CN106489097A - 三维屏幕结构以及三维图像生成系统 - Google Patents

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CN106489097A CN201580038193.2A CN201580038193A CN106489097A CN 106489097 A CN106489097 A CN 106489097A CN 201580038193 A CN201580038193 A CN 201580038193A CN 106489097 A CN106489097 A CN 106489097A
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Abstract

[解决方案]一种三维屏幕结构被配置为接收从图像光源投射出的图像光。该三维屏幕结构设置有多个粒子和束缚单元。该多个粒子三维地设置并且能够透射或者反射图像光。该束缚单元束缚多个粒子。

Description

三维屏幕结构以及三维图像生成系统
技术领域
本技术涉及一种生成三维图像的三维图像生成系统，以及涉及一种在三维图像生成系统中显示三维图像的三维屏幕结构。
背景技术
典型的全息摄影技术是一种例如使基准光和信号光彼此干涉并且将干涉光记录在全息记录介质上的技术。换言之，在记录时，干涉光的明暗图案(即，其强度和相位)被记录在记录介质上。在再现信号光时，使用干涉光来照射记录介质，并且因此从记录介质产生衍射光。观察者可以看到作为立体图像的衍射光。
专利文献1公开了一种设备，该设备使用再现光来照射诸如图像传感器等检测器以便在再现信号光时获得数字图像(例如，见专利文献1的第[0004]至[0007]段)。
进一步地，还具有一种所谓的数字全息摄影技术，该数字全息摄影技术通过使用固态成像装置来获取作为数字图像的上述干涉光。在数字全息摄影技术中，干涉光的强度和相位的数据被处理为干涉条纹图像的数字数据，并且至少在再现时还需要进行图像处理。因此，数字全息摄影技术的缺点在于数据量和数据处理量庞大。
作为获得立体图像的另一种方式，专利文献2公开了一种使用雾或者水滴的屏幕的显示系统。该显示系统包括发生器和投影仪，该发生器生成雾或者水滴的屏幕，该投影仪将3D内容投射到发生器生成的雾或者水滴上(例如，见专利文献2的第[0019]段)。
专利文献1：日本专利申请特开2013-178860
专利文献2：日本专利申请特开2013-17161
发明内容
本发明待解决的问题
然而，专利文献2中描述的系统需要使用雾或者水滴的屏幕。图像光的再现准确性会取决于喷射液体的方法或者系统周围的环境而发生很大程度的变化，并且很难确保恒定质量。
由于上文描述的这些原因，所以本技术的目的是提供一种能够获得具有高再现准确性和恒定质量的再现图像的三维图像生成系统、以及一种用于三维图像生成系统的三维屏幕结构。
解决问题的方式
为了实现上文描述的目的，根据本技术，提供了一种三维屏幕结构，其是如下三维屏幕结构：从图像光源投射出的图像光入射在所述三维屏幕结构上。所述三维屏幕结构包括粒子和束缚单元。
所述粒子三维地设置并且能够透射或者反射所述图像光。
所述束缚单元束缚所述粒子。
由于所述粒子配置为由所述束缚单元束缚，所以所述粒子的位置是固定的。因此，与喷射水滴的屏幕相比，所述三维屏幕结构可以获得具有高再现准确性和恒定质量的再现图像。
所述粒子可以随机地设置。
因此，无论所述图像光源位于任何位置，都能将所述图像光投射到所述粒子上。
所述粒子可以有规律地设置。
因此，所述三维屏幕结构容易制造。
所述粒子可以按照如下方式进行设置：使得单位体积的粒子数量从所述三维屏幕结构的表面朝着其内部增加。
因此，可以将来自所述图像光源的大量光反射在所述粒子上，并且可以提高光使用效率。
所述束缚单元可以包括分别形成为柱形或者杆形的连接体。
所述束缚单元可以是填充所述粒子之间空间的透明体。
换言之，由于没有杆形或者柱形的连接体，所以所述图像光的行进不受所述三维屏幕结构内的所述束缚单元的阻碍，并且可以实现高图像质量。
所述粒子和所述束缚单元可以由光固化树脂制成。因此，所述三维屏幕结构可以使用3D打印机制造。
根据本技术，提供了一种三维图像生成系统，所述三维图像生成系统包括：一个或多个图像光源，所述一个或多个图像光源能够投射图像光；以及上述的三维屏幕结构。
所述一个或多个图像光源可以是分别从不同方向将所述图像光投射到所述三维屏幕结构上的图像光源。
观察者在所述三维屏幕结构周围的预定范围内移动，并且因此可以看到包括三维信息的三维图像。
发明效果
如上文所描述的，根据本技术，能够获得具有高再现准确性和恒定质量的再现图像。应注意，本文描述的效果不必受到限制并且可以是本公开中描述的任何效果。
附图说明
图1的部分A是概念性地示出根据本技术的第一实施例的三维图像生成系统的图。图1的部分B是从顶部看时三维图像生成系统的平面图。
图2是描述粒子和束缚单元的尺寸的图。
图3是示出根据第一实施例的三维屏幕结构的修改示例的透视图。
图4是示意性地示出作为第二实施例的包括多个投影仪的三维图像生成系统的平面图。
图5是作为第三实施例的三维屏幕结构的另一个示例的放大图。
图6示出了作为第四实施例的三维屏幕结构的另一个示例。
图7的部分A是三维屏幕结构的一部分的放大图。图7的部分B是从顶部看时包括三维屏幕结构的三维图像生成系统的平面图。
图8示出了作为第六实施例的三维屏幕结构的另一个示例。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本技术的实施例进行描述。
[第一实施例]
图1的部分A是概念性地示出根据本技术的第一实施例的三维图像生成系统的图。图1的部分B是从顶部看时三维图像生成系统50的平面图。三维图像生成系统50包括投影仪10和三维屏幕结构20，投影仪10用作图像光源，以及来自投影仪10的图像光11投射到三维屏幕结构20上。
对于投影仪10，使用的是具有一般结构和功能的投影仪。从投影仪10投射出的图像数据可以是一般的2D图像。本文中使用的“图像”包括静态图像和动态图像两种意思。
在附图中以部分地被放大的方式示出的三维屏幕结构20包括多个粒子21以及束缚这些粒子21的束缚单元25。术语“束缚”意味着连接、结合等。
三维屏幕结构20包括大量或者无数粒子21。三维屏幕结构20的总体形状(外部形状)可以是任何形状。图1的部分A和部分B示出了作为示例的圆柱形。
例如，粒子21具有模仿雾或者水滴的结构。粒子21随机地进行三维设置。例如，粒子21分别形成为球形。然而，形状不限于球形并且可以是多面体形状或者其它随机粒子形状。
束缚单元25包括多个连接体(或者联接体)26。连接体26分别形成为杆形或者柱形并且与粒子21连接。多个(例如，两个)连接体26从每一个粒子21延伸出去。
应注意，可以在三维屏幕结构20下方提供基部(未示出)。
三维屏幕结构20在图1的部分A和部分B中的全景图示出了粒子的密度(分散程度)取决于区域而发生变化，这是为了容易理解附图的目的。实际上，令人期望的是，分散程度尽可能均匀。
图2是描述粒子21和束缚单元25的尺寸的图。
粒子21的尺寸(例如，体积)为例如约1*10-4cm3至1cm3，例如，为0.03cm3。
粒子21之间的间距为例如约0.6mm至10cm。连接体26的厚度为例如约0.1mm至几厘米。这些尺寸可以取决于三维屏幕结构20的尺寸而恰当地改变。
三维屏幕结构20是通过使用注塑成型设备或者3D打印机(模制设备)来形成。
例如，具有相当大尺寸的三维屏幕结构可以使用注塑成型设备来制造。例如，配置三维屏幕结构的多个部件是使用注塑成型设备来制造并且然后彼此组合在一起。因此，可以生产出三维屏幕结构。
具有相当小尺寸的、尤其是包括微结构粒子和束缚单元的三维屏幕结构可以使用3D打印机来制造。对于3D打印机，例如，可以使用在日本专利申请特开2012-040757、2012-106437、2012-240216、2013-207060、2013-059983等中描述的设备。
根据该实施例的三维屏幕结构20令人期望的是透射型。透射型指的是粒子21透射来自投影仪10的图像光11这种类型。然而，类型不必限制于透射型并且可以是反射型。即，反射型是粒子21反射来自投影仪10的图像光11并且观察者U观察反射出的图像光11这种类型。
粒子21的材料通常是树脂。例如，选择性地使用如下树脂中的至少一种：PEEK、PC、PMMA、POM、PU、PET、PA、PCTFE、PEFE、FEP、PFA、ETFE、PVDF、软质PVC、PVA、ABS、PP、PMM、以及APS。进一步地，树脂材料可以涂有保护膜、彩色膜等。在反射型的情况下，树脂材料本身或者其表面薄膜令人期望地具有白色(例如，(R,G,B)＝(255,255,255))。
与粒子21的材料相同的材料也可以选择性地用于束缚单元25的材料。在一个三维屏幕结构20中，粒子21的材料和束缚单元25的材料可以彼此不同。
当三维屏幕结构20是使用3D打印机形成时并且当三维屏幕结构20是透射型时，粒子21和束缚单元25的材料通常是透明或者半透明的光固化树脂。
术语“透明”和“半透明”意味着人眼可看见穿过材料的光的状态。在此，“透明”和“半透明”之间的量化差异的表示是无意义的，并且“透明”和“半透明”仅在光透射率上彼此不同。
在反射型的情况下，光固化树脂是明显不透明的，或者透明或半透明的光固化树脂设有彩色涂层。
图1的部分B示出了观察者U、三维屏幕结构20、以及投影仪10之间的布局关系。三维屏幕结构20在该示例中是透射型。换言之，三维屏幕结构20的粒子21是透明或者半透明的。在该示例中，投影仪10和观察者U通常具有如下位置关系：投影仪10和观察者U以三维屏幕结构20为中心面朝彼此。
当从投影仪10投射出的图像光11入射在三维屏幕结构20的内侧上时，图像光11穿过每一个粒子21的内部(在粒子21的表面上折射以穿过内部)或者在粒子21的表面上完全被反射。换言之，在三维屏幕结构20的深度方向上(尤其是在图像光11从投影仪10开始行进的方向上)出现随机相位差。这样，相位信息被传达至图像，并且投射出的图像因此包括三维信息。这使得观察者U看到被投射在三维屏幕结构20内的、作为具有三维深度的图像的图像光11。
进一步地，由于图像光11如上文所描述那样被折射和完全反射，所以即使当观察者U围绕三维屏幕结构20在例如约±30°的范围内移动时，观察者U也可以看到被投射在三维屏幕结构20内的、具有深度的图像。注意，在该示例中，根据观察者U的位置，图像看起来会稍微不同。
在该实施例中，当结构是透明或者半透明时，可以实现像是被投射在空气中的图像的视频呈现。通常，通过如下方法来创建全息图视频：使显示器以高速旋转的方法或者将视频应用至雾或水滴的方法。这些方法需要大型设备来创建图像显示介质。尤其在旋转显示器等中，为了使观察者感觉到好像是将视频投射在了空气中，需要特别为此创建图像数据。在这方面，该实施例不需要对图像数据进行处理。
如上文所描述的，由于大量粒子21三维地设置并且配置为由束缚单元25束缚，所以大量粒子21的位置是固定的。因此，与喷射水滴的屏幕相比，三维屏幕结构20可以获得具有高再现准确性和恒定质量的再现图像。
由于大量粒子21在该实施例中随机地设置，所以无论投影仪10处于任何位置，都能将图像光11投射到大量粒子21上。因此，投影仪10可以设置在任意位置处，并且提高了三维图像生成系统50的设计自由度。
进一步地，在该实施例中，可以不用像在常规执行的投影映射中那样将图像投射到平面或者物体的表面上，而是投射到物体的内部。因此，可以预期新的视频呈现超越投影映射。
例如，如在图3中示出的，三维屏幕结构30可以包括具有块状的多个粒子31。应注意，在该图中未示出束缚单元。块状是立方体或者长方体的形状。在该示例中，粒子31设置为具有如下姿态：将其某些表面定向至某些方向(在此，在图像光11的入射方向上)。粒子31随机地设置。粒子31的形状设置为块状，诸如，如上文描述的立方体或者长方体，并且因此使得能够在三维形状中进行投影映射。
[第二实施例]
图4是示意性地示出作为第二实施例的包括多个投影仪10的三维图像生成系统的平面图。
在该示例中，例如，以规律的间隔围绕三维屏幕结构20设置五个投影仪10，并且间隔在180°的范围内。来自这些投影仪10的光的行进方向(主光轴的方向)不同于彼此。投影仪10设置为使得所有光均被定向至三维屏幕结构20的中心。进一步地，从相应投影仪10投射出的图像数据分别具有与投影仪10的布局关系相关联的视差。因此，包括三维信息的三维图像被投射到三维屏幕结构20上。当在三维屏幕结构20周围改变观察位置(三维屏幕结构20的观察角度)时，观察者U可以看到三维图像。
在图4中示出的示例中，多个投影仪10设置在相同平面上，但也可以三维地设置。同样在该示例中，三维地设置的多个投影仪10投射具有视差的图像光以便使得能够再现与投影仪10的布局相关联的图像。
显然，投影仪10的数量不限于五个。投影仪10的数量可以小于五个或者可以是六个或者更多个。
[第三实施例]
图5是作为第三实施例的三维屏幕结构的另一个示例的放大图。在该实施例中，三个或者更多个连接体26从一个粒子21延伸出去。粒子21随机地设置。束缚单元25对于图像的生成几乎无用，并且因此令人期望的是，其体积尽可能的小。然而，鉴于粒子21之间的硬度，连接体26的数量越大，合成度就越高。在该实施例中，优先考虑粒子21之间的硬度并且最终优先考虑三维屏幕结构的硬度，并且因此增加束缚单元25的体积。
[第四实施例]
图6示出了作为第四实施例的三维屏幕结构的另一个示例。在根据该实施例的三维屏幕结构40中，粒子21不是随机地设置而是有规律地设置。具体地，这些粒子21按照如下方式进行设置：使得单位体积的粒子21的数量(下文视情况而定描述为“粒子密度”)从三维屏幕结构的表面朝着其内部增加。该图是在平面图中的概念图，并且因此示出了二维地设置的粒子21。然而，实际上，粒子21是三维地设置的。应注意，在图6中省略了对束缚单元的图示。
例如，投影仪10设置为使得图像光11从低粒子密度的方向上入射到三维屏幕结构40的表面之外。观察者U可以看到在三维屏幕结构40中生成的作为反射光的图像。
在该实施例中，由于来自投影仪10的图像光11相对于三维屏幕结构40的深度更大，所以图像光11的反射概率增加。因此，可以提高光使用效率。因此，可以生成具有高亮度的三维图像。
[第五实施例]
图7的部分A是三维屏幕结构的一部分的放大图。粒子21和连接体26具有类似规律的晶格的结构。例如，粒子21设在立方晶格的相应定点处，并且连接体26设置为立方晶格的相应侧边。采用一个立方晶格作为一个单元，可以形成由大量立方晶格构成的三维屏幕结构。
图7的部分B是从顶部看时包括三维屏幕结构的三维图像生成系统的平面图。投影仪10设置为使得来自投影仪10的图像光11的行进方向(主光轴的方向)斜向于连接体26的长度方向。来自投影仪10的图像光11的主光轴的方向是如下方向：在该方向上，来自投影仪10的光可以直接到达尽可能多的粒子21。这种三维图像生成系统使得能够生成具有深度的图像。显然，可以提供多个投影仪10。
透射型和反射型两者均可应用于三维屏幕结构。显然，可以提供多个投影仪10。
应注意，在该实施例中，晶格的单元是立方体，但也可以是长方体。
[第六实施例]
图8示出了作为第六实施例的三维屏幕结构的另一个示例。三维屏幕结构60包括作为束缚单元的透明体65。透明体65填充粒子61之间的空间。透明体65是由光固化树脂材料制成，光固化树脂材料可以通过使用3D打印机来形成。三维屏幕结构60构造为使得例如透明、半透明和不透明粒子61分散在透明体65内。
粒子61的光透射率和透明体65的光透射率彼此不同。透明体65的透射率令人期望地高于粒子61的透射率。
根据如上文描述的结构，由于没有上文描述的实施例的杆形或者柱形的连接体，所以图像光的行进不受三维屏幕结构60内的束缚单元的阻碍，并且可以实现高图像质量。
[其它实施例]
本技术不限于上文描述的实施例并且可以实现多个其它实施例。
例如，三维屏幕结构的每一个粒子均可以具有液晶装置结构。例如，每一个粒子包括：液晶、容置液晶的容器结构、设置至容器结构且操作液晶的电极等。输电线形成在连接体的表面上或者内部。为每一个粒子分配唯一地址。例如，当三维屏幕结构是使用3D打印机来制造时，使用上述专利公报中所公开的至少一个3D打印机使得能够在三维屏幕结构20内形成金属膜和配线。
通过这种包括液晶的三维屏幕结构，粒子可以分别对光透射率进行控制，并且因此可以生成多种三维图像。
在上文描述的实施例的特征部分中，至少两个特征部分可以彼此组合。例如，在图8中示出的三维屏幕结构60和例如在图3、图4或图6中示出的粒子的结构可以彼此组合。
应注意，本技术可以具有如下配置。
(1)一种三维屏幕结构，从图像光源投射出的图像光入射在所述三维屏幕结构上，所述三维屏幕结构包括：
粒子，所述粒子三维地设置并且能够透射或者反射所述图像光；以及
束缚单元，所述束缚单元束缚所述粒子。
(2)根据(1)的所述三维屏幕结构，其中，
所述粒子随机地设置。
(3)根据(1)的所述三维屏幕结构，其中，
所述粒子有规律地设置。
(4)根据(3)的所述三维屏幕结构，其中，
所述粒子按照如下方式进行设置：使得单位体积的粒子数量从所述三维屏幕结构的表面朝着其内部增加。
(5)根据(1)至(4)中任一项的所述三维屏幕结构，其中，
所述束缚单元包括分别形成为杆形或者柱形的连接体。
(6)根据(1)至(5)中任一项的所述三维屏幕结构，其中，
所述束缚单元是填充所述粒子之间的空间的透明体。
(7)根据(1)至(6)中任一项的所述三维屏幕结构，其中，
所述粒子和所述束缚单元由光固化树脂制成。
(8)一种三维图像生成系统，其包括：
一个或多个图像光源，所述一个或多个图像光源能够投射图像光；以及
三维屏幕结构，所述三维屏幕结构包括：
粒子，所述粒子三维地设置并且能够透射或者反射图像光，以及
束缚单元，所述束缚单元束缚所述粒子。
(9)根据(8)的所述三维图像生成系统，其中，
所述一个或多个图像光源是分别从不同方向将所述图像光投射到所述三维屏幕结构的图像光源。
附图标记描述
10 投影仪
11 图像光
20、30、40、60 三维屏幕结构
21、31、61 粒子
25 束缚单元
26 连接体
50 三维图像生成系统
65 透明体。

Claims (9)

1.一种三维屏幕结构，从图像光源投射出的图像光入射在所述三维屏幕结构上，所述三维屏幕结构包括：
粒子，所述粒子三维地设置并且能够透射或者反射所述图像光；以及
束缚单元，所述束缚单元束缚所述粒子。
2.根据权利要求1所述的三维屏幕结构，其中，
所述粒子随机地设置。
3.根据权利要求1所述的三维屏幕结构，其中，
所述粒子有规律地设置。
4.根据权利要求3所述的三维屏幕结构，其中，
所述粒子按照如下方式进行设置：使得单位体积的粒子数量从所述三维屏幕结构的表面朝着其内部增加。
5.根据权利要求1所述的三维屏幕结构，其中，
所述束缚单元包括分别形成为杆形或者柱形的连接体。
6.根据权利要求1所述的三维屏幕结构，其中，
所述束缚单元是填充所述粒子之间空间的透明体。
7.根据权利要求1所述的三维屏幕结构，其中，
所述粒子和所述束缚单元由光固化树脂制成。
8.一种三维图像生成系统，其包括：
一个或多个图像光源，所述一个或多个图像光源能够投射图像光；以及
三维屏幕结构，所述三维屏幕结构包括：
粒子，所述粒子三维地设置并且能够透射或者反射所述图像光，以及
束缚单元，所述束缚单元束缚所述粒子。
9.根据权利要求8所述的三维图像生成系统，其中，
所述一个或多个图像光源是分别从不同方向将所述图像光投射到所述三维屏幕结构的图像光源。
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