鏡28r將在紅光光軸Or上的被調(diào)光引向二色組合器26。如果在光學(xué)光路上需要，可以使用旋轉(zhuǎn)鏡31。同樣，在綠色調(diào)制組件38g中，綠光照明中繼透鏡82g縮微綠光并將這個(gè)光引導(dǎo)到綠光空間調(diào)制器30g，用綠光偏振分束器24g提供沿綠光光軸Og的被調(diào)光。然后綠光圖像中繼透鏡28g將在綠光光軸Og上的調(diào)制光引向二色組合器26。同樣，在藍(lán)色調(diào)制組件38b中，藍(lán)光照明中繼透鏡82b縮微藍(lán)光并將這個(gè)光引導(dǎo)到藍(lán)光空間調(diào)制器30b，用藍(lán)光偏振分束器24b提供沿藍(lán)光光軸Ob的被調(diào)光。然后藍(lán)光圖像中繼透鏡28b將在藍(lán)光光軸Ob上的被調(diào)光引向二色組合器26。然后，放映透鏡32將多色放大實(shí)像Irgb放映到顯示平面40上。
如在上面給出的背景材料中所述的，投影設(shè)備10，通過使亮度最大和使色遮蔽和有關(guān)像差最小，用其應(yīng)用中間內(nèi)部圖像的結(jié)構(gòu)提供高水平的性能。通過同較多的常規(guī)光學(xué)設(shè)計(jì)手段比較，在二色分離器27或二色組合器26的二色表面的涂層性能限制系統(tǒng)亮度。特別是，增加在常規(guī)系統(tǒng)中的可利用光的亮度造成在允許在各種二色表面的較高入射光角的花費(fèi)?？鐖龅木C合的色移降低色性能和降低系統(tǒng)的總效率。
圖1和2的布置通過調(diào)節(jié)在系統(tǒng)中的關(guān)鍵點(diǎn)處的入射光角度克服這個(gè)問題。首先，達(dá)到了最大均勻性，其中均化光學(xué)部件22用低f/#工作。在圖1和2的布置中，均化光學(xué)部件22(優(yōu)選實(shí)施例中的匯集條)以近似f/1.31工作。該低f/#允許經(jīng)過匯集條傳播的光具有經(jīng)過該條的多次反射，也允許匯集條尺寸最小。然而，這也意味著，均化光以高入射角出射，這在二色分離器27是不利的。同時(shí)，在均化光學(xué)部件22的輸出A的表面尺寸相對相應(yīng)空間光調(diào)制器30的成像表面30r、30g和30b的尺寸小。為了對這些角度和尺寸缺點(diǎn)進(jìn)行改正，基聚光器中繼系統(tǒng)80對均化光學(xué)部件22的均化輸出提供約3.5x放大。這個(gè)放大以f/4.6給二色分離器27有效地提供入射光。這是相當(dāng)在對于需要的二色分離涂層的設(shè)計(jì)和制造的可接受范圍內(nèi)。然而，輸出A的放大圖像(在平面C)現(xiàn)在相對空間光調(diào)制器30、30r、30g和30b的表面還是太大。因而，照明中繼透鏡82、82r、82g和82b提供0.5x放大。這不只減小均化光學(xué)部件22輸出的圖像尺寸，也增加提供給空間光調(diào)制器30、30r、30g和30b的照明的入射角。結(jié)果，照明以約f/2.3被傳遞，這是在對于多數(shù)LCD和其它空間光調(diào)制器30、30r、30g和30b的希望有的范圍以內(nèi)。于是，通過放大和縮微在關(guān)鍵點(diǎn)的均化照明輸出，本發(fā)明的設(shè)備使亮度最佳和另外由在二色分離器27的高入射角引起的褪色最小。必須強(qiáng)調(diào)，每種色調(diào)制光路(例如，紅、綠、藍(lán))具有單獨(dú)的照明中繼透鏡82r、82g和82b。這種布置允許減少為在特定波長范圍上的最佳性能被指定的每個(gè)中繼系統(tǒng)82r、82g和82b。
注意到這一點(diǎn)是有啟發(fā)性的，即，按照放映透鏡32的景物組合多色放大圖像Irgb可以是實(shí)像或虛像，取決于在相對二色組合器26的空間位置的什么地方形成每個(gè)色光路中的各個(gè)放大實(shí)像I。凡在二色組合器26的前表面和放映透鏡32的后面之間形成各個(gè)放大實(shí)像I時(shí)組合多色放大實(shí)像Irgb形成實(shí)像。圖2上的組合多色放大圖像Irgb的位置表明這種布置。相反地，如果在中繼透鏡28r、28g和28b的前表面和二色組合器26的前表面之間形成各個(gè)放大圖像I，組合多色放大圖像Irgb是相對放映透鏡32的虛像。也就是說，在這樣情況下，沒有組合多色放大圖像Irgb的任何實(shí)際空間“位置”。代替地，二色組合器26為將每個(gè)色光路中的各個(gè)放大實(shí)像I組合為虛的組合多色放大圖像Irgb而工作。
不管組合多色放大圖像Irgb還是實(shí)像還是虛像，接著根據(jù)在何處形成組合的多色放大的圖像Irgb，為放映組合的多色放大的圖像Irgb以顯示表面40，用必需的后焦距設(shè)計(jì)放映透鏡32，放映透鏡32可以備選地安裝一個(gè)用于調(diào)節(jié)放映圖像的縱橫比的變形附加鏡(未示出)，如在圖像放映技術(shù)中眾所周知的。
本發(fā)明使形成可能的高f/#、較小的有關(guān)尺寸、減少的部件數(shù)目和放松的公差減少用于數(shù)字放映的放映透鏡32設(shè)計(jì)的成本和復(fù)雜性。因而放映透鏡32可以被設(shè)計(jì)成容易互換的，如像例如用于不同的屏幕尺寸。
照明中繼透鏡82由2個(gè)透鏡組成，并取決于各種色通道的總光路長度和光學(xué)設(shè)計(jì)也可以包括一個(gè)折疊式反射鏡或一個(gè)孔徑。照明中繼透鏡82也是雙遠(yuǎn)心的，這有助于使由于二色分離器27的角度響應(yīng)特性引起的色移最小和使由于空間光調(diào)制器30的角度響應(yīng)引起的對比度損失最小。
二色分離器27也會是提供分色功能的X形立方體或X形棱鏡、菲利蒲棱鏡或二色表面36的布置。另外，二色組合器26可以是將重組色通道的X形立方體或X形棱鏡、菲利蒲棱鏡或二色表面36的另一布置。例如，在圖2的系統(tǒng)中，二色分離器27和二色組合器26都被描寫為V形棱鏡。在所有實(shí)施例中，必須注意到，理想布置會提供對于紅、藍(lán)和綠色色調(diào)制的相等長度的光路。
同樣，如果不同的部件用作空間光調(diào)制器，配置可以與圖1和圖2中所示的那些稍有不同。說明了關(guān)于LCD空間光調(diào)制器的系統(tǒng)。對于其它類型的空間光調(diào)制器，偏振分束器24不會是必要的。在利用DMD裝置或傳輸LCD作為空間光調(diào)制器30的地方，從照明中繼透鏡82來的光直接傳播到空間光調(diào)制器30。在用DMD裝置作為空間光調(diào)制器30的地方，要對成像光學(xué)光路做適當(dāng)修改，例如全內(nèi)部反射(TIR)分束器代替偏振分束器24，如在數(shù)字放映技術(shù)中眾所周知的。
由于這些改進(jìn)，因此，在其中能完成便攜式攝像機(jī)失效技術(shù)的空間里提供平面(成像面A、C和G，孔徑光闌平面B、D和F)同時(shí)，本發(fā)明提高放映設(shè)備10的成像質(zhì)量并允許以最小成本的較簡單的、較小型的光學(xué)設(shè)計(jì)。
由基聚光器中繼系統(tǒng)80提供的放大量可以是大于1X的任何值，并且應(yīng)該與均化光學(xué)部件22和成像光路上的其它部件的尺寸和特性適當(dāng)匹配。同樣地，在照明中繼透鏡82r、82g和82b提供的縮微應(yīng)該被選配適合它各自光調(diào)制組件38r、38g和38b內(nèi)的部件的特性。
雖然最佳布置是提供在每個(gè)色調(diào)制通道的全遠(yuǎn)心光路，但是，例如，只在放映設(shè)備10的一個(gè)或二個(gè)色通道提供這種布置會是便利的。
未示出或未詳細(xì)說明的是，一些常規(guī)上用于改善LCD空間光調(diào)制器30的對比度和性能的附加支持偏振部件?？蓪⒁粋€(gè)偏振器(未示出)配置在均化光學(xué)部件22和基聚光器中繼系統(tǒng)80之間或者，任選地，在照明中繼透鏡82之前或之后的每個(gè)色光路中。本發(fā)明允許使用任何適當(dāng)類型的用于提供由空間調(diào)制器30調(diào)制的源有色光。光源20可以包括各種類型的燈、濾光器、LED、激光器或其它照明部件。為了擴(kuò)展的或交替的彩色色域，可以提供多于3個(gè)的色光調(diào)制光路。
現(xiàn)在已說明了一個(gè)具有適于拷貝保護(hù)實(shí)踐的平面(成像面A、C和G；孔徑光闌平面B、D和F)的示范性系統(tǒng)，將進(jìn)一步說明特定干擾部件和為實(shí)踐本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
以其最基本的形式，可以用由形成適于調(diào)制部件的光學(xué)部件和實(shí)際干擾調(diào)制部件組成的拷貝保護(hù)模件實(shí)行本發(fā)明的拷貝保護(hù)方法。參照圖3A和3B，在那里示出拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)11的示意圖。該系統(tǒng)含有提供保護(hù)性能的光源20、均化裝置22、拷貝保護(hù)照明模件1和干擾調(diào)制部件5，拷貝保護(hù)照明模件1它由一對聚光透鏡80、82組成，聚光透鏡80、82既提供2個(gè)孔徑光闌(平面B、D)又提供與空間光調(diào)制器成像平面共軛的成像平面(平面C)，干擾調(diào)制部件5被表示為具有每轉(zhuǎn)阻塞裝置一次的自旋輪。這只是為說明目的，而將討論許多可能的干擾部件。盡管對本發(fā)明的實(shí)行不需要，但拷貝保護(hù)照明組件1可能也包括分色二色表面36。在圖3A上，光被表示成通過分色二色表面36。圖3B也表示放置在平面C處的干擾調(diào)制部件，在平面C那里，干擾調(diào)制部件能以產(chǎn)生在空間調(diào)制器30(與平面C共軛)處的空間變化的方式時(shí)間上調(diào)制色通道。替換地，可以將干擾調(diào)制部件5放置在平面B處，在平面B那里，干擾調(diào)制部件能以空間上不變方式時(shí)間上調(diào)制白光圖像。或者可以將干擾調(diào)制部件5放置在平面D處，在平面D那里，干擾調(diào)制部件能以空間上不變方式時(shí)間上調(diào)制色通道。
放映機(jī)的剩余部分可以是放映技術(shù)中已知的任何結(jié)構(gòu)，可能包含某個(gè)形式的空間光調(diào)制器30和放映透鏡(未示出)。
現(xiàn)在參照圖4A和4B，在那里表示拷貝保護(hù)成像系統(tǒng)12的示意圖。該系統(tǒng)包含圖像產(chǎn)生空間光調(diào)制器30(又只示出一個(gè)色)、拷貝保護(hù)成像模件2，拷貝保護(hù)成像模件2包含帶有孔徑光闌(平面F)和空間光調(diào)制器平面(平面G)的內(nèi)部圖像的中繼透鏡28、提供時(shí)間干擾的干擾調(diào)制器部件5和放映透鏡32。如前述，在如用于三色放映系統(tǒng)的實(shí)際目的的模件這樣的照明系統(tǒng)中，也會包含色組合部件26。在空間光調(diào)制器30處產(chǎn)生的圖像已被中繼透鏡28傳達(dá)到內(nèi)部成像面G和干擾被調(diào)制以后，它被放映透鏡32放映到顯示表面40。替換地，可以將干擾調(diào)制部件5放置在平面H處。在平面H那里，它能以空間變化方式時(shí)間調(diào)制白光。或者，可以將干擾調(diào)制部件5放置在平面F處。在平面F那里，它能以空間不變化方式調(diào)制色通道。
各種干擾調(diào)制裝置的例子是光電調(diào)制器或會包括絲、反射鏡、不透光材料、固體材料、膜片和快門的機(jī)械阻塞元件。所有這些裝置都需要調(diào)制在以比人閃光感覺頻率高的頻率和最佳地以對便攜式攝像機(jī)離屏幕復(fù)制最具破壞性的頻率。適當(dāng)阻塞裝置的選擇取決于具體平面位置和應(yīng)用。例如，螺線管激勵(lì)膜片對減小在孔徑光闌位置(平面B、D和F)的照明水平會是理想的，然而，因?yàn)樗粫跁r(shí)間平均的基礎(chǔ)上均勻地阻塞整個(gè)場，所以它會是在內(nèi)部成像面(平面A、C和G)處不太希望有的。
理想地必須在希望的干擾頻率上呈現(xiàn)和移去機(jī)械阻塞部件。呈現(xiàn)和移去機(jī)械阻塞部件的方法對通曉該技術(shù)的任何人都是明顯的。
在需要時(shí)間平均的內(nèi)部圖像處，空間均勻光阻塞，通常由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電影快門可以適于生成干擾的目的。它們共同阻塞約50％的光，如像在美國專利No.6,513,932中所介紹的那樣，但通過移去快門材料使得很小部分光被阻塞，可以適應(yīng)這個(gè)目的。另外，這樣快門的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該是在優(yōu)選頻率范圍內(nèi)變化以避免便攜式攝像機(jī)幀速率處于同步狀態(tài)。這種快門也能用在孔徑光闌平面(平面B、D和F)處。
如像SLR照相制造中普遍實(shí)行的焦面快門，由于它們的近似修正尺寸、快速響應(yīng)以至甚至場阻塞，對內(nèi)部圖像定位也是極好的。為應(yīng)付會被這樣快門吸收的熱量，會需要稍許修改。這個(gè)設(shè)計(jì)中的修改可以是對代替吸收表面的反射表面的改變，這是在照相機(jī)快門設(shè)計(jì)技術(shù)中普遍實(shí)行的。本發(fā)明的實(shí)行既不依賴于這些示范性設(shè)計(jì)中的任何一個(gè)，事實(shí)上也不依賴機(jī)械阻塞裝置。
如所討論的，如果放置在孔徑光闌以外的任何處，例如在與成像裝置共軛的平面(成像面A、C和G)處，必須移動(dòng)光阻塞裝置(機(jī)械的或光電的)通過感興趣的場，理想地以最佳干擾頻率相等地覆蓋整個(gè)場。如果，在與圖像裝置共軛的內(nèi)部成像面處，不均勻地進(jìn)行這個(gè)空間機(jī)械阻塞，不均勻的場照明或者色遮蔽將產(chǎn)生。在這種情況下，當(dāng)觀察作為干擾調(diào)制結(jié)果顯示的合法物時(shí)，不均勻的場照明或者色遮蔽會作為視覺上可覺察的贗象出現(xiàn)?？梢栽谳斎霐?shù)據(jù)系統(tǒng)或在普遍加到空間光調(diào)制器的激發(fā)器信號上的色修正中補(bǔ)償這個(gè)不希望有的結(jié)果以消除贗象。
這個(gè)修正可以采取許多形式?？梢栽谙铝袑＠暾堉姓业郊拥絃CD上的色修正的例子共同轉(zhuǎn)讓的處理中的美國專利申請編號09/606891，2000年6月29日提出，Barnick，“用于修正基于空間光調(diào)制器的打印系統(tǒng)中的缺陷的方法和設(shè)備”。美國專利申請編號09/606891介紹制作圖像以便對基于LCD的打印機(jī)系統(tǒng)中的缺陷進(jìn)行修正。通過首先從在屏幕(工作中有拷貝保護(hù)方案)上平面場放映圖像中取一個(gè)影像，這種方法可以應(yīng)用到數(shù)字放映上。借助非均勻性修正，Barnick所述方法的其余部分是適用的。該方法會對整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中的任何缺陷或非均勻性進(jìn)行修正。因此，假若由拷貝保護(hù)引起的時(shí)間平均非均勻性是空間一致的和穩(wěn)定的，它將同在LCD或光學(xué)系統(tǒng)的其余部分中的任何缺陷或非均勻性一起被補(bǔ)償。
在一些應(yīng)用中，因?yàn)榭臻g、成本、振動(dòng)或其它理由，希望不使用機(jī)械阻塞裝置。如所提到的，光電調(diào)制是有可能實(shí)現(xiàn)拷貝保護(hù)的。光電調(diào)制器會是具有電控制傳輸特性的液晶顯示材料，可以用于構(gòu)制這樣的空間光調(diào)制掩膜；可以最好以最佳干擾頻率通過改變加到這樣的掩膜的不同區(qū)的電信號來控制那個(gè)區(qū)的阻光度。因?yàn)榭梢栽谡麄€(gè)裝置上空間上精確控制它們，所以有可能造成偽隨機(jī)時(shí)間平均空間上均勻的阻塞，這對許多上述平面都是理想的。利用這種技術(shù)的裝置通?？蓮腗eadowlark光學(xué)公司購買，例如零件號LVR 200。替換地，光電裝置可以反射、吸收、改變偏振狀態(tài)或散射光。
在內(nèi)部成像面(平面A、C和G)處，形成阻塞裝置的實(shí)像，允許形成對在其中進(jìn)行復(fù)制的放映機(jī)特有的水印的可能性。例如，在自旋輪用快門葉片形成每轉(zhuǎn)干擾一次的情況下，可以物理上將信息雕刻(cave)到葉片中。這種信息可以是詞語“在XYZ影院按S/N12345非法復(fù)制的”，或者條碼樣式標(biāo)記。
在內(nèi)部成像面處的光電調(diào)制的另外益處是定制水印容易?？梢酝ㄟ^尋址光電調(diào)制器上的像素，以使得形成寫的或編碼的信息(例如表明放映的日期和地點(diǎn)的)的方式引進(jìn)水印。并且，如果需要，可以通過優(yōu)先地不阻塞為形成在水印放映前后的時(shí)間幀中的水印而需要的像素空間上均衡。對于每一個(gè)允許復(fù)雜的水印被形成(為影院、屏幕、數(shù)據(jù)、時(shí)間、電影放映員等定制的)的顯示，這種信息是可尋址的。
如用于阻止不正當(dāng)復(fù)制的嘗試的另一個(gè)方法那樣，可以從景像到景像或者甚至在顯示一定的特寫之內(nèi)改變調(diào)制干擾裝置的一個(gè)頻率和幾個(gè)頻率。所以，企圖制不正當(dāng)拷貝的個(gè)人不能設(shè)想他們會被不變的工作條件影響。
第1個(gè)實(shí)施例在數(shù)字放映系統(tǒng)的位置提供時(shí)間調(diào)制，其中將存在對一個(gè)圖像的光水平空間全局空間不變影響。最明顯的，光可以在/接近圖像中繼透鏡28(平面F)或照明中繼透鏡82(平面D)組件被調(diào)制。在這些位置，圖像不在焦點(diǎn)上意味著，在被提供的或移去的機(jī)械部件的任何過渡對觀察者來說將不是明顯的。另外，在平面D和F處，只一個(gè)色在被調(diào)制，使如所示的對非法拷貝的影響超過另外二個(gè)色。于是，非法拷貝會遭受由于便攜式攝像機(jī)拍攝采樣頻率和干擾調(diào)制裝置的調(diào)制頻率的互相作用產(chǎn)生的時(shí)間頻閃或閃光影響，可是非法采樣的圖像也會具有不正確的色再現(xiàn)。
可以在分成單獨(dú)色通道之前的照明光路上調(diào)制每個(gè)色通道提供白光調(diào)制(平面B)，或者可以在只包含單個(gè)色(平面D)的區(qū)上調(diào)制每個(gè)色通道，或者可以通過將干擾裝置放在對于每個(gè)色通道的各個(gè)平面D處獨(dú)立地以為此目的的一組或隨機(jī)序列閃現(xiàn)RGBGBRBG等調(diào)制每個(gè)色通道。最佳地，如以前所討論的，調(diào)制將以便攜式攝像機(jī)檢測到，但人觀察者檢測不到的頻率發(fā)生。更最佳地，這些頻率可以被改變以使攝像能夠同步的能力無效。
如果使用單個(gè)色，那么借助照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為調(diào)制選擇的色最好是在其中有額外的備用功率(在色平衡水平以上)的色。在用分束部件的各種通道的頻譜含量的設(shè)計(jì)中，存在涂層設(shè)計(jì)和/或?yàn)橄胍淖詈笊珳刂甘竟獠辉谌齻€(gè)色通道之間最佳分束的可能性。通過選擇在照明系統(tǒng)中是過充裕的色，靠其特性將截掉那個(gè)色照明的一部分的調(diào)制裝置將幫助補(bǔ)償上述的過充裕。
如果將調(diào)制裝置放置在照明中繼系統(tǒng)(平面D)中，它具有使光斑閃光或幻象贗象不在圖像中發(fā)生。替換地，將它放置在成像中繼系統(tǒng)(平面F)中減少入射功率水平。這個(gè)方法具有均勻作用整個(gè)圖像的優(yōu)點(diǎn)。
具有在照明光路中的一對中繼聚光光學(xué)部件80、82或在成像光路中的成像中繼光學(xué)部件28的數(shù)字放映系統(tǒng)10獨(dú)特地提供與中間成像面互相作用的潛力。在圖1上，在均化光學(xué)部件22的末端的平面A、在分色部件后面的平面C、空間光調(diào)制器平面E和是單個(gè)色的內(nèi)部圖像的平面G全是在焦點(diǎn)內(nèi)部圖像。在許多其它電影或數(shù)字放映系統(tǒng)中，沒有任何提供到中間圖像的入口的照明和成像光路中的平面，或因?yàn)樗鼈儾淮嬖冢蚋ǔＲ驗(yàn)橛蟹胖迷谀切┢矫嫣幍目臻g光調(diào)制器或其它成像部件。
一旦光學(xué)設(shè)計(jì)提供了到內(nèi)部圖像的入口，它們本身呈現(xiàn)離屏幕便攜式攝像機(jī)失效的方法的許多可能性。例如，可以以便攜式攝像機(jī)看到的一個(gè)頻率使一個(gè)干擾物體在成像面上動(dòng)來動(dòng)去，提供既是空間的又是時(shí)間的作用。干擾物體(例如絲)可以是不透明的或半透明的。在實(shí)施例1中干擾部件是在孔徑光闌位置，因而不在焦點(diǎn)上。同實(shí)施例1的方法比較，這個(gè)方法避免人可覺察出的贗象是困難的，因?yàn)槲矬w是在焦點(diǎn)上。透明或半透明物體會幫助使干擾對人觀察者來說不太明顯，但是，最可取的是，以人觀察者的閃光閾值以上的頻率保持中間成像面處的干擾物體的調(diào)制。
另外，關(guān)鍵的是，通過當(dāng)時(shí)間在幾個(gè)幀上平均時(shí)保證干擾物體相等地阻塞圖像的所有部分來保持場均勻性。物體也可能是可尋址區(qū)光調(diào)制器，條件是它具有可見光高通量(其它屬性低CR調(diào)制、低到中分辨率、感光快)。物體也可以是引起衍射的高空間頻率不透光幅度光柵或透明相位光柵贗品，而且它可以是在放映透鏡的光闌中的濾光條紋/富里葉平面。
在其中光束或場是以比較小尺寸的光路中的位置執(zhí)行干擾會是便利的。對于許多仔細(xì)考慮的方法，要求機(jī)械裝置在幀內(nèi)運(yùn)動(dòng)?？梢栽诠馐亲钚〉牡胤?，使為提供和移出機(jī)械干擾部件所需要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械固定裝置最佳地成為最小。上述情況對光電部件成立，因?yàn)?，?dāng)較小的場需要被調(diào)制時(shí)，可以制作成本不太高的裝置和裝置傳動(dòng)器。雖然在光路的小光束位置干擾部件的尺寸被減小，但是光功率密度和熱負(fù)載都高，因而在干擾調(diào)制部件的設(shè)計(jì)中需要小心。
一般說，同樣概念會被應(yīng)用在與中間成像面共軛的其它平面，例如LCD平面(它們是基本上不能進(jìn)入的)，或者在照明分色器(平面C)。用這樣方法，能在發(fā)色母體上修改變圖像。
如上述，在孔徑光闌位置，如果為干擾選擇單個(gè)色，為調(diào)制選擇的色最好是在其中有額外的備用功率(在色平衡水平以上)的色。在用分束部件的各種通道的頻譜含量的設(shè)計(jì)中，存在涂層設(shè)計(jì)和/或?yàn)橄胍淖詈笊珳刂甘竟獠辉谌齻€(gè)色通道之間被最佳分束的可能性。通過選擇在照明系統(tǒng)中是過充裕的色，靠其特性將截掉那個(gè)色照明的一部分的調(diào)制裝置將幫助補(bǔ)償上述的過充裕。
用放在既不在孔徑光闌也不在成像面(和故意地相當(dāng)在內(nèi)部中間成像面的景深之外)的光束位置的調(diào)制干擾裝置可以修改圖像。這樣位置的例子是在圖1的K1和K2處。在這個(gè)例子中，干擾調(diào)制裝置能順序作用尋址成像面的大區(qū)的光錐。特別是，干擾調(diào)制裝置會作用尋址圖像的給定區(qū)的第一光錐，其次干擾調(diào)制裝置會作用尋址圖像的不同大區(qū)的第二光錐。光錐可以在如離開中間成像面(被給出優(yōu)選數(shù)字放映系統(tǒng)的大場和數(shù)字孔徑)幾英寸的這樣的光束收斂空間中。這意味著，可以用空間和時(shí)間上作用圖像的方式修改成像面，但沒有實(shí)際上具有在成像面中的焦點(diǎn)處的物體的靈敏度/困難性。在這種情況下，干擾調(diào)制裝置可以包括多個(gè)機(jī)構(gòu)或被移動(dòng)的單個(gè)機(jī)構(gòu)或具有限定的可獨(dú)立被傳動(dòng)的活動(dòng)區(qū)的單個(gè)機(jī)構(gòu)。通過將調(diào)制干擾裝置放置在光束中是發(fā)散的位置上；而不恰在如像平面K1和K2這樣的收斂光束位置，能實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果。
通過利用這里介紹的方法和設(shè)備防止從放映屏幕非法錄制圖像的個(gè)人制成好質(zhì)量的拷貝。然而，這里介紹的所有拷貝保護(hù)方法都是依賴于加到現(xiàn)有放映機(jī)上或設(shè)計(jì)成新模式的硬件。有這樣可能性，即，這個(gè)硬件會被不細(xì)心的放映員給移出，因而使非法復(fù)制影院放映有可能。
通過將聯(lián)鎖(與當(dāng)今為安全使用的那些類似)加到放映機(jī)上，如圖5所示，能防止該硬件移出，從而禁止本申請中所述的防止復(fù)制方法和設(shè)備的移出。當(dāng)今在數(shù)字放映機(jī)和光源中存在這樣基本設(shè)施，例如，如果各種安全聯(lián)鎖的任何一些被撥動(dòng)，則關(guān)掉電源，如果在許多光源上的面板被打開，燈就熄滅。參照圖5，它表示一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)給防止拷貝保護(hù)模件或相關(guān)的硬件移出的這些電路提供附加的開關(guān)。
圖5表示光源70和放映裝置。光源70包含電源71、點(diǎn)燈器72、燈泡20和排氣管73和數(shù)字放映機(jī)。為安全理由，在關(guān)光源或不允許點(diǎn)燈器點(diǎn)燈的聯(lián)鎖電路上通常使用一系列開關(guān)SW1-SW4。作為系列中表示的例子是SW1、SW2、SW3和SW4。SW1和SW2指示面板不適當(dāng)在其位；SW3指示在排氣管中沒有足夠的氣流；SW4是在放映機(jī)中的熱傳感器。響應(yīng)開關(guān)指示故障狀況的這些開關(guān)中的任何一個(gè)，電源71將從燈泡20切斷電源或不能用點(diǎn)燈器72點(diǎn)燈泡20。
將另一個(gè)開關(guān)SW5加到防止拷貝保護(hù)裝置5移出的系列電路上是相當(dāng)容易的。顯然，一個(gè)簡單的聯(lián)鎖開關(guān)不會阻止較機(jī)智的不正當(dāng)復(fù)制者。較可取的是，利用一個(gè)電子ID標(biāo)簽形式的裝置。在安全工業(yè)中有許多在使用中的帶有較多先進(jìn)聯(lián)鎖的這樣裝置的例子。例如，許多汽車裝配與特定鑰匙有關(guān)的點(diǎn)火鎖，許多安全建筑物需要為進(jìn)入的接近樣式標(biāo)記。再參照放映機(jī)，電子ID標(biāo)簽形式的裝置被組合地包含在復(fù)制防止組件5中，使得該模件能不被用沒有復(fù)制防止性能的功能等效物替代。例如，前面為復(fù)制防止干擾部件考慮的位置是放映透鏡孔徑光闌(平面H)。替換一個(gè)光等效放映透鏡會是容易的。然而，用安全電子聯(lián)鎖，這樣的替換會關(guān)閉放映機(jī)。以同樣的方式，用電子聯(lián)鎖能夠保護(hù)為干擾部件推薦的任何位置。
雖然執(zhí)行聯(lián)鎖的作用最可取的和最容易的是關(guān)閉放映機(jī)的工作，但是，如果被聯(lián)網(wǎng)，它就能起對可能的非法活動(dòng)改變遠(yuǎn)距設(shè)備的不發(fā)聲報(bào)警的作用或者能簡單地發(fā)動(dòng)報(bào)警。
權(quán)利要求
1.一種包括用于照明空間光調(diào)制器的拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)包括(a)多色光源；(b)用于均化來自所說多色光源的光以提供均勻照明場的均化光學(xué)部件(c)中繼光學(xué)部件；(d)二色光學(xué)部件；(e)放置在位于所說多色光源和所說空間光調(diào)制器之間的光路中的一個(gè)平面處的干擾調(diào)制部件；以及(f)用于判定所說干擾調(diào)制部件不存在的探測裝置。
2.一種如在權(quán)利要求1中那樣的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，其中，所說干擾調(diào)制部件的所說不存在觸發(fā)響應(yīng)。
3.一種如在權(quán)利要求2中那樣的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，其中，所說響應(yīng)阻止所說放映機(jī)的工作。
4.一種如在權(quán)利要求2中那樣的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，其中，所說響應(yīng)是一個(gè)可聽或可視報(bào)警。
5.一種如在權(quán)利要求2中那樣的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，其中，所說響應(yīng)是一個(gè)對第三方的信號。
6.一種如在權(quán)利要求1中那樣的拷貝保護(hù)安全系統(tǒng)，其中，所說探測裝置是一個(gè)聯(lián)鎖開關(guān)。
7.一種如在權(quán)利要求6中那樣的拷貝保護(hù)安全系統(tǒng)，其中，所說聯(lián)鎖開關(guān)是電子聯(lián)鎖。
8.一種包括拷貝保護(hù)成像系統(tǒng)的增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)，包括(a)空間光調(diào)制器(b)圖像中繼部件(c)二色組合器(d)投影透鏡(e)放置在位于所說空間光調(diào)制器和所說投影透鏡之間的光路中的一個(gè)平面處的干擾調(diào)制部件；以及(f)用于判定所說干擾調(diào)制部件不存在的探測裝置。
全文摘要
一種增強(qiáng)可靠使便攜式攝像機(jī)失效的放映機(jī)(10)，它包括用于照明空間光調(diào)制器(30)的拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)(1)，拷貝保護(hù)照明系統(tǒng)包括多色光源(20)、用于均化來自多色光源的光以提供均勻照明場的均化光學(xué)部件(22)、中繼光學(xué)部件、二色光學(xué)部件、放置在位于多色光源和空間光調(diào)制器之間的光路中的一個(gè)平面處的干擾調(diào)制部件(5)和用于判定干擾調(diào)制部件不存在的探測裝置。
文檔編號H04N5/74GK1542539SQ20041003127
公開日2004年11月3日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者D·J·內(nèi)爾森, D J 內(nèi)爾森 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司