可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及三維圖像顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及基于像素陣列的三維圖像顯示系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)所包含器件可以平行或近似平行地疊加在一起，厚度尺寸可以較小，與手機(jī)、平板電腦、電視等傳統(tǒng)平面顯示設(shè)備結(jié)合，可以促進(jìn)其顯示能力從二維到三維進(jìn)行轉(zhuǎn)變?？杀銛y的三維圖像顯示系統(tǒng)，包括一個(gè)像素陣列單元、一個(gè)光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)、一個(gè)濾波單元、一個(gè)控制單元及一個(gè)可選的可控散射屏，將像素陣列單元分成多個(gè)子像素陣列單元，通過光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)，引導(dǎo)各子像素陣列單元投射信息沿不同傳輸方向相交于顯示空間，基于光束疊加，在顯示空間實(shí)現(xiàn)三維圖像顯示。
【專利說明】可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維圖像顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及系統(tǒng)厚度可以控制到較小尺寸的三維圖像顯示系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于二維顯示難以清楚準(zhǔn)確表達(dá)第三維的深度信息，人們一直在致力于研究可顯示立體場(chǎng)景的顯示技術(shù)——三維圖像顯示技術(shù)?，F(xiàn)有的各種三維顯示技術(shù)，要么需要眼鏡等輔助設(shè)備，要么系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不適于三維技術(shù)在手機(jī)等便攜式移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用。本專利基于可疊加的幾個(gè)面分布或近似面分布的器件陣列，通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)投射光場(chǎng)的空間疊加，獲得真實(shí)的三維圖像顯示。
[0003]由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沿厚度方向其尺寸可以控制在較小范圍，有可能將該專利技術(shù)結(jié)合到現(xiàn)有的手機(jī)、平板電腦等便攜式設(shè)備上，在這些生活必需品上實(shí)現(xiàn)三維顯示，推動(dòng)三維技術(shù)真正走到人們的日常生活中來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小巧的三維顯示設(shè)備，提供可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)和方法，其采用分辨率較高的像素陣列，通過光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)的控制，將沿不同方向傳輸?shù)母髯酉袼仃嚵型队暗墓庑畔⒃诳臻g進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)顯示區(qū)域內(nèi)真實(shí)三維圖像的顯示，并根據(jù)需要，能可選地實(shí)現(xiàn)三維顯示模式和二維顯示模式間的切換。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其中包括
一像素陣列單元，數(shù)量為一個(gè)，由可投射光信息的像素排列而成，可以分解成若干個(gè)子像素陣列單元；
一光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)，數(shù)量為一個(gè)，調(diào)制上述像素陣列單元投射的光信息，將上述各子像素陣列單元投射的主光線會(huì)聚于不同空間位置，形成會(huì)聚光點(diǎn)陣列，并引導(dǎo)從上述各會(huì)聚光點(diǎn)出射的主光線沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域；
一濾波單元，數(shù)量為一個(gè)，置于上述像素陣列單元投射光信息的傳輸路徑中，對(duì)上述子像素陣列單元投射的光信息進(jìn)行空間濾波，獲取窄帶寬的子像素陣列單元投影信息；
一控制單元，數(shù)量為一個(gè)，由虛置目標(biāo)圖像，經(jīng)主光線的反向追蹤，獲取像素陣列單元各像素需要顯示的信息，并在系統(tǒng)工作時(shí)控制像素陣列單元各像素投射對(duì)應(yīng)信息；
進(jìn)一步的，所述的像素陣列單元可以由多個(gè)顯示芯片拼接而成，各顯示芯片即為相應(yīng)的子像素陣列單元；該顯示芯片可以是OLED微顯示芯片、LED微顯示芯片或透射式液晶微顯不芯片等
進(jìn)一步的，所述的像素陣列單元可以為單個(gè)顯示芯片，各子像素陣列單元分別為該單個(gè)顯不芯片的一部分；
進(jìn)一步的，所述的像素陣列單元的像素可以是主動(dòng)發(fā)光的像素，也可以是被動(dòng)發(fā)光的像素，若為后者，像素陣列單元包含有對(duì)應(yīng)背光源；
進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)可以為小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡的依次調(diào)制，會(huì)聚成空間排列的光點(diǎn)陣列，且各會(huì)聚光點(diǎn)投射的主光線沿不同方向投射至顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的系統(tǒng)，其中光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)可以為小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡會(huì)聚成空間排列的光點(diǎn)陣列，各會(huì)聚光點(diǎn)投射的主光線再經(jīng)轉(zhuǎn)換透鏡，沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的系統(tǒng)，可以可選地引入可控散射屏，數(shù)量為一個(gè)，以在該三維顯示系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)二維圖像的顯示，使系統(tǒng)同時(shí)具備三維顯示和二維顯示兩種功能模式:三維顯示模式下，該可控散射屏可以從光路中撤出或無散射地讓上述像素陣列單元投射的光場(chǎng)通過，使系統(tǒng)三維顯示的功能不受該可控顯示屏的影響；二維顯示模式下，該可控散射屏進(jìn)入光路進(jìn)行散射或可控地由非散射狀態(tài)轉(zhuǎn)換為散射狀態(tài)，并以其散射面為二維顯示區(qū)域進(jìn)行二維圖像顯示；
進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)可以為棱鏡陣列、小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)棱鏡陣列中對(duì)應(yīng)棱鏡折射后，經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡會(huì)聚并引導(dǎo)會(huì)聚光點(diǎn)出射的主光線沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)也可以不包含轉(zhuǎn)換透鏡，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)對(duì)應(yīng)棱鏡折射，沿不同傳輸方向進(jìn)入對(duì)應(yīng)小透鏡，會(huì)聚并經(jīng)濾波單元的低通濾波，沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)也可以不包含轉(zhuǎn)換透鏡，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)對(duì)應(yīng)棱鏡折射，沿不同傳輸方向進(jìn)入對(duì)應(yīng)小透鏡，會(huì)聚并經(jīng)濾波單元的低通濾波，沿不同傳輸方向投射至像顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)的棱鏡陣列也可以由光柵器件或其它光偏轉(zhuǎn)器件代替，其功能就是使不同子像素陣列單元投射的主光線具有不同的偏轉(zhuǎn)角度。
[0006]進(jìn)一步的，所述的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)可以為曲面分布的小透鏡陣列，其中像素陣列單元、小透鏡陣列、和濾波單元繞相同的球心分布于三個(gè)不同半徑的圓球面上，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡會(huì)聚于濾波單元，低通濾波后，各子像素陣列單元投射的主光束導(dǎo)向顯示區(qū)域；
進(jìn)一步的，所述的濾波單元由具有一定孔徑的小孔組合而成，各小孔處于上述光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生各會(huì)聚光點(diǎn)處，濾除上述各子像素陣列單元投射光信息的高頻信息，保留各子像素陣列單元投射信息的低頻部分通過；
可便攜的三維圖像顯示方法，包括以下步驟:
51.建立xyz軸坐標(biāo)，在三維顯示模式下，虛擬放置目標(biāo)三維圖像于以坐標(biāo)系原點(diǎn)為中心的顯示區(qū)域內(nèi)，若系統(tǒng)引入了可選散射屏，需要關(guān)閉其散射功能；
52.以虛置目標(biāo)三維圖像為源，基于光線追蹤，根據(jù)各像素投射主光線經(jīng)目標(biāo)圖像時(shí)所過各虛置物點(diǎn)的光強(qiáng)值，獲取各像素所需投影信息；控制像素陣列單元投影所獲取信息，在顯示區(qū)域光線疊加復(fù)現(xiàn)目標(biāo)三維圖像光場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)空間內(nèi)的三維顯示；
53.置入了可控散射屏的系統(tǒng)在二維顯示模式下，需激活二維散射屏的散射功能，并以該可控散射屏的散射面為二維顯示區(qū)域； S4.虛置目標(biāo)二維圖像于可控散射屏上，基于光線追蹤，根據(jù)各像素投射主光線經(jīng)虛置二維圖像時(shí)所過各點(diǎn)的光強(qiáng)值，獲取各像素需投影的信息；控制像素陣列單元投影所獲取信息，在可控散射屏上散射顯示目標(biāo)二維圖像。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:本發(fā)明通過現(xiàn)有平板顯示技術(shù)可以提供的多個(gè)子像素陣列單元的拼接，獲取大分辨率的像素陣列單元，比如OLED微顯示芯片的組合，通過光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)和低通濾波，空間疊加這些子像素陣列單元投影的光場(chǎng)，生成分布于三維空間的真實(shí)三維圖像。由于可以控制光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)的幾何尺寸，該技術(shù)可以和現(xiàn)有平板顯示技術(shù)結(jié)合，在手機(jī)、Ipad等普及的電子設(shè)備上實(shí)現(xiàn)雙目可視的真三維圖像顯示，推動(dòng)三維顯示技術(shù)在實(shí)用化領(lǐng)域的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)光路示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)工作原理分析圖。
[0011]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)光路示意圖。
[0012]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3引入了可控散射屏的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)二維圖像顯示示意圖。
[0013]圖6是本發(fā)明實(shí)施例4可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)示意圖
圖7是本發(fā)明實(shí)施例5采用曲面像素陣列單元的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)示意圖
10:像素陣列單元11:子像素陣列單元
20:光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)21:小透鏡陣列
22:轉(zhuǎn)換透鏡23:棱鏡陣列
30:濾波單元40:控制單元
50:可控散射屏。
【具體實(shí)施方式】
[0014]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。本發(fā)明采用高分辨率的像素陣列，通過其投影圖像傳輸方向的引導(dǎo)，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小巧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)真實(shí)三維圖像顯
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[0015]實(shí)施例1
可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，采用小透鏡陣列21和轉(zhuǎn)換透鏡22組合而成光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20的三維圖像顯示系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)如圖1所示:像素陣列單元10由平面矩形排列的MXN個(gè)OLED微顯示芯片組成(沿X向以M=S為例)，每個(gè)該OLED微顯示芯片即為本專利中的子像素陣列單元11，其分辨率為mXn，像素間距為δ d，沿矩形邊線方向上相鄰子像素陣列單元11的間距為Ad。系統(tǒng)濾波單元30由具有一定通光孔徑的MXN個(gè)小孔組合而成。圖2為該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(以MXN=4X4為例)。平面分布的小透鏡陣列21距離像素陣列單元10距離為Cl1,該小透鏡的焦距為f2。經(jīng)對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡22，各子像素陣列單元11投射的主光線會(huì)聚于濾波單元30上的對(duì)應(yīng)小孔處。這里的主光線，即通常意義上像素沿像素所在平面垂向上發(fā)出的光線，若是平面顯示芯片，即是垂直于芯片面投射出來的直射光線，此解釋在下面各實(shí)施例中通用。濾波單元30的小孔、小透鏡陣列21的小透鏡和MXN個(gè)OLED微顯示芯片采用相同的排列結(jié)構(gòu)。經(jīng)小孔的低通濾波，窄帶寬的子像素陣列單元投影信息從對(duì)應(yīng)小孔投射向O點(diǎn)附近的顯示區(qū)域。顯示區(qū)域中心O和轉(zhuǎn)換透鏡22的中心焦點(diǎn)重合。轉(zhuǎn)換透鏡22焦距為，它和小透鏡陣列21的距離為d2，和濾波單元的距離為V。
[0016]為了讓圖示更清晰,我們?cè)赬z平面內(nèi)沿X方向以m=5為例來說明系統(tǒng)的工作原理，如圖3，其中只畫出了一個(gè)子像素陣列11和其對(duì)應(yīng)的小透鏡。當(dāng)然，實(shí)際上OLED微顯示芯片X向的分辨率m遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5。從子像素陣列11的5個(gè)像素點(diǎn)ΡρΡ2、Ρ3、Ρ4和P5投射出的主光線經(jīng)小透鏡和變換透鏡22匯聚于濾波單元30的小孔I處，經(jīng)其有限的通光孔徑，以零頻為中心頻率的窄帶寬信息被導(dǎo)向顯示空間，對(duì)應(yīng)的5條主光線分別過O’、02、03、04和0〃五個(gè)基點(diǎn)。對(duì)任意像素點(diǎn)，比如P2，連接小孔I中心點(diǎn)和對(duì)應(yīng)基點(diǎn)O2的直線，該直線和虛置目標(biāo)三維圖像相交各物點(diǎn)光強(qiáng)值的和即為該像素P2在系統(tǒng)工作時(shí)需要投影的光強(qiáng)值。采用同樣方法，控制單元40可以獲取二維分布的像素陣列10上所有像素需要投射的光強(qiáng)值，也即是像素陣列10的投影信息。系統(tǒng)工作時(shí)，控制單元40控制像素陣列10投影已經(jīng)獲取的投影信息，實(shí)現(xiàn)三維圖像的顯示。對(duì)任意顯示物點(diǎn)，該點(diǎn)由通過MXN個(gè)小孔傳輸過來的MXN條主光線會(huì)聚而成，且相鄰兩條主光線的夾角由相鄰小孔間距和(A-V)比值的反正弦函數(shù)值確定。合理確定系統(tǒng)參數(shù)，該夾角值可以很小，可以保證顯示的三維圖像具有連續(xù)的運(yùn)動(dòng)視差，實(shí)現(xiàn)真實(shí)意義上的三維圖像顯示。由幾何關(guān)系，可以確定觀察者可以看到整個(gè)顯示物體的區(qū)域?yàn)閳D1中觀察者所處的角范圍內(nèi)。
[0017]實(shí)施例2
可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，采用小透鏡陣列21和轉(zhuǎn)換透鏡22組合而成光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20的三維圖像顯示系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)如圖4所示:像素陣列單元10由平面矩形排列的MXN個(gè)矩形OLED微顯示芯片拼接而成(這里以沿X向M=S為例)，每個(gè)該OLED微顯示芯片即為本專利中的子像素陣列單元11，其分辨率為mXn，沿矩形邊線方向上相鄰子像素陣列單元11的間距為Ad。系統(tǒng)濾波單元30由具有一定孔徑的MXN個(gè)小孔組合而成。平面分布的小透鏡陣列21距離像素陣列10距離為Cl1,該小透鏡的焦距為f2。經(jīng)對(duì)應(yīng)小透鏡，各子像素陣列單元11的主光線會(huì)聚于濾波單元30上的對(duì)應(yīng)小孔處。濾波單元30的小孔、小透鏡陣列21的小透鏡和MXN個(gè)OLED微顯示芯片采用相同的排列結(jié)構(gòu)。經(jīng)小孔濾波，子像素陣列單元11投影信息再經(jīng)轉(zhuǎn)換透鏡22導(dǎo)向點(diǎn)O’和0〃間的顯示區(qū)域。顯示區(qū)域中心O位于轉(zhuǎn)換透鏡22的焦點(diǎn)上。轉(zhuǎn)換透鏡22焦距為，它和小透鏡陣列21的距離為d2。該實(shí)施例和實(shí)施例1原理相同，只是光學(xué)器件的位置設(shè)計(jì)有所不同，系統(tǒng)的工作原理和方法解釋可參考實(shí)施例1.實(shí)施例3
引入可控散射屏50的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，采用小透鏡陣列21和轉(zhuǎn)換透鏡22組合而成光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20的三維圖像顯示系統(tǒng)如圖5:像素陣列單元10由MXN個(gè)OLED微顯示芯片(這里以只畫出一個(gè))組成，該OLED微顯示芯片即為本專利的子像素陣列單元11，其分辨率為mXn。系統(tǒng)濾波單元30由具有一定通光孔徑的MXN個(gè)小孔組合而成。經(jīng)對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡22，各子像素陣列單元11投射的主光線會(huì)聚于濾波單元30上的對(duì)應(yīng)小孔處。濾波單元30的小孔、小透鏡陣列21的小透鏡和MXN個(gè)OLED微顯示芯片采用相同的排列結(jié)構(gòu)。經(jīng)小孔低通濾波，子像素陣列單元11投影信息從對(duì)應(yīng)小孔投射向激活的可控散射屏50?？煽厣⑸淦?0距離濾波單元距離為D，該D值要保證從各小孔投射出來的主光線在二維散射面上無間隙地覆蓋可控散射屏。
[0018]為了讓圖示更清晰，我們?cè)趛垂面內(nèi)沿X方向以m=5為例來說明系統(tǒng)的工作原理，如圖5，其中只畫出了一個(gè)子像素陣列11和一個(gè)小透鏡。當(dāng)然，實(shí)際上OLED微顯示芯片的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5。從子像素陣列11的5個(gè)像素點(diǎn)ΡρΡ2、Ρ3、Ρ4和P5投射出的主光線經(jīng)小透鏡和變換透鏡22匯聚于濾波單元30的小孔I處，經(jīng)小孔I有限通光孔徑的低通濾波，獲得的以基頻為中心頻率的窄帶寬信息被導(dǎo)向可控散射屏，對(duì)應(yīng)的5條主光線分別過達(dá)到可控散射屏50上的Qp Q2, Q 3、Q 4和Q5五個(gè)基點(diǎn)。虛置目標(biāo)二維圖像于可控散射屏50的散射面上。對(duì)任意像素點(diǎn)，比如P2，其投射主光線與可控散射屏50交點(diǎn)Q2處虛置二維圖像像點(diǎn)的強(qiáng)度，即為系統(tǒng)在進(jìn)行二維顯示時(shí)像素P2需要投影的光強(qiáng)值。同理，控制單元40可以獲取像素陣列單元10上所有像素的投影光強(qiáng)值，也即是像素陣列10的投影信息。系統(tǒng)工作于二維顯示模式時(shí)，激活可控散射屏50的散射功能，控制單元40控制像素陣列單元10投射已經(jīng)獲取的投影信息，實(shí)現(xiàn)二維圖像在可控散射屏50散射面上的顯示。散射的主光線使顯示的二維圖像在較大視角范圍內(nèi)可視，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從三維顯示向二維顯示的轉(zhuǎn)換。此時(shí)，三維顯示系統(tǒng)同時(shí)具有二維顯示的功能，但，由于可控散射屏50的引入，顯示系統(tǒng)沿z像厚度增加了 D。
[0019]實(shí)施例4
可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，采用棱鏡陣列23、小透鏡陣列21和轉(zhuǎn)換透鏡22組合而成的光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20的三維圖像顯示系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖6所示:像素陣列單元10由平面排列的MXN個(gè)矩形OLED微顯示芯片組成(這里X向以M=7為例)，每個(gè)該OLED微顯示芯片即為本專利中的子像素陣列單元11，其分辨率為mXn，沿矩形邊線方向上相鄰子像素陣列單元11的間距為Ad。系統(tǒng)濾波單元30由具有一定通光孔徑的MXN個(gè)小孔組合而成。平面分布的小透鏡陣列21距離像素陣列單元10距離為Cl1,該小透鏡的焦距為f2。這里定義從各子像素陣列單元11中心點(diǎn)像素投射的主光束為中心主光束。以從C1點(diǎn)發(fā)出的中心主光束為例，經(jīng)棱鏡陣列23中對(duì)應(yīng)棱鏡的折射，會(huì)和來自其它像素的主光束平行地入射小透鏡陣列21中的對(duì)應(yīng)小透鏡。假設(shè)轉(zhuǎn)換透鏡22不存在，則平行入射的主光線，包含來自于C1點(diǎn)的中心主光線，被該小透鏡會(huì)聚于F點(diǎn)。且中心主光線會(huì)和來自于其它子像素陣列單元11的中心主光線會(huì)聚于遠(yuǎn)處的O1點(diǎn)。圖6中將O1點(diǎn)的位置人為放置于O點(diǎn)附近，以利于圖的清晰觀察。置入轉(zhuǎn)換透鏡22后，主光線的會(huì)聚點(diǎn)被折射到濾波單元30的小孔I處，子像素陣列投射信息經(jīng)該小孔低通濾波，投射到以O(shè)點(diǎn)為中心的顯示區(qū)域。O點(diǎn)是置入轉(zhuǎn)換透鏡22后各中心主光線的會(huì)聚點(diǎn)，也是O1點(diǎn)關(guān)于轉(zhuǎn)換透鏡22的像點(diǎn)。
[0020]為了使各中心主光線會(huì)聚于一點(diǎn)，需要根據(jù)系統(tǒng)中光學(xué)器件的幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)棱鏡陣列23中各棱鏡的折射功能，使來源于不同子像素陣列11的平行入射主光線偏轉(zhuǎn)不同角度。圖6所示結(jié)構(gòu)中，中心處的子像素陣列不需要對(duì)應(yīng)棱鏡。
[0021]對(duì)比與實(shí)施例1，本實(shí)施例中，由于棱鏡陣列23的引入，可以控制系統(tǒng)顯示區(qū)域和系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)間的距離。特別是當(dāng)該距離變小時(shí)，可以降低系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)換透鏡22數(shù)值孔徑的要求，拉近觀察者和系統(tǒng)間的距離，獲得更大的觀察視角。但對(duì)顯示物點(diǎn)來說，由于相鄰兩條主光線的夾角變大，為了保證高質(zhì)量的連續(xù)的運(yùn)動(dòng)視差，系統(tǒng)要求子像素陣列間距Ad的值要更小。該實(shí)施例的圖像顯示原理和方法可參考實(shí)施例1。
[0022]在本實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20也可以不包含轉(zhuǎn)換透鏡22，此時(shí)顯示區(qū)域以O(shè)1為中心，濾波單元30各小孔的位置也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化，移動(dòng)到實(shí)際的主光線匯聚點(diǎn)，如F點(diǎn)。
[0023]在本實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20的棱鏡陣列23也可以由光柵器件或其它光偏轉(zhuǎn)器件代替，其功能就是使不同子像素陣列單元投射主光線具有不同偏轉(zhuǎn)角度。
[0024]實(shí)施例5
可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，采用同心球面分布的曲面像素陣列單元10、同心球面分布的小透鏡陣列21作為光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)20，以及由同心球面分布的多個(gè)具有一定通光孔徑的小孔組合而成的濾波單元30，如圖7。對(duì)應(yīng)子像素陣列單元11、小透鏡和小孔的數(shù)量為相同的MXN.三個(gè)同心球以O(shè)點(diǎn)為球心，顯示區(qū)域位于繞O點(diǎn)的球形區(qū)域。各子像素陣列單元11 (截面內(nèi)以5個(gè)為例)投射信息經(jīng)小透鏡陣列21對(duì)應(yīng)小透鏡會(huì)聚于濾波單元30對(duì)應(yīng)小孔處，低通濾波后來自不同子像素陣列11的主光束沿不同方向?qū)蝻@示區(qū)域。當(dāng)相鄰子像素陣列11間的角間距S Θ足夠小時(shí)，可顯示區(qū)域可以觀察到具有連續(xù)位移視差的三維圖像。投射信息的獲取和三維圖像的顯示，采用原理可參考實(shí)施例1。由于采用的曲面的光學(xué)器件分布，該實(shí)施例中，系統(tǒng)的厚度值將變大，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在電視等電器上有應(yīng)用的前景。
[0025]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括 一像素陣列單元，數(shù)量為一個(gè)，由可投射光信息的像素排列而成，可以分解成若干個(gè)子像素陣列單元； 一光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)，數(shù)量為一個(gè)，調(diào)制上述像素陣列單元投射的光信息，將上述各子像素陣列單元投射的主光線會(huì)聚于不同空間位置，形成會(huì)聚光點(diǎn)陣列，并引導(dǎo)從上述各會(huì)聚光點(diǎn)出射的主光線沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域； 一濾波單元，數(shù)量為一個(gè)，置于上述像素陣列單元投射光信息的傳輸路徑中，對(duì)上述子像素陣列單元投射的光信息進(jìn)行空間濾波，獲取窄帶寬的子像素陣列單元投影信息； 一控制單元，數(shù)量為一個(gè)，由虛置目標(biāo)圖像，經(jīng)主光線的反向追蹤，獲取像素陣列單元各像素需要顯示的信息，并在系統(tǒng)工作時(shí)控制像素陣列單元各像素投射對(duì)應(yīng)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，像素陣列單元由多個(gè)顯示芯片拼接而成，各顯示芯片即為相應(yīng)的子像素陣列單元；該顯示芯片是OLED微顯示芯片或LED微顯示芯片或透射式液晶微顯示芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，像素陣列單元為單個(gè)顯示芯片，各子像素陣列單元分別為該單個(gè)顯示芯片的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，像素陣列單元的像素是主動(dòng)發(fā)光的像素或是被動(dòng)發(fā)光的像素，像素陣列單元的像素是被動(dòng)發(fā)光的像素時(shí)像素陣列單元包含有對(duì)應(yīng)背光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，濾波單元由具有一定孔徑的小孔組合而成，各小孔處于上述光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生各會(huì)聚光點(diǎn)處，濾除上述各子像素陣列單元投射光信息的高頻信息，保留各子像素陣列單元投射信息的低頻部分通過。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)為小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡的依次調(diào)制，會(huì)聚成空間排列的光點(diǎn)陣列，且各會(huì)聚光點(diǎn)投射的主光線沿不同方向投射至顯示區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)為小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡會(huì)聚成空間排列的光點(diǎn)陣列，各會(huì)聚光點(diǎn)投射的主光線再經(jīng)轉(zhuǎn)換透鏡，沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，還包括可控散射屏，數(shù)量為一個(gè)，以在該三維顯示系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)二維圖像的顯示，使系統(tǒng)同時(shí)具備三維顯示和二維顯示兩種功能模式:三維顯示模式下，該可控散射屏可以從光路中撤出或無散射地讓上述像素陣列單元投射的光場(chǎng)通過，使系統(tǒng)三維顯示的功能不受該可控顯示屏的影響；二維顯示模式下，該可控散射屏進(jìn)入光路進(jìn)行散射或可控地由非散射狀態(tài)轉(zhuǎn)換為散射狀態(tài)，并以其散射面為二維顯示區(qū)域進(jìn)行二維圖像顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)為棱鏡陣列、小透鏡陣列和轉(zhuǎn)換透鏡的組合，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)棱鏡陣列中對(duì)應(yīng)棱鏡折射后，經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡和轉(zhuǎn)換透鏡會(huì)聚并引導(dǎo)會(huì)聚光點(diǎn)出射的主光線沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)不包含轉(zhuǎn)換透鏡，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)對(duì)應(yīng)棱鏡折射，沿不同傳輸方向進(jìn)入對(duì)應(yīng)小透鏡，會(huì)聚并經(jīng)濾波單元的低通濾波，沿不同傳輸方向投射至顯示區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)的棱鏡陣列由光柵器件或其它光偏轉(zhuǎn)器件代替，其功能就是使不同子像素陣列單元投射的主光線具有不同的偏轉(zhuǎn)角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于，光學(xué)導(dǎo)向系統(tǒng)為曲面分布的小透鏡陣列，其中像素陣列單元、小透鏡陣列、和濾波單元繞相同的球心分布于三個(gè)不同半徑的球面上，各子像素陣列單元投影信息經(jīng)小透鏡陣列中對(duì)應(yīng)小透鏡會(huì)聚于濾波單元，低通濾波后，各子像素陣列單元投射的主光束導(dǎo)向顯示區(qū)域。
13.可便攜的三維圖 像顯示方法，其特征在于包括權(quán)利要求1至12任一所述可便攜的三維圖像顯示系統(tǒng)，以及在需要時(shí)實(shí)現(xiàn)三維顯示模式和二維顯示模式的轉(zhuǎn)換，包括以下步驟: ，51.建立xyz軸坐標(biāo)，在三維顯示模式下，虛擬放置目標(biāo)三維圖像于以坐標(biāo)系原點(diǎn)為中心的顯示區(qū)域內(nèi)，若系統(tǒng)引入了可選散射屏，需要關(guān)閉其散射功能； ，52.以虛置目標(biāo)三維圖像為源，基于光線追蹤，根據(jù)各像素投射主光線經(jīng)目標(biāo)圖像時(shí)所過各虛置物點(diǎn)的光強(qiáng)值，獲取各像素所需投影信息；控制像素陣列單元投影所獲取信息，在顯示區(qū)域光線疊加復(fù)現(xiàn)目標(biāo)三維圖像光場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)空間內(nèi)的三維顯示； ，53.置入了可控散射屏的系 統(tǒng)在二維顯示模式下，需激活二維散射屏的散射功能，并以該可控散射屏的散射面為二維顯示區(qū)域； ，54.虛置目標(biāo)二維圖像于可控散射屏上，基于光線追蹤，根據(jù)各像素投射主光線經(jīng)虛置二維圖像時(shí)所過各點(diǎn)的光強(qiáng)值，獲取各像素需投影的信息；控制像素陣列單元投影所獲取信息，在可控散射屏上散射顯示目標(biāo)二維圖像。
【文檔編號(hào)】H04N13/04GK103472589SQ201310453674
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】滕東東, 劉立林 申請(qǐng)人:中山大學(xué)