CN102640035A - 裸眼3d立体图像还原显示方法 - Google Patents

裸眼3d立体图像还原显示方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102640035A
CN102640035A CN2010800405987A CN201080040598A CN102640035A CN 102640035 A CN102640035 A CN 102640035A CN 2010800405987 A CN2010800405987 A CN 2010800405987A CN 201080040598 A CN201080040598 A CN 201080040598A CN 102640035 A CN102640035 A CN 102640035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
stereo
lens
imaging
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800405987A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102640035B (zh
Inventor
王晓光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN200910190172.9A external-priority patent/CN102026006B/zh
Priority claimed from CN2009101904534A external-priority patent/CN102023393A/zh
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201080040598.7A priority Critical patent/CN102640035B/zh
Publication of CN102640035A publication Critical patent/CN102640035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102640035B publication Critical patent/CN102640035B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/322—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using varifocal lenses or mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/363—Image reproducers using image projection screens

Abstract

一种3D立体图像显示方法。通过动态调焦混光镜矩阵、变焦混光镜矩阵或者3D像素矩阵对平面图像的像素进行动态调焦投影成像。通过显像镜观看所成的立体图像，或者令其投影到显像屏幕上观看。通过裸眼可以看到真实再现的立体图像。

Description

[根据细则37.2由ISA制定的发明名称] 裸眼3D立体图像还原显示方法 技术领域
本发明涉及一种3D立体显示技术,尤其是适合裸眼观看的真实再现实物场景的3D立体图像的还原显示技术。
背景技术
目前,公知的立体显示技术常见以下几种：1、偏振光分离;2、分场扫描;3、左右分离;4、格栅偏移;5、 棱镜偏移;6、互补双色分离;7、全息照相。下面将对以上的各种实现技术作对比说明。
其中1、2、3、6都需要佩戴眼镜, 1、2两种显示效果良好,3的效果中等,6的效果较差。但佩戴立体眼镜一方面会使观看者感觉不方便;另一方面由于其满足心理和生理景深暗示---双目视差和会聚,从而导致与其他景深暗示,如适应性和运动视差间的差异。这种差异将导致人体产生疲劳和头晕,不适合长时间观看,更不利于一些人群,如老人、小孩观看。因此佩戴眼镜的 3D显示被称为'十分钟媒体'。
4、5、7不需要配戴眼镜,其中7的效果最好,但是设备结构复杂、实现成本巨大、数据量超大而难以实用化。4、5已见应用于立体液晶显示器,效果较好,但是视角窄,立体效果限定在较窄的距离、角度范围内,观看人数和位置受很大限制。
以上所列技术所描述的立体显示方法,存在着难以实现、必须佩戴眼镜、视角较窄或效果较差的问题,不能满足人们实际应用的需要。人们需要减少制约、更自然、更贴近生活方式的3D显示技术。
技术问题
本发明解决了如上所说现有立体显示技术的弊病,并且实现了更好的3D立体还原显示效果。本发明提供一种通过实时调制显示矩阵中每一个像素的色彩和像距来实现真实场景还原的3D立体显示技术方案。熟知此技术者可在阅读说明书后,更了解请求项中所界定的申请专利发明的其它好处或其它目的。
技术解决方案
　　本说明书将对摄像和显示原理、3D立体图像的还原和显示、3D立体图像文件的获取这三部分进行分析,来揭示实现3D立体图像还原显示的原理和方法。并通过应用于显示器、投影机和静态图像的优选实施例来做进一步解释。
1. 摄像和显示原理：在摄像的时候,立体的真实场景通过摄像镜头投影到感光器上,对感光器的读取和记录实现了平面摄像过程。在平面摄像过程中,采用了大景深的镜头来尽量满足图像的全景清晰度。摄像只记录镜头成像的光数据,不记录像距数据。
在实际的凸透镜成像光路中,立体实景中每一个点通过透镜成像的像距是不同的。为便于描述,设定在凸透镜成像光路中：把立体实景所成的立体实像称为原始立体实像;把原立体实景每一部分相对镜头中心的距离简称为原始物距;把成像的每个像素相对镜头中心的距离简称为原始像距;把普通彩色视频文件称作色值视频文件;把由原始像距数据组成的视频文件称为像距视频文件。根据光路可逆原理,如果能复原原始立体实像的每一个像素的色彩和像距,反向投影的话将再现原实景每一部分的色彩和距离。在一个实施例中,用一个显示器件显示色值视频文件的同时,利用像距视频文件数据实时对显示的每个像素分别调焦投影,以重现原始立体实像的色彩和原始像距,可通过对重现的原始立体实像再次投影来还原立体实景。
背景技术中所述显示效果最好的是全息模式和双幅立体模式。全息模式数据量巨大且系统设备复杂而很难实用化。双幅立体模式：1.偏振光分离、2.分场扫描、3.左右分离、4.格栅偏移、5.棱镜偏移,都存在双倍数据量的问题。其采用的模式为RGB(左)+RGB(右),相当于6路单色视频。
本发明提供了一种新的立体视频数据结构和方法,由二维的彩色视频和一路像距视频构成,仅仅是在一路二维彩色视频数据上增加了一路记录像距的数据。例如：RGB+V,V是代表由像距组成的单路视频数据,总体相当于四路单色数据。像距视频可以和彩色视频通过各种方式进行编码成单一文件,也可以和彩色视频文件并列成对存在,像距视频由对应图像内容的像距数据构成,用于还原图像显示时的立体效果,像距视频的对比度用于体现3D图像立体程度或立体图像的景深。单个像素的一个色彩数据和一个像距数据组成一个色彩像距对,每一帧图像的每个像素数据还可以包括多个色彩像距对,用于显示多层立体图像。当显示一层立体图像时,对比现有的双幅立体模式,在同样有效分辨率和色深的情况下,本实施例采用的数据形式减少了三分之一的数据量。这将更有利于存储和传输,并有效降低3D系统的设备和运营的成本。这种新的立体视频数据结构和方法也适用于其他非RGB格式的彩色视频。
在本申请中,“连接”、“固定”、“安装”、“在…上制作”、“结合”、“连接于”、“固定于”、“安装于”、“制作于”是同义语,代表所述两者接触并相关的一种关系,不局限于单词本身的含义。
2.3D立体图像的还原和显示：包括立体图像生成部分和立体图像显示部分。立体图像生成部分是包括由立体像素组件构成的阵列,立体像素组件包括动态调焦立体像素组件或动态变焦立体像素组件或静态立体像素组件。其中,动态调焦立体像素组件包括显示像素、动态驱动机构和成像光学组件;动态变焦立体像素组件包括显示像素、包含电控变焦透镜的成像光学组件;静态立体像素组件包括显示像素和成像光学组件。显示像素可以选择但不限于显示器件显示的图像像素、投影机投影的图像像素、印刷图像像素、手绘图像像素、由光学镜片产生的图像像素或其它人眼可见的图像像素。还可以是像素显示器件,可以选择但不限于自发光元件、反射光元件或散射光元件,反射光元件包括漫反射元件、全反射镜或曲面镜 。
动态驱动机构是各种致动原理和材料构成的电致动机构,用于驱动像素显示器件或成像镜片产生位移。动态驱动机构包括弹性元件和驱动组件,还可以包括承载物支架。承载物支架用于固定承载物,承载物可以是像素显示器件或者成像镜片。弹性元件可以是各种弹性材料做成的元件,用于固定承载物或支架并且允许其在一定范围内移动,弹性元件一端连接承载物,另一端连接于承载物前、后或周围的相关元件上,弹性元件可以做成单层、多层、螺旋或其它结构形状,位于承载物的周围、两侧、上方或下方。驱动组件根据不同的致动原理而有不同的驱动组件构成,包括驱动源和被动源,驱动源是通过电压或电流产生驱动力的部分,被动源是被驱动力驱使的部分。所述的致动原理包括但不限于电场力调制、电磁调制或热变形调制,几乎所有能实现电控致动的技术都能用于对承载物进行实时驱动,进而实现对像距的调制。
成像光学组件是包括光学器件,用于把显示像素显示成相同或不同像距的像素,包括成像镜片,还可以进一步包括混光器、可选的矫正透镜; 成像镜片可以选择但不限于凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、电控变焦透镜、凹面镜、凸面镜或其他光学镜片以及镜片组,成像镜片可以是静态的或动态的,动态成像镜片安装于动态驱动机构上,可以通过电控在一定范围内移动。
立体图像显示部分包括显像光学组件,进一步可以包括投影镜,是能把立体图像生成部分显示的图像进一步显现成可观看的图像的光学器件组;显像光学组件包括显像镜片或显像器件,显像镜片可以选择但不限于各种透镜、各种曲面镜的单个或矩阵或多种组合镜,显像器件可以是雾屏或其它能对立体图像成像的光学器件。按显示方法不同可分为平板显示模式和投影显示模式,不同的显示模式对应相应的显像组件和结构。平板显示模式,是通过显像镜片直接观看立体图像生成部分产生的立体图像,其图像显示面可以是平面或者曲面,例如：球面、柱形面、凸型面、凹形面或变形的平面等等,申请书中所述平面显示器同样也包括平面显示器或曲面显示器;投影显示模式,是把立体图像生成部分产生的立体图像投影到显像光学组件上进行显示。
立体图像是由众多立体像素组合而成,立体像素可以由立体像素组件产生,由多个立体像素组件组合成的阵列即可显示3D立体图像。阵列可以是矩形或圆形或其他任何形状,本说明书中所有元件的阵列都以常见的矩阵为例来进行说明。下面将通过1.混光镜组件实施例、2. 3D像素矩阵实施例、3.动态调焦变焦镜实施例、4.多层次立体图像实施例、5.全静态立体显示实施例来说明。
2.1. 混光镜组件实施例：混光镜组件是一种放大像距而不放大面积或对面积放大很小的镜片组,混光镜包括成像镜片、混光器和可选的矫正透镜,进一步可以包括动态驱动机构。混光器是一种柱形或管状光学元件,能令照射到边界(例如相对于柱形透镜)或内壁(例如相对于管状反光镜)的光线发生全反射。混光器可以和相邻的静态部件固定或结合成一体,或者作为一个整体部件生产。
混光镜可以是动态混光镜或者静态混光镜,动态混光镜包括动态调焦混光镜或动态变焦混光镜,可通过微小的电调来实现大范围的像距变化。动态调焦混光镜包括动态驱动机构、成像镜片、混光器和可选的矫正镜,进一步可以包括显像光学组件;动态变焦混光镜包括电控变焦成像镜片、混光器和可选的矫正镜,进一步可以包括显像光学组件;动态混光镜通过动态驱动成像镜片来实现对像距的调制,动态混光镜可以密封于真空透明环境中,以减少空气的影响;
静态混光镜包括预置式静态混光镜或固定式混光镜,两者都包括成像镜片、混光器和可选的矫正镜,进一步可以包括显像光学组件;预置式静态混光镜的成像镜片与混光器或显示像素的相对位置是临时固定,非永久固定,并且相对位置单独可调;固定式混光镜的成像镜片与混光器的位置固定。静态混光镜通过动态驱动3D像素元件或者改变成像镜片的物距来实现对像距的调制,静态混光镜各组件可以固定或结合为一个整体,或者作为一个整体部件生产。
混光镜部分将以这两种实施例结构作介绍,静态混光镜实施例将在2.2节—3D像素矩阵实施例中作介绍。
由平面媒体显示的或投影的动态或静态图像,通过动态混光镜矩阵对其动态调焦成像,混光镜对每一个显示像素单元进行分别动态调焦成像,则每个像素所成的实像像距也随之变化,调整图像和透镜的距离以及调焦的驱动电压或电流,在混光镜另一端将得到不同像距的被混光的像素单元实像,是一个和原图像面积等大或略大的立体动态彩色实像,此立体实像的色彩和像距近似于原始立体实像。对此立体实像通过透镜或透镜矩阵成像观看,则组成立体显示器;或者把立体实像再次投影到显像光学组件上成像,则组成立体投影系统。其光路原理相当于还原立体实景成像的逆过程。
为便于描述,把可动态调焦或变焦的成像镜片简称调焦镜,把柱形透镜、管状反光镜或者其他能实现同样功能的光学元件简称混光器,其截面可以是矩形、圆形、多边形等各种适合的形状,其长度大于截面直径。把平面媒体显示或投影的图像称为显示图像。在一个实施例中,混光器截面面积等于显示图像像素单元面积,调焦镜面积等同或略小,以便于运动需要。优选地,成像镜片可以使用但不限于凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、电控变焦透镜或其他光学镜片以及镜片组,成像镜片可以是静态的或动态的。
调焦镜对显示像素的成像在混光器内或穿过混光器。在混光器内成像时,其中碰到混光器壁的光线被一次或多次全反射后在混光器的截面内成像,其成像距离符合透镜成像公式,多次全反射的光线在成像平面叠加实现混光。由于所成的实像和原像素面积几乎相同,因此,混光镜实现了对像距的放大,而不放大显示图像的面积。混光镜矩阵通过对每个调焦镜微小的电调,使显示图像分别会聚成不同像距的实像像素,这些像素单元共同组合成一个立体实像。如果成像距离超出混光镜,像素成像面积稍有放大,但是由于受到混光镜末端截面面积的限制,在较近距离内成像的像素面积也只会有微小的变化。也可以通过在混光镜末端使用矫正透镜来调整成像面积。
在平面显示器件上安装混光镜矩阵,在显示器显示图像的同时,利用像距视频数据动态调整混光镜中每个调焦镜的物距,则混光成像的像距相应变化,在成像位置产生动态立体实像,调节像距视频的对比度则能调整立体实像的高度差,或者说调节了3D图像立体效果的程度。其成像原理符合透镜的成像公式：1/u+1/v=1/f。
当需要直接观看立体实像时,可使用显像光学组件对立体实像成像,显像光学组件优选地可以采用凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜等单个或多种组合。例如优选的采用单个大透镜或微型透镜矩阵。调整混光镜和显示图像的距离,使立体实像位于适合的位置;调整显像透镜和混光镜的距离,以达到全景深范围最大的清晰度,这时可以用裸眼在透镜上看到立体实像所成的虚像。也可以使用雾屏作为显像器件,令立体图像位于雾屏的厚度范围之内。
还可以把立体实像通过投影镜头进一步投影到显像光学组件上,显像光学组件可以是显像镜片或显像器件,显像镜片可以选择但不限于各种透镜、面镜的单个或矩阵或多种组合镜,显像器件可以是雾屏或其它能对立体图像成像的光学器件。让立体实像通过投影镜头在显像光学组件的成像范围内成像,则可以用裸眼在显像光学组件上看到立体图像。
通过混光镜对平面图像的每个像素分别调焦,在混光镜的另一端再现3D原始立体实像的方法,在实际应用中可以用于制造立体显示器和立体投影机,或者其它需要静态或动态立体显示的媒体、仪器、设备、系统。
这种可通过裸眼直接观看的立体成像系统,其立体实像可以实现对原始立体实像的复原,因此逆向建立的投影也最接近真实立体场景。是一种理想的3D立体成像方式。
下面参照实施例附图来说明工作原理：
系统构成：参照图1,本实施例主要由显示图像(1)、可分别动态调焦或变焦的透镜矩阵(2)、混光器矩阵(3)、存储驱动电路四部分组成。下面将分别说明。
动态调焦、变焦混光镜的结构和控制原理：参照图2,图2(a)(b)分别是使用平面显示器件和投影实像产生的平面图像作为显示图像的实施例光路原理图。对于两种不同的显示图像,有不同的成像方法：对使用显示器件显示的平面图像,可以用凸透镜对其调焦成像,如图2(a);对使用投影产生的实像图像,可以用凸透镜或凹透镜对其调焦成像,如图2(b)。本说明将以使用显示器件的方案为主进行分析。
参照图1、图2(a)(b),混光镜矩阵是由多个混光镜组件组合成的矩阵,每一个混光镜组件包括：成像镜片(2)、混光器(3)、可选的矫正镜(6)和存储驱动电路部分,成像镜片(2)可以是调焦镜。每个调焦镜的像距都可以单独被动态调制。没被调制时,调焦镜对显示像素(1)投影成实像(4)在混光器(3)的光轴上一个固定位置。当调焦镜被信号调制时,投影实像的像距产生变化。参照图3,图3是一种包括混光镜矩阵和液晶显示的3D立体显示器的侧面结构图,所看到的一列混光镜的成像像距对应调焦镜的位置变化而有不同。对平面图像的像素单元分别调焦,使成像位置对应于或正比对应于原始像距。根据光路可逆原理,这种立体实像通过镜头再次投影将能再现原景的色彩和距离。也可以通过透镜(5)或透镜矩阵直接观看所成虚像。根据需要成像镜片(2)和显像镜片(5)可以分别使用凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜或其它光学镜片或镜片组,成像可以位于混光器内或混光器外,当位于混光器外时,可以使用矫正镜(6)来调整成像像素面积,矫正镜(6)可以使用凸透镜。
对调焦镜的驱动方法有很多,比如：电场力调制、电磁调制、热变形调制等等,几乎所有能实现电控致动的技术都能用于对调焦镜实时驱动。也可以采用电控变焦镜通过变焦来实现对像距的调制。其驱动电路矩阵类似于平板显示器的驱动电路。调焦镜的调制频率等于或大于视频显示的帧频或场频,现有的调制技术都远远超过这个参数,技术上很容易实现。其结构和实现方法将通过下面的实施例分别做出说明。
混光镜矩阵的显示实例1：参照图3,在混光镜矩阵后端制作显像透镜矩阵,令显示图像通过混光镜成像在显像透镜能清晰放大的范围内,这样,在透镜正面就可以用裸眼看到立体虚像。这种技术可用于制造立体显示器。混光镜对显示器的RGB三色光色块像素单元进行调焦成像并混光,混光后将成为一个混合色光像素单元,不再是独立的RGB色块,颜色更自然。混光镜所成的立体实像可位于混光器内或混光器外,当实像穿过混光镜位于混光器外侧时,混光镜末端可以安装矫正镜用于调整成像像素大小,显像透镜可以使用凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜等单个或矩阵或组合透镜,透镜和混光器的距离可调。
混光镜矩阵的显示实例2：参照图4,在图4(a)中,光源(28)把平面显示图像(1)通过混光镜矩阵(2、3)成像(4),令混光镜所成的立体实像(4)位于混光镜矩阵外侧,使立体实像像距变化范围在投影镜头(7)的焦距和二倍焦距范围内,这样就组成了一套3D立体投影机,由3D立体投影机投射出的3D立体动态实像,再经显像光学组件显示成像,人们即能通过裸眼来看到3D立体动态影像。图4(b)是一个使用凹面镜(9)作为显像镜片的实施例,凹面镜有放大作用,投射到凹面镜(9)焦距内的3D立体实像被放大成正立的虚像。3D投影机(8)投射出的立体影像像素分别位于凹面镜(9)的焦点和镜面之间不同位置,所成的虚像也将对应地被放大到不同位置,根据凹面镜成像公式,投影的像点相对于焦点f的距离u不同,所成的虚像距离v也不同,距离焦点越近,所成的虚像像点越远,凹面镜内所成的图像是观看者可以用裸眼看到的放大的3D立体虚像。图4(c)是一种采用固定混光镜矩阵作为显像镜片的实施例,固定式混光镜(27)一端是凹透镜,一端为凸面镜。凸面镜相对于混光镜内部则是凹面镜,投影机投影的立体图像,通过前端的凹透镜被放大成像与凹面镜的成像范围内,凹面镜对投影图像的成像穿过凹透镜并位于凹透镜的成像范围,因此,通过凹透镜则能看到被放大像距的立体图像。调整投影镜头的物距和调焦镜的控制电流或电压,使最终成像在预定的成像范围内清晰显示。每个观看者(10)所处的位置不同,所看到的图像大小角度也不同,本发明真实地实现了原景再现。所看到的立体图像更加真实、自然。
混光镜矩阵的显示实例3：当使用雾屏作为显像器件时, 3D投影机(8)投射出的立体影像像素分别位于雾屏的厚度之内,投影的像素在成像点所在的雾颗粒上发生散射,这样就可以在雾屏上直接看到立体图像。
混光镜矩阵的加工：混光镜矩阵的尺寸分大小两种,大尺寸很容易加工,小尺寸的制作可以采用集成电路工艺,或者其他微机电加工工艺,混光镜矩阵的结构简单,容易加工。对于尺寸稍大的应用,混光器矩阵可以采用图14实施例所示的带沟槽的双面反光板(29)相互插接而成。图14(a)(b)分别是平面图和截面图,图14(c)是组合后的状态。
调焦镜的结构和驱动方法：参照图5,调焦镜包括成像镜片(2)和动态驱动机构,成像镜片(2)通过弹性元件(11)安装于显示器件(1)上或混光器(3)上或相邻元器件上。图5(b)(c)分别是弹性元件收缩和展开的示意图,成像镜片在弹性元件一侧移动。图5(d)(e)(f)是另一种结构,弹性元件位于成像镜片周围,成像镜片可以在弹性元件两侧范围内移动。成像镜片(2)的形状可以是圆形、矩形、圆角矩形、多边形或其他适合的形状,弹性元件部分可以是单层、多层、螺旋或其它结构形状,可位于成像镜片的周围、两侧、上方、下方。弹性元件数量可以是可以根据需要确定。成像镜片可以是静态的或动态的,静态的成像镜片(2)可以和混光器(3)结合为一个整体,如图2所示,成像镜片(2)还可以和混光器(3)、矫正透镜(6)结合为一个整体,还可以和混光器(3)、显像透镜(5)结合为一个整体,作为一个元件生产。例如：一个柱透镜两端分别是成像镜片和显像透镜。其结合的组合方式并不局限于实施例所示。根据调焦镜的焦距、振幅和所希望投影出的立体图像景深,通过透镜成像公式来计算需要的混光器长度,其长度可以在一个很宽的范围内通过试验和计算来选择,一般可以选取大于三倍透镜焦距。优选地,整个混光镜矩阵可以封装于透明真空环境中,以减少空气的影响。调焦镜有很多种适合的结构和驱动方法,优选的实施例说明如下：
2.1.1. 静电场驱动①：参照图6(a),调焦镜包括成像镜片(2)和弹性元件(11),成像镜片连接有一个或多个弹性元件,弹性元件另一端安装于显示器件或混光器上,成像镜片表面(13)采用驻极的方法充入高压负电荷,在显示器件(1)和混光器(3)的相对表面分别制作有透明导电层(14)和(12),导电层(14)和(12)组成近似匀强电场,对(14)和(12)通入对称的正负调制电压,根据库仑定律,成像镜片(2)和上下导电层将产生相应的斥力和引力,则带负电的驻极镜片将被推离负电压端而靠近正电压端,因此造成相对显示像素的物距的变化,从而实现像距的放大变化,驱动电路如图6(b)所示。也可以为实现调制而在此结构、形式或驱动原理上采用不同变化的驱动方式。通过对每个像素进行相应调制,实现如图3所示的成像规律。即通过微小的电调,实现了大景深的立体实像投影。
2.1.2. 静电场驱动②：结构同上,不采用驻极的方法,在成像镜片表面(13)制作透明电极并通入调制电压。导电膜(12)和(14)间施加恒定对称正负电压,则成像镜片携带着被调制的电荷将在电场中被驱动到与弹性元件达成的平衡位置。以此实现对整个矩阵的调制。也可以为实现调制而在此结构、形式或驱动原理上采用不同变化的驱动方式。
2.1.3. 热变形驱动：参照图6(c),调焦镜包括成像镜片(2)和双金属电热弹簧(11),成像镜片连接多个双金属片,双金属片另一端安装于显示器件上或混光器上,双金属弹簧(11)可做成单层、多层或其它结构形状以实现受热变形来驱动成像镜片。双金属片受热后向上或向下弯曲变形,变形时驱动成像镜片。对双金属片对称通入调制的电流,双金属片产生电阻热而变形,驱动成像镜片移动,从而实现对像素像距的调制。图6(d)是驱动电路原理。
2.1.4. 电控变焦镜：如图7,电控变焦透镜(2)是一种通过施加的电压或电流来改变透镜的焦距的光学器件,变焦同时实现了对像距的调制。电控变焦镜没有宏观的运动部件,因此可以和混光器(3)结合为一体。混光器可以采用柱透镜(3)或管状反光镜(15)。采用电控变焦镜将使混光镜矩阵变得简单,根据透镜成像公式计算好各元件间的距离和尺寸,可以把显示屏、变焦镜、混光器一同制造连接成一个实体,从而提高整个器件的可靠性。
在混光镜中,成像透镜焦距可以参照透镜直径来选择,优选地可以选择2:1到1:2范围。柱镜的长度优选地选择成像透镜焦距的3倍以上。矫正透镜的焦距通过试验确定,显像镜片的焦距通过计算获得,其计算依据是调焦镜的焦距、振幅和所希望投影出的立体图像景深。
2.2. 3D像素矩阵实施例：系统构成：参照图9,3D像素矩阵是由多个独立的像素组件组合成的矩阵,每一个像素组件包括像素元件(19)、可选的基板部分(20)、存储和驱动电路部分(21),每个像素元件(19)的高度都可以单独被调制。像素元件(19)可以是自发光元件,如LED、OLED等等,也可以由图像投影机(23)把动态彩色图像投影到像素元件(19)的正面或背面。当投影到背面时,像素元件(19)可以使用散射光器件;当投影到正面时,像素元件(19)可以使用反射光器件。还可以使用曲面镜,当使用曲面镜时,曲面镜对投影的像进一步反射成像,同时起到了反射光元件和成像透镜的作用。下面以投影到正面的方式为例来进行说明。3D立体像素矩阵(22)对其每一个像素单元进行分别动态调制,则3D像素矩阵(22)表面形成的图像为立体彩色动态浮雕像,对此立体浮雕像通过显像透镜或透镜矩阵成像观看,则组成立体显示屏或立体银幕;或者把立体浮雕像再次投影到显像镜片或镜片矩阵上成像,则组成立体投影系统。如2.1节前部分所述。
3D像素矩阵的结构和控制原理：参照实施例图10,图10(a)是一种像素组件的结构图,像素组件包括像素显示器件(24)、弹性元件部分(11) 、可选的基板部分(20)和驱动电路部分(21),其中基板可以是驱动电路的电路板,也可以采用混光镜矩阵的端面作为基板,像素显示器件(24)正面有反光层或使用散射光材料,用于反射或散射投射在其正面或背面的像素图像。弹性元件(11)的两端分别连接于像素显示器件(24)和基板(20),基板(20)用于承载动态像素元件。在电路板(21)上制作有存储和驱动电路矩阵,以对应驱动每一个像素元件。在弹性元件和驱动力的作用下,像素显示器件可以在一定范围内上下移动。像素显示元件的形状可以做成圆形、矩形、圆角矩形、多边形或其他适合的形状。弹性元件部分可以做成单层、多层、螺旋或其它结构形状,位于像素部分的周围、两侧、上方或下方。优选地,整个3D立体成像器件可以封装于透明真空环境中,以减少空气的影响。调制像素元件移动的方法很多,比如：电场力调制、电磁力调制、热变形调制等等,几乎所有能实现电控致动的技术都能用于对像素元件的位置进行实时调制。调制了位置的像素元件相对于镜头产生的像距也将随之变化,其结构和实现方法将在下面作分别说明。矩阵中像素元件的调制频率等于或高于视频显示的帧频或场频,现有的以上所说的调制技术都远远超过这个参数,技术上很容易实现。
当3D像素矩阵和静态混光镜结合,就构成了图3图4所示的系统,与前所述的动态调焦、变焦混光镜的不同部分在于混光镜和像素结构。参照图2(a),在本例中,采用静态混光镜,成像镜片(2) 固定安装于混光器(3)上,通过驱动3D像素元件(1)来实现对像距的调制,3D像素矩阵和静态混光镜的组合生成的立体动态图像,和图3图4所示相同,其显示部分的结构和原理也相同。静态混光镜的成像镜片可以和混光器结合为一个整体,还可以和混光器、矫正透镜结合为一个整体,还可以和混光器、矫正透镜、显像光学组件结合为一个整体。
在可能的情况下,在混光镜组件中各相邻的部件如果不存在相互运动,都可以结合成一体。若结合的部件使用同种材质的话,可以作为一个部件生产。例如：一种固定式混光镜,主要包括成像凸透镜、柱镜和显像凹透镜,三者可以结合为一个元件,如图11(a)混光镜矩阵(27)所示。
3D实景的再现：参照图11(a),优选实施例包括图像投影机(23)、3D像素矩阵(22)、混光镜矩阵(27)和相应的配件。混光镜矩阵(27)内侧是成像镜片,外侧是显像透镜,对3D像素矩阵(22)起到放大像距的作用。在实现3D视频重现时,通过图像投影机(23)把色值视频投影到3D像素矩阵的背面或透过混光镜矩阵(27)投影到其正面,实现对像素矩阵的色彩还原。当投影到正面时,投影的图像透过混光镜投射到3D像素矩阵的反光像素元件上,3D像素矩阵通过像距视频来驱动调制像素元件,像素元件反射的图像被3D像素矩阵调制后,通过成像镜片和柱镜成像于显像透镜的成像范围,实现对像素矩阵的像距还原。每一个像素,既显示了图像的色彩和亮度,又调整了图像像素的成像距离。观看者通过混光镜矩阵(27)就能看到被放大像距的3D立体动态图像。图像投影机(23)把色值视频投影到3D像素矩阵的背面时,像素显示器件可以采用散射光元件。
参照图11(b),另一个优选实施例包括图像投影机(23)、3D像素矩阵(22)、投影镜头(7)和相应的配件,组合成3D投影机(8)。在实现3D视频重现时,通过内置的图像投影机(23)把色值视频投影到3D像素矩阵(22)的背面,实现对像素矩阵的色彩还原。像距视频通过3D像素矩阵的存储和驱动电路来驱动调制像素矩阵,实现对像素矩阵的像距还原。每一个像素,既显示了图像的色彩和亮度,又调整了图像像素的成像距离。在3D像素矩阵背面被投影和调制后形成3D立体彩色动态浮雕像,根据光路可逆原理,此立体浮雕像被投影后将能再现摄像原景的色彩和距离。其后的实施方案等同于图4所示的系统。也可以在3D像素矩阵(22)前端增加固定式混光镜,用来增大像距的放大倍率。其结构同图4所示。
3D像素矩阵的加工：3D像素矩阵的结构简单,加工工艺可以采用集成电路制作工艺,或者其他微机电加工工艺,这些技术已经相当成熟,完全足够应用于本发明所述的部件的加工。
3D像素矩阵有很多种适合的结构和驱动方法,举例说明如下。
2.2.1. 静电场驱动：参照图10(a),其结构前面已作介绍,驱动原理和方法参照2.1.1节和2.1.2节关于图6(a)(b)所做的描述。
2.2.2. 热变形驱动：参照图10(b),像素元件包括像素显示器件(24)、双金属电热弹簧部分(11)、可选的基板部分(20)和驱动电路部分(21),像素显示器件连接有多个双金属弹簧,双金属弹簧另一端固定在基板部分或相邻其他元件上。其结构和驱动方法参照2.1.3节关于图6(c)(d)所述。
2.2.3. 电磁驱动：参照图10(c),像素元件包括磁性像素元件(24)、弹性元件部分(11)、电磁元件(26)、可选的基板部分(20)和驱动电路部分(21),磁性像素元件的磁场轴线方向垂直于平面,磁性像素元件下方基板上对应安装或制作电磁元件(26),电磁元件的磁场轴线方向垂直于磁性像素元件平面,弹性元件(11)连接像素显示器件(24)和基板(20),当电磁元件的线圈通入调制的电流的时候,电磁线圈的磁场对磁性像素元件产生吸力或斥力,驱动磁性像素元件移动,从而实现对像素像距的调制。
2.2.4. 电磁驱动：参照图10(d),像素元件(24)上、下或周围安装电磁线圈(26),并安装于弹性元件上,像素元件外围安置管状磁体(25),磁体的两极在其两端。通过驱动电磁线圈在磁场中运动来实现对像素元件的调制。管状磁体可以是混光镜的一部分。当像素面积足够大时,还可以采用扬声器结构来制造动态驱动组件。
以上驱动方法中,其中像素元件(24)也可以是成像镜片,用于平面图像的像距调制。
2.3. 动态调焦、变焦镜实施例：参照图8,包括调焦镜(18)和显像透镜(5),成像镜片对显示像素所成的实像通过显像镜片显示,当成像镜片(2)沿光轴方向运动时,像素的成像距离也将产生变化,这种距离的变化通过显像镜片显示出来。变焦镜可以是单片或多片镜片组合。也可以使用电控变焦镜替换调焦镜。还可以在像素元件间加入吸光隔板或吸光套(17),用于减少像素间的光染。还可以在调焦镜(18)和显像透镜(5)之间加入矫正透镜,用以调整最后成像的像素大小。
对混光镜矩阵或动态调焦、变焦镜矩阵所成的立体动态彩色图像通过透镜或透镜矩阵成像观看,则组成立体显示器;或者把立体动态彩色图像再次投影到显像镜片上成像,则组成立体投影系统。如2.1节前部分所述。
2.4. 多层次立体图像实施例：如果在一帧视频时间内,像素组件显示多个不同的色彩和像距,则能产生多层次立体图像。普通立体显示只是显示出一个层面的立体效果,而本发明的技术可以显示多个层面的多表面立体图像。参照图15,比如在一个立体背景上悬浮的球体,可以通过三层来显示：1、立体背景层(30);2、球体背面立体层(31);3、球体正面立体层(32)。在同一个帧频的时间内交替显示这三层的图像数据,包括每个像素的色彩数据和像距数据,这样就同时显示了有三个立体层的多角度立体图像。从不同角度观赏所成的图像,则能看到不同的侧面信息。理论上本技术可以显示无数的立体层面,每一层的显示原理如同上面已揭露的单层显示原理。而这种模式下所采用的数据格式,则包含多层面的图像数据。每个像素数据包含相应的单层或多层图像数据信息。
2.5. 全静态立体显示：在一个媒体上显示静态的3D立体图像。下面以两种实施例来说明全静态立体显示原理：1、预置式混光镜方式;2、固定式混光镜方式。
2.5.1. 预置式混光镜方式：参照图12(a),一种优选的可重复预调的混光镜单元,包括成像镜片(2)、镜片固定架(28)、管状反光镜(15)和显像镜片(5)。管状反光镜内壁有反光层,起到混光器的作用。成像镜片安装于镜片固定架上,镜片固定架通过摩擦力固定在管状反光镜筒内。
在应用中,先用一个类似CNC铣床的设备,夹持一个带吸盘的探头,把矩阵中每个成像镜片逐个吸附并推拉到成像所需的位置。再把调整完成后的混光镜矩阵按照设定的距离固定在显像媒体表面,此时观看者可以从显像镜片上看到静态的立体三维图像。这种方式很适合广告业的应用。在图12(b)中是使用凹透镜作为显像镜片(5)的另一个实施例。
2.5.2. 固定式混光镜方式：参照图13,一种优选的固定式混光镜单元,包括成像镜片、混光器和显像镜片,把成像镜片固定在混光器的一端。根据图像所要呈现的像距,计算出所需物距的数据。依次按照物距固定好所有成像镜片、混光器组合,然后把混光器另一端不整齐的端面按照最低混光器位置裁切整齐,再通过计算好的显像距离来固定显像镜片,这样就组成了一套固定混光镜的静止图像3D立体显示系统。其中显像镜片可以是凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜等,成像镜片和混光器可以铸造成一个整体。
　　在制作微型光学镜片时,可采用平面光刻工艺、离子交换工艺或其它光学微加工工艺来制作,优选地可以使用光刻胶热熔法。优选地,所述的立体像素组件阵列可以封装于透明真空环境中,所述的立体像素组件阵列可以和显像光学组件一起封装于透明真空环境中,以减少空气的影响。　　
3. 3D立体图像文件的获取：本发明可以使用任何方式得到的色值视频文件和对应的像距视频文件或二者合一的文件。在应用中,色值视频文件和像距视频文件同步播放,以实现色彩和像距的同时还原。有很多可以获取3D图像像距信息的方法,比如通过计算来得到3D电脑动画的原始像距或者通过3D软件直接输出物距或像距信息以及其他任何获得的立体图像的像距信息的方式。　　
　　以上所列种种方法和实施例,除标明的应用之外,还可以通过所揭示的各种方法的交叉组合来设计成新的应用形式,本说明不可能解释所有组合的可能,但由此揭示的方法所能实现的交叉组合形成的新的应用形式也应属于本发明的应用方案,都应受到保护。根据显示需求的不同,可以采用不同的工艺来设计和制造各种部件,本说明不可能解释所有工艺、方法和应用的可能,但由此揭示的方法所能实现的各种新的应用形式也属于本发明的应用方案,都应受到保护。利用本发明揭示的立体显示原理采用其他各种有效元件组合成的立体显示器件都应落入本发明的范围内。
　　虽然参考本发明的优选实施例描述了本发明,但应当理解的是本发明并不局限于所揭示的实施例或结构。相反,本发明意在包含各种不同的改变和等同装置。此外,虽然以各种不同组合及结构显示出了所揭示的发明的各个不同元件,但这仅是示意性质,包括更多、更少或单个元件的其它组合及结构也落入本发明的范围内。
　　本申请要求分别于2009年9月14日、2009年9月21日在中国国家知识产权局提交的中国专利申请200910190172.9、200910190453.4的优先权,本说明将其全部公开的内容引作参考。
 有益效果
1、显示效果逼真;2、不需要佩戴眼镜;3、不同位置和角度所见视图不同,如同对实物的观察;4、显示立体视场范围宽;5、采用自然成像原理,观看时感觉自然、愉悦,不存在合成立体图像产生的不适感;6、可以显示多立体层面;7、在同样有效分辨率和色深的情况下,大幅度减少了数据量,便于存储和传输;8、降低3D系统的设备和运营成本。9、实现成本低。　　
 附图说明
　　下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。附图并没有依照真正的比例绘示,因此本发明并不限定在附图中的结构、形状和比例,实施例仅用于说明性质,不代表本发明。
　　图1是一个实施例的构造原理图。
　　图2是一个实施例的两种混光镜的光路原理图。
　　图3是一种3D立体显示器实施例的构造原理图。
　　图4是一种3D立体投影机实施例的构造原理图。
　　图5是一个实施例的一种调焦镜的构造示意图。
　　图6是一个实施例的两种驱动方式的调焦镜构造原理图。
　　图7是一种采用电控变焦镜的混光镜实施例构造图。
　　图8是一种动态调焦镜实施例的构造原理图。
　　图9是一种3D像素矩阵实施例的构造原理图。
　　图10是三种类型立体像素组件实施例的构造原理图。
　　图11是两种3D立体投影机实施例的构造原理图。
　　图12是两种预置式混光镜实施例的构造原理图。
　　图13是一种静态混光镜的应用原理图。
　　图14是一种插片式混光镜矩阵的构造原理图。
　　图15是一种显示三个立体层的显示器原理图。
　　其中：1.平面媒体显示图像;2.成像镜片;3.混光器;4.混光实像;5.显像透镜矩阵; 6.矫正透镜;7.投影镜头;8.3D立体投影机;9.显像镜片;10.观众;28.光源;11.弹性元件;12.驱动电极;13.成像镜片表面;14.驱动电极;15.管状反光镜;16.电控变焦透镜;17.吸光隔板或吸光套;18.调焦镜;19.立体像素;20.基板;21.存储驱动电路;22.3D立体像素矩阵;23.图像投影机;24.像素显示器件;25.管状磁体;26.电磁元件;27.固定式混光镜;28.镜片固定架;29.双面反光板;30.立体背景层;31.球体背面立体层;32.球体正面立体层。
 本发明的最佳实施方式
在所列实施例中,各实施例涉及的相同功能部件可以交叉试用,可选的组合方式太多,不能一一举例。
1. 立体显示器实施例：参照图3,制作截面等于像素显像单元面积大小的柱形透镜,例如亚克力棒或其它光学材料,柱形表面镀反光层,根据调焦镜的焦距、振幅和所希望投影出的立体图像景深,通过透镜成像公式来计算需要的长度,长度可以在一个很宽的范围内通过试验和计算来选择,一般可以选取大于三倍透镜焦距。透镜焦距可以参照透镜直径来选择,一般可以选择2:1到1:2范围。柱镜两端抛光,柱镜的一端为平面,另一端抛光成凸透镜,作为矫正透镜,然后把柱镜按相同方向组合成矩阵,在柱镜矩阵平面的一端,采用集成电路制作工艺或其他微机电加工工艺,对应每一个柱镜制作透明电极层、弹性元件、成像镜片和驱动电路,成像镜片矩阵可采用平面光刻工艺、离子交换工艺或其它光学微加工工艺来制作,优选地可以使用光刻胶热熔法。成像镜片表面处理和驱动方法参照技术方案中“2.1 混光镜组件实施例”、“2.2 3D像素矩阵实施例”所述的方法。柱镜矩阵和调焦镜矩阵组合成混光镜矩阵,混光镜矩阵安装于一个矩形管状固定件中,固定件安装于显示器表面,令其中每个柱镜对应每一个显示像素。调整混光镜和显示屏的距离,以使得成像镜片对像素的成像在柱镜外侧附近。使用像距视频数据驱动调焦镜,则显示的图像在柱镜外侧一定范围内。固定好混光镜矩阵,用一个大透镜或者微透镜矩阵作为显像透镜安装于柱镜上方一定位置,显像透镜可以是凸透镜或凹透镜,使得柱镜的成像在显像透镜的成像范围内,这样,就可以在显像透镜上看到3D立体图像。
2. 一种大型立体显示器实施例：每个像素尺寸为5mm*5mm,分辨率为1920*1080,显示像素采用三基色LED,配合相应的显示驱动电路,这是一种普通的120英寸LED显示器。参照附图5(d)(e)(f)来制造成像镜片和弹性元件,成像镜片为凸透镜,采用轻质光学材料制造成像镜片,电磁线圈安装于成像镜片上面或下面,弹性元件可以采用图5(d)的结构在薄弹性材料上采用光刻的方法制造,也可以采用其它微机电方法加工弹性元件。参照说明书中“2.2.4 电磁驱动”部分和附图10(d)来制造驱动部分。其中管状磁体(27)的单元截面尺寸等于显示器的像素尺寸,参照图14(c)的样式制造整体结构的管状磁体矩阵,壁厚为0.2mm,深度可以为调焦镜振幅的2倍。调焦镜的焦距可以选择3mm-10mm,长宽尺寸略小于4.8mm,可以选择4.6mm至4.4mm或更小,以保证在管状磁体内移动时不会碰到管壁又尽可能减少间隙。采用图14的方法制作混光镜矩阵,其深度大于3倍调焦镜焦距,此例中可以选择30mm、60mm或90mm。矩阵反光板厚度为0.2mm。调焦镜安装于混光镜的一端,其驱动电极可以采用透明导电材料引出到混光镜外侧,并安装相应的像距视频驱动电路。在混光镜矩阵另一端,制作矫正透镜矩阵,安装于混光镜上,矫正透镜为凸透镜。把带有调焦镜的一端靠近LED显示屏并对应每个像素,调整调焦镜和显示屏的距离,以使得成像镜片对像素的成像在柱镜外侧附近。使用像距视频数据驱动调焦镜,则显示的图像在柱镜外侧一定范围内。固定好混光镜矩阵,用一个凸透镜矩阵或凹透镜矩阵作为显像透镜安装于柱镜上方一定位置,以使得柱镜的成像在显像透镜的成像范围内,这样,就可以在显像透镜上看到3D立体图像。
3. 一种立体投影机：参照实施例1和图4,取消实施例1中的显像透镜,用高亮度投影光源作为显示屏光源,显示的图像通过动态调焦混光镜调制后在矫正透镜外侧呈现高亮度立体实像,参照图4,安装适当的投影镜头对其投影到远处的大型凹面镜上或者雾屏上,就可以在显像镜片上看到3D立体图像。显像镜片还可以使用凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜或其它光学镜片的单个或矩阵或镜片组。进一步还可以在现有技术可加工的范围内缩小混光镜矩阵的体积,以缩小投影机体积。
4.3D像素屏幕立体投影机：参照技术方案中“2.2 3D像素矩阵实施例”中“3D实景的再现”部分和图11(a),以及实施例2所述的动态驱动机构部分,在一个大平面或微凹形面上制作3D像素矩阵。与实施例2所不同主要在于动态驱动机构是用于驱动像素显示元件而不是成像透镜,3D像素矩阵代替实施例2的显示器和调焦镜部分,参照图11(a)制作固定式混光镜矩阵。用图像投影机(23)把色值视频投影到3D像素矩阵的背面或透过混光镜矩阵(27)投影到其正面,调整投影机聚焦,令图像清晰投影到3D像素矩阵表面。3D像素矩阵通过像距视频来驱动调制像素元件,像素元件散射或反射的图像被3D像素矩阵调制后,通过成像镜片和柱镜成像于显像透镜的成像范围,调整调焦镜和3D像素矩阵的距离,以使得成像镜片对像素的成像在显像透镜的成像范围内,这样,就可以在显像透镜上看到3D立体图像。
5. 一种动态混光镜屏幕立体投影机：参照实施例2,把LED显示器替换成投影屏,参照实施例4,用图像投影机(23)把色值视频投影到投影屏的背面(散射光屏)或透过混光镜矩阵投影到其正面(反射光屏)。通过像距视频来动态驱动混光镜的成像镜片,则在混光镜外端显示动态立体图像,可以裸眼直接观看。
6.3D像素矩阵立体投影机：参照技术方案中“2.2 3D像素矩阵实施例”中“3D实景的再现”部分和图5(d)、图10(d)、图11(b),采用集成电路制作工艺或其他微机电加工工艺,在透明基板上制造3D像素矩阵和动态驱动组件。参照图5(d)制作弹性元件,其中成像镜片(2)改成散射光像素显示器件,参照“2.1 混光镜组件实施例”中的“调焦镜的结构和驱动方法”部分和图6、图10制作动态驱动组件,驱动电路参照液晶显示屏的透明驱动电路工艺。参照图11(b),用图像投影机(23)把色值视频投影到3D像素矩阵的背面,调整投影机聚焦,令图像清晰投影到3D像素矩阵表面。3D像素矩阵通过像距视频来驱动调制像素元件,像素元件散射的图像通过投影镜头(6)投影到显像镜片上,就可以在显像镜片上看到3D立体图像。参照图4,显像镜片可以是大型凹面镜或者雾屏,显像镜片还可以使用凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜或其它光学镜片的单个或矩阵或镜片组。进一步还可以在现有技术可加工的范围内缩小3D像素矩阵的体积,以缩小投影机体积。
7. 3D立体媒体：参照图12、图13,在一个平面显示媒体上,比如广告灯箱,在其表面安装图12所示的预置式混光镜阵列,或者安装图13所示的固定式混光镜阵列,其制造方法参照技术方案中“2.5 全静态立体显示”部分所述,混光镜结构可以根据说明书中描述有多种选择,不局限于附图所示。
 本发明的实施方式
同最佳实施方式。
 工业实用性
在实际应用中,优选地可用于制造立体显示器、立体投影机、平面媒体的立体显示,或者其它需要静态或动态立体显示的媒体、玩具、仪器、设备、系统以及未能注明的各种应用。
序列表自由内容

Claims (21)

  1. 一种立体图像还原显示装置,其特征是：主要由立体图像生成部分和立体图像显示部分组成;
    1.1 立体图像生成部分包括由立体像素组件构成的阵列,立体像素组件包括动态调焦立体像素组件、动态变焦立体像素组件、或静态立体像素组件;其中,动态调焦立体像素组件包括显示像素、动态驱动机构和成像光学组件;动态变焦立体像素组件包括显示像素、包含电控变焦透镜的成像光学组件;静态立体像素组件包括显示像素和成像光学组件;其中：
    1.1.1 显示像素包括显示的平面图像或显示元件,可以选择但不限于显示器件显示的图像像素、投影机投影的图像像素、印刷图像像素、手绘图像像素、由光学镜片产生的图像像素或其它人眼可见的图像像素,还可以是像素显示器件,可以选择但不限于自发光元件、反射光元件或散射光元件;
    1.1.2 动态驱动机构是各种致动原理和材料构成的电致动机构,用于驱动像素显示器件或成像光学组件中的成像镜片产生位移;
    1.1.3成像光学组件包括成像镜片,还可以包括混光器、可选的矫正透镜; 成像镜片可以选择但不限于凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、电控变焦透镜、凹面镜、凸面镜或其他光学镜片以及镜片组,成像镜片可以是静态的或动态的,动态成像镜片安装于动态驱动机构上,可以通过电控在一定范围内移动;
    1.2 立体图像显示部分包括显像光学组件,还可以包括投影镜;显像光学组件包括显像镜片或显像器件,显像镜片可以选择但不限于各种透镜、各种曲面镜的单个或矩阵或多种组合镜,显像器件可以是雾屏或混光镜矩阵或其它能对立体图像成像的光学器件;按显示方法不同可分为平板显示模式和投影显示模式,不同的显示模式对应相应的显像组件和结构。
  2. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的动态驱动机构包括弹性元件和驱动组件,还可以包括承载物支架;
    2.1承载物支架用于固定承载物,承载物可以是像素显示器件或者成像镜片;
    2.2 弹性元件可以是各种弹性材料做成的元件,用于固定承载物并且允许其在一定范围内移动,弹性元件一端连接承载物,另一端连接于承载物前、后或周围的相关元件上,弹性元件可以做成单层、多层、螺旋或其它结构形状,位于像素部分的周围、两侧、上方或下方;
    2.3 驱动组件根据不同的致动原理而有不同的驱动组件构成,包括驱动源、被动源和存储驱动电路,驱动源是通过电压或电流产生驱动力的部分,被动源是被驱动力驱使的部分。
  3. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的混光器是一种柱形或管状光学元件,能令照射到边界或内壁的光线发生全反射;由成像镜片对显示像素的成像在混光器内经过一次或多次全反射后,在成像平面被混光,成像在混光器内或混光器外,混光器可以和相邻的静态部件固定或结合成一体,或者作为一个部件生产。
  4. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的混光器,其截面可以是矩形、圆形、多边形或其它适合的形状,混光器长度大于截面直径,其结构可以是以下结构之一：
    a.可以是柱形光学透镜,由光学材料制成,其柱形壁能对内部光线发生全反射,还可以对其柱形部分镀反光膜;
    b.可以是管状反光镜,管内壁镀有反光层,能对光线进行全反射;
    c.可以采用带沟槽的双面反光板相互插接而成,构成分格式管状反光镜矩阵;
    还可以是其他具有相同功能的光学器件。
  5. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的矫正透镜可以是凸透镜,成像在混光器外时,可以通过使用矫正透镜来调整成像像素大小。
  6. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的致动原理包括但不限于电场力调制、电磁调制或热变形调制;几乎所有能实现电控致动的技术都能用于对承载物进行实时驱动,进而实现对像距的调制。
  7. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的驱动组件的一种结构,电场力调制方式,一种优选的结构包括承载物、弹性元件、前后透明电极和相应的存储驱动电路部分,采用驻极技术在承载物表面储存高压负电荷,在承载物前后两个器件的相对表面做有和承载物大小相似或相同的透明导电电极,前后两个电极形成近似匀强电场,存储和驱动电路对前后两个导电平面分别通入对称正负电压,驻极承载物携带的负电荷在两个导电平面形成的电场中受到电场力作用,驱动驻极承载物向前或向后移动,从而实现对像素像距的调制,也可以为实现调焦目的而在此结构、形式或原理上采用不同变化的驱动方式。
  8. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的驱动组件的一种结构,电场力调制方式,一种优选的结构包括承载物、弹性元件、前后透明电极和相应的存储驱动电路部分,在承载物表面涂覆透明电极并通入调制电压,在承载物前后两个器件的相对表面做有和承载物大小相似或相同的透明导电电极,前后两个电极形成近似匀强电场,对两电极施加恒定对称正负电压,则承载物携带着被调制的电荷将在电场力和弹性元件的弹力作用下前后移动,以此实现对像素像距的调制,也可以为实现调焦目的而在此结构、形式或原理上采用不同变化的驱动方式。
  9. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的驱动组件的一种结构,热变形驱动方式,一种优选的结构包括承载物、双金属弹性元件和相应的存储驱动电路部分,承载物连接多个双金属弹性元件,双金属片受热后向上或向下弯曲变形,变形时推远或拉近承载物片和像素单元的距离,双金属弹性元件为阻抗性元件,对其对称通入调制的电流,则产生电阻热而变形,驱动承载物片移动,从而实现对像素像距的调制,也可以为实现调焦而在此结构、形式或原理上采用不同变化的驱动方式。
  10. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的驱动组件的一种结构,电磁调制方式,一种优选的结构包括承载物、弹性元件、电磁元件和相应的存储驱动电路部分,承载物为磁性像素元件,磁性像素元件的磁场轴线垂直于平面,磁性像素元件下方基板上对应安装或制作电磁元件,电磁元件的磁场轴线方向垂直于磁性像素元件平面,当电磁元件的线圈通入调制的电流的时候,电磁线圈的磁场对磁性像素元件产生吸力或斥力,驱动磁性像素元件移动,从而实现对像素像距的调制,其中基板可以是驱动电路的基板,也可以是相邻平面器件的表面。
  11. 根据权利要求2所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的驱动组件的一种结构,电磁调制方式,一种优选的结构包括承载物、弹性元件、电磁线圈、管状磁体和相应的存储驱动电路部分,当电磁线圈通入调制的电流的时候,电磁线圈携带像素元件在管状磁体内的磁场中移动,从而实现对像素像距的调制;还可以采用扬声器的结构来制作动态驱动组件。
  12. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的立体图像生成部分可以封装于透明真空环境中;所述的立体图像生成部分还可以和立体图像显示部分共同封装于透明真空环境中;以减少空气的影响。
  13. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的平板显示模式,是通过显像镜片直接观看立体图像生成部分产生的立体图像,其图像显示面可以是平面或者曲面,可以使用各种光学透镜的单个或矩阵或多种组合作为显像镜片,还可以使用雾屏作为显像器件。
  14. 根据权利要求1所述的立体图像还原显示装置,其特征是：所述的投影显示模式,是把立体图像生成部分产生的立体图像投影到显像光学组件上进行显示,包括投影镜和显像光学组件,投影镜为各种光学投影镜,显像光学组件可以使用各种透镜或曲面镜的单个或矩阵或多种组合作为显像镜片,还可以使用雾屏或混光镜矩阵作为显像器件。
  15. 一种立体视频数据结构,其特征是：包括单层立体视频格式或多层立体视频格式,单层立体视频格式包括二维的彩色视频和一路像距视频;像距视频可以和彩色视频通过各种方式进行编码成单一文件,也可以和彩色视频文件并列成对存在;像距视频由对应图像内容的像距数据构成,用于还原图像显示时的立体效果,在每一帧图像中,每个像素的一个复合色彩数据和一个像距数据组成一个色彩像距对,像距视频的对比度用于体现3D图像的立体程度或立体图像的景深;多层立体视频格式是包括包含多层像素色彩的彩色视频和一路包含多层像素像距的视频,每一帧图像的每个像素数据可以包括一个或多个色彩像距对,分别用于显示一层或多层立体图像。
  16. 一种混光镜成像装置,其特征是：主要包括混光镜矩阵,还可以包括动态驱动机构,还可以包括显像光学组件;混光镜包括权利要求1所述的成像镜片、混光器和可选的矫正透镜;混光镜可以是动态混光镜或者静态混光镜;动态混光镜包括动态调焦混光镜或动态变焦混光镜;
    动态调焦混光镜包括动态驱动机构、成像镜片、混光器和可选的矫正镜,还可以包括显像光学组件;
    动态变焦混光镜包括电控变焦成像镜片、混光器和可选的矫正镜,还可以包括显像光学组件;
    动态混光镜通过动态驱动成像镜片来实现对像距的调制,动态混光镜可以密封于真空透明环境中,以减少空气的影响;
    静态混光镜包括预置式混光镜或固定式混光镜,两者都包括成像镜片、混光器和可选的矫正镜,还可以包括显像光学组件;
    预置式混光镜的成像镜片与混光器或显示像素的相对位置是临时固定,非永久固定,并且相对位置在阵列中单独可调;
    固定式混光镜的成像镜片与混光器的位置固定;静态混光镜通过动态驱动3D像素元件或者改变成像镜片的物距来实现对像距的调制;静态混光镜各组件可以固定或结合为一个整体,或者作为一个整体部件生产。
  17. 一种3D立体像素成像装置,其特征是：主要包括立体像素组件,还可以包括混光镜;立体像素组件包括权利要求1所述的像素显示器件、动态驱动机构以及可选的基板,像素显示器件可以选择但不限于自发光元件、反射光元件或散射光元件,反射光元件包括漫反射元件、全反射镜或曲面镜;动态驱动机构连接像素显示器件和基板,基板可以是驱动电路的电路板,也可以采用混光镜矩阵的端面作为基板;存储驱动电路用于驱动像素显示器件移动,以在立体像素阵列表面产生动态浮雕立体图像。
  18. 一种投影屏幕,其特征是：包括根据权利要求1、15、16或17中任一权利要求的装置。
  19. 一种显示器,其特征是：包括根据权利要求1、15、16或17中任一权利要求的装置。
  20. 一种投影机,其特征是：包括根据权利要求1、15、16或17中任一权利要求的装置。
  21. 一种媒体,不包括显示器、投影机和投影屏幕,其特征是：包括根据权利要求1、15、16或17中任一权利要求的装置;所述媒体包括但不限于图片、美术作品、墙壁、建筑物表面、各种器物表面。
CN201080040598.7A 2009-09-14 2010-09-13 裸眼3d立体图像还原显示方法 Active CN102640035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201080040598.7A CN102640035B (zh) 2009-09-14 2010-09-13 裸眼3d立体图像还原显示方法

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101901729 2009-09-14
CN200910190172.9 2009-09-14
CN200910190172.9A CN102026006B (zh) 2009-09-14 2009-09-14 真实再现3d立体显示技术
CN2009101904534 2009-09-21
CN2009101904534A CN102023393A (zh) 2009-09-21 2009-09-21 一种3d立体显示技术
CN200910190453.4 2009-09-21
PCT/CN2010/076823 WO2011029409A1 (zh) 2009-09-14 2010-09-13 裸眼3d立体图像还原显示方法
CN201080040598.7A CN102640035B (zh) 2009-09-14 2010-09-13 裸眼3d立体图像还原显示方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102640035A true CN102640035A (zh) 2012-08-15
CN102640035B CN102640035B (zh) 2017-01-04

Family

ID=43732020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080040598.7A Active CN102640035B (zh) 2009-09-14 2010-09-13 裸眼3d立体图像还原显示方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102640035B (zh)
WO (1) WO2011029409A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107390380A (zh) * 2017-05-12 2017-11-24 上海誉沛光电科技有限公司 一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备
CN110573930A (zh) * 2017-03-03 2019-12-13 奥斯坦多科技公司 分割出瞳平视显示器系统和方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014526068A (ja) * 2011-08-24 2014-10-02 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 自動立体視ディスプレイデバイス
CN103051906B (zh) * 2012-12-13 2015-03-25 深圳市奥拓电子股份有限公司 集成成像裸眼3d自由立体led显示系统及其显示屏
CN103491329B (zh) * 2013-09-24 2017-09-01 西安邮电大学 投影机阵列高动态范围显示系统构建方法
CN106019762B (zh) 2016-07-27 2019-05-07 深圳市华星光电技术有限公司 一种裸眼3d透镜显示设备及其制作方法
EP3425907B1 (en) 2017-07-03 2022-01-05 Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret A.S. Display device and method for rendering a three-dimensional image
CN107238929A (zh) * 2017-07-17 2017-10-10 深圳市世尊科技有限公司 可穿戴系统
CN108124084A (zh) * 2017-11-27 2018-06-05 北京松果电子有限公司 图像采集装置及电子设备
DE102018126065A1 (de) 2018-10-19 2020-04-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optische anzeigevorrichtung und verfahren zum betrieb einer optischen anzeigevorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1317718A (zh) * 2000-04-10 2001-10-17 廖洪恩 立体全像技术
CN1619359A (zh) * 2003-09-30 2005-05-25 株式会社东芝 立体图像生成方法和立体图像显示装置
CN1778119A (zh) * 2003-04-18 2006-05-24 三洋电机株式会社 立体视角用视频提供方法和立体视频显示装置
CN1910501A (zh) * 2004-06-30 2007-02-07 松下电器产业株式会社 立体图像显示系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1317718A (zh) * 2000-04-10 2001-10-17 廖洪恩 立体全像技术
CN1778119A (zh) * 2003-04-18 2006-05-24 三洋电机株式会社 立体视角用视频提供方法和立体视频显示装置
CN1619359A (zh) * 2003-09-30 2005-05-25 株式会社东芝 立体图像生成方法和立体图像显示装置
CN1910501A (zh) * 2004-06-30 2007-02-07 松下电器产业株式会社 立体图像显示系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110573930A (zh) * 2017-03-03 2019-12-13 奥斯坦多科技公司 分割出瞳平视显示器系统和方法
CN107390380A (zh) * 2017-05-12 2017-11-24 上海誉沛光电科技有限公司 一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备
CN107390380B (zh) * 2017-05-12 2021-08-10 上海誉沛光电科技有限公司 一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN102640035B (zh) 2017-01-04
WO2011029409A1 (zh) 2011-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102640035A (zh) 裸眼3d立体图像还原显示方法
JP3151347B2 (ja) 自動立体方向性ディスプレイ装置
KR100440956B1 (ko) ２ｄ／３ｄ 겸용 디스플레이
JP4181660B2 (ja) ビデオ表示装置および方法
US6771231B2 (en) Apparatus for displaying a stereoscopic two-dimensional image and method therefor
US4414565A (en) Method and apparatus for producing three dimensional displays
US20100073376A1 (en) Electronic imaging device and method of electronically rendering a wavefront
JP2920051B2 (ja) ３次元ディスプレイ装置
EP1749405B1 (en) Autostereoscopic display apparatus
EP0509630A2 (en) A high efficiency light valve projection system
JP2004151645A (ja) 画像表示装置
CN110879478B (zh) 一种基于复合透镜阵列的集成成像3d显示装置
CN102023393A (zh) 一种3d立体显示技术
JP2004144874A (ja) 画像表示装置及び画像表示方法
EP1083757A2 (en) Stereoscopic image display apparatus
CN1361993A (zh) 立体系统
KR102139746B1 (ko) 투명 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법
EP1664902A1 (en) Autostereoscopic optical apparatus
JP2002525990A (ja) ３次元画面描画装置
JP2006330327A (ja) 投影型三次元画像表示装置
US20050078228A1 (en) Arrangement for generating images
KR101182507B1 (ko) 2차원 영상 및 3차원 영상 디스플레이장치
KR100732608B1 (ko) 프로젝션용 틸트 액츄에이터
KR100433278B1 (ko) 반사형 입체 디스플레이 시스템
KR20090072731A (ko) 입체영상디스플레이 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Wang Xiaoguang

Document name: Amendment document defect notice

C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant