具有寬視角的實像顯示裝置的製作方法

2023-06-06 05:10:06 5

專利名稱：具有寬視角的實像顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像顯示裝置，更具體而言，涉及一種使用菲涅爾透鏡而具有寬 視角的真實感圖像顯示裝置。
背景技術：
通常，三維圖像顯示指的是一種將深度信息添加到二維圖像中，使用該深度信息 使觀察者感到三維的生動性和真實感的技術。三維圖象顯示技術應用在各種部門中，尤其 應用在教育、衛生、軍事、特殊目的機構等部門中。在現有技術中，根據上述此種技術，在各 種方式和方法上，已經提出了一般三維圖像顯示裝置的幾種類型。截至到目前，大部分這些 三維圖像顯示裝置應用的是人類雙眼視差的原理。由於呈現在人們左眼和右眼中的圖像之 間存在有一些輕微差異，由左眼和右眼引起的視差感知就給人一種三維的感覺，因此，可以 獲得一種凸起的感覺。現有技術的通常方式主要是通過使用或者不使用眼鏡來分離左右圖像。在色差 式、偏振光眼鏡式和液晶快門式中使用眼鏡，而在光柵片式、視差柵欄式和光學平板式中不 使用眼鏡。在上述這些技術中，偏振光眼鏡式是最早的和最穩定的三維圖像顯示方式，其在 3D電影和3D顯示器等中應用最為廣泛。然而，這種方法最大的缺點在於需要使用3D圖像 專用偏振光眼鏡。因此，戴上該專用偏振光眼鏡就會增加眼睛的疲勞。在現有技術不使用眼鏡的方式中，光柵片式和視差柵欄式形成的圖像亮度和分辨 率都低，並且需要為觀看者固定一個觀測位置，因此，在觀看一段較長的時間後，這兩種方 式都會使觀看者產生頭痛和眩暈感。也有一些全三維顯示方式，包括全息3D顯示方式和立體3D顯示方式。雖然這些 方式可以在空間中自由地形成3D圖像，但是，這些方式需要一些昂貴的雷射部件和精密光 學部件，用以顯示甚至靜止的圖像，並不能夠形成實時的3D圖像。有人提出一些不用眼鏡的方式來解決上述這些問題，其利用反射鏡、傳統光學透 鏡和凹透鏡等，以較低的成本形成實時3D圖像。然而，大部分這些方法由於使用了凹透鏡 等而都會使圖像遭受變形失真，並且，如果使用大型裝置，這些方式需要較高的生產成本。 尤其是當為了得到在大型顯示設備的3D圖像而使用大型裝置時，就需要設置非常大的空 間寬度，因此，這妨礙了這些方法的實用性和適用性。除了使用凹面鏡和反射鏡的這些方法外，長期以來，也有人提出了一些以各種方 式使用菲涅爾透鏡的方法。已經公開的技術有，可以使用兩個菲涅爾透鏡產生3D圖像效 果，也可以使用一個或者多個菲涅爾透鏡和反射鏡來形成具有3D圖像效果的3D圖像。然 而，這些技術的缺點是由於對每次重現的目標內容物有限制而使可用部分的顯示比例較 低。為了得到大型顯示設備的3D圖像，需要設置兩塊或兩塊以上的大型透射式反射鏡和大 型顯示設備像源。因此，形成非常大的空間寬度就不可避免使生產成本變高。特別地，為了得到大型顯示設備的3D圖像，在液晶投影機中使用兩個菲涅爾透鏡，由該液晶投影機擴大寬視角，可以得到具有這樣寬視角的3D圖像。在這裡所產生的3D 圖像，在與中心成10度到20度範圍內的視角內可能不會出現圖像變形失真，但是，在超出 這個範圍的視角內可能會出現嚴重的圖像變形失真。即，存在的問題是會發生這樣的圖像 變形失真，其中，在屏幕中心處具有相同深度感的3D圖像在臨界視角的左右側上朝向屏幕 的反面變小。根據現有技術來實現3D圖像的問題是由於在除了與屏幕中心成10度到20度角 的部位以外，在屏幕的剩餘部位上會出現嚴重的圖像變形失真，因此，有可能看不到完整的 3D圖像。而且，由於存在的各種問題，生成大型顯示設備的3D圖像的各種應用可能會受到 限制，因此，可能難以高效地生成3D圖像。由於除顯示設備中心處外，在其剩餘部位上圖像 變形失真，使用三個菲涅爾透鏡的3D成像技術在再現性和適用性方面也可能受到限制。使 用一個菲涅爾透鏡和一個反射鏡技術的優點與使用兩個菲涅爾透鏡的優點相同。為了得到 大型顯示設備的3D圖像，當使用大型設備時，需要使上下側和前後側空間的寬度相當大， 以便與該3D圖像顯示設備的大小成比例。並且，由於使用反射鏡，3D圖像的投影距離會變 短，因而深度感會降低。下面，參照附圖1來說明根據現有技術的使用平面菲涅爾透鏡的3D成像的原理和 存在的一些問題。圖1表示根據現有技術的3D成像方法。平面菲涅爾透鏡的焦距f恆定，由第一菲 涅爾透鏡115和第二菲涅爾透鏡120構成，其中，第一菲涅爾透鏡115使輸入圖像光源入射 進來，第二菲涅爾透鏡120用於投射3D圖像。在與第二菲涅爾透鏡120相隔d3的位置處 形成3D圖像，其中，根據從像源供給部110的中心到第一菲涅爾透鏡115的距離dl與從第 一菲涅爾透鏡115到第二菲涅爾透鏡120的距離d2的不同，該3D圖像相對於輸入像源以 放大和縮小的形式具有不同的深度感。如圖1所示，通過在與像源供給部距離為dl處的某一位置組合第一菲涅爾透鏡 115和第二菲涅爾透鏡120，3D圖像就可以形成d3位置處上方的空間中，觀看者從某一區域 θ 1可以觀測到該3D圖像。其中，從第一菲涅爾透鏡115到第二菲涅爾透鏡120的距離d2 保持在一定範圍內，在該範圍內，圖像不會發生變形失真和像差現象。當將焦距為fl的第一菲涅爾透鏡115和焦距為f2的第二菲涅爾透鏡120在某一距離內設置成一排時，則該兩個菲涅爾透鏡115和120可以形成焦距f3127。在這裡，f3是 由這兩個菲涅爾透鏡所形成的焦距。當使用兩個菲涅爾透鏡115和120投射二維像源時， 其上形成有圖像的焦平面125可以形成為從兩個菲涅爾透鏡115和120的焦距127處向內 凹入的球形。同時，在從觀看者的角度進行觀測時，人眼就可以在具有某一孔徑並通過由兩 個菲涅爾透鏡115和120所形成的焦距127的觀測角θ 1的範圍內看到該3D圖像的輸出 部分。在該範圍內，觀看者可以看到與形成在輸出圖像焦平面125上的圖像相同的圖像。 在這裡，所產生的3D圖像看起來好像漂浮在空中。下面將詳細說明其原理。在圖1中，從 像源供給部110所投射的二維圖像可以向第一菲涅爾透鏡115進行投射。第一菲涅爾透鏡 115和第二菲涅爾透鏡120結合起來，像單個透鏡一樣地發揮作用。輸出圖像焦平面125位 於兩個菲涅爾透鏡115和120的焦距127的範圍內。參看圖1，只要使從像源供給部110投 射在屏幕上的圖像與第一菲涅爾透鏡115保持某一距離dl，就可以在輸出圖像焦平面125 上得到所需的3D圖像。並且，3D圖像可以形成在根據第一菲涅爾透鏡115和第二菲涅爾透鏡120的凹槽方向的設置方式不同而具有不同形式的輸出圖像焦平面125上。這是由於根 據從菲涅爾透鏡凹面的入射角的不同，光線的折射角也不同。存在的問題是，與第二菲涅爾 透鏡120的整個顯示區域相比，形成為球形的輸出圖像焦平面125僅形成在中心部的大約 1/4區域上，並且，從輸出圖像焦平面125的中心到邊緣3D圖像逐漸變小，同時產生圖像的 變形失真。球形輸出圖像焦平面125在使第一菲涅爾透鏡115和第二菲涅爾透鏡120的凹 槽面對面的情況下而形成，其可以形成在具有圓形邊界平面225 (在圖2中)的3D像源的 屏幕210(在圖2中)上。因而，與屏幕210(在圖2中)的整個大小相比，所形成的3D圖 像可形成在位於屏幕中心的圓形邊界平面225內。屏幕210作為襯託3D圖像的背景，顯示 區域與其整個尺寸相比只可以為比較小的一部分，因此，在形成3D圖像時，總的來說，深度 感可能會降低。並且，在與屏幕左右側相隔某一距離位置處進行觀看時，由於3D圖像的表 面 為球形而會出現圖像變形失真現象。圖2表示根據現有技術的3D圖像源和觀測角的形式。根據圖2，當使用平面菲涅爾透鏡形成3D圖像時，在屏幕上可以形成圓形邊界平 面225。其中，觀看者只能夠看到在該圓形邊界平面225內的3D圖像。圖2中，在觀看者240a、240b和240c中，位於中間部位的240a可以感覺到具有一 定深度感的3D圖像。然而，觀看者240b和240c看到的圖像230b和230c變形失真，並且 看上去比由觀看者240a所看到的圖像230a要小，而且，由於深度感降低，圖像230b和230c 看上去似乎向著屏幕210彎曲。因此，根據觀看者的位置不同，3D圖像有可能變形失真。 並且，由於觀測角度較窄，不能同時使多個觀看者看到圖像，而只能夠在某些部位內看到3D 圖像。如圖2所示，根據觀看者240a、240b和240c的位置不同，3D圖像的3D效果可能會 發生變化。從中心部位起的左右側的圖像顯示區域，即視角，可能非常狹窄。因此，當生成 3D圖像時，只有整個屏幕210的中心部位可以使用。因此，在現有技術中，由於視角和3D圖 像顯示區域的限制，這種方法不能應用在各種部門中。按照這種方式，根據現有技術形成為 球形的輸出圖像焦平面125的視角狹窄，同時根據輸入圖像源的二維平面圖像形成球形的 圖像，從像源中心到邊緣失真逐漸加重。在實施現有技術的方法時，由於相對於整個屏幕區 域，只允許使用中心部位的1/4來生成3D圖像，因而圖像的再現性可能受到限制，並且，在 邊界平面上圖像失真加重，而在邊界平面上生成有3D圖像，因此，在採用這種方法時，視角 就不可避免地變得很狹窄。

發明內容
本發明提供一種具有寬視角從而可以使3D圖像顯示區域最大化的3D圖像顯示裝 置和實現在左右邊界區域上無失真圖像並且具有寬視角的3D圖像。根據本發明的一個方面，公開了一種通過採用第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡 的雙結合結構而具有寬視角的3D圖像顯示裝置。根據本發明的一種實施方式，公開了一種具有寬視角的顯示裝置，其中，第一菲涅 爾透鏡和第二菲涅爾透鏡中的至少一個應為曲面菲涅爾透鏡。該3D圖像顯示裝置可以包 括用於提供圖像的像源；用於折射和透射像源圖像的第一菲涅爾透鏡以及通過折射和透 射經由第一菲涅爾透鏡所透射的圖像而形成3D圖像的第二菲涅爾透鏡。
該第一菲涅爾透鏡可以為曲面菲涅爾透鏡，該第二菲涅爾透鏡可以為平面菲涅爾透鏡。其中，該第一菲涅爾透鏡的焦距可以比該第二菲涅爾透鏡的焦距長或者與其相寸。其中，該第一菲涅爾透鏡的焦距可以比該第二菲涅爾透鏡的焦距短。根據本發明的一種實施方式，其公開了一種具有寬視角的3D圖像顯示裝置，其 中，第一菲涅爾透鏡和第三菲涅爾透鏡為沿相反方向彎曲的平面菲涅爾透鏡，該第一菲涅 爾透鏡的凹槽設置為面向像源的方向而形成，該第三菲涅爾透鏡的凹槽設置為面向第二菲 涅爾透鏡的方向而形成，該第二菲涅爾透鏡為平面菲涅爾透鏡。該3D圖像顯示裝置還可以 包括設置在第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡之間的第三菲涅爾透鏡，其用於折射和透 射經由第一菲涅爾透鏡所透射的圖像。在此，根據本發明的一種實施方式，具有寬視角的3D圖像顯示裝置中，將該第一 菲涅爾透鏡和第三菲涅爾透鏡設置為平面菲涅爾透鏡，將第一菲涅爾透鏡的凹槽和第三菲 涅爾透鏡的凹槽設置為沿著面對面的方向或者沿著相反的方向而形成。將第二菲涅爾透鏡 設置為曲面菲涅爾透鏡。該3D圖像顯示裝置還可以包括設置在第一菲涅爾透鏡和第二菲 涅爾透鏡之間的第三菲涅爾透鏡，其用於折射和透射經由第一菲涅爾透鏡所透射的圖像。在第一菲涅爾透鏡和第二菲涅爾透鏡的表面上塗布抗眩光膜、AR偏振膜和表面抗 反射膜中的任意一種。像源可以包括主像源，其設置為用於提供主圖像；背景像源，其設置為用於提供 作為主圖像背景的背景圖像。該像源可以包括設置為用於反射像源和透射像源的半透明鏡。像源可以為實物，或者為選自CRT、LCD、PDP, LED、OLED, DLP投影機和柔板顯示器
中的一種顯示設備。根據本發明的另外一種實施方式，具有寬視角的3D圖像顯示裝置可以包括像 源，其設置為提供圖像；菲涅爾透鏡，其在兩側分別設置有彎曲型菲涅爾透鏡表面和平面型 菲涅爾透鏡表面，該彎曲型菲涅爾透鏡表面折射和透射所入射的光線，平面型菲涅爾透鏡 表面的焦距比彎曲型菲涅爾透鏡表面的焦距。在平面型菲涅爾透鏡面的表面上塗布抗眩光膜、AR偏振膜和表面抗反射膜中的任
意一種。根據本發明的另外一個方面，其公開了一種具有在其兩側形成有凹槽的菲涅爾透
^Mi ο根據本發明的一種實施方式，在其兩側形成有凹槽的菲涅爾透鏡可以包括彎曲 型菲涅爾透鏡表面，其被設置為折射和透射所入射的光線；平面型菲涅爾透鏡表面，其被設 置為折射和透射經由彎曲型菲涅爾透鏡表面所透射的入射光線，並且，其被設置為焦距比 彎曲型菲涅爾透鏡表面的焦距短。


圖1是表示根據現有技術的3D圖像顯示裝置的剖視圖。圖2是表示根據現有技術的3D像源和視角的形式。
圖3是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。圖4是表示一種圖像和由圖3的裝置所實現的從觀看者位置可以看到的3D圖像 的表現形式。圖5是表示在根據本發明的一種實施方式的3D圖像顯示裝置中所具有的平面菲 涅爾透鏡和曲面菲涅爾透鏡的折射性的圖。圖6是表示根據本發明的一種實施方式的形成曲面菲涅爾透鏡和曲率的方法的 圖。 圖7是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。圖8是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。圖9是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。圖10是表示根據本發明的實現了如圖7所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一種 實施方式的立體圖。圖11是表示根據本發明的實現了如圖8所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一種 實施方式的立體圖。圖12是表示根據本發明的實現了如圖7所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一種 實施方式的立體圖。圖13是表示在根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像裝置中所使用 的菲涅爾透鏡的剖視圖。圖14是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。圖15是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。
具體實施例方式本發明可以有各種變化和許多種實施方式，然而，在附圖和該書面說明中將對一 些具體實施方式
進行表示和詳細說明。但是，本說明並不是旨在將本發明限制到一些具體 實施方式中。應當理解，在不脫離本發明的精神和技術範圍的前提下，各種變化、等同變形 和替代形式都應包含在本發明中。諸如「第一」和「第二」等一些術語可以用於描述各種部 件，但是，上述部件不應該被限制到上述術語中。上述術語僅用於區分各個部件。例如，在不 脫離本發明的權利要求範圍的前提下，第一部件可以命名為第二部件，反之亦然。術語「和 /或者」應該包括多個所列舉對象的組合或者多個所列舉對象中的任意一個。當提及某部 件「連接至」或者「進入」另外一個部件時，這可以指其直接形成或者疊加在該另外一個部件 上，但是，應該理解，在其兩者之間可以存在有其他部件。另外一個方面，當提及某部件「直 接連接至」或者「直接進入」另外一個部件時，應該理解，在它們兩者之間不存在其他一些部 件。
在本說明書中所使用的一些術語僅用於說明一些具體實施方式
，而不是旨在限制本發明。除非在上下文中具有明確的不同含義，否則，所使用的單數表達方式包含有複數含 義。在本說明書中，應該明白，諸如「包括」或者「具有」等一些術語旨在指明存在有在本說 明書中所公開的特徵、數字、步驟、動作、部件、部分或者它們的組合，並不是旨在排除可以 存在或者可以添加一個或者更多個特徵、數字、步驟、動作、部件、部分或者它們的組合的可 能性。除非另有限定，否則，包括技術術語和科學術語，在本文中所使用的所有術語的含 義與在本發明所屬領域中的普通技術人員所通常理解的含義相同。應當理解，在一般的詞 典中所定義的任何術語在相關技術的背景中具有相同的含義，除非另有明確定義，否則，不 應將其理解為理想化的或者過於刻板的含義。下面，將參照附圖，詳細說明本發明的某些實施方式。為了從總體上更好地理解對 本發明的一些方面所作的說明，相同的附圖標記用於表示相同的部件，而不論圖號是否相 同。相同或者一致的部件都標註相同的附圖標記，而不論圖號是否相同，並略去一些多餘說 明。圖3是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的真實感圖像顯示裝置的 剖視圖。根據本發明的一種實施方式的3D圖像顯示裝置可以包括像源供給部310，其用 於提供像源；曲面菲涅爾透鏡315，其用於擴大視角，並且從由像源供給部310所投射的像 源形成無失真變形的3D圖像；平面菲涅爾透鏡320，其通過對經由曲面菲涅爾透鏡所折射 和擴展的圖像進行折射和聚光來在焦平面上形成3D圖像。作為像源310，例如，可以為諸如CRT、LCD、PDP、LED、OLED、DLP投影機和柔板顯示
器等的顯示設備。在本發明的另外一種實施方式中，該像源310可以為實物。也就是說，如 果通過使用在該發明的本實施方式中公開的菲涅爾透鏡來產生3D圖像，則顯示設備或實 物可以作為像源310。此處，曲面菲涅爾透鏡可以具有某種曲率樣式。曲面菲涅爾透鏡可以通過對平面 菲涅爾透鏡兩端施加相等的壓力使其具有某一曲率半徑R而形成。通過採用這種方法，可 以以較低的成本進行大量製造曲面菲涅爾透鏡，而且，可以生產具有曲面菲涅爾透鏡的一 些性質的特殊形式的平面菲涅爾透鏡。除上述之外，在曲面菲涅爾透鏡315或者平面菲涅爾透鏡320的表面上塗布的抗 眩光膜、AR偏振膜和表面抗反射膜可以減弱在對光線進行折射等時光的內部反射和散射的 影響。由於具有本發明所屬領域中常識的技術人員都普遍掌握了這些物質的結構和組合， 因而略去對現有技術的某些詳細說明。上述這些物質可以疊加在下述描述的透鏡的表面 上。透鏡部包括曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320。如果平面菲涅爾透鏡的 焦距為fF，曲面菲涅爾透鏡的焦距為fc，則透鏡部的焦距可以為平面菲涅爾透鏡的焦距fF 和曲面菲涅爾透鏡的焦距fc之和。曲面菲涅爾透鏡315從像源入射輸入圖像，平面菲涅爾 透鏡320投射該輸入圖像。根據從輸入圖像到曲面菲涅爾透鏡的距離Dl和從曲面菲涅爾 透鏡到平面菲涅爾的距離D2，可以形成3D圖像的寬視角和圖像較少失真的大型顯示設備 的3D圖像。在下述說明中，將對此進行較詳細地闡述。菲涅爾透鏡厚度薄，平面菲涅爾透鏡通過在表面上設置某種曲率樣式以使其具有與通常的凹透鏡和凸透鏡相同的光學性質 而形成，並且菲涅爾透鏡具有單一的F數。菲涅爾透鏡有兩種形式正突起菲涅爾透鏡和負 突起菲涅爾透鏡，正突起菲涅爾透鏡作為聚光器而發揮作用，其折射平行入射光線使其聚 集在菲涅爾透鏡的焦點上，或者作為準直儀而發揮作用，其將入射光線折射到相反方向上， 使其具有平行路徑。負突起菲涅爾透鏡作為發散部件而發揮作用，其使平行入射光線分散。 平面菲涅爾透鏡主要應用於投影電視和頭頂式投影儀中。這種類型的菲涅爾透鏡可以由正 突起菲涅爾透鏡來代替，並且，根據菲涅爾透鏡凹槽方向的設置情況，可以由負突起菲涅爾 透鏡來代替。
如圖3所示，由平面菲涅爾透鏡320和曲面菲涅爾透鏡315構成雙菲涅爾透鏡。平面菲涅爾透鏡320和曲面菲涅爾透鏡315都設置在同一中心軸上。在雙菲涅爾 透鏡結構中的菲涅爾透鏡中，曲面菲涅爾透鏡315的焦距&可以比平面菲涅爾透鏡320的 焦距4大(即fc>fF)。由於變形後曲面菲涅爾透鏡315具有曲率，在平面菲涅爾透鏡320 和曲面菲涅爾透鏡315的中心和邊緣處分別具有不同的距離A和B，因此，為了形成具有相 同深度感的3D圖像，該曲面菲涅爾透鏡315可以通過使用具有長焦距的平面菲涅爾透鏡來 形成。在這裡，曲面菲涅爾透鏡315的焦距可以比平面菲涅爾透鏡320的焦距大或者比其 小或者與其相等。也就是說，曲面菲涅爾透鏡315的焦距可以確定從平面菲涅爾透鏡320 到輸出圖像焦平面325的距離D3，並可以增加3D圖像感。因此，通過使用焦距比平面菲涅爾透鏡320大或者與其相等的曲面菲涅爾透鏡 315可以形成寬視角，並且可以使3D圖像的顯示面積擴大。另外，如果按照組合平面菲涅爾 透鏡320和曲面菲涅爾透鏡315來設置雙菲涅爾透鏡，則通過控制像源310與曲面菲涅爾 透鏡315之間的距離Dl或者曲面菲涅爾透鏡315與平面菲涅爾透鏡320之間的距離D2，以 及控制所需3D圖像的大小和深度感，可以生成有效的3D圖像。也就是說，若雙菲涅爾透鏡 的焦距為F，當像源310與曲面菲涅爾透鏡315之間的距離Dl滿足2F < Dl 2F，則可以形成比輸入圖像尺寸小的3D圖像。如圖3所示，距離A和B是 分別從曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320之間的中心和邊緣來測量的距離。當曲 面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320中心之間的距離如圖3所示為A時，從在中心處 的觀看者角度進行觀測的3D圖像的大小和空間位置可以由3D圖像的產生距離D3來確定， 其中，通過沿著其光學軸線將像源310與曲面菲涅爾透鏡315之間的距離Dl和曲面菲涅爾 透鏡315與平面菲涅爾透鏡320之間的距離D2相加來形成距離D3。另外一方面，當觀看者的觀看位置從當前中心移動時，根據具有某一曲率半徑R 的曲面菲涅爾透鏡315，像源310與曲面菲涅爾透鏡315之間的距離可以變小。同時，曲面 菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320之間的距離可以增加，並且，從像源入射的輸入圖像 可以經由曲面菲涅爾透鏡315來擴展和折射，然後投射到平面菲涅爾透鏡320。因此，通過使用曲面菲涅爾透鏡315可以在左右邊界上無圖像失真的情況下使3D 圖像的視角擴展得更寬。也就是說，在增加兩個透鏡之間的距離的同時，輸入圖像可以經由 曲面菲涅爾透鏡315進行擴展和折射，然後投射到平面菲涅爾透鏡320。通過使用這種方 法，如圖4所示，在視角θ 2範圍內，從中心開始由輸入圖像所產生的3D圖像的大小和深度 感可以與在邊界平面上的相等，因此，可以呈現出在邊界面上無失真的3D圖像。
在具有某一曲率半徑R的曲面菲涅爾透鏡315中，通過使用曲面結構，可以使左右 邊界平面上的入射界面的凹槽角度減小，因此，射向平面菲涅爾透鏡320的光線的折射角 較小，並被投射。其結果，通過使用曲面菲涅爾透鏡315來形成曲面形狀，由於在左右邊界 平面上而不是在中心處的入射界面的角度發生變化，因而，可以擴大折射的範圍，從而可以 形成在較大範圍內顯示輸入圖像的顯示區域。通過折射和透射，輸入圖像可以形成在曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡 320的雙層結構的某一焦距內的輸出圖像焦平面325上。所顯示的3D圖像可以在不失真的 情況下從90 100度的範圍內觀察到，並且，在左右最大觀測角處可以具有與在觀測範圍 內的位置上相同的深度感。因此，根據該發明的本實施方式，可以形成具有寬視角的大型顯 示設備的3D圖像。與現有技術相比，根據該發明的本實施方式，在不發生圖像失真的前提 下，所形成 的3D圖像的顯示區域和寬視角都得到擴大。在這種情況下，當形成3D圖像時，在3D圖像不發生失真和無色差的範圍內，菲涅 爾透鏡中心之間的距離差A可以保持恆定，而菲涅爾透鏡的邊緣之間的距離差B可以由曲 面菲涅爾透鏡的曲率半徑R來形成。除上述之外，該真實感圖像顯示裝置通過使用曲面 菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320的雙結合結構而可以彌補在指示部(indicating portion)的界面處發生圖像失真，並且可以擴展在現有技術中受到限制的、生成3D圖像的 總屏幕面積。這是由於圖像的R、G、B顏色可以減少在3D圖像上它們之間的投像距離差，圖 像的顏色通過使其穿過曲面菲涅爾透鏡而形成在3D圖像上，並且，相對於傳統的半球型3D 圖像，通過形成平面型3D圖像可以減小彗差(coma)。並且，曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320的雙結合結構可以減小甚至消 除在彗差邊界面上的色差和圖像失真，而在現有技術中的多個平面菲涅爾透鏡的雙結合結 構中會出現這些現象。根據現有技術，如果使用菲涅爾透鏡，當觀看作為光波長不同的R、 G、B三色的3D圖像時，透鏡將產生作為彩色重影而被看見的色差現象，這是由於菲涅爾透 鏡的折射率不同而無法將每種顏色R、G、B都聚集在焦平面內的單個共同點上而形成的。而 且，當光線沿著光軸傾斜投射時，可能會產生彗差現象，慧差指的是某種光學設計固有的像 差或者由於透鏡有缺陷導致點源脫離光軸而引起的像差。然而，使用曲面菲涅爾透鏡315 和平面菲涅爾透鏡320的雙結合結構可以使色差和彗差最小化。圖4是表示圖像和由圖3的裝置所實現的從觀看者位置可以看到的3D圖像的表 現形式。通過組合曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320，觀看3D圖像裝置屏幕410 上的3D圖像的位置可以為430a、430b、430c。在位置430a、430b、430c上可以看到較寬的並 且無失真的3D圖像。輸入圖像430經由曲面菲涅爾透鏡315而向著曲面擴展和折射。經過擴展和折射 的圖像在被平面菲涅爾透鏡320在某一焦距327處可以被再次折射。在現有技術中，由觀 看者440a所看到的3D圖像可以由兩個平面菲涅爾透鏡形成。由觀看者440b、440c所看到 的3D圖像經由曲面菲涅爾透鏡可以以更大的折射度進行擴展並被傳輸到更寬的部分上。 該3D圖像可以再次向平面菲涅爾透鏡320進行投射，因而，觀看者可以在視角θ 2的較寬 的觀測範圍內看到3D圖像。並且，曲面菲涅爾透鏡315和平面菲涅爾透鏡320之間的間隔 在中心處和邊緣處可以不同。也就是說，由於相對於曲面菲涅爾透鏡和平面菲涅爾透鏡中心之間的間隔A，邊緣之間的間隔B變大了，因而3D圖像420可以得到擴展。因此，由觀看者440b、440c所看到的3D圖像430b、430與觀看者440a所看到的3D 圖像430a相同，並且具有深度感和無圖像失真現象。與在現有技術中的圓形顯示區域225 相比，本發明提供一種用於大型顯示設備的矩形顯示區域，因此，未經任何處理的二維圖像 可以具有深度感。在這裡，曲面菲涅爾透鏡315可以通過對平面菲涅爾透鏡施加壓力使其 具有曲率半徑R而形成，因此，可以以較低成本進行大規模生產這種曲面菲涅爾透鏡。根 據該發明的本實施方式，本發明可以應用到3D圖像顯示裝置中，在該裝置中，通過使用在 現有技術中的二維圖像或者實物，二維圖像在無失真的前提下作為大型平面圖像在空中擴 展，並且，本發明可以應用到在空中某一距離內投射無失真的圖像的裝置中。尤其是，在該 用於產生3D效果的3D顯示裝置中，通過在空中某一距離內投射二維圖像而無需配戴眼鏡 就可以看到具有深度感的空間傳播效果。更具體而言，該3D圖像顯示裝置無需眼鏡，用於 觀看具有相同深度感並且在左右臨界視角處無圖像失真的3D圖像，在該裝置中，通過使用 曲面菲涅爾透鏡和平面菲涅爾透鏡的並排設置的雙菲涅爾透鏡結構，可以從較寬的觀測角 觀看到3D圖像，並且可以在較寬的指示部上形成3D圖像，從而解決了現有技術中的問題。圖5是表示平面菲涅爾透鏡510和曲面菲涅爾透鏡520折射性的圖。平面菲涅爾 透鏡510的表面大小可以由下述用於非球面透鏡的等式而計算得到。 在這裡，Z為非球面透鏡的表面大小，C為透鏡頂點曲率，k為錐形常數。若k = 0，則為圓形；若k < -1，則為雙曲線形；若-ι < k ο時，則為 扁長橢圓形。另外，α、β、Y、δ是決定透鏡非球面性質的非球面值。就平面菲涅爾透鏡 510而言，如圖5所示，通過對應輸入圖像的光源中的某點傳播的單束光線(實線)可以從 形成在平面菲涅爾透鏡510的凹槽的界面中穿過。在這裡，入射光線以入射角α沿垂直線 (點劃線)射向凹槽表面上，然後以角度β通過透鏡510。就曲面菲涅爾透鏡520而言， 當一條相同的光線射向具有某一曲率大小的曲面菲涅爾透鏡520時，由於曲面菲涅爾透鏡 520具有不同入射角的凹槽，光線以α'進入凹槽表面。結果，α'比α小，該光線就以角度 β'穿過透鏡520。也就是說，如上述方式那樣，與平面菲涅爾透鏡相比，通過同一點的單束 光線可以在曲面菲涅爾透鏡的具有曲率的部位上以較小的角度進行折射。因此，通過曲面 菲涅爾透鏡的像源可以在較寬廣的部位上進行擴展和折射，從而可以形成具有寬角度的視 角和用於大型顯示設備的指示部。圖6是表示根據本發明的實施方式的形成曲面菲涅爾透鏡和曲率的方法的圖。根 據製作曲面菲涅爾透鏡620的方法，曲率半徑為R的曲面菲涅爾透鏡可以通過對平面菲涅 爾透鏡610兩端按壓相等的壓力而得到。當將所形成的菲涅爾透鏡的曲率作為r時，恆定 的r由1 4任意地表示，可以製作曲率為恆定的菲涅爾透鏡。根據曲率的不同，在本發明 中所使用的曲面菲涅爾透鏡可以具有不同的折射和透射的性質。雖然在本文說明了從普通的平面菲涅爾透鏡610來製作曲面菲涅爾透鏡620的方法，但是曲面菲涅爾透鏡620可以直接從曲面菲涅爾透鏡製作，而不從平面菲涅爾透鏡進 行製作。圖7是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖所示，包括像源供給部710，其相對於觀看者740a具有中心軸705 ；曲面菲涅 爾透鏡715，其用於提供輸入圖像具有寬視角的深度感；以及平面菲涅爾透鏡720，其用於 使經由曲面菲涅爾透鏡715而入射過來的圖像形成3D圖像。在這裡，構成曲面菲涅爾透鏡 715的一個菲涅爾透鏡的焦距f2可以等於或大於平面菲涅爾透鏡720的焦距Π。這兩個 透鏡可以按如下方式進行設置曲面菲涅爾透鏡715的凹槽面朝向像源710，而平面菲涅爾 透鏡720的凹槽面朝向觀看者。這種設置將可以以較寬的角度放大和折射輸入圖像，同時 在左右邊界上可以擴展輸入圖像。為了在無任何圖像失真的前提下，使輸入圖像形成為3D 圖像，也可以額外設置一個或者多個菲涅爾透鏡，在結構類型允許的情況下。平面菲涅爾透 鏡720和曲面菲涅爾透鏡715兩者都設置在其中心軸上。因此，通過對透鏡進行上述配置，觀看者740a、740b、740c可以從比90 100度更 大的觀測角度看到具有相同深度感的3D圖像730a、730b、730c。圖8是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖8(a)所示，其表示兩個曲面菲涅爾透鏡815和820構成雙菲涅爾透鏡的結 構。分別以相反的方向設置這兩個透鏡815和820的凹槽。第一曲面菲涅爾透鏡815可以 以比平面菲涅爾透鏡更寬闊的方式折射輸入圖像，第二曲面菲涅爾透鏡可以以比平面菲涅 爾透鏡更狹窄的方式進行折射輸入圖像，因而，可以使觀測角變小。根據本發明的一種實施 方式所形成的3D圖像830a、830b、830c在左右臨界角出沒有出現圖像失真現象。然而，通 過使用圖8(a)所示的透鏡配置，觀看者840a、840b、840c可以在20 30度的觀測角範圍 內看到具有相同深度感的3D圖像。這是由於經由第二個透鏡的曲面光線聚集在中心部位 處。可以使多個曲面菲涅爾透鏡815和820設置在同一中心軸上。如圖8(b)所示，可以以相同的方向來設置曲面菲涅爾透鏡817和822的凹槽方 向。多個曲面菲涅爾透鏡817和822可以設置在同一中心軸上。所產生的3D圖像在左右臨 界角處可能會發生失真現象，圖像失真的效果類似一個曲面菲涅爾透鏡的情況，以便可以 形成20 30度範圍的較窄觀測角。因此，觀看者842a、842b、842c可以在20 30度的觀 測角範圍內看到具有相同深度感的3D圖像832a、832b、832c。圖9是表示根據本發明的一 種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖9(a)所示，具有像源910、用於傳輸像源的平面菲涅爾透鏡915、用於使被傳 輸圖像具有寬視角以及所深度感的曲面菲涅爾透鏡920。在上述這些情況下，即使透鏡的視角較寬，在左右外側的視角處可能會出現圖像 失真現象。在這種配置中，平面菲涅爾透鏡915用於折射和匯集輸入圖像，曲面菲涅爾透鏡 920用於再次擴展和折射輸入圖像。但是，圖像的折射通常發生在平面菲涅爾透鏡915處， 曲面菲涅爾透鏡920用於將所折射的圖像向左右擴展。形成在界面上方的3D圖像930b和 930c看起來好像在頂部與底部之間具有擴展部分。如圖9(b)所示，曲面菲涅爾透鏡917的凹槽方向朝向平面菲涅爾透鏡922。這樣的配置可以具有寬視角，但是，在左右臨界角處所看到的3D圖像可能較小。如圖9(c)所示， 將曲面菲涅爾透鏡917的凹槽方向朝著像源914進行設置，而將平面菲涅爾透鏡的方向向 著觀看者944a、944b、944c進行設置。雖然這樣的配置可以具有寬視角，並且在左右臨界視 角處沒有圖像失真現象，但是，這種配置由於在中心處形成有圓形氣泡，要得到大型顯示設 備的3D圖像可能存在困難。如圖8和圖9所示，根據本發明的該實施方式的3D圖像顯示裝置，即使在有些部 位上形成的視角狹窄，在合適的部位或有限的空間內也可以看到3D圖像。圖10是表示根據本發明的實現了如圖7所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一 種實施方式的立體圖。如圖10所示，包括所表示的像源1010，其包括用於提供輸入圖像的 圖像交換裝置；曲面菲涅爾透鏡1015，其提供大型顯示設備的3D圖像，該3D圖像具有寬視 角，在左右臨界角處與在中心處具有相同的深度感；平面菲涅爾透鏡1020，其產生3D圖像。 根據3D圖像1030的大小和深度感的不同，從像源1010到曲面菲涅爾透鏡1015的距離可 以改變。並且，從曲面菲涅爾透鏡1015到平面菲涅爾透鏡1020的距離可以是這樣一個距 離，其使得3D圖像1030沒有尺寸像差和色差。
為了說明在現實中實現的實施方式，菲涅爾透鏡由M9700和M9550中的每一個構 成，M9700和M9550分別是3M公司的產品名稱。M9700的焦距為350mm，M9550的焦距為 370mm。同樣地，這兩個菲涅爾透鏡具有不同的焦距，焦距較長的菲涅爾透鏡可以緊靠輸入 圖像放置，並可以形成弧形的某一大小的曲率。包括曲面菲涅爾透鏡1015和平面菲涅爾透 鏡1020的雙菲涅爾透鏡的焦距為大約185mm，曲率半徑為大約120mm。從輸入圖像到曲面 菲涅爾透鏡1015的距離為大約30cm，曲面菲涅爾透鏡1015和平面菲涅爾透鏡1020之間 的距離必須保持在1 2cm處。在這裡，二維圖像可以轉化為形成在某處上方空中的3D圖 像，從觀看者到平面菲涅爾透鏡1020的距離為大約30 40cm。觀看者可以從90 100度 的寬視角範圍內看到3D圖像，並且在可以在臨界角處看到無失真的3D圖像。並且，為了形 成較寬的觀測角，超過90度的寬視角可以通過使用比例16 9的寬式菲涅爾透鏡來形成。圖11是表示根據本發明的實現了如圖8所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一種 實施方式的立體圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖11所示，具有控制裝置1102，其用於提供圖像；揚聲器部1105 ；第一像源 1104，其用於提供3D圖像；第二像源1106，其用於提供背景圖像1125;透射率50 50的 半反射鏡1108，其為了使第二像源1106產生背景圖像1125的同時使第一像源1104產生 3D圖像而將光從這兩個像源中去除；曲面菲涅爾透鏡115，其用於提供在中心和臨界角處 具有相同深度感並且具有寬視角的大型顯示設備的3D圖像；以及平面菲涅爾透鏡1120，其 用於產生3D圖像1130。由第一像源1104所產生的第一輸入圖像被半反射鏡1108所反射， 並投向曲面菲涅爾透鏡1115，同時，由設置在半反射鏡1108後面的第二像源1106所產生的 第二輸入圖像通過半反射鏡1108投向曲面菲涅爾透鏡1115。其中，從曲面菲涅爾透鏡1115到第一像源1104的距離比曲面菲涅爾透鏡1115到 第二像源1106的距離要大。根據每個像源與曲面菲涅爾透鏡1115之間的距離，或者根據 每個像源所在位置與曲面菲涅爾透鏡1115之間的距離，可以產生背景圖像1125和3D圖像 1130。圖12是表示根據本發明的實現了如圖9所示的具有寬視角的3D圖像裝置的一種實 施方式的立體圖。下面，將僅對不同之處進行說明。
如圖12所示，提供一種空間體積小的緊湊型裝置來實現本發明裝置的組合。其包括控制裝置1202，用於提供圖像；像源1204 ；反射部1206(光學反射鏡)；曲面菲涅爾透鏡 1215和平面菲涅爾透鏡1220。由於像源1204與曲面菲涅爾透鏡1215幾乎成直角設置，因 而可以鑑於本發明的裝置所在位置的長度和空間大小來調節垂直或者水平長度。根據像源 到曲面菲涅爾透鏡1215的距離和到平面菲涅爾透鏡1220的距離情況，可以產生3D圖像。 同樣，通過僅使用半反射鏡使輸入圖像的結構與雙菲涅爾透鏡之間的距離最小化可以使3D 圖像顯示裝置的整體空間寬度較窄。圖13是表示在根據本發明的一種實施方式的具有寬 視角的3D圖像裝置中所使用的菲涅爾透鏡的剖視圖。如圖13所示，根據本發明實施例的菲涅爾透鏡由在其一側分別形成有凹槽的曲 面菲涅爾透鏡1310和平面菲涅爾透鏡1320構成。也就是說，在其兩側具有凹槽的菲涅爾透 鏡1320在其一側上可以具有曲面菲涅爾透鏡面和在另一側上具有平面菲涅爾透鏡面。在 這裡，曲面菲涅爾透鏡的焦距和平面菲涅爾透鏡的焦距可以彼此不同。在本發明的各種實 施方式中，根據曲面菲涅爾透鏡和平面菲涅爾透鏡的情況，可以專門設置焦距和凹槽類型。按照上述那樣的方式對透鏡進行設置可以簡化並最大化所使用的空間，並可以應 用到與本發明具有相同效果的3D圖像顯示裝置中。圖14是表示表示根據本發明的一種實 施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖14所示，雙面菲涅爾透鏡1420具有分別形成在其兩側上的曲面菲涅爾透鏡 凹槽和平面菲涅爾透鏡凹槽。也就是說，根據本發明的一種實施方式，為了簡化曲面菲涅 爾透鏡和平面菲涅爾透鏡的結構，設置了雙面菲涅爾透鏡1420這樣的一個複雜結構在雙 面透鏡上來形成兩個透鏡的性質。由像源1410所產生的輸入圖像通過由雙面菲涅爾透鏡 1420傳輸得到的輸出圖像焦平面1425形成具有寬視角的3D圖像1430。通過使用這種組 合，可以使製造3D圖像顯示裝置的方法變得非常簡單和容易，並且，由於使用了大規模生 產的透鏡，因而可以節省空間和降低生產成本。圖15是表示根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置的剖視 圖。下面，將僅對不同之處進行說明。如圖15所示，根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置1500 包括像源1510 ；第一曲面菲涅爾透鏡1511，其凹槽向著像源1510 ；第二曲面菲涅爾透鏡 1515，其凹槽向著投向外部的圖像；以及平面菲涅爾透鏡1520。第一菲涅爾透鏡1511位置 的特徵在於，通過縮短其焦距，使之變得比像源1510與第一曲面菲涅爾透鏡1511之間的距 離短來擴展輸入圖像，使其具有寬視角。第二曲面菲涅爾透鏡1515用於將從第一曲面菲涅 爾透鏡1511所傳輸和擴展的圖像聚集到平面菲涅爾透鏡1520的邊界上。在這裡，第一菲 涅爾透鏡1511、第二菲涅爾透鏡1515和平面菲涅爾透鏡1520設置在同一條中心軸上。按照上述方式，經過折射的輸入圖像經由平面菲涅爾透鏡1520可以產生具有寬 視角和相同深度感的3D圖像1530a、1530b、1530c。因而，觀看者1540a、1540b、1540c在寬 視角的範圍內可以看到具有寬視角和相同深度感的3D圖像1530a、1530b、1530c。根據本 發明的一種實施方式所使用的焦距不同、折射性質不同或者鏡片大小不同的菲涅爾透鏡情 況，這種配置可以提供具有寬視角的3D圖像顯示裝置。如圖15(b)所示，根據本發明的一種實施方式的具有寬視角的3D圖像顯示裝置 1520包括像源1507 ；第一平面菲涅爾透鏡1513，其凹槽向著像源1507 ；第二平面菲涅爾透鏡1517，其凹槽向著投向外部的圖像；以及曲面菲涅爾透鏡1522。在這裡，第一平面菲涅 爾透鏡1513、第二平面菲涅爾透鏡1517和曲面菲涅爾透鏡1522設置在同一條中心軸上。這種組合可以使在現有技術中使用兩個平面菲涅爾透鏡形成的球形3D圖像變為 3D圖像153 2a、1532b、1532c，這些圖像通過從最外側的曲面菲涅爾透鏡1522擴展和折射3D 圖像而得到，因而圖像失真較少。根據本發明的一種實施方式，在本文中所提到的像源可以作為比例16 9的寬式 輸入圖像來使用，並且，可以作為CRT、IXD、PDP、LED、0LED、投影機、帶有眼鏡或者不帶眼鏡 的3D顯示器的顯示設備來使用。該像源可以為實物。而且，通過添加諸如交互式成像攝像 機、各種無線RF式傳感器等附加裝置可以使3D圖像效果最大化。為了增強3D圖像效果， 可以構成和製作3D圖像聲音系統，也可以通過揚聲器來設置該輸入圖像的聲音。根據本發明的一種實施方式的3D圖像顯示裝置可以應用在3DTV、汽車導航儀、廣 告、室內外展覽廳、活動館、主題公園、醫療成像、遊戲等中。並且，該裝置可以裝載到傳統裝 置上作為各種類型的無人終端和自動化裝置。更進一步，通過組合各種傳感器技術可以形 成更加交互的3D圖像。雖然結合一些具體實施方式
對本發明的精神進行了詳細說明，但是這些實施方式 僅用於示例性目的而並不是限制本發明。本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發明的 範圍和精神的前提下，可以對這些實施方式進行改變或修改。工業適用性根據本發明的一種實施方式，3D圖像顯示裝置可以應用在3DTV、汽車導航儀、廣 告、室內外展覽廳、活動館、主題公園、醫療成像、遊戲等中。
權利要求
一種具有寬視角的3D圖像顯示裝置，其包括像源，其供給圖像；第一菲涅爾透鏡，其配置為用於折射和透射從所述像源入射過來的圖像；以及第二菲涅爾透鏡，其配置為通過折射和透射經由所述第一菲涅爾透鏡所透射的所述圖像來產生3D圖像；其中，所述第一菲涅爾透鏡和所述第二菲涅爾透鏡中的至少一個為曲面菲涅爾透鏡。
2.根據權利要求1所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述第一菲涅爾透鏡為曲面菲涅爾 透鏡，所述第二菲涅爾透鏡為平面菲涅爾透鏡。
3.根據權利要求1或2所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述第一菲涅爾透鏡的焦距等 於或大於所述第二菲涅爾透鏡的焦距。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述第一菲涅爾透 鏡的焦距小於所述第二菲涅爾透鏡的焦距。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的3D圖像顯示裝置，其還包括第三菲涅爾透 鏡，其設置在所述第一菲涅爾透鏡和所述第二菲涅爾透鏡之間，用於折射和透射經由所述 第一菲涅爾透鏡透射的圖像，其中，所述第一菲涅爾透鏡和所述第三菲涅爾透鏡為沿相反方向彎曲的曲面菲涅爾透 鏡，所述第一菲涅爾透鏡的凹槽在面向像源的方向形成，所述第三菲涅爾透鏡的凹槽在面 向所述第二菲涅爾透鏡的方向形成，並且，所述第二菲涅爾透鏡為平面菲涅爾透鏡。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的3D圖像顯示裝置，其還包括第三菲涅爾透 鏡，其設置在所述第一菲涅爾透鏡和所述第二菲涅爾透鏡之間，用於折射和透射經由所述 第一菲涅爾透鏡所透射的圖像，其中，所述第一菲涅爾透鏡和所述第三菲涅爾透鏡為平面菲涅爾透鏡，並且所述第一 菲涅爾透鏡和所述第三菲涅爾透鏡的凹槽成面對面或者相反方向形成，所述第二菲涅爾透 鏡為曲面菲涅爾透鏡。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的3D圖像顯示裝置，所述第一菲涅爾透鏡或者 所述第二菲涅爾透鏡的表面上塗布抗眩光膜、AR偏振膜和表面抗反射膜中的任何一種。
8.根據權利要求1所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源包括主像源，其用於提供主圖像；以及背景像源，其用於提供作為所述主圖像背景的背景圖像。
9.根據權利要求1或8所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源還包括設置為用於反 射所述主圖像和透射所述背景圖像的半透明鏡。
10.根據權利要求1或8所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源為實物或者為選自 CRT、LCD、PDP, LED、OLED, DLP投影機和柔板顯示器中的一種顯示設備。
11.一種具有凹槽形成在其兩側上的菲涅爾透鏡，其包括彎曲式菲涅爾透鏡面，其設置為折射和透射入射光；以及平面式菲涅爾透鏡面，其設置為折射和透射經由彎曲式菲涅爾透鏡面所透射的光，並 且，其焦距比所述彎曲式菲涅爾透鏡面的焦距小。
12.—種具有寬視角的3D圖像顯示裝置，其包括像源，其用於提供圖像；以及菲涅爾透鏡，彎曲式菲涅爾透鏡面和平面式菲涅爾透鏡面分別形成在該菲涅爾透鏡的 任何一側上，所述彎曲式菲涅爾透鏡面折射和透射入射光，平面式菲涅爾透鏡面折射和透 射經由所述彎曲式菲涅爾透鏡面透射的光，並且，其焦距比所述彎曲式菲涅爾透鏡面的焦距小。
13.根據權利要求12所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源包括 主像源，其用於提供主圖像的；以及背景像源，其用於提供作為所述主圖像背景的背景圖像。
14.根據權利要求12或13所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源還包括設置為用於 反射所述主圖像和透射所述背景圖像的半透明鏡。
15.根據權利要求12或14所述的3D圖像顯示裝置，其中，所述像源為實物或者為選自 CRT、LCD、PDP, LED、OLED, DLP投影機和柔板顯示器中一種的顯示設備。
16.根據權利要求12所述的3D圖像顯示裝置，其中，在所述平面菲涅爾透鏡面的表面 上塗布抗眩光膜、AR偏振膜和表面抗反射膜中的任何一種。
全文摘要
本發明公開了一種使用菲涅爾透鏡具有寬視角的3D圖像顯示裝置。根據本發明的一種實施方式，該3D圖像顯示裝置包括像源供給部，其用於供給圖像；第一菲涅爾透鏡，其用於折射和透射從像源供給部入射過來的圖像；以及第二菲涅爾透鏡，其用於通過折射和透射經由第一菲涅爾透鏡所透射的像源來產生3D圖像。所述第一菲涅爾透鏡和所述第二菲涅爾透鏡中的至少一個為曲面菲涅爾透鏡。本發明可以使3D圖像的顯示面積最大化，並且，可以實現在左右邊界上無圖像失真並具有寬視角的3D圖像。
文檔編號H04N13/04GK101843108SQ200880114648
公開日2010年9月22日 申請日期2008年8月29日 優先權日2007年8月31日
發明者張善柱 申請人:3Dis有限公司