專利名稱：高分辨度容積顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及三維顯示系統(tǒng)，特別的是，雖然并非專有，但本發(fā)明涉及容積三維顯示裝置，該裝置適用于包括醫(yī)學(xué)成像，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分子建模的應(yīng)用。這些應(yīng)用除需要基本不隨觀察方向改變的圖象質(zhì)量外，還要求高分辨度，高質(zhì)量的三維圖象。
在各個(gè)圖象更新的周期內(nèi)，在此討論的本方法的裝置容納了大量的待照明的三維像素。這能使圖象對(duì)象和場(chǎng)景得以高分辨度描繪，因此在現(xiàn)有容積顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)出相當(dāng)大的進(jìn)展。而且，此處所述的系統(tǒng)將隨觀察方向的圖象質(zhì)量的變化降為最低。
本發(fā)明背景本發(fā)明涉及容積三維圖象的形成。在這樣的系統(tǒng)中，圖象對(duì)象和場(chǎng)景都在一物理三維容積(顯示空間)內(nèi)實(shí)現(xiàn)描繪。
目前，有相當(dāng)多的方法可以實(shí)現(xiàn)容積三維顯示裝置。各種實(shí)現(xiàn)方法的基本差別在于通過(guò)這些方法形成物理容積(顯示空間)。某些系統(tǒng)采用平面、螺旋面或其他表面幾何形狀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其他系統(tǒng)采用往復(fù)運(yùn)動(dòng)平面。而且，存在(或已被提議)不需要運(yùn)動(dòng)來(lái)形成顯示空間的靜態(tài)系統(tǒng)。后種類型的例子對(duì)應(yīng)于一含有一定容積的固態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)的顯示空間，或一光電器件的三維矩陣，各個(gè)光電器件可以在顯示空間內(nèi)形成一圖象三維像素。
可以用很多方式來(lái)產(chǎn)生圖象(即照明的三維像素)。許多系統(tǒng)采用激光束或電子束的束掃描方法(束掃描裝置)。在運(yùn)用運(yùn)動(dòng)來(lái)形成顯示空間的系統(tǒng)內(nèi)，光束與半透明表面的交叉點(diǎn)處，適當(dāng)掃描的和已調(diào)制的光束照射三維像素。類似地，在其與熒光涂層表面交界點(diǎn)處，電子束激發(fā)出光發(fā)射，并可以用來(lái)產(chǎn)生三維像素。在完全靜態(tài)固體或氣態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)在兩種不可見(jiàn)光束交界點(diǎn)處的二步激勵(lì)過(guò)程，可以形成三維像素。另一些系統(tǒng)用光電器件來(lái)形成三維像素。這些系統(tǒng)可以具體化為位于掃過(guò)顯示空間的剛性表面上的光電器件的兩維平面矩陣。此外，在不采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)系統(tǒng)的情況下，光電陣列可以是三維矩陣。還有各個(gè)其他方法，但這些方法通常是上述方法的變形。
所有上述顯示類型通常實(shí)行或適合已知技術(shù)，在要求高圖象分辨率的應(yīng)用中，這些顯示類型能表現(xiàn)出固有的顯示限制，以下將詳細(xì)討論。
通常容積顯示技術(shù)可以使圖像通過(guò)一較寬的，有時(shí)實(shí)際無(wú)限制的觀察角被看到。但是，許多目前的顯示實(shí)現(xiàn)形成一與觀察位置一同變化的感覺(jué)質(zhì)量的圖象。即，僅當(dāng)從某個(gè)位置觀察時(shí)，圖象才逼真地再現(xiàn)。因此限制了觀察角。
據(jù)認(rèn)為，本發(fā)明表示與傳統(tǒng)掃描束裝置(例如國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朜O.PCT/NZ93/00083和PCT/NZ96/00028)和矩陣裝置(例如美國(guó)專利NO.4,160,973)非常的不同。
上述資料內(nèi)描述的那些表面的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)所形成的圖象空間的系統(tǒng)遇到許多內(nèi)在的問(wèn)題。同時(shí)這些問(wèn)題不會(huì)是許多應(yīng)用中的重要不足，這些不足的影響隨著更大圖象的質(zhì)量，清晰度，分辨率的要求的提高而增加。這些問(wèn)題最終限制了系統(tǒng)性能，可以對(duì)顯示空間的尺寸規(guī)定一上限。
在旋轉(zhuǎn)表面體內(nèi)，由于光的折射引起一個(gè)問(wèn)題。例如，在光束定址系統(tǒng)內(nèi)，表面層(例如熒光涂層)與光束相互作用，由此發(fā)出可見(jiàn)三維像素。該層必須制造在一剛體上。類似地，在采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的矩形系統(tǒng)內(nèi)，光電元件必須粘附在剛體上。該剛體應(yīng)該是透明的，且厚度有限。當(dāng)處在斜角位置觀察該物體時(shí)，由此從該層或矩陣射出的光通過(guò)形成剛體的透明材料，這些特性將形成折射效應(yīng)。在某些情況下，剛體內(nèi)的全反射將導(dǎo)致三維像素失真和/或減弱。這些畸變的影響是，當(dāng)剛體是從邊緣(或接近此位置的角度上)上觀察時(shí)，可以看見(jiàn)產(chǎn)生三維像素的裝置/材料導(dǎo)致的剛體存在和/或封閉形成的光學(xué)畸變。
例如，在采用平面剛體的情況下，剛體，產(chǎn)生圖象，當(dāng)按照與旋轉(zhuǎn)軸成一直線觀察時(shí)，該圖象被強(qiáng)衰減的帶或區(qū)域變形失真。
剛體的撓曲可能經(jīng)常會(huì)加劇上述的問(wèn)題。因此該剛體必須阻止任何由其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的撓曲。隨著顯示空間尺寸的增大，為了避免撓曲，須要提高剛體的厚度。但是，隨著剛體厚度增加，上述的光學(xué)畸變可能變得更嚴(yán)重。
沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸又出現(xiàn)了進(jìn)一步的問(wèn)題。為了使剛體盡量薄，(與此同時(shí)保證機(jī)械穩(wěn)定性)，通常需要提供中軸形式的附加支撐。螺旋形狀的剛體的機(jī)械強(qiáng)度比平面形狀更好。但是，在這兩種情況下，為了從平行觀察者位置的轉(zhuǎn)軸或與觀察者位置的轉(zhuǎn)軸相對(duì)的位置觀察圖象，需要透過(guò)轉(zhuǎn)軸觀察從而視線穿過(guò)剛體和中軸(若存在的話)。這也會(huì)導(dǎo)致圖象的光學(xué)畸變。即使在采用平面剛體，且沒(méi)有實(shí)體中軸的系統(tǒng)內(nèi)，剛體產(chǎn)生一人工的中軸，其直徑等于剛體厚度。
采用轉(zhuǎn)動(dòng)的矩陣系統(tǒng)可能具有更顯著的相關(guān)問(wèn)題，其光電器件增加了剛體的厚度，并可能在顯示空間內(nèi)遮斷位于更深位置的其他元件發(fā)出的光。而且，需要啟動(dòng)各個(gè)裝置的電聯(lián)接的較高密度有助于圖象的失真或封閉。
掃描束器件順序地或由多光束啟動(dòng)三維像素。這種掃描系統(tǒng)能夠說(shuō)明并行度的程度(degree of parallelism)(并行程度不大于且常小于光束掃描器件的總數(shù))。因?yàn)楦鱾€(gè)圖象三維像素的形成消耗有限的時(shí)間，故在各次圖象更新期間，對(duì)各個(gè)光束掃描系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以產(chǎn)生的三維像素的個(gè)數(shù)有一上限。圖像更新周期一般等于剛體的運(yùn)動(dòng)周期。為了產(chǎn)生基本不閃爍的圖象，就不能將剛體運(yùn)動(dòng)的周期降低到低于所需周期。因此，不可能延伸每次圖象更新的時(shí)間超過(guò)可容忍圖象閃爍所需的周期。由此，在各次更新周期中，所闡述過(guò)的提高三維像素個(gè)數(shù)的唯一方法是，通過(guò)采用更多光束和光束掃描器件。
采用多光束和光束掃描器件時(shí)，光束之間的配準(zhǔn)成為一個(gè)主要問(wèn)題。因此光束源，光束掃描器件，以及驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的高精度機(jī)械校準(zhǔn)必須具有可靠性。所需要的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度隨著可達(dá)到三維像素密度的增加而提高。在采用帶電荷波束的系統(tǒng)內(nèi)，波束并不能按照直線方式傳播。因此需要電子校準(zhǔn)方法，例如國(guó)際專利號(hào)NO.PCT/NZ93/00083中公開(kāi)的方法。在使用激光束的系統(tǒng)內(nèi)，容易實(shí)現(xiàn)電子校準(zhǔn)方法。
總之，為了提高圖象細(xì)節(jié)(通過(guò)在高密度下使大量三維像素得以照明)，需要提高三維像素啟動(dòng)的并行度。在掃描光束器件的情況下，這須要多束裝備，且光束掃描設(shè)備可以高準(zhǔn)確性地為三維像素的定位。隨著三維像素密度增加，所需要的定位準(zhǔn)確性更大，因此光束掃描器件必須機(jī)械和電氣對(duì)準(zhǔn)的程度也更大。
在整個(gè)顯示系統(tǒng)的使用壽命中，該結(jié)果是一個(gè)復(fù)雜的校準(zhǔn)過(guò)程。在可能采用的特定電子校準(zhǔn)方法中，這可能引起更復(fù)雜和附加的計(jì)算開(kāi)銷。
上述國(guó)際申請(qǐng)?zhí)岢龅姆椒朔诉@些困難和畸變中的一部分，當(dāng)提出對(duì)圖象更高分辨率的要求時(shí)，校準(zhǔn)的困難變得重要。
來(lái)考慮未使用運(yùn)動(dòng)來(lái)形成顯示空間的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光電(或其他)元件的靜態(tài)三維矩陣。矩陣的各個(gè)構(gòu)件形成單個(gè)三維像素。考慮一個(gè)含光學(xué)器件(如LED)的相互規(guī)則間隔的陣列的立方體。光源依次或同時(shí)受激，形成所需要圖象。該光源固定，因此僅能照到空間內(nèi)的單個(gè)位置。這種裝置的缺點(diǎn)是需要很多光源。例如，如果該立方體的邊長(zhǎng)20cm，且三維像素間距0.1mm，將需要8百萬(wàn)個(gè)光源。這形成相應(yīng)的較大數(shù)量的引起相關(guān)遮斷畸變的聯(lián)接。
通過(guò)剛體的運(yùn)動(dòng)，形成的顯示空間將聯(lián)接數(shù)和光源數(shù)大大降低。值得注意的是，通過(guò)多路復(fù)用，可以將外部聯(lián)接數(shù)降低。例如，一個(gè)n×n陣列的光學(xué)元件，可以用2n+1個(gè)聯(lián)接來(lái)編址。該陣列內(nèi)的元件進(jìn)行順序編址。通過(guò)使元件分組，可以調(diào)整在按照串聯(lián)和并聯(lián)模式編址顯示空間內(nèi)的元件的次數(shù)。但是，多路復(fù)用并未減少使元件成為一整體的聯(lián)接數(shù)。各個(gè)元件必須直接編址，如果給定所需大量的元件，在顯示空間內(nèi)需要大量的聯(lián)接。這就導(dǎo)致了圖象封閉和失真。值得注意的是，各個(gè)光學(xué)元件的聯(lián)接可以采取非電氣形式。
在3D陣列實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，如果按照已知光學(xué)器件和聯(lián)接的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造，可能出現(xiàn)更潛在的問(wèn)題。在某些觀察角，光學(xué)器件和有關(guān)元件將得到校準(zhǔn)。由此，遮斷畸變可以作為條紋線看見(jiàn)。根據(jù)不透明元件的幾何布置，這可能出現(xiàn)在一個(gè)以上的觀察方向。
采用轉(zhuǎn)動(dòng)的矩陣顯示器例子包括美國(guó)專利NO.4,160,973(Berlin)所介紹的示例中。這種裝置采用一LED的2D矩陣，LED旋轉(zhuǎn)通過(guò)一容積，產(chǎn)生一形狀為正圓柱體的顯示空間。雖然減少光源數(shù)和相應(yīng)聯(lián)接導(dǎo)線數(shù)，但這種結(jié)構(gòu)無(wú)法提供所需的光學(xué)均勻性和各向同性。LED所固定的剛體的出現(xiàn)可能干擾圖象。這種畸變不僅是由剛體本身引起，而且還源于平面陣上LED的規(guī)則布置。對(duì)任何觀察方向來(lái)說(shuō)，總有一個(gè)位置(在完整的一轉(zhuǎn)內(nèi))，該位置處所有的LED處于平行于觀察者肉眼與顯示裝置中心連線的平面內(nèi)。而且，在剛體上，存在許多的聯(lián)接器。聯(lián)接器的總體布置遵循一規(guī)則的圖形。當(dāng)LED，陣列和相關(guān)元件成一直線時(shí)，可以看到圖象條紋形式的模糊畸變。折射和可能的全反射影響會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步圖象失真(如上所述，系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下)。在剛體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)內(nèi)，這些失真是隱含的，且直接由剛體折射率和剛體掃過(guò)的空的顯示空間的折射率之間的差異引起。
中央安裝軸也會(huì)與光的發(fā)射相干擾。雖然在許多應(yīng)用中，這可能不是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，而是希望含有均勻中心核的完全光學(xué)上均勻的各向同性的圖象空間。
對(duì)已知容積顯示的進(jìn)一步限制與數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示空間的方式有關(guān)?？紤]一個(gè)控制和圖形處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)決定著從主機(jī)中取出三維像素?cái)?shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)按照適當(dāng)?shù)姆绞絺鬟f，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間顯示。理想情況下，操作員可以將顯示空間處理為3D笛卡爾空間(用任何形式的坐標(biāo)系統(tǒng)也適合)。即顯示空間應(yīng)該可以表示規(guī)則柵格狀間距上的數(shù)據(jù)點(diǎn)(三維像素)。由此，坐標(biāo)值與圖形空間三維像素之間有直接映射關(guān)系。因此顯示空間表現(xiàn)出均勻性和各向同性；圖象的性能并不隨顯示空間內(nèi)的圖象位置變動(dòng)。結(jié)果，可觀察到的圖象質(zhì)量也不隨觀察方位變化。
有可能的是，這些條件可能完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但是，本發(fā)明提供一種解決方案，該方案希望使顯示空間的尺寸最大化。本發(fā)明提供的進(jìn)一步的好處是，在各個(gè)圖象更新之內(nèi)，增加可能受照的三維像素的數(shù)目。通過(guò)檢查對(duì)各個(gè)當(dāng)前系統(tǒng)的限制，這一點(diǎn)可以得到最好的說(shuō)明。
源于主機(jī)且受到圖形處理系統(tǒng)適當(dāng)處理的三維像素?cái)?shù)據(jù)通過(guò)許多數(shù)據(jù)路徑傳遞到顯示空間。因此，可以認(rèn)為，數(shù)據(jù)路徑作為圖形處理硬件和顯示空間硬件三維像素之間的聯(lián)接。例如考慮一個(gè)采用轉(zhuǎn)動(dòng)的光束掃描系統(tǒng)。在該結(jié)構(gòu)中，各個(gè)光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)造成順序的三維像素啟動(dòng)。為了在整個(gè)顯示空間產(chǎn)生三維像素，可能需要許多光束(見(jiàn)國(guó)際專利NO.PCT/NZ93/00083為例)。因此這種顯示表現(xiàn)出來(lái)的并行度并不大于(可能小于)光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)個(gè)數(shù)。增加光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)將提高平行度。但是，在這些裝置中并行度固有地受到限制。如上所述，提高光束/光束掃描機(jī)構(gòu)的數(shù)量將導(dǎo)致校準(zhǔn)和圖樣配準(zhǔn)問(wèn)題。
在采用靜態(tài)元件的3D矩陣系統(tǒng)中，通過(guò)復(fù)用光學(xué)元件，可以降低并行度。元件個(gè)數(shù)仍較多，且復(fù)用硬件和元件的3D陣列之間的互聯(lián)程度也很高。
在采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)矩陣顯示器的情況下，如美國(guó)專利NO.4,160,973(柏林)所介紹的，數(shù)據(jù)傳輸中存在的問(wèn)題停留在于每圖象更新周期內(nèi)將足夠的數(shù)據(jù)寫(xiě)到旋轉(zhuǎn)平面LED陣列。該裝置可以使并行的數(shù)據(jù)從旋轉(zhuǎn)顯示電子設(shè)備傳遞到LED陣列。但是，通過(guò)一系列光線路，旋轉(zhuǎn)顯示電子設(shè)備存儲(chǔ)器得到更新。因此，很明顯，數(shù)據(jù)傳輸速率的固有上限將限制各個(gè)圖象更新周期內(nèi)可能調(diào)整的三維像素的個(gè)數(shù)。Berlin系統(tǒng)考慮到圖像的增大的更新(即，可用三維像素總數(shù)的百分比)。但是，可能的是，涉及總運(yùn)動(dòng)和覆蓋圖象生成容積的較大區(qū)域的高分辨率圖象將超出數(shù)據(jù)傳輸線路的數(shù)據(jù)傳輸容量。即，盡管圖形處理系統(tǒng)表現(xiàn)出任何所需的并行度，且將構(gòu)成2D光電陣列展現(xiàn)并行度，但數(shù)據(jù)傳輸線路固有地串行，且最終限制進(jìn)入顯示系統(tǒng)內(nèi)的整個(gè)信息。
與如前段中所述運(yùn)用2D光電矩陣旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的技術(shù)相關(guān)的進(jìn)一步影響在于光電元件的變化工作負(fù)荷。各個(gè)光電器件掃過(guò)的路徑(軌跡)長(zhǎng)度與其距離轉(zhuǎn)軸的徑向長(zhǎng)度成比例。假設(shè)在整個(gè)顯示空間恒定的間隔位置(軌跡)，各個(gè)器件造成了沿環(huán)形周邊的三維像素的生成，則各個(gè)器件的工作負(fù)荷與偏離旋轉(zhuǎn)軸的徑向距離成正比例。因此，越是靠近轉(zhuǎn)軸的器件造成每轉(zhuǎn)比位于距轉(zhuǎn)軸徑向距離更遠(yuǎn)的器件所生成的三維像素更少。距離轉(zhuǎn)軸最遠(yuǎn)的器件具有最大的潛性工作負(fù)荷，距離轉(zhuǎn)軸最近的器件具有最小的潛性工作負(fù)荷。由此，對(duì)陣列內(nèi)的所有元件而言，雖然復(fù)用電子設(shè)備和光電元件之間的互聯(lián)帶寬必須一致，但在各個(gè)圖象更新周期內(nèi)，可能潛性傳遞給各個(gè)元件的數(shù)據(jù)總量將隨各個(gè)元件距離轉(zhuǎn)軸的徑向長(zhǎng)度而變化。進(jìn)一步的問(wèn)題是提高小型無(wú)線電裝置的三維像素密度。光發(fā)射裝置具有非常有限的尺寸，接近轉(zhuǎn)軸時(shí)，出現(xiàn)無(wú)法接受的密度。
為了出現(xiàn)灰度和調(diào)色，需要將模擬信號(hào)傳遞給各個(gè)元件，該模擬信號(hào)的幅值決定了受照三維像素的亮度。圖形處理硬件處理的數(shù)據(jù)通常是按照模擬形式。為了促進(jìn)顯示系統(tǒng)內(nèi)的并行三維像素的生成，當(dāng)提高圖形處理硬件之外的數(shù)據(jù)路徑數(shù)時(shí)，需要更多數(shù)量的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。通常每個(gè)數(shù)據(jù)路徑至少有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。例如，在上述的光束定址系統(tǒng)內(nèi)，DAC的數(shù)量一般對(duì)應(yīng)能同時(shí)確定顯示地址的光束數(shù)量的三倍。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)路徑三個(gè)DAC轉(zhuǎn)換器的要求反映了光束定址系統(tǒng)情況下的總體需要，提供兩個(gè)DAC的來(lái)決定光束的偏轉(zhuǎn)，提供一個(gè)DAC來(lái)決定灰度。大量的DAC也相應(yīng)提高了圖形處理硬件的成本，尺寸和能量消耗。進(jìn)一步需要將大量數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)旋轉(zhuǎn)界面。Berlin裝置中介紹的串行方法并不被認(rèn)為能夠產(chǎn)生預(yù)期傳輸速率的效果。
本發(fā)明的目的是提供一高分辨率的三維容積顯示器，通過(guò)提供一具有基本上光學(xué)各向同性均勻的圖象容積的顯示器，該三維容積顯示器克服了許多上述缺點(diǎn)，其中光學(xué)各向同性圖象容積顯示器很少或根本不出現(xiàn)遮斷畸變效應(yīng)，為了使控制系統(tǒng)與顯示電子設(shè)備相匹配，這些圖象容積具有來(lái)自串行與并行數(shù)據(jù)復(fù)用的傳輸特征的數(shù)據(jù)，同時(shí)使DAC的數(shù)量減少，并進(jìn)一步為公眾提供有益的選擇。
本發(fā)明揭示本發(fā)明的一個(gè)方面是，提供一個(gè)三維容積顯示器，包括一堅(jiān)固的，基本上為光學(xué)透明的支撐結(jié)構(gòu)，適合于繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；一光源陣列，通過(guò)所述結(jié)構(gòu)分散排列，該光源電氣上與聯(lián)接裝置相連，該聯(lián)接裝置適合于接收來(lái)自顯示電路的控制信號(hào)，其中將光源陣列分散的支撐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與此同時(shí)的光源也以此方式受照，這樣在顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成三維圖象。
整個(gè)顯示結(jié)構(gòu)中的光源可各向同性地分散。
當(dāng)顯示結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光源軌跡為繞轉(zhuǎn)軸的環(huán)狀，其中光源任意分散在環(huán)狀軌跡上的位置，且是以光源空間密度在整個(gè)顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)基本均勻的方式。
通過(guò)觀察各個(gè)啟動(dòng)光源在此方式下在此時(shí)間的照明，光源陣列可以得到標(biāo)準(zhǔn)化，這樣確定在其對(duì)應(yīng)軌跡上的相關(guān)位置。
在較佳實(shí)施例中，光源位于與支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸垂直的平面上，對(duì)任何單個(gè)平面來(lái)說(shuō)，光源的位置與對(duì)應(yīng)軌跡上另一個(gè)光源的位置有關(guān)，這樣沿轉(zhuǎn)軸觀察時(shí)，光源形成一個(gè)螺旋形，螺旋狀經(jīng)過(guò)從轉(zhuǎn)軸向外至支撐結(jié)構(gòu)的外邊緣的路徑。
這樣的平面安排在另一個(gè)平面上，且互相按順序繞轉(zhuǎn)軸布置，這樣光源位于螺旋形的表面上。
在另一個(gè)實(shí)施例中，軌跡上的光源數(shù)可以變化，成為與轉(zhuǎn)軸偏移量的函數(shù)，或者在單軌跡上的光源可以選取出來(lái)影響所選色彩的發(fā)射。
支撐結(jié)構(gòu)可以是正圓柱體形狀，球形或適合于打算觀察的其他三維形狀。
支撐結(jié)構(gòu)可以置入固定的輔助支撐結(jié)構(gòu)中，輔助支撐結(jié)構(gòu)的折射率與支撐結(jié)構(gòu)的折射率基本相同，這種結(jié)構(gòu)使支撐和輔助結(jié)構(gòu)之間有盡可能小的間隙，同時(shí)可以進(jìn)行支撐和輔助結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)輔助支撐結(jié)構(gòu)的形成使所形成的三維圖象視覺(jué)上的各向同性得到了提高。
光源可以是發(fā)光二極管、由受不可見(jiàn)輻射激發(fā)的光電材料，這些器件具有雙態(tài)(開(kāi)/關(guān))或三態(tài)(開(kāi)/關(guān)/不透明)的工作狀態(tài)。
光源陣列聯(lián)接到顯示器電子設(shè)備，使能通過(guò)復(fù)用的并行數(shù)據(jù)啟動(dòng)，此處，并行/串行混合的程度受控，且根據(jù)與顯示匹配來(lái)控制電子設(shè)備。
顯示電子設(shè)備的工作過(guò)程完全是并行的，從而確保串行數(shù)據(jù)線路并不限制系統(tǒng)帶寬。
光源被分成并行驅(qū)動(dòng)的各個(gè)區(qū)，這些區(qū)域作為一個(gè)整體受到串行驅(qū)動(dòng)，為了使各數(shù)據(jù)路徑具有基本一致的潛性數(shù)據(jù)傳輸容量，各個(gè)區(qū)具有一些較高和較低的工作負(fù)荷，其中工作負(fù)荷與光源所處的軌道的半徑成比例。
借助于多通道光學(xué)數(shù)據(jù)聯(lián)接，容積顯示器的旋轉(zhuǎn)元件與靜態(tài)元件耦合。
支撐結(jié)構(gòu)可以加上一個(gè)往復(fù)式內(nèi)芯，該內(nèi)芯裝入了數(shù)量減少的光源，當(dāng)與產(chǎn)生多個(gè)虛擬軌道的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)耦合時(shí)，產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)示例并參考附圖，現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。


圖1給出一簡(jiǎn)化的分散光源顯示器，其具有位于平面螺旋線上的光源；圖2給出圖1中分散光源顯示器的俯視圖；圖3給出單個(gè)平面的分散光源顯示器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；圖4給出圖3中所示的顯示裝置的俯視圖；圖5給出適合于圖4中顯示裝置的詳細(xì)校準(zhǔn)方法；圖6給出N×M平面發(fā)射陣列的示意圖；以及圖7給出通過(guò)顯示容積的光學(xué)發(fā)射源配置的表示法。
本發(fā)明可以被歸入移動(dòng)矩陣型容積顯示器。據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)人所知的最接近的現(xiàn)有技術(shù)是美國(guó)專利NO.4,160,973(柏林)。
如上所指出，三維容積顯示器將理想地產(chǎn)生圖像，所述圖像逼真地重現(xiàn)有關(guān)物體而不用由其本身引起產(chǎn)生光學(xué)偽像的顯示系統(tǒng)。
這要求三維像素的折射率與待生成圖象的容積的折射率一致。“一致”的表述理解為，當(dāng)圖象發(fā)出的光橫過(guò)顯示裝置時(shí)，其基本上會(huì)遇到相同的光學(xué)情況。因此，在限定的情況下，在圖象生成容積內(nèi)發(fā)光的物理裝置(通過(guò)受照的光源)完全是透明的，且并不與所掃過(guò)容積內(nèi)的三維像素產(chǎn)生的光發(fā)射相干擾。
因此，理想的圖象生成容積是整個(gè)容積內(nèi)折射率恒定的透明固體。這與掃過(guò)的容積掃描光束裝置形成對(duì)照(例如熒光屏上沖擊的電子束)。那里，支撐熒光的玻璃體結(jié)構(gòu)的折射率與其他部分的折射率不同，且在屏幕與觀察者成斜角時(shí)，引入了折射率畸變。由于來(lái)自三維像素的折射變形光，以及玻璃內(nèi)全反射，導(dǎo)致了這樣的畸變。
為了克服這些問(wèn)題，平面矩陣顯示器可以嵌入一與矩陣顯示器折射率相同的支撐結(jié)構(gòu)中。這樣就避免了折射率畸變。但是，因?yàn)楣鈱W(xué)反射裝置和有關(guān)電聯(lián)接的高度有序的結(jié)構(gòu)，模糊畸變?nèi)匀皇且粋€(gè)問(wèn)題。
對(duì)此的解決方法是通過(guò)顯示容積分散發(fā)射裝置。
圖1給出光源分散的顯示裝置的簡(jiǎn)化示例。參考圖1和圖2，圓柱形透明支撐結(jié)構(gòu)20包括光源21a,21b等等的平面陣列15a,15b,15c。為清晰起見(jiàn)，僅給出間隔較寬的三個(gè)平面。平面陣列結(jié)構(gòu)并不能限制本發(fā)明的范圍，僅表示為便于制造和構(gòu)成的一種實(shí)現(xiàn)方式。因此，這種顯示器可以概括為含分布光源的旋轉(zhuǎn)容積。在解釋隨機(jī)性以排除統(tǒng)計(jì)的群集范圍內(nèi)，這種分散度可以描述成隨機(jī)的。為了闡述光學(xué)發(fā)射源的分散原理，圖7給出按照?qǐng)A柱形顯示系統(tǒng)布置的發(fā)射源的示意圖。X軸和Y軸對(duì)應(yīng)于穿過(guò)圓柱的截面，X軸為徑向方向，Y軸為高度方向。這些軸都不同于其他圖形中給出的軸。Z軸對(duì)應(yīng)于相距轉(zhuǎn)軸測(cè)得的半徑成比例的軌道長(zhǎng)度，平面L對(duì)應(yīng)于作為半徑的函數(shù)的軌道長(zhǎng)度，可以清晰看到，為了保持發(fā)射源指向該軸的密度，給定發(fā)射源限定的尺寸，在近中心處會(huì)出現(xiàn)擁塞問(wèn)題。這在下面將進(jìn)一步討論。參考圖7，Solomon內(nèi)的矩陣陣列可以由發(fā)射源位置T的平面(與x、y軸同平面)和本發(fā)明發(fā)射源位置沿字母S表示的軌道路徑的例如作為顯示器的人工側(cè)面(artside)來(lái)表示。
在圖1所示的實(shí)施例中，光源是按照以顯示器轉(zhuǎn)軸橫穿螺旋的路徑向外側(cè)排列的。光源所在位置的各個(gè)平面相互可旋轉(zhuǎn)的布置(繞支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸)。因此，當(dāng)從任何方向觀察顯示容積時(shí)，沒(méi)有較佳的對(duì)準(zhǔn)方向。
在沿軌道不同位置定位的光學(xué)發(fā)射源位置，可能出現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆稚顟B(tài)。雖然發(fā)射源按照環(huán)形軌道形成，但其位置可以分散布置，這樣在整個(gè)顯示系統(tǒng)容積內(nèi)，發(fā)射源密度均勻。按此方法，就不再有較佳方向這引起發(fā)射源相互模糊的結(jié)果。在相鄰平面上的發(fā)射源按照螺旋狀布置的特殊情況下，如果平面順序分布，最終的發(fā)射源分散模式將降低模糊度(但并未消除)。該較佳的方法是在軌道上的發(fā)射源位置(即，其靜止位置)按照即使在顯示時(shí)發(fā)射源也均勻展開(kāi)那種方式分散。
(例如)通過(guò)在軌道上確定三個(gè)發(fā)射器的位置并為其發(fā)射定時(shí)，本實(shí)施方式中還包括色彩或灰度能力，這樣形成適當(dāng)?shù)纳省?br> 圖3給出另一個(gè)較佳方案。該實(shí)施例中，在構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)的平面上分散多個(gè)光源。該平面相互采用夾層結(jié)構(gòu)。光源是一均勻的折射率容積，由此降低分布導(dǎo)線/聯(lián)接陣列的影響，以避免相關(guān)元件/結(jié)構(gòu)的局部高密度集結(jié)。
鑒于支撐結(jié)構(gòu)的折射率，與大氣相似，在圖象內(nèi)可能存在“透鏡狀的”可視效應(yīng)。但是，在某種環(huán)境下，通過(guò)增大圖象細(xì)節(jié)，并降低位于圖象顯示空間相對(duì)側(cè)的實(shí)物引起的干擾，這會(huì)提高圖象的景色。在球形顯示空間內(nèi)，這一點(diǎn)非常明顯。在大氣/顯示器相關(guān)的折射率產(chǎn)生無(wú)法接受的失真時(shí)，如果折射率不相等，有可能在類似折射率的物體內(nèi)嵌入旋轉(zhuǎn)顯示支撐。例如，旋轉(zhuǎn)球形顯示容積裝置可以嵌入一個(gè)靜態(tài)立方塊。旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)部分光學(xué)耦合，這樣在這兩部分之間幾乎很少或沒(méi)有折射梯度或交界。這種結(jié)構(gòu)適合于需要特別形狀顯示單元應(yīng)用的情況。在中心處，由于被光源橫穿的路徑比在邊緣處橫穿的路徑短，三維像素密度將較高。因此通過(guò)減少內(nèi)芯區(qū)光源數(shù)量，較理想地降低了三維像素的密度。下面將對(duì)這種擁塞進(jìn)行討論。
參考圖3，給出的單個(gè)平面24具有5個(gè)光源25a-e。當(dāng)然，這個(gè)數(shù)量?jī)H是示例性的，實(shí)際的顯示器會(huì)加上大量的光源。當(dāng)該平面繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(z軸垂直于x和y軸)，各光源將沿著同心的環(huán)形路徑或軌道26。光源與支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步啟動(dòng)，因此三維像素可以在顯示空間內(nèi)按照需要進(jìn)行定位。為了形成圖象，光源需要在空間內(nèi)準(zhǔn)確的已知位置受照。在本實(shí)施例中，光源的位置應(yīng)該參考支撐結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行校準(zhǔn)。如果光發(fā)射源位于軌道上的已知分散區(qū)，在各個(gè)平面內(nèi)，采用光源的已知位置，可以實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。此外，所有的光源可以同時(shí)暫時(shí)啟動(dòng)并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，或在穿過(guò)支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸的平面(或任何其他參考平面)上旋轉(zhuǎn)。該結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中光源25a-e的任意陣列在Y軸上相應(yīng)位置26a-e得到提前或延遲。通過(guò)從上面用一視頻攝像機(jī)對(duì)該顯示器成像，并用一位于參考平面上的參考光源(或其他已知位置)，然后使其他光源相對(duì)于此光源的啟動(dòng)延遲，實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。這種未知的光源使啟動(dòng)延遲或提前它們的開(kāi)啟，這樣它們就位于Y軸上。另一些校準(zhǔn)方法也可能可行并會(huì)考慮，這些同步方法的實(shí)施也會(huì)被納入熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員的范圍。
光源可以被認(rèn)為是由導(dǎo)線電氣聯(lián)接形成供電啟動(dòng)的發(fā)光裝置。由于該顯示容積內(nèi)光源分散的影響，導(dǎo)線也得到分散，由此顯示裝置并不能表現(xiàn)出任何優(yōu)先的遮掩畸變?？尚械氖?，通過(guò)均勻折射率支撐介質(zhì)內(nèi)嵌入的非常細(xì)的，實(shí)質(zhì)上無(wú)法看見(jiàn)的金屬纖維，實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)接。
由于數(shù)據(jù)流的約束，如果我們?cè)O(shè)定一平面陣為N×M個(gè)光源，聯(lián)接的總數(shù)通常為2NM(假設(shè)每個(gè)光源有2個(gè)聯(lián)接，或?qū)步拥貢r(shí)有NM+1個(gè)聯(lián)接)。這些聯(lián)接完全獨(dú)立時(shí)，可以并行尋址。如果提供數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)能在任何時(shí)間載送NM數(shù)據(jù)通道這才有效。在這種模式中，各個(gè)圖象路徑線通道和各個(gè)光源之間的聯(lián)接將采取一對(duì)一映射的形式。但是，在含有灰度能力或具體分辨率的顯示前提下，各個(gè)光源要求用到模擬電平，且對(duì)各個(gè)具有中等三維像素容量的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路的尺寸將會(huì)非常大。例如對(duì)30cm高，15cm半徑的顯示器，元件間隔為1mm，那么將會(huì)有45,000個(gè)元件。即，未串聯(lián)線路為45,000條路徑。為此，非常需要應(yīng)用一種部分序列數(shù)據(jù)的傳輸方法。為此，高度并行的陣列可在一系列平面中相互聯(lián)接。這可以認(rèn)為是將N×M顯示器再細(xì)分成一系列單個(gè)平行聯(lián)接陣列，而細(xì)分部分可以復(fù)用。這將導(dǎo)致相互聯(lián)接數(shù)大大減少。這種減少的影響是在各個(gè)2D段內(nèi)包括元件的順序啟動(dòng)。但是，可以知道，對(duì)并行度進(jìn)行調(diào)整以同控制系統(tǒng)匹配。為了取得所需分辨率水平，容積顯示器設(shè)計(jì)的可調(diào)性優(yōu)化了特殊顯示器，使三維像素的間隔和接下來(lái)的圖象質(zhì)量與控制系統(tǒng)的性能相聯(lián)系。通常認(rèn)為，具有這種可適應(yīng)的復(fù)用表示本新系統(tǒng)具有較高的希望屬性。上述復(fù)用技術(shù)容易適應(yīng)于分散的光學(xué)元件顯示器。
如上所述，光電元件掃過(guò)的軌道尺寸與距離轉(zhuǎn)軸的半徑長(zhǎng)度R成比例。因?yàn)閷?duì)接近該轉(zhuǎn)軸的元件即對(duì)具有R下降的元件的影響，在顯示空間內(nèi)幾乎沒(méi)有空間使這些元件分散。而且，在顯示空間每轉(zhuǎn)的時(shí)間內(nèi)，各個(gè)元件形成的三維像素的可能數(shù)量與該元件距離轉(zhuǎn)軸的徑向距離R成正比。
因此，當(dāng)接近轉(zhuǎn)軸時(shí)，對(duì)各個(gè)元件來(lái)說(shuō)，元件的分散幾乎沒(méi)有空間，且可能的工作負(fù)荷也會(huì)下降。對(duì)R數(shù)值較小且光學(xué)元件尺寸有限的情況，這將導(dǎo)致?lián)砣Ｈ鄙俜稚⒖臻g可能導(dǎo)致光學(xué)問(wèn)題(例如圖象失真)，使各個(gè)元件的折射率無(wú)法與顯示器空間材料的折射率恰當(dāng)匹配。如果觀察者觀察位于轉(zhuǎn)軸相對(duì)側(cè)的圖象部分，這一點(diǎn)將更加突出。通過(guò)降低較小R的光電元件的密度，可以將這個(gè)問(wèn)題降為最低。
簡(jiǎn)單地降低元件密度將影響顯示器空間的均勻性。為了克服這個(gè)影響，在向中心位置的顯示器空間旋轉(zhuǎn)位移基礎(chǔ)上，可以疊加一平移(或往復(fù))運(yùn)動(dòng)。因此，顯示器空間材料可以包括一外旋轉(zhuǎn)部分和一內(nèi)圓柱芯。
這兩種材料非常近似，且折射率匹配。兩種材料都以高于閃爍融合頻率的速度轉(zhuǎn)動(dòng)外芯。內(nèi)圓柱芯也轉(zhuǎn)動(dòng)，但是其轉(zhuǎn)速與外材料的轉(zhuǎn)速不同。
而且，疊加在內(nèi)圓柱芯上的還有一振動(dòng)。內(nèi)芯的轉(zhuǎn)速通常高于外顯示器空間材料的轉(zhuǎn)速。振動(dòng)的幅值可以使各個(gè)光電元件在Y方向上穿過(guò)許多軌道位置。例如，一旦振動(dòng)的幅值足以使各個(gè)光電元件穿過(guò)Y方向上的兩個(gè)軌道位置，那么可將Y方向上所需要的元件數(shù)量減半。這就引入了虛擬軌道的概念。虛擬軌道可以認(rèn)為是在顯示器空間內(nèi)的軌道，該顯示器空間并不包括虛擬軌道內(nèi)生成三維像素的顯示器空間內(nèi)，不同位置的光電元件。
例如，如果內(nèi)芯半徑為5cm，那么該內(nèi)芯上最外側(cè)的元件振動(dòng)將不掃過(guò)顯示器空間每轉(zhuǎn)約30cm的距離。如果三維像素的間隔為1mm，將會(huì)形成300個(gè)可能的三維像素。如果由于振動(dòng)使元件密度減半，必須有一至少為顯示空間旋轉(zhuǎn)頻率的300倍的振動(dòng)。對(duì)約1mm的Y方向上的三維像素間隔來(lái)說(shuō)，振動(dòng)幅值在3-4mm之間。值得注意的是，通過(guò)提高內(nèi)芯的旋轉(zhuǎn)頻率，可以降低振動(dòng)頻率。
振動(dòng)可以受各種裝置例如受機(jī)電激勵(lì)的影響，或由外顯示器空間和內(nèi)芯之間的旋轉(zhuǎn)速度之差導(dǎo)出。提高運(yùn)動(dòng)幅值使Y方向上，即平行轉(zhuǎn)軸方向上所需的光電元件的數(shù)量得到進(jìn)一步降低。
顯示器空間材料作為一整體，也具有彈性和較高的可控性，從而使振動(dòng)可以在經(jīng)常增長(zhǎng)的幅值處由外向內(nèi)得到。這就避免了上面的外芯和內(nèi)振動(dòng)芯引起的不連續(xù)。
如上所述，本發(fā)明提供一種并行發(fā)生三維像素的方法和裝置，并在各個(gè)圖象更新或顯示器空間旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，使大量三維像素得以生成。一個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)方面是將圖形發(fā)生器或控制系統(tǒng)發(fā)出的三維像素?cái)?shù)據(jù)耦合到光電元件通道的顯示空間。如果這種線路僅僅采用串行光學(xué)聯(lián)接的形式，那么很可能，如果顯示空間內(nèi)含有大量元件，但在顯示空間每轉(zhuǎn)或圖形更新過(guò)程中，只有一部分元件可以編址/更新。即串行光學(xué)線路限制圖形發(fā)生器和顯示空間光電元件復(fù)用系統(tǒng)之間連接的帶寬。為了保持較高的帶寬聯(lián)接，同時(shí)在顯示空間每轉(zhuǎn)過(guò)程中允許大量元件得以更新(如果不是可能的全部)，因此本發(fā)明可能采用靜態(tài)外部和旋轉(zhuǎn)/振動(dòng)顯示空間之間的并行光學(xué)聯(lián)接。
在較佳實(shí)施例中，這種聯(lián)接采取兩個(gè)同心圓柱體的形式。其中一個(gè)圓柱體為靜止，另一個(gè)與顯示空間一并旋轉(zhuǎn)。在固定的圓柱體表面為一2D陣列的發(fā)光器件，在旋轉(zhuǎn)圓柱體上為一2D陣列光學(xué)接收器，每個(gè)光學(xué)接收器可以將發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。兩個(gè)圓柱體都繞顯示空間的旋轉(zhuǎn)軸定位。其工作原理最好認(rèn)為其中一個(gè)為光接收器成像。發(fā)射器的物理布局將使觀察者(接收器)看到一系列按照順序的光源起伏。某個(gè)周期內(nèi)，觀察者看不到光源。在光源極強(qiáng)的周期內(nèi)，為了可以使光源發(fā)出的信息傳輸給觀察者，控制硬件將調(diào)制光源。光源和接收器的物理布置確保最大多數(shù)的光源能夠在任何時(shí)間發(fā)射到最大數(shù)目的接收器。多個(gè)發(fā)射器和接收器的使用允許并行接線的數(shù)據(jù)傳輸。如果考慮的是發(fā)射器和接受器的單環(huán)(該環(huán)繞圓柱體的周長(zhǎng)定位)，那么可以明白，通過(guò)改變接收器連同其間隔和接收器旁配置的任何對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)一起，我們可以使程度改變到發(fā)生并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某潭?。通過(guò)沿兩個(gè)圓柱體長(zhǎng)度方向上復(fù)制發(fā)射器和接收器的單環(huán)，可以復(fù)制并行度。值得注意的是，這些環(huán)可以繞周長(zhǎng)定位。
為了影響適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸，對(duì)控制硬件來(lái)說(shuō)，需要將(路徑)信息指引到適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器，且清晰地認(rèn)識(shí)到哪一個(gè)接收器含有被傳輸信息。因此該系統(tǒng)采用了一個(gè)光電同步線路，為了在顯示空間內(nèi)生成圖形，從該線路中，可以導(dǎo)出路徑信息，并進(jìn)一步提供時(shí)間信息必要的控制系統(tǒng)，(見(jiàn)國(guó)際陣列申請(qǐng)PCT/NZ93/00083)。光電線路采用單個(gè)發(fā)射器和單個(gè)接收器的形式，發(fā)射器位于含有2D陣列光電接收器的圓柱體上，光電接收器位于含2D陣列光電發(fā)射器的圓柱體上。發(fā)射裝置連續(xù)工作，將顯示空間的單脈沖高分辨率提供給接收器，該高分辨率對(duì)應(yīng)于裝有光電接收器的圓柱體的單旋轉(zhuǎn)。該脈沖被用來(lái)得到三維像素輸出到顯示空間的計(jì)時(shí)信息，并進(jìn)一步通過(guò)光電并行數(shù)據(jù)傳輸線路得到信息通道的路徑信息。
為了容忍光電發(fā)射器和接收器陣列定位內(nèi)較小程度的機(jī)械不同軸性，傳遞通過(guò)并行數(shù)據(jù)傳輸線路的信息內(nèi)，需要一定程度的復(fù)制，以及與顯示空間共同旋轉(zhuǎn)并能實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)合并，誤差校正，和與三維像素元件信號(hào)復(fù)用的智能硬件。進(jìn)一步注意的是，為了通過(guò)并行數(shù)據(jù)傳輸線路得到最大帶寬，非常需要將夜晚時(shí)間的范圍最小化。這些周期內(nèi)，發(fā)射器無(wú)法將信號(hào)傳遞給任何一個(gè)特定接收器(這是由兩個(gè)陣列之間的幾何布置引起，并對(duì)應(yīng)于足夠地高過(guò)接收器水平(校準(zhǔn)水平)的發(fā)射器)。當(dāng)發(fā)射器移動(dòng)到接收器水平面以上時(shí)，為了接收器得到幅值足夠大的信號(hào)，不僅必須知道會(huì)遇到哪一個(gè)接收器，而且還必須知道升高到足夠程度的時(shí)間。在一特定實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射器將從每轉(zhuǎn)一圈的同步信號(hào)得到的信息中判斷，在什么位置應(yīng)開(kāi)始將信息傳輸給特定接收器以及在什么位置應(yīng)停止。在這兩個(gè)周期之間，發(fā)射器將傳輸整數(shù)的三維像素描述符。通過(guò)按照接收器需要的信號(hào)量警告，無(wú)誤差地接受被傳輸?shù)男畔?。通常認(rèn)為，并不一定需要誤差校正。但是這降低了各個(gè)發(fā)射器和接收器可利用的帶寬。并行數(shù)據(jù)傳輸線路表現(xiàn)出來(lái)的并行度容許一個(gè)信息通道到顯示空間的足夠高的帶寬，在各個(gè)圖象更新周期階段內(nèi)，如果待更新的三維像素元件位置不包括全部，那么還可以形成較高百分比的可能性。
如上所述，本發(fā)明并不限于圓柱形支撐結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括另一些幾何結(jié)構(gòu)，例如球形，錐形，或其他旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體。
可以了解到，本發(fā)明提供一基本光學(xué)各向同性和均勻性的圖象發(fā)生容積，以及可以按照復(fù)用串聯(lián)/并行混合的程度來(lái)調(diào)整的聯(lián)接狀況的能力，這樣與控制系統(tǒng)匹配。
因?yàn)榇罅康木鶆蚱矫婀庠搓嚵锌梢杂蓤A柱形支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)將一個(gè)置于另一個(gè)之上而形成來(lái)制造，所以無(wú)論是分散光源區(qū)或是其他配置可以特別適合于制造。各個(gè)平面可以隨意旋轉(zhuǎn)，通過(guò)顯示容積生成光源的分散散射。如果是螺旋光源陣列，緊鄰平面元件的偏移將導(dǎo)致掃過(guò)圖形容積的隨意螺旋面。
上述描述中，已經(jīng)對(duì)元件或已知等效的整體做出了參考，因?yàn)槎际菃蝹€(gè)列舉的，所以也包含這些等效。
雖然本發(fā)明通過(guò)示例做出說(shuō)明，且參考特定實(shí)施例，應(yīng)該理解在不違背附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，還可以進(jìn)行改進(jìn)和/或提高。
權(quán)利要求
1．一種三維容積顯示器，其特征在于，包括一實(shí)心的，基本光學(xué)透明的支撐結(jié)構(gòu)，適合于繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；一光源陣列，通過(guò)所述結(jié)構(gòu)分散，該光源電氣上與聯(lián)接裝置相連，該聯(lián)接裝置適合于接受顯示器電路發(fā)出的控制信號(hào)，其中當(dāng)支撐分散的光源陣列隨其同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，光源被照明，這樣在顯示器結(jié)構(gòu)內(nèi)生成三維圖象。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，光源在整個(gè)顯示器結(jié)構(gòu)上各向同性地分散。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯示器，其特征在于，顯示器結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，光源的軌跡為繞旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)形軌跡，其中光源隨意分散在環(huán)道上的位置，這樣在整個(gè)顯示器結(jié)構(gòu)的光源空間密度基本均勻。
4．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，通過(guò)觀察各個(gè)啟動(dòng)光源的照明，校準(zhǔn)光源的陣列，這樣可以確定其對(duì)應(yīng)軌道上相關(guān)位置。
5．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，光源位于垂直于支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸的平面上，對(duì)任何一單個(gè)平面，光源位于對(duì)應(yīng)軌道上相互相關(guān)的位置，這樣當(dāng)沿旋轉(zhuǎn)軸觀察時(shí)，光源形成一螺旋形，該螺旋橫過(guò)從旋轉(zhuǎn)軸到支撐結(jié)構(gòu)外側(cè)的路徑。
6．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，這些平面排列成一個(gè)在另一個(gè)之上，并一個(gè)個(gè)相繼繞旋轉(zhuǎn)軸布置，這樣光源位于一螺旋面上。
7．根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，軌道上的光源數(shù)量隨偏離旋轉(zhuǎn)軸的函數(shù)而變化，或者可以選取單數(shù)軌道上的光源來(lái)影響所選色彩的發(fā)射。
8．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，支撐結(jié)構(gòu)可以是正圓柱形，球形，或其他適合于觀察應(yīng)用的三維形狀。
9．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，該支撐結(jié)構(gòu)嵌入一固定的輔助支撐結(jié)構(gòu)中，輔助支撐結(jié)構(gòu)的折射率基本上與支撐結(jié)構(gòu)折射率一致，這種結(jié)構(gòu)使得在支撐結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)之間有盡可能小的間隙，同時(shí)可進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而輔助支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)成使得所生成的三維圖象的視覺(jué)各向同性得到了提高。
10．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，光源為發(fā)光二極管、受不可見(jiàn)射線激發(fā)的光電材料，工作狀態(tài)可能具有雙態(tài)(開(kāi)/關(guān))或三態(tài)(開(kāi)/關(guān)/不透明)的器件。
11．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，光源陣列與顯示電子設(shè)備相連，這樣光源陣列可以通過(guò)復(fù)用的并行數(shù)據(jù)得到啟動(dòng)，串行/并行混合的程度可控，且根據(jù)顯示與控制電子設(shè)備的匹配。
12．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，顯示電子設(shè)備的工作完全并行，這樣串行數(shù)據(jù)線路并不限制系統(tǒng)帶寬。
13．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，光源分組形成區(qū)域，各個(gè)區(qū)域并行驅(qū)動(dòng)，這些區(qū)域作為一個(gè)整體串行驅(qū)動(dòng)，為了使各個(gè)數(shù)據(jù)通道具有基本一致的可能數(shù)據(jù)傳輸容量，各個(gè)區(qū)域具有一些較高的工作負(fù)荷和較低的工作負(fù)荷，其中工作負(fù)荷與光源所處位置的軌道半徑成比例。
14．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，容積顯示器的旋轉(zhuǎn)元件通過(guò)多通道光學(xué)數(shù)據(jù)線路與靜止元件耦合。
15．一種如前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示器，其特征在于，支撐結(jié)構(gòu)將一含有數(shù)量減少的光源的往復(fù)式內(nèi)芯，當(dāng)與形成多個(gè)虛擬軌道的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)耦合時(shí)，產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
16．一種顯示器，其特征在于，所述的顯示器基本如參考附圖所描述的。
全文摘要
所述為一種三維顯示系統(tǒng)。對(duì)顯示器內(nèi)的光源發(fā)射器進(jìn)行布置,使得顯示容積內(nèi)可以提供發(fā)光源的各向同性的分布陣列。顯示器加入一實(shí)心的光學(xué)透明支撐結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括一光源,且可以轉(zhuǎn)動(dòng)以形成一適當(dāng)形狀的顯示容積。顯示容積內(nèi)的該光源可以受到照明,這樣三維圖象在顯示容積內(nèi)形成。在一實(shí)施例中,光源分布在垂直于支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸的一些平面上,對(duì)應(yīng)任何單個(gè)平面來(lái)說(shuō),光源在對(duì)應(yīng)軌道上互相相對(duì)地定位,這樣當(dāng)沿旋轉(zhuǎn)軸觀察時(shí),光源形成一螺旋形。這些平面一個(gè)位于另一個(gè)之上,且相繼繞旋轉(zhuǎn)軸布置,這樣光源位于螺旋形表面上。光源可以是發(fā)光二極管或類似的光電器件。通過(guò)并行數(shù)據(jù)可以驅(qū)動(dòng)光源,當(dāng)串行/并行混合的程度可控,且根據(jù)顯示器與電子設(shè)備的匹配情況下,并行數(shù)據(jù)復(fù)用。適當(dāng)?shù)膽?yīng)用還包括醫(yī)學(xué)和類似成像,車(chē)輛控制和其他需要用特定圖象表示三維的應(yīng)用中。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1310836SQ99809004
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期1999年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月3日
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