專利名稱：漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體顯示領(lǐng)域的新技術(shù)，更具體地是指一種漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的立體顯示技術(shù)就是通過人為的手段來制造人的左右眼的視差，在人眼的視覺暫留時間之內(nèi)，給左、右眼分別送去有視差的兩幅圖像，而大腦在獲取了左右眼看到的不同圖像之后，會誤以為是在觀察真實三維物體。從立體顯示技術(shù)的發(fā)展來看，所采取的手段，其基本原理都是大致相同的。一般而言，立體顯示的主要方式包括1、窺視技術(shù)；2、多眼觀察技術(shù)；3、縱深標(biāo)本化技術(shù)；4、戴眼鏡觀察技術(shù)；5、不戴眼睛觀察技術(shù)；6、全息照相技術(shù)；7、容積顯示技術(shù)。
下面主要就上述的戴眼睛和裸眼不帶眼睛這兩種方式進(jìn)行說明在戴眼睛的三維觀察技術(shù)中，早期所用的立體照片方式是在左右眼上分別戴紅(藍(lán))、藍(lán)(紅)鏡片，使紅(藍(lán))色的左眼像和藍(lán)(紅)色的右眼像同時或時分割觀看。直到現(xiàn)在，這種方式有時還應(yīng)用于立體電視的播放，但立體照片方式不能用于全色立體電影。后來的偏光眼鏡法立體電影則更進(jìn)步一些了。偏光眼鏡方式是用兩臺攝影機拍攝影片或兩臺攝像機攝像，再用兩臺放映機或兩臺VTR同步播放，在放映機或VTR前設(shè)置直線偏光或橢圓偏光濾光器，使左眼影像和右眼影像的偏光狀態(tài)分離，再在屏幕上合成投影。這種電影在放映時，左右畫面以偏振軸互為90°的偏振光放映在不會破壞偏振方向的金屬幕上，成為重疊的雙影，觀看時觀眾戴上偏振軸互為90°、并與放映畫面的偏振光相應(yīng)的偏光眼鏡，即可把雙影分開獲得立體效果。1968年伊凡·薩瑟蘭研制成功可以跟蹤人的頭部運動從而實時改變雙目顯示器上的幾何圖像的頭盔顯示器HMD(Head MountedDisplay)，這是一種并行式頭部配戴的頭盔式顯示裝置，對圖像源的要求也非常高，而且HMD比較笨重。時分割光柵眼鏡方式是使左眼和右眼的顯示像的偏光狀態(tài)在每一幀中交互切換進(jìn)行顯示，即利用所戴的時分割光柵眼鏡，對應(yīng)于左眼(右眼)的顯示像為明的狀態(tài)，而同時對應(yīng)于右眼(左眼)為暗的狀態(tài)，以此實現(xiàn)立體效果。它的開可以控制眼鏡鏡片全黑，關(guān)可以控制眼鏡鏡片為透明，通過電路對液晶眼鏡開、關(guān)的控制，使左、右眼畫面連續(xù)互相交替顯示在屏幕上，也可使左眼、右眼對應(yīng)的自然光畫像在電視播放中進(jìn)行每幀轉(zhuǎn)換顯示，同時佩戴明暗與顯示畫像同步的光柵眼鏡，例如液晶光柵眼鏡，也能實現(xiàn)立體效果。1990年富士通在大阪影視萬國博覽會上展示的球型頂直徑為24米的全天周屏幕彩色電影就屬于此類技術(shù)。
上述佩戴眼鏡的立體顯示方式，雖然能進(jìn)行三維立體顯示，但戴眼鏡會帶來諸多麻煩和不便，影響觀看。
利用視差原理的裸眼不戴眼鏡的三維立體顯示方式主要分為兩類空間分割多工式(Space Division Multiplexed)和時間分割多工式(Time Division Multiplexed)?？臻g分割多工式是將顯示屏間隔分割成針對左右眼的不同顯示區(qū)域，時間分割多工式是運用分光裝置將左右眼圖像分別依序傳送。例如視差立體圖像方式是在對應(yīng)左右眼的條紋狀畫面(L，R)前面，設(shè)置縱格子狀孔徑(視差光柵)，通過該孔徑對L，R畫面分離，進(jìn)行觀看。為克服孔徑的障目作用，根據(jù)人眼的分辨力，一般認(rèn)為格子間的距離等于或小于眼睛到顯示屏距離的1/3500即可使左眼和右眼的圖像分離，從而能看到立體圖像。時間分割多工式可以采用各類機械或電子分光設(shè)備將左右眼的圖像連續(xù)傳送，在制作上往往難度較大。
此外，還有與上述不戴眼睛的立體顯示技術(shù)原理相異，但同樣不需眼睛的立體顯示技術(shù)，如全息照相技術(shù)和容積顯示技術(shù)。全息照相技術(shù)利用光的波振面進(jìn)行立體顯示，它充分利用了來自物體無數(shù)個點的光振幅和相位信息，由干涉現(xiàn)象進(jìn)行記錄、再現(xiàn)。這種方法涉及到立體顯示的各種因素，如焦點調(diào)節(jié)、兩眼視差、運動視差等，理論上可獲得最為理想的三維立體圖像。全息照相用的記錄介質(zhì)或顯示板應(yīng)能逼真記錄或顯示非常高的空間頻率干涉條紋，因此對分辨率要求很高(每毫米數(shù)千條)。記錄材料多采用高分辨率銀鹽乳劑、重鉻酸鹽膠片、光敏聚合物等。但這些材料不能用于可反復(fù)寫入的顯示板，在這一方面目前尚無突破，故全息顯示技術(shù)在實時顯示方面還有較大困難，還不能用于動畫等三維影像顯示。全息照相可以通過直接記錄激光的干涉條紋實現(xiàn)，也可以利用從多個不同的觀察方向用普通照相機拍攝的平面照片作為原圖像，由這些原圖像合成為一張全息圖構(gòu)成立體像進(jìn)行顯示，這種方式就是全息立體照相術(shù)(Holographic Stereogram，HS)。容積顯示技術(shù)可以讓觀察者看到360度的全息圖像。如Actuality Systems公司開發(fā)成功的全球首款球形3D顯示器Volumetric 3D Display，該產(chǎn)品直徑為10英寸，像一個碩大的水晶球，可顯示1億個立體像素數(shù)，在360度的任何方向均可看到高分辨率的圖像，3DDisplay顯示器為自發(fā)光型，采用圓拱型聚碳酸酯顯示器，內(nèi)建高效能內(nèi)嵌式處理器和顯示軟件進(jìn)行控制。顯示器通過每秒投射數(shù)千張二維圖片，來呈現(xiàn)出一個光滑三維物體，但分辨率只有768×768，在高分辨率下目前只能夠顯示8種顏色(3bit色)，低分辨率下可顯示超過100種顏色。
目前裸眼立體顯示器相繼問世，但有許多缺點。日本SANYO公司推出的不需專用眼鏡的三維立體影像分割器是根據(jù)視差障礙(Parallax Barrier)原理，使影像交互排列先通過細(xì)長的縱列光柵后才由兩眼捕捉觀察，由于進(jìn)入左、右眼的縱向影像因視差障礙器被分開，造成左、右眼所捕捉的影像產(chǎn)生微小偏離，最后經(jīng)由視網(wǎng)膜當(dāng)作三維影像讀取。它的缺點是在兩眼視線相鄰處的影像會被左、右兩眼在無意識狀態(tài)下捕捉，形成逆視領(lǐng)域，因此，使用這種三維立體影像分割器的觀察者必須固定在一定的觀看位置，才能產(chǎn)生立體視覺效果。開發(fā)人員為了改善上述缺失開發(fā)出頭部檢測系統(tǒng)(Head Tracking System)，觀看者頭戴的這種檢測系統(tǒng)可隨時偵測觀視者的頭部位置所在，一旦產(chǎn)生逆視領(lǐng)域時顯示器會立即切換左右兩眼所讀取的影像，因而擴大了三維立體影像的可視范圍。然而在實際使用頭部檢測系統(tǒng)時，會發(fā)現(xiàn)影像顯示部位的各個菱形區(qū)域的界面非常狹窄，造成細(xì)微的重疊影像、失真(crosstalk)和縱紋(moire)等問題，并且眼睛極易酸痛疲勞。
美國DTI公司研制的一種15英寸立體顯示器可以同時顯示分別在四個視點拍攝的影像，根據(jù)觀看角度的不同，在這四個視點中只有來自最合適的視點的影像才能分別進(jìn)入左眼和右眼中。這樣，即使改變位置，也能看到與該位置相對應(yīng)的3D影像。由于該顯示器需要從四個視點拍攝的專用影像節(jié)目內(nèi)容，因此目前該產(chǎn)品用途還很有限。
日本東京大學(xué)研制的長視距立體成像技術(shù)是一種再現(xiàn)散射光的方法。光線照射到物體后，會產(chǎn)生散射光，而人類則通過多視點確認(rèn)散射光物體位置，并產(chǎn)生立體感。為了能夠順利再現(xiàn)散射光，研究人員使用具有微型凸透鏡的簡單光學(xué)系統(tǒng)，再現(xiàn)物體發(fā)出的散射光。但該技術(shù)的疊影和失真現(xiàn)象仍然很嚴(yán)重，而且液晶屏的光亮度很受影響。
日本夏普公司開發(fā)的液晶立體顯示技術(shù)采用了視差照明(Parallax Illumination)的開關(guān)液晶技術(shù)。針對左眼與右眼的兩幅影像以每秒60張的速度產(chǎn)生，分別被傳送到左右兩眼的像素區(qū)塊，奇數(shù)區(qū)塊代表左眼影像，偶數(shù)區(qū)塊則代表右眼。開關(guān)液晶會根據(jù)需要相應(yīng)照亮要顯示的區(qū)塊，使左眼只能看到左眼影像，右眼只會看到右眼影像，從而在大腦中形成一個縱深的立體世界。但實際觀看中該產(chǎn)品呈現(xiàn)給觀看者的立體縱深不足，分辨率較低，并且左右兩眼的交界視域模糊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即是克服現(xiàn)有產(chǎn)品中的不足和缺點，實現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品無法完成的三維立體效果，公開一種漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器。
本發(fā)明運用了自動立體顯示技術(shù)，不需要借助立體眼鏡，就能顯示出具有縱深感和懸浮立體效果的靜態(tài)和動態(tài)影像，主要用于精度要求高，整體感非常重要的領(lǐng)域。三維自動立體顯示技術(shù)與以往的佩戴立體眼鏡觀看立體影像的顯示方法不同，采用的是最新的裸眼觀看技術(shù)，即不用佩戴任何附屬物品，只要站在顯示器前，便可以看到立體圖像懸浮在屏幕之外，栩栩如生地出現(xiàn)在觀眾眼前。
下面對本發(fā)明自動立體顯示器系統(tǒng)的技術(shù)原理說明如下人類在觀看周圍世界時，不僅能看到物體的寬度和高度，而且能知道它們的深度，能判斷物體之間或觀看者與物體之間的距離。這種三維視覺特性產(chǎn)生的主要原因是人們通?？偸请p目同時觀看物體，而由于兩只眼睛視軸的間距(約65mm)，左眼和右眼在看一定距離的物體時，所接收到的視覺圖像是不同的，因而大腦通過眼球的運動、調(diào)整，綜合了這兩幅圖像的信息，產(chǎn)生立體感。由于兩眼的視角不同產(chǎn)生的視覺差異叫兩眼視差(Binocular Parallax)，因頭部移動導(dǎo)致視角位移而產(chǎn)生的視覺差異叫移動視差(MotionParallax)。這兩種視差都可以產(chǎn)生圖像觀看的立體感。理論分析可知，在沒有任何工具的情況下，人眼可看到立體物體的最遠(yuǎn)距離不超過1km。由經(jīng)驗得知，人的立體視覺還不是絕對靠視差，一只眼睛的人同樣能判斷物體深度和距離，他們主要是靠光線明暗、物體的相對尺寸、清晰程度、運動速度等來進(jìn)行判斷的，把眼球視線凝視于一點或一小區(qū)域后，利用眼睛上下左右轉(zhuǎn)動來對物體上下、左右、前后掃描觀察，以便使物體能在眼球運動、肌肉做功過程中，獲得多幅稍有差別的物體圖像信息，通過長期以來所積累的觀察事物的經(jīng)驗進(jìn)行判斷等就足可獲得立體感，從而識別出立體圖像的。由此可見，兩只眼睛觀察觀看同一物體的視覺信號，可以獲得立體感，而用一個眼睛對同一物體從兩個稍有差別的觀察點來獲得圖像信息，也能使人獲得立體感。人類的大腦能很巧妙地將兩眼細(xì)微的圖像差別融合，在大腦中產(chǎn)生出有空間感的立體的景物。要觀察到立體影像，物體投射到兩眼中的影像至少要有3～7度的視差。
本發(fā)明顯示器系統(tǒng)基于空間分割多工式的三維立體顯示原理，采用了寬屏幕液晶顯示屏，面板選用TFD(Thin Film Diode)主動矩陣的平板液晶屏。本發(fā)明在液晶屏前設(shè)置了一個從兩側(cè)到中心具有漸變斜度的微透鏡陣列板，用以將不同視差的圖像按特定角度傳遞給左右兩眼的視域。研制這項獨創(chuàng)的新型自動立體顯示技術(shù)的目的是為了解決目前的自動立體顯示技術(shù)中普遍存在的圖像景深度小，立體縱深感不強，分辨率低，以及左右視域交界出現(xiàn)暗影等問題。該系統(tǒng)除了能提供比常見的自動立體顯示器更具有較大立體縱深和較高分辨率的三維立體顯示效果，并且不需佩戴立體眼睛等輔助設(shè)備以外，還不會因為觀察者頭部位置的水平和垂直移動而導(dǎo)致圖像模糊和顯示暗影的出現(xiàn)。此外，由于該系統(tǒng)不對光源進(jìn)行視差偏振，顯示屏能夠維持光源的高亮度顯示。因此，本發(fā)明三維自動立體顯示器系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新性、性能優(yōu)越性和產(chǎn)品實用性都非常明顯。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于顯示器內(nèi)依序由帶狀條紋的立體成像光源(a)、Fresnel透鏡或柱面透鏡陣列(b)、水平視差柵欄板(c)、TFD主動矩陣平板液晶寬屏(d)、漸變斜度微透鏡陣列板(e)、和垂直光擴散板(f)組成，其中光擴散板在顯示器的最外端，即靠近觀察者(g)的一端，觀察者的左眼視域以(L)表示，右眼視域以(R)表示，(a)與(b)是相連結(jié)構(gòu)，(c)與(d)和(e)也是相連結(jié)構(gòu)，(b)與(c)的間隔距離、(e)與(f)的間隔距離分別為(b)透鏡和(e)透鏡的焦距，以滿足透射光的要求。
本發(fā)明三維自動立體顯示器系統(tǒng)的整個組成結(jié)構(gòu)包括1、立體成像光源；2、由Fresnel透鏡或柱面透鏡陣列(Lenticular Lens Array)組成的成像裝置；3、水平視差柵欄板；4、TFD(Thin Film Diode)主動矩陣平板液晶寬屏；5、漸變斜度微透鏡陣列板；6、垂直方向光擴散板等；本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)設(shè)置如下●基礎(chǔ)屏幕板TFD主動矩陣平板液晶寬屏；●顯示屏幕尺寸23″；●分辨率1920×1200；●立體對比度0.8BM；
●觀看距離50cm以上；●視角左45°、右45°、上20°、下35°；●刷新率60Hz；●顏色16.7百萬顏色；●亮度250cd/m2；●對比度600∶1；●響應(yīng)時間6ms；●電源3.3V；●功耗6W；●輸入DVI(數(shù)字)；●通用圖形控制器接口；●符合高寬帶數(shù)字內(nèi)容保護(hù)協(xié)議(HDCP)要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明自動立體顯示器系統(tǒng)克服了大多數(shù)立體顯示產(chǎn)品所存在的多重疊影、影像失真和暗影條紋的缺點，同時在保證了高分辨率和高光亮度的情況下，給用戶提供了縱深(景深)感突出，三維立體效果強烈的立體影像和更寬闊的顯示視域范圍。
本發(fā)明的有益效果是給顯示技術(shù)帶來了革命性的發(fā)展，它的技術(shù)優(yōu)點主要體現(xiàn)在1、普通顯示器所顯示的三維影像還只是在平面上的透視顯示，三維自動立體顯示的三維影像則以接近于真實物體的方式浮現(xiàn)在觀察者面前，在觀察者的視域里它已經(jīng)突破了顯示屏幕的邊界；2、不需要借助其他設(shè)備比如立體眼鏡等，就可以觀看到令人震撼的立體效果，這對于一些特定場合的顯示應(yīng)用來說是極其重要的。并且免除了戴立體眼鏡的麻煩和成本；3、與二維的圖像相比，給用戶更多的信息，更自然和更愉悅的觀看方式；4、通過虛擬的立體成像，幫助用戶進(jìn)行直觀的和全局的觀察和規(guī)劃，減少風(fēng)險和成本；5、適應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的PC機，通用性好。
四

附圖觀看本發(fā)明立體顯示器的示意圖。
五具體實施例方式根據(jù)附圖，本發(fā)明立體顯示器內(nèi)依序由帶狀條紋的立體成像光源(a)、Fresnel透鏡或柱面透鏡陣列(b)、水平視差柵欄板(c)、TFD主動矩陣平板液晶寬屏(d)、漸變斜度微透鏡陣列板(e)、和垂直光擴散板(f)組成，其中光擴散板在顯示器的最外端，即靠近觀察者(g)的一端，觀察者的左眼視域以(L)表示，右眼視域以(R)表示，(a)與(b)是相連結(jié)構(gòu)，(c)與(d)和(e)也是相連結(jié)構(gòu)，(b)與(c)的間隔距離、(e)與(f)的間隔距離分別為(b)透鏡和(e)透鏡的焦距，以滿足透射光的要求。
該系統(tǒng)的光源由發(fā)光二級管(LED)陣列與液晶顯示器(LCD)背光組成。光源可以跟隨觀察者頭部的位置變換而迅速變動發(fā)光部位?？拷庠吹腇resnel透鏡或柱面透鏡陣列與光源的位置是與透鏡本身的焦距有關(guān)的，起著引導(dǎo)光線的作用。組成該系統(tǒng)的立體成像光源所發(fā)出的光應(yīng)能覆蓋整個透鏡和液晶面板的面積，當(dāng)光源發(fā)出的光通過透鏡后，在水平視差柵欄板的作用下，到達(dá)主動矩陣液晶面板，配合專有技術(shù)顯示驅(qū)動，液晶面板所顯示的影像即由左右眼視差水平交錯而成，液晶屏的光線中包括了右眼視差影像和左眼視差影像。而漸變斜度微透鏡陣列板則起到分離光線的作用，能將右眼視差影像和左眼視差影像分離開來，使其分別進(jìn)入觀察者的右眼視域(R)和左眼視域(L)。由于左右兩眼分別看到了兩種不同視角的視差影像，觀察者就看到了具有縱深感的立體影像。同時，水平視差柵欄板可以起到減少暗影、適應(yīng)觀察者頭部變動的效果。并且即使觀察者頭部移動，也不會出現(xiàn)暗影。
漸變斜度微透鏡陣列板由細(xì)微的凸透鏡組排列而成。在透鏡陣列板的左右兩側(cè)邊緣處的微透鏡的透射斜度與位于中心部位的微透鏡的透射角度略微不同，形成由兩側(cè)向中部逐漸過渡的漸變透射斜度，配合液晶面板發(fā)出的左右視差光線和光擴散板，就可以觀看到立體影像。根據(jù)試驗結(jié)果，當(dāng)人眼觀看立體影像時，一方面，左右視差會決定立體圖像的顯現(xiàn)，另一方面，視場對雙眼的環(huán)繞程度也會影響立體圖像的呈現(xiàn)。這是很多虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)采用環(huán)繞觀看者的多面墻來投射立體影像的原因之一。通過漸變斜度微透鏡陣列在液晶寬屏面板上從兩側(cè)向中心部位以漸變斜度透射的視差影像，觀看者就可以有一個景深大、立體縱深感強的圖像。
該系統(tǒng)中的漸變斜度微透鏡陣列板的構(gòu)造如下將所有細(xì)小的微透鏡在水平線上排列成行，對應(yīng)于液晶屏的像素行，構(gòu)成水平陣列。每行微透鏡陣列的行高應(yīng)該等于液晶屏像素的高度，寬度應(yīng)該容納RGB三個顯示像素的寬度。然后對奇數(shù)行和偶數(shù)行的顯示視角做區(qū)分。例如，規(guī)定所有奇數(shù)行的微透鏡陣列透射的光線指向右眼，所有偶數(shù)行的微透鏡陣列透射的光線指向左眼，這樣，就有了奇數(shù)行微透鏡陣列和偶數(shù)行微透鏡陣列的區(qū)分，同時也有了右眼視差影像和左眼視差影像的區(qū)分。在傾斜方式上，奇數(shù)行微透鏡陣列與偶數(shù)行微透鏡陣列的透射斜度相反，成交叉結(jié)構(gòu)，例如，所有奇數(shù)行的微透鏡陣列的透射斜度從液晶寬屏的左側(cè)起向中部和右側(cè)漸變傾斜，而所有偶數(shù)行的微透鏡陣列的投射斜度從液晶寬屏的右側(cè)起向中部和左側(cè)漸變傾斜。
如果沒有微透鏡陣列板的存在，光源所發(fā)出的光在透鏡和液晶屏的作用下會在觀察者的位置形成一個形狀相同，大小成一定比例的光亮區(qū)，觀察者只有在該光亮區(qū)才能看見液晶面板所顯示的影像。在液晶面板前加上漸變斜度微透鏡陣列板后，通過向右傾斜的微透鏡陣列的光，會被各個微透鏡面引導(dǎo)而向右偏轉(zhuǎn)，通過向左傾斜的微透鏡陣列的光會被各個微透鏡面引導(dǎo)而向左偏轉(zhuǎn)，兩者分別形成各自的光亮區(qū)。按照一定比例調(diào)整好光源所發(fā)光線的寬度，以及微透鏡面的透射斜率，就可以使兩個光亮區(qū)的邊緣互相銜接，并且其中心點的距離大致等于人的雙眼的間距(65mm)。那么，當(dāng)觀察者的左右兩眼分別位于這兩個光亮區(qū)時，右眼就只能看見液晶面板奇數(shù)行像素的影像，左眼只能看見液晶面板偶數(shù)行像素的影像。只要液晶面板的奇數(shù)行像素所顯示的是右眼視差影像，偶數(shù)行所顯示的是左眼視差影像，觀察者就可以看到立體影像了。上述漸變斜度微透鏡陣列板中不同透射方向的微透鏡陣列是按水平方向交錯設(shè)置，因此即使觀察者的頭部左右移動，兩眼的視域仍然會看到相應(yīng)的左右眼視差影像，不會因為左右兩眼漏光而導(dǎo)致暗影的產(chǎn)生。例如，當(dāng)頭部左移或右移時，如果右眼視差影像的光線偏離到觀察者的左眼視域中，而左眼視差影像的光線偏離到觀察者的右眼視域中，則會導(dǎo)致暗影的產(chǎn)生，影響立體效果的觀看。
此外，為配合漸變斜度微透鏡陣列在水平方向上的排列方式，設(shè)計中，光源的垂直高度不能過高，這個高度應(yīng)該比較狹窄，并且參照觀察者與液晶面板的距離，以及液晶像素的高度而有所不同，這樣進(jìn)一步避免了兩眼影像相互漏光的問題。當(dāng)光源的垂直高度變窄后，光源的發(fā)光區(qū)在觀察者位置所呈現(xiàn)的視域的垂直高度也會相應(yīng)變窄，那么，如果觀察者因頭部上下移動位置或者因觀察者的不同身高，就會影響立體影像的觀看。因此，在微透鏡陣列板與觀察者之間，增加了由沿垂直方向的柱面透鏡陣列組成的光擴散板，以適應(yīng)觀察者頭部在垂直方向的變化，減少垂直方向移動所受的限制。
為了使三維自動立體顯示器的厚度達(dá)到較薄的要求，成像裝置可以采納柱面透鏡組成的陣列。由于柱面透鏡陣列中的每一個細(xì)小的透鏡的焦距在0.5mm-1mm，比單一透鏡小很多，因此可以大大縮小成像光源與液晶面板的距離，而形成薄型的三維自動立體顯示器。
在應(yīng)用中，用戶會需要在同一個顯示器上包納二維和三維顯像的功能。只要控制光源的亮度，就可以達(dá)到既可以觀看2D的影像，又可以觀看3D的影像的目的。在觀看三維影像時，控制光源使其按帶狀條紋發(fā)光，就得到了立體的效果；在觀看二維影像時，使光源全部發(fā)亮，就得到了平面的效果。所以只需要簡單的切換就可以在二維和三維影像之間變換。
最后，由于該系統(tǒng)不需要對光源進(jìn)行偏振以產(chǎn)生左右視差影像，顯示屏能夠維持高亮度的顯示。這樣，保證了得到高分辨率和高亮度的三維自動立體顯示。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明自動立體顯示器系統(tǒng)克服了大多數(shù)立體顯示產(chǎn)品所存在的多重疊影、影像失真和暗影條紋的缺點，同時在保證了高分辨率和高光亮度的情況下，給用戶提供了縱深(景深)感突出，三維立體效果強烈的立體影像和更寬闊的顯示視域范圍。
本發(fā)明給顯示技術(shù)帶來了革命性的發(fā)展，其三維影像以接近于真實物體的方式浮現(xiàn)在觀察者面前，在觀察者的視域里它已經(jīng)突破了顯示屏幕的邊界；不需要借助其他設(shè)備比如立體眼鏡等，就可以觀看到令人震撼的立體效果，與二維的圖像相比，給用戶更多的信息，更自然和更愉悅的觀看方式；通過虛擬的立體成像，幫助用戶進(jìn)行直觀的和全局的觀察和規(guī)劃，減少風(fēng)險和成本；適應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的PC機，通用性好。
權(quán)利要求
1.一種漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于顯示器內(nèi)依序由帶狀條紋的立體成像光源(a)、Fresnel透鏡或柱面透鏡陣列(b)、水平視差柵欄板(c)、TFD主動矩陣平板液晶寬屏(d)、漸變斜度微透鏡陣列板(e)、和垂直光擴散板(f)組成，其中光擴散板在顯示器的最外端，即靠近觀察者(g)的一端，觀察者的左眼視域以(L)表示，右眼視域以(R)表示，(a)與(b)是相連結(jié)構(gòu)，(c)與(d)和(e)也是相連結(jié)構(gòu)，(b)與(c)的間隔距離、(e)與(f)的間隔距離分別為(b)透鏡和(e)透鏡的焦距，以滿足透射光的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于所述的漸變斜度微透鏡陳列板的構(gòu)造如下將所有細(xì)小的微透鏡在水平線上排列成行，對應(yīng)于液晶屏的像素行，構(gòu)成水平陣列，每行微透鏡陣列的行高應(yīng)該等于液晶屏像素的高度，寬度應(yīng)該容納RGB三個顯示像素的寬度，然后對奇數(shù)行和偶數(shù)行的顯示視角做區(qū)分，例如，規(guī)定所有奇數(shù)行的微透鏡陣列透射的光線指向右眼，所有偶數(shù)行的微透鏡陣列透射的光線指向左眼，這樣，就有了奇數(shù)行微透鏡陣列和偶數(shù)行微透鏡陣列的區(qū)分，同時也有了右眼視差影像和左眼視差影像的區(qū)分，在傾斜方式上，奇數(shù)行微透鏡陣列與偶數(shù)行微透鏡陣列的透射斜度相反，成交叉結(jié)構(gòu)，例如，所有奇數(shù)行的微透鏡陣列的透射斜度從液晶寬屏的左側(cè)起向中部和右側(cè)漸變傾斜，而所有偶數(shù)行的微透鏡陣列的投射斜度從液晶寬屏的右側(cè)起向中部和左側(cè)漸變傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于漸變斜度微透鏡陳列板中不同透射方向的微透鏡陣列是按水平方向交錯設(shè)置，因此即使觀察者的頭部左右移動，兩眼的視域仍然會看到相應(yīng)的左右眼視差影像，不會因為左右兩眼漏光而導(dǎo)致暗影的產(chǎn)生，為配合漸變斜度微透鏡陣列在水平方向上的排列方式，光源的垂直高度不能過高，這個高度應(yīng)該比較狹窄，當(dāng)光源的垂直高度變窄后，光源的發(fā)光區(qū)在觀察者位置所呈現(xiàn)的視域的垂直高度也會相應(yīng)變窄，在微透鏡陣列板與觀察者之間，增加了由沿垂直方向的柱面透鏡陣列組成的光擴散板，以適應(yīng)觀察者頭部在垂直方向的變化，減少垂直方向移動所受的限制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于柱面透鏡陣列中每個細(xì)小的透鏡焦距為0.5mm-1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于只要控制光源的亮度，就可以達(dá)到既可以觀看2D的影像，又可以觀看3D的影像的目的，在觀看三維影像時，控制光源使其按帶狀條紋發(fā)光，就得到了立體的效果；在觀看二維影像時，使光源全部發(fā)亮，就得到了平面的效果。
全文摘要
本發(fā)明為一種漸變斜度微透鏡陣列視差寬屏自動立體顯示器，其特征在于顯示器內(nèi)依序由帶狀條紋的立體成像光源(a)、Fresnel透鏡或柱面透鏡陣列(b)、水平視差柵欄板(c)、TFD主動矩陣平板液晶寬屏(d)、漸變斜度微透鏡陣列板(e)、和垂直光擴散板(f)組成，其中光擴散板在顯示器的最外端，即靠近觀察者(g)的一端，觀察者的左眼視域以(L)表示，右眼視域以(R)表示，(a)與(b)是相連結(jié)構(gòu)，(c)與(d)和(e)也是相連結(jié)構(gòu)，(b)與(c)的間隔距離、(e)與(f)的間隔距離分別為(b)透鏡和(e)透鏡的焦距，以滿足透射光的要求。本發(fā)明自動立體顯示器系統(tǒng)克服了大多數(shù)立體顯示產(chǎn)品所存在的多重疊影、影像失真和暗影條紋的缺點，給顯示技術(shù)帶來了革命性的發(fā)展，其三維影像以接近于真實物體的方式浮現(xiàn)在觀察者面前；不需要借助其他設(shè)備就可以觀看到令人震撼的立體效果；適應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的PC機，通用性好。
文檔編號G09F9/35GK1737638SQ200510029340
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者鄧冰 申請人:上海大數(shù)智能系統(tǒng)有限公司