CN1220807A

CN1220807A - 适于显示3维图象的方法和装置

Info

Publication number: CN1220807A
Application number: CN199898800341A
Authority: CN
Inventors: T·巴罗
Original assignee: Khorugh Rafeca Co; Sony International Europe GmbH
Current assignee: Khorugh rafeca company; Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: EP0900501B1; AU6224898A; DE69820363D1; US6201565B1; HUP9700348A1; HU9700348D0; CA2250968A1; KR100544492B1; CA2250968C; KR20000064910A; JP2000509591A; WO1998034411A1; EP0900501A1; CN1216500C; DE69820363T2

Abstract

按照本发明的方法,将一个携带3维图像信息的同时已调制光束引向限定第1光发射面的象素(图像点),用对应于3维图像的强度以不同的视方向在一个预定视角(视场)内从这些象素发射该光束的一个分量,根据在视角范围内的发射角,从不同的入射角将已调制光束引向象素,其中将对应于不同方向调制的光束从第2光发射面的一个或多个光发射点引向第1光发射面的象素,所说的第2光发射面与第1光发射面间隔一预定的距离。所提出的产生3维图像的装置包括包含光发射点(S1…Sm)的第2光发射面(50),第2光发射面与含有象素(P1…Pn)的第1光发射面(40)间隔一预定的距离,对于第1光发射面(40)的象素(P1…Pn)每个方向(i1…in),有一个相联系的第2光发射面(50)的光发射点(S1…Sm),对于每个光发射点(S1…Sm),有若干个相联系的象素(P1…Pn)。

Description

适于显示3维图像的方法和装置

技术领域

本发明涉及根据包含3维图像信息的视频信号显示3维图像，特别是移动图像的方法和装置，本发明可被用于所有显示图像的领域。

当一个平面图像在一个表面上产生时，以任何方向从该表面的每个点发射或反射的光近似地具有相同的强度(和颜色)。这是书写纸页(基于反射)或传统电视图像(基于发射)的工作原理。但是，显示一个空间图像，以不同的方向从表面的一个点发射的光具有不同的强度(和颜色)。这是被看作为“显示”的窗格的工作原理，或者全息摄影工作原理。简言之，为了产生空间图像，需要有一个光发射表面，在这发射表面上从一个图像点，即象素发射的光的强度(和颜色)可根据出射角被控制；亦即，光强度可以不同的发射方向被控制。

技术背景

已经知道，用激光技术例如全息摄影、立体摄影等产生空间图像的解决方法。已知的激光系统的一个缺点是，它们对于从视频信号产生3维图像不够充分。从按WO94/23541公布的国际专利申请中知道一种产生3维图像的方法和装置。该专利说明书披露了产生3维图像的二个基本方法。

按照这个已知解决方法的第一方案，调制激光束按照规定视场方向经受偏转处理并被实时控制，因而调制激光束按一定的入射角照射到一预定的偏置象素上，或者被平行移置，并按照预定的规定视场方向从该偏置象素或者不再偏转地出射。这个方法的缺点是，激光束需要非常精确地聚焦和定位，因为出射激光束的方向由在象素范围内的入射点决定。

按照另一方案，调制的激光束在入射点范围内无任何偏转地到达象素，而依赖于视方向的时间分辨偏转用放置在每个象素中的可控有源光学元件实现。依赖于强度的角度偏转由有光学元件完成。这个方法的优点是，需要不太精确的聚焦和定位，然而另一个缺点是，有源光学元件使装置很昂贵。

因此，本发明的一个目的是，提供一种产生3维图像的方法和装置，其能用含有3维图像信息的视频信号产生3维图像。而且，这无需用昂贵的聚焦和定位元件。本发明的再一个目的是，提供一种产生3维图像的方法和装置，其中高分辨率屏幕不包含昂贵的有源束偏转元件，且其可被经济地制造。

发明的公开

为达到上述目的，我们已发现一个产生了3维图像的方法会为本发明提供一个适当的基础。该方法包括以下步骤：

用含有3维图像信息的视频信号同时调制一个(最好是空间相干的)光束；以及

将已调制光束引向规定第一光发射面的象素(图像点)；

用与3维图像对应的强度以不同的视方向从预定的视角(视场)内的象素发射一光束分量；

将已调制光束从依赖于在视角内的发射角的不同的入射角引向象素。

根据本发明，这种方法应该包括将对应于不同方向调制的光束从第2光发射面的一个或更多个光发射点引向第1光发射面的象素，所说的第2光发射面与第1光发射面间隔一预定的距离。

基本上，按这个解决方法，第1光发射面，实际上是屏幕的功用被分离开，在第1光发射面上只进行水平偏转和垂直散射或发散；而在第2光发射面产生和控制为图像的产生所需的光束。

一个按照本发明方法的优选方案包括以这样一个方式选择光发射点的数目和从那里发射的光束的数目(角度分辨率)，即它们的积等于象素的数目和光束从这些象素发射到其中的方向的数目(角度分辨率)的积。在这个规定下，显示可被经济地产生，并具有好的分辨率，因为规定图像分辨率的象素能够被大量地安排在第1光发射面上，对3维效果有贡献的方向数目可被选得适当大，而同时比较小数目的光发射机构在第2光发射面上是足够的，只要角度分辨率足够大。按照本发明，光发射点的数目至少为1。

本发明的另一方法包括：用与同一方向有关的光信息同时调制从象素以同一方向发射且与不同象素有关的光束，以及用相应于同一象素的不同视方向的光信息调制对应于同一象素的不同发射方向的光发射点的光束。

在一优选实例中，方法的步骤包括选择第2光发射面的光发射点的光发射角等于第1光发射面的象素的视角(视场)。在这种情况下，从光发射点到眼睛观察显示无需角度修正。

在另一优选实施例中，步骤包括选择第2光发射面的光发射点的光发射角小于或大于第1光发射面的象素的视角(视场)。在这种情况下，还需一个步骤，即在光发射点和象素间的光发射点的光发射角上加角度修正，或者在象素本身范围内的象素的视角上加角度修正。

在另一个特别有利的方案中，一个镜子被预知将以越过第1光发射面的象素的方向发射的发射点的光束偏转到对应的象素中。这种装备免去了为照射在或接近屏幕边缘的象素而安置光发射点的需要。

为实现本发明的目的，也预知有一种显示3维图像的装置，其包括一个用含有3维信息的视频信号调制的光源，一个实时控制并指向光发射面的象素的偏转系统，其中光发射面包含在预定的视场(视角)内在不同方向传播和/或偏转光束的一个或多个光学机构；以及包含对应于规定视场(视角)的视方向和对应于象素的偏转机构的偏转系统。

按照本发明，装置包括包含光发射点的第2光发射面，第2光发射面与含有象素的光发射面间隔开一预定的距离，对于第1光发射面的象素的每个方向有一相关的第2光发射面的光发射点，而对于每个光发射点，有若干有关的象素。

在一个优选的实施例中，按着本发明的装置被这样构成，从光发射点发射的光束的方向数(角度分辨率)是t乘以从象素发射的光束的方向数，t值最好是在1和排列在一条直线上的象素数之间，而光发射点数是象素数的t分之一，并且光发射点间的距离是t乘以象素间的距离。因此很清楚，通过利用有适当大角分辨率的光发射点，其他更昂贵的光发射点数可显著地被减少。从上述还得出，若其角分辨率满足上述准则，一个光发射点可能是足够的。

在另一个本发明装置的实施例的情况下，光发射点包括声光机构、多角镜、伽伐尼镜、全息摄影盘、电光机构或可变指数LCD机构，它们按照规定视角(视场)的方向产生时间分辨的控制偏转。如果需要，装置可包括一个或多个在时间分辨的控制偏转机构和第1光发射面间和/或在光发射面上的角度修正元件。如果光发射点的出射角与从象素发射的光束的视角不相同，则需要角度修正元件。

在另一优选实施例中，时间分辨的控制偏转机构包括其后配置的X方向和Y方向偏转机构。在这里，一个X方向偏转机构对所有光束或对一组光束或对每一个光束配置，而一个Y方向偏转机构对所有光束或对一组光束或对每一个光束配置。

另一方面，在另一有利的实施例的情况下，在偏转系统中，与规定视角(视场)的视方向相关的时间分辨的控制偏转机构包括空间光调制器(SLM)机构，还包括在SLM机构和第1光发射面之间的聚焦元件。这样的空间光调制器可被看作一种小2维成像器件或显示器，它的与位置有关的已调光信号由聚焦元件转换成与方向有关的已调光信号。

在另一个有利的实施例中，本发明的装置包括一个或更多个镜，所说的镜将从光发射点发射的那些光束偏转到对应的象素中，不然这些光束会越过第一光发射面的象素。

还予见到，在按照本发明的装置中，第1光发射面包含一个或多个衍射或折射光学元件，在从象素发射的相邻光束方向间角度的至少一半但不大于这个角度的二倍上产生光束在水平方向的发散，而在垂直方向的发散大于水平发散且不大于180°。

附图的简要说明

参照用附图说明的实施例，本发明将被进一步论述。这些附图有：

图1是已知的以前技术解决方法的方框图；

图2是实现本发明方法装置的部分侧视图；

图3是由声光元件组成的光发射点的方框图；

图4是由声光元件和放在光发射点前的角度修正元件组成的光发射点方框图；

图5是带有光发射点的第1光发射面的原理图，光发射点由角度修正元件和声光元件组成，角度修正元件在第一光发射面上提供。

图6a是2个光束的发散特性原理图，2个光束沿2个相邻方向指向，并通过第1光发射面；

图6b是一个象素的放大侧视图，该象素包含一个全息角度修正元件；

图7a-b是部分第1光发射面的侧视图，第1光发射面由微透镜系统组成；

图8a-c是3个可能的激光-调制器装置方案的方框图；

图9a-b是一个在2面上有镜的系统原理图；

图10a是一个由光发射点组成的系统方框图图；

光发射点用空间光调制器(SLM)构成；

图10b是用空间光调制器(SLM)的2行排列的顶视图；

图11a是一个由单个光发射点和侧面镜组成的系统原理图；

图11b是一个光发射点实际的实施例的原理图，该光发射点用于按照图11a的系统中；

图12是一个光学组件的原理横截面，该组件用于按照本发明装置的一个优选实施例中；

图13是表示光学组件的垂直偏转光束的原理侧视图；

图14a-c是本发明3维显示装置的第一光发射面不同的实施例的原理侧视图；

图15是本发明3维显示装置主要元件空间配置的空间视图；

图16说明图15装置的光学组件的连接。

优选实施例的说明

图1说明按照本发明的一个3维显示装置10的方框图。装置10包括分离器单元12，将含有3维信息的视频信号3D分离成同步信号SY和信号1N，后者含有强度和颜色信息。同步信号SY被加到装置10内的偏转或扫描单元(未示出)的控制输入端，而信号IN被加到激光-调制器机构20的输入端。从激光-调制器单元20发射的光束被引向P1-Pn象素，经适当的编制，离开象素P1-Pn，带有不同强度和颜色的光束被发射成不同的方向i1-Im。从象素P1-Pn发射的光束间的最大角度是视角(视场)α。在实际上有用的系统中，视角α应至少约为60°，但作为最终物镜，至少150°-170°的视场会是理想的(在平面显示情况下)。象素P的数目应被选择成与已知显示器情况同样数量级，亦即，至少100×200象素，较好至少200×300象素，最好至少600×800象素会被用于具有普通电视屏幕尺寸的显示器。

图2说明各个P1-Pn象素的照射方法。如从图2可看出的，在第1光发射面40后面安排有第2光发射面50，第1光发射面40包含象素P。第2光发射面50包含光发射点S1-Sm。-个光发射点Sj照射若干象素Pk，亦即为若干象素Pk展现光。让我们假定，光发射点S间的距离ds等于象素P间的距离dp。从几米距离内观察，如果发射到相邻方向中的光束间的差角不大于1°，例如等于1°，则具有可接受质量的空间(3维)图像的视觉印象可被得到。如果象素P间的距离dp约为1mm或更小，则一个对于图像细部的好的分辨率可被得到。假定视角值为60°，光发射点S1-Sm的出射角β也为60°这一简单情况，则显然，一个光发射点P为达到1°角分辨率必须照射60个象素。如果象素P之间的距离dp为1mm，则60个象素P覆盖一条6cm长的直线。在这种情况下，第1光发射面40和第2光发射面50之间的距离X大约为5.2cm。但是，为了对于每个象素P有60个不同的发射方向，光发射点S1-Sm的数目必须等于象素P的数目。在这种情况下，距离ds也等于距离dp，即ds=1mm。这或许是实际上实现光发射点S1-Sm中的障碍。

如在图2中所示，通过增加第1光发射面40和第2光发射面50之间的距离X-在图2中被表示为增加X到X’，距离ds也将同样增加，提供了实际实现光发射点S1’-Sm’的实质上的便利。如将在下面表明的，在这种情况下，各个光发射点S1’-Sm’的角分辨率必须增加作为回报。从图2中也很清楚，随着距离X增加一倍，例如在这种情况下增加到距离X’，在光发射点S间的距离ds’也将是距离dp的2倍。同时，角分辨率必定增加，亦即，实际上光发射点S的相邻光发射方向之间的角度r将减小。在同时，如从图2中所看到的，随着距离从X增加到X’，在象素Pq方向发源于光发射点Sm-2的光束由于第2光发射面50向后移，现在发源于光发射点Sm-1’。同时，光发射点Sm-1’仍旧必须为象素Pq+1提供光。因而得出，随着增加距离ds，不仅各个光发射点S的角分辨率必定增加，而且光发射点S的可能发射方向数也必定增加。例如，随着距离X增加四倍，需要的角分辨率，即最小r值为0.2°，而所用方向的数目为5×60=300。相换取地，光发射点S的总宽可达到如5mm那样大，这对于实现适于所建议的实际解决方法的光发射点S是足够的。

必须强调的是，在下面的说明中，光发射点的排列将只按1维来解释。然而，没什么妨碍实现按着本发明沿2个座标，即水平的和垂直的排列，于是提供使完全真实的空间成像有可能的显示。

参照图3，在那里示出实际实现的光发射点S。它包括激光器L，最好是二极管激光器，但可理解为其他型式的激光器，例如气态、固态或染料激光器也是合适的。激光器L的光由偏转器AO_y以适当的角度在垂直方向(沿Y轴)偏转。水平偏转由偏转器AO_x以类似方式完成。偏转器AO_x和AO_y用已知的方法按声光器件被构成。但也可使用其他合适的光偏转器机构，例如多角镜、伽伐尼镜、全息光盘、电光器件(例如克尔盒)，可变折射指数LCD器件等。

考虑到用已知的声光偏转器只能达到比较小的偏转角(约2°)，光发射点S的出射角β必须被放大。该放大由角度放大器D来完成，它的一个可能的实施例如图4中所示。这里，角度放大器D按由传统的会聚和发散透镜52和54组成的光学配置被示出。一般地，D包括一个带有适当孔径的已知望远透镜装置。必须注意到，角度放大器D可被便利地用于利用孔径和光阑(未示出)滤除偏转器AO的零次非偏转光束。对于一特定实施例，从角度放大器D发射的光被放大至约5倍，即出射角β大约为10°。

图5表示互相并排放置并连带着角度放大器D的光发射点S排列情况下，来自各个光发射点S的光束在从不同方向和以不同强度到达第1光发射面40的不同象素P。但是，由角度放大器D实际可获得的角度放大仍不足以提供所需要的视角。因此，在象素P中进一步的角度放大或许是必须的，这可在一优选实施例中由如图7中所示的微透镜系统46来完成。

回到图6a，以相邻方向ik和ik+1从象素P发射的光束有一角度r。如已提到的，角度r的值小于1°。然而，为具有连续图像的视觉印象，有必要以相邻方向ik和ik+1发射的光束至少是邻近的。因此得出，从象素P发射的光束的发散角δ必须至少那样大，但最好稍大于角r，即在象素P的视角α范围内的角分辨率。为得到这个，必须在第1光发射面40上提供光学元件以保证从象素P发射的光束的适当发散角δ，这后者的发散角δ实际上约为1°。这种光学元件可按全息光元件42被构成，其可以是包括若干与1个或多个象素P相联系的分立子元件的元件，如图6a所示，但也可按覆盖整个屏幕的单个光学元件被构成。

如果我们放弃沿Y方向空间成像的要求，并如将在下面再被详细讨论的，只在一行上安排光发射点，则沿Y方向的必要扩散或发射角可以由如图6b中所示的全息光元件42提供。

如上所述，图7a和7b表示为完成在屏幕平面内的进一步角度放大的一个可能的实施例。在第1光发射面40上提供有微透镜系统46，其进一步增加入射光束的角度。微透镜系统46可用已知的工艺，例如使用光学级聚碳酸盐或其他有类似性质的塑料来制造。也有可能使微透镜系统46成为2片的，并在它们之间包括再一个发散层48。如果空间成像只沿装置10中的X方向实现，则发散层48以y方向发散光束。发散层48可按传统的光学圆柱透镜系统或全息光元件，或者用另外的已知方式被构成。发散层48也可提供光束的必要的水平(或垂直)发散角δ，或者说，这后者可以用另外的光学元件被获得。垂直发散或扩散将在下面讨论。

图8a-c说明激光器-调制器单元20的内部结构。在激光器-调制器单元20内，有调制器块22，它包括调制器控制器24，以及偏转器AO_x和AO_y。在图8a中所示的优选实施例的情况下，对每个激光器L有一个单独的偏转器AO_x和AO_y。每个偏转器被连接到公共调制器控制器24。实质上正是调制器控制器24按照含有3维信息的信号1N控制各个偏转器，并以当从不同方向观察象素P时将出现所要求的图像这样方式编制作为适当光发射方向函数的发射光强度。图8b表示一种解决方法，其中所有激光器L的光由最好按一个大的声光单晶体来构成的较大的公共偏转器AO_x和AO_y来分别地偏转和调制。这种解决方法提供了调制器控制器结构较简单的优点。它的缺点是使器件较慢，因为调制2个激光器必须至少花费更多时间，以致没有足够时间产生通过整个声光晶体的超声波。使用太大的晶体使系统成为不可接受地慢。作为一种过渡的解决方法，也可能利用如图8C中所示的系统，其中若干个不很长的晶体被用作偏转器AO_x和AO_y，但一个偏转器调制若干个激光器L的光。如所示的，也可能较多的单独x和y方向偏转器AO同一个公共的x或y方向偏转器AO一起使用。可以明白，x或y方向偏转器不必用相同的原理工作。很明确的是，在调制器块22内将一个或多个声光偏转器同一个或多个基于多角镜、伽伐尼镜或其他原理的偏转器组合。

如图5中所示，看起来是放置在第1光发射面40边缘的象素P不能为足够数目的光发射点S所达到。这可通过再放置光发射点S到外边象素P以外侧来克服。但是，这会意味着，装置10的宽度将以不希望有的方式增加，并且这些外侧光发射点S的能力将未被用到完全的程度。一个用为克服这种问题所建议的解决方法本发明的改进实施例被表示在图9a-b中。在这里示出，第1光发射面40和第2光发射面50之间的空间被镜M在两侧封闭。用这种方式，外侧光发射点S，例如点S1和S2的那些光束将从镜M反射到靠近边缘的象素P，例如象素P1中，不然这些光束会损失掉，因为它们落在不使用的角度区间。如从图9a看出的，反射束似乎从虚光发射点S1’和S2’到达象素P1中。在实际的实施例中，这样的束轨迹也是可能的，在其中从光发射点S发射的光束将不仅从一个镜M也从2个镜M被反射，甚至如果需要经受多重反射。一些这样经受多重反射的光束也被表示在图11a中。

图9b说明光发射点S的数目可以比象素P的数目少得多。在一种极端情况下，只一个光发射点S就足以照射所有的象素P。然而，从上述可想像到，随着与一个单个光发射点S相联系的象素P数目的增加，由光发射点S提供的方向数(方向角)也必须增加。如果角分辨率保持不变，光发射点S的出射角β必须增加；或者假若有不变的出射角β，角分辨率必须被增加。当然，角分辨率和出射角也可以被同时增加。

参照图10a-b，介绍装置10中光发射点的另一个可能的实施例。在该实施例中，所谓空间光调制器(SLM)被用作偏转器。这些偏转器SLM被用合适的光源，最好是激发光器(未示出)照射。从偏转器SLM的延伸面以不同方向反射的光束用已知的光学系统在象素P上成像，在该介绍实施例中用聚焦机构60。聚焦机构60实际上按一投影透镜系统被构成。可适用为偏转器SLM的器件是流行元件。考虑到这些器件的有用可控制表面通常比器件的物理总宽度小，在给定情况下或许不可能在一条直线上互相并列地排列足够数目的偏转器SLM。这可以通过如在图10b中所示在2(或更多)条直线上排列偏转器SLM和引导从每条直线出射的光束到有合适光学系统的公共平面上来克服。

一般地说，一个偏转器SLM可以被看作一个提供2维图像的小的显示器。但是，由各个偏转器SLM提供的“图像”不与任何真实图像对应，而是图像段的总和，其中图像段代表物体的不同点的不同图像，即图像信号，这些不同图像在产生3维图像信号期间代表不同的视角。投射的2维图像，即图像段以这样方式被混合成一个统一的3维图像，当从一定角度观察屏幕时，从那个视角看到的图像段将再被互相并列地放置。

如上所述，只用一单个光发射点S就可实现装置10，该单个光发射点将为每个象素P，即n个象素P从适当数目的方向提供光束。图11a表示这样的一个系统。按照上述可想像到，如果光束必须从一个象素P按不同强度以K个不同方向被发射，则这单个光发射点S必须有能力在K×n个方向上辐射光。这样的角分辨率或出射角不能够用基于声光原理的偏转机构获得。因此，图11b示出一个光发射点S的原理图，该光发射点S包括一个完成X方向上偏转的多角镜62和完成y方向上偏转的多角镜64。从多角镜反射的光束用已知的光学系统66被成像并按着所要求的性质被组成。

很明确的是，通过将本发明的配置同已知解决方法相组合，减少了所需的数据量，或用于系统中的元件数。一种沿着一个坐标放弃空间效果的可能解决方法可行，因为空间图像的觉察主要由在水平方向的图像差别引起。这由这样事实造成，由我们的右眼和左眼限定的平面通常是水平的，因此我们只在水平方向有差别地看见物体。这意味着垂直视差可被忽略，并因此传递的信息量可被明显地减少。再一次强调，用本发明有可能既在垂直方向又在水平方向上建立空间图像。

传递和处理的信息量通过减小视角和在该视角内辨别的方向数到实际可处理和实现的值可以进一步地被减少。已发现，用30-40°的视角并选择视方向间的角差到1-2°，可以建立有可接受质量的空间(3维)图像。

如果沿Y轴的3维效果被忽略，使用一行光发射点S就足够。由于光发射点S的垂直维度不再严格，这些可按比较窄但高的光学组件来实现，组件可以互相靠近地放置，并由此产生一行光发射点S。一个这样光学组件O的特殊优选实施例在图12中被示出。光学组件O被装入一扁平，长的金属块中，并且光学和电子元件或多或少地被安置在一个平面内，使光学组件O尽可能地窄，而由此能使得互相并列地放置比较大量的组件。对于所示的优选实施例，使用60个组件，间隔1cm。光学组件0全部有一种相同的结构。光学组件O包括光源L和偏转器AO_y和AO_x以及角度放大光学器件。光源L是一个二极管激光器，而偏转器AO_y和AO_x是声光器件。激光二极管和偏转器AO_y和AO_x由驱动电路DRC控制。从偏转器AO_y发射的光束穿过角度放大器，其包含望远透镜系统T和一个或多个孔径A。角度放大器也包括圆柱透镜，修正声光调制器器件的非对称偏转特性。在望远透镜系统T中的孔径滤出声光偏转器的非调制零次光束，改善望远透镜系统T的分辨率。在组件O的上端，发射光束由偏转镜DM向第1光发射面，即屏幕偏转。光学组件O经由连接器C被电气连接到装有控制电子装置CE的主板MB，连接器C安置在光学组件O1-Om的底部。光学组件O1-Om的本体最好由刚性金属，如高级铝来制成，以便为光学器件提供一个坚固的基座，然而要有良好的热耗散，因为声光调制器需要有效的冷却。

忽略垂直视差，在象素中安置这样的光学元件是便利的，其在水平方向适当地偏转入射光束或不变地传输它们，但在垂直方向散射在包含光束传播方向的垂直平面内的光。结果是，发射的光束成为可视的，实际上与观察屏幕的人的眼高度无关，图像的可视范围将不限于一个窄水平带。有这种特性的散射在具有水平轴的全息摄影光学元件或圆柱光学元件的情况下会被产生。对这种问题的一个已知的解决方法被披露在WO94/23541中。

关于从屏幕发射的光束的垂直散射，还有必须被纠正的另一个问题。如图13中所示，进入屏幕并在视场中辐射的光束的散射是不均匀的。首先，中央光束总是比向边上散射的光束强。其次，这个较亮的中央光束依赖屏幕上象素的位置以不同方向指向。因此，观察者将能够按照在屏幕后面的比较亮的直线觉察和探测光发射点的行(即在偏转镜M反射的望远透镜的出射光孔)。为纠正这种干扰现象，在屏幕上需要另外的角度修正元件。这些角度修正元件的功用是使光学组件O的垂直偏转光束从平行方向进入屏幕(第1光发射面40)上的散射机构。

为达到这种效果，予见几个实施例。其中的一些在图14a-c中被图示地描述。

对于图14a中的实施例，垂直散射由全息摄影屏幕来实现，其中全息底片H₁被直接加到第1光发射面40的表面上。发散垂直光束变换成平行光束由水平取向的圆柱菲涅尔透镜屏幕FL进行。这后者被放置在第一光发射面40的后面。在图14b中描述的另一个可能实施例包含一个组合的全息光和菲涅尔透镜屏幕。在这种情况下，同一第1光发射面40，即装置的屏幕的2面在外面(朝向观察者)被提供全息光表面结构H₂，在内面(朝向光学组件)被提供水平取向的圆柱菲涅尔透镜表面FLS。这些构造表面可用已知的方法，如像浮雕，模压或蚀刻来制造。

包含组合的全息光屏幕H₃的第3个实施例被表示在图14c中。在这后面的情况下，组合全息光屏幕H₃既执行光束的垂直散射又执行必要的发散到平行光束的修正。

图15说明在按照本发明的3维显示装置的一个优选实施例中光学系统的元件的空间排列。用作光发射点的光学组件O1-Om在装置的背面被排列成一行，互相平行和靠近叠放，有望远透镜系统T朝向的出射孔径，所以偏转镜DM将朝安置在装置前面的屏幕投射光束。2个三角形镜M靠近投射空间的两侧。控制电子装置CE和电源PS被放置在光学系统下面。电源PS给控制电子装置CE，在光学组件O1-Om中的光源L和声光调制器AO_x和AO_y加电。光学组件O1-Om被放置在控制电子装置的公共主板MB(在图15中未示出)上，并用连接器C电气连接到那里。带有控制电路主板MB和连接器C的光学组件O的物理配置被表示在图16中。

用已知的解决方法可以提供显示装置的彩色方案。一个可能的方法是使光发射点S具有三基色(红、兰、绿)，并或者在偏转器AO之前或之后或者在角度放大器D之后用已知的光学方法混合有不同颜色的光束。

Claims

1．产生3维图像的方法，包括下列步骤：

将已调制光束引向规定第1光发射面的象素(图像点)；

用与3维图像对应的强度以不同的视方向从预定视角(视场)内的象素发射一光束分量，

根据在视角内的发射角将已调制光束从不同的入射角引向象素，

其特征为：

将对应于不同方向调制的光束从第2光发射面的一个或多个光发射点引向第1光发射面的象素，所说的第2光发射面与第1光发射面间隔一预定的距离。

2．按照权利要求1的方法，特征为

选取光发射点的数目和从那里发射的光束的数目(角分辨率)，使得它们的积等于象素的数目和光束从这些象素被发射到其中的方向的数目(角分辨率)的积。

3．按照权利要求2的方法，特征为

用与同一方向有关的光信息同时调制从象素以同一方向发射且与不同象素有关的光束，以及

用相应于同一象素的不同视方向的光信息调制对应于同一象素的不同发射方向的光发射点的光束。

4．按照权利要求2或3的方法，特征为

选取第2光发射面的光发射点的光发射角等于第1光发射面的象素的视角(视场)。

5．按照权利要求2或3的方法，特征为

选取第2光发射面的光发射点的光发射角小于或大于第1光发射面的象素的视角(视场)。

6．按照权利要求5的方法，特征为

在光发射点和象素间的光发射点的光发射角上加角度修正，或者在象素中的象素视角(视场)上加角度修正。

7．按照权利要求1到6的方法，特征为

用一个镜将以越过第1光发射面的象素的方向发射的光发射点的光束偏转到对应的象素中。

8．适于产生3维图像的装置，包括一个用含有3维信息的视频信号调制的光源(L)，一个实时控制并指向光发射面(40)的象素(P1…Pn)的偏转系统，其中光发射面包括以预定的视场(视角α)内的不同方向(i1…in)传输和/或偏转光束的一个或多个光学机构，并且该偏转系统包括对应于规定视场(视角α)的视方向和对应于象素的偏转机构，装置的特征为

它包括含有光发射点(S1…Sn)的第2光发射面(50)，第2光发射面与含有象素(P1…Pn)的光发射面(40)间隔开一预定的距离，以及

对于第1光发射面(40)的象素(P1…Pn)的每个方向(i1…in)，有一个相关的第2光发射面(50)的光发射点(S1…Sm)，而对于每个光发射点(S1…Sm)，有若干有关的象素(P1…Pn)。

9．按照权利要求8的装置，特征为

从光发射点(S1…Sm)发射的光束的方向数(角分辨率)是t乘以从象素(P1…Pn)发射的光束的方向数，t值最好是在1和排列在一条直线上的象素(P1…Pn)数之间，而光发射点(S1…Sm)数是象素(P1…Pn)数的t分之一，并且光发射点(S1…Sm)间的距离是t乘以象素(P1…Pn)间的距离。

10．按照权利要求8或9的装置，特征为

光发射点(S1…Sm)包括按照规定视角(α)或视场的方向产生时间分辨的控制偏转的声光机构、多角镜、伽伐尼镜、全息摄影盘、电光机构或可变指数LCD机构，如果需要，还包括一个或多个在时间分辨的控制偏转机构和第1光发射面(40)之间和/或在光发射面(40)上的角度修正元件(D)。

11．按照权利要求10的装置，特征为

时间分辨的控制偏转机构包括其后排列的X方向和Y方向偏转机构，其中一个X方向偏转机构(AOx)对所有光束或对一组光束或对每一个光束排列，而一个Y方向偏转机构(AOy)对所有光束或对一组光束或对每一个光束排列。

12．按照权利要求11的装置，特征为时间分辨的控制偏转机构和光源(L)被安排在具有本质上相同的结构的光学组件(O₁…O_m)中，所说的组件被排列在一行上并被连接到主板(MB)和/或控制电子装置(CE)。

13．根据权利要求12的装置，特征为每个光学组件(O₁…O_m)包括一个用于产生规定光轴的光束的光源(L)，该光源被连接到光源驱动器，一个x方向偏转器(AO_x)和一个Y方向偏转器(AO_y)，它们两者都被连接到一个驱动器上并排列在光源的光轴上；偏转器修正元件包括圆柱光学元件，角度修正元件，最好是望远透镜(T)，以及孔径元件(A)；用于朝第1光发射面(40)偏转光束的偏转镜(DM)。

14．按照权利要求8或9的装置，特征为

在偏转系统中，同规定视角(视场)的视方向相联系的时间分辨的控制偏转机构包括空间光调制器(SLM)机构，还包括在SLM机构和第1光发射面之间的聚焦元件。

15．按照权利要求8到14的装置，特征为，它包括侧面镜(M)，所说的镜将从光发射点(S)发射的那些光束偏转到对应的象素(P)中，不然这些光束会绕过第1光发射面(40)的象素。

16．按照权利要求15的装置，特征为用于偏转光束的侧面镜(M)基本上是三角形的。

17．按照权利要求8到16中的任何一个的装置，特征为，第1光发射面包含一个或多个衍射或折射光学元件，在从象素发射的相邻光束方向间的角度的至少一半，但不大于这个角度的二倍上产生光束在水平方向的发散，而在垂直方向的发散大于水平方向发散且不大于180°。

18．按照权利要求17的装置，特征为，第1光发射面(40)包含用于由光源(L)发射并以不同角度到达第1光发射面(40)的光束的垂直修正的发散修正机构，所说的发散修正机构产生通过光发射面(40)的基本平行光束。

19．按照权利要求18的装置，特征为，发散修正机构包括：

a)一个放在第1光发射面(40)后面的圆柱菲涅尔透镜(FL)，或

b)有在一个面上的垂直分散全息光结构(H₂)和在另一个面形成的圆柱菲涅尔透镜(FL)的第1光发射面(40)，或

c)具有组合分散的和发散修正全息光(H₃)结构的一个光发射面(40)。