使用可变焦距透镜的三维显示制造技术

一种三维显示装置包括显示第一影像的二维显示，以及用于接收来自二维显示部的光线并形成第二影像的可变焦距透镜。该可变焦距透镜反射来自二维显示光线。第一影像包括在单位时间内显示的预定深度数量的第一深度方向的影像，以及第二影像包括对应的第二深度方向的影像。各深度方向的影像代表具有相同影像深度的第一影像部分，以及二维显示一次显示一个深度方向影像。可变焦距透镜的焦距根据所显示的影像的深度方向影像的深度而改变。微镜阵列透镜用作为可变焦距透镜。微镜阵列透镜具有实际三维显示用的足够的速度与聚焦长度范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可变焦距透镜的三维显示
本专利技术涉及一种三维显示的方法及装置，更具体地，本专利技术涉及一种使用结合二维显示的可变焦距透镜的三维显示的方法及装置。
技术介绍
在现有技术中用于三维显示的最常用的方法是使用双眼视差现象。该方法是利用当人的每只眼睛看见以不同角度测量的两个影像之一时，人脑会感知到三维影像的原理。此方法并非真正在空间中产生三维影像，而是利用观看者双眼的视差。因此，此方法的缺点涉及各种因素，包括观看者位置的任意分布、由于两眼间距离误差造成的双眼不等、聚散度(vergence)、眼睛疲劳堆积、眼调节(accommodation)、被多于一个观看者所观看、由于观看者的移动造成的三维影像相对位置改变等等，而这些因素必须被考虑以提供恰当的三维显示。全息技术(Holography)是一种在空间中产生真实的影像的三维显示方法。因为技术复杂性以及高制造成本，全像技术非常有限地应用于三维影像显示。奥斯汀(Austin)于美国专利第4,834,512号公开了一种三维(3D)显示，其具有二维(2D)显示、液体充满的可变焦距透镜、以及控制该显示以及透镜的控制装置。该2D显示依序呈现表示在-->不同深度的物体横截面的2D影像。液体充满的可变焦距透镜位于2D显示之前，并具有能响应透镜内液体压力的薄膜。奥斯汀的显示具有一项缺点，即由于充满液体的透镜焦距改变速度缓慢，该显示不适用于显示实际的3D影像。沃史丹特(Wohlstadter)的美国专利第5,986,811号公开了一种成像方法以及系统，用于从具有多个影像点的2D影像中产生3D影像。该成像系统包括具有可变焦距长度的微透镜阵列，以及保持微透镜与2D显示的影像点对准的装置。长久以来需要一种新的三维影像显示方法及装置，能解决有关眼睛疲劳、被多于一个观看者所观看、三维影像和观看者之间相对距离的实用性、2D/3D兼容性或互换性、等同或超越高画质电视(HDTV)的色彩表达以及分辨率、低的制造费用以及无显著数据量的增加的需求。
技术实现思路
本专利技术试图解决现有技术的缺点。本专利技术的一个目的是提供一种三维显示装置，其具有简单的结构以及逼真的影像表现。本专利技术的另一个目的是提供一种利用一组深度方向影像的三维显示装置以及方法。本专利技术的再一个目的是提供一种可显示大的影像深度范围的三维显示装置。本专利技术的另一个目的是提供一种能提供大的影像尺寸的三维显示装置。-->为了达到上述目的，根据本专利技术第一实施例的三维显示装置包括显示第一影像的二维显示，以及可变焦距透镜，接收来自该二维显示的光线并形成第二影像。该第一影像包括在单位时间内显示的预定深度数量的第一深度方向的影像，以及第二影像包括对应的第二深度方向的影像。每一个第一深度方向的影像代表具有相同影像深度的第一影像的部分，以及二维显示一次显示一个第一深度方向影像。可变焦距透镜的焦距根据所显示的第一深度方向影像的深度而改变。可变焦距透镜的聚焦速度至少等于人眼的残像速度与深度数量的乘积，使第二影像对观看者而言看似三维的。可变焦距透镜反射来自二维显示的光线。该可变焦距透镜是由微镜阵列透镜所制成。微镜阵列透镜包括多个微镜。这些微镜设置于平面上以形成一个或多个在平面上的同心圆。特别地，微镜阵列透镜形成反射菲涅尔透镜。通过控制微镜的平移动作、控制其旋转动作或控制平移动作以及旋转动作两者来控制每一个微镜以改变可变焦距透镜的焦距。微镜阵列透镜适用于本专利技术的三维显示装置，因其具有快速聚焦改变速度、大焦距范围以及可制成具有大的孔径。由于微镜阵列透镜为反射的，其无法与二维显示以及观看者位在同一直线上。取而代之者，可在二维显示以及可变焦距透镜之间的光径中设置一光束分离器。或者，可如此设置可变焦距透镜，使得由可变焦距透镜反射的光径不会被二维显示所阻挡。三维显示装置可进一步包括具有预定焦距的辅助透镜，而第二影像是由可变焦距透镜以及辅助透镜一起形成。辅助透镜的作用为改变或延伸装置的可变焦距范围或增加三维显示的屏幕的尺寸。-->本专利技术也提供一种三维显示方法。该方法包括下列步骤：二维显示第一深度方向的影像，通过接收来自显示的第一深度方向的影像的光线并根据第一深度方向的影像的深度聚焦光线以显示第二深度方向的影像，以及以第一深度方向影像的预定数量在单位时间内重复上述两步骤。第一深度方向影像形成第一影像，且每一个第一深度方向影像代表具有相同影像深度的第一影像的部分。显示的第二深度方向影像形成对观看者而言看似三维的第二影像。在显示第二深度方向影像的步骤中的聚焦速度至少等于人眼残像速度与深度数量的乘积。在显示第二深度方向影像的步骤中，反射接收自显示的第一深度方向影像的光线。显示第二深度方向影像的步骤通过微镜阵列透镜执行。在第二实施例中，二维显示包括许多像素，并且可变焦距透镜包括许多可变焦距透镜。每一个可变焦距透镜对应每一个像素。每一个可变焦距透镜的焦距根据各像素显示的影像的影像深度而改变。每一个可变焦距透镜由微镜阵列透镜构成。可变焦距透镜的聚焦速度至少等于人眼残像速度，以及每一个可变焦距透镜反射来自二维显示的光线。对于这两个实施例，可变焦距透镜的焦距可控制为固定的，使得三维显示装置可作为二维显示装置使用。通过固定可变焦距透镜的焦距以及显示普通的二维影像的二维显示，可在二维显示以及三维(立体)显示之间轻易地转变三维显示装置。本专利技术的优点是：(1)因为三维显示装置真正在空间中产生三维影像，所以该装置不必产生使用视差的现有技术装置的缺点，该缺点包括由于考虑到观看者位置的任意分布的成像困难、以及由于两眼间距离误差造成的双眼不等、聚散度(vergence)、眼睛疲劳堆-->积、眼调节(accommodation)、被多于一个观看者所观看、由于观看者的移动造成的三维影像相对位置改变；(2)用于提供三维影像数据的费用是廉价的，因为除了二维影像信息之外，数据仅需要深度信息，并且没有显著的数据量的增长；以及(3)装置可以容易地转换为二维显示，反之亦然。尽管简要地概述了本专利技术，但是通过接下来的附图、详细的描述以及附加的权利要求可以完全理解本专利技术。附图说明参考附图更好地理解本专利技术的这些以及其它特征、方面以及优点，其中：图1a-1d是示出当透镜的焦距改变时如何改变影像的深度的示意图；图2是示出本专利技术三维显示装置的示意图；图3a-3c是示出深度方向影像的显示与聚焦的示意图；图4a是示出折射菲涅尔透镜如何取代一般单体透镜的示意图；图4b是示出反射菲涅尔透镜如何取代一般单体透镜的示意图；图5a是示出由许多微镜制成的可变焦距透镜的示意平面图；图5b是微镜的放大细节平面图；图6是示出增加至三维显示装置的光束分离器以及辅助透镜的示意图；-->图7是示出增加至三维显示装置的放大透镜的示意图；图8a是示出三维显示装置的示意图，其具有对应2D显示的像素的可变焦距透镜；图8b是示出微镜阵列透镜使用作为图8a的装置的可变焦距透镜的示意图；以及图9为显示本专利技术的三维显示方法的流程图。具体实施方式图1a-1d描述有关由透镜形成影像的距离或深度，以及透镜焦距的概要原理。当来自物体的光通过透镜时，根据物体与透镜之间的距离L以及透镜焦距，光线会会聚或发散。在本专利技术的说明中，透镜是指能聚焦光线的光学元件，且不限于折射型透镜。图1a示出来自物体1A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维显示装置，包括：ａ）二维显示，显示第一影像；以及ｂ）可变焦距透镜，接收来自所述二维显示的光线并形成第二影像；其中，第一影像包括在单位时间内显示的预定深度数量的第一深度方向的影像，以及第二影像包括对应的第二深度方向的影像，其中每一个第一深度方向的影像代表具有相同影像深度的第一影像的部分，其中二维显示一次显示一个第一深度方向影像，其中所述可变焦距透镜的焦距根据所显示的第一深度方向影像的深度而改变，其中所述可变焦距透镜的聚焦速度至少等于人眼的残像速度与深度数量的乘积，以及其中所述可变焦距透镜反射来自二维显示的光线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-2-13 10/778,2811.一种三维显示装置，包括：a)二维显示，显示第一影像；以及b)可变焦距透镜，接收来自所述二维显示的光线并形成第二影像；其中，第一影像包括在单位时间内显示的预定深度数量的第一深度方向的影像，以及第二影像包括对应的第二深度方向的影像，其中每一个第一深度方向的影像代表具有相同影像深度的第一影像的部分，其中二维显示一次显示一个第一深度方向影像，其中所述可变焦距透镜的焦距根据所显示的第一深度方向影像的深度而改变，其中所述可变焦距透镜的聚焦速度至少等于人眼的残像速度与深度数量的乘积，以及其中所述可变焦距透镜反射来自二维显示的光线。2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其中所述可变焦距透镜是由微镜阵列透镜所制成。3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其中所述可变焦距透镜为反射菲涅尔透镜。4.根据权利要求2所述的三维显示装置，其中所述微镜阵列透镜包括多个微镜，以及其中控制各微镜以改变所述可变焦距透镜的焦距。5.根据权利要求4所述的三维显示装置，其中设置所述微镜于平面中。6.根据权利要求5所述的三维显示装置，其中设置所述微镜以形成一个或多个同心圆。7.根据权利要求4所述的三维显示装置，其中控制所述每一个微镜的平移动作。8.根据权利要求4所述的三维显示装置，其中控制所述每一个微镜的旋转动作。9.根据权利要求4的所述三维显示装置，其中控制所述每一个微镜的旋转动作与平移动作。10.根据权利要求1所述的三维显示装置，进一步包括位于所述二维显示与可变焦距透镜的光径中的光束分离器。11.根据权利要求1所述的三维显示装置，其中如此放置所述可变焦距透镜使得可变焦距透镜反射的光径不会被所述二维显示所阻碍。12.根据权利要求1所述的三维显示装置，其中进一步包括具有预定焦距的辅助透镜，以及其中由可变焦距透镜连同所述辅助透镜形成所述第二影像。13.根据权利要求12所述的三维显示装置，进一步包括用于显示所述第二影像的屏幕，以及其中所述辅助透镜增加屏幕的尺寸。14.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐清洙，金东佑，赵京一，詹姆斯格里纳普鲍伊德，白祥铉，
申请(专利权)人：立体播放有限公司，埃斯壮有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]