CN107091882A

CN107091882A - 超声相控阵3d显示技术

Info

Publication number: CN107091882A
Application number: CN201611128242.4A
Authority: CN
Inventors: 韦翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-08-25

Abstract

超声相控阵换能器产生并控制超声波在液体（固体或气体）构成的有限立体空间范围内的偏转、聚焦等扫描，在超声波聚焦点位置产生声致发光（或变色）现象，有限立体空间内的各个发光点或变色点组合就构成了立体3D显示。超声相控阵3D显示相比于目前的3D显示技术，结构简单、无需佩戴眼镜、不会产生眩晕等不适现象，达到裸眼3D显示效果，是真正的三维显示技术。

Description

超声相控阵3D显示技术

技术领域

本发明涉及一种真正显示3D图像的显示技术，具体来说是利用超声相控阵技术控制声致发光的真正3D显示技术。

背景技术

3D显示技术也称为三维立体显示技术，最早是由英国电影先驱William Friese-Greene在20世纪初发明的，相比普通的2D画面，3D显示更加立体逼真，让观众有身临其境的感觉。经过一个世纪的发展，3D显示技术已经有了长足的进步，已有的3D显示技术主要有以下几种。

1、色差式3D立体成像。色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，但是3D画面效果也是最差的，需要配合色差式3D眼镜才能看到3D效果。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。目前我们较为最常见的滤光片颜色通常是红蓝，红绿，或者红青，目前采用这种技术的影院已经越来越少了，毕竟跟不上用户体验度的需求。

2、快门式3D技术。快门式3D技术,使用一付主动式LCD快门眼镜，交替开关左眼和右眼，让左右眼看到的两幅图像在我们的大脑中融合成一体来实现，从而产生单幅图像的3D深度感。目前三星、LG、SONY等国际大厂所推出的3D电视主要使用的就是这种3D显示技术。快门式3D技术的原理是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，通过提高画面的快速刷新率(至少要达到120Hz)，左眼和右眼个60Hz的快速刷新图象才会让人对图象不会产生抖动感，并且保持与2D 视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。

3、偏光式3D技术。偏光式3D技术（即偏振式3D技术），属于被动式3D技术，眼镜价格也较为便宜，目前3D电影院、3D液晶电视等很多采用偏光式3D技术。偏光式3D技术也细分出了很多种类，例如应用于投影机行业的偏光式3D技术，则需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3D效果，而应用于电视行业的偏光式3D技术则需要画面具有240Hz 或者480Hz 以上的刷新率，同时在屏上贴一种偏光膜，使画面能从不同的方向传送，而偏光眼镜让左右眼画面分离成垂直和水平画面，在大脑中交错重叠后实现3D效果。在偏光式3D系统中，目前市场中较为主流的有RealD 3D系统、MasterImage 3D、杜比3D系统三种。特别是RealD 3D技术，其市场占有率最高，而且不受面板类型的影响，可以帮助任何支持3D功能的电视和显示器产生出高清3D影像，拥有这项技术的RealD公司主要是通过技术授权进行推广。

4、裸眼式3D技术。裸眼式3D即看3D立体电视不需要带眼镜，目前国内一些机场大厅上TCL所展示的3D显示就是属于这种方式。裸眼式3D技术可分为光屏障式(Barrier)、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源(Directional Backlight)三种。由于人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉。三维立体影像电视正是利用这个原理，把左右眼所看到的影像分离。3D液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D画面。裸眼3D其实是在液晶屏的表面贴上一片折射透镜，控制光线通过透镜形成的时间差和角度差等形成3D效果。

相对于传统的电视机而言，3D电视能够呈现出来的图像不再局限于平面，画面大小也不再受屏幕大小的约束，观众会仿佛看到海豚在自己身边优雅游动，鸟儿从头顶轻轻掠过，足球朝面门飞速袭来……这些场景都是以往平面成像电视难以表达出来的。但目前3D 显示的劣势也很明显：（1）观看节目后感头晕和目眩。现在的3D 技术仍然存在闪烁和给人头晕的感觉，除非象电影院一样，使用21：9 的显示比例，尺寸超过100 英寸（CES 展上的最大尺寸是152英寸）周围不能存在任何参照物。（2）3D 片源太少。（3）3D 文件格式、压缩方式和存储有待标准化。（4）3D 的终端显示设备要求较高。（5）3D 仍然需要配戴眼镜。

目前应用的3D显示技术绝大部分都是通过欺骗眼睛实现的3D显示，真正裸眼3D显示技术基本上还停留在实验室阶段，存在很多问题未解决，且远未达到市场化应用。

发明内容

本发明提供了一种超声相控阵3D显示技术。超声相控阵换能器产生并控制超声波在液体（固体或气体）构成的有限立体空间范围内的偏转、聚焦等扫描，在超声波聚焦点位置产生声致发光（或变色）现象，有限立体空间内的各个发光点或变色点组合就构成了立体3D显示。由于是有限空间范围内的三维立体成像，是真正的裸眼全3D显示。

超声相控阵3D显主要有声致发光显示和声致变色显示两种方式。

声致发光显示：当强大的声波作用于液体的时候，液体中会产生一种“声空化”现象——在液体中产生气泡，气泡随即坍塌到一个非常小的体积，内部的温度可以超过10 万摄氏度，过程中会发出瞬间的闪光。利用超声相控阵换能器产生并控制超声波在液体内偏转和聚焦，在液体构成的三维立体空间内的聚焦位置点发光，利用人眼的视角暂留现象将发光点组合实现了3D发光显示。

声致变色显示：当强大的超声波通过相控阵动态聚焦扫描于固体时，固体中聚焦点能量足够强时，聚焦点位置产生直接或间接的声致变色现象。间接声致变色通过声化学反应进行，将超声波能量转化为热、电等能量，在超声波聚焦点发生热致变色、热致形变和电致变色等效应来实现。

目前易于实现的是利用液体内产生的声光效应的声致发光3D显示，通过改变超声波的频率，可以得到不同的颜色，从远紫外到红外，利用这一特性还可以实现全彩色3D显示。可预见到的是，在固体和气体材料中同样存在声致发光现象，利用声化学反应中的热、电等效应间接声致发光或变色显示也是可以实现的。

超声相控阵技术目前已大幅应用在超声探伤、医疗检测和雷达等领域。超声相控阵3D显示相比于目前的3D显示技术，结构简单、无需佩戴眼镜、不会产生眩晕等不适现象，达到裸眼3D显示效果，是真正的三维显示技术。

附图说明

图1是本发明3D显示实施例的结构示意图。

图2是本发明2D显示实施例的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明实施例的3D显示结构示意图，基座（1）内部设置有相控阵控制电路及显示信号输入端子，基座（1）上放置透明空心容器（2），透明空心容器（2）内部放置有液体（4），基座（1）上设置有超声相控阵换能器（3），超声相控阵换能器（3）发出超声波并偏转聚焦进入液体（4）中，在液体（4）中超声波聚焦点发生声致发光的现象，无数多个发光点在立体空间组合构成了3D的影像（5）。

图2是本发明实施例的2D显示结构示意图，基座（1）内部设置有相控阵控制电路及显示信号输入端子，基座（1）上放置透明空心容器（2），透明空心容器（2）内部放置有液体（4），基座（1）上设置有超声相控阵换能器（3），超声相控阵换能器（3）发出超声波并偏转聚焦进入液体（4）中，在液体（4）中超声波聚焦点发生声致发光的现象，无数多个发光点在平面组合构成了2D的影像（5）。

通过改变输入超声波的频率，声致发光的光色也会不一样，利用这一特性可以实现3D全彩色显示。超声相控阵3D显示不只局限于一个封闭的立体空间内实现。

尽管根据上述实施方式对本发明进行了说明，但是，显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种替换、修改和变换。上述优选实施方式仅为了说明本发明，而不是用于限定本发明的。在不违背本发明权利要求所限定的范围的情况下，对本发明可进行多种改变。

Claims

1.一种超声相控阵3D显示技术，通过超声相控阵换能器产生并控制超声波在液体（固体或气体）构成的有限立体空间范围内的偏转、聚焦等扫描，超声波聚焦点位置产生声致发光（或变色）现象，有限立体空间内的各个发光点或变色点组合就构成了立体3D显示。

2.根据权利要求1所述的超声相控阵3D显示技术，其特征在于：超声相控阵3D显示主要有声致发光显示和声致变色显示两种方式。

3.根据权利要求1所述的超声相控阵3D显示技术，其特征在于：可以间接利用声化学反应中的热、电等效应产生声致发光或变色显示。

4.根据权利要求1所述的超声相控阵3D显示技术，其特征在于：通过改变超声波的频率，可以得到不同的颜色，从远紫外到红外，利用这一特性还可以实现全彩色3D显示。

5.根据权利要求1所述的超声相控阵3D显示技术，其特征在于：超声相控阵3D显示不只局限于一个封闭的立体空间内实现。