[發明專利]用于3維顯示的光學系統

無效

• 申請號: 200680040799.0
• 申請日: 2006-10-25
• 公開（公告）號: CN101300519A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: P·－A·雷德特
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;H04N13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龔海軍;譚祐祥

技術領域

本發明涉及圖像和/或視頻信號的三維(3D)顯示領域。特別的，本發明提供適于與傳統二維(2D)顯示器一起使用的光學系統。此外，本發明提供一種3D顯示設備和基于2D圖像提供3D效果的方法。

背景技術

在廣播電視系統中，3D電視(3DTV)可能是繼于彩色電視引入之后的下一場革命。在專業應用(醫學/工業)中，3D可視化已經很常見。在娛樂和移動通信中，3D可視化是未來商業的重心。

一種3D顯示器是自動立體多視點顯示器，比如在[C.van?Berkel的“Image?preparation?for?3D-LCD”，Proc?SPIE，Vol.3639，84-91頁，1999]中描述的3D-LCD。該顯示器為多個觀看者提供自由的3D觀看，而不需要特制的3D眼鏡。其由標準2D矩陣顯示器以及一些光學前端組成。

這些顯示器的一個嚴重問題是分辨率。光學前端將2D矩陣顯示器的原始空間分辨率分布在空間和角度分辨率上。后者被稱為“視點數量”N_views。當前的顯示器具有N_views～10，導致了空間分辨率損失因子～10。

當前的發展通過可切換顯示器部分地解決了分辨率損失的問題。光學前端可被切換為開或關，導致了具有降低分辨率的3D成像或者具有完全2D分辨率的2D成像。當前基于透鏡的切換原則導致附加性能損失，其是由于可調整透鏡相對于固定透鏡的較低折射能力造成的。

多視點顯示器需要N_views～100來滿足高質量的深度和視角需求。這導致了嚴重的分辨率損失。

最后，當前的顯示器僅提供水平角度分辨率。這在正常的觀看條件是足夠了。但是在一些情況下，觀看被削弱了。觀看者的垂直運動導致了3D圖像中的靈活性。如果顯示器例如對于文檔寫入被旋轉90°，或者如果觀看者旋轉他的頭(例如在躺椅上看電視)，3D效果會損失。附加垂直角度分辨率導致了附加因子的分辨率損失(整體上例如N^views：x*N_views：y)。

US6,014,259描述了一種具有生成多個像素的2D圖像以及插入在其前方用于對顯示器產生的圖像提供光學深度的顯示器的可替換3D顯示器。所述前端包括配置在顯示器前方的微透鏡陣列，其中陣列的每個微透鏡與一個像素對準，每個像素一個微透鏡。每個微透鏡的聚焦長度可響應于深度信息來調整，并且因此光學深度可應用到2D圖像。理論上這種顯示器可從很大的視角來觀看。然而實際上，所述的顯示器不能夠用傳統2D顯示器滿意地操作——結果是嚴重的可視偽像：圖像看起來模糊和重像，就像同時看見了多個稍微移位的副本。

發明內容

可見本發明的目的是提供一種能將光學深度信息附加到2D圖像例如可由傳統2D顯示器產生的方法和光學系統，并且沒有2D顯示器的空間分辨率損失。

本發明的第一方面提供了一種適于將光學深度信息附加到二維圖像的光學系統，該光學系統包括

-配置在二維圖像前方的光學透鏡陣列，其中光學透鏡的聚焦長度可響應于深度信息進行調整，

-配置在光學透鏡陣列前方的擋光板，其中擋光板的光學開口與光學透鏡陣列的光學透鏡對準。

根據第一方面的光學系統可用作配置在2D圖像前方并且為2D圖像提供光學深度的光學前端。光學系統可應用于所有2D圖像，例如打印的2D圖像或來自顯示器的2D圖像，顯示器比如為液晶顯示器(LCD)，等離子顯示器，硅基液晶(LCOS)顯示器，和陰極射線管(CRT)顯示器。

具有附加光學深度的2D圖像的空間分辨率由原始2D圖像的分辨率的最小值和光學前端的間距(即透鏡和擋光板的間距)來確定。典型地，對于來自例如LCD監視器的像素化的2D圖像，透鏡和擋光板的間距可選擇為等于或小于像素間距，從而不會惡化最終的空間分辨率。那么就因而保持了2D圖像的原始空間分辨率，而深度已經被附加到圖像。

顯而易見的是，光學系統生成的深度的特征在于有效的視點數量N_views，類似于現有的多視點顯示器。通過這種光學系統，不考慮N_views，沒有分辨率損失。水平和/或垂直角度分辨率都可相同地獲得。

通過光學透鏡的可調整聚焦長度可以理解光學透鏡的影響聚焦長度的任意可調整光學屬性。存在著這種通過對每個光學透鏡(例如，GRIN透鏡或者所謂流體聚焦透鏡)單獨施加電流而能夠調整聚焦長度的陣列。