[发明专利]用于3维显示的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像和/或视频信号三维(3D)显示的领域。尤其是， 本发明提供了一种适于和二维(2D)显示器一起使用的光学系统。另 外，本发明提供了一种3D显示设备和用于基于2D图像提供3D效果 的方法。

背景技术

在广播电视系统中，3D电视(3DTV)可能是继引入彩色电视之 后的下一次革命。在专业的应用中(医学/工业)，3D可视化已经 很普遍。在娱乐和移动通讯中，3D可视化即将引发商业关注。

一种3D显示器是自动立体感多视图显示器，例如在[C.van Berkel， “Image preparation for 3D-LCD”，Proc SPIE，第3639卷，84-91页，1999] 中描述的3D-LCD。该显示器为多个观察者提供了自由的3D观察， 而不需要特殊3D眼镜。它是由被某光学前端(optical front end)跟随 的标准2D矩阵显示器构成的。

这些显示器的严重问题是分辨率。光学前端在空间分辨率和角度 分辨率上分配2D矩阵显示器的原始空间分辨率。后者叫做‘视图的 数量’N_view。目前的显示器具有N_view～10，导致系数～10的空间分辨 率损失。

目前的研制通过可切换的显示器部分地解决了分辨率损失。可以 将光学前端导通或者关闭，产生具有降低了分辨率的3D成像，或者 具有全2D分辨率的2D成像。目前根据透镜的切换原理带来了附加 的性能损失，是因为和固定透镜相比可调节透镜较低的折射能量。

多视图(multi-view)显示器需要N_view～100以满足高质量深度和 观察角需求。这导致了严重的分辨率损失。

最后，目前的显示器仅仅提供了水平角度的分辨率。在通常的观 看条件中这是足够的。然而，在几种情况下，观看是有损失的。观看 者的垂直移动导致了3D图像的弹性。如果显示器旋转90°，例如对 于文件写入或者如果观看者转动他的头部(例如从长途汽车上观看 TV)，则3D效果将消失。增加的垂直角度分辨率导致了附加因素的 分辨率损失(总共例如N_view；x*N_view；y)。

WO2004/075526A2描述了一种自动立体显示设备，包括根据准 直光提供2D图像的2D显示阵列和设置在其前面的分束屏。分束屏 扫描图像，并连续地在出射角的范围中显示图像。使用用于寻址显示 阵列的像素的装置，通过扫描，在具有显示阵列上定时显示的图像， 可以实现图像的多视图自动立体显示。分束屏可以是相对于显示阵列 的像素布置的具有多个圆柱型透镜的双凸透镜屏，使得像素的准直光 进入到偏离轴的透镜，并且透镜的焦点是可以控制的。时间多路复用 需要具有非常高帧速的显示器，并且目前可使用的帧速限制了独立视 图的数量。

WO 03/081920A2描述了一种根据用于产生2D图像的2D显示器 的3D显示设备，在其前端设置有光学前端。光学前端包括校正板、 设置在其前面的第一菲涅耳(Fresnel)型透镜，设置在第一菲涅耳型 透镜前面的第二菲涅耳型透镜。然而，这种显示器将只能在定位在距 离菲涅耳光学器件的某个距离的图像平面提供聚焦图像。

发明内容

可以看出本发明的目的是提供一种光学系统，其可以用来向2D 图像提供深度尺寸，并可以从多个视角看见而不遭受分辨率损失或者 亮度损失。

在第一个方案中，本发明提供了适于向由基本准直的光表示的二 维图像增加光学深度信息的光学系统，该光学系统包括：

在二维图像的前面以第一距离布置的第一光学透镜阵列，以及

在二维图像的前面以第二距离布置的第二光学透镜阵列，第二距 离大于第一距离，其中响应光学深度信息，第一和第二光学透镜阵列 的光学透镜的光学特性是可调节的。

由准直光表示的二维图像包括多个像素，例如由2D显示矩阵提 供的。

根据第一个方案的光学系统可以用作布置在2D图像前面的光学 前端并向2D图像提供光学深度。光学系统可应用到能够产生由基本 准直的光表示的2D图像的2D显示器。这种显示器例如可以是以根 据液晶显示器(LCD)或者硅上液晶(LCOS)技术而定位在2D像素 矩阵后面的准直光源为基础的。