利用谐振光纤图像产生法的单中心自动立体光学装置制造方法及图纸

光学元件的本质上单中心配置提供虚像的立体显示，利用柔性光波导通过谐振光纤扫描器（１３７）的谐振激励以电子学方法对虚像进行扫描并利用球形透镜组件（３０）以实中间图像的形式投影到曲面镜（２４）的焦面（２２）附近。为了形成左和右各自的中间图像成分，分立的左和右图像发生系统（７０）各自包括谐振光纤扫描器（１３７），后者本身包括光纤（１３８）的谐振悬臂部分（１３９），它将已调制光束导向曲面（４０），供球形透镜组件（３０）投影用。光学元件的单中心配置把左和右扫描球形透镜光瞳成像在观众（１２）的相应的左和右观察光瞳（１４）并为投影元件提供单一的曲率中心。使用这种具有曲面中间图像源和球形透镜组件（３０）的单中心配置提供了具有大观察光瞳（１４）的特别宽的视场。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
利用谐振光纤图像产生法的单中心自动立体光学装置
本专利技术一般涉及用于观看用电子学方法产生的图像的自动立体显示系统，更具体地说，涉及用于利用谐振光纤元件产生左眼图像和右眼图像、以便形成图像的装置和方法，所述装置具有光学元件的单中心配置、以便提供很宽的视场和大的出射光瞳。
技术介绍
自动立体显示系统的潜在价值已广为人知，特别是在娱乐和模拟领域。自动立体显示系统包括“浸没”系统，用于通过利用具有很宽视场的3-维图像在视觉上围绕观众而向观众提供一种真实的观看体验。与大部分立体显示器不同的是，自动立体显示的特征是不需要任何类型的可戴的物品，例如护目镜、头套(headgear)或特别的眼镜。也就是说，自动立体显示试图向观众提供“自然”的观看条件。在SID 99 Digest的“Autostereoscopic Properties ofSpherical Panoramic Virtual Display(球面全景虚拟显示的自动立体特性)”一文中，G.J.Kintz公开了一种提供宽视场的自动立体显示的途径。利用Kintz的方法，不需要眼镜或头套。但观众的头部必须定位在一个快速转动的球形外壳中，所述球形外壳上有LED发射器阵列，由单中心镜成像，以形成准直的虚像。虽然Kintz的设计为具有宽视场的真正自动立体系统提供了一种解决方案，但所述设计有相当多的缺点。Kintz设计的缺点之一就是要求观众的头部与飞速旋转的表面十分靠近。这种方法要求具有能最大限度地减少-->因与旋转表面上的元件相接触而产生的事故和伤害的措施。即使有保护屏蔽，靠近飞速运动的表面至少也会使观众有些担心。而且，使用这种系统对头部的活动会有相当大的限制。在S.A.Benton，T.E.Slowe，A.B.kropp，和S.L.Smith的“Micropolarizer-based multiple-viewer autostereoscopicdisplay(基于微偏振镜的多观众自动立体显示)”一文中(发表于Stereoscopic Displays and virtual Reality Systems VI，SPIE，January，1999)说明了一种将一对投影仪的出射光瞳成像到观众眼睛上进行工作的自动立体系统。如Benton在上述文章中所述，光瞳成像可以利用大的透镜或镜面来实现。眼睛与成像的光瞳一致的观众，不用戴任何类型的眼镜，就可以观看到没有交叉干扰的立体场景。很容易理解，提供大视场的3-维图像就可以增强利用光瞳成像的自动立体系统所提供的观看体验的价值和真实感质量。如果允许观众坐得舒适，不使头部的活动限制在很小的范围，且不需要戴护目镜或其他装置，这种系统对于侵没式观看功能最为有效。为了完全满意的3维观看，这种系统应对右眼和左眼提供单独的、高分辨率的图像。也很容易理解，这种系统最好设计成小型结构、产生具有视场深度和宽度的幻觉，但占用尽可能小的实际面积和体积。为了具有最真实的观看体验，向观众提供的虚像应出现在一定的距离之外。众所周知，与聚散度和调节度相关联的深度提示(cues)之间的矛盾会对观看体验产生不利的影响。聚散度是指观众的眼睛为了融合在视场内物体的单独图像而必须交叉的程度。观看的物体变远时，聚散度减小，然后消失。所述调节度是指观众的眼球晶状体为维持所关心的物体聚焦在视网膜上而改变形状的要求。已知当观众一段时间处于聚散度和调节度不匹配的深度提示时，观众的深度感觉会暂时变差。此外，众所周知，当调节提示对应于远景图像位置时这-->种对深度感觉的负面影响可以减轻。美国专利NO.5671992(Richard)公开了一种传统的自动立体显示单元的实例，其中坐着的观众体验了明显的3维视觉效果，这种效果是利用单独的投影仪(每只眼睛一个)产生的并利用包括若干反射镜的成像系统导向观众的图像来建立的。立体成像的传统的解决方案解决了上述一些挑战，但仍有改进的余地。例如，一些早期的立体系统使用特殊的头套、护目镜或眼镜来提供3维观看效果。作为这种系统的一个实例，美国专利NO.6034717(Dentinger等)公开了一种投影显示系统，要求观众戴上一付无源偏振眼镜，选择性地将适合的图像引导到每个眼睛来建立3维效果。当然，也存在一些情况，在这些情况下可以认为某种类型的头套适合于立体观看，例如在模拟应用时。对于这种应用，美国专利NO.5572229(Fisher)公开了一种提供宽视场的立体观看的投影显示头套。但是，只要可能，提供自动立体观看而观众不需戴任何装置(如美国专利NO.5671992所公开的装置)总是有利的。允许头部运动有一定的自由度也会是有利的。相反，美国专利NO.5908300(Walker等)公开了一种悬挂-滑动模拟系统，使观众的头部保持在固定位置。虽然所述解决方案在Walker等公开的有限模拟环境中尚可忍受，而且可能会简化装置的整体光学设计，但对头部运动的限制在浸没式系统中是不利的。显然，在Walker等人的专利中公开的系统采用了窄的观看孔径，大大限制了视场。在美国专利NO.5908300中公开的装置中采用了位于离轴方向的复杂的传统投影透镜，用比例法来获得所需的输出光瞳大小。已开发出许多系统来提供立体效果，其方法是通过分束器向观众呈现距观众不同距离的两个屏幕的组合图像，从而建立立体成像的幻觉，如美国专利No.5255028(Biles)所述。但是，这种类型的系统限于小视角，因而不适用于提供身临其境的观看体验。而且，-->用这种系统显示的图像是真实的图像，在离观众靠近处呈现，因此很易引发前述的聚散和调节问题。通常已知为了最大限度减小聚散/调节效应，3-D观看系统应在距观众较远处显示其立体图像对，无论是实像或虚像。对于实像，这就意味着必须采用大的显示屏。最好放置在距观众有一定的距离处。而对于虚像，则可使用较小的曲面镜，如美国专利No.5908300(Walker等)所述。曲面镜作为准直器，在距观众较远处提供虚像。在发表于Stereoscopic Displays and Virtual RealitySystems VII，Proceedings of SPIE，Volume 3957(Mckay，Mair，Mason，Revie)的“Membrane Mirror BasedAutostereoscopic Display for Tele-Operation and TelepresenceApplications”一文中，公开了另一种用于立体成像的系统，它使用可伸展的薄膜镜。虽然Mckay公开的装置提供小的出射光瞳，但只要改变投影光学的比例就可在一定程度上扩大所述光瞳。但是，由于使用传统的投影光学并由于限制薄膜镜曲率的尺寸限制，Mckay文章中公开的装置其视场有限。曲面镜也已用于在立体系统中提供实像，此时曲面镜不是用作准直器。例如在美国专利No.4623223(Kempf)和4799763(David等)中公开了这种系统。但这些系统通常适用于仅需要小视场的场合。显然，现有的立体投影的解决方案是将图像投影到扁平的屏幕上，即使在此所述图像又再从曲面反射。这就导致不希望有的的失真和其他像差，限制了视场，并在总体上限制了图像质量。从光学观点看本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种本质上单中心的自动立体光学装置，用于显示立体虚像，后者包括观众在左观察光瞳观看的左图像和观众在右观察光瞳观看的右图像，所述装置包括：（ａ）左图像发生系统和右图像发生系统，其中，每个左和右图像发生系统形成包含像素阵列的第一中间曲面图像 ，每个图像发生系统包括：（ａ１）光源，用于以按照扫描图形排列的一系列像素的形式发射调制光；（ａ２）光波导，它具有耦合到所述光源的输入端以及柔性输出端，其中，所述输出端发射所述调制光；（ａ３）致动器，用于按照所述扫描图形偏转所述光 波导的所述柔性输出端；（ａ４）曲面，用于通过接收从所述光波导的所述输出端发射的、由所述致动器按照所述扫描图形偏转的所述调制光而在该曲面上形成所述第一中间曲面图像；（ａ５）光中继元件，用于将所述光波导的所述柔性输出端按照所述扫描图形发 射的所述调制光转发到所述曲面上，形成所述第一中间曲面图像；（ｂ）左球形透镜组件，用于投影来自所述左图像发生系统的所述第一中间曲面图像，形成所述左图像发生系统的第二中间曲面图像，所述左球形透镜组件具有左球形透镜光瞳；（ｃ）右球形透镜组 件，用于投影来自所述右图像发生系统的所述第一中间曲面图像，形成所述右图像发生系统的第二中间曲面图像，所述右球形透镜组件具有右球形透镜光瞳；（ｄ）曲面镜，它设置成在所述左观察光瞳处形成所述左球形透镜光瞳的实像、并在所述右观察光瞳处形成所述 右球形透镜光瞳的实像；以及其中，所述曲面镜从来自所述左图像发生系统的所述第二中间曲面图像和来自所述右图像发生系统的所述第二中间曲面图像形成所述立体虚像。...

【技术特征摘要】
US 2002-3-8 10/0953411.一种本质上单中心的自动立体光学装置，用于显示立体虚像，后者包括观众在左观察光瞳观看的左图像和观众在右观察光瞳观看的右图像，所述装置包括：(a)左图像发生系统和右图像发生系统，其中，每个左和右图像发生系统形成包含像素阵列的第一中间曲面图像，每个图像发生系统包括： (a1)光源，用于以按照扫描图形排列的一系列像素的形式发射调制光； (a2)光波导，它具有耦合到所述光源的输入端以及柔性输出端，其中，所述输出端发射所述调制光； (a3)致动器，用于按照所述扫描图形偏转所述光波导的所述柔性输出端； (a4)曲面，用于通过接收从所述光波导的所述输出端发射的、由所述致动器按照所述扫描图形偏转的所述调制光而在该曲面上形成所述第一中间曲面图像； (a5)光中继元件，用于将所述光波导的所述柔性输出端按照所述扫描图形发射的所述调制光转发到所述曲面上，形成所述第一中间曲面图像；(b)左球形透镜组件，用于投影来自所述左图像发生系统的所述第一中间曲面图像，形成所述左图像发生系统的第二中间曲面图像，所述左球形透镜组件具有左球形透镜光瞳；(c)右球形透镜组件，用于投影来...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA阿格斯蒂内利，JM科布，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]