專利名稱：應(yīng)用整體成像技術(shù)的三維圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用整體成像技術(shù)的三維(3D)圖像顯示裝置，更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種使用整體成像技術(shù)的3D圖像顯示裝置，其中，二維(2D)和3D圖像能夠被轉(zhuǎn)換并且視角能夠被擴(kuò)展。
背景技術(shù)：
通常，通過全息顯像方法或者立體顯像方法(stereography method)顯示三維(3D)圖像。全息顯像方法是理想的，但它需要相干光，并且在記錄和重現(xiàn)遠(yuǎn)距離大物體時存在困難。立體視角方法(stereoscopy method)分別對每只眼睛顯示兩幅二維(2D)圖像，這兩幅圖像顯示給雙眼且平行，從而產(chǎn)生圖像的深度視覺感。由于立體顯像技術(shù)使用兩幅平面圖像，因此容易實(shí)現(xiàn)，并且能夠顯示高分辨率和大景深的3D圖像。然而，立體視角方法僅利用水平透視差異，因此不能實(shí)現(xiàn)同時具有水平和垂直透視差異的3D圖像。此外，觀察圖像的眼睛的會聚角和圖像的焦距有可能不同，因此會使眼睛疲勞。另外，僅有一個固定的透視或幾個分離的透視，因此圖像不連續(xù)。為了解決上述問題，提出了一種使用整體成像技術(shù)的圖像顯示方式。
在整體成像技術(shù)中，利用包括多個基本透鏡的透鏡陣列，將一3D物體存儲為一2D圖像陣列，然后將該2D圖像重現(xiàn)為該物體的3D圖像。圖1是使用整體成像技術(shù)的常規(guī)3D圖像顯示裝置的示意圖。該3D圖像顯示裝置包括圖像獲取單元10和圖像顯示單元20。圖像獲取單元10包括照相單元11，該照相單元具有用于為物體O照相的第一透鏡陣列和用于將被拍下的圖像記錄為2D圖像的記錄單元15。圖像顯示單元20包括從記錄單元15接收2D圖像并將接收的圖像重新構(gòu)建為3D圖像的顯示裝置21和利用整體成像技術(shù)形成3D圖像的第二透鏡陣列25。
然而，使用整體成像技術(shù)的常規(guī)3D圖像顯示裝置具有較低的分辨率和景深以及較小的視角。特別地，由于組成第一和第二透鏡陣列13和15的基本透鏡的尺寸受限于視角，因此各基本透鏡對應(yīng)的基本圖像的顯示區(qū)域的大小受到限制。因此，基本透鏡的F數(shù)值越小，視角越大，但是像差也越大，因此導(dǎo)致再現(xiàn)圖像變形。因此視角應(yīng)增加多大是受到限制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是提供了一種使用整體成像技術(shù)的3D圖像顯示裝置，其中，視角被擴(kuò)展。
本發(fā)明的一個方面是還提供了一種使用整體成像技術(shù)的3D圖像顯示裝置，其中，可轉(zhuǎn)換2D和3D圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種三維(3D)圖像顯示裝置包括點(diǎn)光源陣列；顯示元件，它通過電控制逐個象素地調(diào)制來自點(diǎn)光源陣列的入射光，從而形成圖像；和設(shè)置在點(diǎn)光源陣列和顯示元件之間的模式轉(zhuǎn)換裝置，它能夠通過電子開關(guān)轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)，其中，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置為透明介質(zhì)時，3D圖像顯示裝置處于3D模式，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置為散射介質(zhì)時，3D圖像顯示裝置處于2D模式。
點(diǎn)光源陣列可安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)部。
模式轉(zhuǎn)換裝置的折射率可大于1。
模式轉(zhuǎn)換裝置可由高聚物分布式液晶形成。
可在點(diǎn)光源陣列和模式轉(zhuǎn)換裝置之間聯(lián)接光纖或一針孔陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種三維(3D)圖像顯示裝置，它包括形成點(diǎn)光源陣列的點(diǎn)光源陣列單元；校正元件，它校正來自點(diǎn)光源陣列單元的光的發(fā)散角；模式轉(zhuǎn)換裝置，它與校正元件聯(lián)接，并且可通過電控制轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)；和顯示元件，它通過電控制逐個象素地調(diào)制經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換裝置的入射光，從而形成圖像。
點(diǎn)光源陣列單元可包括光源；使光源發(fā)出的光聚焦的聚光透鏡；準(zhǔn)直通過聚光透鏡的光的準(zhǔn)直透鏡；和微透鏡陣列，它由多個單元微透鏡單元組成，并且使用所述單元微透鏡聚焦平行光，從而形成點(diǎn)光源陣列。
校正元件可以包括具有負(fù)的光焦度(negative power)的透鏡陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種3D顯示裝置，包括形成光源陣列的點(diǎn)光源陣列單元；校正元件，它校正來自點(diǎn)光源陣列單元的光的發(fā)散角；聯(lián)接于校正元件的透明介質(zhì)元件，它的折射率大于1；和顯示元件，它通過電控制逐個象素地調(diào)制來自點(diǎn)光源陣列的入射光，從而形成圖像。


通過參考附圖對實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特征將會更加清楚，其中圖1顯示了一種使用整體成像技術(shù)的常規(guī)3D圖像顯示裝置；圖2是根據(jù)本發(fā)明一典型實(shí)施例的使用整體成像的3D圖像顯示裝置的示意圖；圖3A顯示了圖2中使用整體成像的3D圖像顯示裝置的點(diǎn)光源陣列的一個修改實(shí)例；圖3B顯示了圖2中使用整體成像的3D圖像顯示裝置的點(diǎn)光源陣列的另一修改實(shí)例；圖4顯示了圖2中3D圖像顯示裝置的一修改實(shí)例；圖5A顯示了圖2中3D圖像顯示裝置中的視角的發(fā)散角；圖5B顯示了圖4中3D圖像顯示裝置中的視角的發(fā)散角；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明另一典型實(shí)施例的使用整體成像的3D圖像顯示裝置；圖7顯示了在圖6的3D圖像顯示裝置中使用校正元件進(jìn)行視角擴(kuò)展。
具體實(shí)施例方式
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明一典型實(shí)施例的使用整體成像的3D圖像顯示裝置包括圖像獲取單元100，它對物體照相形成3D圖像，并將該3D圖像轉(zhuǎn)換成2D圖像；以及以不同視角顯示來自圖像獲取單元100的圖像的點(diǎn)光源陣列110以及顯示元件120。
圖像獲取單元100能夠用不同的方式來實(shí)現(xiàn)，并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很容易實(shí)現(xiàn)，因此省略對它的描述。
用于轉(zhuǎn)換顯示的2D圖像的2D模式以及顯示的3D圖像的3D模式的模式轉(zhuǎn)換裝置115被設(shè)置在點(diǎn)光源陣列110和顯示面板120之間。通過驅(qū)動單元V的電子開關(guān)，模式轉(zhuǎn)換裝置115能夠被轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)以及散射介質(zhì)。當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置115為透明介質(zhì)時，它處于3D模式，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置115為散射介質(zhì)時，它是2D模式。例如，模式轉(zhuǎn)換裝置115可由高聚物分布式液晶組成。當(dāng)沒有施加電壓時，模式轉(zhuǎn)換裝置115為透明介質(zhì)，透射并折射入射光。當(dāng)通過驅(qū)動單元V施加電壓時，模式轉(zhuǎn)換裝置為散射介質(zhì)，它散入射光，從而作為漫射基片來顯示2D圖像。因此，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置為散射介質(zhì)時，從點(diǎn)光源陣列110發(fā)出的光被混合，并且顯示出作為2D圖像的一多視角點(diǎn)圖像。
模式轉(zhuǎn)換裝置115的折射率可以大于1。當(dāng)折射率大于1時，視角可被擴(kuò)展。
點(diǎn)光源陣列110可被置入模式轉(zhuǎn)換裝置115內(nèi)，或放在模式轉(zhuǎn)換裝置115外。圖2、3A和3B顯示了位于模式轉(zhuǎn)換裝置115內(nèi)部的點(diǎn)光源陣列的例子，圖4顯示了位于模式轉(zhuǎn)換裝置115外部的點(diǎn)光源陣列。
點(diǎn)光源陣列110包括多個點(diǎn)光源，例如弧光燈、激光二極管以及成陣列設(shè)置的發(fā)光二極管。圖2顯示了位于模式轉(zhuǎn)換裝置115內(nèi)的點(diǎn)光源陣列110。當(dāng)從每個點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)由模式轉(zhuǎn)換裝置115傳播到外部時，較之點(diǎn)光源陣列設(shè)置在模式轉(zhuǎn)換裝置外部的情況(下文將描述)，擴(kuò)展了視角。
顯示裝置120可以是液晶顯示裝置(LCD)，或通過電控制調(diào)制光以形成圖像的鐵電型液晶顯示裝置(FLCD)。
圖3A顯示了一實(shí)例，其中光纖155位于點(diǎn)光源陣列150和模式轉(zhuǎn)換裝置160之間。光纖155的一端與點(diǎn)光源陣列150的各點(diǎn)光源151連接，光纖155的另一端連接于模式轉(zhuǎn)換裝置160內(nèi)部。在3D模式下，從光源151發(fā)出的光從光纖155的另一端射出，并且通過模式轉(zhuǎn)換裝置160擴(kuò)展了視角。標(biāo)號170表示一顯示裝置。
圖3B顯示了位于點(diǎn)光源陣列180和模式轉(zhuǎn)換裝置195之間的針孔陣列185的例子。針孔陣列185包括對于每個點(diǎn)光源181的針孔186。從每個點(diǎn)光源181發(fā)出的光通過針孔186漫射，并經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換裝置195。針孔陣列185和模式轉(zhuǎn)換裝置195靠近相聯(lián)。標(biāo)號190表示一顯示元件。
上述描述的是點(diǎn)光源陣列或與點(diǎn)光源陣列聯(lián)接的光纖或聯(lián)接于模式轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的針孔陣列。如圖4所示，點(diǎn)光源陣列200也可設(shè)置在模式轉(zhuǎn)換裝置205的外部。從每個點(diǎn)光源201發(fā)出的光經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換裝置205入射到顯示裝置210上。如上所述，模式轉(zhuǎn)換裝置205可通過電子開關(guān)控制轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)或散射介質(zhì)而轉(zhuǎn)換3D模式和2D模式。
當(dāng)點(diǎn)光源陣列被設(shè)置在模式轉(zhuǎn)換裝置外部或內(nèi)部時，視角的擴(kuò)散角度不同。圖5A顯示了點(diǎn)光源Ps設(shè)置在與模式轉(zhuǎn)換裝置235具有相同折射率的介質(zhì)230中的例子。圖5B顯示了點(diǎn)光源設(shè)置在模式轉(zhuǎn)換裝置外部的例子。這里，為了方便解釋，僅顯示了一個點(diǎn)光源Ps。
當(dāng)點(diǎn)光源陣列被安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部時，如圖2所示，點(diǎn)光源陣列可設(shè)在模式轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)，或，如圖5A所示，可將點(diǎn)光源Ps設(shè)置在與模式轉(zhuǎn)換裝置235折射率相同的另一介質(zhì)230內(nèi)。
根據(jù)斯涅爾定律(Snell’s law)，當(dāng)介質(zhì)230和模式轉(zhuǎn)換裝置235的折射率大于1時，若從點(diǎn)光源Ps發(fā)出的光的出射角為θn1，并且從模式轉(zhuǎn)換裝置235到折射率為1的外部介質(zhì)的折射角是θr，則nsinθn1＝sinθr。由于折射率n大于1，所以θr＞θn1。
參考圖5B，若從點(diǎn)光源Ps到模式轉(zhuǎn)換裝置240的入射角為θi，且模式轉(zhuǎn)換裝置240的折射率為θn2時，sinθi＝nsinθn2，根據(jù)斯涅爾定律。由于折射率n大于1，因此θi＞θn2。當(dāng)光經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換裝置240時，光以θi出射。
比較圖5A和5B，當(dāng)從點(diǎn)光源Ps和θi發(fā)出的光的出射角θn1和θi相同時，下面的公式成立。
θn2＜θi＝θn1＜θ......(1)根據(jù)公式1，當(dāng)點(diǎn)光源安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)時，視角大于點(diǎn)光源安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置外時的視角。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，參考圖6，3D圖像顯示裝置包括點(diǎn)光源陣列單元300，用于調(diào)節(jié)來自點(diǎn)光源陣列300的光的發(fā)散角的校正元件320，和能夠通過電子開關(guān)轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)的模式轉(zhuǎn)換裝置325。顯示元件330利用通過模式轉(zhuǎn)換裝置325的光顯示2D圖像或3D圖像。
點(diǎn)光源陣列單元300包括點(diǎn)光源301，會聚光源301發(fā)出的光的聚光透鏡305；校準(zhǔn)通過聚光透鏡305的光的準(zhǔn)直透鏡308；和微透鏡陣列310。光源301可以是弧光燈、激光二極管、發(fā)光二極管或是其他合適的光源。
微透鏡陣列310包括單元微透鏡310a，平行光通過單元微透鏡310a聚焦，從而在焦點(diǎn)平面fs上形成點(diǎn)光源陣列。
此外，點(diǎn)光源陣列單元300，如圖3A所示，可包括點(diǎn)光源陣列150和光纖155，光纖155的一端可面對校正裝置320。同樣，如圖3B所示，點(diǎn)光源陣列單元300能夠包括點(diǎn)光源陣列180和針孔陣列185，針孔陣列185可面對著校正元件320。
校正元件320調(diào)節(jié)從光源陣列300發(fā)出的光的出射角，以使其無折射地進(jìn)入模式轉(zhuǎn)換裝置325。校正元件320能夠包括具有負(fù)光焦度的透鏡陣列。校正元件320的透鏡陣列與單元微透鏡一致。
從光源陣列單元300發(fā)出的光的發(fā)散角被校正元件320增大，從而光線入射在模式轉(zhuǎn)換裝置325上。參考圖7，若從點(diǎn)光源Ps發(fā)出的光的出射角為θ1，由校正元件320發(fā)散的光的發(fā)散角為θ2，從模式轉(zhuǎn)換裝置325發(fā)出的光的折射角為θ3，則θ1＜θ2＜θ3。當(dāng)校正元件320和模式轉(zhuǎn)換裝置325的折射率相同時，校正元件320的發(fā)散角θ2和模式轉(zhuǎn)換裝置的入射角相同。當(dāng)來自模式轉(zhuǎn)換裝置325的光的入射角θ2增加時，折射角θ3相應(yīng)于入射角成比例的增加。因而擴(kuò)展了視角。當(dāng)折射角θ3與從點(diǎn)光源陣列單元300發(fā)出的光的發(fā)射角θ1相同時，校正裝置320和模式轉(zhuǎn)換裝置325為透明介質(zhì)，從而能夠獲得如光從點(diǎn)光源陣列射出且未被折射地透射時相同的效果。
例如，模式轉(zhuǎn)換裝置325可由高聚物分布式液晶構(gòu)成，并且通過電子開關(guān)轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)或散射介質(zhì)。
模式轉(zhuǎn)換裝置325可被折射率大于1的透明介質(zhì)所取代。當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置325被透明介質(zhì)替換時，只能顯示3D圖像。
在上述實(shí)施例中，當(dāng)點(diǎn)光源陣列單元300被安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置325外部時，擴(kuò)展了視角。如有必要，當(dāng)點(diǎn)光源陣列單元300被安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置325外部時，可更容易地制造3D圖像顯示裝置。
如上述，根據(jù)本發(fā)明的3D圖像顯示裝置使用整體成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D圖像，它實(shí)現(xiàn)了更自然的3D圖像，從而減少了觀看3D圖像時觀眾眼睛的疲勞。此外，擴(kuò)展了視角，并可選擇性地轉(zhuǎn)換2D和3D圖像。
同樣，由于點(diǎn)光源陣列單元與模式轉(zhuǎn)換裝置分離，擴(kuò)展了視角，因此點(diǎn)光源陣列可安裝在模式轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)部或外部。這使得根據(jù)這種點(diǎn)光源陣列的點(diǎn)光源陣列的制造更為容易。
這里根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明做了具體的顯示和描述，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，不偏離在權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出形式和細(xì)節(jié)上的修改。
本申請要求于2005年7月26日在韓國專利局申請的韓國專利申請No.10-2005-0067843的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此引作結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，包括顯示元件，它調(diào)制從點(diǎn)光源陣列發(fā)出的光，以形成圖像；和模式轉(zhuǎn)換裝置，它設(shè)置在所述點(diǎn)光源陣列和所述顯示元件之間并可轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)，其中，當(dāng)所述模式轉(zhuǎn)換裝置為透明介質(zhì)時，所述圖像顯示裝置處于3D模式，而當(dāng)所述模式轉(zhuǎn)換裝置為散射介質(zhì)時，所述圖像顯示裝置處于2D模式。
2.權(quán)利要求1中的圖像顯示裝置，其中，還包括點(diǎn)光源陣列，其中所述顯示元件通過電控制逐個象素地調(diào)制入射光。
3.權(quán)利要求2中的圖像顯示裝置，其中，所述點(diǎn)光源陣列被設(shè)置在所述模式轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部。
4.權(quán)利要求1中的圖像顯示裝置，其中，所述模式轉(zhuǎn)換裝置的折射率大于1。
5.權(quán)利要求2中的圖像顯示裝置，其中，還包括與模式轉(zhuǎn)換裝置折射率相同的透明介質(zhì)，其中所述點(diǎn)光源陣列被置入所述透明介質(zhì)內(nèi)。
6.權(quán)利要求1中的圖像顯示裝置，其中，所述模式轉(zhuǎn)換裝置包括高聚物分布式液晶。
7.權(quán)利要求2中的圖像顯示裝置，其中，所述點(diǎn)光源陣列是二維排列的弧光燈、激光二極管和發(fā)光二極管之一。
8.權(quán)利要求2中的圖像顯示裝置，其中，在所述點(diǎn)光源陣列和所述模式轉(zhuǎn)換裝置之間聯(lián)接光纖或針孔陣列。
9.一種圖像顯示裝置，包括校正元件，它用于校正從點(diǎn)光源陣列發(fā)出的光的發(fā)散角；模式轉(zhuǎn)換裝置，它與所述校正元件聯(lián)接并可轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)；和顯示元件，它調(diào)制經(jīng)過所述模式轉(zhuǎn)換裝置的光，以形成圖像。
10.權(quán)利要求9中的圖像顯示裝置，其中，還包括點(diǎn)光源陣列，其中所述模式轉(zhuǎn)換裝置通過電控制在透明介質(zhì)和散射介質(zhì)之間轉(zhuǎn)換，并且所述顯示元件通過電控制逐個象素地調(diào)制入射光。
11.權(quán)利要求10中的圖像顯示裝置，其中，所述點(diǎn)光源陣列包括光源；聚光透鏡，用于聚焦將來自所述光源的光；準(zhǔn)直透鏡，用于校正經(jīng)過所述聚光透鏡的光；和微透鏡陣列，具有多個單元微透鏡，并且利用所述單元微透鏡聚焦平行光，從而形成所述點(diǎn)光源陣列。
12.權(quán)利要求9中的圖像顯示裝置，其中，所述校正元件包括具有負(fù)的光焦度的透鏡陣列。
13.權(quán)利要求11中的圖像顯示裝置，其中，所述模式轉(zhuǎn)換裝置的折射率大于1。
14.權(quán)利要求11中的3D圖像顯示裝置，其中，所述模式轉(zhuǎn)換裝置由高聚物分布式液晶構(gòu)成。
15.權(quán)利要求11中的3D圖像顯示裝置，其中，所述光源是弧光燈、激光二極管和發(fā)光二極管之一。
16.一種圖像顯示裝置，包括校正元件，用于校正從點(diǎn)光源陣列發(fā)出的光的發(fā)散角；透明介質(zhì)元件，它與所述校正元件聯(lián)接，并且折射率大于1；和顯示元件，它調(diào)制經(jīng)過所述透明介質(zhì)元件的光，以形成圖像。
17.權(quán)利要求15中的圖像顯示裝置，其中，還包括點(diǎn)光源陣列，并且所述顯示元件通過電控制逐個象素地調(diào)制入射光。
18.權(quán)利要求16中的3D圖像顯示裝置，其中，所述點(diǎn)光源陣列單元包括光源；聚光透鏡，它聚焦來自所述光源的光；準(zhǔn)直透鏡，它準(zhǔn)直經(jīng)過所述聚光透鏡的光；和微透鏡陣列，具有多個單元微透鏡，并且利用所述單元微透鏡聚焦平行光，從而形成點(diǎn)光源陣列。
19.權(quán)利要求16中的3D圖像顯示裝置，其中，所述校正元件包括具有負(fù)的光焦度的透鏡陣列。
20.權(quán)利要求17中的3D圖像顯示裝置，其中，所述光源是弧光燈、激光二極管和發(fā)光二極管之一。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使用整體成像技術(shù)的三維圖像顯示裝置。該三維圖像顯示裝置包括一點(diǎn)光源陣列；一顯示元件，它通過電控制逐個象素地調(diào)制從點(diǎn)光源陣列發(fā)出的光，從而形成圖像；和一模式轉(zhuǎn)換裝置，它被設(shè)置在點(diǎn)光源陣列和顯示元件之間，并可通過電子開關(guān)轉(zhuǎn)換成透明介質(zhì)和散射介質(zhì)，其中當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置為透明介質(zhì)時，圖像顯示裝置處于3D模式，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換裝置為散射介質(zhì)時，圖像顯示裝置處于2D模式。因而，擴(kuò)展了視角，并可選擇性地切換2D圖像和3D圖像。
文檔編號G02B27/22GK1904667SQ200610100629
公開日2007年1月31日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者金大式, 丁晟用 申請人:三星電子株式會社