[发明专利]宽视野投影显示器

说明书

本发明涉及的领域是三维显示器、头部安装的显示器和移动投影显示器，以及一种增加显示器视野的方法。

投影显示器通常包括一个光发射器的二维阵列和一个投影透镜。这个透镜在空间的某个平面上形成阵列的图象，并且如果这个形成图象的平面离投影透镜远，那么投影透镜的作用是使二维阵列上的任何象素发出的光准直。

如Travis，A.R.L的《自动立体成像三维显示器(Autostereoscopic3D Display)》(Applied Optics应用光学，29卷，29号，4341-4343页，1990年10月10日)所述，可以把大直径的投影显示器放置在一个液晶显示器或其他的空间调光器上，以将三维的图象同步。每次使光发射器的二维阵列的一个象素发光，并同时在液晶显示器上显示三维物体的一定视图，这样，如果从象素的经过投影透镜准直的光线的传播方向观察，仅可见到三维物体的视图。以比肉眼能够观测的闪烁更快的速度重复一视图序列，从而时分多路复用一个三维图象。而且，通过将一个点光源光发射器的二维阵列放置在投影透镜的聚焦平面，依序使每个点光源发光，并且在投影透镜顶上放置的液晶显示器上显示一定的全息图，所依序使得每个全息图相对于观察的不同的点成为可见的，这样基本上能够产生一个全息图的三维图象。

投影显示器的通常目标是，使得阵列的图象落在一个大的半透明的屏幕上，并且屏幕的观察者将见到一个在二维阵列上显示的图片的放大的图象。然而，越来越普遍的是，小的投影显示器被安装在观察者的头上，使得投影显示器向着观察者的眼睛，被投影透镜准直的光发射器的二维阵列上的单个象素的光随后由观察者的角膜在视网膜上聚焦，使得观察者可以看见常称为虚拟图象的一个看上去远距离的图象。

头部安装的显示器体积很大，使用者希望它们是扁平的。如Amitai，Y.，Reinhorn，S.，和Friesem，A.A.的《根据平面全息图光学的遮光显示设计(Visor-display design based on planar holographic optics)》(应用光学，34卷，8号，1352-1356页，1999年3月10日)所述的，使用一个包括弱全息图象的板形的波导管，能够使得一个头部安装的显示器成为扁平的。阴极射线管和另一个全息图象的光能够耦合进入波导管，这个光由弱全息图像从波导管衍射出去，其方向由在辐射光线的阴极射线管内的象素确定。

如上所述的由时分多路复用液晶显示的照明合成的三维图象，要求液晶显示器具有薄膜晶体管的快速开关阵列，而这些是昂贵的。Trayer和Orr(美国专利5600454)披露了一个装置，通过将一个全息图照像放置在一个现有的液晶显示器后避免了这个问题，液晶显示器将交替排列的光线引向左眼或右眼。但是，这个装置和上述的切换照明方式体积都很大，而使用者希望三维显示器是扁平的。

另一种方式，如WO98/15128所述，通过将一个投影显示器与一个屏幕结合能够构成一个扁平三维显示器，所述屏幕上，平行于屏蔽表面照射的光投射在屏幕上一组可选的图像单条扫描线沿屏幕上一组可选择的行之一上。在屏幕上一次选择一个行，同时投影显示器与屏幕平行地投射一行象素，使得它们在所选择的行上发射。在屏幕上的行系列的每个依次选择，使得时分多路复用在屏幕上的一个完全的图象时，在投影显示器上的同一象素行反复变化。仅使用投影显示器的一条行，所以光发射器的阵列仅需要一行高，并且如果发射的光准直在屏幕的平面中，那么投影透镜仅需要一或二毫米高，使得相结合的投影器和屏幕是扁平的。

用这个结构，如果光线从一个三维显示器发出，并引向平行于可选择行的屏幕表面，虽然光发射器的阵列仅是一个象素高，在屏幕上形成的图象是三维的。如上所述，这个三维显示器可以包括在投影透镜后的一个光发射器阵列，所述投影透镜在其前面设有一个液晶显示器，但是为了在一个显示器的行扫描周期内建立几个视图，液晶显示器的切换速度要等于视图的数目与显示的行数的乘积，而几乎没有液晶显示器开关这么快。

存在很多其他类型的自动立体和全息图三维显示构思，任何都可以用于扁平系统。参见A.R.L. Travis，Proc.IEEE 85卷，11号，1997年11月，1817-1832页，一个老的方式是特别令人感兴趣的，它包括一组设置在向场透镜的聚焦平面中的小视频投影器。设置每个投影器是为了在向场透镜的平面形成一个视图，就好象透镜是一个半透明的屏幕，但是与半透明的屏幕不同的是，向场透镜将光准直，使得图片仅仅从单一方向可见。其他的投影器形成的视图，对于其他的方向利用向场透镜可见，以致观察者见到一个自动立体三维图象。