CN1904667B - 应用整体成像技术的三维图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用整体成像技术的三维图像显示装置。该三维图像显示装置包括：一点光源阵列；一显示元件，它通过电控制逐个象素地调制从点光源阵列发出的光，从而形成图像；和一模式转换装置，它被设置在点光源阵列和显示元件之间，并可通过电子开关转换成透明介质和散射介质，其中当模式转换装置为透明介质时，图像显示装置处于3D模式，当模式转换装置为散射介质时，图像显示装置处于2D模式。因而，扩展了视角，并可选择性地切换2D图像和3D图像。

Description

应用整体成像技术的三维图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种使用整体成像技术的三维(3D)图像显示装置，更具体地，本发明涉及这样一种使用整体成像技术的3D图像显示装置，其中，二维(2D)和3D图像能够被转换并且视角能够被扩展。
背景技术
通常，通过全息显像方法或者立体显像方法(stereography method)显示三维(3D)图像。全息显像方法是理想的，但它需要相干光，并且在记录和重现远距离大物体时存在困难。立体视角方法(stereoscopy method)分别对每只眼睛显示两幅二维(2D)图像，这两幅图像显示给双眼且平行，从而产生图像的深度视觉感。由于立体显像技术使用两幅平面图像，因此容易实现，并且能够显示高分辨率和大景深的3D图像。然而，立体视角方法仅利用水平透视差异，因此不能实现同时具有水平和垂直透视差异的3D图像。此外，观察图像的眼睛的会聚角和图像的焦距有可能不同，因此会使眼睛疲劳。另外，仅有一个固定的透视或几个分离的透视，因此图像不连续。为了解决上述问题，提出了一种使用整体成像技术的图像显示方式。
在整体成像技术中，利用包括多个基本透镜的透镜阵列，将一3D物体存储为一2D图像阵列，然后将该2D图像重现为该物体的3D图像。图1是使用整体成像技术的常规3D图像显示装置的示意图。该3D图像显示装置包括图像获取单元10和图像显示单元20。图像获取单元10包括照相单元11，该照相单元具有用于为物体O照相的第一透镜阵列和用于将被拍下的图像记录为2D图像的记录单元15。图像显示单元20包括从记录单元15接收2D图像并将接收的图像重新构建为3D图像的显示装置21和利用整体成像技术形成3D图像的第二透镜阵列25。
然而，使用整体成像技术的常规3D图像显示装置具有较低的分辨率和景深以及较小的视角。特别地，由于组成第一和第二透镜阵列13和15的基本透镜的尺寸受限于视角，因此各基本透镜对应的基本图像的显示区域的大小受到限制。因此，基本透镜的F数值越小，视角越大，但是像差也越大，因此导致再现图像变形。因此视角应增加多大是受到限制的。
发明内容
本发明的一个方面是提供了一种使用整体成像技术的3D图像显示装置，其中，视角被扩展。
本发明的一个方面是还提供了一种使用整体成像技术的3D图像显示装置，其中，可转换2D和3D图像。
根据本发明的一方面，一种三维(3D)图像显示装置包括：点光源阵列；显示元件，它通过电控制逐个象素地调制来自点光源阵列的入射光，从而形成图像；和设置在点光源阵列和显示元件之间的模式转换装置，它能够通过电子开关转换成透明介质和散射介质，其中，当模式转换装置为透明介质时，3D图像显示装置处于3D模式，当模式转换装置为散射介质时，3D图像显示装置处于2D模式。
点光源阵列可安装在模式转换装置的内部。
模式转换装置的折射率可大于1。
模式转换装置可由高聚物分布式液晶形成。
可在点光源阵列和模式转换装置之间联接光纤或一针孔阵列。
根据本发明的一方面，提供了一种三维(3D)图像显示装置，它包括：形成点光源阵列的点光源阵列单元；校正元件，它校正来自点光源阵列单元的光的发散角；模式转换装置，它与校正元件联接，并且可通过电控制转换成透明介质和散射介质；和显示元件，它通过电控制逐个象素地调制经过模式转换装置的入射光，从而形成图像。
点光源阵列单元可包括：光源；使光源发出的光聚焦的聚光透镜；准直通过聚光透镜的光的准直透镜；和微透镜阵列，它由多个单元微透镜单元组成，并且使用所述单元微透镜聚焦平行光，从而形成点光源阵列。
校正元件可以包括具有负的光焦度(negative power)的透镜阵列。
根据本发明的一方面，提供了一种3D显示装置，包括：形成光源阵列的点光源阵列单元；校正元件，它校正来自点光源阵列单元的光的发散角；联接于校正元件的透明介质元件，它的折射率大于1；和显示元件，它通过电控制逐个象素地调制来自点光源阵列的入射光，从而形成图像。
附图说明
通过参考附图对实施例的详细描述，本发明的上述和其他特征将会更加清楚，其中：
图1显示了一种使用整体成像技术的常规3D图像显示装置；
图2是根据本发明一典型实施例的使用整体成像的3D图像显示装置的示意图；
图3A显示了图2中使用整体成像的3D图像显示装置的点光源阵列的一个修改实例；
图3B显示了图2中使用整体成像的3D图像显示装置的点光源阵列的另一修改实例；
图4显示了图2中3D图像显示装置的一修改实例；
图5A显示了图2中3D图像显示装置中的视角的发散角；
图5B显示了图4中3D图像显示装置中的视角的发散角；
图6显示了根据本发明另一典型实施例的使用整体成像的3D图像显示装置；
图7显示了在图6的3D图像显示装置中使用校正元件进行视角扩展。
具体实施方式
参考图2，根据本发明一典型实施例的使用整体成像的3D图像显示装置包括：图像获取单元100，它对物体照相形成3D图像，并将该3D图像转换成2D图像；以及以不同视角显示来自图像获取单元100的图像的点光源阵列110以及显示元件120。
图像获取单元100能够用不同的方式来实现，并且对于本领域的技术人员而言，很容易实现，因此省略对它的描述。
用于转换显示的2D图像的2D模式以及显示的3D图像的3D模式的模式转换装置115被设置在点光源阵列110和显示面板120之间。通过驱动单元V的电子开关，模式转换装置115能够被转换成透明介质以及散射介质。当模式转换装置115为透明介质时，它处于3D模式，当模式转换装置115为散射介质时，它是2D模式。例如，模式转换装置115可由高聚物分布式液晶组成。当没有施加电压时，模式转换装置115为透明介质，透射并折射入射光。当通过驱动单元V施加电压时，模式转换装置为散射介质，它散入射光，从而作为漫射基片来显示2D图像。因此，当模式转换装置为散射介质时，从点光源阵列110发出的光被混合，并且显示出作为2D图像的一多视角点图像。
模式转换装置115的折射率可以大于1。当折射率大于1时，视角可被扩展。
点光源阵列110可被置入模式转换装置115内，或放在模式转换装置115外。图2、3A和3B显示了位于模式转换装置115内部的点光源阵列的例子，图4显示了位于模式转换装置115外部的点光源阵列。
点光源阵列110包括多个点光源，例如弧光灯、激光二极管以及成阵列设置的发光二极管。图2显示了位于模式转换装置115内的点光源阵列110。当从每个点光源发出的光经由模式转换装置115传播到外部时，较之点光源阵列设置在模式转换装置外部的情况(下文将描述)，扩展了视角。
显示装置120可以是液晶显示装置(LCD)，或通过电控制调制光以形成图像的铁电型液晶显示装置(FLCD)。
图3A显示了一实例，其中光纤155位于点光源阵列150和模式转换装置160之间。光纤155的一端与点光源阵列150的各点光源151连接，光纤155的另一端连接于模式转换装置160内部。在3D模式下，从光源151发出的光从光纤155的另一端射出，并且通过模式转换装置160扩展了视角。标号170表示一显示装置。
图3B显示了位于点光源阵列180和模式转换装置195之间的针孔阵列185的例子。针孔阵列185包括对于每个点光源181的针孔186。从每个点光源181发出的光通过针孔186漫射，并经过模式转换装置195。针孔阵列185和模式转换装置195靠近相联。标号190表示一显示元件。
上述描述的是点光源阵列或与点光源阵列联接的光纤或联接于模式转换装置内部的针孔阵列。如图4所示，点光源阵列200也可设置在模式转换装置205的外部。从每个点光源201发出的光经过模式转换装置205入射到显示装置210上。如上所述，模式转换装置205可通过电子开关控制转换成透明介质或散射介质而转换3D模式和2D模式。
当点光源阵列被设置在模式转换装置外部或内部时，视角的扩散角度不同。图5A显示了点光源Ps设置在与模式转换装置235具有相同折射率的介质230中的例子。图5B显示了点光源设置在模式转换装置外部的例子。这里，为了方便解释，仅显示了一个点光源Ps。
当点光源阵列被安装在模式转换装置内部时，如图2所示，点光源阵列可设在模式转换装置内，或，如图5A所示，可将点光源Ps设置在与模式转换装置235折射率相同的另一介质230内。
根据斯涅尔定律(Snell’s law)，当介质230和模式转换装置235的折射率大于1时，若从点光源Ps发出的光的出射角为θn1，并且从模式转换装置235到折射率为1的外部介质的折射角是θr，则nsinθn1＝sinθr。由于折射率n大于1，所以θr＞θn1.
参考图5B，若从点光源Ps到模式转换装置240的入射角为θi，且模式转换装置240的折射率为θn2时，sinθi＝n sinθn2，根据斯涅尔定律。由于折射率n大于1，因此θi＞θn2。当光经过模式转换装置240时，光以θi出射。
比较图5A和5B，当从点光源Ps和θi发出的光的出射角θn1和θi相同时，下面的公式成立。
θn2＜θi＝θn1＜θ   ......(1)
根据公式1，当点光源安装在模式转换装置内时，视角大于点光源安装在模式转换装置外时的视角。
根据本发明的另一实施例，参考图6，3D图像显示装置包括点光源阵列单元300，用于调节来自点光源阵列300的光的发散角的校正元件320，和能够通过电子开关转换成透明介质和散射介质的模式转换装置325。显示元件330利用通过模式转换装置325的光显示2D图像或3D图像。
点光源阵列单元300包括点光源301，会聚光源301发出的光的聚光透镜305；校准通过聚光透镜305的光的准直透镜308；和微透镜阵列310。光源301可以是弧光灯、激光二极管、发光二极管或是其他合适的光源。
微透镜阵列310包括单元微透镜310a，平行光通过单元微透镜310a聚焦，从而在焦点平面fs上形成点光源阵列。
此外，点光源阵列单元300，如图3A所示，可包括点光源阵列150和光纤155，光纤155的一端可面对校正装置320。同样，如图3B所示，点光源阵列单元300能够包括点光源阵列180和针孔阵列185，针孔阵列185可面对着校正元件320。
校正元件320调节从光源阵列300发出的光的出射角，以使其无折射地进入模式转换装置325。校正元件320能够包括具有负光焦度的透镜阵列。校正元件320的透镜阵列与单元微透镜一致。
从光源阵列单元300发出的光的发散角被校正元件320增大，从而光线入射在模式转换装置325上。参考图7，若从点光源Ps发出的光的出射角为θ1，由校正元件320发散的光的发散角为θ2，从模式转换装置325发出的光的折射角为θ3，则θ1＜θ2＜θ3。当校正元件320和模式转换装置325的折射率相同时，校正元件320的发散角θ2和模式转换装置的入射角相同。当来自模式转换装置325的光的入射角θ2增加时，折射角θ3相应于入射角成比例的增加。因而扩展了视角。当折射角θ3与从点光源阵列单元300发出的光的发射角θ1相同时，校正装置320和模式转换装置325为透明介质，从而能够获得如光从点光源阵列射出且未被折射地透射时相同的效果。
例如，模式转换装置325可由高聚物分布式液晶构成，并且通过电子开关转换成透明介质或散射介质。
模式转换装置325可被折射率大于1的透明介质所取代。当模式转换装置325被透明介质替换时，只能显示3D图像。
在上述实施例中，当点光源阵列单元300被安装在模式转换装置325外部时，扩展了视角。如有必要，当点光源阵列单元300被安装在模式转换装置325外部时，可更容易地制造3D图像显示装置。
如上述，根据本发明的3D图像显示装置使用整体成像技术实现了3D图像，它实现了更自然的3D图像，从而减少了观看3D图像时观众眼睛的疲劳。此外，扩展了视角，并可选择性地转换2D和3D图像。
同样，由于点光源阵列单元与模式转换装置分离，扩展了视角，因此点光源阵列可安装在模式转换装置的内部或外部。这使得根据这种点光源阵列的点光源阵列的制造更为容易。
这里根据实施例对本发明做了具体的显示和描述，但对本领域的技术人员来说，不偏离在权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的修改。
本申请要求于2005年7月26日在韩国专利局申请的韩国专利申请No.10-2005-0067843的优先权，其全部内容在此引作结合。

Claims (13)

1.一种使用整体成像技术的图像显示装置，包括：
点光源阵列；
显示元件，它通过电控制逐个象素地调制从所述点光源阵列发出的光，以形成图像；
模式转换装置，它设置在所述点光源阵列和所述显示元件之间并可转换成透明介质和散射介质，其中，当所述模式转换装置为透明介质时，所述图像显示装置处于3D模式，而当所述模式转换装置为散射介质时，所述图像显示装置处于2D模式；以及
与模式转换装置折射率相同的透明介质，其中所述点光源阵列被置入所述透明介质内。
2.权利要求1中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置的折射率大于1。
3.权利要求1中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置包括高聚物分布式液晶。
4.权利要求1中的图像显示装置，其中，所述点光源阵列是二维排列的弧光灯、激光二极管和发光二极管之一。
5.一种使用整体成像技术的图像显示装置，包括：
点光源阵列；
显示元件，它通过电控制逐个象素地调制从所述点光源阵列发出的光，以形成图像；
模式转换装置，它设置在所述点光源阵列和所述显示元件之间并可转换成透明介质和散射介质，其中，当所述模式转换装置为透明介质时，所述图像显示装置处于3D模式，而当所述模式转换装置为散射介质时，所述图像显示装置处于2D模式；以及
光纤或针孔阵列，其在所述点光源阵列和所述模式转换装置之间联接。
6.权利要求5中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置的折射率大于1。
7.权利要求5中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置包括高聚物分布式液晶。
8.权利要求5中的图像显示装置，其中，所述点光源阵列是二维排列的弧光灯、激光二极管和发光二极管之一。
9.一种使用整体成像技术的图像显示装置，包括：
形成光源阵列的点光源阵列；
校正元件，它用于校正从点光源阵列发出的光的发散角，所述校正元件包括具有负光焦度的透镜阵列；
模式转换装置，它与所述校正元件联接并可转换成透明介质和散射介质；和
显示元件，它调制经过所述模式转换装置的光，以形成图像，
其中，所述点光源阵列包括：
光源；
聚光透镜，用于聚焦将来自所述光源的光；
准直透镜，用于校正经过所述聚光透镜的光；和
微透镜阵列，具有多个单元微透镜，并且利用所述单元微透镜聚焦平行光，从而形成所述点光源阵列，
其中所述校正元件的所述透镜阵列与所述单元微透镜一致。
10.权利要求9中的图像显示装置，其中，其中所述模式转换装置通过电控制在透明介质和散射介质之间转换，并且所述显示元件通过电控制逐个象素地调制入射光。
11.权利要求9中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置的折射率大于1。
12.权利要求9中的图像显示装置，其中，所述模式转换装置由高聚物分布式液晶构成。
13.权利要求9中的图像显示装置，其中，所述光源是弧光灯、激光二极管和发光二极管之一。
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