CN114746801A - 用于产生3d图像的自动立体装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种自动立体装置和一种用于生成自动立体图像的方法。该装置包括基板、设置在基板上的第一成像层、第二成像层、位于第一成像层和第二成像层之间的透光层、以及寻址单元。寻址单元用于基本上同时地调整第一成像层和第二成像层以生成自动立体图像。成像层可以是热敏的，或者它们可以包括含有电泳响应粒子的囊体。

Description

用于产生3D图像的自动立体装置和方法
相关申请
本申请要求2019年12月17日提交的美国临时专利申请No.62/948,926的优先权，该申请的全部内容与本文公开的所有其他专利和专利申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及3D图像装置领域，更具体地，涉及包括视差屏障的自动立体装置。
背景技术
自动立体装置无需特殊眼镜即可生成3D图像。一些自动立体装置包括视差屏障。传统的视差屏障包括具有固定图案的光屏障和狭缝或针孔的层。视差屏障放置在第二层(提供图像特定信息的成像层)的前面并与之间隔开。视差屏障选择性地阻挡由第二层发射或调制的光，使得适当定位的观察者的左眼和右眼看到3D图像。传统的固定视差屏障具有几个缺点，包括窄视角和由光屏障吸收光导致的暗图像。
内容自适应自动立体装置还包括至少两个间隔开的层。然而，视差屏障层不具有固定的图案，而是具有可根据要产生的内容而变化的透光的非二值图像。本质上，一个透光的独立可控装置用作视差屏障，第二个独立可控装置形成后层。与使用固定视差屏障的情况相比，两个可变层的组合允许更宽的视角和更亮的图像。然而，这是以显著更复杂的装置为代价的，该装置需要能够协调由第一层和第二层产生的图像的控制器。此外，多层成像介质和电极层会损害视差屏障层的透明度。
包含传统视差屏障的自动立体装置由至少两个单独印刷的图像产生，其中至少一个设置在基板上，随后将它们接合在一起以精确配准。类似地，具有内容自适应视差屏障的自动立体装置由需要彼此精确配准的两个单独的显示器(例如，LCD显示器)产生。
因此，需要改进的具有视差屏障的3D装置。
发明内容
本发明的方面通过提供自动立体装置和通过使用单个寻址单元或两个寻址单元来寻址两个成像层来生成图像的方法，克服了先前系统和方法的缺点。
在一个方面，提供了一种用于生成自动立体图像的自动立体装置。该装置包括基板、设置在基板上的第一成像层、第二成像层、位于第一成像层和第二成像层之间的透光层、以及寻址单元，该寻址单元包括加热元件。第一和第二成像层分别包括具有热可调光学特性的第一和第二材料。寻址单元被配置为向第一成像层和第二成像层施加热量。第一成像层和第二成像层生成自动立体图像。
在另一方面，提供了一种用于生成自动立体图像的自动立体装置，其包括基板、设置在基板上的第一成像层、第二成像层、位于第一成像层和第二成像层之间的透光层、包括第一加热元件的第一寻址单元和包括第二加热元件的第二寻址单元。第一和第二成像层分别包括具有热可调光学特性的第一和第二材料。第一寻址单元被配置为向第一成像层施加热量，并且第二寻址单元被配置为向第二成像层施加热量。第一成像层和第二成像层生成自动立体图像。
在另一方面，公开了一种自动立体装置，其包括具有多个电极的基板、包括电泳粒子的第一分散体的位于基板上的第一层微囊体、包括电泳粒子的第二分散体的第二层微囊体、以及在第一层和第二层之间的一层透光微囊体。透光微囊体可以基本上由透光流体组成。
在又一方面，提供了一种产生自动立体图像的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供一种自动立体装置，该装置包括基板、包含具有热可调光学特性的第一材料的第一成像层，第一成像层设置在基板上、包括具有热可调光学特性的第二材料的第二成像层、位于第一和第二成像层之间的透光层、以及包括加热元件的寻址单元；以及(b)利用寻址单元加热第一和第二成像层，使得第一和第二成像层生成自动立体图像。该方法还可以包括以下步骤：(c)向控制器提供三维图像数据；(d)计算将由第一和第二成像层产生的图像；以及(e)控制由寻址单元施加到第一和第二成像层的热量。用于该方法的自动立体装置还可以包括第二寻址单元，并且加热步骤可以包括利用寻址单元加热第一成像层和利用第二寻址单元加热第二成像层。
在另一方面，提供了一种产生自动立体图像的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供一种自动立体装置，该装置包括具有多个电极的基板、包括电泳粒子的第一分散体的位于基板上的第一层微囊体、包括电泳粒子的第二分散体的第二层微囊体、以及在第一层和第二层之间的一层透光微囊体；(b)向控制器提供三维图像数据；(c)计算将由第一层和第二层微囊体显示的图像；以及(d)控制多个电极，使得多个电极向第一层和第二层微囊体施加电场，并且第一层和第二层微囊体生成自动立体图像。在该方法中使用的自动立体装置的透光微囊体可以基本上由透光流体组成。
应当理解，上述特征可以以任意数量的各种方式组合以描述结合本文公开的特征的装置或方法。
本发明的上述优点将出现在下面的详细描述中。在描述中，参考了示出优选方面的附图。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的用于生成自动立体图像的装置的示意性侧视图。
图2A至2E是根据本发明第二实施例的用于生成自动立体图像的装置的示意性侧视图。
在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以多种形式体现。本发明的范围在所附权利要求中定义，而不是在它们之前的具体描述中定义。因此，落入权利要求的等同意义和范围内的所有方面都旨在被权利要求所涵盖。
具体实施方式
现在将参考以下方面更具体地描述本发明。需要注意的是，这里提出的以下方面仅用于说明和描述的目的。它不旨在穷举或限于所公开的精确形式。
应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制性的。本文使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
如本文所使用的，“基本上由...组成”是指组合物或组分可以包括附加成分，但前提是附加成分不会实质性地改变要求保护的组合物或方法的基本和新颖特征。
此外，所公开的主题可以实现为使用标准编程和/或工程技术和/或编程以产生硬件、固件、软件或其任何组合来实施本文详述的方面的装置、方法、设备或制品。
将结合用于产生自动立体图像的装置来描述本发明的各个方面。由于本发明的方面而出现的特征和优点非常适合该目的。尽管如此，应当理解，本发明的各个方面可以应用于其他应用并且也可以实现其他目标。
现在参考附图，更具体地参考图1，示出了根据本发明第一实施例的用于生成自动立体图像的装置。装置100包括成像构件101和寻址单元102。成像构件101包括设置在基板110上的第一成像层104、第二成像层108、以及设置在第一成像层104和第二成像层108之间的透光层106。第一成像层104和第二成像层108优选地是透光的和无色的，但是包含具有热可调光学特性的材料。如本文所使用的，“透光”层是指足够的光透过指定为透光的层以使观察者能够从一侧透过该层观察该层或在该层的另一侧上的另一种材料的光学状态的变化。在第一和第二成像层中具有热可调光学特性的材料可以吸收分别由第一吸收光谱和第二吸收光谱定义的特定波长的光。在本发明的一些方面，第一和第二吸收光谱是相同的，即可以吸收相同波长的光。然而，在其他方面，第一和第二吸收光谱重叠，但不相同。第一材料的热可调光学特性在第一温度下转变，第二材料的热可调光学特性在第二温度下转变。第一温度可以高于第二温度。
还可以在第一成像层104上设置可选的透光保护层112。在又一方面，如果成像构件101旨在形成反射装置，基板110可以包括反射片(图1中未示出)。可替代地，基板110可以是随后被移除的释放片，使得成像构件101可以层压到发光构件(图1中未示出)上，该发光构件包括用于照射成像层并提供发光装置的背光源。
成像层104和108是光学可调的，使得当寻址单元102用于寻址成像构件101时，它们各自的吸收光谱可以改变。寻址单元102能够基本上同时地寻址第一成像层104和第二成像层108，从而提供自动配准的自动立体装置。如前所述，成像层104和108优选地是透光且无色的；然而，可以单独地寻址成像层上的特定位置，以便调整特定位置的颜色，即吸收/反射特性。这允许在每个成像层上产生独特的图像。当调整时，第一成像层104或第二成像层108可以形成视差屏障，而第一成像层104和第二成像层108中的另一个提供通过视差屏障观察的后方图像，并且光学调整的第一成像层104和第二成像层108一起生成自动立体图像。
在一个方面，将期望的三维图像提供给控制器，该控制器计算要在第一和第二成像层上产生的图像以形成三维图像。如本文所使用的，术语“控制器”可以包括一个或多个处理器和存储器和/或一个或多个可编程硬件元件，并且旨在包括任何类型的处理器、CPU、微控制器、数字信号处理器或能够执行软件指令的其他装置。控制器将要产生的图像传送到寻址单元102，寻址单元102相应地调整第一成像层104和第二成像层108。在一些方面，控制器可以是装置100的组件；然而，要产生的图像的计算也可以远程完成并传送到装置100。
在本发明的一个非限制性方面，第一成像层104和第二成像层108是热敏的。对成像层的一个位置施加热量会改变该位置内材料的光学特性，从而调整其各自的吸收光谱。寻址单元102具有用于向成像构件101施加热量的加热元件，并且透光层106可以是绝热的以控制通过成像构件101的热传递。因为寻址单元102仅与成像构件101的一个表面接触，第一成像层104可以比第二成像层108对热更不敏感，使得施加到成像构件101的表面的热的时间和强度的变化能够使得第一成像层104和第二成像层108中的材料单独地进行光学调整。第一成像层104和第二成像层108中的调整区域的透光度或颜色也可以改变，从而改善由装置产生的图像的视角。
例如在美国专利No.7,408,563中公开了包括能够单独调整第一和第二成像层的单个寻址单元的装置的示例，其全部内容通过引用并入本文。该装置通过提供从两个预层压的成像层基本同时形成视差屏障和后图像，消除了精确配准第一和第二成像层的额外步骤。在另一个实施例中，该装置可以包括第二寻址单元，该第二寻址单元施加到成像构件的相对表面，使得第一寻址单元调整第一成像层的光学特性并且第二寻址单元调整第二成像层的光学特性。
直接热成像技术可用于通过由寻址单元加热最初可能是无色的相应成像层来形成图像。在直接热成像中，不需要墨水、调色剂或热转印色带。相反，形成图像所需的化学物质存在于成像构件本身中。在美国专利No.6,801,233B2中提供了对各种直接热彩色成像方法的讨论，其全部内容通过引用并入本文。在本发明的方法中，具有两个或更多个成像层的成像构件被寻址单元寻址，该寻址单元可以是热敏打印头，以提供彩色图像。图像可以包括多种颜色。成像构件可以在寻址单元的多于一次通过中被寻址，至少一次通过与至少另一次通过的速度不同。可选地，成像构件在至少一次通过中被预热到与至少另一次通过不同的程度。加热可以是直接加热或间接加热。每个成像层可以改变颜色，例如从最初的无色改变为有色，其中将其加热到本文称为其活化温度的特定温度。图像构件的所有层在颜色形成之前可以是透明的。可以通过改变两个可调节参数，即温度和时间，至少部分独立地寻址成像层。通过选择寻址单元(例如热敏打印头)的温度和热施加到热成像构件的时间段，可以调整这些参数以在任何特定情况下获得期望的结果。因此，多色成像构件的每种颜色可以单独打印或以可选择的比例与其他颜色一起打印。温度-时间域被划分为与期望在最终图像中获得的不同颜色相对应的区域。成像构件的成像层经历颜色变化以在成像构件中提供期望的图像。颜色的变化可以是从无色到有色，从有色到无色，或从一种颜色到另一种颜色。术语“成像层”包括所有这些选项。每个成像层可以通过用与构件的最顶层接触的热敏打印头施加热量而独立地寻址。在具有两个成像层的成像构件中，第二成像层(即最靠近热成像构件表面的成像层)的活化温度高于第一成像层的活化温度。
现在参考图2A至2E，示出了根据本发明的装置的第二实施例。图2A至2E示出了用于生成自动立体图像的装置的成像构件。成像构件包括由透光层206隔开的第一成像层204和第二成像层208。第一成像层位于其上的基板210包括用于寻址第一成像层204和第二成像层208的多个电极。
第一成像层204和第二成像层208优选地各自包括多个透光微囊体，所述透光微囊体包含布置在诸如流体的载体介质中的电泳响应粒子的分散体。第一和第二成像层中的电泳粒子可以具有或可以不具有相同的吸收光谱和/或电泳迁移率。
被转让给麻省理工学院(MIT)和伊英克公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的电泳和其他电光介质的各种技术。其全部内容通过引用并入本文的这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利No.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘结剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；
(c)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利No.7,072,095和9,279,906；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利No.7,144,942和7,715,088；
(e)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(f)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7,116,318和7,535,624；
(g)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和7,453,445；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348；以及
(j)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921和美国专利申请公开No.2015/0277160、2015/0005720和2016/0012710中所述。
封装的电泳介质包括一种或多种类型的带电颜料粒子，它们在电场的影响下移动通过流体，形成图像。封装的电泳介质可以包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括流体介质中的带电颜料粒子、以及围绕内相的囊体壁。典型地，这些囊体本身保持在聚合物粘结剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。可替代地，带电粒子和流体可以保留在形成于载体介质中的多个密封腔内，该载体介质通常为聚合物薄膜，通常称为微单元。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下操作，但许多电泳薄膜可以制成在所谓的“快门模式(shutter mode)”下操作，在该模式下，一种光学状态基本上是不透明的，而一种光学状态是透光的。参见例如美国专利No.5,872,552；6,130,774；6,144,361；6,172,798；6,271,823；6,225,971；和6,184,856。可以在这种模式下操作的示例包括介电泳显示器，它类似于电泳显示器，但依赖于电场强度的变化；参见美国专利No.4,418,346。
为了在第一成像层204和第二成像层208之间提供所需的距离(如图2A至2E所示)，透光层206可以包括一行或多行基本上由透光流体组成且不包含诸如电泳粒子之类的光学可调材料的透光囊体，使得透光层206的光学特性在装置操作期间保持基本恒定。例如，在美国专利No.8,576,476中公开了通过应用连续行的封装电泳介质形成的显示装置和驱动装置的方法，该专利的全部内容通过引用并入本文。
多个电极211a和211b可用于将电场施加到成像构件200的成像层204和208，如图2A所示。向第一成像层204和第二成像层208施加电场导致粒子在它们各自的囊体内移动，从而调整成像层的各自的光学特性。多个电极211a和211b可以从成像构件200的一侧控制第一成像层204和第二成像层208，从而消除对可能对装置的光透射率产生不利影响的任何中间电极或导电层的需要。根据所施加的电压波形，可以将电泳粒子驱动到它们各自的囊体内的不同位置，从而调整成像层的各自的光学特性。例如，参考图2A，第一成像层204中的电泳粒子209和第二成像层208中的电泳粒子207可以具有相似的电荷极性并且可以被驱动朝向透明的“开放”状态，其中粒子朝向囊体的侧壁聚集。
在图2B中描绘的另一个示例中，成像构件250包括集中器电极形式的电极251a至251d。第一成像层204中的电泳粒子209和第二成像层中的电泳粒子207可以具有相似的电荷极性，使得两个成像层中的粒子可以被驱向多个电极。在该示例中，第一成像层204中的粒子209通过集中在电极附近的小区域中而被遮蔽。类似地，因为第二成像层208中的微囊体205可以包括圆锥形或棱锥形的凹槽203，第二成像层208中的粒子207也可以通过将粒子207集中到一个小区域中而被遮蔽，从而提供具有透明光学状态的成像构件。
在图2C中，以不同的频率或电压寻址微囊体可能导致粒子209散开，从而观察者将观察到粒子209的光学特性。在图2D中，电场的极性关于图2C的电场反转。结果，第一成像层204中的粒子209通过将粒子209集中到第一成像层204中的微囊体215的圆锥形或棱锥形的凹槽201中而被遮蔽，并且粒子207被散布在微囊体208的一侧，使得可以观察到粒子207的光学特性。如图2E所示，因为电极211a和211b是可独立寻址的，所以成像层204和206可以在不同的像素位置进行不同的调整。
成像构件200(在图2A至2E中示出)可以进一步包括保护层214，该保护层214可以用粘合剂(优选地光学透明的粘合剂)粘附到第二成像层208。如果从保护层214一侧观察该装置，则保护层214优选地是透光的。此外，如果装置是反射式显示器，则可在第一成像层212下方包含可选的反射层212。在另一实施例中，基板210可包括反射材料。可替代地，如果从相对侧(不是从保护层侧)观察反射式显示器，则基板210优选地是透光的，并且保护层214可以是反射的。在又一个实施例中，成像构件200可用于形成发射显示器，其中优选地，保护层214和基板210都是透光的，从而可以将背光施加到成像构件20的任一侧。
成像构件可以进一步与控制器(图2A至2E中未示出)组合，该控制器在接收到期望的三维图像时，可以计算要在第一成像层204和第二成像层208上产生的图像。然后控制器可以控制多个电极向微囊体205、215施加电场，微囊体205、215将形成两个图像并生成自动立体图像。计算可以在本地或远程执行。
前面已经详细描述了本发明的说明性方面。在不脱离其范围的情况下，可以进行各种修改和添加。此外，由于本领域技术人员很容易想到许多修改和变化，因此不希望将本发明限制于所示和描述的确切构造和操作。例如，本文描述的各种特征中的任何一个都可以根据替代方面与本文描述的一些或所有其他特征组合。尽管已经描述了优选方面，但是可以在不背离由权利要求限定的本发明的情况下改变细节。
最后，明确设想本文描述的任何过程或步骤可以组合、消除或重新排序。在其他方面，指令可以驻留在计算机可读介质中，其中那些指令由处理器执行以执行本文所述的一个或多个过程或步骤。因此，明确设想本文描述的任何过程或步骤可以实现为硬件、软件，包括在计算机上执行的程序指令，或硬件和软件的组合。因此，该描述仅作为示例，而不以其他方式限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种自动立体装置，包括：
基板；
第一成像层，包括具有热可调光学特性的第一材料，所述第一成像层设置在所述基板上；
第二成像层，包括具有热可调光学特性的第二材料；
位于所述第一成像层和所述第二成像层之间的透光层；以及
包括加热元件的寻址单元，
其中所述寻址单元被配置为向所述第一成像层和所述第二成像层施加热量，以及
其中所述第一成像层和所述第二成像层生成自动立体图像。
2.根据权利要求1所述的自动立体装置，其中：
所述第一成像层具有第一吸收光谱，以及
所述第二成像层具有第二吸收光谱，
所述第一吸收光谱和所述第二吸收光谱相同。
3.根据权利要求1所述的自动立体装置，其中，所述第一材料的热可调光学特性在第一温度下转变，并且所述第二材料的热可调光学特性在第二温度下转变。
4.根据权利要求3所述的自动立体装置，其中，所述第一温度高于所述第二温度。
5.根据权利要求1所述的自动立体装置，其中，所述透光层是绝热的。
6.根据权利要求1所述的自动立体装置，其中，所述第一成像层和所述第二成像层中的一个是视差屏障。
7.一种自动立体装置，包括：
基板；
第一成像层，包括具有热可调光学特性的第一材料，所述第一成像层设置在所述基板上；
第二成像层，包括具有热可调光学特性的第二材料；
位于所述第一成像层和所述第二成像层之间的透光层；
包括加热元件的第一寻址单元，其中所述第一寻址单元被配置为向所述第一成像层施加热量，以及
包括加热元件的第二寻址单元，其中所述第二寻址单元被配置为向所述第二成像层施加热量，
其中所述第一成像层和所述第二成像层生成自动立体图像。
8.一种产生自动立体图像的方法，包括：
提供根据权利要求1所述的自动立体装置，以及
用寻址单元加热所述第一成像层和所述第二成像层，使得所述第一成像层和所述第二成像层生成自动立体图像。
9.根据权利要求8所述的产生自动立体图像的方法，还包括：
向控制器提供三维图像数据；
计算将由所述第一成像层和所述第二成像层产生的图像；以及
控制由所述寻址单元施加到所述第一成像层和所述第二成像层的热量。
10.一种根据权利要求8所述的方法制作的自动立体图像。
11.一种产生自动立体图像的方法，包括：
提供根据权利要求7所述的自动立体装置，
用所述第一寻址单元加热所述第一成像层以及用所述第二寻址单元加热所述第二成像层，使得所述第一成像层和所述第二成像层生成自动立体图像。
12.根据权利要求11所述的产生自动立体图像的方法，还包括：
向控制器提供三维图像数据；
计算将由所述第一成像层和所述第二成像层产生的图像；以及
控制由所述第一寻址单元和所述第二寻址单元施加到所述第一成像层和所述第二成像层的热量。
13.一种根据权利要求11所述的方法制作的自动立体图像。
14.一种自动立体装置，包括：
包括多个电极的基板，
第一层微囊体，包括电泳粒子的第一分散体，所述第一层位于所述基板上，
第二层微囊体，包括电泳粒子的第二分散体；以及
在所述第一层和所述第二层之间的一层透光微囊体。
15.根据权利要求14所述的自动立体装置，其中，所述透光微囊体基本上由透光流体组成。
16.根据权利要求14所述的自动立体装置，其中，所述多个电极被配置为向第一成像层和第二成像层施加电场并生成自动立体图像。
17.根据权利要求14所述的自动立体装置，其中，所述第一分散体的电泳粒子具有第一吸收光谱，并且所述第二分散体的电泳粒子具有第二吸收光谱。
18.根据权利要求14所述的自动立体装置，其中，所述第一吸收光谱不同于所述第二吸收光谱。
19.根据权利要求14所述的自动立体装置，其中，所述多个电极包括集中器电极。
20.一种产生自动立体图像的方法，包括：
提供根据权利要求14所述的立体装置；
向控制器提供三维图像数据；
计算将由所述第一层微囊体和所述第二层微囊体显示的图像；以及
控制所述多个电极，使得所述多个电极向所述第一层微囊体和所述第二层微囊体施加电场，并且所述第一层微囊体和所述第二层微囊体生成所述自动立体图像。
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