本技術(shù)涉及一種生成三維圖像的三維圖像生成系統(tǒng)，以及涉及一種在三維圖像生成系統(tǒng)中顯示三維圖像的三維屏幕結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

典型的全息攝影技術(shù)是一種例如使基準(zhǔn)光和信號光彼此干涉并且將干涉光記錄在全息記錄介質(zhì)上的技術(shù)。換言之，在記錄時，干涉光的明暗圖案(即，其強度和相位)被記錄在記錄介質(zhì)上。在再現(xiàn)信號光時，使用干涉光來照射記錄介質(zhì)，并且因此從記錄介質(zhì)產(chǎn)生衍射光。觀察者可以看到作為立體圖像的衍射光。

專利文獻1公開了一種設(shè)備，該設(shè)備使用再現(xiàn)光來照射諸如圖像傳感器等檢測器以便在再現(xiàn)信號光時獲得數(shù)字圖像(例如，見專利文獻1的第[0004]至[0007]段)。

進一步地，還具有一種所謂的數(shù)字全息攝影技術(shù)，該數(shù)字全息攝影技術(shù)通過使用固態(tài)成像裝置來獲取作為數(shù)字圖像的上述干涉光。在數(shù)字全息攝影技術(shù)中，干涉光的強度和相位的數(shù)據(jù)被處理為干涉條紋圖像的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且至少在再現(xiàn)時還需要進行圖像處理。因此，數(shù)字全息攝影技術(shù)的缺點在于數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)處理量龐大。

作為獲得立體圖像的另一種方式，專利文獻2公開了一種使用霧或者水滴的屏幕的顯示系統(tǒng)。該顯示系統(tǒng)包括發(fā)生器和投影儀，該發(fā)生器生成霧或者水滴的屏幕，該投影儀將3D內(nèi)容投射到發(fā)生器生成的霧或者水滴上(例如，見專利文獻2的第[0019]段)。

專利文獻1：日本專利申請?zhí)亻_2013-178860

專利文獻2：日本專利申請?zhí)亻_2013-17161

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明待解決的問題

然而，專利文獻2中描述的系統(tǒng)需要使用霧或者水滴的屏幕。圖像光的再現(xiàn)準(zhǔn)確性會取決于噴射液體的方法或者系統(tǒng)周圍的環(huán)境而發(fā)生很大程度的變化，并且很難確保恒定質(zhì)量。

由于上文描述的這些原因，所以本技術(shù)的目的是提供一種能夠獲得具有高再現(xiàn)準(zhǔn)確性和恒定質(zhì)量的再現(xiàn)圖像的三維圖像生成系統(tǒng)、以及一種用于三維圖像生成系統(tǒng)的三維屏幕結(jié)構(gòu)。

解決問題的方式

為了實現(xiàn)上文描述的目的，根據(jù)本技術(shù)，提供了一種三維屏幕結(jié)構(gòu)，其是如下三維屏幕結(jié)構(gòu)：從圖像光源投射出的圖像光入射在所述三維屏幕結(jié)構(gòu)上。所述三維屏幕結(jié)構(gòu)包括粒子和束縛單元。

所述粒子三維地設(shè)置并且能夠透射或者反射所述圖像光。

所述束縛單元束縛所述粒子。

由于所述粒子配置為由所述束縛單元束縛，所以所述粒子的位置是固定的。因此，與噴射水滴的屏幕相比，所述三維屏幕結(jié)構(gòu)可以獲得具有高再現(xiàn)準(zhǔn)確性和恒定質(zhì)量的再現(xiàn)圖像。

所述粒子可以隨機地設(shè)置。

因此，無論所述圖像光源位于任何位置，都能將所述圖像光投射到所述粒子上。

所述粒子可以有規(guī)律地設(shè)置。

因此，所述三維屏幕結(jié)構(gòu)容易制造。

所述粒子可以按照如下方式進行設(shè)置：使得單位體積的粒子數(shù)量從所述三維屏幕結(jié)構(gòu)的表面朝著其內(nèi)部增加。

因此，可以將來自所述圖像光源的大量光反射在所述粒子上，并且可以提高光使用效率。

所述束縛單元可以包括分別形成為柱形或者桿形的連接體。

所述束縛單元可以是填充所述粒子之間空間的透明體。

換言之，由于沒有桿形或者柱形的連接體，所以所述圖像光的行進不受所述三維屏幕結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述束縛單元的阻礙，并且可以實現(xiàn)高圖像質(zhì)量。

所述粒子和所述束縛單元可以由光固化樹脂制成。因此，所述三維屏幕結(jié)構(gòu)可以使用3D打印機制造。

根據(jù)本技術(shù)，提供了一種三維圖像生成系統(tǒng)，所述三維圖像生成系統(tǒng)包括：一個或多個圖像光源，所述一個或多個圖像光源能夠投射圖像光；以及上述的三維屏幕結(jié)構(gòu)。

所述一個或多個圖像光源可以是分別從不同方向?qū)⑺鰣D像光投射到所述三維屏幕結(jié)構(gòu)上的圖像光源。

觀察者在所述三維屏幕結(jié)構(gòu)周圍的預(yù)定范圍內(nèi)移動，并且因此可以看到包括三維信息的三維圖像。

發(fā)明效果

如上文所描述的，根據(jù)本技術(shù)，能夠獲得具有高再現(xiàn)準(zhǔn)確性和恒定質(zhì)量的再現(xiàn)圖像。應(yīng)注意，本文描述的效果不必受到限制并且可以是本公開中描述的任何效果。

附圖說明

圖1的部分A是概念性地示出根據(jù)本技術(shù)的第一實施例的三維圖像生成系統(tǒng)的圖。圖1的部分B是從頂部看時三維圖像生成系統(tǒng)的平面圖。

圖2是描述粒子和束縛單元的尺寸的圖。

圖3是示出根據(jù)第一實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的修改示例的透視圖。

圖4是示意性地示出作為第二實施例的包括多個投影儀的三維圖像生成系統(tǒng)的平面圖。

圖5是作為第三實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例的放大圖。

圖6示出了作為第四實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例。

圖7的部分A是三維屏幕結(jié)構(gòu)的一部分的放大圖。圖7的部分B是從頂部看時包括三維屏幕結(jié)構(gòu)的三維圖像生成系統(tǒng)的平面圖。

圖8示出了作為第六實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖對本技術(shù)的實施例進行描述。

[第一實施例]

圖1的部分A是概念性地示出根據(jù)本技術(shù)的第一實施例的三維圖像生成系統(tǒng)的圖。圖1的部分B是從頂部看時三維圖像生成系統(tǒng)50的平面圖。三維圖像生成系統(tǒng)50包括投影儀10和三維屏幕結(jié)構(gòu)20，投影儀10用作圖像光源，以及來自投影儀10的圖像光11投射到三維屏幕結(jié)構(gòu)20上。

對于投影儀10，使用的是具有一般結(jié)構(gòu)和功能的投影儀。從投影儀10投射出的圖像數(shù)據(jù)可以是一般的2D圖像。本文中使用的“圖像”包括靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像兩種意思。

在附圖中以部分地被放大的方式示出的三維屏幕結(jié)構(gòu)20包括多個粒子21以及束縛這些粒子21的束縛單元25。術(shù)語“束縛”意味著連接、結(jié)合等。

三維屏幕結(jié)構(gòu)20包括大量或者無數(shù)粒子21。三維屏幕結(jié)構(gòu)20的總體形狀(外部形狀)可以是任何形狀。圖1的部分A和部分B示出了作為示例的圓柱形。

例如，粒子21具有模仿霧或者水滴的結(jié)構(gòu)。粒子21隨機地進行三維設(shè)置。例如，粒子21分別形成為球形。然而，形狀不限于球形并且可以是多面體形狀或者其它隨機粒子形狀。

束縛單元25包括多個連接體(或者聯(lián)接體)26。連接體26分別形成為桿形或者柱形并且與粒子21連接。多個(例如，兩個)連接體26從每一個粒子21延伸出去。

應(yīng)注意，可以在三維屏幕結(jié)構(gòu)20下方提供基部(未示出)。

三維屏幕結(jié)構(gòu)20在圖1的部分A和部分B中的全景圖示出了粒子的密度(分散程度)取決于區(qū)域而發(fā)生變化，這是為了容易理解附圖的目的。實際上，令人期望的是，分散程度盡可能均勻。

圖2是描述粒子21和束縛單元25的尺寸的圖。

粒子21的尺寸(例如，體積)為例如約1*10^-4cm³至1cm³，例如，為0.03cm³。

粒子21之間的間距為例如約0.6mm至10cm。連接體26的厚度為例如約0.1mm至幾厘米。這些尺寸可以取決于三維屏幕結(jié)構(gòu)20的尺寸而恰當(dāng)?shù)馗淖儭?/p>

三維屏幕結(jié)構(gòu)20是通過使用注塑成型設(shè)備或者3D打印機(模制設(shè)備)來形成。

例如，具有相當(dāng)大尺寸的三維屏幕結(jié)構(gòu)可以使用注塑成型設(shè)備來制造。例如，配置三維屏幕結(jié)構(gòu)的多個部件是使用注塑成型設(shè)備來制造并且然后彼此組合在一起。因此，可以生產(chǎn)出三維屏幕結(jié)構(gòu)。

具有相當(dāng)小尺寸的、尤其是包括微結(jié)構(gòu)粒子和束縛單元的三維屏幕結(jié)構(gòu)可以使用3D打印機來制造。對于3D打印機，例如，可以使用在日本專利申請?zhí)亻_2012-040757、2012-106437、2012-240216、2013-207060、2013-059983等中描述的設(shè)備。

根據(jù)該實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)20令人期望的是透射型。透射型指的是粒子21透射來自投影儀10的圖像光11這種類型。然而，類型不必限制于透射型并且可以是反射型。即，反射型是粒子21反射來自投影儀10的圖像光11并且觀察者U觀察反射出的圖像光11這種類型。

粒子21的材料通常是樹脂。例如，選擇性地使用如下樹脂中的至少一種：PEEK、PC、PMMA、POM、PU、PET、PA、PCTFE、PEFE、FEP、PFA、ETFE、PVDF、軟質(zhì)PVC、PVA、ABS、PP、PMM、以及APS。進一步地，樹脂材料可以涂有保護膜、彩色膜等。在反射型的情況下，樹脂材料本身或者其表面薄膜令人期望地具有白色(例如，(R,G,B)＝(255,255,255))。

與粒子21的材料相同的材料也可以選擇性地用于束縛單元25的材料。在一個三維屏幕結(jié)構(gòu)20中，粒子21的材料和束縛單元25的材料可以彼此不同。

當(dāng)三維屏幕結(jié)構(gòu)20是使用3D打印機形成時并且當(dāng)三維屏幕結(jié)構(gòu)20是透射型時，粒子21和束縛單元25的材料通常是透明或者半透明的光固化樹脂。

術(shù)語“透明”和“半透明”意味著人眼可看見穿過材料的光的狀態(tài)。在此，“透明”和“半透明”之間的量化差異的表示是無意義的，并且“透明”和“半透明”僅在光透射率上彼此不同。

在反射型的情況下，光固化樹脂是明顯不透明的，或者透明或半透明的光固化樹脂設(shè)有彩色涂層。

圖1的部分B示出了觀察者U、三維屏幕結(jié)構(gòu)20、以及投影儀10之間的布局關(guān)系。三維屏幕結(jié)構(gòu)20在該示例中是透射型。換言之，三維屏幕結(jié)構(gòu)20的粒子21是透明或者半透明的。在該示例中，投影儀10和觀察者U通常具有如下位置關(guān)系：投影儀10和觀察者U以三維屏幕結(jié)構(gòu)20為中心面朝彼此。

當(dāng)從投影儀10投射出的圖像光11入射在三維屏幕結(jié)構(gòu)20的內(nèi)側(cè)上時，圖像光11穿過每一個粒子21的內(nèi)部(在粒子21的表面上折射以穿過內(nèi)部)或者在粒子21的表面上完全被反射。換言之，在三維屏幕結(jié)構(gòu)20的深度方向上(尤其是在圖像光11從投影儀10開始行進的方向上)出現(xiàn)隨機相位差。這樣，相位信息被傳達至圖像，并且投射出的圖像因此包括三維信息。這使得觀察者U看到被投射在三維屏幕結(jié)構(gòu)20內(nèi)的、作為具有三維深度的圖像的圖像光11。

進一步地，由于圖像光11如上文所描述那樣被折射和完全反射，所以即使當(dāng)觀察者U圍繞三維屏幕結(jié)構(gòu)20在例如約±30°的范圍內(nèi)移動時，觀察者U也可以看到被投射在三維屏幕結(jié)構(gòu)20內(nèi)的、具有深度的圖像。注意，在該示例中，根據(jù)觀察者U的位置，圖像看起來會稍微不同。

在該實施例中，當(dāng)結(jié)構(gòu)是透明或者半透明時，可以實現(xiàn)像是被投射在空氣中的圖像的視頻呈現(xiàn)。通常，通過如下方法來創(chuàng)建全息圖視頻：使顯示器以高速旋轉(zhuǎn)的方法或者將視頻應(yīng)用至霧或水滴的方法。這些方法需要大型設(shè)備來創(chuàng)建圖像顯示介質(zhì)。尤其在旋轉(zhuǎn)顯示器等中，為了使觀察者感覺到好像是將視頻投射在了空氣中，需要特別為此創(chuàng)建圖像數(shù)據(jù)。在這方面，該實施例不需要對圖像數(shù)據(jù)進行處理。

如上文所描述的，由于大量粒子21三維地設(shè)置并且配置為由束縛單元25束縛，所以大量粒子21的位置是固定的。因此，與噴射水滴的屏幕相比，三維屏幕結(jié)構(gòu)20可以獲得具有高再現(xiàn)準(zhǔn)確性和恒定質(zhì)量的再現(xiàn)圖像。

由于大量粒子21在該實施例中隨機地設(shè)置，所以無論投影儀10處于任何位置，都能將圖像光11投射到大量粒子21上。因此，投影儀10可以設(shè)置在任意位置處，并且提高了三維圖像生成系統(tǒng)50的設(shè)計自由度。

進一步地，在該實施例中，可以不用像在常規(guī)執(zhí)行的投影映射中那樣將圖像投射到平面或者物體的表面上，而是投射到物體的內(nèi)部。因此，可以預(yù)期新的視頻呈現(xiàn)超越投影映射。

例如，如在圖3中示出的，三維屏幕結(jié)構(gòu)30可以包括具有塊狀的多個粒子31。應(yīng)注意，在該圖中未示出束縛單元。塊狀是立方體或者長方體的形狀。在該示例中，粒子31設(shè)置為具有如下姿態(tài)：將其某些表面定向至某些方向(在此，在圖像光11的入射方向上)。粒子31隨機地設(shè)置。粒子31的形狀設(shè)置為塊狀，諸如，如上文描述的立方體或者長方體，并且因此使得能夠在三維形狀中進行投影映射。

[第二實施例]

圖4是示意性地示出作為第二實施例的包括多個投影儀10的三維圖像生成系統(tǒng)的平面圖。

在該示例中，例如，以規(guī)律的間隔圍繞三維屏幕結(jié)構(gòu)20設(shè)置五個投影儀10，并且間隔在180°的范圍內(nèi)。來自這些投影儀10的光的行進方向(主光軸的方向)不同于彼此。投影儀10設(shè)置為使得所有光均被定向至三維屏幕結(jié)構(gòu)20的中心。進一步地，從相應(yīng)投影儀10投射出的圖像數(shù)據(jù)分別具有與投影儀10的布局關(guān)系相關(guān)聯(lián)的視差。因此，包括三維信息的三維圖像被投射到三維屏幕結(jié)構(gòu)20上。當(dāng)在三維屏幕結(jié)構(gòu)20周圍改變觀察位置(三維屏幕結(jié)構(gòu)20的觀察角度)時，觀察者U可以看到三維圖像。

在圖4中示出的示例中，多個投影儀10設(shè)置在相同平面上，但也可以三維地設(shè)置。同樣在該示例中，三維地設(shè)置的多個投影儀10投射具有視差的圖像光以便使得能夠再現(xiàn)與投影儀10的布局相關(guān)聯(lián)的圖像。

顯然，投影儀10的數(shù)量不限于五個。投影儀10的數(shù)量可以小于五個或者可以是六個或者更多個。

[第三實施例]

圖5是作為第三實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例的放大圖。在該實施例中，三個或者更多個連接體26從一個粒子21延伸出去。粒子21隨機地設(shè)置。束縛單元25對于圖像的生成幾乎無用，并且因此令人期望的是，其體積盡可能的小。然而，鑒于粒子21之間的硬度，連接體26的數(shù)量越大，合成度就越高。在該實施例中，優(yōu)先考慮粒子21之間的硬度并且最終優(yōu)先考慮三維屏幕結(jié)構(gòu)的硬度，并且因此增加束縛單元25的體積。

[第四實施例]

圖6示出了作為第四實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例。在根據(jù)該實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)40中，粒子21不是隨機地設(shè)置而是有規(guī)律地設(shè)置。具體地，這些粒子21按照如下方式進行設(shè)置：使得單位體積的粒子21的數(shù)量(下文視情況而定描述為“粒子密度”)從三維屏幕結(jié)構(gòu)的表面朝著其內(nèi)部增加。該圖是在平面圖中的概念圖，并且因此示出了二維地設(shè)置的粒子21。然而，實際上，粒子21是三維地設(shè)置的。應(yīng)注意，在圖6中省略了對束縛單元的圖示。

例如，投影儀10設(shè)置為使得圖像光11從低粒子密度的方向上入射到三維屏幕結(jié)構(gòu)40的表面之外。觀察者U可以看到在三維屏幕結(jié)構(gòu)40中生成的作為反射光的圖像。

在該實施例中，由于來自投影儀10的圖像光11相對于三維屏幕結(jié)構(gòu)40的深度更大，所以圖像光11的反射概率增加。因此，可以提高光使用效率。因此，可以生成具有高亮度的三維圖像。

[第五實施例]

圖7的部分A是三維屏幕結(jié)構(gòu)的一部分的放大圖。粒子21和連接體26具有類似規(guī)律的晶格的結(jié)構(gòu)。例如，粒子21設(shè)在立方晶格的相應(yīng)定點處，并且連接體26設(shè)置為立方晶格的相應(yīng)側(cè)邊。采用一個立方晶格作為一個單元，可以形成由大量立方晶格構(gòu)成的三維屏幕結(jié)構(gòu)。

圖7的部分B是從頂部看時包括三維屏幕結(jié)構(gòu)的三維圖像生成系統(tǒng)的平面圖。投影儀10設(shè)置為使得來自投影儀10的圖像光11的行進方向(主光軸的方向)斜向于連接體26的長度方向。來自投影儀10的圖像光11的主光軸的方向是如下方向：在該方向上，來自投影儀10的光可以直接到達盡可能多的粒子21。這種三維圖像生成系統(tǒng)使得能夠生成具有深度的圖像。顯然，可以提供多個投影儀10。

透射型和反射型兩者均可應(yīng)用于三維屏幕結(jié)構(gòu)。顯然，可以提供多個投影儀10。

應(yīng)注意，在該實施例中，晶格的單元是立方體，但也可以是長方體。

[第六實施例]

圖8示出了作為第六實施例的三維屏幕結(jié)構(gòu)的另一個示例。三維屏幕結(jié)構(gòu)60包括作為束縛單元的透明體65。透明體65填充粒子61之間的空間。透明體65是由光固化樹脂材料制成，光固化樹脂材料可以通過使用3D打印機來形成。三維屏幕結(jié)構(gòu)60構(gòu)造為使得例如透明、半透明和不透明粒子61分散在透明體65內(nèi)。

粒子61的光透射率和透明體65的光透射率彼此不同。透明體65的透射率令人期望地高于粒子61的透射率。

根據(jù)如上文描述的結(jié)構(gòu)，由于沒有上文描述的實施例的桿形或者柱形的連接體，所以圖像光的行進不受三維屏幕結(jié)構(gòu)60內(nèi)的束縛單元的阻礙，并且可以實現(xiàn)高圖像質(zhì)量。

[其它實施例]

本技術(shù)不限于上文描述的實施例并且可以實現(xiàn)多個其它實施例。

例如，三維屏幕結(jié)構(gòu)的每一個粒子均可以具有液晶裝置結(jié)構(gòu)。例如，每一個粒子包括：液晶、容置液晶的容器結(jié)構(gòu)、設(shè)置至容器結(jié)構(gòu)且操作液晶的電極等。輸電線形成在連接體的表面上或者內(nèi)部。為每一個粒子分配唯一地址。例如，當(dāng)三維屏幕結(jié)構(gòu)是使用3D打印機來制造時，使用上述專利公報中所公開的至少一個3D打印機使得能夠在三維屏幕結(jié)構(gòu)20內(nèi)形成金屬膜和配線。

通過這種包括液晶的三維屏幕結(jié)構(gòu)，粒子可以分別對光透射率進行控制，并且因此可以生成多種三維圖像。

在上文描述的實施例的特征部分中，至少兩個特征部分可以彼此組合。例如，在圖8中示出的三維屏幕結(jié)構(gòu)60和例如在圖3、圖4或圖6中示出的粒子的結(jié)構(gòu)可以彼此組合。

應(yīng)注意，本技術(shù)可以具有如下配置。

(1)一種三維屏幕結(jié)構(gòu)，從圖像光源投射出的圖像光入射在所述三維屏幕結(jié)構(gòu)上，所述三維屏幕結(jié)構(gòu)包括：

粒子，所述粒子三維地設(shè)置并且能夠透射或者反射所述圖像光；以及

束縛單元，所述束縛單元束縛所述粒子。

(2)根據(jù)(1)的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述粒子隨機地設(shè)置。

(3)根據(jù)(1)的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述粒子有規(guī)律地設(shè)置。

(4)根據(jù)(3)的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述粒子按照如下方式進行設(shè)置：使得單位體積的粒子數(shù)量從所述三維屏幕結(jié)構(gòu)的表面朝著其內(nèi)部增加。

(5)根據(jù)(1)至(4)中任一項的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述束縛單元包括分別形成為桿形或者柱形的連接體。

(6)根據(jù)(1)至(5)中任一項的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述束縛單元是填充所述粒子之間的空間的透明體。

(7)根據(jù)(1)至(6)中任一項的所述三維屏幕結(jié)構(gòu)，其中，

所述粒子和所述束縛單元由光固化樹脂制成。

(8)一種三維圖像生成系統(tǒng)，其包括：

一個或多個圖像光源，所述一個或多個圖像光源能夠投射圖像光；以及

三維屏幕結(jié)構(gòu)，所述三維屏幕結(jié)構(gòu)包括：

粒子，所述粒子三維地設(shè)置并且能夠透射或者反射圖像光，以及

束縛單元，所述束縛單元束縛所述粒子。

(9)根據(jù)(8)的所述三維圖像生成系統(tǒng)，其中，

所述一個或多個圖像光源是分別從不同方向?qū)⑺鰣D像光投射到所述三維屏幕結(jié)構(gòu)的圖像光源。

附圖標(biāo)記描述

10 投影儀

11 圖像光

20、30、40、60 三維屏幕結(jié)構(gòu)

21、31、61 粒子

25 束縛單元

26 連接體

50 三維圖像生成系統(tǒng)

65 透明體。