CN101919258B - 可切换光学成像系统和相关3d/2d图像可切换装置 - Google Patents

可切换光学成像系统和相关3d/2d图像可切换装置 Download PDF

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Abstract

本发明旨在提供一种可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置，在许多方面具有高功能灵活性和对多种不同应用的适应性。本发明基于：生成定向光束，变换这些光束和在视场中投影变换后的光束，由此将视场划分成一个或多个可调节观察区，以及由此在其中形成物体或场景的2维(2D)图像或3维(3D)图像的透视图。本发明用可切换光学成像系统和使用这种系统的3D/2D图像可切换装置来具体实现。

Description

可切换光学成像系统和相关3D/2D图像可切换装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年10月27日提交的美国临时申请No.60/863,204以及于2007年6月27日提交的美国发明申请11/769,672的优先权，其全部内容在此引入以供参考。
技术领域
本发明涉及自动立体系统，以及更具体地说，涉及可切换光学成像系统和相关的3D/2D图像可切换装置(3D/2D显示器)，它们在许多方面具有高功能灵活性和对于多种不同应用的适应性。
背景技术
在现有技术中已知数种涉及可切换3D/2D显示器和显示装置的光学成像系统，包括(1)基于视差屏障的那些，诸如在美国专利申请US2005/0285997，US2006/0087499，US2006/0114415，US2006/0176557，US2007/0008619中所描述的那些，以及(2)基于微透镜/柱镜光栅式透镜的那些，诸如在美国专利5,500,765和6,069,650以及在美国专利申请US2006/0202910，US2007/0008617，US2007/0008620和PCT国际申请WO2007/003792中所描述的那些。
关于已知现有技术显示器和显示装置，在2D和3D操作模式间的切换通常通过光电元件或通过可移动光学构件来实现。在任一情况下，已知现有技术系统仅能在两种模式的每一个间切换，并不能在每一模式内改变操作特性。此外，关于使用可移动光学构件的显示器，通常仅在一个方向上实现光学构件的相对移动，因此，这样的系统具有有限的功能灵活性。
因此，仍然存在对于如下的技术上的需求：能在每种模式下改变操作特性以及在许多方面具有高功能灵活性和对于多种不同应用的适应性的新的光学成像系统以及相关3D/2D图像可切换装置和系统(3D/2D显示器)。本发明满足这些需求并提供进一步的相关优点。
发明内容
本发明的大体目的是提供在许多方面具有高功能灵活性以及对于多种不同应用的适应性的可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置，由此解决许多与现有技术相关的问题。
简单地说，本发明基于生成定向光束，变换这些光束并在视场中投影变换后的光束，由此将视场分成一个或多个可调节观察区并在其中形成物体或场景的2维(2D)图像或3维(3D)图像的透视图。本发明在可切换光学成像系统和使用该系统的3D/2D图像可切换装置中实现。
本发明的主要思想包含改变变换后的光束的方向和调节变换后的光束的发散度的可能性，并通过如下来实现：在光学成像系统的结构中使用会聚微透镜(converging micro-lens)的矩阵以及位移机构，以及提供矩阵或多个矩阵在轴向和横向方向上相对于彼此的移动。矩阵或多个矩阵移动根据操作模式或所使用的它的改进以各种方式、方案执行，并提供光学成像系统和图像可切换装置对不同应用的适应性，以及在诸如如下的方面中它们的功能灵活性：切换操作模式或结合使用一些操作模式，在每个操作模式中改变工作参数和调节操作特性，等等。
在扫描操作模式中，以往复方式执行矩阵或多个矩阵水平移动，由此使得能够将视场划分成多个可调节观察区，以及在视场中与变换后的光束一致地扫描这些观察区。轴向上的矩阵或多个矩阵移动改变区的角大小和使得能够提供视场中相邻观察区的邻接。多个观察区意图用于(i)在3D操作模式中在其中投影特定3D图像的相应透视图，或(ii)在2D扫描操作模式中在其中投影相同的2D图像。能容易地调节如下的操作特性：视场中的角大小、方向和观察区的数量，视场本身的角大小和深度。通过改变观察区的数量，也可以调节3D图像的角度分辩率和深度。应注意到，增加角分辩率不会减小3D和2D扫描操作模式中的图像分辩率。在诸如广告的应用中优选具有透视图的广阔视野和高亮度，而在一些医疗应用中优选具有3D图像的高角分辩率。在这些应用中应该使用大量透视图。
实际上，3D操作模式中的观察区的数量仅受图像可切换装置的结构中的显示组件的帧频限制。显示组件的帧频(吞吐量)越高，则能够使用更多透视图以形成具有更高质量的3D图像。另一方面，显示组件的吞吐量越高，则通过增加观察区的数量能获得视场的更大角大小和更深的深度。在需要同时地为多于一个人提供相同视觉信息的那些应用中，宽和深的视场很重要。
在3D操作模式中当相邻观察区邻接时，提供观察透视图的更好条件(无暗空间或重叠)，改善了对于3D图像的视觉感知。此外，如果在光学成像系统中使用球面微透镜的矩阵并另外在垂直方向上布置它们的相对移动，则3D图像被感知为具有全视差。
在2D扫描操作模式中当相邻观察区邻接时，如在3D操作模式中那样如果从一个观察区移到另一个观察区观察者能看到特定的2D图像而在视觉上感知不到图像亮度的变化，并且无任何透视失真，这在2D模式中非常重要。另外，所投影的2D图像具有与特定3D图像的透视图相同的分辩率，其本质上受所使用的显示组件的分辩率限制。
在非扫描操作模式中，执行水平方向和轴向上的矩阵或多个矩阵移动，使得分别选择视场中单个可调节观察(观测)区的方向和角大小。在一些特殊应用中，例如为保密目的，有利的是提供仅由一个人员观看在该区中投影的2D图像。另外，每个2D图像的质量能通过增加其动态范围并同时保持其最高水平的分辩率来提高。通过使用与在3D或2D扫描操作模式中相同的显示组件(具有高吞吐量)来实现，在单个观察区中投影的每个2D图像中提供扩展范围的图像亮度(辉度)。在一些医疗应用中，这非常重要。
通过改变轴向中的矩阵的相对位置能执行操作模式切换，由此设置与扫描操作模式或非扫描操作模式有关的矩阵间的选择距离。这能够通过如下来实现：在手动控制的光学成像系统的位移机构中的驱动器的帮助下，或通过如在图像可切换装置中那样使用控制器。除此之外，控制器使得还能够在3D和2D扫描操作模式之间进行快速切换并保持3D和2D图像的相同高分辩率。
例如，当结合使用操作模式时，由于根据本发明的装置的所述功能灵活性和适应性，能实现本发明的一个或多个具体目的。因此，在轴向上相对于彼此的另外的矩阵或多个矩阵往复移动允许提高在视场的观察区中投影的透视图或相同2D图像的质量，从而观察者看到不模糊(失真)的特定3D或2D图像。该轴向往复移动与矩阵的水平往复移动同步。
另一方面，可以同时地执行3D和2D扫描操作模式，这允许同时并且此外以相同的高图像分辩率来观察3D图像和选择的2D图像。在一些具体应用中具有这种灵活性是重要的，并通过在每个观察区中投影相应透视图与选择的2D图像的叠加来实现。
光学成像系统和图像可切换装置的功能灵活性和适应性在诸如如下这些方面变得显而易见：以几种方式消除或基本减小对矩阵或多个矩阵移动的不精确的灵敏度；图像缩放，由此如果需要则形成大尺寸的3D图像；增加光束的垂直发散度，用于改善观察具有水平视差的图像的条件；以及选择色彩操作模式：具有选择色的单色操作模式或多色操作模式。
根据本发明的第一优选实施例和各个替代实施例，一种可切换光学成像系统被配置用来变换从显示2维图案的显示面发出的光束，以及用于在视场中投影变换后的光束由此将视场划分成一个或多个可调节观察区。本发明的光学成像系统包括：会聚微透镜的第一矩阵，且每个微透镜沿各自的光轴光学地耦合到显示面的一个相应区域；光学耦合到第一矩阵的微透镜的会聚微透镜的第二矩阵；同轴对齐并刚性连结(安装)到第二矩阵的微透镜的会聚微透镜的第三矩阵，使第二和第三矩阵结合定义矩阵复合件；以及位移机构，用于相对于彼此轴向移动第一矩阵或矩阵复合件，以及用于相对于彼此横向移动第一矩阵或矩阵复合件。
根据本发明的第二优选和各个替代实施例，一种3D/2D图像可切换装置被配置用于分别在3D和2D操作模式中在视场中形成物体或场景的3维图像的多个透视图和/或2维图像。本发明的图像可切换装置包括：显示组件，用于生成2维图案，该显示组件具有用于更新2维图案的数据输入、同步输入和显示2维图案的显示面；可切换光学成像系统，用于变换从显示面发出的光束以及用于在视场中投影变换后的光束由此将视场划分成一个或多个可调节观察区，包括：会聚微透镜的第一矩阵，且每个微透镜沿各自的光轴光学地耦合到显示面的一个相应区域；光学耦合到第一矩阵的微透镜的会聚微透镜的第二矩阵；同轴对齐并刚性连结(安装)到第二矩阵的微透镜的会聚微透镜的第三矩阵，使第二矩阵和第三矩阵结合定义矩阵复合件；以及位移机构，用于相对于彼此轴向移动第一矩阵或矩阵复合件，以及用于相对于彼此横向移动第一矩阵或矩阵复合件，位移机构具有至少第一和第二控制输入；传感器系统，用于检测轴向和横向方向中第一矩阵和矩阵复合件的相对位置，该传感器系统具有至少第一和第二数据输出；以及控制器，用于切换操作模式，控制每个操作模式中矩阵或多个矩阵移动的工作参数，以及用于使显示组件生成2维图案与矩阵或多个矩阵移动同步，所述控制器具有(i)至少第一和第二数据输入，该控制器的第一和第二数据输入分别连接到传感器系统的第一和第二数据输出，(ii)连接到显示组件的同步输入的同步输出，以及(iii)至少第一和第二控制输出，该控制器的第一和第二控制输出分别连接到位移机构的第一和第二控制输入。
参考下述详细描述和附图，本发明的这些和其他方面将变得更显而易见。然而，应理解到在不背离它们的本质精神和范围的情况下，能对在此公开的具体实施例做出各种改进、改变和替代。
附图说明
附图意图用于本发明的某些优选和示例性实施例的图解和符号表示，因此它们不一定按比例绘制。参考数字和符号被用来标明示意性示出和描述的具体特征。
图1A是分别根据本发明的第一和第二优选实施例的可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置的大体示意性表示。其中，该示意性表示示出了由从显示面的各个区发出并经光学成像系统变换的代表性光束行进的路线。
图1B是图1A的画圈部分的放大视图，以及示出了会聚微透镜矩阵与显示面的矩阵的相对位置。放大视图示出了由从显示面的各个区发出并利用光学成像系统变换的代表性光束行进的路线。
图2是图1A的可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置的三维示意表示。该三维表示示出了垂直取向的平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵(lenticular matrice)，以及在轴向和横向上的矩阵的相对位置。该三维表示还示出了视场中相邻的观察区。
图3A是从显示面的两个分别的分立区域发出并利用图1A的光学成像系统投影到视场内的代表性光束的三维图示，所述视场由它的横截面来图形地表示，其中，当光束的发散度相对小时，扫描操作模式中的视场被划分成以间隙彼此分开的多个可调节观察区。
图3B是从显示面的两个分别的区域发出并利用图1A的光学成像系统投影到视场中的代表性光束的三维图示，所述视场由它的横截面来图形地表示，其中，扫描操作模式中的视场被划分成多个可调节观察区，以便由于调节光束的发散度导致相邻观察区彼此邻接。
图4A是根据本发明的第二优选实施例的图像可切换装置的扫描操作模式的一种修改中，在选择的时期内在图2中所示的矩阵复合体(complex)的水平往复移动(即沿X轴的移动)的时间矢量图。
图4B是根据本发明的第二优选实施例的图像可切换装置的扫描操作模式的一种修改中，在选择的时期内在图2中所示的第一矩阵的轴向往复移动(即沿Z轴的移动)的时间矢量图，其中，该轴向往复移动与图4A中所示的水平往复移动同步。
图5A是根据本发明的扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的一种光学布置的示意性表示，其中，第三矩阵位于第二矩阵的微透镜的后聚焦区域内，以及其中，第二矩阵与第一矩阵分开第一选择距离R1，使得F1＜R1＜2F1，以及使视场中相邻观察区彼此邻接。
图5B是根据本发明的扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的另一种光学布置的示意性表示，其中，第三矩阵位于第二矩阵的微透镜的后聚焦区域内，以及其中，第二矩阵与第一矩阵分开第一选择距离R1，使得(F1-F2)＜R1＜F1，以及使视场中相邻观察区彼此邻接。
图5C是根据本发明的扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的又一种光学布置的示意性表示，其中，第二矩阵位于第一矩阵的微透镜的后聚焦区域内，以及其中，第三矩阵与第二矩阵分开第二选择距离R2，使得R2＜F2，以及使视场中相邻观察区彼此邻接。
图6A是根据本发明的非扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的一种光学布置的示意性表示，其中，第二矩阵与第一矩阵分开第一选择距离R1，以使0＜R1＜F1，以及使得由于调节变换后的光束的发散度，单个可调节观察区具有在视场(角大小ψ)中的选择角大小
Figure GPA00001032421300071
图6B是根据本发明的非扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的另一种光学布置的示意性表示，其中，第二矩阵与第一矩阵分开第一选择距离R1，以使F1＜R1≤2F1，以及使得由于调节变换后的光束的发散度，单个可调节观察区具有在视场(角大小ψ)中的选择角大小
Figure GPA00001032421300081
图7是根据本发明的非扫描模式实施例的光学成像系统中的微透镜矩阵的特定光学布置的示意性表示，其中，使矩阵复合件水平偏移(沿X轴)第三选择距离Δx，以使得由于调节变换后的光束的方向，单个可调节观察区具有在视场(角大小ψ)中的选择观察方向(角度θ)。
图8A是根据本发明的另一实施例的光学成像系统中平凸微透镜矩阵和显示面的一种特定光学布置的示意性表示，其中，第一矩阵的微透镜的平面面向显示面，而第二和第三矩阵的微透镜的平面背向显示面，以及其中，第一、第二和第三矩阵包括各自的第一、第二和第三基板。
图8B是根据本发明的又一实施例的光学成像系统中平凸微透镜矩阵和显示面的另一种特定光学布置的示意性表示，其中，第一和第三矩阵的微透镜的平面面向显示面，而第二矩阵的微透镜的平面背向显示面，以及其中，第一矩阵包括第一基板，而第二和第三矩阵包括共享的共用基板。
图9是根据本发明的另一实施例的图像可切换装置的单色操作模式下的显示组件的一种变形的示意性表示，其中，该显示组件包括空间光调制器-微型显示器、光引擎和投影光学系统，该示意性表示还示出了第一平凸微透镜矩阵。
图10A是根据本发明的另一实施例的图像可切换装置的单色操作模式下的显示组件的另一变形的示意性表示，其中，该显示组件包括空间光调制器-微型显示器、光引擎、投影光学系统和垂直散射光学组件，以及其中，该垂直散射光学组件是水平取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵。该示意性表示还示出光学矩阵组件，所述光学矩阵组件包括垂直取向的圆柱状平凸微透镜的第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵。
图10B是图10A中所示的显示组件的变形的俯视图。
图11是根据本发明的另一实施例的图像可切换装置的多色操作模式下的显示组件的结构的示意性表示，其中，该显示组件包括：第一、第二和第三空间光调制器-微型显示器；分别配置用于辐射第一、第二和第三选择色的光的第一、第二和第三光引擎；用来空间叠加第一、第二和第三选择色的叠加光学系统；投影光学系统；以及垂直散射光学组件，其中，该垂直散射光学组件是水平取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵。该示意性表示还示出垂直取向的圆柱状平凸微透镜的第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵。
图12是根据本发明的另一实施例的图像可切换装置的单色操作模式中的显示组件的另一变形的示意性表示，其中，该显示组件包括空间光调制器(SLM)和投影光学系统，其中，该投影光学系统是用于图像传输的光纤系统，以及其中SLM的成像表面的每个区域通过光纤系统的各个光纤光学地耦合到显示面的各个区域。该示意性表示还示出平凸微透镜的第一矩阵包括第一基板。
具体实施方式
本发明旨在提供在许多方面具有高功能灵活性和对于多种不同应用的适应性的可切换光学成像系统和相关3D/2D图像可切换装置(3D/2D显示器)的数种变形。因此，根据某些优选实施例，描述和示例说明在此公开的本发明的光学成像系统和相关装置，优选实施例包括能够根据具体应用在多种不同操作模式中操作的多种不同结构和光学布置。在多种不同操作模式中，有扫描和非扫描操作模式的几种改进。本发明的功能灵活性和适应性包括诸如如下的方面：切换操作模式或结合使用一些操作模式的能力、改变工作参数和调节每个操作模式中的操作特性的能力、图像缩放和调节图像亮度的能力等等。因此以及根据本发明，能够容易地调节操作特性，诸如视场中的观察区的角大小、方向和数量，视场的角大小和深度，以及3D图像的角图像分辨率、深度以及选择2D图像的动态范围。
现在参考附图，其中，相同的参考数字表示相同或相应的元件，以及更具体地参考图1A-B，根据各个第一和第二优选实施例的本发明包括可切换光学成像系统1和相关3D/2D图像可切换装置2。3D/2D图像可切换装置2(结合光学成像系统1)意图用来分别在3D和2D操作模式下在视场中形成物体或场景的3维(3D)图像的多个透视图和/或2维(2D)图像。如图1A中最佳所示，本发明3D/2D图像可切换装置2包括显示组件3、光学成像系统1(其中，光学成像系统1进一步包括光学矩阵组件4和包括至少第一和第二驱动器5、6的位移机构(为简化起见，在图1A中未指出)、包括至少第一和第二位置传感器7、8的传感器系统(为简化起见，在图1A中未指出)以及控制器9。显示组件3用来生成2维图案以及具有显示2维图案的显示面10。显示组件3还具有用于更新2维图案的数字数据输入11和同步(控制)输入12。
可切换光学成像系统1变换从显示组件3的显示面10发出的光束20并将变换后的光束13投影到视场中，由此将视场划分成一个或多个可调节观察区(在图2中示出了一些观察区)。这些功能由光学矩阵组件4来实现。如图1A中最佳所示，光学矩阵组件4包括：会聚微透镜的第一矩阵14；光学耦合到第一矩阵14的微透镜的会聚微透镜的第二矩阵15；以及同轴对齐到并刚性地连结到第二矩阵15的微透镜的会聚微透镜的第三矩阵16，使第二矩阵15和第三矩阵16结合定义矩阵复合件(其中，为简化起见，该矩阵复合件自身在图1A中未示出)。在图1A-1B中将第一矩阵14、第二矩阵15和第三矩阵16分别示为平凸微透镜的第一矩阵14、第二矩阵15和第三矩阵16。
第一矩阵14和矩阵15、16的复合件分别安装在位移机构的第一和第二驱动器5，6上。如图1A中所示，第一驱动器5被配置用来相对于矩阵15、16的复合件轴向移动第一矩阵14(即沿Z轴)。类似地，第二驱动器6被配置用来相对于第一矩阵14水平地移动矩阵15、16的复合件(即沿X轴)。图1B进一步示出在图像可切换装置2中光学矩阵组件4的矩阵14、15、16与显示组件3的显示面10的相对位置。
更具体地说，图1B示出第一矩阵14的典型平凸微透镜17ik，具有面向显示面10的平面18ik并通过发出光束20ik沿相应光轴19ik光学地耦合到显示面10的一相应区域10ik。而第二矩阵15和第三矩阵16各自的微透镜21ik和22ik的平面背向显示面10(为简化起见，仅在图1B中示出了微透镜22ik的平面23ik)。如所示，第二矩阵15和第三矩阵16各自的微透镜21ik、22ik光学地耦合、同轴对齐并共享与第一矩阵14的微透镜17ik的光轴19ik平行的共用光轴24ik。如进一步所示，第一矩阵14和第二矩阵15各自的微透镜17ik、21ik光学地耦合并彼此间隔开第一选择距离R1。第二矩阵15和第三矩阵16各自的微透镜21ik、22ik彼此间隔开第二选择(预定)距离R2。因此，在该光学布置中，图1B示出从显示面10的一个相应区域10ik发出典型光束20ik并由光学成像系统1的第一矩阵14、第二矩阵15和第三矩阵16各自的平凸微透镜17ik、21ik、22ik变换成沿轴25ik投影到视场中的偏转并变换后的光束13ik的路线。
根据上文和再参考图1A，重要的是要注意，光学成像系统1和图像可切换装置2的功能灵活性和适应性基于提供在轴向和横向上的矩阵或多矩阵移动。结合在此公开的几种方案，优选地同样地(equally)应用这种移动。例如，在图1A所示的优选方案中(以及涉及本发明的第一和第二优选实施例)，位移机构(未示出)的第一驱动器5和第二驱动器6分别被配置用来相对于矩阵15、16的复合件轴向移动第一矩阵14以及相对于第一矩阵14水平移动矩阵15、16的复合件。能够根据选择操作模式以多种方式执行矩阵或多矩阵移动。
在与本发明的扫描模式实施例有关的扫描操作模式中，第二驱动器6进一步被配置用来以往复方式执行矩阵15、16的复合件的水平移动。该扫描操作模式使得能够将视场划分成多个可调节观察区，使得能够与视场中的变换后的光束13相一致地扫描这些观察区。如果第一驱动器5还被配置为在该操作模式中执行第一矩阵14的轴向移动以调节变换后的光束13的发散度，那么该扫描操作模式进一步使得在视场中相邻观察区邻接。多个观察区意图用来在其中投影：(i)在3D操作模式中的特定3D图像的相应透视图，或(ii)2D扫描操作模式中的相同2D图像。当“相邻观察区邻接”，或换句话说，“提供相邻观察区的邻接”时(在此这些术语类似和同样地使用)，当从一个观察区移到另一个时，观察者不会在视觉上感知图像亮度的变化。在下文中，将参考图2、3A-3B更详细地描述相邻观察区的邻接。
在与本发明的非扫描模式实施例有关的非扫描操作模式中，单个可调节观察(观测)区用来在其中投影特别感兴趣的2D图像。在该操作模式中，第二驱动器6进一步配置用来执行将矩阵15、16的复合件水平移动(沿X轴)第三选择(预定)距离Δx，而第一驱动器5进一步配置用来执行第一矩阵14的轴向移动(沿Z轴)以调节变换后的光束13的发散度。为了提供例如观察2D图像的所需等级的机密度(confidentiality)的目的，允许视场中单个可调节观察区具有选择观察方向和选择角大小。在下文中，将参考图6A-B、7更详细地讨论非扫描操作模式。
通过改变第一矩阵14和矩阵15、16的复合件沿Z轴的相对位置，手动地切换操作模式(如在根据本发明的第一优选实施例的光学成像系统1中)。在下文中，将参考图6A-B更详细地讨论。然而，优选在控制器9的帮助下切换操作模式。为了切换操作模式或结合使用操作模式，控制矩阵或多个矩阵移动的工作参数以及调节每个操作模式中的操作特性，图像可切换装置中的第一驱动器5和第二驱动器6具有各自的控制输入26和27，该控制输入26和27分别是位移机构的第一和第二控制输入。通过意图用于确定(检测)第一矩阵14和矩阵15、16的复合件分别在轴向和水平方向上的相对位置的传感器系统的第一和第二位置传感器7、8，执行矩阵或多个矩阵移动的工作参数控制。第一和第二位置传感器7、8具有各自的数据输出28和29，该数据输出28和29分别是传感器系统的第一和第二数据输出。
控制器9通常被用于切换操作模式、控制每一操作模式中的矩阵或多个矩阵移动的工作参数以及用于使得利用显示组件生成2维图案与矩阵或多个矩阵移动同步。控制器9具有：至少第一和第二数据输入30、31；同步输出33；和至少第一和第二控制输出34、35。控制器9的第一和第二数据输入30、31分别被连接到传感器系统中的第一和第二位置传感器7、8各自的数据输出28、29。控制器9的同步输出33连接到显示组件3的同步(控制)输入12。另外，控制器9的第一和第二控制输出34、35分别被连接到位移机构中的驱动器5、6各自的控制输入26、27。
计算机36是3D/2D图像可切换装置2的辅助组件(根据本发明的第二优选实施例)，为此，图1A中将它示为在用被虚线环绕的框内。计算机36能用作主控制器，用于选择或改变操作模式或通过生成各个命令信号并传送到控制器9来形成新的操作模式，以及用于通过将与新的2维图案有关的数据传送到显示组件3来更新2维图案。为执行这些功能，计算机36具有控制命令输出(在图1A中未示出)和连接到显示组件3的数据输入11的数据输出(在图1A中未示出)，而控制器9进一步具有连接到计算机36的控制命令输出的控制命令输入32。
根据上文和再次参考图1A，可切换光学成像系统1(根据本发明的第一优选实施例)意图用来变换从显示2维图案的显示面10发出的光束20并用来在视场中投影变换后的光束13，由此将视场划分成一个或多个可调节观察区(如在图2、3A-B、6A-B和7中所示)。
如图1A-B中最佳所示，光学成像系统1包括：会聚微透镜17的第一矩阵14，其中每个微透镜17ik沿各自光轴19ik光学地耦合到显示面10的一个相应区域10ik；会聚微透镜21的第二矩阵15，所述会聚微透镜21光学地耦合到第一矩阵14的微透镜17；会聚微透镜22的第三矩阵16，所述会聚微透镜22同轴对齐并刚性地连结到第二矩阵15的微透镜21，使第二矩阵15和第三矩阵15结合定义矩阵复合件；以及位移机构(未示出)，用于相对于彼此轴向地移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件，以及用于相对于彼此横向地移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件。
另外，如在前所述和图1A中最佳所示，使用可切换光学成像系统1的3D/2D图像可切换装置2意图用来分别在3D和2D操作模式中形成视场中的物体或场景的3维图像的多个透视图和/或2维图像。图像可切换装置2包括：显示组件3，用于生成2维图案，该显示组件3具有用于更新2维图案的数据输入11、同步输入12和用于显示2维图案的显示面10；可切换光学成像系统1，用于变换从显示面10发出的光束20，以及用于在视场中投影变换后的光束13，由此将视场划分成一个或多个可调节观察区(如图2、3A-B、6A-B和7中所示)，包括：会聚微透镜17的第一矩阵14，其中每个微透镜17ik沿各自光轴19ik光学地耦合到显示面10的一个相应区域10ik；会聚微透镜21的第二矩阵15，所述会聚微透镜21光学地耦合到第一矩阵14的微透镜17；会聚微透镜22的第三矩阵16，所述会聚微透镜22同轴对齐并刚性地连结(连结或连接)到第二矩阵16的微透镜21，使第二矩阵15和第三矩阵16结合定义矩阵复合件；以及位移机构(未示出)，用于相对于彼此轴向地移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件，以及用于相对于彼此横向地移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件，该位移机构具有至少第一和第二控制输入26、27；传感器系统，用于检测第一矩阵14和矩阵15、16的复合件在轴向和横向上的相对位置，该传感器系统具有至少第一和第二数据输出28、29；以及控制器9，用于切换操作模式，控制在每个操作模式中的矩阵或多个矩阵移动的工作参数，以及用于使得利用显示组件3生成2维图案与矩阵或多个矩阵移动同步，该控制器具有(i)至少第一和第二数据输入30、31，控制器9的第一和第二数据输入30、31分别连接到传感器系统的第一和第二数据输出28、29，(ii)同步输出33，连接到显示组件3的同步输入12；以及(iii)至少第一和第二控制输出34、35，控制器9的第一和第二控制输出34、35分别连接到位移机构的第一和第二控制输入26、27。
如前所提到的，能够利用与在图1A中所示的优选方案不同的方式来能提供轴向和横向(例如水平)方向上的矩阵或多个矩阵移动。因此，在一个替代方案中，第一矩阵14安装在组合驱动器(图1A中未示出)上，该组合驱动器是位移机构(未示出)的第一和第二驱动器5、6的组合，由此形成如在现有技术中已知的双轴(X/Z)驱动器。在一个替代方案中，第一和第二驱动器5、6分别配置用来相对于矩阵15、16的复合件轴向(沿Z轴)和水平(沿X轴)移动第一矩阵14。在一个或多个替代方案中，矩阵15、16的复合件安装在组合驱动器上，该组合驱动器是位移机构的第一和第二驱动器5、6的组合并形成双轴(X/Z)驱动器。在一个或多个替代方案中，第一和第二驱动器5、6分别配置用来相对于第一矩阵轴向(沿Z轴)和水平(沿X轴)移动矩阵15、16的复合件。在另一替代方案中，矩阵15、16的复合件和第一矩阵14分别安装在位移机构的第一和第二驱动器5、6上。第一和第二驱动器5、6分别配置用来相对于第一矩阵14轴向(沿Z轴)地移动矩阵15、16的复合件以及相对于矩阵15、16的复合件水平(沿X轴)地移动第一矩阵14。
在有关光学成像系统1和图像可切换装置2的所有替代方案中(根据本发明的各个替代实施例)，能够以往复方式执行相对于彼此的水平方向中的矩阵或多个矩阵移动。与有关优选方案的扫描操作模式相同，这种往复移动使得能够将视场划分成多个可调节观察区以及使得能够在视场中与变换后的光束13一致地扫描这些观察区。此外，在所有替代方案中，与在图1A中所示的优选方案类似，相对于彼此的轴向中的矩阵或多个矩阵移动通过调节变换后的光束13的发散度，使得视场中的相邻观察区邻接。
因此，当比较替代和优选方案中执行的矩阵或矩阵移动时，对本领域的技术人员而言，改变第一矩阵14和矩阵15、16的复合件在轴向和横向方向中相对于彼此的相对位置的重要性是显而易见的(而不是它们中的哪一个，第一矩阵14或矩阵15、16的复合件，被实际移动)。在描述位移机构的一般功能时反映了这种情形，位移机构的一般功能意图用于相对于彼此轴向移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件以及用于相对于彼此横向移动第一矩阵14或矩阵15、16的复合件。为此，根据优选方案的说明，能理解到根据本发明的替代实施例的替代方案的重要性。换句话说，与本发明的第一和第二优选实施例有关的优选方案是用于解释它们的本质和特性的替代实施例的典型方案。后者还表示替代实施例的典型还是与优选方案有关的扫描和非扫描操作模式的解释，特别是参考图2、3A-B在下文中所述的相邻观察区的邻接的解释。
应注意到在许多方面中光学成像系统1和图像可切换装置2的功能灵活性和适应性是基于调节变换后的光束13的发散度(见图1A)。因此，在3D和2D扫描操作模式中，都允许提供视场中相邻观察区的邻接，由此在这些模式中实现本发明的主要思想。在此参考图2对该方面进行讨论，其示出了光学成像系统1的具体结构的三维示意性图示。在图2中，通过垂直取向(沿Y轴)的平凸微透镜的第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵14、15、16，表示该光学矩阵组件4。以及由此，当第二驱动器6以往复方式相对于第一矩阵14执行矩阵15、16的复合件的水平移动(沿X轴)时，在水平(XZ)平面中设置多个可调节观察区。例如，在图2中示出了在X方向中布置的相邻观察区37(i+1)k(虚线)、37ik(实线)和37(i-1)k(虚线)。在第一驱动器5的帮助下，通过相对于矩阵15、16的复合件轴向移动第一矩阵14(沿Z轴)，能调节典型观察区37ik的角大小。具有偏差量Δz的第一矩阵14的位置对应于相邻观察区37的邻接并指定典型观察区37ik的角大小
Figure GPA00001032421300161
而具有沿X轴的偏差量Δx的矩阵15、16的复合件的位置对应于变换后的光束13ik(见图1B)的共用光轴24ik和轴25ik之间的角度Θ并指定典型观察区37ik的方向。其他的可调节观察区37具有相同的角大小
Figure GPA00001032421300162
当提供相邻观察区37的邻接时，如图2中所示，通过表达式
Figure GPA00001032421300171
Figure GPA00001032421300172
来指定水平(XZ)面中的视场的角大小ψ，其中，N是观察区37的数量。例如，如果
Figure GPA00001032421300173
对N＝30，能够提供角大小ψ＝300。在3D操作模式中，与变换后的光束13一致地扫描所有这些观察区37，以致分别地在其中投影特定3D图像的多个透视图。由此，观察者能够没有暗空间或重叠地看到这些透视图，换句话说意味着当从一个观察区移动到另一个观察区时不会在视觉上感知到图像亮度的变化。这使得观察者能够无失真地看到更好质量的该特定3D图像。
另外，应注意到，由于光学矩阵组件4的该特定结构，该3D图像仅具有水平视差。当在光学成像系统1中使用球面微透镜的矩阵14、15、16来代替图2中所示的柱镜光栅式透镜矩阵14、15、16时，观察者能在视觉上感知观察为具有全视差的3D图像。对该光学矩阵组件4的该特定结构，恰如上参考图1A所述，在第一驱动器5的帮助下，通过相对于球面微透镜矩阵15、16的复合件轴向移动球面微透镜的第一矩阵14(沿Z轴)，能在两个横向中(即沿X轴和Y轴)提供相邻观察区的邻接。用于光学矩阵组件4的该特定结构的扫描过程要求位移机构具有第三驱动器(图1中未示出)，所述第三驱动器被配置用来(i)相对于球面微透镜矩阵15、16的复合件，垂直地移动球面微透镜的第一矩阵14；或(ii)相对于球面微透镜的第一矩阵14，垂直地移动球面微透镜矩阵15、16的复合件。与上述第一和第二驱动器5、6相同，第三驱动器具有控制输入，该控制输入是位移机构的第三控制输入。能够使用本领域已知的任何方式在水平和垂直方向中布置视场中的观察区的扫描过程。在该过程中，第二驱动器6以往复方式执行矩阵15、16的复合件的水平移动以便提供水平扫描，而第三驱动器执行第一矩阵14的垂直移动以便提供垂直扫描。控制器9具有连接到位移机构的第三控制输入的第三控制输出，并被配置用来控制第三驱动器动作和另外使例如第一矩阵14的垂直移动与矩阵15、16的复合件的水平往复移动同步。
将参考图3A-B，进一步描述在相邻观察区的邻接方面中的本发明的扫描模式实施例的特性。它们中的每一个是从显示面10的两个分别区域10ik和10im发出并由图1A的光学成像系统1投影到视场中的典型光束(未示出)的三维图示。视场利用与显示面10相距特定距离处的它的矩形截面图38(虚线)来图形表示，并且它在水平(XZ)面中的角大小为ψ。在扫描操作模式中(例如在3D操作模式中)，将视场划分成多个可调节观察区以在其中投影3D图像的透视图。所述典型的光束在XZ面中具有小的水平发散度(未示出)和角度ξ的增大的垂直发散度(沿Y轴)，用于扩大视场的垂直大小，在下文中将参考图10A-B描述。由此，如在图3A-B中所示，对各种透视图，来自区域10ik和10im的所述典型光束在横截面38上的投影(例如39ikq，39imq)在垂直方向上是细长的。对这些投影39ikq，39imq，各个区域的位置用显示面10上的行序数i(i＝1…n)和列序数k(k＝1…m)来指定，其中，q是特定透视图的序数(q＝1…N)。因此，当XZ面中的光束的发散度相对小时，观察者能看出由图3A中所示的投影39ikq与39ikq+1或39imq与39imq+1间的间隙表示的、相邻透视图(相应的可调节观察区37)间的间隙。通过如上参考图1A所述适当地调节光束13的发散度，如在图3B中所示对同样的光束投影39ikq与39ikq+1或39imq与39imq+1提供相邻透视图(相应可调节观察区37)的所述邻接。
在根据本发明的扫描模式实施例的2D扫描操作模式中，在每个观察区37中投影相同的2D图像。当提供相邻观察区37的邻接时，如在3D操作模式中那样，当从一个观察区移动到另一个观察区时，观察者能看到特定2D图像而在视觉上感知不到图像亮度的改变，以及在2D模式中重要的，在视觉上感知不到任何透视失真。此外，投影的2D图像的分辨率具有与在特定3D图像的透视图中相同的水平，并本质上受所使用的显示组件3的分辨率限制。
应进一步注意到，在一些方面中的光学成像系统1和图像可切换装置2的功能灵活性和适应性基于改变可调节观察区37的数量。物体或场景的深度越大，则在视场中使用的可调节观察区37(或3D操作模式中的透视图)的数量应当更多以便再现它的空间特性。另一方面，当增加可调节观察区37的数量并在视场的特定角大小ψ中保持相邻观察区邻接时，减小每个观察区37的角大小
Figure GPA00001032421300191
即角分辨率变得更高。由此，可以通过改变可调节观察区37的数量来调节3D图像的深度和角分辨率。能够根据不同应用以类似的方式调节视场的深度和角大小ψ。应注意到，增加角分辨率不会减小3D和2D扫描操作模式中的图像分辨率。
因此，在一些应用中(例如在医疗应用中)，形成具有高角分辨率的3D图像很重要。在诸如广告的应用中，优选高图像亮度和宽视场。在要对不止一个人同时提供相同视觉信息的那些应用中，宽和/或深的视场是必要的。在这些应用中，应当使用大量的透视图。
此外，根据本发明的第二优选实施例，可调节观察区37(或3D操作模式中的透视图)的数量最终受将用在图像可切换装置2中的显示组件3的帧频R限制。帧频R应当满足要求R＞Nf，其中，f是眼睛的临界频率(通常约或大于30Hz)。因此，帧频R越高(意味着显示组件3的更高吞吐量)，能使用更多透视图以形成具有更高质量的3D图像。另一方面，用在3D操作模式中的显示组件3的吞吐量越高，通过增加透视图的数量能获得视场的更大角大小和深度。
在与上述图像可切换装置2(根据本发明的第二优选实施例或替代实施例)的任何方案(优选或替代)有关的扫描操作模式中，利用显示组件3生成2维图案应当与矩阵或多个矩阵移动同步，或者换句话说应当与扫描多个观察区37的过程同步，以便在各个观察区37中投影3D操作模式中的特定3D图像的每个透视图或2D扫描操作模式中的相同2D图像。在所述方案的每一个中，利用控制器9(见图1A)执行该同步。例如，在优选方案中，控制器9使在显示组件3的显示面10上显示2维图案的时刻与矩阵15、16的复合件相对于第一矩阵14在水平方向(沿X轴)上的相应位置同步。控制器9使用来自第一和第二位置传感器7、8的数据输出28、29的信号进行所述同步。控制器9还用于切换操作模式。
将图像可切换装置2的功能灵活性和适应性的一个或多个方面(根据本发明的扫描模式实施例)与结合使用操作模式来满足一些特定应用中的需求相关联。因此，在与图像可切换装置2(如图1A所示)的优选方案有关的扫描操作模式的一种改进中，第二驱动器6进一步配置用来相对于第一选择位置(例如位置X＝0)执行第二矩阵15、16的复合件的水平(沿X轴)往复移动，此处第二矩阵15的微透镜与第一矩阵14的微透镜同轴对齐。而第一驱动器5进一步配置用来以往复方式相对于第二选择(预定)位置Z0执行第一矩阵14的轴向移动(沿Z轴)，此处在视场中相邻观察区37是邻接的。控制器9被配置用来控制第一和第二驱动器5、6的动作以及另外使得第一矩阵14的轴向往复移动与矩阵15、16的复合件的水平往复移动同步，如图4A-B中所示。
因此在选择时间周期上在图4A中示出了矩阵15、16的复合件的水平移动的时序图。振幅Ax和周期Tx是该水平移动的工作参数。控制器9被配置用来调节峰-峰振幅Ax，以便它优选受相应矩阵(在该方案中受第二矩阵15)的微透镜的孔径限制。实际上，该限制也能应用于任何替代方案。在相同的选择时间周期上，在图4B中示出了具有周期Tz＝Tx/2和振幅Az作为工作参数的第一矩阵14的轴向移动的时序图。进一步利用控制器9调节轴向移动的振幅Az，以便该振幅Az由第二矩阵15的微透镜的曲率半径来确定。
相对于上述方案该改进允许提高在可调节观察区37中所投影的透视图或相同2D图像的质量。这通过在第一矩阵14与矩阵15、16的复合件相对于彼此的水平往复移动期间减小它们之间的光路的变化来说明。
在与图像可切换装置2的另一替代方案有关的扫描操作模式的其他改进中，能获得相同的结果。在该改进中，第二驱动器6被配置用来相对于第一选择位置执行第一矩阵14的水平往复移动，而第一驱动器5则配置用来相对于第二选择位置Z0执行矩阵15、16的复合件的轴向往复移动。
在一些特定应用中，同时观看3D图像和2D图像很重要。在与图像可切换装置2的优选或替代方案有关的扫描操作模式中，通过同时地执行3D操作模式和2D扫描操作模式是可能的。在本发明的该特定扫描模式实施例中，第二驱动器6被配置用来以往复方式执行矩阵或多个矩阵水平移动，以便在视场中与变换后的光束13一致地扫描多个可调节观察区37。而控制器9配置用来控制第二驱动器6动作和使得利用显示组件3生成2维图案的序列与矩阵或多个矩阵水平移动同步，以便要在一个观察区37中投影的每个2维图案包含相应透视图和选择2D图像的叠加。结合使用3D和2D扫描操作模式的特性是3D图像和选择2D图像具有相同高图像分辨率的事实。
在与上述的光学成像系统1和图像可切换装置2的优选或替代方案有关的扫描操作模式(或其改进)中，使第一矩阵14或矩阵15、16的复合件相对于彼此在轴向(沿Z轴)上移动选择距离并保持在选择位置上(或相对于该选择位置执行轴向往复移动)，提供视场中的相邻观察区的邻接。能够在成为光学成像系统1和图像可切换装置2的功能灵活性和适应性的另一方面的微透镜的矩阵14、15、16的各种光学布置中实现该结果。在图5A、B、C中示出了根据本发明的扫描模式实施例的矩阵14、15、16的一些光学布置的示意性图示，其中，第一矩阵14的微透镜具有第一焦距F1，以及第二矩阵15的微透镜具有第二焦距F2。
因此，在如图5A所示的一种光学布置中，第二矩阵15与第一矩阵间隔开第一选择距离R1，以致F1＜R1＜2F1，以及第三矩阵16与第二矩阵15间隔开第二距离R2，并位于第二矩阵15的微透镜的后聚焦区域内。在如图5B所示的另一光学布置中，第二矩阵15与第一矩阵14间隔开第一选择距离R1，以致(F1_F2)＜R1＜F1，以及第三矩阵16与第二矩阵15间隔开第二选择距离R2并位于第二矩阵15的微透镜的后聚焦区域中。
而在图5C中所示的另一光学布置中，第二矩阵15与第一矩阵14间隔开第一选择距离R1，并位于第一矩阵14的微透镜的后聚焦区域中，以及第三矩阵16与第二矩阵15间隔开第二选择距离R2，以致R2＜F2。
如果在相应的光学布置中，第二矩阵15在第一矩阵14的微透镜的焦平面外(但在后聚焦区域内)，光学成像系统1和图像可切换装置2的操作特性不会显著地改变。另一方面，使得能够消减或基本上减小光学成像系统1和图像可切换装置2对于矩阵或多个矩阵移动的不准确的灵敏度。此外，能通过使用具有不同焦距的微透镜的第一、第二和第三矩阵14、15、16，实现灵敏度的降低。通过使用具有平坦基板的矩阵，也能实现类似的结果。因此，平凸微透镜的第一矩阵14、第二矩阵15和第三矩阵16可以具有各自的第一、第二和第三基板，每一基板是具有与相应矩阵的微透镜的平面的光学接触的平的透明板(更详细地参考图8A)。
在非扫描操作模式中，光学成像系统1意图用来选择视场中的单个可调节观察区的观察方向和角大小，并意图用于在其中投影感兴趣的2D图像。与上述详细所述的扫描操作模式类似，这种选择能在微透镜的矩阵的一些光学布置中实现。例如，图6A-B、7示意性地表示根据本发明的非扫描模式实施例的光学成像系统1和图像可切换装置2中的会聚微透镜的矩阵的一些光学布置。如所示，第一矩阵14或矩阵15、16的复合件相对于彼此在轴向上(沿Z轴)移动，用于调节变换后的光束13的发散度，以便单个可调节观察区具有视场(角大小ψ)中的选择角度大小
Figure GPA00001032421300231
另一方面，如图7所示，矩阵15、16的复合件或第一矩阵14在水平方向上(沿X轴)彼此移动第三选择距离Δx，用于调节变换后的光束3的方向，以便单个可调节观察(观测)区具有视场(角大小ψ)中的选择观察方向(由角度θ表示)。在一些特定应用中有利的是，在2D非扫描操作模式中选择观察(观测)区的角大小
Figure GPA00001032421300232
和观察方向(角度θ)以便提供观察感兴趣的2D图像的所需水平的机密度。
在图6A-B的光学布置中，第一矩阵14的微透镜具有第一焦距F1，以及第二矩阵15的微透镜具有第二焦距F2。矩阵15、16的复合件被保持在水平方向上相对于第一矩阵14的选择位置处，例如，保持在第二矩阵15的微透镜与第一矩阵14的微透镜共轴对齐(X＝0)的位置上。
另外，在图6A所示的一个光学布置中，第二矩阵15与第一矩阵14间隔开第一选择距离R1，以便0＜R1＜F1。
在图6B所示的另一光学布置中，第二矩阵15与第一矩阵14间隔开第一选择距离R1，以便F1＜R1≤2F1。
如图6A-B、7中对于非扫描操作模式所示，示出了典型光束20ik利用矩阵14、15、16变换成光束13ik，该光束13ik如图6A-B所示沿它们的微透镜的共用光轴(未示出)，或沿与矩阵15、16的复合件的微透镜的共用光轴24ik成角度θ的偏转光轴25ik，投影到视场中。
如在根据本发明的第一优选实施例的光学成像系统1中在手动控制的第一驱动器5和第二驱动器6的帮助下，或如在根据本发明的第二优选实施例的图像可切换装置2中在控制器9的帮助下，能提供观察区的选择角大小
Figure GPA00001032421300233
和观察方向(角度θ)。为了在调节单个观察区的大小
Figure GPA00001032421300234
和观察方向(角度θ)的方面实现图像可切换装置2的功能灵活性和适应性，控制器9被配置用来控制第一驱动器5和第二驱动器6的动作。
在非扫描操作模式中重要的是，通过增加2D图像的动态范围并同时保持其最高分辨率能提高该2D图像的质量。该分辨率实质上由所使用的显示组件3的分辨率来确定。特别地，通过使用与在3D操作模式或2D扫描操作模式中提供单个观察区中投影的每个2维图案的扩展范围的图像亮度(照度)的显示组件相同的显示组件3(具有高吞吐量)，实现该提高。
特别感兴趣地注意到，在此更详细公开的本发明的优选和替代实施例的本质和特性不取决于在光学成像系统1的所述光学矩阵组件4中使用的会聚微透镜的类型。会聚微透镜的第一、第二和第三矩阵14、15、16能够分别是它们的微透镜间具有各自的第一、第二和第三间距的平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵，其中，第一、第二和第三间距是相同的。当水平视差看来足够用于观测特定3D图像时，这些矩阵14、15、16能够分别是它们的垂直取向的圆柱状微透镜第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵，如上述参考图2所述。另外，当对在视觉上感知观测为具有全视差的3D图像特别感兴趣时，矩阵14、15、16可以分别是球面微透镜的第一、第二和第三矩阵。矩阵14、15和16的每一个也能够制成凹或柱镜光栅式微透镜的矩阵。进一步，第一、第二和第三矩阵14、15、16的微透镜分别具有第一、第二和第三焦距，以及通常第一、第二和第三焦距相同。另一方面，如前所述，如果例如需要降低光学成像系统1和图像可切换装置2对于矩阵或多个矩阵移动的不准确的灵敏度，则第一、第二和第三焦距能够不同。
平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵14、15、16可以分别具有第一、第二和第三基板40、41、42，且每个基板是具有与各自矩阵的微透镜的平面的光学接触的平的透明板(见图8A)。在图8A中，第一矩阵14的微透镜的平面面向显示组件3的显示面10，而第二和第三矩阵15、16的微透镜的平面背向显示面10。另一方面，如图8B所示，能使第一矩阵14和第三矩阵16的微透镜的平面面向显示面10，而使第二矩阵15的微透镜的平面背向显示面10。在这一点上，优选平凸微透镜的第二和第三矩阵15、16具有共用基板43，该共用基板43是平的透明板，该透明板的相对侧分别面向和背向显示面10并分别具有与第三和第二矩阵16、15的微透镜的平面的光学接触。
图像可切换装置2的功能灵活性和适应性允许使用不同类型的显示组件和根据本发明的另一实施例的它的结构的各种变形。显示组件3通常意图用于生成在它的表面10上显示的2维图案(见图1A)，以及可以包括空间光调制器(SLM)。在这种类型的显示组件3中，发光二极管矩阵(LED矩阵)能用作SLM。
在图9、10A、12中示出了单色操作模式中的显示组件3的几种变形的示意性表示。如图9所示，显示组件3的一种变形包括：空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)44，具有微型显示面45、(数字)数据输入和控制输入，该SLM微型显示器44的该数据输入和控制输入分别是显示组件3的数据输入11和同步输入12；光引擎46，光学地耦合到微型显示面45；以及投影光学系统47，光学地耦合到微型显示面45并具有输出面，该输出面是显示组件3的显示面10。
SLM微型显示器44能实现为例如微镜矩阵显示器(MEMS技术)。
投影光学系统47能是远视或远心的，并提供微型显示面45与平凸微透镜的第一矩阵14的匹配大小(比例)(也在图9中示出)。投影光学系统47使得能够进行图像缩放并因此形成大尺寸的3D图像。
在图10A-B中示出了单色操作模式中的显示组件3的另一变形。当第一、第二和第三矩阵14、15、16分别是它们的垂直取向(沿Y轴)的圆柱状平凸微透镜第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵时，该变形很重要并包括：空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)44，具有微型显示面45、(数字)数据输入和控制输入，该SLM微型显示器44的数据输入和控制输入分别是显示组件3的数据输入和同步输入12；光学地耦合到微型显示面45的光引擎46；投影光学系统47，光学地耦合到微型显示面45并具有输出面；以及垂直散射光学组件48，光学地耦合到投影光学系统47的输出面并具有输出面，该垂直散射光学组件48的输出面是显示组件3的显示面10。
如在图10B中更好地所示，图10B是图10A中所示的显示组件3的俯视图，能将垂直散射光学组件48实现为水平取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵。光学组件48使得能够增加光束的垂直发散度(具有图3A-3B中的角度ξ)，并因此(沿Y轴)扩大视场的垂直大小。由于在垂直方向中扩大了图像的大小，提供用于观测图像的改进条件。也能将垂直散射光学组件48实现为具有全息散射元件的光学层。
单色操作模式中的显示组件3的又一个变形包括：空间光调制器(SLM)，具有成像面、数据输入和控制输入，该SLM的数据输入和控制输入分别是显示组件3的数据输入11和同步输入12；以及投影光学系统，光学地耦合到SLM的成像面并具有输出面，该输出面是显示组件3的显示面10。能将发光二极管矩阵(LED矩阵)用作该种类型的显示组件3中的SLM。
在单色操作模式中的显示组件3的另一变形包括(如图12中所示)：空间光调制器(SLM)50，具有成像面51、数据输入和控制输入，该SLM 50的数据输入和控制输入分别是显示组件3的数据输入11和同步输入12；以及投影光学系统52，光学地耦合到SLM 50的成像面51并具有输出面，该输出面是显示组件3的显示面10。SLM 50能实现为发光二极管矩阵(LED矩阵)。而这种类型的显示组件3中的投影光学系统52能实现为用于图像传输的光纤系统，包括多个光纤53，其中，SLM 50的成像面51的每个区域51ik通过光纤系统的相应光纤53ik，光学地耦合到显示组件3的显示面10的一个相应区域10ik。
在图11中示出了根据本发明的另一实施例的图像可切换装置2的多色操作模式中的显示组件3的结构的示意性表示。该多色显示组件3包括：第一、第二和第三空间光调制器-微型显示器44-1、44-2、44-3；分别配置用来辐射第一、第二和第三选择颜色的光的第一、第二和第三光引擎46-1、46-2、46-3；叠加光学系统49，配置用来空间地叠加第一、第二和第三选择颜色；投影光学系统47；以及垂直散射光学组件48。
为了简化，多色显示组件3的进一步描述被限制为就像它的结构仅包括具有各自的微型显示面、数据输入、控制输入(在图11中未示出)的第一和第二空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)44-1、44-2和光引擎46-1、46-2。
当然，应理解到当使用前述变形和下述一个变形的描述时，对本领域的普通技术人员来说，具有三个或更多SLM微型显示器的多色显示组件的描述将是显而易见的。第一和第二SLM微型显示器44-1、44-2包括：连接在一起的第一和第二数据输入以及连接在一起的第一和第二控制输入，分别是显示组件3的数据输入11和同步输入12；第一和第二光引擎46-1、46-2，该第一光引擎46-1光学地耦合到第一SLM微型显示器44-1的第一微型显示面并配置用来辐射第一选择颜色的光，该第二光引擎46-2光学地耦合到第二SLM微型显示器44-2的第二微型显示面并用来辐射第二选择颜色的光。
叠加光学系统49被配置用来空间叠加至少第一和第二选择颜色并具有至少第一和第二光学输入和光学输出。叠加光学系统49能是任何已知这种类型，并具有例如以特定角度倾向投影光学系统47的轴并且分别光学耦合到它的第一和第二光学输入以及它的光学输出的至少第一和第二分色镜(在图11中未示出)。叠加光学系统49的第一和第二光学输入分别光学地耦合到第一SLM微型显示器44-1的第一微型显示面和第二SLM微型显示器44-2的第二微型显示面。投影光学系统47光学地耦合到叠加光学系统49的光学输出并具有输出面。垂直散射光学组件48光学地耦合到投影光学系统47的输出面并具有输出面，垂直散射光学组件48的输出面是显示组件3的显示面10。如果第一、第二和第三矩阵14、15、16是垂直取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵，能将垂直散射光学组件48实现为水平取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵。
可切换光学成像系统操作如下。根据本发明的第一优选实施例的可切换光学成像系统1的用户选择要使用的操作模式，并在位移机构的第一和第二驱动器5、6的帮助下设置选择模式，以提供会聚微透镜的第一矩阵14轴向地和会聚微透镜的矩阵15、16的复合件横向地相对于彼此的相应移动。如图1A所示，通过矩阵14、15和16将从显示面10(显示2维图案)发出的光束20变换成光束13。在视场中投影的变换后的光束13，由此将视场划分成一个或多个可调节观察区(在图2中示出了一些观察区37)。
在扫描操作模式中，第二驱动器6被配置用来以往复方式执行矩阵15、16的复合件的水平移动。在该操作模式中，视场被划分成在视场中与变换后的光束13一致地扫描的多个可调节观察区。而第一驱动器5被配置用来执行第一矩阵14的轴向移动以调节变换后的光束13的发散度，和配置用于由此提供视场中邻接的相邻观察区37。多个观察区意图用于(i)在3D操作模式中在其中投影特定3D图像的相应透视图；或(ii)在2D扫描操作模式中在其中投影相同的2D图像。当相邻观察区37是邻接的时，当从一个观察区移动到另一个观察区，例如从区37ik移动至区37(i+1)k或37(i-1)k(见图2)，观察者不会在视觉上感知到图像亮度的变化。
在非扫描操作模式中，单个可调节观察(观测)区用于在其中投影特别感兴趣的2D图像。在该操作模式中，第二驱动器6被配置用来执行矩阵15、16的复合件水平移动第三选择距离Δx，而第一驱动器5被配置用于执行第一矩阵14的轴向移动以调节光束13的发散度(见图6A-B，7)。为了提供例如观察2D图像的所需水平的机密度，允许视场中单个可调节观察区具有选择观察方向和选择角大小。
通过相对于彼此沿Z轴改变第一矩阵14和矩阵15、16的复合件的位置，能够实现操作模式切换。
3D/2D图像可切换装置操作如下。根据本发明的第二优选实施例的图像可切换装置2包括光学成像系统1并执行扫描和非扫描操作模式中的功能。另外，图像可切换装置2执行其他和更复杂的功能，诸如结合使用操作模式、控制由显示组件生成2维图案的序列和矩阵或多个矩阵移动的工作参数等等，其需要将图像可切换装置组件的操作同步。由于在图像可切换装置2的结构中使用具有第一和第二位置传感器7、8的传感器系统和控制器9，导致这变成可能。由控制器9使用来自第一和第二位置传感器7、8的信号，用于控制位移机构的第一和第二驱动器5、6的动作和用于提供所述同步。控制器9用于切换操作模式以及调节每个操作模式中的操作特性。
在扫描操作模式中，第二驱动器6被配置用来以往复方式执行矩阵15、16的复合件的水平移动。在该操作模式中，视场被分成在视场中与变换后的光束13一致地扫描的多个可调节观察区。第一驱动器5被配置用来执行第一矩阵14的轴向移动以调节变换后的光束13的发散度，并由此提供视场中相邻观察区37的邻接。而控制器9使显示由显示组件3生成的2维图案的时刻与矩阵或多个矩阵移动同步，或换句话说，与扫描多个观察区37的过程同步，以便在各个观察区37中投影3D操作模式中的特定3D图像的每个透视图或2D扫描操作模式中的相同2D图像。由此，例如，在3D操作模式中，在视场中形成物体或场景的3维图像的多个透视图。结果是，观察者(观众)能够无暗空间或重叠地看到这些透视图(这意味着如果从一个观察区移动到另一个观察区在视觉上感知不到图像亮度的变化)。那使得观察者能够看到没有失真更好质量的该特定3D图像。在各个部分中如上已经描述了扫描操作模式的几种改进的特性。
在非扫描操作模式中，单个可调节观察区被用于在其中投影特别感兴趣的2D图像。在该操作模式中，第二驱动器6被配置用于执行矩阵15、16的复合件水平移动第三选择距离Δx，而第一驱动器5被配置用于执行第一矩阵14的轴向移动以调节光束13的发散度。在该操作模式中，控制器9被配置用于控制第一和第二驱动器5、6的动作以选择或调节单个观察区的选择角大小和观察方向(角度θ)。
尽管在所示和所述的实施例的上下文中描述了本发明，但可以用其他具体方式或其他具体形式实现本发明而不背离本发明的精神或本质特性。因此，所述的实施例在各方面被认为是示例性而非限制性的。对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离如在所附权利要求中所述本发明的精神或范围的情况下，能够对可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置做出各种改进和变形。

Claims (47)

1.一种可适应光学成像系统，用于变换从显示2维图案的显示面发出的光束，并且用于在视场中投影变换后的光束，从而将所述视场划分成一个或多个可调节观察区，所述可适应光学成像系统包括：
会聚微透镜的第一矩阵，每个会聚微透镜沿各自的光轴被光学耦合到所述显示面的一个相应区域；
光学耦合到所述第一矩阵的会聚微透镜的会聚微透镜的第二矩阵；
同轴对齐并刚性地连结到所述第二矩阵的会聚微透镜的会聚微透镜的第三矩阵，所述第二矩阵和第三矩阵构成矩阵复合件，其中所述矩阵复合件被构造以提供所述视场中的一个或多个可调节观察区并通过在其中投影所有变换后的光束而形成每个可调节观察区中的各自的透视图或二维图像；以及
位移机构，用于相对于所述矩阵复合件轴向移动所述第一矩阵或相对于所述第一矩阵轴向移动所述矩阵复合件以选择所述可调节观察区的角大小，以及用于相对于所述矩阵复合件横向移动所述第一矩阵或相对于所述第一矩阵水平移动所述矩阵复合件以选择所述可调节观察区的方向，由此提供所述光学成像系统的适应性。
2.如权利要求1所述的可适应光学成像系统，其中，所述位移机构至少包括：
第一驱动器，被配置用来(i)相对于所述矩阵复合件轴向移动所述第一矩阵，或(ii)相对于所述第一矩阵轴向移动所述矩阵复合件；以及
第二驱动器，被配置用来(i)相对于所述矩阵复合件水平移动所述第一矩阵；或(ii)相对于所述第一矩阵水平移动所述矩阵复合件。
3.如权利要求2所述的可适应光学成像系统，其中，所述位移机构进一步包括第三驱动器，所述第三驱动器被配置用来(i)相对于所述矩阵复合件垂直移动所述第一矩阵，或(ii)相对于所述第一矩阵垂直移动所述矩阵复合件。
4.如权利要求2所述的可适应光学成像系统，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来以往复方式执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动，使得在所述视场中与变换后的光束相一致地扫描多个可调节观察区。
5.如权利要求4所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一驱动器进一步被配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的轴向移动以调节变换后的光束的发散度，使得在所述视场中相邻观察区是邻接的。
6.如权利要求5所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与所述第一矩阵间隔开第一选择距离R1，使得F1＜R1＜2F1或(F1_F2)＜R1＜F1，以及其中，所述第三矩阵与所述第二矩阵间隔开第二选择距离R2，并且所述第三矩阵位于所述第二矩阵的会聚微透镜的后聚焦区域内。
7.如权利要求5所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与所述第一矩阵间隔开第一选择距离R1，并且所述第二矩阵位于所述第一矩阵的会聚微透镜的后聚焦区域内，以及其中，所述第三矩阵与所述第二矩阵间隔开第二选择距离R2，使得R2＜F2。
8.如权利要求2所述的可适应光学成像系统，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动第三选择距离Δx，使得所述视场中单个可调节观察区具有选定观察方向。
9.如权利要求8所述的可适应光学成像系统，其中，所述第二矩阵的会聚微透镜与所述第一矩阵的会聚微透镜同轴对齐。
10.如权利要求8所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一驱动器进一步被配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的轴向移动以调节变换后的光束的发散度，使得所述视场中单个可调节观察区具有选定角大小。
11.如权利要求10所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与所述第一矩阵间隔开第一选择距离R1，使得0＜R1＜F1或F1＜R1≤2F1。
12.如权利要求1所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一、第二和第三矩阵的会聚微透镜分别具有第一、第二和第三焦距，以及其中，所述第一、第二和第三焦距相同。
13.如权利要求1所述的可适应光学成像系统，其中，所述的会聚微透镜的所述第一、第二和第三矩阵分别是平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵。
14.如权利要求13所述的可适应光学成像系统，其中，所述的平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵在它们的微透镜之间分别具有第一、第二和第三间距，以及其中，所述第一、第二和第三间距是相同的。
15.如权利要求13所述的可适应光学成像系统，其中，所述的平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵分别是它们的垂直取向的圆柱状微透镜第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵。
16.如权利要求13所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜的平面面向所述显示面，而所述第二和第三矩阵的会聚微透镜的平面背向所述显示面。
17.如权利要求13所述的可适应光学成像系统，其中，所述第一和第三矩阵的会聚微透镜的平面面向所述显示面，而所述第二矩阵的会聚微透镜的平面背向所述显示面。
18.如权利要求13所述的可适应光学成像系统，其中，所述的平凸微透镜的第一、第二和第三矩阵分别具有第一、第二和第三基板，且每个基板是与相应矩阵的会聚微透镜的平面光学接触的平的透明板。
19.如权利要求17所述的可适应光学成像系统，其中，所述的平凸微透镜的第二和第三矩阵具有共用基板，该共用基板是相对侧分别面向和背向所述显示面并分别与第三和第二矩阵的会聚微透镜的平面光学接触的平的透明板。
20.一种3D/2D图像可适应装置，用于分别在3D和2D操作模式中在视场中形成物体或场景的3维图像的多个透视图和/或2维图像，所述3D/2D图像可适应装置包括：
显示组件，用于生成2维图案，该显示组件具有用于更新2维图案的数据输入、同步输入和显示2维图案的显示面；
可适应光学成像系统，用于变换从所述显示面发出的光束并且用于在所述视场中投影变换后的光束，从而将所述视场划分成一个或多个可调节观察区，
其中，所述可适应光学成像系统包括：
会聚微透镜的第一矩阵，每个会聚微透镜沿各自的光轴光学耦合到所述显示面的一个相应区域；
光学耦合到所述第一矩阵的会聚微透镜的会聚微透镜的第二矩阵；
同轴对齐并刚性连结到所述第二矩阵的会聚微透镜的会聚微透镜的第三矩阵，使所述第二矩阵和第三矩阵构成矩阵复合件，其中所述矩阵复合件被构造以提供所述视场中的一个或多个可调节观察区并通过在其中投影所有变换后的光束而形成每个可调节观察区中的各自的透视图或二维图像；
位移机构，用于相对于所述矩阵复合件轴向移动所述第一矩阵或相对于所述第一矩阵轴向移动所述矩阵复合件以选择所述可调节观察区的角大小，以及用于相对于所述矩阵复合件横向移动所述第一矩阵或相对于所述第一矩阵水平移动所述矩阵复合件以选择所述可调节观察区的方向，所述位移机构具有至少第一和第二控制输入；
传感器系统，用于检测所述第一矩阵和所述矩阵复合件在轴向和横向方向上的相对位置，所述传感器系统具有至少第一和第二数据输出；以及
控制器，用于切换操作模式，用于控制每个操作模式中所述第一矩阵或所述矩阵复合件的移动的工作参数，以及用于使所述显示组件的2维图案的生成与所述第一矩阵或所述矩阵复合件的移动同步，所述控制器具有：(i)至少第一和第二数据输入，所述控制器的第一和第二数据输入分别连接到传感器系统的第一和第二数据输出，(ii)连接到所述显示组件的同步输入的同步输出，以及(iii)至少第一和第二控制输出，所述控制器的第一和第二控制输出分别连接到所述位移机构的第一和第二控制输入。
21.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述位移机构至少包括：
第一驱动器，被配置用来(i)相对于所述矩阵复合件轴向移动所述第一矩阵，或(ii)相对于所述第一矩阵轴向移动所述矩阵复合件，所述第一驱动器具有控制输入，该控制输入是所述位移机构的第一控制输入；以及
第二驱动器，被配置用来(i)相对于所述矩阵复合件水平移动所述第一矩阵；或(ii)相对于所述第一矩阵水平移动所述矩阵复合件，所述第二驱动器具有控制输入，该控制输入是所述位移机构的第二控制输入。
22.如权利要求21所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来以往复方式执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动，使得在所述视场中与变换后的光束相一致地扫描多个可调节观察区，而所述控制器被配置用来控制所述第二驱动器动作和使所述显示组件生成的2维图案的序列与所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动同步，从而在分别用于3D操作模式和2D扫描操作模式的相应观察区中投影多个透视图或相同的2维图像。
23.如权利要求22所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述控制器进一步被配置用来调节水平往复移动的峰峰振幅，使得所述振幅受矩阵的会聚微透镜的孔径限制。
24.如权利要求22所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一驱动器被进一步配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的轴向移动以调节变换后的光束的发散度，使得在所述视场中相邻观察区是邻接的，而所述控制器进一步被配置用来控制所述第一驱动器动作。
25.如权利要求24所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与第一矩阵间隔开第一选择距离R1，使得F1＜R1＜2F1或(F1_F2)＜R1＜F1，以及其中，所述第三矩阵与所述第二矩阵间隔开第二选择距离R2，并且所述第三矩阵位于所述第二矩阵的会聚微透镜的后聚焦区域内。
26.如权利要求24所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与所述第一矩阵间隔开第一选择距离R1，并且所述第二矩阵位于所述第一矩阵的会聚微透镜的后聚焦区域内，以及其中，所述第三矩阵与所述第二矩阵间隔开第二选择距离R2，使得R2＜F2。
27.如权利要求22所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来相对于选择的位置执行所述矩阵复合件的水平往复移动，此处所述第二矩阵的会聚微透镜与所述第一矩阵的会聚微透镜同轴对齐，而所述控制器被配置用来控制所述第二驱动器动作。
28.如权利要求27所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一驱动器进一步配置用来相对于另一选择的位置以往复方式执行所述第一矩阵的轴向移动，此处所述视场中相邻观察区是邻接的，而所述控制器被配置用来控制所述第一驱动器动作和另外使所述第一矩阵的轴向往复移动与所述矩阵复合件的水平往复移动同步。
29.如权利要求28所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述控制器进一步被配置用来调节所述第一矩阵的轴向往复移动的振幅使得所述振幅由所述第二矩阵的会聚微透镜的曲率半径来确定。
30.如权利要求21所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动第三选择距离Δx，使得2D非扫描操作模式中的单个可调节观察区在所述视场中具有选定观察方向，而所述控制器被配置用来控制所述第二驱动器动作。
31.如权利要求30所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一驱动器进一步被配置用来执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的轴向移动以调节变换后的光束的发散度，使得单个可调节观察区在所述视场中具有选定角大小，而所述控制器进一步被配置用来控制所述第一驱动器动作。
32.如权利要求31所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第一矩阵的会聚微透镜具有第一焦距F1，以及所述第二矩阵的会聚微透镜具有第二焦距F2，以及其中，所述第二矩阵与所述第一矩阵间隔开第一选择距离R1，使得0＜R1＜F1或F1＜R1≤2F1。
33.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，相对于使用3D操作模式或2D扫描操作模式的所述显示组件，所述显示组件在2D非扫描操作模式中具有每个2维图案中的扩展范围的图像亮度。
34.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述的会聚微透镜的第一、第二和第三矩阵分别是它们的垂直取向的圆柱状平凸微透镜第一、第二和第三柱镜光栅式透镜矩阵。
35.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，进一步包括计算机，用于：
通过生成相应的命令信号并传送到所述控制器，来选择或改变操作模式或形成新的操作模式；以及
通过把与新2维图案有关的数据传送到所述显示组件，来更新2维图案，所述计算机具有(i)控制命令输出，以及(ii)连接到所述显示组件的数据输入的数据输出；而所述控制器进一步具有连接到所述计算机的控制命令输出的控制命令输入。
36.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述显示组件包括空间光调制器(SLM)。
37.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述显示组件包括：
空间光调制器(SLM)，具有成像面、数据输入和控制输入，所述空间光调制器的数据输入和控制输入分别是所述显示组件的数据输入和同步输入；以及
投影光学系统，光学耦合到所述空间光调制器的成像面并具有输出面，该输出面是所述显示组件的显示面。
38.如权利要求37所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述空间光调制器(SLM)是发光二极管矩阵(LED矩阵)。
39.如权利要求37所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述投影光学系统是用于图像传输的光纤系统，包括多个光纤，以及其中，通过光纤系统的相应光纤将所述空间光调制器的成像面的每个区域光学地耦合到所述显示组件的显示面的一个相应区域。
40.如权利要求37所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述投影光学系统是远视或远心的。
41.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述显示组件包括：
空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)，具有微型显示面、数据输入和控制输入，所述空间光调制器-微型显示器的数据输入和控制输入分别是所述显示组件的数据输入和同步输入；
光引擎，光学耦合到所述微型显示面；以及
投影光学系统，光学耦合到所述微型显示面并具有输出面，该输出面是所述显示组件的显示面。
42.如权利要求34所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述显示组件包括：
空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)，具有微型显示面、数据输入和控制输入，所述空间光调制器-微型显示器的数据输入和控制输入分别是所述显示组件的数据输入和同步输入；
光引擎，光学耦合到所述微型显示面；
投影光学系统，光学耦合到所述微型显示面并具有输出面；以及
垂直散射光学组件，光学耦合到所述投影光学系统的输出面并具有输出面，所述垂直散射光学组件的输出面是所述显示组件的显示面。
43.如权利要求42所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述垂直散射光学组件是水平取向的圆柱状平凸微透镜的柱镜光栅式透镜矩阵。
44.如权利要求42所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述投影光学系统是远视的投影光学系统，而所述垂直散射光学组件是具有全息散射元件的光学层。
45.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述显示组件包括：
至少第一和第二空间光调制器-微型显示器(SLM微型显示器)，具有各自的微型显示面、数据输入、控制输入和光引擎，所述第一和第二空间光调制器-微型显示器具有：
连接在一起的第一和第二数据输入以及连接在一起的第一和第二控制输入，分别是所述显示组件的数据输入和同步输入，
第一和第二光引擎，所述第一光引擎光学耦合到所述第一空间光调制器-微型显示器的第一微型显示面并被配置用来辐射第一选择颜色的光，所述第二光引擎光学耦合到所述第二空间光调制器-微型显示器的第二微型显示面并被配置用来辐射第二选择颜色的光；
叠加光学系统，被配置用来空间叠加至少第一和第二选择颜色并至少具有第一和第二光学输入和光学输出，所述叠加光学系统的第一和第二光学输入分别光学耦合到所述第一微型显示面和第二微型显示面；
投影光学系统，光学耦合到所述叠加光学系统的光学输出并具有输出面；以及
垂直散射光学组件，光学耦合到所述投影光学系统的输出面并具有输出面，所述垂直散射光学组件的输出面是所述显示组件的显示面。
46.如权利要求21所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述第二驱动器进一步被配置用来以往复方式执行所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动，使得在所述视场中与变换后的光束相一致地扫描多个可调节观察区，而所述控制器被配置用来控制所述第二驱动器动作并使显示组件生成的2维图案的序列与所述第一矩阵或所述矩阵复合件的水平移动同步，从而要投影在一个可调节观察区中的每个图案包含相应透视图和选择的2D图像的叠加，用于同时地执行3D操作模式和2D扫描操作模式。
47.如权利要求20所述的3D/2D图像可适应装置，其中，所述传感器系统至少包括：
第一位置传感器，用于检测轴向上所述第一矩阵和矩阵复合件的相对位置，所述第一位置传感器具有数据输出，该数据输出是所述传感器系统的第一数据输出；以及
第二位置传感器，用于检测水平方向上所述第一矩阵和矩阵复合件的相对位置，所述第二位置传感器具有数据输出，该数据输出是所述传感器系统的第二数据输出。
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