CN1214268C - 用于显示三维图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种用于显示三维图像的方法。在所述方法中，光束(L_e)和屏幕(20)的若干个不同的屏幕点(P)相关。所述光束(L_e)产生和不同的发射方向(E)相关的不同的视域。所述发射方向(E)和各个屏幕点(P)相关。所述光束(L_e)通过按照相邻的发射方向的角度投射光束(L_d)来产生。按照本发明，利用具有不同坐标的像素(C_d)基本上同时地产生没有观看方向信息的光束(L_e)。这些像素(C_d)是两维显示器(50)的像素，并且它们和合适的屏幕点(P)的不同的发射方向(E)相关。由具有不同坐标的显示器(50)的像素(C_d)产生的光束(L_e)，沿着不同的偏转方向作为产生光束(L_e)的像素(C_d)的坐标的函数被同时地成像。本发明的主题是用于实施上述方法的装置。

Description

用于显示三维图像的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于显示三维图像的方法，其中产生和屏幕的多个不同的点相关的光束，以及形成和屏幕的各个点的不同的发射方向相关的不同视域的光束，并且把这样产生的光束投射到具有方向选择性的发射与/或反射屏幕上。本发明的主题还涉及一种用于实现本发明的方法的装置。所述装置包括一用于有方向选择地发射与/或反射光的屏幕，以及一屏幕照明系统。所述屏幕照明系统包括用于产生光束的模块；所述光束和该屏幕的多个不同的点以及屏幕的多个点的不同的发射方向相关。所述模块由一合适的控制系统控制。

背景技术

根据上述原理的三维(3D)成像方法在文件WO 94/23541和WO98/34411中描述，对于理解本发明，这些文件的内容被认为是已知的。三维图像比两维图像包含更多的信息。为了显示三维图像，必须产生合适数量的屏幕点(光点)，并且，在活动图像的情况下，考虑到帧的改变，还必须产生合适的光点/秒比。屏幕点(光点)的数量基本上是图像分辨率和角度分辨率〔即可识别的视域(views)或视区(viewing zone)〕的乘积。此外，在活动图像的情况下，在单个帧内所需的屏幕点的数量必须被乘以每秒改变的帧数(帧/秒)，因而给出每秒要产生的屏幕点数。

基本问题是，在给定的单位时间内，如何产生所需的成像屏幕的点(光点)数(光点/秒)：

一种可能的解决方法是实行和时间相乘，其中需要一种较快的装置，如美国专利6,157,424中所述。实际上，这种装置尚不能得到，或者只能显示有限数量的视域。这些装置应用快速的LCD屏或其它快速的光阀，它们被置于两个或三个连续的平面中。

第二种解决方法是空间分割法，即，所需的屏幕点数被并行地产生，并被合适地组织起来。实际上，必须使用正常速度的显示，不过具有较大数量的像素(高的分辨率)，或者具有正常分辨率的较多的显示。这种方法的缺点是要求更多的空间。例如双凸透镜系统，其中以分辨率为代价产生不同的方向；例如，为了产生10个方向，需要具有10倍分辨率的装置，其中每第十个屏幕点和某个方向相关，或者，换句话说，把屏幕(显示器)分成10个部分。这些解决方法的不同的形式现在是公知的。

第三种可能性是组合所述的两种方法，最佳利用装置的速度和分辨率，考虑到工艺上的特征和屏幕点产生元件的限制；例如，为了产生30个视域，要应用10件3倍速的装置，或者具有10倍的分辨率。在空间上分开的10倍的屏幕点数，被一般来自不同方向的3个不同的光源及时地分割。

本发明描述了一种方法和装置，它们满足上述的要求，其中利用基于第二和第三种方法的真实的现有的技术可以实现的方法。

本发明的目的在于提供一种改进的方法和装置，其可以以足够高的帧频率产生高质量的彩色图像，即，其还能够产生活动的三维彩色图像。为了解决这个任务，本发明主要是需要一种新的光学装置。

上述的已知的三维成像系统的一个重要元件是一个相当小的光源，其沿不同方向发射可变强度(最好是不同颜色)的光束。在文件WO 98/3441中，这是通过一种声-光偏转器产生的，其按照一个时间的函数偏转和调制激光光束。因而沿不同方向产生和发射光束，并且这些光束沿不同方向被不同地调制。

发明内容

按照本发明，这些光束以和已知方法不同的方式被产生。在按照本发明的方法中，基本上同时地，利用具有不同坐标的两维显示器的象素产生基本上没有发射方向信息的光束。所述光束和屏幕上的不同点相关，并相应于屏幕点的不同的发射方向。

由具有不同的坐标的显示象素产生的光束，基本上同时地被成象在不同的偏转方向。所述成像被作为产生所述光束的象素的坐标的函数进行。

在所述方法的一种优选的实施中，沿不同方向投射到屏幕点的光束通过产生一个合成图像被产生。所述合成图像包括这样的图像细节，其相应于要从不同的屏幕点投射到不同方向的图像。所述合成图像利用基本上平行的光束照明。所产生的基本上平行的光束利用各个象素细节的强度和/或颜色被调制。所调制的基本上平行的光束被投射到一光学偏转装置上，优选的是投射到成像光学系统上，例如具有大的入射角的物镜。所述投射以空间坐标的函数进行。利用合成图像的图像细节调制的基本上平行的光束，被利用光学偏转装置朝向合适的屏幕点投射。所述投射通过将该光束偏转到不同方向进行。所述偏转按照合成图像上相关的图像细节的位置和所述光学偏转元件的成像性能进行。用这种方式，由相关模块(其包括相关的光学偏转装置)和屏幕的相互位置确定合适的屏幕点。

本发明的主题也是一种用于显示三维图像的装置，如引言中所述。所述装置包括一用于有方向选择地发射与/或反射光的屏幕，以及一屏幕照明系统。按照本发明，该模块还包括一两维显示器，以及一用于在屏幕上同时成像所述显示器的各个象素的光学系统。在两维显示器上的显示象素和屏幕上的不同的点相关，并且同时相应于不同的发射方向，所述发射方向也和不同的屏幕点相关。所述显示象素基本上同时地产生具有不同坐标的但基本上没有发射方向信息的光束。和显示器相关的成像光学系统基本上同时地将由具有不同坐标的显示象素产生的光束成像在不同的发射方向或成像方向。

优选地，所述屏幕透射输入的光束而基本上不改变它们的方向，或者以反射镜那样方式反射或者向后反射所述光束。与此同时，所述模块作为用于产生光束的装置来实现，所述光束然后从屏幕点沿不同的方向发射。为此目的，该模块从不同的方向朝向各个屏幕点投射具有不同强度与/或颜色的光束。因而在用于朝向屏幕点投射光束的装置中，所述两维显示器起图像发生装置的作用，用于产生一合成图像，其中所述合成图像由从不同屏幕点朝向不同的发射方向投射的图像细节构成。下文这种合成图像也被称为模块图像，因为其一般是由模块的显示器产生的。该装置的光学系统还包括用于以给定的角度朝向成像光学系统偏转所述光束，使得所述偏转角是光束的输入坐标的函数的装置。所述成像光学系统最好包括一光学透镜。

与此同时，所述照明系统具有用于产生基本上平行的，并且，作为空间坐标的函数，基本上均匀的光束，用于照明所述图像发生装置。

在所述光学系统中，所述模块相互之间以及和屏幕之间相对设置，使得利用一合成图像的象素编码的光束，-最好利用颜色和强度信息进行过调制的-被光学偏转装置按照相关模块和屏幕的相互位置朝向不同的偏转方向和合适的屏幕点偏转。

另一方面，所述屏幕按照从相邻模块投射到同一屏幕点上的光束之间的角度，提供一合适的光发散。所述发散在由光束确定的平面内被提供。

优选地，所述图像发生装置是微型显示器。集成电路技术使得能够生产较小尺寸，特别是IC尺寸的的上述器件，在较高的分辨率和较低的成本下其通常具有10-15微米大小的像素尺寸。这使得基于系统/装置推荐的大量的平行操作微型显示器成为切实可行的。

利用提出的一个实施例，两维显示器也可以是铁电液晶微型显示器(FLC微型显示器)。这些微型显示器可以以小的尺寸、彩色的型式和大的数量得到。不过，它们的尺寸仍然大于屏幕的屏幕点之间的特征距离。因此，为了优选地实现本发明，我们建议和屏幕的屏幕点的数量相比使用较少的两维显示器。另一个问题是由显示器的有效面积总是小于其总面积引起的。在某些光学布置的情况下，显示器的物理尺寸确定发射方向的数量，即该装置的角分辨率。为了增加发射方向的数量，两维显示器被设置成几个平行的行，并被彼此相对地沿平行于所述行的方向移动。用这种方式，获得一种虚拟地成一个整体的长的显示器，其可以提供高的角分辨率的三维图像，具有好的视野深度，并且显示器的水平分辨率也得到充分地利用。

使所述装置包含几个产生基本上平行的光束的器件，其中包括一共用光源，最好是任何强度的光源、带反射镜灯泡或金属卤化物灯，这已被证明是现实的。用这种方式，该共用光源的光通过光纤被引向各个光学偏转装置。这大大简化了照明系统的结构、在大量的模块上的光的分布，并且使光源的位置可以远离透镜，因而能够更好地实现光源的冷却。

从任何方向看的三维图像的连续的外观是通过使用光学平板的方法实现的，所述光学平板起着对有方向选择地透射或反射的光提供发散的屏幕的作用。所述光学平板的发散最好由一透镜系统或者全息层来提供。

在某些应用中，所述屏幕提供一个向后反射表面也是可行的。当三维图像的观看者在一个相对窄的空间内移动，并且需要只在所述空间内产生不同的视域时，这种结构是有利的。例如，如果屏幕位于和模块构成的圆环基本上同心的圆环的某个位置，则主要能够在该圆环中心周围的区域可以看到三维图像，但是在该区域内具有非常好的方向分辨率。这意味着，如果观看者只稍微移动，也可以觉察到视域的改变。

本发明消除了根据三维平行显示理论操作的已知系统的缺点，和最后的三维(复杂的)图像相比，其使用少得多的图像点发生装置。所述图像点发生装置以合适的几何关系被使用。这可以帮助避免导致不良感觉的子像素结构(所谓的体育场显示或栅栏效果，分辨率降低等)。当使用按照本发明的图像产生方法时，光无障碍地通过光束，而从同一个(屏幕)点射出。

传统显示系统的技术限制是如何实现大的灯功率：可以集中在LCD屏上的光的强度对最大的灯功率投影器施加了限制，而利用所有的已知方法，例如冷却等等，较小的投影器也可以使用高性能的光源产生以平均透明可见的图像。

在按照本发明基于大量的微型显示器的装置的情况下，上述的障碍可以被克服。可以产生大的光功率的复杂的三维图像，使得光承受能力有限的LCD面板(panel)必须透射与/或反射和其数量成比例的较低的光强度，即在100个面板系统的情况下，光强度只有1/100。另一方面，当利用传统的装置，通过使用几个亮度较低的但是效率高的光源，例如LED时，由于平行分布的结构，可以产生具有类似亮度的图像。

最好是，按照本发明的装置具有几个用于产生基本上平行的光束的装置，其或者具有单独的光源(LED，LED阵列)或者具有共用光源。从共用光源发出的光由光纤、随机化的多芯头束或者其它的光线路分配，并被引向含有微型显示器的光学模块/装置。共用光源例如金属卤化物灯的颜色控制利用已知的方法来实现，例如通过颜色滤光器和把光分成RGB通路的光闸，或者利用颜色盘来控制。

附图说明

下面仅以举例的方式参照附图说明本发明的实施例，其中：

图1和图2表示本发明的三维图像显示的装置和方法的基本原理；

图3是本发明的成像系统的基本元件示意图以及用于说明光学透镜系统的基本原理的功能的示意图；

图4是取自图1-3的屏幕的放大的截面图，具有用于说明光发散的示意图；

图5表示在观看者从一给定的位置观看所述装置的情形中由具有图3的模块的装置产生的路径光束；

图6表示按照本发明的装置的图像显示原理；

图7a是图4中屏幕的局部正视、顶视透视图；

图7b，7c以类似于图7a的示图表示按照本发明的三维图像显示系统的两种不同构造之间的差别；

图8说明本发明的装置的一个实施例各部分的三维结构；

图9是图3的成像系统的侧视图；

图10和图8类似，表示本发明的装置的另一个实施例；

图11和图9类似，表示图10的装置的光学系统；

图12是成像系统的一种改型的原理示意图，用于说明具有一个显示器的几个图像发生装置；

图13说明按照图12产生的图像发生装置的光学系统；

图14是图13的光学系统的一种型式；

图15是图13的光学系统的另一种型式；

图16说明配备有单个显示器的几个图像发生装置的另一种型式，其中的分布不是空间的，而是按照时间序列分布的；

图17说明当被设置在几行中时彼此相向的各个图像发生装置的相对位置；

图18说明各个模块和屏幕的光学对称的排列；

图19说明各个模块和屏幕的光学对称的排列另一种型式；

图20说明各个模块和屏幕的光学对称的排列又一种型式；

图21说明各个模块和屏幕的光学对称的排列再一种型式；

图22说明在各个模块中应用的光学排列的原理；

图23是实现图像发生装置的一种改进的型式；

图24是图23的装置的顶视图；

图25是在模块中使用的光学系统的另一种实施方案，以垂直于光轴的视图表示；

图26是图25的光学系统的改型；

图27是图25的光学系统的一种型式的透视原理图；

图28表示具有相关的模块排列的屏幕的另一种型式的原理，并表示所述屏幕的结构；

图29说明图28中排列的实际应用；

图30是从两个角度看的屏幕的可能的实施例的透视截面图；

图31表示该屏幕的另一个实施例的截面图；

图32从与图31相同的视角，表示该屏幕的另一个实施例；

图33从与图30相同的视角，表示屏幕的另一种可能的实施例；

图34是图33中屏幕的截面图；

图35是具有附加的屏幕的图33中屏幕的截面图；

图36是具有另一种类型的附加屏幕的图33中屏幕的截面图；

图37是图33中屏幕的截面图，具有完成图35中的附加屏幕的功能的表面配置；

图38是本发明的装置的另一个实施例的透视图；

图39表示图38中装置的一种应用方式；

图40表示图38中装置的另一种应用方式；

图41是局部剖视图，表示图38中装置的基本结构；

图42和图22类似，表示在所述装置中使用的模块的另一种具体型式；

图43是在图42中表示的模块中使用的LED发光单元的透视图；

图44表示在图43中的发光单元的光点的编排；以及最后

图45表示用于控制本发明的显示装置的操作的控制系统的功能结构。

具体实施方式

下面参照图1-3通过提供一种装置说明本发明的原理。所述装置用于提供具有空间感的三维图像。这由沿不同发射方向发射不同光束的装置的屏幕实现的，如图6详细表示的。为此目的，所述装置具有屏幕20，其有选择地透射与/或反射光的方向。利用所述屏幕的方向性，根据到达屏幕20的偏转光束L_d的入射角，即和给定的入射角有关的适当限定的发射角，我们预计，射出光束L_e射出屏幕20。换句话说，和散射屏幕相反，入射光束L_d的方向明确地确定了射出光束L_e的方向，而在散射屏幕的情况下，在光束入射之后，其它的光束以相当宽的空间角射出，并且入射的激发光束的方向不能由沿给定方向出射的光束确定。

在屏幕20中具有屏幕点P，所述的点不必在物理上识别，在给定的情况下，其位置由入射的和出射的光束确定。不过，屏幕点P的位置在屏幕中实际上也被固定也是可行的，例如具有合适孔径的屏幕20。在这种情况下，如图4所示，屏幕点P也可以在物理上被屏幕点P之间的边界线21分开。在大多数情况下，如同所述的例子中那样，屏幕20的方向选择性被这样实现，使得屏幕20透过到达屏幕点P的光束L_d，而不改变光束的方向或者像反射镜那样反射光束L_d。

屏幕20上的屏幕点P可以发射不同强度的颜色与/或沿不同方向的颜色。屏幕20的这个特征有助于该装置作为三维显示器运作。图1-3说明一个实施例，其中光束L_d当通过屏幕20并作为光束L_e在发射角范围α内射出时，实际上不改变其方向。应当强调的是，在图中的该设置的几何比例不相应于该装置的实际尺寸，这些附图只说明工作原理。

在本说明书下面的部分中使用如下的注释约定：

我们假定装置中具有q个模块，此时我们利用中间标记i标记1......q中的任意一个模块。一个模块可以沿n个不同方向发光，对任意中间方向的注释是i，m或g。在屏幕20中具有p个屏幕点P，中间标记是k。光可以从屏幕点P沿n^*个发射方向射出，这样，n^*个发射方向可以和P个屏幕点相关，即和整个屏幕20相关。此处使用的中间标记是i^*，m^*或g^*。在光束的情况下，下标(s，c，d，e)指的是光束在光学系统中的作用，其中Ls表示由光源发出的光束，L_c表示准直光束，L_d表示偏转光束，L_e表示最后从屏幕20向观看者发出的光束。上标表示行中的模块、相对于模块的发射方向以及屏幕的有关的屏幕点P。因此，光束L_e ^j，g，k+1表示这样的光束：其从屏幕20射出，并从模块i沿方向g射出，和第k+1个屏幕点P接触(在这种情况下是从所述屏幕点出射)。

此外，装置具有屏幕20的照明系统。该系统含有用于产生光束L_d的模块，并且，光束L_e和屏幕20的多个不同点相关，它们还和这些屏幕点D的不同的发射方向E相关。例如，在图3的实施例中，器件45构成一个模块，并且由第j个器件45j发射的光束L_d ^I-L_d ⁿ通过屏幕20的不同的屏幕点P_k-2，...，P_k+2。还可以看出，作为每个光束L_d ^I-L_d ⁿ的继续，光束L_e ^j，I，k-2，L_e ^j，I，k-1，L_e ^j，m，k，L_e ^j，g，k+1，L_e ^j，n，k+2，从屏幕20射出，沿不同的发射方向E₁-E_n ^*传播。与此同时，来自其它模块的光到达同一个屏幕点，例如在图3中，从第j-1个模块45_j-I出射的光束L_d ^I也到达屏幕点P_k+1，并以和由第j个模块的器件45j发出的光束L_d ^g不同的方向出射。因此，换句话说，各个模块作为用于产生光束L_e的装置来实现，所述光束L_e从屏幕点P沿不同方向E₁＝E_n ^*发出，并且用于以不同的强度与/或颜色从不同方向朝向各个屏幕点P投射光束L_d ^I-L_d ⁿ。为了更好地理解，在图3中，n＝5，即，一个模块沿5个不同方向发射到达5个不同的屏幕点P的光。该装置的各个模块按照下面说明的原理由合适的控制系统控制。

模块，即器件45，其作为用于产生光束的装置，其功能以较早的型式通过位于发光表面10上的光源S按已知的方法来实现(见图1和图2)。这些光源S的功能是从给定的屏幕点P朝向不同的发射方向，以合适的强度与/或颜色，在发射角范围α内，沿不同方向从屏幕20的屏幕点P发光。光源S在角度范围β内发光。这个角度范围β基本上相应于屏幕20的发射角范围α。由图1可以看出，光源S₁，S₂，S₃，...，S_n向屏幕点P₃发射光束L_d，并且从屏幕点P₃出射的光束L_e的方向由各个光源S₁-S_n和屏幕点P₃的相互位置确定。

本发明的意义在于使得这些光源S在实际上能够实现，或者更精确地说，提供一种能够实现由具有理想的零宽度的光源S提供的功能的光学装置。

如同在引用的文件中那样，我们通过表示任意选择的一行水平的屏幕点P和光源S来说明本发明的操作。应当理解，当产生实际的图像时，具有许多行水平的屏幕点，并且类似地，从图像发生装置发出的光束也沿着多个水平行发出。此时，光学系统使光束在屏幕的合适的水平行上成像。

由以下方式产生光束L_e，所述光束L_e产生和各个屏幕点P的不同的发射方向E₁-E_n ^*相关，并和本发明装置的屏幕20的多个不同的屏幕点P相关的视域：

具有一些二维显示器，在这种情况下，在各个模块中具有微型显示器50。所述微型显示器50一般是一LCD面板。在模块中具有透镜，用于同时使显示器50的像素C_d在屏幕20上成像，就是所述透镜同时使整个显示器50在屏幕20上成像。在二维显示器50中，像素C_d和不同的屏幕点P相关，并且还和屏幕20的不同的发射方向E^I-E^n*相关。像素C_d基本上同时地产生光束L_c，它们具有不同的坐标，但是基本上没有关于它们的发射方向的任何信息。和光束L_c相关的发射方向只当模块45的成像光学系统40使光束L_d向偏转方向D¹-Dⁿ偏转时才实现。沿着偏转方向D¹-Dⁿ传播的光束L_d通过屏幕20而基本上不改变其方向，因此各个发射方向E实际上由从模块45发出的光束L_d的偏转方向D确定。可以看出，从第j个显示器50j出射的光束基本上是平行的，因此从显示器50j发出的光束L_c ^I-L_c ⁿ不处于合适的角度，即，它们不向偏转方向D偏转，其自身和发射方向E相关。偏转首先由在显示器50的后方的光学系统完成，因为和各个显示器50相关的成像光学系统40被设计用于基本上同时使由像素C_d产生的具有不同坐标的光束L_c成像到不同的发射方向E^I-E^n*或成像方向。

更精确地说，单独的二维显示器50被认为是图像发生装置，其产生要从不同的屏幕点P朝向发射方向E投射的复杂的细致的图像。同时，成像光学系统作为光学偏转装置，其根据入射的坐标以给定的角度偏转入射到成像光学系统上的光束L_c。在所示实施例的情况下，成像光学系统由光学透镜40构成。同时，照明系统具有用于产生基本上平行的并基本上未调制的光束L_c的装置。所述用于产生基本上平行的和基本上未调制的光束的装置在图3所示的实施例中的情况下是准直器60。该装置具有一光学系统，其利用基本上平行的光束L_c把图像发生装置，即显示器50投射到光学偏转装置上，在这种情况下即光学透镜40。如下面所述，所述光学偏转装置，即在光学系统中的光学透镜40和屏幕20被这样彼此相对地设置，使得通过光学偏转装置，即光学透镜40，光束L_c沿着偏转方向D朝向合适的屏幕点P偏转。各个偏转方向D实际上类似于不同的发射方向E。光束L_c由利用细节，即由图像发生装置即显示器50产生的合成图像的像素C_d编码的信息调制。

换句话说，把光束L_d投射到屏幕点P上的光束发生装置45具有图像发生装置，其由要被从不同的屏幕点P投射到不同的发射方向E的图像细节产生一合成图像。所述图像发生装置在图3中是微型显示器50，在其中通过下述的方式产生合成图像。

因此，该装置的基本元件是光学偏转装置，用于根据入射的坐标以给定的角度偏转入射光束L_c。所述偏转装置在本设计中是光学透镜40，在实际上，从可以大量生产的观点看来，这最好由具有球面或者在可能的情况下具有衍射表面的塑料透镜系统来实现。该装置的另一部分是用于产生基本上平行的且基本上未调制的光束L_c的装置。即，如上所述，在图3所示实施例的情况下，所述装置是准直器60，其由点光源70发出的散射光束L_S产生准直光束L_c。“基本上平行”这种表述指的是光学系统在准直器60和光学透镜40之间没有焦点，但是光束L_c可以具有微小的发散或者会聚。“作为空间坐标的函数是均匀的”这个表述指的是光束L_c基本上未按其三维坐标被调制。换句话说，按照当光束L_c通过显示器50时由其首先进行的强度和颜色调制这个事实，所述光束的强度和颜色在实际上是相等的。

如图3所示，光源70s的光由共用光源80提供，其通过从光纤导线的束76中选择的光纤导线75分配到各个光源70。自然地，各个光源70可以具有其自身的光。可以使用卤化物灯作为共用光源80，例如OSRAM HTI系列的卤化物灯。

按照本发明的装置包括一个光学系统，其把各个显示装置(即显示器50)产生的图像以基本上平行的光束L_c投射到光学偏转装置上(即光学透镜40)。在光学系统中，光学偏转装置，即光学透镜40，和屏幕20的相对位置被这样设置，使得光束L_d从不同的偏转方向D朝向显示器20的合适的屏幕点P偏转，其中，如上所述，光束L_d首先由作为图像发生装置的显示器50利用以复杂图像的各个图像细节编码的信息进行调制，接着，光束L_d被作为光学偏转装置的光学透镜40偏转。因而，光束L_d由作为图像发生装置的显示器50利用由所述显示器50产生的图像的各个像素编码的信息(即由所述像素携带的信息)调制。光学偏转装置，即光学透镜40，沿不同的偏转方向D朝向和合适的模块45和屏幕20的相互位置相应的屏幕点P偏转光束L_d。模块45的位置被周期地改变为相互之间以及和屏幕之间在光学上相等或者在光学上对称的位置。“在光学上相等”这个表述指的是各个模块45包括相同的光学系统，它们定期地相对于屏幕被移动或者有时被转动。

可以想见，光学偏转装置即光学透镜40的作用是作为一个偏转装置，其根据入射的坐标以一个给定的角度偏转入射光束L_c。如图3所示，在SLM50j左边的通过像素C_d ^j，I的光束L_c ^I朝向偏转方向D_I偏转，偏转方向D₁和在SLM50j中部的通过像素C_d ^j，m的光束L_c ^m的偏转方向D_m不同，按照这样的事实，即，发射方向E_m由偏转方向D_m确定，其沿发射方向E_m通过屏幕20。由图3还可以看出(以及由图1和图2)，由于不同的偏转方向，由同一个光学透镜40j朝向不同的偏转方向D₁-D_n偏转的光束L_d通过不同的屏幕点P。在这个例子中，这意味着，沿方向D_m传输的光束L_d ^m通过屏幕点P_k，沿方向D₁传输的光束L_d ¹通过屏幕点P_k-2。由上述可以清楚地看出，因为通过显示器50的相邻屏幕点的光束未必也到达屏幕20上的两个相邻的屏幕点P，各个显示器50产生和装置向任何方向投射的实像不同的合成图像。即使是这种情况，由于所述成像系统，这种相邻的光束实际上将沿两个不同的方向E离开屏幕20，使得它们必须在显示器50上利用相应于不同的发射方向E的信息编码。实际上，从一个区域，即从和发射方向E相反的一个方向看屏幕20，到达观看者的眼睛的，并且和屏幕20上的不同的屏幕点P相关的那些光束L_e，通常通过不同的显示器50，并被其调制。考虑到在由发射方向E确定的发射角α内，实际上光沿所有方向被发射。因此，当从这个区域观看屏幕20时，光束从所有的屏幕点P到达观看者的眼睛(见图5)。因而，在完整的观看角区域内，即在这样一个角度范围内，在该范围内来自屏幕点P的光束到达观看屏幕20的观看者的眼睛，或者更简单地说，是一个这样的区域，在该区域，观看者能够觉察到屏幕20上的某种图像，发射角α实际上是相同的。

下面更详细地说明成像原理：

在发射角范围α内，各个光束L_e沿着十分确定的方向E传输。从和所述发射方向E相反的方向观看屏幕20时，可以看到离开各个屏幕点P的光束，因此觉察到在整个屏幕20上的完整的图像，所述完整的图像由屏幕点P构成。必须注意，在呈现给观看者的图像中，可以不必觉察到屏幕的表面和屏幕点P本身，并且觉察到的图像在观看者看来不是二维的投影图像，而感觉到更接近真实的空间。

例如在图3中提供的，来自屏幕点P_k+2，P_k-1的光束L_e ^{j-1，i，k+2}，L_e ^j，i，k-1沿发射方向E_I出射。虽然未示出，光束L_c沿所有方向E离开每个屏幕点P，从而还具有沿方向E_I从屏幕点P_k+1，P_k，P_k-2出射的光束。

因此，当从和发射方向E_I相反的方向观看屏幕20时，观看者将看到从屏幕点P_k+2，P_k+1，P_k，P_k-1，P_k-2到达的特定颜色和强度的光，因而，观看者将觉察到由P_k+2，...，P_k-2产生的图像。用同样方式，由图3可以看出，光束L_e ^{j-1，i，k+1}，L_e ^j，i，k-2从屏幕点P_k+1，P_k-2沿发射方向E_I出射。类似地，光束也沿发射方向E₁离开其它的屏幕点P_k+2，，P_k，P_k-1；为清楚起见，这些未被示出。因而，从和发射方向E_I相反的方向观看屏幕20，观看者将看到在屏幕点P_k+2，P_k+1，P_k，P_k-1，P_k-2的特定颜色和强度的光，即观看者将觉察由屏幕点P_k+2，...，P_k-2产生的图像。不过，从下述可以容易理解，从和发射方向相反的方向E_I可觉察到的图像通常和可从和发射方向相反的方向E_i觉察到的图像不同。这意味着，屏幕20能够从不同方向提供不同的可觉察到的图像。可以看出，离开屏幕点P_k+1的光束L_e ^{j-1，g，k+2}被显示器50j的像素C_d ^g调制，而也离开屏幕点P_k+1的光束L_e ^{j-1，i，k+1}被显示器50j-1的像素C_d ^j-1，I调制。因而，屏幕20能够从不同方向产生不同的图像，这意味着其可以显示三维图像。

由图5可以看出，在屏幕20后面具有大量的模块45，并且屏幕20的给定的发散度确保光束从所有屏幕点P到达观看者的眼睛，这使得观看者在所述角度范围内觉察到一个连续的图像。如在图5的右面单独示出的，作为准直的非发散光束的光束L_e ^g-1，L_e ^g，L_e ^g+1沿不同方向离开屏幕点P。这些光束以角度δx被屏幕20散射，使得它们略微发散。用这种方式，光到达观看者的眼睛E_2L，虽然光束L_e ^g-1，L_e ^g本来就未对准观察者的眼睛。可以看出，到达观看者的眼睛E_2L的光束L_e ^δg似乎是虚光束L_e ^δg’的继续，其本身似乎是从两个模块45之间开始，并通过屏幕点P。用这种方式，使得在光束L_e ^g-1，L_e ^g，L_e ^g+1之间没有“间隙”，在视觉上觉察到的图像没有不发光的有缺陷的部分，并且观看区域被连续地覆盖。

还可以看出，和各个观看方向相关的完整的视域不是由一个模块产生的，而是由几个模块产生的。利用其它的系统，由一个光学单元产生属于某个视频的完整的视频，会引起突然的、扰乱的改变，这在观看点改变时，在发生不可避免的改变的情况下，可以看到。与此相反，在本发明所述的装置中，从由观看者的眼睛E_1L，E_1R表示的任何点看的图像由几个模块产生。例如，在实际上，利用提供水平视差的装置，由大量的垂直带25产生和观看方向相关的每个图像，所述的带和各个模块相关(也可见图7b)。所述带25彼此相邻。这种图像装置确保，如果观看者改变位置，因而其观看点改变，例如，通过沿箭头F的方向移动，则模块的光束L_e ^g-1，L_e ^g，L_e ^g+1和L_d ^g-1，L_d ^g，L_d ^g+1被连续地改变，因而产生由连续改变位置的眼睛E_2L觉察的图像。用这种方式，按照这样的事实，即，光束L_d ^g-1，L_d ^g，L_d ^g+1由不同的模块45产生，可产生连续改变的图像。还可以清楚地看出，来自不同模块45的光束从各个屏幕点P_k-1，P_k，P_k+1，P_k+2等到达观看者的右眼E_R和左眼E_L。这基本上说明，同一个屏幕点能够对于左眼和右眼发送不同的信息。

图6以更详细的方式表示相同的效果。在该图中，表示本发明所述的装置如何显示不同维数的图像。作为例子，在图6中，所述装置显示两个暗点物体O₁和O₂，以及两个光点物体O₃和O₄，它们被两个观看者觉察到是三维的图像。为了更好地理解，主要示出了模块45的实际上到达观看者的眼睛的那些光束，但是必须强调，具有沿所有发射方向离开所有模块的光束。因此，所述装置不依赖于观看者的位置，并且当在视域范围内从任何方向观看时，都能提供真实的三维图像。和简单的立体系统(处理左眼和右眼)或者多视域系统(急剧地改变图像)相反，本发明的装置提供完整的运动视差，在视域范围内，所述连续的图像可以被几个观看者“绕行”(walked around)，观看者可以在物体的后方观看，此时可以看到隐藏的细节。

例如在图6的实例中，第一观看者能够用两只眼睛E_1R，E_1L看到暗的物体O₁，但是为此要使模块45_I-8向右眼E_1R发送光束，而由模块45_I向左眼E_1L发送光束。用这种方式，观看者将清楚地觉察到，来自物体的光从不同的角度到达其两只眼睛，并且还可以觉察到离开物体O₁的距离。不仅还使第一观看者觉察到物体O₂，而且还能使其觉察到物体O₂在物体O₁的后面，这是因为观看者通过其左眼E_1L只接收由模块45_I-2通过沿着左眼E_1L的方向发射的光传递的关于物体O₂的信息。与此同时，对于第二个观看者，按照到达其眼睛E_2R，E_2L的来自模块45_I+17和45_I+16以及模块45_I+8的光束，物体O₁和O₂将作为两个不同的物体出现，这是因为，从其方向到达的光束不能由任何模块产生。在另一方面，根据相同原理，两个观看者将看到点物体O₃和O₄。例如，根据从模块45_I+3，45_I以及模块45_I-8，45_I-11射出的光，亮物体O₄将被第一个观看者的两只眼睛觉察到。应当注意，由于可以沿不同方向发射的并具有不同强度的光束，例如，同一个模块45_I能够对于第一观看者的右眼E_1R和左眼E_1L显示不同颜色的物体。第二观看者的右眼E_2R不能觉察到物体O₄，因为其被物体O₂遮挡。第二观看者只能用其左眼E_2L看见物体O₄。可以想见，本发明的装置能够显示任何数量的这种点物体，并且用这种方式，还适合于显示有限尺寸的物体，因为这些物体可以作为点组被显示。还可以看到，在屏幕20的前方和后方的物体可以借助于所述装置被同样地显示。如果由所述装置产生的光束从要被显示的物体的开始，则所述光束精确地相同，并且所述装置不考虑观看者的位置，因而，不管观看者的位置，在发射角范围内，沿所有方向显示真实的图像。此处再次强调，所述装置沿着根本没有观看者的方向连续地发射光束。这种光束在图6中被表示为光束L_e。

由上所述，可以清楚地看出，按照本发明的方法，通过产生光束L_d(或者更精确地说，作为光束L_d的继续的光束L_e)显示三维图像，产生不同视域的光束L_d和各个屏幕点P的不同的发射方向E相关。光束L_d被投射到具有方向选择性的透射与/或反射屏幕20上。在执行所述方法期间，利用两维显示器50的象素C_d，基本上同时地产生光束L_c。这些光束L_c基本上没有关于其发射方向E的信息。象素C_d具有不同的坐标。光束L_c和屏幕20上的不同的点P相关，并相应于屏幕点P的不同的发射方向E。由具有不同坐标的象素C_d产生的光束L_c基本上同时被成像在不同的偏转方向D。所述成像按照产生光束L_c的象素的坐标进行。

从屏幕点P沿不同发射方向E发射的光束L_e一般被这样产生：向屏幕20的各个屏幕点P从不同的方向发送具有不同颜色与/或强度的光束L_d，并使光束L_d实际上不改变其方向通过屏幕20。可以想到，在本发明中所述的处理也可以通过从屏幕20对光束L_d进行反射镜似反射来实现，例如如图39所示。“反射镜似”一词指的是，以某个角度落在屏幕20上的光束L_d将基本上以相同的角度反射，就像通常光束由通常的平面镜或逆反射器反射那样。此外，需要着重指出，“反射镜似”一词还覆盖当反射是沿着至少一个方向向后反射的情况。这意味着，不考虑和屏幕表面正交的输入光束的方向矢量的分量，当和表征输入和输出光束的方向的方向矢量相比时，至少一个另外的分量不改变符号。利用一般的反射镜，垂直于屏幕表面的入射平面和出射平面是相同的，并且和屏幕表面平行的表征输入方向的矢量的两个分量保持不变。在逆反射器的情况下，和屏幕表面平行的表征输入方向的矢量的两个分量改变符号。如果屏幕只沿一个方向向后反射，则只有和屏幕平行的分量中的一个改变符号。

因而，具有不同方向的要发射到屏幕点P的光束L_d被这样产生：由借助于图像发生装置即显示器50从不同的屏幕点P朝向不同的发射方向E投射的图像细节产生一合成图像。所述合成图像通过向显示器50的驱动电路100提供合适的输入数据来实现。(见图8和图10)。一个合适的程序产生所述输入数据，即把图像细节分配给各个显示器50的驱动器，如图4所示。所述图像细节构成和三维图像的特定的观看方向相关的图像。在显示器50上产生的图像由基本上平行的光束L_c照明。按照这种方式，产生基本上平行的光束L_c，所述光束利用用各个图像细节编码的信息被调制。这些利用合适的图像信息调制过的基本上平行的光束L_c被投射到一个光学偏转装置上，在本发明中，所述装置是成像光学透镜40。利用合成图像的图像细节调制过的基本上平行的光束L_c利用光学偏转装置(即光学透镜40)被投射到合适的屏幕点P。所述投射通过使光束L_c朝向不同的偏转方向D偏转来实现。按照相关的图像细节在合成图像上的位置以及光学偏转装置的成像性能确定偏转方向D。因而合适的屏幕点由相关的模块45和屏幕20的相互位置确定。模块45包括相关的光学偏转装置，即光学透镜40。

优选地，显示元件即显示器50是微型显示器，理想的显示器是铁电液晶显示器(FLC微型显示器)，尤其是ICFLC(集成电路铁电液晶显示器)。也可以使用其它的传统的显示器，例如SONY LCX系列，或者使用透射或反射面板，例如MicroDisplay Corp.MD640G1或者Displaytech，Inc.LightCaster SXGA显示面板。也可以应用基于其它技术的光阀阵列。

必须指出，在理论上，利用图像发生装置可以产生如此多的图像细节，其相应于等于各个屏幕点P的发射方向的数量的多个方向。在这种情况下，需要和屏幕20的每行中的屏幕点P的数量一样多的图像发生装置，即显示器50，这是因为，从屏幕20的一行发射的光束的总数必须等于屏幕点数和发射方向的乘积。这种方法，如图1所示，在实际上是难于实现的，因为在多数情况下必须相当紧密地形成屏幕点P，因而，显示器50必须这样设置，使得它们之间的距离和屏幕点P之间的距离相同。

不过，在具有大的表面的某种显示器的应用中是可行的，例如广告牌、计分牌等，它们通常被从远距离下观看，因而屏幕点之间的距离也可以很大，甚至达到几厘米。

通常用于较小的装置的实际解决方案是，一个图像发生装置产生若干个图像细节，这些细节相应于等于和各个屏幕点P相关的发射方向E的数量的倍数的若干个方向。用这种方式，可以应用比屏幕点P的数量较少的图像发生装置(见图2)。用这种方式，我们使用所述图像发生装置产生相应于若干个屏幕点P的发射方向E的所需数量的图像细节。这种装置实际上如图3所示，可以看到，设置的屏幕点P比相关的光学透镜40以及显示器50更密。换句话说，一个显示器50通常根据相同或相似的方向必须服务于若干个屏幕点P，以便使足够数量的光束L_e以合适数量的发射方向E离开每个屏幕点P。当比较图1和图2时可以看出，如果发光表面10远离屏幕20，即，使它们之间的距离增加，则在光源S之间的距离X_s可以大于屏幕点P之间的距离X_p。由于这种解决方案，显示器50的尺寸可以大于屏幕点P之间的距离X_p。这种解决方案也在文件WO98/34411中说明了。

显然，如果具有p个屏幕点P，并具有q个显示器45，并且光束L_d沿n个不同方向D离开每个模块，则n^*个光束L_e可以离开一个屏幕点P，其中n^*＝qn/p，因为pn^*＝qn。结果，如果我们在不改变视角时想要增加发射方向数n^*，即角度分辨率，我们必须增加模块的数量(如果器件的宽度是给定的，我们必须把器件设置得更密)，或者减少屏幕点的数量，或者增加模块的方向分辨率。模块数量的增加可能受到其尺寸的限制，屏幕点的数量的减少将减少看到的图像的分辨率。因而在模块45中必须应用具有尽可能多的象素数量的显示。在活动图像的情况下，公式则不相同，因为必须在设置的单位时间内提供离开每个屏幕点的光束数。在这种情况下，应用下面的公式：

n^*f^*＝(qn/p)f，其中f^*是帧频率，通常是30 1/s，而f是显示器的帧频率。因为后者可以被适当地提高，所以用这种方式q可以被减少，这意味着需要较少数量的快速显示。这种解决方案如图11所示。

由图3可清楚地看出，由光学透镜40偏转的光束L_d在正常情况下通过公共焦点。这些焦点实际上可以被认为是好象它们形成具有虚光源S’的虚的发光表面10’，其产生具有不同方向和强度的光束L_d。

图4所示的屏幕20，如文件WO98/34411所述，提供具有某个发散度的出射光束L_e，例如通过应用全息散射屏作为屏幕20。屏幕20提供基本上准直的输出光束，所述光束以最大为几度的发散δx离开屏幕点P，使得在从模块45到达的光束L_d ^I，L_d ^I+1之间具有一重叠，其实际上和属于相邻发射方向的光束L_e ^I，L_e ^I+1相同。显然，当发散角δx和发射的光束之间的角度γ相同时，所述重叠，即相邻光束L_e ^I，L_e ^I+1的光接触是合适的。这在图7a-c中示出。图7a-c还说明，利用没有垂直视差的装置，当具有水平发散δx时，需要相当大的垂直发散δy，否则只能从一个窄的水平带觉察到图像。

如图7a所示，屏幕20是一个光学板，其对有方向选择地透射与/或反射的光束产生散射，其散射角为δx，δy。在理论上，能够以这样的方式构成屏幕20，使得在多个表面上，例如在其输入与/或输出表面上产生所需的散射，或者由设置在屏幕20上的附加的散射屏幕提供所述的散射。应用可提供机械保护或光学校正的另外的平板是有利的，例如使用滤波器以改善对比度，并使用防反射涂层。

在理论上，发光表面10不仅可以沿水平方向延伸，而且也能沿垂直方向延伸，这意味着，其也可以沿垂直方向被分成S个发光点。在这种情况下，模块45不仅在水平位置设置，用于产生和垂直视差相关的视域(图7b)，而且在不同的垂直位置设置的模块的水平行也产生具有垂直视差的视域。在这种情况下，各个光束L_e不再照射带25，而照射方块125(图7c)。用这种方式，不仅借助于使观看者水平移动可以觉察到屏幕20的改变的视域，而且当观看者向下移动时也能觉察到。不过，这在技术上是非常难于实现的。因此，在实际上，如果我们放弃真实的垂直三维效果，因而和图5所示的排列类似，并且离开屏幕20的光束被这样形成，使得发出的光束沿一个垂直方向宽的而水平方向窄的带25离开(图7b)，则更为简单。这种解决方案也在文件WO 94/23541中详细说明了。

图8示出一实现水平视差(图7a示意地表示)的三维显示装置的实际的实施例，还示出了所述装置的部件的空间布置。由于后面说明的原因，包括光学透镜40、显示器50和准直器60的模块被设置在两个水平行中。所述的两行以半个周期彼此相对移动。不过，含有成像光学透镜40的光学系统被这样形成，使得在下行和上行的模块使来自模块45的在原理上和光束L_e相应的光束24e在屏幕的相同的水平行22，23上成像。在图中只示出了底部屏幕行23和顶部屏幕行24，但是当然屏幕20包含合适数量的(例如480)水平行。例如，如图8所示，来自下行的第一模块的光束24_e ^f1和24_e ^a1作为来自第二行的第一模块(完整的模块系列的第二模块)的光束24_e ^f2和24_e ^a2落在相同的屏幕行22，23上。由在两行模块之间的距离引起的来自两个模块的两个光束24_e之间的角度的小范围的垂直差不会对图像的觉察产生任何干扰，因为如图7和7b所示，光束24_e已经以大的角度(大约100°)散射。因此，由于在模块的行之间的差而产生的光束的垂直偏离在实际上是可以忽略的。

图9是一种由模块构成的光学系统的纵截面图。虽然成像可能似乎和图3所示的水平截面图相同，但是其间的重大的差别在于，属于显示器50的一列的象素C_d1-C_dz属于同一图像，即，视域可以由一个特定的方向觉察到。换句话说，出现在显示器50上的垂直的屏幕带实际上也作为同时可见的屏幕带出现在屏幕20上，所述的屏幕带和从某个方向看的视域相关。

如果必须显示一还提供垂直的空间(3D)视域的图像，则需要和所需的发射方向的数量那样多的模块行。在这种情况下，在显示器50上的象素列的排列根据和象素C_d的行的排列相同的原理进行，即一象素列的各个象素属于不同的垂直发射方向。此外，-除去它们的水平发散之外-，在由屏幕20垂直散射之后从屏幕20出射的光束的垂直发散相当小(见图7c)，其相应于在垂直相邻的模块之间的角度。所述发散是如此之小，以致于在沿垂直相邻的方向离开的光束之间没有间隙，因而在任何位置的观看者的眼睛将觉察到光束。

在图10中示出了图8的装置的一种型式，其只包括一行模块45，除此之外，工作原理是相同的。通常，模块45必须使用具有较小的水平尺寸的显示器，它们沿一行排列。为了获得所需的角分辨率，模块的行(事实上，其构成虚拟发光表面10’)必须设置得远离屏幕20，这要求显示器50具有大的分辨率，同时要求成像透镜具有相应的尺寸和高的分辨率。与此同时，从控制的观点看来，这种结构在光学上比较简单。

图10表示具有另一种型式的可能的照明系统的装置，其应用单独的光源70，最好是以RGB颜色发光的LED 71，以及一光学适配器，用于均化或准直光束，最好是微透镜阵列或内部反射光集中元件(后者在图10中未示出)。该LED 71位于一个公共座板69上。

例如，在图11中示出了一种模块的光学系统的垂直截面图，其包括一LED 70和一内部反射光集中元件，即锥体形状的反射镜盒65。

如上所示，光源S的数量及其周期性基本上确定了装置的角分辨率。如果增加光源S的数量，同时用小的物理尺寸实现这些光源，则可以产生具有好的角度分辨率和大的视野深度的三维图像。下面给出一些部件的例子，用于说明装置的原理。

图12-15表示具有较大尺寸的显示器53可以产生若干个显示501-504，或者最终形成若干个光源S。例如，如果在屏幕20上较小的分辨率便足够了，则在一个1600×1024个象素的显示器53上可以形成4个单独控制的640×480个象素的显示50₁-50₄。在这种情况下，通过较小显示50₁-50₄的光轴可以借助于已知的光学装置相互分开，例如棱镜41，因而由各个显示50₁-50₄提供的图像可以借助于单独的成像透镜40相互独立地投射。如果光轴只需要水平地或者垂直地沿横向在边上移动，斜棱镜43和44(见图14，15)可以提供类似的分辨率。由上述可以得出结论，沿水平方向需要尽可能多的象素，因为三维方向的分辨率由离开各个象素的光束的数量确定。如果在水平屏幕行中具有x个屏幕点，并且可从每个屏幕点离开的光束L_e的数量是n，则在水平方向需要x*n个象素。换句话说，如果水平方向图像分辨率(在水平屏幕行上屏幕点P的数量)是固定的，我们能够在给定的水平屏幕行上设置的象素数以及图像越多，则从每个屏幕点可以发射光束的方向的数量越多。

图16表示在理论上，提供较快的帧频率的显示器52可以根据光点/秒要求替代更慢的显示器50。在这种情况下，光源70₁-70₃交替地照射，并利用显示器52的帧频率同步，因而，显示器52循环地“服务”于虚光源S’₁-S’₃。按照具有单独的准直器60₁-60₃的光源70₁-70₃之间的基于角度的差别，虚光源S’₁-S’₃似乎在空间上是分开的。快速显示器52，在发光表面10’的合适的点上聚焦的透镜，可以由一公共成像透镜46来实现，如图11所示，不过也可以通过组合几个单独的成像系统来实现。

在图17中，我们说明能够甚至需要增加水平方向可得到的显示象素的数量。在这种情况下，最好在沿着平行于行的方向的方向相对移动的几个平行行中设置两维显示器50。根据净宽度W_n和总宽度W_g以及各个显示器的高度h，可以在两行、三行或者更多的行中设置显示器50，使得沿和行平行的方向，一般是水平方向，具有更多的象素可以利用。由上述可见，必须以这样的方式选择水平位移w，使得各个显示器50的中心光轴以规则的周期沿水平方向移动。用这种方式，可以保证由透镜40沿横向偏转的光束到达合适的屏幕点P，并且保证离开各个屏幕点P的光束L_e的发射角呈现规则的分布。

通常，但并非一定，选择位移w等于显示器50的总宽度w_g和产生的行数的商。通常，两行的结构是最佳的，因为如果各个显示器50的控制输出54被调整，则显示器50可被设置得如此接近，使得几乎可以实现在理论上连续的长的水平显示。

图3说明一种结构，其中沿着屏幕20的各个模块45实际上沿着平行于屏幕20的直线被移动，但是要不然就处于和屏幕20相同的角度，因而它们在光学上是完全等效的。与此相反，我们在图18-21中说明，各个模块45和屏幕20也可以按照不同的几何结构被分组。

图18表示这种光学上均匀的装置的原理，这种结构从实际实施的观点看来是特别有利的。各个模块45在光学上是相同的，即含有相同的成像透镜40。这使得模块45能够容易地进行大量生产，并使得它们能够互换。因为它们沿直线平行于屏幕20被移动，但是不和屏幕20在同一个角度，所以对于屏幕20没有光学梯形失真，并且模块45的光学对称的设置有助于共同成像。通过选择模块45的数量，这种结构可以自由的扩展，因此，可以实现具有最佳比例的4∶3，16∶9或者其它的显示。

到达边缘象素P的光束也可以被这样产生：利用反射镜M靠紧屏幕20和模块45之间的横向间隔，并使那些光束L_d返回至屏幕20的屏幕点P，否则所述光束将不到达屏幕20。返回的光束可以被认为好象是由虚拟模块45_v发射的。可以表明，来自内部模块45的落在屏幕20的外部的光束L_d的数量和边缘屏幕点P利用所述虚拟模块45_v产生的数量相同。因此，通过在屏幕20的边缘放置反射镜M，来自内部模块的射向屏幕外部的光束可以完全被利用，并且使得模块45的总宽度不超过屏幕20的宽度，因而使得所述装置可以保持相当紧凑的尺寸。

图19表示一光学对称的结构的例子。利用圆柱对称变换代替沿平行直线移动，模块45和屏幕20沿着一曲线设置。例如，由于对称的原因，把屏幕20设置在和模块45构成的圆弧同心的圆弧上是有利的，如图20的结构所示。屏幕20可以是一圆柱面，或者是一球面，这从投射的观点看来是有利的。圆弧形的屏幕20的半径可以大于、等于或小于由模块45构成的圆弧的半径。半径的比例确定了沿着圆周的具有给定的尺寸的模块的数量、其离开屏幕表面的距离，这和角分辨率和系统的图像分辨率有关。这种结构可以扩展到整个圆弧，即360°的范围，用这种方式，对观看者产生一具有完整的视角的三维视域，其方便地用于虚拟现实系统或者模拟器。在大尺寸的系统中，例如飞行模拟器，所述模块可以有利地利用投影器来实现。屏幕20可以是反射的或者是向后反射的，这结合图28和33-34详细说明。

屏幕20可以制成透光的弧形结构，如图20所示。因为朝向弧形屏幕20的凸表面的发射角的范围比朝向凹的一侧的范围大得多，所以使模块45沿圆弧朝向公共区域即圆弧的中心设置也是优选的，模块45和屏幕20最好被设置在圆弧的同一侧。模块45最好位于具有较大半径的圆弧上，而且屏幕20位于具有较小半径的圆弧上。观看者35仍然在范围34的宽的角度观看周围屏幕上的三维图像。可以看到，由于环形布置，所以中心模块45c处在光学上和周边模块45p等效的位置。模块45和屏幕20在理论上可以构成一个完整的圆弧，此时屏幕20是柱面或球面。

图21表示光学不对称的模块-屏幕配置，其中屏幕和模块基本上沿直线排列，但是模块的光学成像不相同；在朝向边缘的位置，其和屏幕20的角度不同，并且由于屏幕20的象素P的均匀分布，其成像也是不对称的，通常表现为梯形失真。当图像通过软件进行过预失真处理，因而所述光学失真可被软件以这种方式补偿时，可以实现共同成像。不过，由于图像的象素特性，当相邻模块的图像被组合时，可能引起干扰影响。

在图22中表示模块45的光学系统的一种实际的实施方案。光源被设置在光纤75的末端77。出射光束L_c由第一非球面透镜72准直成为平行光束。通过显示器50的光束被第二非球面透镜73聚焦在透镜孔径74上。在由透镜孔径74进行空间滤波之后，借助于色散透镜78使发散光束的光束角增大。色散透镜78是一种凸凹透镜，其凸侧朝向在光轴上的光源，并且其折射系数适当地和透镜73的不同，以便进行颜色校正。这种光学系统被这样设计，使得在角度范围β内，基本上均匀分布的入射光束L_c被基本上均匀地偏转。不过，需要使中心光束之间的偏转角度的差相当大，而周边光束之间的偏转角度的差相当小。这是必须的，以便使被偏转的光束L_d在屏幕20上确定均匀分布的屏幕点P，或者对物理上预定的屏幕点P进行正确的照明。

图23表示大尺寸显示器55的正视图，其具有复杂的图像，其中包含要沿不同的发射方向投射的图像细节，沿着其长的和窄的有效区域被彼此相邻地设置。各个图像可以认为好象是由虚拟显示器50’产生的。这种方案使虚拟显示器50’能够相互紧密地设置。图24表示与透镜40在一起的显示器55的顶视图，它们被集成为一汇集的光学平板42。透镜40进行各个虚拟显示器50’的成像，即进行由显示器55产生的相邻图像的成像。

图25-26表示当显示器56不在透射方式下工作而在反射方式下工作时，模块45的光学系统的一种可能的结构。

此处使用微型机械显示器作为显示器56是合适的，其中光被用集成电路技术操作的反射平板偏转，或者通过移动作为光栅的带状结构使光偏转。这种方案是由Texas仪器公司提供的DMD芯片的微反射镜阵列。按照图25所示的光束路径，光从准直器60通过分光棱镜57投射到显示器56上，并由此朝向光学透镜40反射到分光棱镜57。分光棱镜57优选是一种已知用于LC微型显示器的偏振分光棱镜，或用于微型机械显示器的全反射(TIR)棱镜。

图26表示一种改型，其中分光棱镜57的作用被半透明平板58代替。两种型式可以通过使用一个公共的长显示器55和一个长的分光棱镜57’构成。后一种型式示于图27。和图23的显示器55类似，显示器55’可以具有单个共用的有效区域，其中各个模块的显示器只有在逻辑上是分开的，但是，各个模块的物理上分开的显示器56’被固定在一个公共的基板59上也是可行的(见图27)。

图28表示模块45和屏幕20的位置，其中和图20类似，屏幕20和模块45沿着同心的圆弧设置。不过，重要的是，此处的屏幕20是向后反射形的，即入射光束朝向相同的方向反射。为了更加精确，屏幕20的这个特征只沿水平方向实现，换句话说，只在图28的平面内实现。从屏幕20的垂直反射是常规的镜面反射，即入射角和出射角相等，不过沿着垂直平面的光束的分量保持常数。这是需要的，因为否则光束将总是朝向模块45反射，因而不能到达观看者的眼睛。

图28的装置的一个重要特征在于，由于弧形的、水平向后反射的屏幕20，使得从各个模块45发射的发散光束当被反射时被再次会聚，并且屏幕20的整个表面在围绕着观看者35的头部的区域附近的一个相对窄的范围34内是可见的。为了更加精确，一个三维的视域，其实际上覆盖整个屏幕20的区域，只在所述范围34内产生。还可以看出，所述范围34的中心实际上是由模块和屏幕20构成的同心圆的公共中心。不过，在所述窄的范围34内，三维图像的方向分辨率(角分辨率)是高的，因为只有具有小的横向运动的光束可被看到，其从各个屏幕点沿不同的方向出射。换句话说，由所述装置提供的不同角度的视域分割所述窄的范围，使得发射方向之间的差别是小的。这意味着，观看的三维效果将是非常真实的，但是不需要使许多发射方向和屏幕20的各个屏幕点相关，否则将需要大量的模块或者各个模块中的高分辨率的显示器。还可以看出，当观看者移近屏幕20时，由屏幕20的发射角范围覆盖的区域成为窄的，例如，如果观看者35移动到位置35’，则只有由模块45c产生的光束到达观看者35的眼睛，而由边缘模块45p发出的光束则避开观看者。

屏幕20是向后反射形的，因为其面向模块45的表面由垂直对准的直角棱镜26覆盖，其水平截面在图28的放大的细节中示出。按照已知的方式，这个实施例中的表面是沿给定的方向(这些方向位于和棱镜的纵向边缘垂直的平面内)向后反射的。这意味着，在这些平面内发射的光束平行于入射的光束但沿相反的方向出射。

图29表示图28的结构的实际应用-一种飞行模拟器。由飞行员看到的景观的三维图像出现在屏幕20上，不过这种景观只能由坐在飞机座舱36内的飞行员看到，所述座舱模拟实际飞机的飞行员座舱。在飞机座舱36的后面与上方的一或多个投影装置46含有模块45，用于产生形成飞行员37的视域的光束。

图30表示屏幕20的一种能够实现的三维结构，并示出了水平截面图30a和垂直截面图30b，以便进行更好地说明。提供有一系列所谓的双凸透镜，即在屏幕20的一个表面上的具有大的曲率半径的柱面透镜，和在另一个表面上的具有较小曲率半径的柱面透镜。具有较大曲率半径的柱面透镜31提供光束L_e的较小的大约1-2度的水平散射，如在图5和图7a中的角度δx所示。具有较小曲率半径的柱面透镜32提供光束L_e的较大的大约100度的垂直散射，如在图7a中的角度δy所示。屏幕20可以用已知技术例如注模由廉价的光学质量的塑料制造。可以利用具有一层或几层结构的反射屏幕(图31)和透射屏幕20实现散射。在反射屏幕的情况下，构成一个形成所需的散射的一半的柱面透镜便足够了，因为由于反射，光束通过屏幕20两次，并在第二次通过之后实现散射。理论上，也可以构成在屏幕20的同一表面上产生水平和垂直散射的光学表面。

图32表示屏幕20的一种型式，其中代替柱面透镜的全息层33用于实现光束的所需的散射。全息层33可以同时甚至不同程度地产生垂直和水平的散射。

在图33和34中表示，向后反射形的(沿一个方向)屏幕20可以通过在屏幕20上形成直角棱镜26来构成(也见图28)。在垂直于棱镜26的纵向边缘27的平面内建立向后反射效果。在平行于纵向边缘27的平面上的光束，或者更精确地说，落在这些平面内的光束分量由作为简单的反射镜的屏幕20反射。图35和36表示，置于向后反射屏幕20的前方的散射屏幕30或全息层33提供发射的光束L_e的所需的发散。图37表示的一种型式是，其中全息层33利用合适的技术例如复制被直接地提供在向后反射表面上。

图38表示本发明的三维显示装置的一个相对简单的实施例。所示的装置只产生三维的静止图像，例如，用于广告是很好的。该装置的投影器47含有模块(图38中未示出)，所述模块按照上述的原理朝向屏幕20发射光束L_d，其通常和投影器47单独地设置。如果需要，在投影器47的两侧可以提供反射镜M，借助于所述反射镜，按照结合图19所述的原理，可以减小投影器47的宽度。图38的装置的投影器37的内表面如图41所示，其差别在于，图38含有一行模块，而图41表示一种两行的结构。

投影器47和屏幕20可以是一种反射结构(见图39)，即投影器47可以被固定在天花板90上，而屏幕20可被安装在房间的墙上(图中未示出)。这种结构是有利的，因为投影器47可以被设置得远离屏幕20。这种结构可以提供具有好的角分辨率和大的视野深度的三维图像。即，可以想见，三维图像的方向分辨率，即相邻的发射方向之间的角度，将由屏幕20和模块45之间的距离以及各个模块45之间的距离决定。相对于投影器47，观看反射结构中的屏幕20的观看者位于屏幕20的前方，并在其平面的下方，因此，也可以在相对小的房间内使用相对大的尺寸的屏幕20。所述装置在屏幕20的前方和后方提供三维图像，用这种方式，可以使房间在光学上被放大。

屏幕20也可以被制成透射型的，即从投影器47发出的光束L_d通过屏幕20，并且从所述屏幕的另一侧出射的光束L_e到达观看者的眼睛。这种结构如图40所示。在这种情况下，投影器47不需要被设置得高于观看者，而可以设置在和观看者相同或者较低的高度。这种结构的优点在于，投影器47可以设置在另一个房间内，因为观看者不需要看投影器47。

图41表示用于显示静止三维图像的装置的结构。因为只能投射静止图像，在投影器47中的两维显示器的作用被用于投射静止图像的装置例如滑动薄膜(slide film)150代替，或者在给定的情况下由反射方式的图像载体代替。合成图像155被透镜40在屏幕20上成像，屏幕20可以距离投影器47较近或者较远。合成图像155以合适的几何尺寸被设置在滑动薄膜150内，例如以图41所示的双行排列的形式。如果需要，反射镜M可以代替产生屏幕的边缘屏幕点的合适的图像的模块，如图19所示。在滑动薄膜150中的图像155由光管180或者由在电影装置中已知的白炽灯泡，或者具有选择的均化散射板185的LED从后方照明。如果要利用投影器47显示另一个图像，滑动薄膜150可以快速容易地更换。也可以应用实现定期更换的自动机构，例如通过更换公告板。利用合适方法例如数字成像技术可以在滑动薄膜150上形成各个复杂的图像155。滑动薄膜适合作为两维显示器，因为其可以产生具有高分辨率的尺寸小的彩色图像，并且其主要模拟如图23所示的大尺寸显示器的长而窄的有效区域。图41所示的三维显示装置可以用简单的方法和低的成本制造，并且能够显示质量极高的具有三维效果的图像。

应当注意，当滑动薄膜150通过散射板185照明时，不仅垂直于图像平面155的光束通过薄膜150，而且也通过其它方向的其它光束。具有相当小的数值孔径的成像光学系统40只能成像以低的锥角进入的那些光束，而其它的较斜的光束在这种光学系统中被丢失。换句话说，成像透镜40实际上在滑动薄膜150上利用基本上平行的光束。因此，在这种情况下，确实，在投影器47中具有一个用于向光学偏转装置即成像透镜40以基本上平行的光束投射由图像发生装置产生的图像的光学系统，在这种情况下，所述图像发生装置是具有图像155的滑动薄膜150。根据上述，所述系统以相当低的效率利用通过图像155的光，但是，这由显示的三维图像的亮度由图像155的积累的光输出确定的这个事实来补偿。

图42表示在模块45中使用的光学成像系统的另一种型式。LED阵列170提供显示器50的背后照明。为了实现最大的亮度，必须在显示器50的后面设置尽可能多的光源。这可以通过利用集成电路技术中已知的方法在一公共的基板上固定未封装的LED芯片，并把它们用导线连接在一起，或者利用细的通常是金制成的细丝连接(焊接)到合适设计的输出上来实现。用这种方式，可以每隔0.4-0.5mm设置一个芯片，甚至在中等尺寸的显示器的后面设置100个这样的芯片。用这种方式，最好是提供均质的光源，虽然成本较高，其具有极高的表面亮度，并具有好的混色和饱和度。从LED芯片阵列170出射的发散光束的边缘光束被吸收，而通过小数值孔径透镜73和78的并基本上垂直于LED芯片阵列170的出射光在系统中被利用。LED芯片阵列170可以是多色的，例如通常的RGB颜色的LED171可被设置在合适的组中，如图43和44所示。

为了更好地利用光，可以在LED芯片阵列170和显示器50之间提供光束形成准直透镜，用于准直以宽的角度发出的输出光束。所述光束形成准直透镜可以被方便地制成微透镜阵列，或者被制成和芯片阵列的尺寸相同的内部反射光集中或光平行元件。有利地是，这种光束形成元件可以是一种扩展的截头圆锥体形的反射镜盒(见图10)，或者是一种锥形扩展的塑料或玻璃元件。用这种方式，可以减少芯片的数量，并且可以使用标准的RGB的LED芯片，例如由Samsung或Marl制造的器件。

在图44所示的RGB彩色LED照明器的情况下，显示器50是单色的，并通过循环地转换具有R，G，B颜色的LED 170，产生连续颜色的图像。这可以被这样实现，使得每种颜色在1/30秒的长帧内接通一次。显然，这需要合适帧频率的显示器50，即，在这种情况下，图像以大约90 1/s的频率在显示器50上显示。用这种方式，可以避免在模块45中使用彩色的LCD。按照已知的方式，在彩色面板中使用大量的象素，其中具有以三分之一分辨率的象素三元组的RGB滤光器，或者在彩色LCD显示器中使用的三个(RGB)单个面板。在利用并行的LCD操作的显示装置的情况下，进一步把面板分成三元组是不经济的。不过，减少显示器的分辨率会使得减少偏转方向，即引起方向分辨率的降低。因此，通过使用高速的铁电液晶(FLC)面板，并通过在以3x成帧频率相互成帧之后对RGB图像成帧，可以实现时间序列的颜色控制。作为另一个优点，这使得比利用象素级混色具有较好的混色。

显示器50也可以利用LED或者OLED显示器(有机LED)来实施。在这种情况下，不需要单独的光源和显示器。LED或OLED显示器本身组合而具有光源和图像发生装置的功能。除去沿平行方向发射的光束之外，也具有其它的光束，不过，如上所述，偏转光学系统将只在屏幕上成像基本上平行的光束。

图45表示本发明的装置的控制系统的示意图。在广播、电信和计算机技术会聚的年代，信息系统传递、存储和处理数据的基本功能，基本上和信号携带的是音频、视频数据或者是计算机数据无关。因而，也必须制备能够集成在一个系统中的现代化装置，使得其可以处理任何信号，传输三维(视觉的或者几何模型)信息，可以不用修改硬件。监视器、电视机和其它显示装置通常利用专用电路处理不同标准的输入信号。因此，本发明的装置的控制单元基本上被配置为一个计算机200，例如个人计算机(PC)，使得其按照给定的格式或协议把输入的数字的或模拟的三维数据通过输入接口(扩展)卡转换到到标准的计算机总线210，例如PCI总线上。这种配置使得能够按顺序产生新的物理输入信号。

系统的输入数据可以来自不同的数据源。例如，在图45中，示出了网络接口260，线路调制解调器270以及音频/TV接收机单元280，它们都和总线210相连。

摄像机250可以通过输入单元255和设备相连，输入单元提供用于自校准、头部跟踪和环境光条件的测量数据。

在由软件203处理之后，或者直接地，输入的三维数据到达和同一总线210相连的三维单元240，其在物理上也被配置为一个(PIC)扩展卡。所述的卡最好含有极复杂的可编程的逻辑IC(FPGA)。三维单元240(3D引擎)的任务是实时地产生合适的复杂的(模块)图像，并将其传递到各个模块45_I...45_q。

计算机200的功能也可以利用控制电路100来实现(见图8和10)，不过控制电路100本身一般只接收三维单元240的数据，并根据所述数据扩展模块45。

三维单元240按照不同的输入数据以不同的方式工作：

-平面图像显示。其填充模块45_I...45_q的显示器50的合适的象素，使得屏幕20的合适的象素P沿所有方向发射光束，所述光束具有识别的传统标准的两维图像的给定的屏幕点的颜色和强度值。

-利用相应于任何源的不同的观看方向的视域处理图像，(计算机产生的或者是拍摄的或者是自然场景拍摄的)。所述图像可以被解压缩或者去压缩。利用所需的几何数据，通过重新排列不同视域的图像的细节，产生合成的(模块)图像。

-具有比装置能够显示的较少的视域的图像的处理。例如，装置可以显示的所有的视域只从图像的5个可得到的方面编辑。虽然在理论上，需要大量的空间图像来重构基本上连续的三维视域。但是产生不同观看方向的所有的视域通常是不经济的。因此，三维单元240用合适的算法计算足够数量的中间视域。这种方案例如从美国专利5,949,420的说明书中得知。所述单元由计算的所需数量的中间视域(并且一般来自初始视域)利用和上述相同的重新排列产生合成(模块)图像。

-由其它平台的数据，例如DICOM，3Dfx，VRML和其它三维的CAD几何模型产生足够数量的三维视域。作为例子示出了3Dfx模型230，其可以用已知方式作为单独的扩展卡和计算机200的总线210相连。可以安装已知结构的三维软件203，所述软件由描述的三维物体产生足够数量的视域图像。三维单元240的处理和上述的类似。

因而，本发明的装置和任何平台的兼容性是软件的主要问题。当建立新的标准时，可以对具有中心观看方向的图像附加三维信息作为补充数据。用这种方式，两维器件保持兼容，并且可以显示三维信号，自然地，只利用平面视域图像。

在特定应用中，该装置的硬件可以实时地计算任何中间视域的数据。因此，能够按照观看者两个眼睛的位置优化由观看者觉察的图像。这意味着只有图像的两个视域被朝向观看者的眼睛投射。相邻的视域，即相邻的视域的图像的重叠部分，由于屏幕的散射，其可能已经能够被看到，被切断。用这种方式，可以产生具有非常好的视野深度的图像(高深度方式三维图像)。由本发明的系统的特征可见，可以对几个观看者同时实现眼睛跟踪和上述的观看者优化。用于眼睛跟踪的控制数据由摄像机250或者其它的专用硬件来实现。

另一种可能的应用是，当装置的硬件实时地计算任何视域时，其可以插入图像的结构中并对其进行修正。这种选择可以是对环境光和照明的考虑。不仅可以调节亮度，而且可以调节在物体的给定点上光束的颤动，可以添加模糊的阴影。这些完全属于那样的效果，如果缺少了这些，观看者就会识别出其觉察的图像仅仅是人造的图像。因此，附加这些选择可以产生极其真实的视域(真实方式)。

三维图像比平面图像包含多得多的信息。建议在传递或存储三维数据时使用数据压缩方法。图像的方向视域的相似性允许使用有效的压缩方法。所述算法在上面已经说明，即所述算法基于图像的方向视域的少量的处理/增加，利用几何关系，这是用于减少数据本身的有效处理。不过，使用具有图像的方向视域的已知的图像压缩方法来实现较好的压缩是值得的。解压单元220是一种多通道单元，其按照已知的标准例如MPEG2，MPEG4，Wavelet等操作。解压单元220解压输入的压缩数据流的图像内容，并把图像输出到三维单元240的输入端。

此外，计算机200当然控制装置的所有功能，从通过控制冷却来接通光源80的电源85，到显示菜单。该装置可以进行自我诊断，并且如果需要，可以进行维修校正和通过和互联网相连的IP，或者通过电话线或者通过计算机网络进行调节控制。

Claims (39)

1.一种用于显示三维图像的装置，所述装置包括：

a，一用于有方向选择地透射与/或反射光的屏幕(20)；

b，一屏幕照明系统，所述屏幕照明系统包括：

c，用于产生光束的多个模块(45)，所述光束和该屏幕的多个不同点相关，并且和屏幕的点的不同的发射方向相关，并且

d，按照在相邻的发射方向之间的角度，所述屏幕(20)对透射的或反射的光提供发散，并且所述装置还包括

e，一用于控制所述模块的控制系统，

其特征在于

f，所述多个模块(45)还包括一两维显示器，以及

g，一成像光学系统(40)，用于同时在所述屏幕(20)上使显示器的各个像素(C_d)成像，其中

h，和屏幕(20)上的不同的点(P)相关的并且相应于和屏幕的不同点(P)相关的不同的发射方向(E₁-E_n ^*)的在两维显示器上的显示像素(C_d)，基本上同时地产生具有不同坐标的但是基本上没有发射方向信息的光束(L_c)，以及

i，和显示器(50)相关的成像光学系统(40)，基本上同时地将由具有不同坐标的显示器像素(C_d)产生的光束(L_c)成像在不同的发射方向(E₁-E_n ^*)或成像方向。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

a，屏幕(20)透射输入的光束(L_d)，基本上不改变它们的方向，或者以反射镜同样的方式反射所述光束，或者向后反射所述光束，

b，所述模块作为以下的装置被实现：用于产生沿着不同的方向从屏幕点(P)发射的光束(L_e)，并且用于从不同的方向(D)朝向各个屏幕点(P)以不同的强度与/或颜色投射光束(L_d)的装置，其中在用于朝向屏幕点(P)投射光束(L_d)的装置中，

c，两维显示器(50)被作为用于产生要朝向不同方向投射的光束(L_c)的图像发生装置实现，其中和不同投射方向相关的光束(L_c)由两维显示器(50)的不同的像素(C_d)产生，

并且所述成像光学系统包括

d，用于以给定的角度作为输入坐标的函数偏转输入到成像光学系统上的光束(L_c)的光学偏转装置，

并且所述屏幕照明系统还包括

e，用于产生基本上平行的，并且，作为空间坐标的函数，用于照明图像发生装置的基本上均匀的光束的装置，以及

f，所述模块(45)被设置在光学上等效的位置上，被彼此相对地和相对于所述屏幕(20)周期性地移动，使得

g，按照相关的模块(45)以及屏幕(20)的相互位置，由光学偏转装置朝向不同的方向(D)和朝向合适的屏幕点(P)偏转所述光束(L_c)，所述光束(L_c)利用一合成图像的像素被编码，其中该合成图像是由所述图像发生装置产生。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两维显示器是液晶微型显示器，或者微型机械器件。

4.根据权利要求3的装置，其中所述液晶微型显示器是投射或反射型LC微型显示器、LED或OLED显示器。

5.根据权利要求3的装置，其中所述微型机械器件是微型反射镜阵列、有源光栅或光阀阵列。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两维显示器产生一没有垂直视差信息的合成图像，并且所述模块被按水平行设置，并且屏幕的水平发散(δy)相应于从相邻模块投射到同一屏幕点上的光束(L_d)之间的角度，并且屏幕的垂直发散(δy)相应于所需的垂直观看范围。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模块被排列成多个平行的行，并被彼此相对地沿着平行于该行的方向移动。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该图像发生装置的照明系统包括多个用于产生基本上平行的光束(L_c)的装置，用于产生由一共用光源(80)照明的平行光束的装置。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，包括用于调制该共用光源(80)的光的装置，并且共用光源(80)的光利用光导管或者光纤(75)被引向各个模块(45)。

10.根据权利要求9的装置，其中所述用于调制共用光源(80)的光的装置是一个旋转的滤色盘或一个光闸。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括多个光源，它们和各个模块相关。

12.根据权利要求11的装置，其中所述多个光源是多个LED，或具有多颜色的多个LED的LED芯片阵列(170)，或者多个单独的LED。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述LED具有光束整形适配器。

14.根据权利要求13的装置，其中所述光束整形适配器是一个微型透镜阵列或一个反射光集成/集中元件(65)。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述屏幕是一光学平板，用于对有方向选择地透射的与/或反射的光束提供发散，所述发散的角度(δx，δy)相应于在由相邻模块(45)和屏幕点(P)限定的平面内的由相邻模块(45)发出的和从同一个屏幕点(P)发射的光束之间的角度。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光学平板的发散是利用透镜系统(30)或者利用全息层(33)来实现。

17.如权利要求6-16中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述用于提供发散的屏幕具有水平向后反射的表面。

18.根据权利要求17的装置，其中所述水平向后反射的表面包括一个垂直取向的棱镜结构。

19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模块被沿着平行于屏幕的直的部分排列。

20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模块被沿着一圆环部分排列，所述屏幕是基本上和模块的圆环同心的圆柱面或球面。

21.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统作为一计算机被实现，使得

a，所述装置按照已知标准起网络装置的作用，其中所述装置

b，按照不同的标准处理输入信号，并将其转换到计算机数据总线上。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述控制系统自动地存储和处理图像，最好是用于图像压缩的目的，按照观看位置进行优化，按照周围照明修正真实的显示。

23.一种用于显示三维图像的方法，包括以下步骤：

a，产生和屏幕(20)的多个不同的点(P)相关的光束(L_d)，所述光束(L_d)产生和各个屏幕点(P)的不同的发射方向(E)相关的不同的视域，以及

b，把所述光束投射到有方向选择地透射与/或反射的屏幕(20)上，所述屏幕(20)提供相应于两个相邻发射方向(E)之间的角度的发散(δx)，

其特征在于

c，利用作为图像发生装置的两维显示器(50)的像素(C_d)，基本上同时地产生基本上没有发射方向信息的光束(L_c)，所述像素具有不同的坐标，所述光束和屏幕(20)上的不同的点(P)相关，并且相应于屏幕点(P)的不同的发射方向(E)，以及

d，基本上同时地将由具有不同坐标的显示器像素(C_d)产生的光束成像在不同的偏转方向(D)，所述成像被作为产生所述光束(L_c)的像素(C_d)的坐标的函数来实现。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述产生不同视域的光束利用以下步骤产生：

a，从屏幕上的点将具有不同强度与/或颜色的光发射到不同发射方向，其中

b，从屏幕上的点朝向不同方向发射的该光束借助于以下步骤产生：从不同的方向朝向各个屏幕点投射具有不同强度与/或颜色的光束，透射所述光束而基本上不改变其方向，或者从屏幕上反射所述光束而基本上维持原方向，同时对所述光束提供合适的发散，以及

c，沿着不同方向朝向屏幕点投射的该光束利用以下步骤产生：产生一合成图像，所述合成图像包括图像细节，所述图像细节相应于待从不同的屏幕点投射到不同方向的图像，以及

d，利用基本上平行的光束照射该合成图像，产生基本上平行的被利用各个图像细节的强度与/或颜色信息调制的光束，以及

e，在光学偏转装置上，投射作为空间坐标的函数的被这样调制的基本上平行的光束，以及

f，利用光学偏转装置朝向合适的屏幕点投射被利用合成图像的图像细节调制的基本上平行的光束，其中通过按照合成图像上的相关的图像细节的位置和光学偏转元件的成像性能使所述光束朝向不同的方向偏转，所述合适的屏幕点是由相关的光学偏转装置和屏幕的相互位置确定。

25.根据权利要求24的方法，其中所述光学偏转装置是一个成像光学系统。

26.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，所述图像发生装置的数量和它们的像素的数量的乘积等于屏幕点数和与屏幕点数相关的发射方向的数量的乘积。

27.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，由一些图像发生装置产生可从每个单方向看到的三维图像的一个视域。

28.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，由多个垂直图像带产生没有垂直视差的三维图像，所述图像带是由各个图像发生装置产生的。

29.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，利用一个图像发生装置产生相应于和各个屏幕点相关的观看方向的数量的倍数的多个图像细节，并关联少于屏幕点的数量的几个图像发生装置，使得利用一个图像发生装置产生图像细节，所述图像细节和基本上相等或者相邻的一些屏幕点的相的观看方向相关。

30.如权利要求23或24所述的方法，其特征在于，利用一个图像发生装置产生相应于每个屏幕点的不同的观看方向的数量的图像细节，并且使用和所述屏幕行中的屏幕点的数量那样多的和一个水平屏幕行相关的图像发生装置。

31.如权利要求23所述的方法，其特征在于，使用在图像发生装置中的具有独立的发光性能的像素。

32.如权利要求23所述的方法，其特征在于，利用单独的光源照射图像发生装置。

33.如权利要求23所述的方法，其特征在于，利用一共用光源照射多个图像发生装置。

34.如权利要求23所述的方法，其特征在于，产生所述光束的发散，所述光束被有方向选择地通过屏幕透射与/或从所述屏幕反射，在由从所述屏幕点发射的光束确定的平面内，该发射角相应于在从同一个屏幕点发射的光束之间的角度。

35.一种用于显示三维图像的装置，所述装置包括：

a，一用于有方向选择地透射与/或反射光的屏幕(20)；

b，一屏幕照明系统，所述屏幕照明系统包括：

c，用于产生光束的模块(45)，所述光束和屏幕(20)的多个不同的点(P)相关，并且和屏幕的点的不同的发射方向相关，以及

d，按照在相邻的发射方向之间的角度，所述屏幕(20)对透射的或反射的光提供发散，

其特征在于

f，所述模块(45)还包括两维图像(155)，以及

g，一成像光学系统，用于同时在所述屏幕上使所述图像的各个像点成像，其中

h，和屏幕(20)上的不同的点(P)相关的并且相应于和不同的屏幕的点(P)相关的不同的发射方向(E₁-E_n ^*)的两维图像(155)的图像点，基本上同时地产生具有不同坐标的但是基本上没有发射方向信息的光束(L_c)，以及

I，和显示器相关的成像光学系统(40)，基本上同时地将由具有不同坐标的图像点产生的光束成像在不同的发射方向(E₁-E_n ^*)或成像方向。

36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，所述图像被包含在一滑动薄膜(150)上，所述滑动薄膜为一个图像承载介质。

37.如权利要求35所述的装置，其特征在于，包括多个和各个模块(45)相关的光源，或者包括一共用光源用于照射所述图像(155)。

38.如权利要求35所述的装置，其特征在于，和所述图像(155)相关的成像光学系统(40)被作为一个概括成单一单元的光学平板(42)来实现。

39.根据权利要求38的装置，其中所述单一单元的光学平板是一个透镜阵列。

Images