[发明专利]可切换光学成像系统和相关3D/2D图像可切换装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年10月27日提交的美国临时申请No.60/863,204以及于2007年6月27日提交的美国发明申请11/769,672的优先权，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域

本发明涉及自动立体系统，以及更具体地说，涉及可切换光学成像系统和相关的3D/2D图像可切换装置(3D/2D显示器)，它们在许多方面具有高功能灵活性和对于多种不同应用的适应性。

背景技术

在现有技术中已知数种涉及可切换3D/2D显示器和显示装置的光学成像系统，包括(1)基于视差屏障的那些，诸如在美国专利申请US2005/0285997，US2006/0087499，US2006/0114415，US2006/0176557，US2007/0008619中所描述的那些，以及(2)基于微透镜/柱镜光栅式透镜的那些，诸如在美国专利5,500,765和6,069,650以及在美国专利申请US2006/0202910，US2007/0008617，US2007/0008620和PCT国际申请WO2007/003792中所描述的那些。

关于已知现有技术显示器和显示装置，在2D和3D操作模式间的切换通常通过光电元件或通过可移动光学构件来实现。在任一情况下，已知现有技术系统仅能在两种模式的每一个间切换，并不能在每一模式内改变操作特性。此外，关于使用可移动光学构件的显示器，通常仅在一个方向上实现光学构件的相对移动，因此，这样的系统具有有限的功能灵活性。

因此，仍然存在对于如下的技术上的需求：能在每种模式下改变操作特性以及在许多方面具有高功能灵活性和对于多种不同应用的适应性的新的光学成像系统以及相关3D/2D图像可切换装置和系统(3D/2D显示器)。本发明满足这些需求并提供进一步的相关优点。

发明内容

本发明的大体目的是提供在许多方面具有高功能灵活性以及对于多种不同应用的适应性的可切换光学成像系统和3D/2D图像可切换装置，由此解决许多与现有技术相关的问题。

简单地说，本发明基于生成定向光束，变换这些光束并在视场中投影变换后的光束，由此将视场分成一个或多个可调节观察区并在其中形成物体或场景的2维(2D)图像或3维(3D)图像的透视图。本发明在可切换光学成像系统和使用该系统的3D/2D图像可切换装置中实现。

本发明的主要思想包含改变变换后的光束的方向和调节变换后的光束的发散度的可能性，并通过如下来实现：在光学成像系统的结构中使用会聚微透镜(converging micro-lens)的矩阵以及位移机构，以及提供矩阵或多个矩阵在轴向和横向方向上相对于彼此的移动。矩阵或多个矩阵移动根据操作模式或所使用的它的改进以各种方式、方案执行，并提供光学成像系统和图像可切换装置对不同应用的适应性，以及在诸如如下的方面中它们的功能灵活性：切换操作模式或结合使用一些操作模式，在每个操作模式中改变工作参数和调节操作特性，等等。

在扫描操作模式中，以往复方式执行矩阵或多个矩阵水平移动，由此使得能够将视场划分成多个可调节观察区，以及在视场中与变换后的光束一致地扫描这些观察区。轴向上的矩阵或多个矩阵移动改变区的角大小和使得能够提供视场中相邻观察区的邻接。多个观察区意图用于(i)在3D操作模式中在其中投影特定3D图像的相应透视图，或(ii)在2D扫描操作模式中在其中投影相同的2D图像。能容易地调节如下的操作特性：视场中的角大小、方向和观察区的数量，视场本身的角大小和深度。通过改变观察区的数量，也可以调节3D图像的角度分辩率和深度。应注意到，增加角分辩率不会减小3D和2D扫描操作模式中的图像分辩率。在诸如广告的应用中优选具有透视图的广阔视野和高亮度，而在一些医疗应用中优选具有3D图像的高角分辩率。在这些应用中应该使用大量透视图。

实际上，3D操作模式中的观察区的数量仅受图像可切换装置的结构中的显示组件的帧频限制。显示组件的帧频(吞吐量)越高，则能够使用更多透视图以形成具有更高质量的3D图像。另一方面，显示组件的吞吐量越高，则通过增加观察区的数量能获得视场的更大角大小和更深的深度。在需要同时地为多于一个人提供相同视觉信息的那些应用中，宽和深的视场很重要。

在3D操作模式中当相邻观察区邻接时，提供观察透视图的更好条件(无暗空间或重叠)，改善了对于3D图像的视觉感知。此外，如果在光学成像系统中使用球面微透镜的矩阵并另外在垂直方向上布置它们的相对移动，则3D图像被感知为具有全视差。