CN111458898A - 三维立体有机发光集成电路及成像方法 - Google Patents

Abstract

三维立体有机发光集成电路及成像方法，涉及广播电视，计算机图像处理以及集成电路领域，解决现有三维像被限制在显示装置内部，以及因空间透明而无法实现自身遮蔽等问题，三维立体有机发光集成电路，包括依次沿主光轴设置的凸透镜、同步光阑、立体发光体和吸光外壳；凸透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的平面与同步光阑连接，立体发光体置于吸光外壳内且与同步光阑连接，吸光外壳的开口端两侧通过透光胶与同步光阑连接；平凸透镜的尺寸大于吸光外壳开口端内边缘尺寸；采用透光胶填充所述凸透镜、同步光阑、立体发光体以及吸光外壳之间所有空隙。本发明的成像方法可以制作出裸眼三维显示装置，在空中动态显示具有真实视角的三维物体。

Description

三维立体有机发光集成电路及成像方法

技术领域

本发明涉及广播电视，计算机图像处理以及集成电路领域，具体涉及一种三维立体有机发光集成电路及应用系统。

背景技术

视频图像裸眼三维显示是一个研究热点，目前主流三维显示技术一般分为视差型，光场重构型，全息型，以及体三维型；视差型采取视觉错觉方法，不同视角的观众看到的内容相同，属于伪三维显示，其它类型可以实现真三维显示；光场重构型需要精密的机械运动机构与多个光学设备配合，结构比较复杂；全息型目前可以实现一些静态图像显示，但是受空间光调制件以及计算能力限制，动态全息在短期内还存在困难；体三维型分成静体三维和动体三维两种，静体三维是通过激发空间中与三维物体相对应位置的显示介质组成三维像；动体三维是把光投射到运动的反射装置上，或者让发光点周期性运动；这些真三维显示系统主要存在三维像被限制在显示装置内部，以及因空间透明而无法实现自身遮蔽两个问题。

发明内容

本发明为解决现有的三维像被限制在显示装置内部，以及因空间透明而无法实现自身遮蔽等问题，提供一种三维立体有机发光集成电路及应用系统。

三维立体有机发光集成电路，包括依次沿主光轴设置的凸透镜、同步光阑、立体发光体和吸光外壳；

所述凸透镜为平凸透镜，所述平凸透镜的平面与同步光阑连接，所述立体发光体置于吸光外壳内且与同步光阑连接，所述吸光外壳的开口端两侧通过透光胶与同步光阑连接；所述平凸透镜的尺寸大于吸光外壳开口端内边缘尺寸；采用透光胶填充所述凸透镜、同步光阑、立体发光体以及吸光外壳之间所有空隙。

三维立体有机发光集成电路的成像方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将凹面反射镜与三维立体有机发光集成电路同轴设置，设定所述凹面反射镜的焦距为F，所述凹面反射镜右交点与集成电路中凸透镜的左焦点重合于O点；凸透镜的右焦点为A点，凸透镜的焦距为S，凹面反射镜的焦距F大于集成电路中凸透镜的焦距S，主光轴所在直线为z轴；

步骤二、设置三维立体有机发光集成电路中立体发光体产生的像为原像，光线经三维立体有机发光集成电路的凸透镜反射后经凹面反射镜后成像，人眼从z轴反方向接收像；

人眼接收的像随原像沿着z轴纵深方向移动，当原像在纵深方向位置往复运动频率超过十赫兹时，视觉暂留效应使空中显示像为三维像；

步骤三、控制同步光阑随不同位置的有机发光体遮挡凸透镜的不同区域，则在不同视角人眼接收成像物体的不同图像信息，实现三维景物自身遮蔽效果的真三维显示。

本发明有益的效果：

本发明所述的三维立体有机发光集成电路，具有无振动、无噪音、长寿命的优点；运用与传统单层平面的有机发光体元件以及液晶显示元件的制作工艺方法，设计有同步光阑结构，制作出多层立体的有机发光集成电路；并提供一种具有真实视角的无介质裸眼三维立体成像应用系统。

本发明可应用于真三维成像系统，实现三维景物成像到装置之外的空中；通过设计同步光阑结构，可以在透明的空气中实现三维景物的自身遮蔽效果。

本发明运用三维立体有机发光集成电路的成像方法可以制作出裸眼三维显示装置，在空中动态显示具有真实视角的三维物体。

附图说明

图1为本发明所述的三维立体有机发光集成电路沿轴线的剖面图；

图2为本发明所述的三维立体有机发光集成电路的成像关系示意图；

图3为本发明所述的三维立体有机发光集成电路的成像方法中成像系统的结构图；

图4为在显示可见区，X处的原像在D处对应显示三维像的原理图；

图5为显示三维重建效果的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，三维立体有机发光集成电路，包括凸透镜1，同步光阑2，立体发光体3和吸光外壳5；

所述凸透镜1为平凸透镜，平面与同步光阑2接触连接，主光轴所在直线为z轴；z轴也是元件的轴线，与z轴垂直向上的方向为y轴，与yz平面垂直的方向为x轴；

凸透镜1的焦距为S，图1中A点为凸透镜1的右侧焦点；B点在A点右侧，距离A点也为S；O点为凸透镜1的左侧焦点。

所述同步光阑2由采用薄膜场效应管液晶结构，当作点阵式的光开关使用，只有通光和阻光两种输出状态。

所述立体发光体3由至少三个以上，甚至多达上千个的有机发光体4叠层接触排列组成，用透光胶(一般可以用光敏胶)粘接，使透光胶占据所有间隙并排空所有空气；立体发光体3的左侧与同步光阑2接触连接；通常只需使立体发光体3的右侧延长覆盖到B点就可以满足多数场合的应用需要。

所述有机发光体4采用透明玻璃衬底基材，透明的电极，透明的发光层村料，以及透明的载流子转输材料制作，在有机发光体4中光刻制作得到的薄膜晶体管；薄膜电容以及所有电线全部透明。

立体发光体3除了与同步光阑2接触连接的左侧以外，其它几个外部表面都与吸光外壳5接触连接；z轴与立体发光体3左侧平面相交于P点；吸光外壳5不透光，并且为了不反光，内表面粗糙不光滑，存在大量细密的吸光小坑。

采用透光胶填充凸透镜1，同步光阑2，立体发光体3以及吸光外壳5之间所有空隙，使透光胶占据所有间隙并排空所有空气；同步光阑2的右边与吸光外壳5接触连接，同步光阑2上液晶点阵区域可以完全覆盖住整个吸光外壳5开口处的内边缘，并用透光胶粘在一起；当所有液晶点阵像素都为阻光状态时，没有光可以从同步光阑2和吸光外壳5形成的封闭区域中射出。

所述同步光阑2的左边与凸透镜1的右侧平面接触连接，平凸透镜的尺寸要大于吸光外壳5开口处的内边缘尺寸，当同步光阑2中所有液晶点阵像素都为通光状态时，立体发光体3所发出的所有光线都只能通过凸透镜1射输出，没有光可以不通过凸透镜1而从其它方向泄漏。

本实施方式中，每一个有机发光体4都是平面点阵式显示器件，在与xy平面平行的平面上显示平面图像；多个有机发光体4层叠在一起，每一个有机发光体4都分别显示各自的图像，就能在立体发光体3中生成了一个三维立体的物体景物，单个有机发光体显示的平面图像就是三维立体物体在这个有机发光体所在z坐标位置与xy平面平行方向的切片图，称为原像；采用电路控制每一个有机发光体4所显示的平面图像，可以任意产生不同形状的物体，最大物体不能超过元件空间尺寸限制，最小物体不能小于有机发光体4中一个像素；控制电路即可以随时刷新改变立体发光体3中物体的形状和大小，也可以在保持物体的形状与大小使它在立体发光体中三维运动。

因为日常生活中常见的景物都是实心不透明的，也就是景物内部是不需要发光的，所以每个有机发光体4只需要显示出这个物体切片的外边缘轮廓图；每个有机发光体4所发出的光线经过凸透镜1折射到左侧输出，也就是把立体发光体3中的三维景物成像到凸透镜1左侧；立体发光体3中景物z坐标为负值的部分被凸透镜1输出为虚像，z坐标为正值的部分输出为实像，z坐标为零时输出像位于无穷远处。

结合图2说明本实施方式，所述立体发光体3中的原像7，输出的像8；当立体发光体3中景物z坐标等于Z时，图中像8与O点的距离为G；当像位于O点左侧时G取正值，当像位于O点右侧时，G取负值；

具体实施方式二、结合图3至图5说明本实施方式，应用三维立体有机发光集成电路的成像方法，该方法的具体过程为：

首先，将凹面反射镜6和三维立体有机发光集成电路同轴设置组成成像系统，所述凹面反射镜6的焦距为F，右交点与三维立体有机发光集成电路的左侧焦点重合于O点；

三维立体有机发光集成电路中立体发光体中的原像7，光线射出被凹面反射镜6成像8；人眼9可以从z轴反方向看到这个像8；

若原像7到A点的z轴坐标为Z，则像8在z轴的坐标R可以计算；

若原像7的高度为h，可根据集成电路的焦距S以及凹面反射镜6的焦距F计算出像8的高度H；

在z轴方向上依次显示每一个有机发光体显示原像，每次只有一个显示，这种使原像沿z轴方向前后移动的方式称为纵深扫描；

由此可见，如果在集成电路内部的原像7保持形状大小都不变，在沿z轴纵深移动时，那么观众看到像8的高度与形状也保持不变，也沿着z轴纵深移动。

从以上两个计算式可以看出，只需使凹面反射镜6的焦距为F大于集成电路的焦距S，集成电路中的原像7发生少量移动就能使像8在空中产生大距离的运动；

在一定区域范围内才可以看到重建的三维景物，这个区域范围称为显示可见区；在傍轴条件下，每个原像的显示可见区是以z轴为轴，三维像与z轴交点为顶点的一个圆锥区域；图4中X处的原像在D处对应显示三维像，若凸透镜的半径为r，则可见区圆锥的圆锥半角θ可以计算；

本实施方式中，同步光阑2处于全透明的状态时，若显示一个立体物体，因为空间是透明的，所以这个物体也都是透明的，造成物体背面也意外可见，不符合真实物体自身能够遮挡住背面的实景情况；因此，通过控制同步光阑的通光和阻光状态实现遮挡效果。

结合图5说明本实施方式，凹面反射镜6，集成电路中的凸透镜1，集成电路中的同步光阑2，集成电路内部原像7，集成电路外部成像8，人眼9看到的三维重建像12；当同步光阑2挡住凸透镜1的下部分时，三维重建像12可见区域为T，也就是只有在z轴的斜下侧可以看到三维重建像12；而从斜上侧，也就是从三维重建像12的背面是看不到三维重建像12的；

所述同步光阑2为在控制电路的作用下，根据集成电路成像输出内容进行动态纵深扫描，在不同扫描位置，拟用可见区圆锥的圆锥半角θ计算公式计算出r参数，遮挡凸透镜1上的不同区域，可以控制每个三维重建切片像的可见区范围，实现只显示出三维重建像12应该显示出的那一侧，仿真物体自身遮挡的效果；立体发光体中进行纵深扫描显示图像与光阑像素的扫描相互配合，可勾勒出物体的边缘部分，视觉暂留效应使观众看到逼真的三维物体，并且处于不同视角的观众可看到同一个物体的边缘轮廓，同时看到的内容可以不相同。

Claims (8)

1.三维立体有机发光集成电路，其特征是：包括依次沿主光轴设置的凸透镜(1)、同步光阑(2)、立体发光体(3)和吸光外壳(5)；

所述凸透镜(1)为平凸透镜，所述平凸透镜的平面与同步光阑(2)连接，所述立体发光体(3)置于吸光外壳(5)内且与同步光阑(2)连接，所述吸光外壳(5)的开口端两侧通过透光胶与同步光阑(2)连接；所述平凸透镜的尺寸大于吸光外壳(5)开口端内边缘尺寸；采用透光胶填充所述凸透镜(1)、同步光阑(2)、立体发光体(3)以及吸光外壳(5)之间所有空隙。

2.根据权利要求1所述的三维立体有机发光集成电路，其特征在于：所述立体发光体(3)至少由三个有机发光体(4)通过透光胶粘接组成。

3.根据权利要求2所述的三维立体有机发光集成电路，其特征在于：所述有机发光体(4)采用透明玻璃衬底，透明的电极，透明的发光层村料以及透明的载流子转输材料制作，在有机发光体(4)中光刻制作薄膜晶体管，薄膜电容以及透明电线。

4.根据权利要求1所述的三维立体有机发光集成电路，其特征在于：所述同步光阑(2)采用薄膜场效应管液晶结构，作为点阵式的光开关使用，设置有通光和阻光两种输出状态。

5.根据权利要求1所述的三维立体有机发光集成电路，其特征在于：所述吸光外壳(5)为不透光且内部表面设置粗糙的凹坑。

6.应用权利要求1所述的三维立体有机发光集成电路的成像方法，其特征是：该方法的具体实现方式为：

步骤一、将凹面反射镜(6)与三维立体有机发光集成电路同轴设置，设定所述凹面反射镜(6)的焦距为F，所述凹面反射镜(6)右交点与集成电路中凸透镜(1)的左焦点重合于O点；凸透镜(1)的右焦点为A点，凸透镜(1)的焦距为S，凹面反射镜(6)的焦距F大于集成电路中凸透镜(1)的焦距S，主光轴所在直线为z轴；

步骤二、设置三维立体有机发光集成电路中立体发光体产生的像为原像(7)，光线经三维立体有机发光集成电路的凸透镜(1)反射后经凹面反射镜(6)后成像(8)，人眼从z轴反方向接收像(8)；

人眼接收的像(8)随原像(7)沿着z轴纵深方向移动，当原像(7)在纵深方向位置往复运动频率超过十赫兹时，视觉暂留效应使空中显示像为三维像；

步骤三、控制同步光阑(2)随不同位置的有机发光体(4)遮挡凸透镜(1)的不同区域，则在不同视角人眼接收成像物体的不同图像信息，实现三维景物自身遮蔽效果的真三维显示。

7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于：当原像(7)到A点的z轴坐标值为Z时，则像(8)在z轴的坐标值R用下式计算为：

设置原像(7)的高度为h，根据凸透镜(1)的焦距S以及凹面反射镜(6)的焦距F计算像(8)的高度H，采用下式表示为：

原像(7)在沿z轴纵深方向移动时，形状大小保持不变，人眼接收的像(8)也沿着z轴纵深方向移动，且高度与形状也保持不变。

8.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于：在傍轴条件下，每个原像的显示可见区是以z轴为轴，三维像与z轴交点为顶点的一个圆锥区域；若凸透镜(1)的半径为r，则可见区的圆锥半角θ，用下式计算为：

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