MXPA06009227A

MXPA06009227A - Representacion tridimensional utilizando una lente de enfoque variable.

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Publication number: MXPA06009227A
Application number: MXPA06009227A
Authority: MX
Inventors: Cheong Soo Seo; Dong Woo Gim; Gyoung Cho Iii; James Greenup Boyd; Sang Hyune Baek; Gyoung Ii Cho
Original assignee: Stereo Display Inc
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2007-03-08
Also published as: AP2006003740A0; IL177426A0; US7077523B2; NO20064140L; AU2005213989A1; US20050179868A1; JP2007522526A; EP1723468A2; TW200537126A; EP1723468A4; WO2005079244A2; MA28455B1; EA200601499A1; EA010399B1; CN1918511A; BRPI0507639A; CA2556363A1; WO2005079244A3

Abstract

Un dispositivo de representacion tridimensional que incluye una representacion bidimensional que representa una primera imagen, y una lente de enfoque variable que recibe la luz de la representacion bidimensional y forma una segunda imagen. La lente de enfoque variable refleja la luz de la representacion bidimensional. La primera imagen incluye un numero predeterminado de primeras imagenes a lo alto que se representan en el transcurso de una unidad de tiempo, y la segunda imagen incluye segundas imagenes a lo alto correspondientes. Cada imagen a lo alto representa la porcion de la primera imagen que tiene la misma profundidad de la imagen, y la representacion bidimensional representa una imagen a lo alto a la vez. La longitud focal de al lente de enfoque variable cambia de acuerdo con la profundidad de la imagen a lo alto que se representa. Una lente de arreglo de micro espejo se utiliza como la lente de enfoque variable. La lente de arreglo de micro espejo tiene suficiente velocidad e intervalo de profundidad de enfoque para una representacion tridimensional realista.

Description

REPRESENTACIÓN TRIDIMENSIONAL UTILIZANDO UNA LENTE DE ENFOQUE VARIABLE CAMPO DE A INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método y un dispositivo para la representación tridimensional. Más particularmente, esta invención se relaciona con un método y un dispositivo para la representación tridimensional utilizando una lente de enfoque variable combinada con una representación bidimensional.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El método más popular para la representación tridimensional mediante la técnica anterior es uno que utiliza el fenómeno de paralaje binocular. Este método utiliza el principio de que el cerebro humano percibe una imagen tridimensional cuando cada uno observa una de las dos imágenes que se miden a diferentes ángulos. Este método no genera realmente una imagen tridimensional en el espacio. En su lugar, se utiliza el paralaje por los ojos del observador. Por lo tanto, este método tiene las desventajas de que están involucrados varios factores, incluyendo la distribución arbitraria de la posición del observador, la disparidad binocular debido a las desviaciones en la distancia entre los dos ojos, vergencia, acumulación de fatiga en el ojo, acomodación, observación por más de un observador, el cambio de posición relativo de la imagen tridimensional debido al movimiento del observador, etc., y tales factores deben considerarse con el fin de proporcionar una representación tridimensional apropiada . La holografía es un método de representación tridimensional que genera una imagen real en el espacio. La holografía se ha utilizado para la representación de una imagen tridimensional de manera muy limitada, debido a su complejidad técnica y alto costo de fabricación. La Patente de los Estados Unidos No. 4,834,512 de Austin describe una representación 3D que tiene una representación 2D, una lente de enfoque variable llena con fluido, y medios de control para controlar la representación y las lentes. La representación 2D representa secuencialmente imágenes' 2D representativas de las secciones transversales de un objeto a diferentes profundidades . La lente de enfoque variable llena con fluido se coloca en la parte frontal de la representación 2D y tiene una membrana que responde a la presión del fluido dentro de la lente. La representación de Austin tiene la desventaja de que puesto que la velocidad de cambio del foco de la lente llena con fluido es lenta, la representación no es adecuada para representar imágenes 3D realistas . La Patente de los Estados Unidos No. 5,986,811 de Wohlstadter describe un método y sistema de formación de imágenes para crear una imagen 3D a partir de una imagen 2D que tiene una pluralidad de puntos de la imagen. El sistema de formación de imágenes incluye un arreglo de micro lentes que tiene una longitud de enfoque variable, y medios para sostener las micro lentes en alineación con los puntos de imagen de la representación 2D. El nuevo método y dispositivo de representación de una imagen tridimensional, que puede cumplir con los requisitos relacionados con la fatiga del ojo, la observación por más de un observador, la practicabilidad de la distancia relativa entre una imagen tridimensional y el observador, la compatibilidad o intercambiabilidad 2D/3D, la expresión del color y la resolución que iguala o excede aquéllas de la HDTV, bajo costo de fabricación, y sin un incremento significativo en la cantidad de datos, se han necesitado durante largo tiempo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención contribuye a solucionar las desventajas de la técnica anterior. Un objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de representación tridimensional que tiene una construcción simple y una representación de la imagen realista. Otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo y método de representación tridimensional que utilice un conjunto de imágenes a lo alto. Aún otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de representación tridimensional que puede representar una gran variedad de profundidad de la imagen. Aún otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de representación tridimensional que proporcione una tamaño de imagen mayor. Para lograr los objetivos anteriores, un dispositivo de representación tridimensional de acuerdo con la primera modalidad de la invención incluye representar una representación bidimensional de una primera imagen, y una lente de enfoque variable que recibe la luz de la representación bidimensional y forma una segunda imagen. La primera imagen incluye un número de profundidad predeterminada de primeras imágenes a lo alto que se representan en el transcurso de una unidad de tiempo, y la segunda imagen incluye segundas imágenes a lo alto correspondientes . Cada una de las primera imágenes a lo alto representa la porción de la primera imagen que tiene la misma profundidad de la imagen, y la representación bidimensional representa una primera imagen a lo alto en un momento. La longitud focal de las lentes de enfoque variable cambia de acuerdo con la profundidad de la "primera imagen a lo alto que se representa. La velocidad de enfoque de la lente de enfoque variable es al menos igual al producto de la velocidad de la imagen continua del ojo humano y el número de la profundidad, de manera que la segunda imagen se ve tridimensional para el observador. La lente de enfoque variable refleja la luz de la representación bidimensional. La lente de enfoque variable se hace de una lente de arreglo de micro espejo. La lente de arreglo de micro espejo incluye muchos micro espejos. Los micro espejos están colocados en un plano liso para formar uno o más círculos concéntricos en el plano liso. En particular, la lente de arreglo de micro espejo forma una lente de Fresnel reflectora. Cada micro espejo se controla para cambiar la longitud focal de la lente de enfoque variable, controlando su movimiento traslacional, controlando su movimiento rotacional o controlando tanto su movimiento traslacional como el movimiento rotacional. La lente de arreglo de micro espejo es adecuada para el dispositivo de representación tridimensional de la presente invención en que tiene una velocidad de cambio de foco rápida, un gran intervalo de longitud focal y que puede hacerse para que tenga una gran abertura.

Puesto que la lente de arreglo de micro espejo es reflectora, no puede colocarse linealmente con respecto a la representación bidimensional y el observador. En su lugar, un divisor del haz se coloca en la trayectoria de la luz entre la representación bidimensional y las lentes de enfoque variable. De manera alterna, la lente de enfoque variable se coloca de manera que la trayectoria de la luz reflejada por la lente de enfoque variable no se bloquea por la representación bidimensional. El dispositivo de representación tridimensional puede incluir además, una lente auxiliar que tiene una longitud focal predeterminada, y la segunda imagen se forma por la lente de enfoque variable y la lente auxiliar juntas. La lente- auxiliar tiene el papel de cambiar o extender el intervalo de la longitud focal del dispositivo, o incrementar el tamaño de una pantalla . de la representación tridimensional. La invención también proporciona un método de representación tridimensional. El método incluye los pasos para representar una primera imagen a lo alto en dos dimensiones, representar una segunda imagen a lo alto al recibir la luz de la primera imagen a lo alto representada y enfocar la luz de acuerdo con la profundidad de la primera imagen a lo alto, y repetir los dos pasos anteriores para un número predeterminado de las primeras imágenes a lo alto en el transcurso de una unidad de tiempo. Las primeras imágenes a lo alto forman una primera imagen, y cada una de las primeras imágenes a lo alto representa la porción de la primera imagen que tiene la misma profundidad de la imagen. Las segundas imágenes a lo alto representadas forman una segunda imagen que se observa tridimensional para el observador. La velocidad de enfoque en el paso para representar la segunda imagen a lo alto es al menos igual al producto de la velocidad de la imagen continua del ojo humano y el número de profundidades . En el paso para representar la segunda imagen a lo alto, la luz recibida de la primera imagen a lo alto representada se refleja. El paso para representar la segunda imagen a lo alto se realiza con una lente de arreglo de micro espejo. En la segunda modalidad, la representación bidimensional incluye muchos píxeles, y la lente de enfoque variable incluye muchas lentes de enfoque variable. Cada una de las lentes de enfoque variables corresponde a cada uno de los píxeles. La longitud focal de cada una de las lentes de enfoque variables cambia de acuerdo con la profundidad de la imagen de una imagen representada por cada uno de los píxeles . Cada una de las lentes de enfoque variable se hace de una lente de arreglo de micro, espejo. La velocidad de enfoque de la lente de enfoque variable es al menos igual a la velocidad de la imagen continua del ojo humano, y cada una de las lentes de enfoque variable refleja la luz de la representación bidimensional. Para ambas modalidades, la longitud focal de la lente de enfoque variable puede controlarse para que sea fija, de manera que el dispositivo de representación tridimensional puede utilizarse como un dispositivo de representación bidimensional. Al fijar la longitud focal de la lente de foco variable, y la representación bidimensional que representa las imágenes bidimensionales usuales, es fácil convertir el dispositivo de representación tridimensional entre la representación bidimensional y la representación tridimensional . Las ventajas de la presente invención son: (1) puesto que el dispositivo de representación tridimensional genera realmente imágenes tridimensionales en el espacio, el dispositivo no sufre de la desventaja del dispositivo de la técnica anterior que utiliza el paralaje que incluye dificultades para la formación de imágenes debido a las consideraciones para la distribución arbitraria de la posición del observador, y la disparidad binocular debido a las desviaciones en la distancia entre dos ojos, la vergencia, acomodación, observación por más de un observador, y el cambio de posición relativo de la imagen tridimensional, debido al movimiento del usuario; (2) el costo para proporcionar datos de imágenes tridimensionales es barato, puesto que los datos necesitan sólo la información de la profundidad, además de la información de la imagen bidimensional, por lo tanto, no hay un incremento significativo en los datos; y (3) el dispositivo puede convertirse fácilmente a una representación bidimensional y viceversa . Aunque la presente invención se resume brevemente, el entendimiento total de la invención puede obtenerse por los siguientes dibujos, la descripción detallada y las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a los dibujos acompañantes, en donde: Las Figuras la-Id son diagramas esquemáticos que muestran cómo la profundidad de la imagen se cambia conforme la longitud focal de una lente; La Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo de representación tridimensional de la presente invención; Las Figuras 3a-3c son diagramas esquemáticos que muestran la representación y el enfoque de imágenes a lo alto; La Figura 4a es un diagrama esquemático que muestra cómo la lente de Fresnel refractiva reemplaza una lente ordinaria con un solo cuerpo; La Figura 4b es un diagrama esquemático que muestra cómo la lente de Fresnel reflectora reemplaza un espejo ordinario de un solo cuerpo; La Figura 5a es una vista en planta esquemática que muestra una lente de enfoque variable que puede hacerse de muchos micro espejos; La Figura 5b es una vista en planta detallada amplificada de los micro espejos; La Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra un divisor del haz y una lente auxiliar agregada al dispositivo de representación tridimensional; La Figura 7 es un diagrama esquemático que muestra una lente de aumento agregada al dispositivo de representación tridimensional; La Figura 8a es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo de representación 3D, que tiene lentes de enfoque variable que corresponden a los píxeles de una representación 2D; La Figura 8b es un diagrama esquemático que muestra que la lente de arreglo de micro espejo se utiliza como la lente de enfoque variable para el dispositivo de la Figura 8a; y La Figura 9 es un diagrama de flujo que muestra un método de representación tridimensional de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las Figuras la-Id ilustran el principio general con respecto a la distancia o profundidad de una imagen formada por una lente, y la longitud focal de la lente. Cuando la luz de un objeto pasa a través de una lente, converge o diverge dependiendo de la distancia L entre el objeto y la lente, y la longitud focal de la lente. En la descripción de la presente invención, una lente significa un elemento óptico que enfoca la luz, y no está confinado a una lente del tipo refractivo. La Figura la muestra que la luz de un objeto (ÍA) pasa a través de una lente (2A) y a continuación diverge a un ángulo diferente. La Figura Ib es un diagrama similar para una lente (2B) que tiene una longitud focal más corta. La luz refractada por la lente (2A, 2B) forma una imagen virtual (3A, 3B) . Cuando el observador (4) ve la luz refractada, el observador percibe el objeto (ÍA, IB), que se coloca en el punto P, como sale en el punto Q, 0 . La Figura le muestra que la luz de un objeto (1C) pasa a través de una lente (2C) y a continuación converge para formar una imagen real (3C) . La Figura Id es un diagrama similar para una lente (2D) que tiene una longitud focal más corta. Cuando el observador (4) ve un objeto (1C, ID) a través de la lente (2C, 2D) , el observador percibe el objeto (1C, ID) como la imagen real (3C, 3D) . Para una distancia L dada entre el objeto y la lente, la posición de la imagen formada por la lente varía dependiendo de la longitud focal de la lente. La posición de la imagen puede calcularse con la Fórmula de la Lente de Gauss. Las Figuras la y Ib muestran que la imagen virtual (3A) está más cerca al observador (4) con la lente (2A) que tiene una longitud focal más larga, y que la imagen virtual (3B) está más lejos del observador (4) con la lente (2B) que tiene una longitud focal más corta. Las Figuras le y Id muestran que la imagen real (3C) está más cerca del observador (4) con la lente (2C) que tiene una longitud focal más larga, y la imagen real (3D) está más lejos del observador (4) con la lente (2D) que tiene una longitud focal más corta. Las Figuras la-Id demuestran que la posición de una imagen virtual o real cambia de acuerdo con la longitud focal de una lente, y la posición de la imagen cambiará de manera continua conforme la longitud focal varía de manera continua . La Figura 2 muestra esquemáticamente un dispositivo de representación 3D (tridimensional) (100) de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención. El dispositivo de representación 3D (100) incluye una representación 2D (bidimensional) (10) que representa una primera imagen (6), y una lente de enfoque variable (7) que • recibe la luz de la representación 2D (10) y que forma una segunda imagen (5) . La lente de enfoque variable (7) cambia su longitud focal de manera que la segunda imagen (5) parece tridimensional para un observador (8) del dispositivo de representación tridimensional (100) . Una imagen 3D se genera en el espacio al formar las imágenes de las imágenes 2D a lo alto en las profundidades correspondientes en el espacio con la lente de enfoque variable. La representación 2D representa únicamente los píxeles de los que se debe formar una imagen a la misma profundidad a un momento dado o en un cuadro dado, y la lente de enfoque variable ajusta su longitud focal con el fin de formar las imágenes de la imagen a lo alto en la ubicación requerida en el espacio. Las Figuras 3a-3c muestran que la primera imagen (6) incluye un número de profundidad predeterminado de las primeras imágenes a lo alto (9A, 9B, 9C) que se representan en el transcurso de una unidad de tiempo, y la segunda imagen (5) incluye segundas imágenes a lo alto (HA, 11B, 11C) correspondientes. Cada una de las primeras imágenes a lo alto (9A, 9B, 9C) representa la porción de la primera imagen (6) que tiene la misma profundidad de la imagen. La representación 2D (10) representa una primera imagen a lo alto a la vez. La longitud focal de la lente de enfoque variable (7) cambia de acuerdo con la profundidad de la primera imagen a lo alto que se representa. La velocidad de enfoque de la lente de enfoque variable (7) es al menos igual al producto de la imagen continua del ojo humano y el número de profundidades, de manera que la segunda imagen se ve tridimensional por el observador. La lente de enfoque variable refleja la luz de la representación bidimensional. Con el fin de representar secuencialmente las segundas imágenes a lo alto representadas observadas como la segunda imagen tridimensional (5) al observador (8), las segundas imágenes a lo alto deben representarse suficientemente rápido para utilizar el efecto de imagen continua del ojo humano. Esto es, la lente de enfoque variable (7) debe ser capaz de cambiar su -longitud focal suficientemente rápido. Por ejemplo, para representar una imagen 3D, se requiere una velocidad de la imagen continua de aproximadamente 30. Con el fin de representar una imagen tridimensional que tiene 10 profundidades de la imagen, puesto que las 10 profundidades deben representarse todas en el transcurso de un treintavo de un segundo, se requiere una velocidad de enfoque variable y una velocidad de la representación 2D de al menos aproximadamente 300 Hz (30 x 10 Hz) .

El número de profundidades de la imagen varía dependiendo de la estructura y la capacidad de un dispositivo de representación tridimensional, y se incrementa para una mejor calidad de la imagen. La lente de enfoque variable (7) se hace de una lente de arreglo de micro espejo. La lente de arreglo de micro espejo está sincronizada con la representación 2D (10) para representar las segundas imágenes a lo alto (HA, 11B, 11C) de acuerdo con las profundidades de las primeras imágenes a lo alto (9A, 9B, 9C) . Para- representar la segunda imagen (5), que tiene profundidades continuas, la longitud focal de la lente de arreglo de micro espejo se sincroniza con las profundidades de las primeras imágenes a lo alto (9A, 9B, 9C) , y por lo tanto, cambian continuamente. Con el fin de que la segunda imagen (5) que consiste de las segundas imágenes a lo alto (HA, 11B, 11C) , que tienen profundidades continuas, se represente de manera realista, la velocidad de cambio de la longitud focal de la lente de arreglo de micro espejo, y la velocidad de representación de la representación 2D (10) debe ser igual o mayor que el producto de la velocidad de la imagen continua del ojo humano, que es de aproximadamente 30 Hz, y el número de profundidades de las imágenes a lo alto. La Figura 4a muestra esquemáticamente cómo una lente Fresnel refractiva (13A) reemplaza una lente ordinaria de un solo cuerpo (30) . La Figura 4b muestra cómo una lente de Fresnel reflectora (13B) , que reemplaza un espejo ordinario de un solo cuerpo (12), se forma con la lente de arreglo de micro espejo. La lente de arreglo de micro espejo incluye una pluralidad de micro espejos (14) , y cada micro espejo (14) se controla para formar una lente de Fresnel reflectora (13B) y para cambiar la longitud focal de la lente de enfoque variable (7) . Con el fin de obtener una imagen brillante y nítida, todos los rayos que dejan un punto de un objeto deben converger con la misma fase a un punto de un plano de la imagen. Por lo tanto, los papeles de una- lente son converger los rayos dispersos por un objeto y hacer que cada rayo tenga la misma longitud de la trayectoria óptica (OPL) . De manera alterna, la formación de imágenes utilizando la lente de Fresnel puede lograrse dando a cada rayo la misma fase periódica, incluso cuando los rayos tienen diferentes OPL, ajustando la diferencia de la OPL para que sean múltiples enteros de ?. Cada faceta converge los rayos a un punto y los rayos refractados o reflejados por diferentes facetas tienen una diferencia de OPL de múltiples enteros de ?. Para cambiar la longitud focal de la lente de arreglo de micro espejo, se controlan el movimiento traslacional o el movimiento rotacional de cada uno de los micro espejos. De manera alterna, se controlan tanto el movimiento traslacional como el movimiento rotacional de cada uno de los micro espejos. El movimiento rotacional del micro espejo (14) tiene el papel de cambiar la dirección de la luz, y el movimiento traslacional del micro espejo (14) tiene el papel de ajustar la fase de la luz. Las Figuras 5a y 5b muestran que los micro espejos (14) están colocados para formar muchos círculos concéntricos. Los micro espejos (14) se colocan en un plano liso como se muestra en la Figura 4b. La lente de enfoque variable (7) debe cumplir los siguientes requisitos. Primero, debe tener una velocidad de cambio de la longitud focal suficientemente rápida para la representación 3D. Segundo, debe tener un gran intervalo de cambio de la abertura numérica, puesto que el intervalo de la profundidad que puede formarse en imágenes, depende del intervalo del cambio de la abertura numérica. Tercero, necesita tener un gran diámetro dependiendo de la construcción de las representaciones 3D. La lente de arreglo de micro espejo cumple con ios tres requisitos. Primero, la velocidad de respuesta del micro espejo (14) excede de 10 KHz. Por lo tanto, es posible hacer que la velocidad de cambio de la longitud focal del micro espejo (14) sea igual o mayor que 10 KHz.

Segundo, el intervalo del cambio de la abertura numérica de la lente de arreglo de micro espejo es grande. Por lo tanto, como se explicó anteriormente, la lente de arreglo de micro espejo tiene un intervalo mayor de profundidades de la imagen, que es un requisito esencial para una representación 3D. Por ejemplo, cuando una TV #D de 48.26 cm. (19 pulgadas) se hace con la lente de arreglo de micro espejo, puede representar una profundidad de la imagen de 1 al infinito. Tercero, en contraste con una lente que tiene una forma continua, para la cual se vuelve difícil hacer una superficie curva ideal conforme el tamaño se vuelve mayor, no hay dificultad en agrandar el tamaño de la lente de arreglo de micro espejo, puesto que. la lente de arreglo de micro espejo consiste de micro espejos discretos. Puesto que la lente de arreglo de micro espejo es una lente reflectora, el sistema óptico del dispositivo de representación tridimensional (100) no puede alinearse en una línea. Se requiere un arreglo óptico, en el cual la luz reflejada no es bloqueada por la representación 2D. La Figura 6 muestra un arreglo en el cual el dispositivo de representación tridimensional (100) incluye además un divisor del haz (17) colocado en la trayectoria de luz entre una representación 2D (15) y una lente de enfoque variable (16) . La representación 2D (15) y la lente de enfoque variable (16) están colocados en paralelo uno con el otro. El divisor del haz (17) cambia la dirección de la luz por 90°, y simula así un arreglo óptico en línea. La lente de arreglo de micro espejo se coloca ortogonal a la trayectoria de la luz . De manera alterna, refiriéndose nuevamente a la Figura 2, la lente de enfoque variable (7) se coloca de manera que la trayectoria de la luz reflejada por la lente de enfoque variable (7) no se bloquee por la representación bidimensional (10) .• El arreglo en la Figura 2 tiene las ventajas de una estructura simple y un campo de visión más ancho, puesto que la distancia entre la representación bidimensional y la lente de enfoque variable (7) es más cercana que aquélla del arreglo con el divisor del haz (17). Sin embargo, tiene la desventaja de una calidad de la imagen reducida, debido a la aberración inducida por la lente -de enfoque variable (7) colocada de manera oblicua. La elección de cualquier arreglo depende del uso del dispositivo de representación. Como se muestra en la Figura 6, el dispositivo de representación tridimensional (100) puede incluir además una lente auxiliar (18) que tiene una longitud focal predeterminada y colocada adyacente a la lente de enfoque variable (16) . La segunda imagen (5) se forma por la longitud focal efectiva de la lente de enfoque variable (16) y la lente auxiliar (18). Con la lente auxiliar (18), el intervalo de enfoque variable del dispositivo de representación tridimensional (100) puede extenderse o cambiarse a un intervalo deseado. La lente auxiliar (18) puede ser una lente de Fresnel del tipo refractivo. Como se muestra en las Figuras 2 y 6, la lente de enfoque variable (7, 16) debe tener el tamaño de la pantalla. Para un dispositivo que tiene una pantalla de representación grande, es casi imposible o extremadamente caro hacer una lente de enfoque variable que tenga un tamaño tan grande como el de la pantalla. La Figura 7 muestra que el dispositivo de representación tridimensional (100) puede incluir además una lente auxiliar (21) que amplifica la segunda imagen (5) , con el fin de superar esta limitación. La lente auxiliar (21) puede tener una lente refractiva ordinaria o una lente de Fresnel refractiva. El tamaño de la pantalla se vuelve el tamaño de la lente auxiliar (21), que tiene una longitud focal fija. Una representación 2D (20) y una lente de enfoque variable (19) tiene un tamaño compacto que es mucho más pequeño que el tamaño de la lente auxiliar (21) . La longitud focal efectiva del dispositivo de representación tridimensional (100) se varía cambiando la longitud focal de la lente de enfoque variable (19) . La longitud focal de la lente de enfoque variable (7) puede controlarse para ser fija. Al fijar la longitud focal de la longitud de enfoque variable (7) y operando la representación 2D (10) como un dispositivo general de representación 2D, el dispositivo de representación 3D (100) puede convertirse fácilmente en un dispositivo de representación 2D. El método para representar una imagen tridimensional puede ser uno que utilice una imagen virtual como se ilustra en las Figuras la y Ib, o uno que utilice una imagen real, como se ilustra en las Figuras le y Id. El método que utiliza una imagen real tiene la ventaja de que permite una representación más realista, puesto que la imagen se genera más cerca del observador, y tiene la desventaja de que el intervalo de representación está limitado entre el observador y la pantalla. Con el método que utiliza una imagen virtual, la imagen se genera detrás de la pantalla. Este método tiene la ventaja de que puede representar una imagen que tiene una profundidad que varía de la pantalla al infinito. Las Figuras 8a y 8b muestran una segunda modalidad de la presente invención. La Figura 8a muestra cómo un dispositivo de representación 3D, que tiene lentes de enfoque variable (23) que corresponden a los píxeles (26) de una representación 2D (22), operan para representar una imagen tridimensional (24) . La imagen parcial representada por cada píxel (26) se forma en su profundidad de imagen por la lente de enfoque variable (23) que corresponde al píxel (26) . Puesto que la imagen parcial representada por cada píxel se maneja de manera individual por la lente de enfoque variable, no se requiere dividir una imagen en las imágenes a lo alto y la representación de las imágenes a lo alto, y por lo tanto, esta modalidad no necesita una alta velocidad de representación 2D y una alta velocidad de la lente de enfoque variable. Puede utilizarse una representación 2D que tiene una velocidad usual. El tamaño de la lente de enfoque variable 23 es similar a aquél del píxel 26. La Figura 8b muestra esquemáticamente un dispositivo de representación 3D (200) . El dispositivo de representación 3D (200) incluye una representación 2D que tiene una pluralidad de píxeles (26) , y una pluralidad de lentes de enfoque variable (25) . Cada una de las lentes de enfoque variable (25) corresponde a cada uno de los píxeles (26) . La velocidad de enfoque de la lente de enfoque variable (25) es al menos igual a la velocidad de la imagen continua del ojo humano, y cada una de las lentes de enfoque variable (25) refleja la luz de la representación bidimensional. La longitud focal de cada una de las lentes de enfoque variable (25) cambia de acuerdo con la profundidad dé la imagen de una imagen representada por cada uno de los píxeles (26) . Cada una de las lentes de enfoque variable (25) se hace de una lente de arreglo de micro espejo. Puesto que la lente de arreglo de micro espejo es un elemento óptico reflector, el elemento de lente (25) se coloca de manera que la luz reflejada no se bloquea por la representación bidimensional. Cada uno de los píxeles (26) muestra una porción de una primera imagen en una dirección ortogonal con la dirección del dispositivo de representación (27) del dispositivo de representación 3D (200) . Cada uno de los elementos de lente (25) se coloca a un ángulo de 45° con respecto a la dirección de representación de los píxeles (26) y la dirección del dispositivo de representación (27). Una segunda imagen (24), que es tridimensional, se forma por los elementos de lente (25) . Sin importar este arreglo complejo, la lente de arreglo de micro espejo se utiliza debido a que su intervalo del cambio de abertura numérica es grande. La Figura 9 muestra un método de representación tridimensional de acuerdo con la invención. En el paso (S100) , una primera imagen a lo alto se representa en dos dimensiones. Entonces, en el paso (S200) , una segunda imagen a lo alto se representa al recibir la luz de la primera imagen a lo alto representada y enfocando la luz de acuerdo con la profundidad de la primera imagen a lo alto.

En el paso (S300) , el paso (SlOO) y (S200) se repiten para un número predeterminado de las primeras imágenes a lo alto en el transcurso de una unidad de tiempo. El número predeterminado de las primeras imágenes a lo alto forma una primera imagen, y cada una de las primeras imágenes a lo alto representa la porción de la primera imagen que tiene la misma profundidad de la imagen. Las segundas imágenes a lo alto representadas forman una segunda imagen que parece tridimensional para el observador. La velocidad de enfoque en el paso para representar la segunda imagen a lo alto es al menos igual al producto de la velocidad de la imagen continua del ojo humano y el número de profundidades. En el paso para representar la segunda imagen a lo alto, se refleja la luz recibida de la primera imagen a lo alto representada. El paso para representar la segunda imagen a lo alto (S200) se realiza con una lente de arreglo de micro espejo . Aunque la invención se ha mostrado y descrito con referencia a las diferentes modalidades de la misma, se apreciará por aquellos con experiencia en la técnica que las variaciones - en la forma, detalle, composiciones y operación pueden hacerse sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, como se define por las reivindicaciones acompañantes.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo volumétrico de representación tridimensional que comprende: a) una representación bidimensional que representa una primera imagen, en donde la primera imagen bidimensional a lo alto es la imagen representativa de la sección transversal del objeto a diferentes posiciones a lo largo de la tercera dimensión, en donde una dimensión será la altura del objeto (eje Y), otra será su ancho (eje X) y la tercera será su profundidad (eje Z) ; y b) una lente de arreglo de micro espejo que recibe la luz de la representación bidimensional y forma una imagen tridimensional que comprende una segunda imagen bidimensional a lo alto; en donde la lente de arreglo de micro espejo es una lente de enfoque variable híbrida difractiva-reflectiva, en donde la velocidad cambiante de la longitud focal es al menos igual al producto de una velocidad persistente de veces de número de profundidad (velocidad de la imagen continua) del ojo humano promedio, de manera que las segundas imágenes bidimensionales a lo alto parece fusionarse en una imagen tridimensional de un objeto al observador, en donde la longitud focal de la lente de arreglo de micro espejo se cambia de acuerdo con la profundidad.
2. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, en donde la lente de arreglo de micro espejo comprende una pluralidad de micro espejos, y en donde cada micro espejo se controla para cambiar la longitud focal de la lente de enfoque variable.
3. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 2, en donde los micro espejos están colocados en un plano liso, en donde los micro espejos están colocados para formar uno o más círculos concéntricos .
4. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 2 , en donde el movimiento traslacional de cada uno de los micro espejos se controla.
5. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 2, en donde el movimiento rotacional de cada uno de los micro espejos se controla .
6. El dispositivo de • representación tridimensional según la reivindicación 2, en donde el movimiento rotacional y el movimiento traslacional de cada uno de los micro espejos se controla.
7. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, que comprende además un divisor del haz colocado en la trayectoria de la luz entre la representación bidimensional y la lente de enfoque variable.
8. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, en donde la lente de enfoque variable se coloca de manera que la trayectoria de la luz reflejada por la lente de enfoque variable no se bloquea por la representación bidimensional.
9. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, que comprende además una lente auxiliar que tiene una longitud focal predeterminada, y en donde la segunda imagen se forma por la lente de enfoque variable y la lente auxiliar, juntas.
10. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 9, que comprende además una pantalla para representar la segunda imagen, y en donde la lente auxiliar incrementa el tamaño de la pantalla.
11. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, en donde la longitud focal de la lente de enfoque variable se controla para que esté fija.
12. Un dispositivo de representación tridimensional, en donde una imagen de un objeto se divide en imágenes seccionales a lo largo de la profundidad del objeto, y cada imagen seccional se enfoca a la profundidad de la imagen seccional, de manera que la imagen enfocada de las imágenes seccionales se ve tridimensional para el observador, el dispositivo tridimensional comprende: a) una representación bidimensional que representa un número de profundidades predeterminado de las primeras imágenes; y b) una lente de arreglo de micro espejo que recibe la luz de la representación bidimensional y forma una segunda imagen; en donde la velocidad de enfoque de la lente de arreglo de micro espejo es al menos igual al producto de la velocidad persistente (velocidad de la imagen continua) del ojo humano promedio y el número de profundidades, y en donde la lente de arreglo de micro espejo refleja la luz de la representación bidimensional.
13. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 12, en donde la lente de enfoque variable es una lente de Fresnel híbrida difractiva-reflectiva .
14. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1, en donde un método de representación tridimensional comprende los pasos de: a) representar una primera imagen a lo alto en dos dimensiones; b) representar una segunda imagen a lo alto en el espacio al enfocar la luz de la primera imagen a lo alto representada de acuerdo con la profundidad de la primera imagen a lo alto; y c) repetir los pasos a) y b) durante un número de profundidades predeterminado de las primeras imágenes a lo alto en el transcurso de una unidad de tiempo; en donde cada una de ' las primeras imágenes a lo alto representa la sección transvesal del objeto, en donde la velocidad de representar en el paso de representar las primeras imágenes a lo alto es al menos igual al producto de la velocidad persistente (velocidad de la imagen continua) del ojo humano promedio y el número de profundidades, y en donde el paso para representar las segundas imágenes a lo alto, la luz recibida de la primera imagen a lo alto representada se refleja.
15. El método de representación tridimensional según la reivindicación 14, en donde el paso para representar las segundas imágenes a lo alto se realiza con una lente de arreglo de micro espejo.
16. Un dispositivo volumétrico de representación tridimensional que comprende: a) una representación bidimensional que comprende una pluralidad de píxeles; y b) una pluralidad de lentes de arreglo de micro espejo, en donde cada una de las lentes de arreglo de micro espejo corresponde a cada uno de los píxeles; en donde la velocidad de enfoque de la lente de arreglo de micro espejo es al menos igual a la velocidad persistente (velocidad de la imagen continua) del ojo humano promedio, y cada una de las lentes de arreglo de micro espejo refleja la luz de la representación bidimensional, y en donde la longitud focal de cada una de las lentes de arreglo de micro espejo cambia de acuerdo con la profundidad de una imagen representada por cada uno de los píxeles .
17. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 16, en donde cada una de las lentes de enfoque variable está hecha de una lente de arreglo de micro espejo.
18. El dispositivo de representación tridimensional según la reivindicación 1 , la lente de arreglo de micro espejo está sincronizada con la representación bidimensional para representar las primeras imágenes bidimensionales a lo alto de acuerdo con sus profundidades .