产生 3D图像的系统 技术领域

本发明涉及显示技术领域， 尤其涉及一种产生 3D图像的系统。 背景技术

目前比较常见的 3D技术包括， 彩色立体三维、 偏振三维、 分时立体三维技术。

1、 彩色立体三维技术， 这种技术的原理比较简单。 由于它利用彩色进行画面滤 光， 画面的边缘部分可以明显看出色彩分离现象， 画质的效果很差， 因此目前该技术 主要应用于比较低廉的 3D显示玩具中。

2、 偏振三维投影技术， 该技术把 3D信号同时输出到两台投影机中， 分别显示不 同偏振态的左右眼图像， 观众利用一个偏振眼镜看水平和垂直方向上的 影像， 从而在 人眼中形成影像叠加， 实现 3D效果。 其大优势为： 偏光眼镜的成本也相对低廉， 最低 十元就能购买到。 其缺点是， 需要两台投影机， 成本增加， 另外需要对两台投影机的 位置进行准确调校， 并且不能随意移动， 因此后期维护比较麻烦。

3、 分时 3D投影， 分时 3D技术主要是通过采用帧序列的方式来产生立� ��图像。 立体图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生 ， 负责接收的 3D眼镜与左右帧图像进行 同步交替开关。 从而观看到立体影像。 其主要缺点是： 1 ) 需要有源开关眼镜， 成本髙， —付眼镜在美国售价髙达 150美元。 2 ) 基于液晶开关的眼镜损失了 50%的亮度。 发明内容

本发明的目的是： 提供一种产生 3D 图像的系统， 其成本低， 观众利用一个简单 便宜的偏振眼镜， 就可以实现 3D图像显示： 并且， 没有偏振光的损耗， 图像质量好。

本发明的技术方案是： 一种产生 3D 图像的系统， 它沿光路依次包含设置有显示 芯片， 显示芯片具有分别显示左右眼图像的左右两部 分区域、 可以分别对左右眼图像 的光施加不同偏转的， 并最终使得左右眼图像在投影屏幕或人眼中重 合在一起的偏转 元件： 它还包括有把左右眼图像以不同偏振态编码的 偏振态编码系统， 以及与偏转元 件配合的投影光学系统。

下面对上述技术方案进行进一步解释：

上述方案中给出了一种单色 3D图像显示的解决方案。为了实现彩色 3D图像显示， 可以利用众所周知的时序彩色或空间彩色的方 法。

1、 利用时序彩色方法时， 显示芯片需要在红绿蓝图像之间髙速切换， 在不同时 刻显示不同颜色的图像， 与此同时， 照明系统需要同步地产生和显示芯片相应的单 色 光。 人眼利用视觉暂留现象， 看到彩色 3D图像。

2、 利用空间彩色方法时， 需要三个显示芯片来分别显示红绿蓝的图像， 即显示 芯片包括红显示芯片、 绿显示芯片、 蓝显示芯片， 红显示芯片具有分别显示左右眼图 像的两部分区域， 绿显示芯片具有分别显示左右眼图像的两部分 区域， 蓝显示芯片具 有分别显示左右眼图像的两部分区域。 通过系统中的合色装置把红绿蓝的图像合成为 彩色图像， 与此同时， 系统中的偏转元件把左右眼图像合成为 3D图像。

3、 利用空间彩色方法时， 另外一种方法是： 单一显示芯片的每一个像素被分为 红绿蓝三个子像素， 分别显示用来显示红绿蓝的信息， 每一显示芯片的不同部分用来 显示左右眼的图像， 由于子像素间隔很小， 人眼不能分辨， 合成为一个彩色像素， 与 此同时， 系统中的偏转元件把左右眼图像合成为 3D图像。

在一种技术方案中， 显示芯片的左右两部分区域分别出射两个不同 偏振态的光。 对于使用液晶的显示芯片， 显示芯片的左右两部分可以放置不同方向的偏 振片和与之 相对应的检偏片。 对于微机械 MEMS显示芯片有两种方式实现出射不同偏振态� �光： 1 ) 显示芯片的左右两部分可以放置不同方向的偏 振片。 2 ) 在系统的光源部分， 可以有相 应的偏振分光机构， 把相应的偏振光照射到显示芯片的左右两部分 ， 这样偏振光的损 失会降到最小。

在另外一种技术方案中， 显示芯片的左右两部分区域出射的左右眼图像 具有相同 的偏振； 偏振转换器件位于显示芯片左右两部分区域出 射的光完全分开的位置上。 比 如， 在投影透镜中的某一个位置， 显示芯片左右两部分的光完全分开， 一个波带片放 置在光路中， 调制左右两部分的光的偏振方向， 使之不同。

以上两种技术方案的核心是最终投影在屏幕上 的左右眼图像具有不同偏振， 观众 佩戴一个偏振眼镜， 就可以使得左右眼分别看到左右眼的图像， 实现 3D图像显示。

本发明的产生 3D 图像的系统， 包括照明系统， 其照明系统的光源可以采用髙亮 度光源技术的任一种， 包括但并不限于髙亮度投影光源、 白炽灯、 弧光灯、 LED、 激光。

所述显示芯片可以采用现有微型显示器技术的 任一种， 包括但并不限于液晶芯片 LCD , 微机械 MEMS、 硅上液晶 LC0S 器件、 有机电致发光 （0LED )。 所述显示芯片可以 是反射式、透射式或是自发光式的。上述技术 方案中的显示芯片也可以由 LED或是 0LED 等自发光显芯片组成， 这样照明系统和显示芯片将合为一个整体。

本发明的显示芯片可以是单芯片， 也可以是由两片芯片相 5紧密排列构成的芯片 阵列。 该两片芯片分别显示左右眼的图像信息， 以替代在单个芯片上显示两个区域的 单芯片结构。 这是明显的等价结构， 因此， 以上所有的技术方案中都可以用两片芯片 相互紧密排列构成的芯片阵列代替单芯片作为 显示芯片。 由于本发明具有广泛的结构 形式， 这些等价结构并没有脱离本发明的范畴。

投影光学系统的设计使得左右眼图像的光线在 某个位置基本分开， 偏转元件放置 在此位置， 对左右眼的图像施加不同的偏转， 使得左右眼图像在屏幕上或人眼中重叠 在一起。 该偏转元件的一个实施例为两面不同角度的金 属反射镜， 它们的一边相接。 反射镜位于显示芯片左右两部分区域出射的光 完全分开的位置上。

所述产生 3D 图像的系统还包含一个电子图像处理系统， 所述电子图像处理系统 依次包括有输入数字或模拟视频 3D信号的单元、利用软件或硬件把左右眼的信� ��提取 出来的单元、 对左右眼图像进行预畸变以补偿光学系统畸变 的单元、 把左右眼的信号 分别送到显示屏的不同特定部分的单元。

所述产生 3D 图像的系统还包含一副与观众眼睛配合的左右 眼不同偏振的偏振眼 镜。

所述偏振态编码系统为设置在偏转元件处的使 偏转元件左右两部分区域的出射 光线具有不同偏振态的偏振转换器件。 本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、 仅有一个投影机， 成本低， 体积小， 调试方便；

2、 观众仅需要一个极其便宜的偏振眼镜；

3、 左右眼图像能够同时显示， 没有偏振光的损耗， 图像质量好。 附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描 述：

图 1为本发明的的结构示意图 （产生单色 3D图像）；

图 2为本发明的利用三个显示芯片产生彩色 3D图像的结构示意图；

图 3为本发明的电子图像处理系统的一个实施例� �处理功能框图：

图 4为本发明的另一个实施例， 基于反射式显示芯片：

图 5为在显示芯片处改变偏振态的结构示意图； 图 6为在反射镜处改变偏振态的结构示意图。

其中： 101 照明系统； 103 显示芯片左区域； 105 显示芯片右区域： 111 投影光 学系统第一透镜组： 118 投影光学系统第二透镜组： 113 反射镜： 117反射镜； 119 投 影屏幕； 201 照明系统入射光； 203红显示芯片左区域： 205 红显示芯片右区域： 211 绿显示芯片左区域； 213 绿显示芯片右区域： 209 蓝显示芯片左区域： 207 蓝显示芯 片右区域； 215 合光装置； 217 投影镜头系统； 219 显示屏幕： 401 照明系统入射光， 403 全反棱镜； 405 MEMS芯片； 407 MEMS芯片左区域； 409 MEMS芯片右区域； 411 投 影镜头； 413 显示屏幕； 501 显示芯片； 507 显示芯片左区域； 509 显示芯片右区域； 511 来自左眼图像的光线； 513 来自右眼图像的光线： 503 波带片； 601 来自左眼图 像的光线： 603 来自右眼图像的光线； 605反射镜； 607反射镜； 609 波带片： 611 出 射光线； 613 出射光线。 具体实施方式

实施例一：

如图 1所示， 本实施例是产生 3D图像的系统的一个单色通道。 照明系统 101 , 用 以照亮显示芯片。 在显示芯片上有显示芯片左区域 103和显示芯片右区域 105两个区 域， 同时显示两幅与左右眼相对应的图像， 该图像内容为一幅 3D图像的左右眼两个分 量， 不同眼的图像在不同的髙度， 髙度差为 d， 也就是 3D的信息在髙度上被编码。 从 显示芯片发出的光穿过有效焦距为 f 的投影光学系统第一透镜组 111 , 该透镜组包含 至少一个镜片。 显示芯片左区域 103和显示芯片右区域 105上面不同眼睛的间隔为 d。 在投影光学系统第一透镜组 111 的焦平面处， 不同眼睛的光以一个角度彼此分离， 这 两个图象将在角度上进行编码。 反射镜 113和反射镜 117为两面不同角度的金属反射 镜， 它们的一边相接。 投影光学系统第一透镜组 111 的设计使得显示芯片左区域 103 发出光线照射在反射镜 113上， 显示芯片右区域 105发出的光线照射在反射镜 117上， 二者基本分开， 没有交叠。 反射镜 113和反射镜 117的偏转角度不同， 对左右眼的图 像施加不同的偏转， 使得左右眼图像在屏幕上或人眼中重叠在一起 。

由于左右眼的图像在显示芯片左区域 103和显示芯片右区域 105处， 以及反射镜 113和反射镜 117处完全分开， 在这两个位置， 可以放置偏振调制元件， 比如波带片， 使得显示芯片左区域 103和显示芯片右区域 105发出的光具有不同的偏振。 观众佩戴 —副左右眼不同偏振的偏振眼镜就可以使得左 右眼分别看到各自的图像， 实现 3D图像 显 TS 。

对于上述实施例中的照明系统光源， 可从以下种类中选取其中之一： 白炽灯， 弧 光灯， LED 光源， 激光光源， 但并不限定于上述某种光源技术。 上述显示芯片 109 可 以为现有微型显示器技术的任一种，包括但并 不限于液晶芯片 LCD , 微机械 MEMS ( Micro Electromechanical System微机电系统）， 和硅上液晶 LC0S器件 （ Liguid Crystal on Silicon, 硅基液晶显示装置）。 上述实施例中的显示芯片可以是反射式、 透射式或自发光式的。 上 述实施例中的显示芯片也可以由 LED或是 0LED等自发光显芯片组成，这样照明系统和 显示芯片将合为一个整体。

上述实施例中的显示芯片可为由两片芯片相互 紧密排列构成的芯片阵列， 以替代 在单个芯片上显示两个区域的单芯片结构。 也就是说， 显片芯片可以是显示两个区域 的单芯片结构， 也可以是两个相互充分接近组成一平面的芯片 阵列， 每一芯片阵列各 显示一个眼睛的图像。 由于本发明具有广泛的结构形式， 这些等价结构并没有脱离本 发明的范畴。

上述技术方案给出了依据本发明构建的系统的 主要光学结构。 一个完整的 3D 显 示系统还包括电子驱动系统， 为了实现本发明， 电子驱动系统还包括一个图像处理系 统来完成图像处理功能。 该图像处理系统可以用软件来实现， 也可以配合硬件来实现。 图 3为本发明电子图像处理系统的的一个处理功� �框图的实施实例。输入视频 3D信号 为通行的数字或模拟视频信号， 其中包含了 3D的信号， 这一信号首先被存储在一个视 频寄存器中， 然后其中左右眼的信息被分离出来， 分离出来的图像可以按照预定的方 式进行预畸变处理， 预畸变的方式按照实际光学系统产生的畸变确 定。 然后左右眼的 信息被分别送到显示器的不同部分显示。 处理功能框图仅为一个实现此处理功能的实 例， 其它的处理顺序， 只要功能相同， 仍在本发明的范围以内。 实施例二：

实施例一给出了显示一种颜色的 3D图像显示方案。 为了显示彩色 3D , 可以采用 众所周知的时序彩色、 微型滤光片、 和三片式彩色的方法。

本实施例采用时序彩色方式来显示彩色 3D 图像。 即在实施例一的技术方案基础 上， 将其中的显示芯片以三倍速度显示， 在不同时刻分别显示红、 绿、 蓝的图像， 依 靠人眼的视觉暂留形成全彩色的 3D立体图像。 实施例三：

本实施例采用微型滤光片方式来显示彩色 3D 图像。 即在实施例一的技术方案基 础上， 将其中的显示芯片的每一个像素被分成三个红 绿蓝子像素， 每个子像素的间隔 恨小， 人眼不能分辨单个子像素， 形成彩色 3D图像。 实施例四：

如图 2所示， 本实施例采用了三片式彩色实现 3D显示的方案。 照明系统入射光 201 被分成红、 绿、 蓝三部分， 分别照射到三个显示芯片 （即红显示芯片左区域 203 和红显示芯片右区域 205、绿显示芯片左区域 21 1和绿显示芯片右区域 213、 蓝显示芯 片左区域 207和蓝显示芯片右区域 209 ) 上， 三个显示芯片分别显示红、 绿、 蓝的信 息。 每一个显示芯片左右两部分区域又按照实施例 一的方法分别显示左右眼图像， 通 过合光装置 215， 把红、 绿、 蓝的图像合成为一个彩色图像。 投影镜头 217可参照实 施例一的结构设计， 即包括投影光学系统第一透镜组 1 1 1、 投影光学系统第二透镜组 1 18、 反射镜 1 13、 反射镜 117等元件。 投影镜头 217把三个显示芯片的两部分在显示 屏幕 219上重叠在一起， 合成为一个 3D彩色图像。合光装置 215可以用多层镀膜的方 式实现， 其设计需要考虑到彩色和偏振两方面的要求。 实施例五：

图 4为本发明的另一种基于反射式显示芯片的实� �方案示意图。 反射式显示芯片 包括以 TI 的 DLP为代表的 MEMS和 LC0S。 以下以 DLP为例讲述本实施例， 釆用 LC0S 反射芯片的系统， 仍在本发明的范围以内。 照明系统入射光 401 经过全反棱镜 403 , 照射到 MEMS芯片 405上。 MEMS芯片 405上分为 MEMS芯片左区域 407 和 MEMS芯片右 区域 409分别显示左右眼的信息。 全反棱镜 403为 DLP系统中通常使用的全内反射棱 镜或反射镜， 投影镜头 41 1 可参照实施例一的结构设计， 即包括投影光学系统第一透 镜组 1 11、 投影光学系统第二透镜组 1 18、 反射镜 1 13、 反射镜 117等元件。 其中的偏 转反射镜分别偏转左右眼的光线， 使得左右眼图像在显示屏幕 413 上重合在一起。 观 众通过佩戴一副偏振眼镜， 看到 3D图像。 实施例六：

在上述所有实施例中， 左右眼的图像需要由不同偏振的光线产生， 这样观众佩戴 —副左右眼不同偏振的偏振眼镜就可以使得左 右眼分别看到各自的图像， 可以分别看 到左右眼图像， 产生立体视觉。 由于左右眼的图像只有在显示芯片处和反射镜 处完全 分开， 在这两个位置， 可以放置偏振调制元件， 比如波带片， 使得左右眼的图像有不 同的偏振状态。

如图 5所示， 给出一个在显示芯片处改变偏振态的实施例。 采用了液晶显示芯片 501 , 通过调节显示芯片左区域 507 和显示芯片右区域 509 两部分的偏振片方向， 使 得来自左眼图像的光线 511和来自右眼图像的光线 513具有不同偏振。 实施例七：

本实施例也是一个在显示芯片处改变偏振态的 实施例， 它和实施例六的区别在 于： 显示芯片采用和 DLP类似的 MEMS芯片， 它们本身没有偏振态的要求。 偏振光可以 在光源照明部分产生， 使得照射在显示芯片左区域和显示芯片右区域 的光线本身就具 有不同的偏振。 偏振态的改变也可以由一个波带片产生。 实施例八：

如图 6所示，给出一个在反射镜处改变偏振态的实� �例。来自左眼图像的光线 601 和来自右眼图像的光线 603具有相同的偏振态。 反射镜 607和反射镜 605和左右眼图 像相对应， 在反射镜 607上施加一个波带片 609 , 改变来自左眼图像的光线 601 的偏 振态， 使得出射光线 61 1和出射光线 613具有不同偏振态。 本发明的实施例主要为了说明系统光学部分的 主要功能性构成， 对于系统中光源 和显示芯片， 都有众所周知的不同实现技术和改进， 比如光源可以包括偏振光的重复 利用装置， 显示芯片的亮度改进， 这些不同技术只要采用了本发明的光学结构， 就仍 属于本发明的保护范围。 并且， 鉴于光学元件的集成性， 本发明的各组成结构单元包 括但不局限是物理上分离的。 应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还 可具有多种变换及改型的实施方案， 并不局限于上述实施方式的具体实施例。 上述实施例仅仅作为本发明的说明， 而不是 对本发明的限制。 本发明的实质是一种立体图像产生的方式， 并不限定于特定的显示 技术和光源技术。 改变显示技术和光源技术的组合， 仍在本发明的范围以内。 总之， 本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通 技术人员来说显而易见的变换或替代以 及改型。