[发明专利]自动立体显示器

说明书

本发明涉及在视频显示器上的三维(3D)视频图象的显示。术语“视频”被认为是能够在总体上提供一个运动图象的静止图象连续帧的显示。

大多数运动的显示，例如电视(视频)和电影，是二维的。对于许多应用来说，二维运动图象是足够的，因为观察者能够从图象的运动中获得立体信息。

在非运动(静止)的显示中，二维显示是最通用的而且造价非常低廉，例如通过照相复制、印刷、摄影制造。二维图象通过幅振(暗度和/或颜色)随图象中的位置变化的显示被提供。真实的三维静止显示能够通过例如使用照相底板的全息技术提供。其它3D效果能够通过一种被通称为自动立体成象的技术提供。

借助在全息照相中振幅或相位的变化，能够在全息底片中提供三维图象。观察者通过每一只眼睛从显示的不同位置(距离和角度)看到稍微不同的图象。在这两个显示类型之间的巨大差异是所需要信息量的不同，对三维图象的情况至少需要一个数量级的更多的数据。

全息图象已经使用液晶装置显示，但是具有视野非常窄的缺点，即立体效应只是在一个窄的角度范围内被观察。

运动视频显示是通过以足够高的速率显示静止图象帧形成的，其速率使得观察者不能察觉各个帧而是看到连贯的运动。为了显示具有运动的3D图象，需要的数据速率比容易和可便宜得到的数据速率高得多，特别是对于大的显示。

根据本发明的一个方面，上述的视角问题通过一个包括空间光调制器(SLM)的三维显示器被解决，在其中一个图案的重复序列由平行光照射，该平行光与全息照相同步通过一系列分散的方向反复地扫描。

在本说明书中被使用的术语″图案″意味着相位和/或振幅方面的二维变化，它能够包括全息照相、自动立体分布或待投影的图象。

根据本发明的三维视频显示器包括：

-其上能够显示数据图案的连续帧的屏幕；

-能够与连续帧的扫描同步地通过一系列分散的方向反复扫描的平行光源；

-能够使观看者观察到三维运动图象的装置。

该屏幕可以取液晶光阀或光学编址空间光调制器(OASLM)的形式。一种典型的OASLM包括一光敏材料层可操作用于改变与液晶材料的相邻层上的电压，并且从而当用平行光源扫描时改变其反射性能。例如光敏材料可以是非晶硅。另一方面，光敏层可以是光敏二极管的矩阵，二极管被照射能够发射电信号。

OASLM的可由：在其内面上带着列条状电极的前透射极板、紧邻的液晶层、例如被配置成象小岛状的分散斑的铝反射层、非晶硅层、和在其内面上带有行条状电极的后透射极板构成。

光敏层可被安排供接收视频图案用。

在一种实施方案中，视频图案作为一系列各自形成一个视野的空间分离图案被成象在光调制层上，用多个视野共同形成代表单一全息照相的一幅显示的帧。这种从多个较小的片段形成大的显示的技术可被用在另一实施方案中，以在单一光源照射时提供大区域的投影显示。它使小的快速编址的光调制器能在一幅完整的帧已被成像时被切换的动用较慢的光阀上形成合成显示。

扫描可以由激光光源阵列提供，该激光光源阵列可被设置在光学上安排于图象屏幕前的透镜的焦面或邻近该焦面处。各个激光器之间的角度可大约是光从全息照相发散出的最大角度。增加激光器的数量将改进在所观察显示器中的视角。

为了获得彩色显示，三个不同频率的激光器被使用。

视频图象可以来自在硅层上由铁电体液晶材料层形成的投影仪，硅层具有可分别寻址的象素x，y阵列并且能极快地多路编址。

投影仪可以通过一个光栅投影其图象，例如该光栅由两个垂直放置的透光和不透光线交替的线性光栅形成。

另一方面该投影仪可以是一个视频成像器并且使其输出对准光敏层。

待显示的视频图象可以按照传统方式获得并且被存储用于继续的显示。例如，对象可以被以不同角度放置在对象前面的多个摄像机成像，以按照时间顺序映射该对象。

理想地，在视频显示器上的图象应该如由全息照相所记录的三维图象，以致当观察者移近或远离显示器时视差方面的改变能被看到，而且因此观察者能够通过从不同视点并且通过使用双目视觉察看图象来测定深度。全息照相只是高分辩率的显示并且有可能在液晶显示器上显示视频全息照相。然而液晶层往往会有至少1.5μm厚，因此液晶上的像素势必不小于2或3μm，从而在液晶显示器上的全息照相的视野很少是多于几度的。而且，以这样的方式制作视频全息照相的显示器的分辨率与液晶显示器尺寸的比价是不经济的。