專利名稱：用于顯示三維圖像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示三維圖像的方法，其中產(chǎn)生和屏幕的多個不同的點相關(guān)的光束，以及形成和屏幕的各個點的不同的發(fā)射方向相關(guān)的不同視域的光束，并且把這樣產(chǎn)生的光束投射到具有方向選擇性的發(fā)射與/或反射屏幕上。本發(fā)明的主題還涉及一種用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置。所述裝置包括一用于有方向選擇地發(fā)射與/或反射光的屏幕，以及一屏幕照明系統(tǒng)。所述屏幕照明系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生光束的模塊；所述光束和該屏幕的多個不同的點以及屏幕的多個點的不同的發(fā)射方向相關(guān)。所述模塊由一合適的控制系統(tǒng)控制。
背景技術(shù)：
根據(jù)上述原理的三維(3D)成像方法在文件WO 94/23541和WO98/34411中描述，對于理解本發(fā)明，這些文件的內(nèi)容被認為是已知的。三維圖像比兩維圖像包含更多的信息。為了顯示三維圖像，必須產(chǎn)生合適數(shù)量的屏幕點(光點)，并且，在活動圖像的情況下，考慮到幀的改變，還必須產(chǎn)生合適的光點/秒比。屏幕點(光點)的數(shù)量基本上是圖像分辨率和角度分辨率〔即可識別的視域(views)或視區(qū)(viewing zone)〕的乘積。此外，在活動圖像的情況下，在單個幀內(nèi)所需的屏幕點的數(shù)量必須被乘以每秒改變的幀數(shù)(幀/秒)，因而給出每秒要產(chǎn)生的屏幕點數(shù)。
基本問題是，在給定的單位時間內(nèi)，如何產(chǎn)生所需的成像屏幕的點(光點)數(shù)(光點/秒)一種可能的解決方法是實行和時間相乘，其中需要一種較快的裝置，如美國專利6,157,424中所述。實際上，這種裝置尚不能得到，或者只能顯示有限數(shù)量的視域。這些裝置應(yīng)用快速的LCD屏或其它快速的光閥，它們被置于兩個或三個連續(xù)的平面中。
第二種解決方法是空間分割法，即，所需的屏幕點數(shù)被并行地產(chǎn)生，并被合適地組織起來。實際上，必須使用正常速度的顯示，不過具有較大數(shù)量的像素(高的分辨率)，或者具有正常分辨率的較多的顯示。這種方法的缺點是要求更多的空間。例如雙凸透鏡系統(tǒng)，其中以分辨率為代價產(chǎn)生不同的方向；例如，為了產(chǎn)生10個方向，需要具有10倍分辨率的裝置，其中每第十個屏幕點和某個方向相關(guān)，或者，換句話說，把屏幕(顯示器)分成10個部分。這些解決方法的不同的形式現(xiàn)在是公知的。
第三種可能性是組合所述的兩種方法，最佳利用裝置的速度和分辨率，考慮到工藝上的特征和屏幕點產(chǎn)生元件的限制；例如，為了產(chǎn)生30個視域，要應(yīng)用10件3倍速的裝置，或者具有10倍的分辨率。在空間上分開的10倍的屏幕點數(shù)，被一般來自不同方向的3個不同的光源及時地分割。
本發(fā)明描述了一種方法和裝置，它們滿足上述的要求，其中利用基于第二和第三種方法的真實的現(xiàn)有的技術(shù)可以實現(xiàn)的方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的方法和裝置，其可以以足夠高的幀頻率產(chǎn)生高質(zhì)量的彩色圖像，即，其還能夠產(chǎn)生活動的三維彩色圖像。為了解決這個任務(wù)，本發(fā)明主要是需要一種新的光學(xué)裝置。
上述的已知的三維成像系統(tǒng)的一個重要元件是一個相當小的光源，其沿不同方向發(fā)射可變強度(最好是不同顏色)的光束。在文件WO 98/3441中，這是通過一種聲-光偏轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的，其按照一個時間的函數(shù)偏轉(zhuǎn)和調(diào)制激光光束。因而沿不同方向產(chǎn)生和發(fā)射光束，并且這些光束沿不同方向被不同地調(diào)制。
發(fā)明概述按照本發(fā)明，這些光束以和已知方法不同的方式被產(chǎn)生。在按照本發(fā)明的方法中，基本上同時地，利用具有不同坐標的兩維顯示器的象素產(chǎn)生基本上沒有發(fā)射方向信息的光束。所述光束和屏幕上的不同點相關(guān)，并相應(yīng)于屏幕點的不同的發(fā)射方向。
由具有不同的坐標的顯示象素產(chǎn)生的光束，基本上同時地被成象在不同的偏轉(zhuǎn)方向。所述成像被作為產(chǎn)生所述光束的象素的坐標的函數(shù)進行。
在所述方法的一種優(yōu)選的實施中，沿不同方向投射到屏幕點的光束通過產(chǎn)生一個合成圖像被產(chǎn)生。所述合成圖像包括這樣的圖像細節(jié)，其相應(yīng)于要從不同的屏幕點投射到不同方向的圖像。所述合成圖像利用基本上平行的光束照明。所產(chǎn)生的基本上平行的光束利用各個象素細節(jié)的強度和/或顏色被調(diào)制。所調(diào)制的基本上平行的光束被投射到一光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置上，優(yōu)選的是投射到成像光學(xué)系統(tǒng)上，例如具有大的入射角的物鏡。所述投射以空間坐標的函數(shù)進行。利用合成圖像的圖像細節(jié)調(diào)制的基本上平行的光束，被利用光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置朝向合適的屏幕點投射。所述投射通過將該光束偏轉(zhuǎn)到不同方向進行。所述偏轉(zhuǎn)按照合成圖像上相關(guān)的圖像細節(jié)的位置和所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件的成像性能進行。用這種方式，由相關(guān)模塊(其包括相關(guān)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置)和屏幕的相互位置確定合適的屏幕點。
本發(fā)明的主題也是一種用于顯示三維圖像的裝置，如引言中所述。所述裝置包括一用于有方向選擇地發(fā)射與/或反射光的屏幕，以及一屏幕照明系統(tǒng)。按照本發(fā)明，該模塊還包括一兩維顯示器，以及一用于在屏幕上同時成像所述顯示器的各個象素的光學(xué)系統(tǒng)。在兩維顯示器上的顯示象素和屏幕上的不同的點相關(guān)，并且同時相應(yīng)于不同的發(fā)射方向，所述發(fā)射方向也和不同的屏幕點相關(guān)。所述顯示象素基本上同時地產(chǎn)生具有不同坐標的但基本上沒有發(fā)射方向信息的光束。和顯示器相關(guān)的成像光學(xué)系統(tǒng)基本上同時地將由具有不同坐標的顯示象素產(chǎn)生的光束成像在不同的發(fā)射方向或成像方向。
優(yōu)選地，所述屏幕透射輸入的光束而基本上不改變它們的方向，或者以反射鏡那樣方式反射或者向后反射所述光束。與此同時，所述模塊作為用于產(chǎn)生光束的裝置來實現(xiàn)，所述光束然后從屏幕點沿不同的方向發(fā)射。為此目的，該模塊從不同的方向朝向各個屏幕點投射具有不同強度與/或顏色的光束。因而在用于朝向屏幕點投射光束的裝置中，所述兩維顯示器起圖像發(fā)生裝置的作用，用于產(chǎn)生一合成圖像，其中所述合成圖像由從不同屏幕點朝向不同的發(fā)射方向投射的圖像細節(jié)構(gòu)成。下文這種合成圖像也被稱為模塊圖像，因為其一般是由模塊的顯示器產(chǎn)生的。該裝置的光學(xué)系統(tǒng)還包括用于以給定的角度朝向成像光學(xué)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)所述光束，使得所述偏轉(zhuǎn)角是光束的輸入坐標的函數(shù)的裝置。所述成像光學(xué)系統(tǒng)最好包括一光學(xué)透鏡。
與此同時，所述照明系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生基本上平行的，并且，作為空間坐標的函數(shù)，基本上均勻的光束，用于照明所述圖像發(fā)生裝置。
在所述光學(xué)系統(tǒng)中，所述模塊相互之間以及和屏幕之間相對設(shè)置，使得利用一合成圖像的象素編碼的光束，-最好利用顏色和強度信息進行過調(diào)制的-被光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置按照相關(guān)模塊和屏幕的相互位置朝向不同的偏轉(zhuǎn)方向和合適的屏幕點偏轉(zhuǎn)。
另一方面，所述屏幕按照從相鄰模塊投射到同一屏幕點上的光束之間的角度，提供一合適的光發(fā)散。所述發(fā)散在由光束確定的平面內(nèi)被提供。
優(yōu)選地，所述圖像發(fā)生裝置是微型顯示器。集成電路技術(shù)使得能夠生產(chǎn)較小尺寸，特別是IC尺寸的的上述器件，在較高的分辨率和較低的成本下其通常具有10-15微米大小的像素尺寸。這使得基于系統(tǒng)/裝置推薦的大量的平行操作微型顯示器成為切實可行的。
利用提出的一個實施例，兩維顯示器也可以是鐵電液晶微型顯示器(FLC微型顯示器)。這些微型顯示器可以以小的尺寸、彩色的型式和大的數(shù)量得到。不過，它們的尺寸仍然大于屏幕的屏幕點之間的特征距離。因此，為了優(yōu)選地實現(xiàn)本發(fā)明，我們建議和屏幕的屏幕點的數(shù)量相比使用較少的兩維顯示器。另一個問題是由顯示器的有效面積總是小于其總面積引起的。在某些光學(xué)布置的情況下，顯示器的物理尺寸確定發(fā)射方向的數(shù)量，即該裝置的角分辨率。為了增加發(fā)射方向的數(shù)量，兩維顯示器被設(shè)置成幾個平行的行，并被彼此相對地沿平行于所述行的方向移動。用這種方式，獲得一種虛擬地成一個整體的長的顯示器，其可以提供高的角分辨率的三維圖像，具有好的視野深度，并且顯示器的水平分辨率也得到充分地利用。
使所述裝置包含幾個產(chǎn)生基本上平行的光束的器件，其中包括一共用光源，最好是任何強度的光源、帶反射鏡燈泡或金屬鹵化物燈，這已被證明是現(xiàn)實的。用這種方式，該共用光源的光通過光纖被引向各個光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置。這大大簡化了照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、在大量的模塊上的光的分布，并且使光源的位置可以遠離透鏡，因而能夠更好地實現(xiàn)光源的冷卻。
從任何方向看的三維圖像的連續(xù)的外觀是通過使用光學(xué)平板的方法實現(xiàn)的，所述光學(xué)平板起著對有方向選擇地透射或反射的光提供發(fā)散的屏幕的作用。所述光學(xué)平板的發(fā)散最好由一透鏡系統(tǒng)或者全息層來提供。
在某些應(yīng)用中，所述屏幕提供一個向后反射表面也是可行的。當三維圖像的觀看者在一個相對窄的空間內(nèi)移動，并且需要只在所述空間內(nèi)產(chǎn)生不同的視域時，這種結(jié)構(gòu)是有利的。例如，如果屏幕位于和模塊構(gòu)成的圓環(huán)基本上同心的圓環(huán)的某個位置，則主要能夠在該圓環(huán)中心周圍的區(qū)域可以看到三維圖像，但是在該區(qū)域內(nèi)具有非常好的方向分辨率。這意味著，如果觀看者只稍微移動，也可以覺察到視域的改變。
本發(fā)明消除了根據(jù)三維平行顯示理論操作的已知系統(tǒng)的缺點，和最后的三維(復(fù)雜的)圖像相比，其使用少得多的圖像點發(fā)生裝置。所述圖像點發(fā)生裝置以合適的幾何關(guān)系被使用。這可以幫助避免導(dǎo)致不良感覺的子像素結(jié)構(gòu)(所謂的體育場顯示或柵欄效果，分辨率降低等)。當使用按照本發(fā)明的圖像產(chǎn)生方法時，光無障礙地通過光束，而從同一個(屏幕)點射出。
傳統(tǒng)顯示系統(tǒng)的技術(shù)限制是如何實現(xiàn)大的燈功率可以集中在LCD屏上的光的強度對最大的燈功率投影器施加了限制，而利用所有的已知方法，例如冷卻等等，較小的投影器也可以使用高性能的光源產(chǎn)生以平均透明可見的圖像。
在按照本發(fā)明基于大量的微型顯示器的裝置的情況下，上述的障礙可以被克服?？梢援a(chǎn)生大的光功率的復(fù)雜的三維圖像，使得光承受能力有限的LCD面板(panel)必須透射與/或反射和其數(shù)量成比例的較低的光強度，即在100個面板系統(tǒng)的情況下，光強度只有1/100。另一方面，當利用傳統(tǒng)的裝置，通過使用幾個亮度較低的但是效率高的光源，例如LED時，由于平行分布的結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生具有類似亮度的圖像。
最好是，按照本發(fā)明的裝置具有幾個用于產(chǎn)生基本上平行的光束的裝置，其或者具有單獨的光源(LED，LED陣列)或者具有共用光源。從共用光源發(fā)出的光由光纖、隨機化的多芯頭束或者其它的光線路分配，并被引向含有微型顯示器的光學(xué)模塊/裝置。共用光源例如金屬鹵化物燈的顏色控制利用已知的方法來實現(xiàn)，例如通過顏色濾光器和把光分成RGB通路的光閘，或者利用顏色盤來控制。
附圖簡述下面僅以舉例的方式參照


本發(fā)明的實施例，其中圖1和圖2表示本發(fā)明的三維圖像顯示的裝置和方法的基本原理；圖3是本發(fā)明的成像系統(tǒng)的基本元件示意圖以及用于說明光學(xué)透鏡系統(tǒng)的基本原理的功能的示意圖；圖4是取自圖1-3的屏幕的放大的截面圖，具有用于說明光發(fā)散的示意圖；圖5表示在觀看者從一給定的位置觀看所述裝置的情形中由具有圖3的模塊的裝置產(chǎn)生的路徑光束；圖6表示按照本發(fā)明的裝置的圖像顯示原理；圖7a是圖4中屏幕的局部正視、頂視透視圖；圖7b，7c以類似于圖7a的示圖表示按照本發(fā)明的三維圖像顯示系統(tǒng)的兩種不同構(gòu)造之間的差別；圖8說明本發(fā)明的裝置的一個實施例各部分的三維結(jié)構(gòu)；圖9是圖3的成像系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖10和圖8類似，表示本發(fā)明的裝置的另一個實施例；圖11和圖9類似，表示圖10的裝置的光學(xué)系統(tǒng)；圖12是成像系統(tǒng)的一種改型的原理示意圖，用于說明具有一個顯示器的幾個圖像發(fā)生裝置；圖13說明按照圖12產(chǎn)生的圖像發(fā)生裝置的光學(xué)系統(tǒng)；圖14是圖13的光學(xué)系統(tǒng)的一種型式；圖15是圖13的光學(xué)系統(tǒng)的另一種型式；圖16說明配備有單個顯示器的幾個圖像發(fā)生裝置的另一種型式，其中的分布不是空間的，而是按照時間序列分布的；圖17說明當被設(shè)置在幾行中時彼此相向的各個圖像發(fā)生裝置的相對位置；圖18說明各個模塊和屏幕的光學(xué)對稱的排列；圖19說明各個模塊和屏幕的光學(xué)對稱的排列另一種型式；圖20說明各個模塊和屏幕的光學(xué)對稱的排列又一種型式；圖21說明各個模塊和屏幕的光學(xué)對稱的排列再一種型式；圖22說明在各個模塊中應(yīng)用的光學(xué)排列的原理；圖23是實現(xiàn)圖像發(fā)生裝置的一種改進的型式；圖24是圖23的裝置的頂視圖；圖25是在模塊中使用的光學(xué)系統(tǒng)的另一種實施方案，以垂直于光軸的視圖表示；圖26是圖25的光學(xué)系統(tǒng)的改型；圖27是圖25的光學(xué)系統(tǒng)的一種型式的透視原理圖；圖28表示具有相關(guān)的模塊排列的屏幕的另一種型式的原理，并表示所述屏幕的結(jié)構(gòu)；圖29說明圖28中排列的實際應(yīng)用；圖30是從兩個角度看的屏幕的可能的實施例的透視截面圖；圖31表示該屏幕的另一個實施例的截面圖；圖32從與圖31相同的視角，表示該屏幕的另一個實施例；圖33從與圖30相同的視角，表示屏幕的另一種可能的實施例；圖34是圖33中屏幕的截面圖；圖35是具有附加的屏幕的圖33中屏幕的截面圖；圖36是具有另一種類型的附加屏幕的圖33中屏幕的截面圖；
圖37是圖33中屏幕的截面圖，具有完成圖35中的附加屏幕的功能的表面配置；圖38是本發(fā)明的裝置的另一個實施例的透視圖；圖39表示圖38中裝置的一種應(yīng)用方式；圖40表示圖38中裝置的另一種應(yīng)用方式；圖41是局部剖視圖，表示圖38中裝置的基本結(jié)構(gòu)；圖42和圖22類似，表示在所述裝置中使用的模塊的另一種具體型式；圖43是在圖42中表示的模塊中使用的LED發(fā)光單元的透視圖；圖44表示在圖43中的發(fā)光單元的光點的編排；以及最后圖45表示用于控制本發(fā)明的顯示裝置的操作的控制系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。
實施本發(fā)明的最好方式下面參照圖1-3通過提供一種裝置說明本發(fā)明的原理。所述裝置用于提供具有空間感的三維圖像。這由沿不同發(fā)射方向發(fā)射不同光束的裝置的屏幕實現(xiàn)的，如圖6詳細表示的。為此目的，所述裝置具有屏幕20，其有選擇地透射與/或反射光的方向。利用所述屏幕的方向性，根據(jù)到達屏幕20的偏轉(zhuǎn)光束Ld的入射角，即和給定的入射角有關(guān)的適當限定的發(fā)射角，我們預(yù)計，射出光束Le射出屏幕20。換句話說，和散射屏幕相反，入射光束Ld的方向明確地確定了射出光束Le的方向，而在散射屏幕的情況下，在光束入射之后，其它的光束以相當寬的空間角射出，并且入射的激發(fā)光束的方向不能由沿給定方向出射的光束確定。
在屏幕20中具有屏幕點P，所述的點不必在物理上識別，在給定的情況下，其位置由入射的和出射的光束確定。不過，屏幕點P的位置在屏幕中實際上也被固定也是可行的，例如具有合適孔徑的屏幕20。在這種情況下，如圖4所示，屏幕點P也可以在物理上被屏幕點P之間的邊界線21分開。在大多數(shù)情況下，如同所述的例子中那樣，屏幕20的方向選擇性被這樣實現(xiàn)，使得屏幕20透過到達屏幕點P的光束Ld，而不改變光束的方向或者像反射鏡那樣反射光束Ld。
屏幕20上的屏幕點P可以發(fā)射不同強度的顏色與/或沿不同方向的顏色。屏幕20的這個特征有助于該裝置作為三維顯示器運作。圖1-3說明一個實施例，其中光束Ld當通過屏幕20并作為光束Le在發(fā)射角范圍α內(nèi)射出時，實際上不改變其方向。應(yīng)當強調(diào)的是，在圖中的該設(shè)置的幾何比例不相應(yīng)于該裝置的實際尺寸，這些附圖只說明工作原理。
在本說明書下面的部分中使用如下的注釋約定我們假定裝置中具有q個模塊，此時我們利用中間標記j標記1......q中的任意一個模塊。一個模塊可以沿n個不同方向發(fā)光，對任意中間方向的注釋是i，m或g。在屏幕20中具有p個屏幕點P，中間標記是k。光可以從屏幕點P沿n*個發(fā)射方向射出，這樣，n*個發(fā)射方向可以和P個屏幕點相關(guān)，即和整個屏幕20相關(guān)。此處使用的中間標記是i*，m*或g*。在光束的情況下，下標(s，c，d，e)指的是光束在光學(xué)系統(tǒng)中的作用，其中Ls表示由光源發(fā)出的光束，Lc表示準直光束，Ld表示偏轉(zhuǎn)光束，Le表示最后從屏幕20向觀看者發(fā)出的光束。上標表示行中的模塊、相對于模塊的發(fā)射方向以及屏幕的有關(guān)的屏幕點P。因此，光束Lej，g，k+1表示這樣的光束其從屏幕20射出，并從模塊j沿方向g射出，和第k+1個屏幕點P接觸(在這種情況下是從所述屏幕點出射)。
此外，裝置具有屏幕20的照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)含有用于產(chǎn)生光束Ld的模塊，并且，光束Le和屏幕20的多個不同點相關(guān)，它們還和這些屏幕點D的不同的發(fā)射方向E相關(guān)。例如，在圖3的實施例中，器件45構(gòu)成一個模塊，并且由第j個器件45j發(fā)射的光束LdI-Ldn通過屏幕20的不同的屏幕點Pk-2，...，Pk+2。還可以看出，作為每個光束LdI-Ldn的繼續(xù)，光束Lej，I，k-2，Lej，I，k-1，Lej，m，k，Lej，g，k+1，Lej，n，k+2從屏幕20射出，沿不同的發(fā)射方向E1-En*傳播。與此同時，來自其它模塊的光到達同一個屏幕點，例如在圖3中，從第j-1個模塊45j-I出射的光束LdI也到達屏幕點Pk+1，并以和由第j個模塊的器件45j發(fā)出的光束Ldg不同的方向出射。因此，換句話說，各個模塊作為用于產(chǎn)生光束Le的裝置來實現(xiàn)，所述光束Le從屏幕點P沿不同方向E1＝En*發(fā)出，并且用于以不同的強度與/或顏色從不同方向朝向各個屏幕點P投射光束LdI-Ldn。為了更好地理解，在圖3中，n＝5，即，一個模塊沿5個不同方向發(fā)射到達5個不同的屏幕點P的光。該裝置的各個模塊按照下面說明的原理由合適的控制系統(tǒng)控制。
模塊，即器件45，其作為用于產(chǎn)生光束的裝置，其功能以較早的型式通過位于發(fā)光表面10上的光源S按已知的方法來實現(xiàn)(見圖1和圖2)。這些光源S的功能是從給定的屏幕點P朝向不同的發(fā)射方向，以合適的強度與/或顏色，在發(fā)射角范圍α內(nèi)，沿不同方向從屏幕20的屏幕點P發(fā)光。光源S在角度范圍β內(nèi)發(fā)光。這個角度范圍β基本上相應(yīng)于屏幕20的發(fā)射角范圍α。由圖1可以看出，光源S1，S2，S3，...，Sn向屏幕點P3發(fā)射光束Ld，并且從屏幕點P3出射的光束Le的方向由各個光源S1-Sn和屏幕點P3的相互位置確定。
本發(fā)明的意義在于使得這些光源S在實際上能夠?qū)崿F(xiàn)，或者更精確地說，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)由具有理想的零寬度的光源S提供的功能的光學(xué)裝置。
如同在引用的文件中那樣，我們通過表示任意選擇的一行水平的屏幕點P和光源S來說明本發(fā)明的操作。應(yīng)當理解，當產(chǎn)生實際的圖像時，具有許多行水平的屏幕點，并且類似地，從圖像發(fā)生裝置發(fā)出的光束也沿著多個水平行發(fā)出。此時，光學(xué)系統(tǒng)使光束在屏幕的合適的水平行上成像。
由以下方式產(chǎn)生光束Le，所述光束Le產(chǎn)生和各個屏幕點P的不同的發(fā)射方向E1-En*相關(guān)，并和本發(fā)明裝置的屏幕20的多個不同的屏幕點P相關(guān)的視域具有一些二維顯示器，在這種情況下，在各個模塊中具有微型顯示器50。所述微型顯示器50一般是一LCD面板。在模塊中具有透鏡，用于同時使顯示器50的像素Cd在屏幕20上成像，就是所述透鏡同時使整個顯示器50在屏幕20上成像。在二維顯示器50中，像素Cd和不同的屏幕點P相關(guān)，并且還和屏幕20的不同的發(fā)射方向EI-En*相關(guān)。像素Cd基本上同時地產(chǎn)生光束Lc，它們具有不同的坐標，但是基本上沒有關(guān)于它們的發(fā)射方向的任何信息。和光束Lc相關(guān)的發(fā)射方向只當模塊45的成像光學(xué)系統(tǒng)40使光束Ld向偏轉(zhuǎn)方向D1-Dn偏轉(zhuǎn)時才實現(xiàn)。沿著偏轉(zhuǎn)方向D1-Dn傳播的光束Ld通過屏幕20而基本上不改變其方向，因此各個發(fā)射方向E實際上由從模塊45發(fā)出的光束Ld的偏轉(zhuǎn)方向D確定?？梢钥闯?，從第j個顯示器50j出射的光束基本上是平行的，因此從顯示器50j發(fā)出的光束LcI-Lcn不處于合適的角度，即，它們不向偏轉(zhuǎn)方向D偏轉(zhuǎn)，其自身和發(fā)射方向E相關(guān)。偏轉(zhuǎn)首先由在顯示器50的后方的光學(xué)系統(tǒng)完成，因為和各個顯示器50相關(guān)的成像光學(xué)系統(tǒng)40被設(shè)計用于基本上同時使由像素Cd產(chǎn)生的具有不同坐標的光束Lc成像到不同的發(fā)射方向EI-En*或成像方向。
更精確地說，單獨的二維顯示器50被認為是圖像發(fā)生裝置，其產(chǎn)生要從不同的屏幕點P朝向發(fā)射方向E投射的復(fù)雜的細致的圖像。同時，成像光學(xué)系統(tǒng)作為光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，其根據(jù)入射的坐標以給定的角度偏轉(zhuǎn)入射到成像光學(xué)系統(tǒng)上的光束Lc。在所示實施例的情況下，成像光學(xué)系統(tǒng)由光學(xué)透鏡40構(gòu)成。同時，照明系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生基本上平行的并基本上未調(diào)制的光束Lc的裝置。所述用于產(chǎn)生基本上平行的和基本上未調(diào)制的光束的裝置在圖3所示的實施例中的情況下是準直器60。該裝置具有一光學(xué)系統(tǒng)，其利用基本上平行的光束Lc把圖像發(fā)生裝置，即顯示器50投射到光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置上，在這種情況下即光學(xué)透鏡40。如下面所述，所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，即在光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)透鏡40和屏幕20被這樣彼此相對地設(shè)置，使得通過光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，即光學(xué)透鏡40，光束Lc沿著偏轉(zhuǎn)方向D朝向合適的屏幕點P偏轉(zhuǎn)。各個偏轉(zhuǎn)方向D實際上類似于不同的發(fā)射方向E。光束Lc由利用細節(jié)，即由圖像發(fā)生裝置即顯示器50產(chǎn)生的合成圖像的像素Cd編碼的信息調(diào)制。
換句話說，把光束Ld投射到屏幕點P上的光束發(fā)生裝置45具有圖像發(fā)生裝置，其由要被從不同的屏幕點P投射到不同的發(fā)射方向E的圖像細節(jié)產(chǎn)生一合成圖像。所述圖像發(fā)生裝置在圖3中是微型顯示器50，在其中通過下述的方式產(chǎn)生合成圖像。
因此，該裝置的基本元件是光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，用于根據(jù)入射的坐標以給定的角度偏轉(zhuǎn)入射光束Lc。所述偏轉(zhuǎn)裝置在本設(shè)計中是光學(xué)透鏡40，在實際上，從可以大量生產(chǎn)的觀點看來，這最好由具有球面或者在可能的情況下具有衍射表面的塑料透鏡系統(tǒng)來實現(xiàn)。該裝置的另一部分是用于產(chǎn)生基本上平行的且基本上未調(diào)制的光束Lc的裝置。即，如上所述，在圖3所示實施例的情況下，所述裝置是準直器60，其由點光源70發(fā)出的散射光束Ls產(chǎn)生準直光束Lc?！盎旧掀叫小边@種表述指的是光學(xué)系統(tǒng)在準直器60和光學(xué)透鏡40之間沒有焦點，但是光束Lc可以具有微小的發(fā)散或者會聚。“作為空間坐標的函數(shù)是均勻的”這個表述指的是光束Lc基本上未按其三維坐標被調(diào)制。換句話說，按照當光束Lc通過顯示器50時由其首先進行的強度和顏色調(diào)制這個事實，所述光束的強度和顏色在實際上是相等的。
如圖3所示，光源70s的光由共用光源80提供，其通過從光纖導(dǎo)線的束76中選擇的光纖導(dǎo)線75分配到各個光源70。自然地，各個光源70可以具有其自身的光?？梢允褂名u化物燈作為共用光源80，例如OSRAM HTI系列的鹵化物燈。
按照本發(fā)明的裝置包括一個光學(xué)系統(tǒng)，其把各個顯示裝置(即顯示器50)產(chǎn)生的圖像以基本上平行的光束Lc投射到光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置上(即光學(xué)透鏡40)。在光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，即光學(xué)透鏡40，和屏幕20的相對位置被這樣設(shè)置，使得光束Ld從不同的偏轉(zhuǎn)方向D朝向顯示器20的合適的屏幕點P偏轉(zhuǎn)，其中，如上所述，光束Ld首先由作為圖像發(fā)生裝置的顯示器50利用以復(fù)雜圖像的各個圖像細節(jié)編碼的信息進行調(diào)制，接著，光束Ld被作為光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置的光學(xué)透鏡40偏轉(zhuǎn)。因而，光束Ld由作為圖像發(fā)生裝置的顯示器50利用由所述顯示器50產(chǎn)生的圖像的各個像素編碼的信息(即由所述像素攜帶的信息)調(diào)制。光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，即光學(xué)透鏡40，沿不同的偏轉(zhuǎn)方向D朝向和合適的模塊45和屏幕20的相互位置相應(yīng)的屏幕點P偏轉(zhuǎn)光束Ld。模塊45的位置被周期地改變?yōu)橄嗷ブg以及和屏幕之間在光學(xué)上相等或者在光學(xué)上對稱的位置?！霸诠鈱W(xué)上相等”這個表述指的是各個模塊45包括相同的光學(xué)系統(tǒng)，它們定期地相對于屏幕被移動或者有時被轉(zhuǎn)動。
可以想見，光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置即光學(xué)透鏡40的作用是作為一個偏轉(zhuǎn)裝置，其根據(jù)入射的坐標以一個給定的角度偏轉(zhuǎn)入射光束Lc。如圖3所示，在SLM50j左邊的通過像素Cdj，I的光束LcI朝向偏轉(zhuǎn)方向DI偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)方向D1和在SLM50j中部的通過像素Cdj，m的光束Lcm的偏轉(zhuǎn)方向Dm不同，按照這樣的事實，即，發(fā)射方向Em由偏轉(zhuǎn)方向Dm確定，其沿發(fā)射方向Em通過屏幕20。由圖3還可以看出(以及由圖1和圖2)，由于不同的偏轉(zhuǎn)方向，由同一個光學(xué)透鏡40j朝向不同的偏轉(zhuǎn)方向D1-Dn偏轉(zhuǎn)的光束Ld通過不同的屏幕點P。在這個例子中，這意味著，沿方向Dm傳輸?shù)墓馐鳯dm通過屏幕點Pk，沿方向D1傳輸?shù)墓馐鳯d1通過屏幕點Pk-2。由上述可以清楚地看出，因為通過顯示器50的相鄰屏幕點的光束未必也到達屏幕20上的兩個相鄰的屏幕點P，各個顯示器50產(chǎn)生和裝置向任何方向投射的實像不同的合成圖像。即使是這種情況，由于所述成像系統(tǒng)，這種相鄰的光束實際上將沿兩個不同的方向E離開屏幕20，使得它們必須在顯示器50上利用相應(yīng)于不同的發(fā)射方向E的信息編碼。實際上，從一個區(qū)域，即從和發(fā)射方向E相反的一個方向看屏幕20，到達觀看者的眼睛的，并且和屏幕20上的不同的屏幕點P相關(guān)的那些光束Le，通常通過不同的顯示器50，并被其調(diào)制?？紤]到在由發(fā)射方向E確定的發(fā)射角α內(nèi)，實際上光沿所有方向被發(fā)射。因此，當從這個區(qū)域觀看屏幕20時，光束從所有的屏幕點P到達觀看者的眼睛(見圖5)。因而，在完整的觀看角區(qū)域內(nèi)，即在這樣一個角度范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)來自屏幕點P的光束到達觀看屏幕20的觀看者的眼睛，或者更簡單地說，是一個這樣的區(qū)域，在該區(qū)域，觀看者能夠覺察到屏幕20上的某種圖像，發(fā)射角α實際上是相同的。
下面更詳細地說明成像原理在發(fā)射角范圍α內(nèi)，各個光束Le沿著十分確定的方向E傳輸。從和所述發(fā)射方向E相反的方向觀看屏幕20時，可以看到離開各個屏幕點P的光束，因此覺察到在整個屏幕20上的完整的圖像，所述完整的圖像由屏幕點P構(gòu)成。必須注意，在呈現(xiàn)給觀看者的圖像中，可以不必覺察到屏幕的表面和屏幕點P本身，并且覺察到的圖像在觀看者看來不是二維的投影圖像，而感覺到更接近真實的空間。
例如在圖3中提供的，來自屏幕點Pk+2，Pk-1的光束Lej-1，i，k+2，Lej，i，k-1沿發(fā)射方向EI出射。雖然未示出，光束Lc沿所有方向E離開每個屏幕點P，從而還具有沿方向EI從屏幕點Pk+1，Pk，Pk-2出射的光束。
因此，當從和發(fā)射方向EI相反的方向觀看屏幕20時，觀看者將看到從屏幕點Pk+2，Pk+1，Pk，Pk-1，Pk-2到達的特定顏色和強度的光，因而，觀看者將覺察到由Pk+2，...，Pk-2產(chǎn)生的圖像。用同樣方式，由圖3可以看出，光束Lej-1，i，k+1，Lej，i，k-2從屏幕點Pk+1，Pk-2沿發(fā)射方向EI出射。類似地，光束也沿發(fā)射方向E1離開其它的屏幕點Pk+2，，Pk，Pk-1；為清楚起見，這些未被示出。因而，從和發(fā)射方向EI相反的方向觀看屏幕20，觀看者將看到在屏幕點Pk+2，Pk+1，Pk，Pk-1，Pk-2的特定顏色和強度的光，即觀看者將覺察由屏幕點Pk+2，...，Pk-2產(chǎn)生的圖像。不過，從下述可以容易理解，從和發(fā)射方向相反的方向EI可覺察到的圖像通常和可從和發(fā)射方向相反的方向Ei覺察到的圖像不同。這意味著，屏幕20能夠從不同方向提供不同的可覺察到的圖像?？梢钥闯觯x開屏幕點Pk+1的光束Lej-1，g，k+2被顯示器50j的像素Cdg調(diào)制，而也離開屏幕點Pk+1的光束Lej-1，i，k+1被顯示器50j4的像素Cdj-1，I調(diào)制。因而，屏幕20能夠從不同方向產(chǎn)生不同的圖像，這意味著其可以顯示三維圖像。
由圖5可以看出，在屏幕20后面具有大量的模塊45，并且屏幕20的給定的發(fā)散度確保光束從所有屏幕點P到達觀看者的眼睛，這使得觀看者在所述角度范圍內(nèi)覺察到一個連續(xù)的圖像。如在圖5的右面單獨示出的，作為準直的非發(fā)散光束的光束Leg-1，Leg，Leg+1沿不同方向離開屏幕點P。這些光束以角度δx被屏幕20散射，使得它們略微發(fā)散。用這種方式，光到達觀看者的眼睛E2L，雖然光束Leg-1，Leg本來就未對準觀察者的眼睛?？梢钥闯?，到達觀看者的眼睛E2L的光束Leδg似乎是虛光束Leδg’的繼續(xù)，其本身似乎是從兩個模塊45之間開始，并通過屏幕點P。用這種方式，使得在光束Leg-1，Leg，Leg+1之間沒有“間隙”，在視覺上覺察到的圖像沒有不發(fā)光的有缺陷的部分，并且觀看區(qū)域被連續(xù)地覆蓋。
還可以看出，和各個觀看方向相關(guān)的完整的視域不是由一個模塊產(chǎn)生的，而是由幾個模塊產(chǎn)生的。利用其它的系統(tǒng)，由一個光學(xué)單元產(chǎn)生屬于某個視頻的完整的視頻，會引起突然的、擾亂的改變，這在觀看點改變時，在發(fā)生不可避免的改變的情況下，可以看到。與此相反，在本發(fā)明所述的裝置中，從由觀看者的眼睛E1L，E1R表示的任何點看的圖像由幾個模塊產(chǎn)生。例如，在實際上，利用提供水平視差的裝置，由大量的垂直帶25產(chǎn)生和觀看方向相關(guān)的每個圖像，所述的帶和各個模塊相關(guān)(也可見圖7b)。所述帶25彼此相鄰。這種圖像裝置確保，如果觀看者改變位置，因而其觀看點改變，例如，通過沿箭頭F的方向移動，則模塊的光束Leg-1，Leg，Leg+1和Ldg-1，Ldg，Ldg+1被連續(xù)地改變，因而產(chǎn)生由連續(xù)改變位置的眼睛E2L覺察的圖像。用這種方式，按照這樣的事實，即，光束Ldg-1，Ldg，Ldg+1由不同的模塊45產(chǎn)生，可產(chǎn)生連續(xù)改變的圖像。還可以清楚地看出，來自不同模塊45的光束從各個屏幕點Pk-1，Pk，Pk+1，Pk+2等到達觀看者的右眼ER和左眼EL。這基本上說明，同一個屏幕點能夠?qū)τ谧笱酆陀已郯l(fā)送不同的信息。
圖6以更詳細的方式表示相同的效果。在該圖中，表示本發(fā)明所述的裝置如何顯示不同維數(shù)的圖像。作為例子，在圖6中，所述裝置顯示兩個暗點物體O1和O2，以及兩個光點物體O3和O4，它們被兩個觀看者覺察到是三維的圖像。為了更好地理解，主要示出了模塊45的實際上到達觀看者的眼睛的那些光束，但是必須強調(diào)，具有沿所有發(fā)射方向離開所有模塊的光束。因此，所述裝置不依賴于觀看者的位置，并且當在視域范圍內(nèi)從任何方向觀看時，都能提供真實的三維圖像。和簡單的立體系統(tǒng)(處理左眼和右眼)或者多視域系統(tǒng)(急劇地改變圖像)相反，本發(fā)明的裝置提供完整的運動視差，在視域范圍內(nèi)，所述連續(xù)的圖像可以被幾個觀看者“繞行”(walked around)，觀看者可以在物體的后方觀看，此時可以看到隱藏的細節(jié)。
例如在圖6的實例中，第一觀看者能夠用兩只眼睛E1R，E1L看到暗的物體O1，但是為此要使模塊45I-8向右眼E1R發(fā)送光束，而由模塊45I向左眼E1L發(fā)送光束。用這種方式，觀看者將清楚地覺察到，來自物體的光從不同的角度到達其兩只眼睛，并且還可以覺察到離開物體O1的距離。不僅還使第一觀看者覺察到物體O2，而且還能使其覺察到物體O2在物體O1的后面，這是因為觀看者通過其左眼E1L只接收由模塊45I-2通過沿著左眼E1L的方向發(fā)射的光傳遞的關(guān)于物體O2的信息。與此同時，對于第二個觀看者，按照到達其眼睛E2R，E2L的來自模塊45I+17和45I+16以及模塊45I+8的光束，物體O1和O2將作為兩個不同的物體出現(xiàn)，這是因為，從其方向到達的光束不能由任何模塊產(chǎn)生。在另一方面，根據(jù)相同原理，兩個觀看者將看到點物體O3和O4。例如，根據(jù)從模塊45I+3，45I以及模塊45I-8，45I-11射出的光，亮物體O4將被第一個觀看者的兩只眼睛覺察到。應(yīng)當注意，由于可以沿不同方向發(fā)射的并具有不同強度的光束，例如，同一個模塊45I能夠?qū)τ诘谝挥^看者的右眼E1R和左眼E1L顯示不同顏色的物體。第二觀看者的右眼E2R不能覺察到物體O4，因為其被物體O2遮擋。第二觀看者只能用其左眼E2L看見物體O4?？梢韵胍?，本發(fā)明的裝置能夠顯示任何數(shù)量的這種點物體，并且用這種方式，還適合于顯示有限尺寸的物體，因為這些物體可以作為點組被顯示。還可以看到，在屏幕20的前方和后方的物體可以借助于所述裝置被同樣地顯示。如果由所述裝置產(chǎn)生的光束從要被顯示的物體的開始，則所述光束精確地相同，并且所述裝置不考慮觀看者的位置，因而，不管觀看者的位置，在發(fā)射角范圍內(nèi)，沿所有方向顯示真實的圖像。此處再次強調(diào)，所述裝置沿著根本沒有觀看者的方向連續(xù)地發(fā)射光束。這種光束在圖6中被表示為光束Le。
由上所述，可以清楚地看出，按照本發(fā)明的方法，通過產(chǎn)生光束Ld(或者更精確地說，作為光束Ld的繼續(xù)的光束Le)顯示三維圖像，產(chǎn)生不同視域的光束Ld和各個屏幕點P的不同的發(fā)射方向E相關(guān)。光束Ld被投射到具有方向選擇性的透射與/或反射屏幕20上。在執(zhí)行所述方法期間，利用兩維顯示器50的象素Cd，基本上同時地產(chǎn)生光束Lc。這些光束Lc基本上沒有關(guān)于其發(fā)射方向E的信息。象素Cd具有不同的坐標。光束Lc和屏幕20上的不同的點P相關(guān)，并相應(yīng)于屏幕點P的不同的發(fā)射方向E。由具有不同坐標的象素Cd產(chǎn)生的光束Lc基本上同時被成像在不同的偏轉(zhuǎn)方向D。所述成像按照產(chǎn)生光束Lc的象素的坐標進行。
從屏幕點P沿不同發(fā)射方向E發(fā)射的光束Le一般被這樣產(chǎn)生向屏幕20的各個屏幕點P從不同的方向發(fā)送具有不同顏色與/或強度的光束Ld，并使光束Ld實際上不改變其方向通過屏幕20?？梢韵氲?，在本發(fā)明中所述的處理也可以通過從屏幕20對光束Ld進行反射鏡似反射來實現(xiàn)，例如如圖39所示?！胺瓷溏R似”一詞指的是，以某個角度落在屏幕20上的光束Ld將基本上以相同的角度反射，就像通常光束由通常的平面鏡或逆反射器反射那樣。此外，需要著重指出，“反射鏡似”一詞還覆蓋當反射是沿著至少一個方向向后反射的情況。這意味著，不考慮和屏幕表面正交的輸入光束的方向矢量的分量，當和表征輸入和輸出光束的方向的方向矢量相比時，至少一個另外的分量不改變符號。利用一般的反射鏡，垂直于屏幕表面的入射平面和出射平面是相同的，并且和屏幕表面平行的表征輸入方向的矢量的兩個分量保持不變。在逆反射器的情況下，和屏幕表面平行的表征輸入方向的矢量的兩個分量改變符號。如果屏幕只沿一個方向向后反射，則只有和屏幕平行的分量中的一個改變符號。
因而，具有不同方向的要發(fā)射到屏幕點P的光束Ld被這樣產(chǎn)生由借助于圖像發(fā)生裝置即顯示器50從不同的屏幕點P朝向不同的發(fā)射方向E投射的圖像細節(jié)產(chǎn)生一合成圖像。所述合成圖像通過向顯示器50的驅(qū)動電路100提供合適的輸入數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。(見圖8和圖10)。一個合適的程序產(chǎn)生所述輸入數(shù)據(jù)，即把圖像細節(jié)分配給各個顯示器50的驅(qū)動器，如圖4所示。所述圖像細節(jié)構(gòu)成和三維圖像的特定的觀看方向相關(guān)的圖像。在顯示器50上產(chǎn)生的圖像由基本上平行的光束Lc照明。按照這種方式，產(chǎn)生基本上平行的光束Lc，所述光束利用用各個圖像細節(jié)編碼的信息被調(diào)制。這些利用合適的圖像信息調(diào)制過的基本上平行的光束Lc被投射到一個光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置上，在本發(fā)明中，所述裝置是成像光學(xué)透鏡40。利用合成圖像的圖像細節(jié)調(diào)制過的基本上平行的光束Lc利用光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置(即光學(xué)透鏡40)被投射到合適的屏幕點P。所述投射通過使光束Lc朝向不同的偏轉(zhuǎn)方向D偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。按照相關(guān)的圖像細節(jié)在合成圖像上的位置以及光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置的成像性能確定偏轉(zhuǎn)方向D。因而合適的屏幕點由相關(guān)的模塊45和屏幕20的相互位置確定。模塊45包括相關(guān)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，即光學(xué)透鏡40。
優(yōu)選地，顯示元件即顯示器50是微型顯示器，理想的顯示器是鐵電液晶顯示器(FLC微型顯示器)，尤其是ICFLC(集成電路鐵電液晶顯示器)。也可以使用其它的傳統(tǒng)的顯示器，例如SONY LCX系列，或者使用透射或反射面板，例如MicroDisplay Corp.MD640G1或者Displaytech，Inc.LightCasterSXGA顯示面板。也可以應(yīng)用基于其它技術(shù)的光閥陣列。
必須指出，在理論上，利用圖像發(fā)生裝置可以產(chǎn)生如此多的圖像細節(jié)，其相應(yīng)于等于各個屏幕點P的發(fā)射方向的數(shù)量的多個方向。在這種情況下，需要和屏幕20的每行中的屏幕點P的數(shù)量一樣多的圖像發(fā)生裝置，即顯示器50，這是因為，從屏幕20的一行發(fā)射的光束的總數(shù)必須等于屏幕點數(shù)和發(fā)射方向的乘積。這種方法，如圖1所示，在實際上是難于實現(xiàn)的，因為在多數(shù)情況下必須相當緊密地形成屏幕點P，因而，顯示器50必須這樣設(shè)置，使得它們之間的距離和屏幕點P之間的距離相同。
不過，在具有大的表面的某種顯示器的應(yīng)用中是可行的，例如廣告牌、計分牌等，它們通常被從遠距離下觀看，因而屏幕點之間的距離也可以很大，甚至達到幾厘米。
通常用于較小的裝置的實際解決方案是，一個圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生若干個圖像細節(jié)，這些細節(jié)相應(yīng)于等于和各個屏幕點P相關(guān)的發(fā)射方向E的數(shù)量的倍數(shù)的若干個方向。用這種方式，可以應(yīng)用比屏幕點P的數(shù)量較少的圖像發(fā)生裝置(見圖2)。用這種方式，我們使用所述圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生相應(yīng)于若干個屏幕點P的發(fā)射方向E的所需數(shù)量的圖像細節(jié)。這種裝置實際上如圖3所示，可以看到，設(shè)置的屏幕點P比相關(guān)的光學(xué)透鏡40以及顯示器50更密。換句話說，一個顯示器50通常根據(jù)相同或相似的方向必須服務(wù)于若干個屏幕點P，以便使足夠數(shù)量的光束Le以合適數(shù)量的發(fā)射方向E離開每個屏幕點P。當比較圖1和圖2時可以看出，如果發(fā)光表面10遠離屏幕20，即，使它們之間的距離增加，則在光源S之間的距離Xs可以大于屏幕點P之間的距離Xp。由于這種解決方案，顯示器50的尺寸可以大于屏幕點P之間的距離Xp。這種解決方案也在文件WO98/34411中說明了。
顯然，如果具有p個屏幕點P，并具有q個顯示器45，并且光束Ld沿n個不同方向D離開每個模塊，則n*個光束Le可以離開一個屏幕點P，其中n*＝qn/p，因為pn*＝qn。結(jié)果，如果我們在不改變視角時想要增加發(fā)射方向數(shù)n*，即角度分辨率，我們必須增加模塊的數(shù)量(如果器件的寬度是給定的，我們必須把器件設(shè)置得更密)，或者減少屏幕點的數(shù)量，或者增加模塊的方向分辨率。模塊數(shù)量的增加可能受到其尺寸的限制，屏幕點的數(shù)量的減少將減少看到的圖像的分辨率。因而在模塊45中必須應(yīng)用具有盡可能多的象素數(shù)量的顯示。在活動圖像的情況下，公式則不相同，因為必須在設(shè)置的單位時間內(nèi)提供離開每個屏幕點的光束數(shù)。在這種情況下，應(yīng)用下面的公式n*f*＝(qn/p)f，其中f*是幀頻率，通常是30 1/s，而f是顯示器的幀頻率。因為后者可以被適當?shù)靥岣?，所以用這種方式q可以被減少，這意味著需要較少數(shù)量的快速顯示。這種解決方案如圖11所示。
由圖3可清楚地看出，由光學(xué)透鏡40偏轉(zhuǎn)的光束Ld在正常情況下通過公共焦點。這些焦點實際上可以被認為是好象它們形成具有虛光源S’的虛的發(fā)光表面10’，其產(chǎn)生具有不同方向和強度的光束Ld。
圖4所示的屏幕20，如文件WO98/34411所述，提供具有某個發(fā)散度的出射光束Le，例如通過應(yīng)用全息散射屏作為屏幕20。屏幕20提供基本上準直的輸出光束，所述光束以最大為幾度的發(fā)散δx離開屏幕點P，使得在從模塊45到達的光束LdI，LdI+1之間具有一重疊，其實際上和屬于相鄰發(fā)射方向的光束LeI，LeI+1相同。顯然，當發(fā)散角δx和發(fā)射的光束之間的角度γ相同時，所述重疊，即相鄰光束LeI，LeI-1的光接觸是合適的。這在圖7a-c中示出。圖7a-c還說明，利用沒有垂直視差的裝置，當具有水平發(fā)散δx時，需要相當大的垂直發(fā)散δy，否則只能從一個窄的水平帶覺察到圖像。
如圖7a所示，屏幕20是一個光學(xué)板，其對有方向選擇地透射與/或反射的光束產(chǎn)生散射，其散射角為δx，δy。在理論上，能夠以這樣的方式構(gòu)成屏幕20，使得在多個表面上，例如在其輸入與/或輸出表面上產(chǎn)生所需的散射，或者由設(shè)置在屏幕20上的附加的散射屏幕提供所述的散射。應(yīng)用可提供機械保護或光學(xué)校正的另外的平板是有利的，例如使用濾波器以改善對比度，并使用防反射涂層。
在理論上，發(fā)光表面10不僅可以沿水平方向延伸，而且也能沿垂直方向延伸，這意味著，其也可以沿垂直方向被分成S個發(fā)光點。在這種情況下，模塊45不僅在水平位置設(shè)置，用于產(chǎn)生和垂直視差相關(guān)的視域(圖7b)，而且在不同的垂直位置設(shè)置的模塊的水平行也產(chǎn)生具有垂直視差的視域。在這種情況下，各個光束Le不再照射帶25，而照射方塊125(圖7c)。用這種方式，不僅借助于使觀看者水平移動可以覺察到屏幕20的改變的視域，而且當觀看者向下移動時也能覺察到。不過，這在技術(shù)上是非常難于實現(xiàn)的。因此，在實際上，如果我們放棄真實的垂直三維效果，因而和圖5所示的排列類似，并且離開屏幕20的光束被這樣形成，使得發(fā)出的光束沿一個垂直方向?qū)挼亩椒较蛘膸?5離開(圖7b)，則更為簡單。這種解決方案也在文件WO 94/23541中詳細說明了。
圖8示出一實現(xiàn)水平視差(圖7a示意地表示)的三維顯示裝置的實際的實施例，還示出了所述裝置的部件的空間布置。由于后面說明的原因，包括光學(xué)透鏡40、顯示器50和準直器60的模塊被設(shè)置在兩個水平行中。所述的兩行以半個周期彼此相對移動。不過，含有成像光學(xué)透鏡40的光學(xué)系統(tǒng)被這樣形成，使得在下行和上行的模塊使來自模塊45的在原理上和光束Le相應(yīng)的光束24e在屏幕的相同的水平行22，23上成像。在圖中只示出了底部屏幕行23和頂部屏幕行24，但是當然屏幕20包含合適數(shù)量的(例如480)水平行。例如，如圖8所示，來自下行的第一模塊的光束24ef1和24ea1作為來自第二行的第一模塊(完整的模塊系列的第二模塊)的光束24ef2和24ea2落在相同的屏幕行22，23上。由在兩行模塊之間的距離引起的來自兩個模塊的兩個光束24e之間的角度的小范圍的垂直差不會對圖像的覺察產(chǎn)生任何干擾，因為如圖7和7b所示，光束24e已經(jīng)以大的角度(大約100°)散射。因此，由于在模塊的行之間的差而產(chǎn)生的光束的垂直偏離在實際上是可以忽略的。
圖9是一種由模塊構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的縱截面圖。雖然成像可能似乎和圖3所示的水平截面圖相同，但是其間的重大的差別在于，屬于顯示器50的一列的象素Cd1-Cdz屬于同一圖像，即，視域可以由一個特定的方向覺察到。換句話說，出現(xiàn)在顯示器50上的垂直的屏幕帶實際上也作為同時可見的屏幕帶出現(xiàn)在屏幕20上，所述的屏幕帶和從某個方向看的視域相關(guān)。
如果必須顯示一還提供垂直的空間(3D)視域的圖像，則需要和所需的發(fā)射方向的數(shù)量那樣多的模塊行。在這種情況下，在顯示器50上的象素列的排列根據(jù)和象素Cd的行的排列相同的原理進行，即一象素列的各個象素屬于不同的垂直發(fā)射方向。此外，-除去它們的水平發(fā)散之外-，在由屏幕20垂直散射之后從屏幕20出射的光束的垂直發(fā)散相當小(見圖7c)，其相應(yīng)于在垂直相鄰的模塊之間的角度。所述發(fā)散是如此之小，以致于在沿垂直相鄰的方向離開的光束之間沒有間隙，因而在任何位置的觀看者的眼睛將覺察到光束。
在圖10中示出了圖8的裝置的一種型式，其只包括一行模塊45，除此之外，工作原理是相同的。通常，模塊45必須使用具有較小的水平尺寸的顯示器，它們沿一行排列。為了獲得所需的角分辨率，模塊的行(事實上，其構(gòu)成虛擬發(fā)光表面10’)必須設(shè)置得遠離屏幕20，這要求顯示器50具有大的分辨率，同時要求成像透鏡具有相應(yīng)的尺寸和高的分辨率。與此同時，從控制的觀點看來，這種結(jié)構(gòu)在光學(xué)上比較簡單。
圖10表示具有另一種型式的可能的照明系統(tǒng)的裝置，其應(yīng)用單獨的光源70，最好是以RGB顏色發(fā)光的LED 71，以及一光學(xué)適配器，用于均化或準直光束，最好是微透鏡陣列或內(nèi)部反射光集中元件(后者在圖10中未示出)。該LED 71位于一個公共座板69上。
例如，在圖11中示出了一種模塊的光學(xué)系統(tǒng)的垂直截面圖，其包括一LED 70和一內(nèi)部反射光集中元件，即錐體形狀的反射鏡盒65。
如上所示，光源S的數(shù)量及其周期性基本上確定了裝置的角分辨率。如果增加光源S的數(shù)量，同時用小的物理尺寸實現(xiàn)這些光源，則可以產(chǎn)生具有好的角度分辨率和大的視野深度的三維圖像。下面給出一些部件的例子，用于說明裝置的原理。
圖12-15表示具有較大尺寸的顯示器53可以產(chǎn)生若干個顯示501-504，或者最終形成若干個光源S。例如，如果在屏幕20上較小的分辨率便足夠了，則在一個1600×1024個象素的顯示器53上可以形成4個單獨控制的640×480個象素的顯示501-504。在這種情況下，通過較小顯示501-504的光軸可以借助于已知的光學(xué)裝置相互分開，例如棱鏡41，因而由各個顯示501-504提供的圖像可以借助于單獨的成像透鏡40相互獨立地投射。如果光軸只需要水平地或者垂直地沿橫向在邊上移動，斜棱鏡43和44(見圖14，15)可以提供類似的分辨率。由上述可以得出結(jié)論，沿水平方向需要盡可能多的象素，因為三維方向的分辨率由離開各個象素的光束的數(shù)量確定。如果在水平屏幕行中具有x個屏幕點，并且可從每個屏幕點離開的光束Le的數(shù)量是n，則在水平方向需要x*n個象素。換句話說，如果水平方向圖像分辨率(在水平屏幕行上屏幕點P的數(shù)量)是固定的，我們能夠在給定的水平屏幕行上設(shè)置的象素數(shù)以及圖像越多，則從每個屏幕點可以發(fā)射光束的方向的數(shù)量越多。
圖16表示在理論上，提供較快的幀頻率的顯示器52可以根據(jù)光點/秒要求替代更慢的顯示器50。在這種情況下，光源701-703交替地照射，并利用顯示器52的幀頻率同步，因而，顯示器52循環(huán)地“服務(wù)”于虛光源S’1-S’3。按照具有單獨的準直器601-603的光源701-703之間的基于角度的差別，虛光源S’1-S’3似乎在空間上是分開的。快速顯示器52，在發(fā)光表面10’的合適的點上聚焦的透鏡，可以由一公共成像透鏡46來實現(xiàn)，如圖11所示，不過也可以通過組合幾個單獨的成像系統(tǒng)來實現(xiàn)。
在圖17中，我們說明能夠甚至需要增加水平方向可得到的顯示象素的數(shù)量。在這種情況下，最好在沿著平行于行的方向的方向相對移動的幾個平行行中設(shè)置兩維顯示器50。根據(jù)凈寬度Wn和總寬度Wg以及各個顯示器的高度h，可以在兩行、三行或者更多的行中設(shè)置顯示器50，使得沿和行平行的方向，一般是水平方向，具有更多的象素可以利用。由上述可見，必須以這樣的方式選擇水平位移w，使得各個顯示器50的中心光軸以規(guī)則的周期沿水平方向移動。用這種方式，可以保證由透鏡40沿橫向偏轉(zhuǎn)的光束到達合適的屏幕點P，并且保證離開各個屏幕點P的光束Le的發(fā)射角呈現(xiàn)規(guī)則的分布。
通常，但并非一定，選擇位移w等于顯示器50的總寬度wg和產(chǎn)生的行數(shù)的商。通常，兩行的結(jié)構(gòu)是最佳的，因為如果各個顯示器50的控制輸出54被調(diào)整，則顯示器50可被設(shè)置得如此接近，使得幾乎可以實現(xiàn)在理論上連續(xù)的長的水平顯示。
圖3說明一種結(jié)構(gòu)，其中沿著屏幕20的各個模塊45實際上沿著平行于屏幕20的直線被移動，但是要不然就處于和屏幕20相同的角度，因而它們在光學(xué)上是完全等效的。與此相反，我們在圖18-21中說明，各個模塊45和屏幕20也可以按照不同的幾何結(jié)構(gòu)被分組。
圖18表示這種光學(xué)上均勻的裝置的原理，這種結(jié)構(gòu)從實際實施的觀點看來是特別有利的。各個模塊45在光學(xué)上是相同的，即含有相同的成像透鏡40。這使得模塊45能夠容易地進行大量生產(chǎn)，并使得它們能夠互換。因為它們沿直線平行于屏幕20被移動，但是不和屏幕20在同一個角度，所以對于屏幕20沒有光學(xué)梯形失真，并且模塊45的光學(xué)對稱的設(shè)置有助于共同成像。通過選擇模塊45的數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)可以自由的擴展，因此，可以實現(xiàn)具有最佳比例的4∶3，16∶9或者其它的顯示。
到達邊緣象素P的光束也可以被這樣產(chǎn)生利用反射鏡M靠緊屏幕20和模塊45之間的橫向間隔，并使那些光束Ld返回至屏幕20的屏幕點P，否則所述光束將不到達屏幕20。返回的光束可以被認為好象是由虛擬模塊45v發(fā)射的?？梢员砻?，來自內(nèi)部模塊45的落在屏幕20的外部的光束Ld的數(shù)量和邊緣屏幕點P利用所述虛擬模塊45v產(chǎn)生的數(shù)量相同。因此，通過在屏幕20的邊緣放置反射鏡M，來自內(nèi)部模塊的射向屏幕外部的光束可以完全被利用，并且使得模塊45的總寬度不超過屏幕20的寬度，因而使得所述裝置可以保持相當緊湊的尺寸。
圖19表示一光學(xué)對稱的結(jié)構(gòu)的例子。利用圓柱對稱變換代替沿平行直線移動，模塊45和屏幕20沿著一曲線設(shè)置。例如，由于對稱的原因，把屏幕20設(shè)置在和模塊45構(gòu)成的圓弧同心的圓弧上是有利的，如圖20的結(jié)構(gòu)所示。屏幕20可以是一圓柱面，或者是一球面，這從投射的觀點看來是有利的。圓弧形的屏幕20的半徑可以大于、等于或小于由模塊45構(gòu)成的圓弧的半徑。半徑的比例確定了沿著圓周的具有給定的尺寸的模塊的數(shù)量、其離開屏幕表面的距離，這和角分辨率和系統(tǒng)的圖像分辨率有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)可以擴展到整個圓弧，即360°的范圍，用這種方式，對觀看者產(chǎn)生一具有完整的視角的三維視域，其方便地用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或者模擬器。在大尺寸的系統(tǒng)中，例如飛行模擬器，所述模塊可以有利地利用投影器來實現(xiàn)。屏幕20可以是反射的或者是向后反射的，這結(jié)合圖28和33-34詳細說明。
屏幕20可以制成透光的弧形結(jié)構(gòu)，如圖20所示。因為朝向弧形屏幕20的凸表面的發(fā)射角的范圍比朝向凹的一側(cè)的范圍大得多，所以使模塊45沿圓弧朝向公共區(qū)域即圓弧的中心設(shè)置也是優(yōu)選的，模塊45和屏幕20最好被設(shè)置在圓弧的同一側(cè)。模塊45最好位于具有較大半徑的圓弧上，而且屏幕20位于具有較小半徑的圓弧上。觀看者35仍然在范圍34的寬的角度觀看周圍屏幕上的三維圖像?？梢钥吹剑捎诃h(huán)形布置，所以中心模塊45c處在光學(xué)上和周邊模塊45p等效的位置。模塊45和屏幕20在理論上可以構(gòu)成一個完整的圓弧，此時屏幕20是柱面或球面。
圖21表示光學(xué)不對稱的模塊-屏幕配置，其中屏幕和模塊基本上沿直線排列，但是模塊的光學(xué)成像不相同；在朝向邊緣的位置，其和屏幕20的角度不同，并且由于屏幕20的象素P的均勻分布，其成像也是不對稱的，通常表現(xiàn)為梯形失真。當圖像通過軟件進行過預(yù)失真處理，因而所述光學(xué)失真可被軟件以這種方式補償時，可以實現(xiàn)共同成像。不過，由于圖像的象素特性，當相鄰模塊的圖像被組合時，可能引起干擾影響。
在圖22中表示模塊45的光學(xué)系統(tǒng)的一種實際的實施方案。光源被設(shè)置在光纖75的末端77。出射光束Lc由第一非球面透鏡72準直成為平行光束。通過顯示器50的光束被第二非球面透鏡73聚焦在透鏡孔徑74上。在由透鏡孔徑74進行空間濾波之后，借助于色散透鏡78使發(fā)散光束的光束角增大。色散透鏡78是一種凸凹透鏡，其凸側(cè)朝向在光軸上的光源，并且其折射系數(shù)適當?shù)睾屯哥R73的不同，以便進行顏色校正。這種光學(xué)系統(tǒng)被這樣設(shè)計，使得在角度范圍β內(nèi)，基本上均勻分布的入射光束Lc被基本上均勻地偏轉(zhuǎn)。不過，需要使中心光束之間的偏轉(zhuǎn)角度的差相當大，而周邊光束之間的偏轉(zhuǎn)角度的差相當小。這是必須的，以便使被偏轉(zhuǎn)的光束Ld在屏幕20上確定均勻分布的屏幕點P，或者對物理上預(yù)定的屏幕點P進行正確的照明。
圖23表示大尺寸顯示器55的正視圖，其具有復(fù)雜的圖像，其中包含要沿不同的發(fā)射方向投射的圖像細節(jié)，沿著其長的和窄的有效區(qū)域被彼此相鄰地設(shè)置。各個圖像可以認為好象是由虛擬顯示器50’產(chǎn)生的。這種方案使虛擬顯示器50’能夠相互緊密地設(shè)置。圖24表示與透鏡40在一起的顯示器55的頂視圖，它們被集成為一匯集的光學(xué)平板42。透鏡40進行各個虛擬顯示器50’的成像，即進行由顯示器55產(chǎn)生的相鄰圖像的成像。
圖25-26表示當顯示器56不在透射方式下工作而在反射方式下工作時，模塊45的光學(xué)系統(tǒng)的一種可能的結(jié)構(gòu)。
此處使用微型機械顯示器作為顯示器56是合適的，其中光被用集成電路技術(shù)操作的反射平板偏轉(zhuǎn)，或者通過移動作為光柵的帶狀結(jié)構(gòu)使光偏轉(zhuǎn)。這種方案是由Texas儀器公司提供的DMD芯片的微反射鏡陣列。按照圖25所示的光束路徑，光從準直器60通過分光棱鏡57投射到顯示器56上，并由此朝向光學(xué)透鏡40反射到分光棱鏡57。分光棱鏡57優(yōu)選是一種已知用于LC微型顯示器的偏振分光棱鏡，或用于微型機械顯示器的全反射(TIR)棱鏡。
圖26表示一種改型，其中分光棱鏡57的作用被半透明平板58代替。兩種型式可以通過使用一個公共的長顯示器55和一個長的分光棱鏡57’構(gòu)成。后一種型式示于圖27。和圖23的顯示器55類似，顯示器55’可以具有單個共用的有效區(qū)域，其中各個模塊的顯示器只有在邏輯上是分開的，但是，各個模塊的物理上分開的顯示器56’被固定在一個公共的基板59上也是可行的(見圖27)。
圖28表示模塊45和屏幕20的位置，其中和圖20類似，屏幕20和模塊45沿著同心的圓弧設(shè)置。不過，重要的是，此處的屏幕20是向后反射形的，即入射光束朝向相同的方向反射。為了更加精確，屏幕20的這個特征只沿水平方向?qū)崿F(xiàn)，換句話說，只在圖28的平面內(nèi)實現(xiàn)。從屏幕20的垂直反射是常規(guī)的鏡面反射，即入射角和出射角相等，不過沿著垂直平面的光束的分量保持常數(shù)。這是需要的，因為否則光束將總是朝向模塊45反射，因而不能到達觀看者的眼睛。
圖28的裝置的一個重要特征在于，由于弧形的、水平向后反射的屏幕20，使得從各個模塊45發(fā)射的發(fā)散光束當被反射時被再次會聚，并且屏幕20的整個表面在圍繞著觀看者35的頭部的區(qū)域附近的一個相對窄的范圍34內(nèi)是可見的。為了更加精確，一個三維的視域，其實際上覆蓋整個屏幕20的區(qū)域，只在所述范圍34內(nèi)產(chǎn)生。還可以看出，所述范圍34的中心實際上是由模塊和屏幕20構(gòu)成的同心圓的公共中心。不過，在所述窄的范圍34內(nèi)，三維圖像的方向分辨率(角分辨率)是高的，因為只有具有小的橫向運動的光束可被看到，其從各個屏幕點沿不同的方向出射。換句話說，由所述裝置提供的不同角度的視域分割所述窄的范圍，使得發(fā)射方向之間的差別是小的。這意味著，觀看的三維效果將是非常真實的，但是不需要使許多發(fā)射方向和屏幕20的各個屏幕點相關(guān)，否則將需要大量的模塊或者各個模塊中的高分辨率的顯示器。還可以看出，當觀看者移近屏幕20時，由屏幕20的發(fā)射角范圍覆蓋的區(qū)域成為窄的，例如，如果觀看者35移動到位置35’，則只有由模塊45c產(chǎn)生的光束到達觀看者35的眼睛，而由邊緣模塊45p發(fā)出的光束則避開觀看者。
屏幕20是向后反射形的，因為其面向模塊45的表面由垂直對準的直角棱鏡26覆蓋，其水平截面在圖28的放大的細節(jié)中示出。按照已知的方式，這個實施例中的表面是沿給定的方向(這些方向位于和棱鏡的縱向邊緣垂直的平面內(nèi))向后反射的。這意味著，在這些平面內(nèi)發(fā)射的光束平行于入射的光束但沿相反的方向出射。
圖29表示圖28的結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用-一種飛行模擬器。由飛行員看到的景觀的三維圖像出現(xiàn)在屏幕20上，不過這種景觀只能由坐在飛機座艙36內(nèi)的飛行員看到，所述座艙模擬實際飛機的飛行員座艙。在飛機座艙36的后面與上方的一或多個投影裝置46含有模塊45，用于產(chǎn)生形成飛行員37的視域的光束。
圖30表示屏幕20的一種能夠?qū)崿F(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)，并示出了水平截面圖30a和垂直截面圖30b，以便進行更好地說明。提供有一系列所謂的雙凸透鏡，即在屏幕20的一個表面上的具有大的曲率半徑的柱面透鏡，和在另一個表面上的具有較小曲率半徑的柱面透鏡。具有較大曲率半徑的柱面透鏡31提供光束Le的較小的大約1-2度的水平散射，如在圖5和圖7a中的角度δx所示。具有較小曲率半徑的柱面透鏡32提供光束Le的較大的大約100度的垂直散射，如在圖7a中的角度δy所示。屏幕20可以用已知技術(shù)例如注模由廉價的光學(xué)質(zhì)量的塑料制造。可以利用具有一層或幾層結(jié)構(gòu)的反射屏幕(圖31)和透射屏幕20實現(xiàn)散射。在反射屏幕的情況下，構(gòu)成一個形成所需的散射的一半的柱面透鏡便足夠了，因為由于反射，光束通過屏幕20兩次，并在第二次通過之后實現(xiàn)散射。理論上，也可以構(gòu)成在屏幕20的同一表面上產(chǎn)生水平和垂直散射的光學(xué)表面。
圖32表示屏幕20的一種型式，其中代替柱面透鏡的全息層33用于實現(xiàn)光束的所需的散射。全息層33可以同時甚至不同程度地產(chǎn)生垂直和水平的散射。
在圖33和34中表示，向后反射形的(沿一個方向)屏幕20可以通過在屏幕20上形成直角棱鏡26來構(gòu)成(也見圖28)。在垂直于棱鏡26的縱向邊緣27的平面內(nèi)建立向后反射效果。在平行于縱向邊緣27的平面上的光束，或者更精確地說，落在這些平面內(nèi)的光束分量由作為簡單的反射鏡的屏幕20反射。圖35和36表示，置于向后反射屏幕20的前方的散射屏幕30或全息層33提供發(fā)射的光束Le的所需的發(fā)散。圖37表示的一種型式是，其中全息層33利用合適的技術(shù)例如復(fù)制被直接地提供在向后反射表面上。
圖38表示本發(fā)明的三維顯示裝置的一個相對簡單的實施例。所示的裝置只產(chǎn)生三維的靜止圖像，例如，用于廣告是很好的。該裝置的投影器47含有模塊(圖38中未示出)，所述模塊按照上述的原理朝向屏幕20發(fā)射光束Ld，其通常和投影器47單獨地設(shè)置。如果需要，在投影器47的兩側(cè)可以提供反射鏡M，借助于所述反射鏡，按照結(jié)合圖19所述的原理，可以減小投影器47的寬度。圖38的裝置的投影器37的內(nèi)表面如圖41所示，其差別在于，圖38含有一行模塊，而圖41表示一種兩行的結(jié)構(gòu)。
投影器47和屏幕20可以是一種反射結(jié)構(gòu)(見圖39)，即投影器47可以被固定在天花板90上，而屏幕20可被安裝在房間的墻上(圖中未示出)。這種結(jié)構(gòu)是有利的，因為投影器47可以被設(shè)置得遠離屏幕20。這種結(jié)構(gòu)可以提供具有好的角分辨率和大的視野深度的三維圖像。即，可以想見，三維圖像的方向分辨率，即相鄰的發(fā)射方向之間的角度，將由屏幕20和模塊45之間的距離以及各個模塊45之間的距離決定。相對于投影器47，觀看反射結(jié)構(gòu)中的屏幕20的觀看者位于屏幕20的前方，并在其平面的下方，因此，也可以在相對小的房間內(nèi)使用相對大的尺寸的屏幕20。所述裝置在屏幕20的前方和后方提供三維圖像，用這種方式，可以使房間在光學(xué)上被放大。
屏幕20也可以被制成透射型的，即從投影器47發(fā)出的光束Ld通過屏幕20，并且從所述屏幕的另一側(cè)出射的光束Le到達觀看者的眼睛。這種結(jié)構(gòu)如圖40所示。在這種情況下，投影器47不需要被設(shè)置得高于觀看者，而可以設(shè)置在和觀看者相同或者較低的高度。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，投影器47可以設(shè)置在另一個房間內(nèi)，因為觀看者不需要看投影器47。
圖41表示用于顯示靜止三維圖像的裝置的結(jié)構(gòu)。因為只能投射靜止圖像，在投影器47中的兩維顯示器的作用被用于投射靜止圖像的裝置例如滑動薄膜(slide film)150代替，或者在給定的情況下由反射方式的圖像載體代替。合成圖像155被透鏡40在屏幕20上成像，屏幕20可以距離投影器47較近或者較遠。合成圖像155以合適的幾何尺寸被設(shè)置在滑動薄膜150內(nèi)，例如以圖41所示的雙行排列的形式。如果需要，反射鏡M可以代替產(chǎn)生屏幕的邊緣屏幕點的合適的圖像的模塊，如圖19所示。在滑動薄膜150中的圖像155由光管180或者由在電影裝置中已知的白熾燈泡，或者具有選擇的均化散射板185的LED從后方照明。如果要利用投影器47顯示另一個圖像，滑動薄膜150可以快速容易地更換。也可以應(yīng)用實現(xiàn)定期更換的自動機構(gòu)，例如通過更換公告板。利用合適方法例如數(shù)字成像技術(shù)可以在滑動薄膜150上形成各個復(fù)雜的圖像155。滑動薄膜適合作為兩維顯示器，因為其可以產(chǎn)生具有高分辨率的尺寸小的彩色圖像，并且其主要模擬如圖23所示的大尺寸顯示器的長而窄的有效區(qū)域。圖41所示的三維顯示裝置可以用簡單的方法和低的成本制造，并且能夠顯示質(zhì)量極高的具有三維效果的圖像。
應(yīng)當注意，當滑動薄膜150通過散射板185照明時，不僅垂直于圖像平面155的光束通過薄膜150，而且也通過其它方向的其它光束。具有相當小的數(shù)值孔徑的成像光學(xué)系統(tǒng)40只能成像以低的錐角進入的那些光束，而其它的較斜的光束在這種光學(xué)系統(tǒng)中被丟失。換句話說，成像透鏡40實際上在滑動薄膜150上利用基本上平行的光束。因此，在這種情況下，確實，在投影器47中具有一個用于向光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置即成像透鏡40以基本上平行的光束投射由圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生的圖像的光學(xué)系統(tǒng)，在這種情況下，所述圖像發(fā)生裝置是具有圖像155的滑動薄膜150。根據(jù)上述，所述系統(tǒng)以相當?shù)偷男世猛ㄟ^圖像155的光，但是，這由顯示的三維圖像的亮度由圖像155的積累的光輸出確定的這個事實來補償。
圖42表示在模塊45中使用的光學(xué)成像系統(tǒng)的另一種型式。LED陣列170提供顯示器50的背后照明。為了實現(xiàn)最大的亮度，必須在顯示器50的后面設(shè)置盡可能多的光源。這可以通過利用集成電路技術(shù)中已知的方法在一公共的基板上固定未封裝的LED芯片，并把它們用導(dǎo)線連接在一起，或者利用細的通常是金制成的細絲連接(焊接)到合適設(shè)計的輸出上來實現(xiàn)。用這種方式，可以每隔0.4-0.5mm設(shè)置一個芯片，甚至在中等尺寸的顯示器的后面設(shè)置100個這樣的芯片。用這種方式，最好是提供均質(zhì)的光源，雖然成本較高，其具有極高的表面亮度，并具有好的混色和飽和度。從LED芯片陣列170出射的發(fā)散光束的邊緣光束被吸收，而通過小數(shù)值孔徑透鏡73和78的并基本上垂直于LED芯片陣列170的出射光在系統(tǒng)中被利用。LED芯片陣列170可以是多色的，例如通常的RGB顏色的LED171可被設(shè)置在合適的組中，如圖43和44所示。
為了更好地利用光，可以在LED芯片陣列170和顯示器50之間提供光束形成準直透鏡，用于準直以寬的角度發(fā)出的輸出光束。所述光束形成準直透鏡可以被方便地制成微透鏡陣列，或者被制成和芯片陣列的尺寸相同的內(nèi)部反射光集中或光平行元件。有利地是，這種光束形成元件可以是一種擴展的截頭圓錐體形的反射鏡盒(見圖10)，或者是一種錐形擴展的塑料或玻璃元件。用這種方式，可以減少芯片的數(shù)量，并且可以使用標準的RGB的LED芯片，例如由Samsung或Marl制造的器件。
在圖44所示的RGB彩色LED照明器的情況下，顯示器50是單色的，并通過循環(huán)地轉(zhuǎn)換具有R，G，B顏色的LED 170，產(chǎn)生連續(xù)顏色的圖像。這可以被這樣實現(xiàn)，使得每種顏色在1/30秒的長幀內(nèi)接通一次。顯然，這需要合適幀頻率的顯示器50，即，在這種情況下，圖像以大約90 1/s的頻率在顯示器50上顯示。用這種方式，可以避免在模塊45中使用彩色的LCD。按照已知的方式，在彩色面板中使用大量的象素，其中具有以三分之一分辨率的象素三元組的RGB濾光器，或者在彩色LCD顯示器中使用的三個(RGB)單個面板。在利用并行的LCD操作的顯示裝置的情況下，進一步把面板分成三元組是不經(jīng)濟的。不過，減少顯示器的分辨率會使得減少偏轉(zhuǎn)方向，即引起方向分辨率的降低。因此，通過使用高速的鐵電液晶(FLC)面板，并通過在以3x成幀頻率相互成幀之后對RGB圖像成幀，可以實現(xiàn)時間序列的顏色控制。作為另一個優(yōu)點，這使得比利用象素級混色具有較好的混色。
顯示器50也可以利用LED或者OLED顯示器(有機LED)來實施。在這種情況下，不需要單獨的光源和顯示器。LED或OLED顯示器本身組合而具有光源和圖像發(fā)生裝置的功能。除去沿平行方向發(fā)射的光束之外，也具有其它的光束，不過，如上所述，偏轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng)將只在屏幕上成像基本上平行的光束。
圖45表示本發(fā)明的裝置的控制系統(tǒng)的示意圖。在廣播、電信和計算機技術(shù)會聚的年代，信息系統(tǒng)傳遞、存儲和處理數(shù)據(jù)的基本功能，基本上和信號攜帶的是音頻、視頻數(shù)據(jù)或者是計算機數(shù)據(jù)無關(guān)。因而，也必須制備能夠集成在一個系統(tǒng)中的現(xiàn)代化裝置，使得其可以處理任何信號，傳輸三維(視覺的或者幾何模型)信息，可以不用修改硬件。監(jiān)視器、電視機和其它顯示裝置通常利用專用電路處理不同標準的輸入信號。因此，本發(fā)明的裝置的控制單元基本上被配置為一個計算機200，例如個人計算機(PC)，使得其按照給定的格式或協(xié)議把輸入的數(shù)字的或模擬的三維數(shù)據(jù)通過輸入接口(擴展)卡轉(zhuǎn)換到到標準的計算機總線210，例如PCI總線上。這種配置使得能夠按順序產(chǎn)生新的物理輸入信號。
系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)可以來自不同的數(shù)據(jù)源。例如，在圖45中，示出了網(wǎng)絡(luò)接口260，線路調(diào)制解調(diào)器270以及音頻/TV接收機單元280，它們都和總線210相連。
攝像機250可以通過輸入單元255和設(shè)備相連，輸入單元提供用于自校準、頭部跟蹤和環(huán)境光條件的測量數(shù)據(jù)。
在由軟件203處理之后，或者直接地，輸入的三維數(shù)據(jù)到達和同一總線210相連的三維單元240，其在物理上也被配置為一個(PIC)擴展卡。所述的卡最好含有極復(fù)雜的可編程的邏輯IC(FPGA)。三維單元240(3D引擎)的任務(wù)是實時地產(chǎn)生合適的復(fù)雜的(模塊)圖像，并將其傳遞到各個模塊45I...45q。
計算機200的功能也可以利用控制電路100來實現(xiàn)(見圖8和10)，不過控制電路100本身一般只接收三維單元240的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述數(shù)據(jù)擴展模塊45。
三維單元240按照不同的輸入數(shù)據(jù)以不同的方式工作-平面圖像顯示。其填充模塊45I...45q的顯示器50的合適的象素，使得屏幕20的合適的象素P沿所有方向發(fā)射光束，所述光束具有識別的傳統(tǒng)標準的兩維圖像的給定的屏幕點的顏色和強度值。
-利用相應(yīng)于任何源的不同的觀看方向的視域處理圖像，(計算機產(chǎn)生的或者是拍攝的或者是自然場景拍攝的)。所述圖像可以被解壓縮或者去壓縮。利用所需的幾何數(shù)據(jù)，通過重新排列不同視域的圖像的細節(jié)，產(chǎn)生合成的(模塊)圖像。
-具有比裝置能夠顯示的較少的視域的圖像的處理。例如，裝置可以顯示的所有的視域只從圖像的5個可得到的方面編輯。雖然在理論上，需要大量的空間圖像來重構(gòu)基本上連續(xù)的三維視域。但是產(chǎn)生不同觀看方向的所有的視域通常是不經(jīng)濟的。因此，三維單元240用合適的算法計算足夠數(shù)量的中間視域。這種方案例如從美國專利5,949,420的說明書中得知。所述單元由計算的所需數(shù)量的中間視域(并且一般來自初始視域)利用和上述相同的重新排列產(chǎn)生合成(模塊)圖像。
-由其它平臺的數(shù)據(jù)，例如DICOM，3Dfx，VRML和其它三維的CAD幾何模型產(chǎn)生足夠數(shù)量的三維視域。作為例子示出了3Dfx模型230，其可以用已知方式作為單獨的擴展卡和計算機200的總線210相連?？梢园惭b已知結(jié)構(gòu)的三維軟件203，所述軟件由描述的三維物體產(chǎn)生足夠數(shù)量的視域圖像。三維單元240的處理和上述的類似。
因而，本發(fā)明的裝置和任何平臺的兼容性是軟件的主要問題。當建立新的標準時，可以對具有中心觀看方向的圖像附加三維信息作為補充數(shù)據(jù)。用這種方式，兩維器件保持兼容，并且可以顯示三維信號，自然地，只利用平面視域圖像。
在特定應(yīng)用中，該裝置的硬件可以實時地計算任何中間視域的數(shù)據(jù)。因此，能夠按照觀看者兩個眼睛的位置優(yōu)化由觀看者覺察的圖像。這意味著只有圖像的兩個視域被朝向觀看者的眼睛投射。相鄰的視域，即相鄰的視域的圖像的重疊部分，由于屏幕的散射，其可能已經(jīng)能夠被看到，被切斷。用這種方式，可以產(chǎn)生具有非常好的視野深度的圖像(高深度方式三維圖像)。由本發(fā)明的系統(tǒng)的特征可見，可以對幾個觀看者同時實現(xiàn)眼睛跟蹤和上述的觀看者優(yōu)化。用于眼睛跟蹤的控制數(shù)據(jù)由攝像機250或者其它的專用硬件來實現(xiàn)。
另一種可能的應(yīng)用是，當裝置的硬件實時地計算任何視域時，其可以插入圖像的結(jié)構(gòu)中并對其進行修正。這種選擇可以是對環(huán)境光和照明的考慮。不僅可以調(diào)節(jié)亮度，而且可以調(diào)節(jié)在物體的給定點上光束的顫動，可以添加模糊的陰影。這些完全屬于那樣的效果，如果缺少了這些，觀看者就會識別出其覺察的圖像僅僅是人造的圖像。因此，附加這些選擇可以產(chǎn)生極其真實的視域(真實方式)。
三維圖像比平面圖像包含多得多的信息。建議在傳遞或存儲三維數(shù)據(jù)時使用數(shù)據(jù)壓縮方法。圖像的方向視域的相似性允許使用有效的壓縮方法。所述算法在上面已經(jīng)說明，即所述算法基于圖像的方向視域的少量的處理/增加，利用幾何關(guān)系，這是用于減少數(shù)據(jù)本身的有效處理。不過，使用具有圖像的方向視域的已知的圖像壓縮方法來實現(xiàn)較好的壓縮是值得的。解壓單元220是一種多通道單元，其按照已知的標準例如MPEG2，MPEG4，Wavelet等操作。解壓單元220解壓輸入的壓縮數(shù)據(jù)流的圖像內(nèi)容，并把圖像輸出到三維單元240的輸入端。
此外，計算機200當然控制裝置的所有功能，從通過控制冷卻來接通光源80的電源85，到顯示菜單。該裝置可以進行自我診斷，并且如果需要，可以進行維修校正和通過和互聯(lián)網(wǎng)相連的IP，或者通過電話線或者通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)節(jié)控制。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示三維圖像的裝置，所述裝置包括a，一用于有方向選擇地透射與/或反射光的屏幕；b，一屏幕照明系統(tǒng)，所述屏幕照明系統(tǒng)包括c，用于產(chǎn)生光束的模塊，所述光束和該屏幕的多個不同點相關(guān)，并且和屏幕的點的不同的發(fā)射方向相關(guān)，并且d，按照在相鄰的發(fā)射方向之間的角度，所述屏幕對透射的或反射的光提供發(fā)散，并且所述裝置還包括e，一用于控制所述模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于f，所述模塊還包括一兩維顯示器，以及g，一光學(xué)系統(tǒng)，用于同時在所述屏幕上使顯示器的各個像素成像，其中h，和屏幕上的不同的點相關(guān)的并且相應(yīng)于和屏幕的不同點相關(guān)的不同的發(fā)射方向的在兩維顯示器上的顯示像素，基本上同時地產(chǎn)生具有不同坐標的但是基本上沒有發(fā)射方向信息的光束，以及i，和顯示器相關(guān)的成像光學(xué)系統(tǒng)，基本上同時地將由具有不同坐標的顯示器像素產(chǎn)生的光束成像在不同的發(fā)射方向或成像方向。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，a，屏幕(20)透射輸入的光束(Ld)，基本上不改變它們的方向，或者以反射鏡同樣的方式反射所述光束，或者向后反射所述光束，b，所述模塊作為以下的裝置被實現(xiàn)用于產(chǎn)生沿著不同的方向從屏幕點(P)發(fā)射的光束(Le)，并且用于從不同的方向(D)朝向各個屏幕點(P)以不同的強度與/或顏色投射光束(Ld)的裝置，其中在用于朝向屏幕點(P)投射光束(Ld)的裝置中，c，兩維顯示器(50)被作為用于產(chǎn)生要朝向不同方向投射的光束(Lc)的圖像發(fā)生裝置實現(xiàn)，其中和不同投射方向相關(guān)的光束(Lc)由兩維顯示器(50)的不同的像素(Cd)產(chǎn)生，并且所述成像光學(xué)系統(tǒng)包括d，用于以給定的角度作為輸入坐標的函數(shù)偏轉(zhuǎn)輸入到成像光學(xué)系統(tǒng)上的光束(Lc)的裝置，所述裝置最好是光學(xué)透鏡，并且所述屏幕照明系統(tǒng)還包括e，用于產(chǎn)生基本上平行的，并且，作為空間坐標的函數(shù)，用于照明圖像發(fā)生裝置的基本上均勻的光束的裝置，以及f，所述模塊(45)被設(shè)置在光學(xué)上等效的位置上，被彼此相對地和相對于所述屏幕(20)周期性地移動，使得g，按照相關(guān)的模塊(45)以及屏幕(20)的相互位置，由光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置朝向不同的方向(D)和朝向合適的屏幕點(P)偏轉(zhuǎn)所述光束(Lc)，所述光束(Lc)利用一合成圖像的像素被編碼，-最好是由利用顏色和強度信息調(diào)制的-其中該合成圖像是由所述圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述兩維顯示器是液晶微型顯示器，尤其是透射或反射型LC微型顯示器，LED或OLED顯示器，或者微型機械器件，尤其是微型反射鏡陣列，有源光柵或者其它的光閥陣列。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述兩維顯示器產(chǎn)生一沒有垂直視差信息的合成圖像，并且所述模塊被按水平行設(shè)置，并且屏幕的水平發(fā)散(δy)相應(yīng)于從相鄰模塊投射到同一屏幕點上的光束(Ld)之間的角度，并且屏幕的垂直發(fā)散(δy)相應(yīng)于所需的垂直觀看范圍。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述模塊被排列成多個平行的行，并被彼此相對地沿著平行于該行的方向移動。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，該圖像發(fā)生裝置的照明系統(tǒng)包括多個用于產(chǎn)生基本上平行的光束(Lc)的裝置，用于產(chǎn)生由一共用光源(80)照明的平行光束的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，包括用于調(diào)制該共用光源的光的裝置，最好是旋轉(zhuǎn)的濾色盤，或者其它的光閘，并且共用光源的光利用光導(dǎo)管或者光纖被引向各個模塊。
8.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，包括多個光源，最好是LED，特別是具有多種顏色的LED的LED芯片(170)陣列，或者多個單獨的LED，它們和各個模塊相關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述LED具有光束整形適配器，最好是微型透鏡陣列或者是反射光的集成/集中元件(65)。
10.如權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述屏幕是一光學(xué)平板，用于對有方向選擇地透射的與/反射的光束提供發(fā)散，所述發(fā)散的角度(δx，δy)相應(yīng)于在由相鄰模塊(45)和屏幕點(P)限定的平面內(nèi)的由相鄰模塊(45)發(fā)出的和從同一個屏幕點(P)發(fā)射的光束之間的角度，
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)平板的發(fā)散是利用透鏡系統(tǒng)(30)或者利用全息層(33)來實現(xiàn)。
12.如權(quán)利要求4-11中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述用于提供發(fā)散的屏幕具有水平向后反射的表面，特別是具有垂直取向的棱鏡結(jié)構(gòu)的表面。
13.如權(quán)利要求1-12中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述模塊被沿著平行于屏幕的直的部分排列。
14.如權(quán)利要求1-12中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述模塊被沿著一圓環(huán)部分排列，所述屏幕是基本上和模塊的圓環(huán)同心的圓柱面或球面。
15.如權(quán)利要求1-14中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置作為一計算機被實現(xiàn)，使得a，所述裝置按照已知標準起網(wǎng)絡(luò)裝置的作用，其中所述裝置b，按照不同的標準處理輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換到計算機數(shù)據(jù)總線上。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置自動地存儲和處理圖像，最好是用于圖像壓縮的目的，按照觀看位置進行優(yōu)化，按照周圍照明修正真實的顯示。
17.一種用于顯示三維圖像的方法，包括以下步驟a，產(chǎn)生和屏幕(20)的多個不同的點(P)相關(guān)的光束(Ld)，所述光束(Ld)產(chǎn)生和各個屏幕點(P)的不同的發(fā)射方向(E)相關(guān)的不同的視域，以及b，把所述光束投射到有方向選擇地透射與/或反射的屏幕(20)上，所述屏幕(20)提供相應(yīng)于兩個相鄰發(fā)射方向(E)之間的角度的發(fā)散(δx)，其特征在于c，利用兩維顯示器(50)的像素(Cd)，基本上同時地產(chǎn)生基本上沒有發(fā)射方向信息的光束(Lc)，所述像素具有不同的坐標，所述光束和屏幕(20)上的不同的點(P)相關(guān)，并且相應(yīng)于屏幕點(P)的不同的發(fā)射方向(E)，以及d，基本上同時地將由具有不同坐標的顯示器像素(Cd)產(chǎn)生的光束成像在不同的偏轉(zhuǎn)方向(D)，所述成像被作為產(chǎn)生所述光束(Lc)的像素(Cd)的坐標的函數(shù)來實現(xiàn)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生不同視域的光束利用以下步驟產(chǎn)生a，從屏幕上的點將具有不同強度與/或顏色的光發(fā)射到不同發(fā)射方向，其中b，從屏幕上的點朝向不同方向發(fā)射的該光束借助于以下步驟產(chǎn)生從不同的方向朝向各個屏幕點投射具有不同強度與/或顏色的光束，透射所述光束而基本上不改變其方向，或者從屏幕上反射所述光束而基本上維持原方向，同時對所述光束提供合適的發(fā)散，以及c，沿著不同方向朝向屏幕點投射的該光束利用以下步驟產(chǎn)生產(chǎn)生一合成圖像，所述合成圖像包括圖像細節(jié)，所述圖像細節(jié)相應(yīng)于待從不同的屏幕點投射到不同方向的圖像，以及d，利用基本上平行的光束照射該合成圖像，產(chǎn)生基本上平行的被利用各個圖像細節(jié)的強度與/或顏色信息調(diào)制的光束，以及e，在光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置上，最好是在成像光學(xué)系統(tǒng)上，投射作為空間坐標的函數(shù)的被這樣調(diào)制的基本上平行的光束，以及f，利用光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置朝向合適的屏幕點投射被利用合成圖像的圖像細節(jié)調(diào)制的基本上平行的光束，其中通過按照合成圖像上的相關(guān)的圖像細節(jié)的位置和光學(xué)偏轉(zhuǎn)元件的成像性能使所述光束朝向不同的方向偏轉(zhuǎn)，所述合適的屏幕點是由相關(guān)的光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置和屏幕的相互位置確定。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述圖像發(fā)生裝置的數(shù)量和它們的像素的數(shù)量的乘積等于屏幕點數(shù)和與屏幕點數(shù)相關(guān)的發(fā)射方向的數(shù)量的乘積。
20.如權(quán)利要求17-19中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，由一些圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生可從每個單方向看到的三維圖像的一個視域。
21.如權(quán)利要求17-20中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，由多個垂直圖像帶產(chǎn)生沒有垂直視差的三維圖像，所述圖像帶是由各個圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生的。
22.如權(quán)利要求17-21中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用一個圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生相應(yīng)于和各個屏幕點相關(guān)的觀看方向的數(shù)量的倍數(shù)的多個圖像細節(jié)，并關(guān)聯(lián)少于屏幕點的數(shù)量的幾個圖像發(fā)生裝置，使得利用一個圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生圖像細節(jié)，所述圖像細節(jié)和基本上相等或者相鄰的一些屏幕點的相的觀看方向相關(guān)。
23.如權(quán)利要求17-21中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用一個圖像發(fā)生裝置產(chǎn)生相應(yīng)于每個屏幕點的不同的觀看方向的數(shù)量的圖像細節(jié)，并且使用和所述屏幕行中的屏幕點的數(shù)量那樣多的和一個水平屏幕行相關(guān)的圖像發(fā)生裝置。
24.如權(quán)利要求17-23中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，使用在圖像發(fā)生裝置中的具有獨立的發(fā)光性能的像素。
25.如權(quán)利要求17-23中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用單獨的光源照射圖像發(fā)生裝置。
26.如權(quán)利要求17-23中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，利用一共用光源照射多個圖像發(fā)生裝置。
27.如權(quán)利要求17-23中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述光束的發(fā)散，所述光束被有方向選擇地通過屏幕透射與/或從所述屏幕反射，在由從所述屏幕點發(fā)射的光束確定的平面內(nèi)，該發(fā)射角相應(yīng)于在從同一個屏幕點發(fā)射的光束之間的角度。
28.一種用于顯示三維圖像的裝置，所述裝置包括a，一用于有方向選擇地透射與/或反射光的屏幕；b，一屏幕照明系統(tǒng)，所述屏幕照明系統(tǒng)包括c，用于產(chǎn)生光束的模塊，所述光束和屏幕的多個不同的點相關(guān)，并且和屏幕的點的不同的發(fā)射方向相關(guān)，以及d，按照在相鄰的發(fā)射方向之間的角度，所述屏幕對透射的或反射的光提供發(fā)散，其特征在于f，所述模塊還包括兩維圖像，以及g，一光學(xué)系統(tǒng)，用于同時在所述屏幕上使所述圖像的各個像點成像，其中h，和屏幕上的不同的點相關(guān)的并且相應(yīng)于和不同的屏幕的點相關(guān)的不同的發(fā)射方向的兩維圖像的圖像點，基本上同時地產(chǎn)生具有不同坐標的但是基本上沒有發(fā)射方向信息的光束，以及I，和顯示器相關(guān)的成像光學(xué)系統(tǒng)，基本上同時地將由具有不同坐標的圖像點產(chǎn)生的光束成像在不同的發(fā)射方向或成像方向。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述圖像被包含在一滑動帶(透明帶)或者其它圖像承載介質(zhì)上。
30.如權(quán)利要求28或29所述的裝置，其特征在于，包括多個和各個模塊相關(guān)的光源，最好是LED或白熾燈，或者包括一共用光源，最好是燈管，用于照射所述圖像。
31.如權(quán)利要求28-30中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，和所述圖像相關(guān)的成像光學(xué)系統(tǒng)被作為一個概括成單一單元的光學(xué)平板來實現(xiàn)，最好是作為一個透鏡陣列來實現(xiàn)。
全文摘要
發(fā)明涉及一種用于顯示三維圖像的方法。在所述方法中，光束(L
文檔編號G02B27/22GK1430734SQ0180976
公開日2003年7月16日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者蒂博爾·包洛格 申請人:蒂博爾·包洛格