2024年4月22日发(作者：陆开霁)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.1
(22)申请日 2011.06.28
(71)申请人 辛维特有限公司
地址 挪威特隆赫姆市
(72)发明人 约翰·雷达尔·马蒂亚森
(74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理有限公司
代理人 周靖
(51)
G02B27/22
H04N13/00
(10)申请公布号 CN 102959455 A
(43)申请公布日 2013.03.06
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
3D立体显示器的观看辅助设备
(57)摘要
本发明涉及用于观看从立体成像系
统接收的图像的立体观看辅助设备，所述
成像系统包括提供具有两个不同的波长范
围集合的图像的两个通道，所述观看辅助
设备包括两个滤光装置，第一滤光装置透
射在第一波长集合范围内的光以及第二滤
光装置透射在第二波长集合范围内的光，
每个所述滤光装置都包括第一光学设备，
其在相应的波长处具有选定的焦距。
法律状态
法律状态公告日
2022-06-14
法律状态信息
未缴年费专利权终止IPC(主分
类):G02B27/22专利
号:ZL2申请
日:20110628授权公告
日:20160629
法律状态
专利权的终止
权 利 要 求 说 明 书
1.一种立体观看辅助设备，用于观看从立体成像系统接收到的图像，
所述成像系统包括提供具有两个不同的波长范围的集合的图像的两个通
道，所述观看辅助设备包括两个滤光装置，第一滤光装置透射在第一
集合内的光以及第二滤光装置透射在第二波长集合内的光，所
的每一个包括在相应的波长处具有选定的焦距的第一光
波长
述滤光装置
学设备。
2.如权利要求1所述的观看辅助设备，其中所述滤光装置包括被放
置在所述第一光学设备后、透射在所述波长集合的一个波长集合内的光的
介质滤光器，所述第一光学设备具有负焦距，因此这减小了在所述滤
上的入射角。 光器
3.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一光学设备为第
透
4.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一透镜和所述第
二透镜由菲涅耳透镜构成。
一表面上的第一透镜，用于准直来自所述成像系统的光，以便减少来自所
述成像系统的光与滤光器之间的角度，并且第二滤光器表面设有第二
镜，用于实质上重新确立来自所述成像系统的入射光的方向。
5.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一透镜和所述第
6.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中组合的所述第一透镜和
7.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中组合的所述第一透镜和
8.如权利要求1所述的观看辅助设备，其中所述第一光学设备为衍
过
9.如权利要求8所述的观看辅助设备，包括第二光学设备，用于实
10.如权利要求8所述的观看辅助设备，包括附加的滤光器。
所述第二透镜是提供视觉矫正的聚焦系统。
所述第二透镜是无聚焦系统。
二透镜是衍射透镜。
射滤光器，该衍射滤光器在所述波长集合的一个波长集合内具有所述选定
的焦距同时散射在所述一个波长集合以外的光，因此提供对所述光的
滤。
质上重新确立来自所述成像系统的在所述波长范围内的入射光的方向。
11.如权利要求1所述的观看辅助设备，包括两个光学设备，该两个
光学设备在所述波长集合处具有相反的焦距。
说 明 书
发明领域
本发明通常涉及用作3D立体显示器的观看辅助设备的护目镜
更特别地，涉及用于观看基于波分复用的3D立体显示器的
技术背景
存在几种在观看显示器时用于提供立体3D图像的不同的方法，如快
镜（其中两个图像被按序显示，以及在眼镜中放置有确定哪幅图像
到哪只眼睛的快门），以及偏振式眼镜和投影仪或屏幕（其中眼镜
右侧或左侧的图像到相应的眼睛）。快门眼镜的缺点为，其需要眼
源的（需要电池），是暗的（20％的可见光透射率），并具有有限的
刷新率。偏振式眼镜的缺点是需要在屏幕中保持偏振，使得难以在眼镜中
得到高的立体消光比以及可见光透射率相对较低（40-45％）。在此称为“干
涉滤光技术（Infitec）”方法或手段的更有希望的方法在多个参考文献
（US7001021B2、EP1830585A2、WO2004/038457A2、WO2008/061511A1、
WO2009/026888A1）中、以及在引用的文章“LED-
Infitec Technology（应用Infitec技术的基于LED
门式眼
被显示
仅发送
镜是有
(eyewear)，并
护目镜。
Based 3D Displays with
的3D显示器）”和
涉滤光器的3D立
“Interference-Filter-Based Stereoscopic 3D LCD（基于干
体LCD）”中被讨论。3D立体显示器的Infitec手段使
示器中的波分复用以及眼镜中的解复用。Infitec
括无源眼镜、使用标准的投影屏和极好的立体消
波分复用3D立体显示器都存在于现有技术中
Infitec手段中使用的滤光器和其他类似的
射光线的入射角对于所有的观看方向必须
赖性极大地约
用干涉滤光器用于显
具有多种良好的性能，包
光比。投影式和透射式的
（见参考文献）。然而，在
解决方案是角度敏感的。因为入
尽可能接近垂直，所以该角度依
束了护目镜的设计。在现有技术中，是通过在从眼睛隔开一
设有弯曲透镜（US2007/0236809A1，US2008/0278807A1）
段距离的位置
或窄视场的平
右眼透射光谱
于角度的移位。
物体时的颜色
择。Infitec干
的滤光器的位
立体显示器的
成本是由于需
比。具有干涉
些层的组合厚
于3D立体显
助设备的设计
减少或消除上
面透镜来避开这个问题。一些现有技术包括左眼透射光谱和
之间的大的防护频带，以便补偿在眼镜中的透射光谱的依赖
角度依赖性导致了具有显示器的亮度损失、观看屏幕外的
失真、和左眼图像和右眼图像之间的共同色域减少的设计选
涉滤光器的角度依赖性另外约束了显示器或投影仪的光路中
置。Infitec手段的另外缺点是，相比于使用基于偏振的3D
眼镜，其具有相对较高的成本。现有技术的Infitec眼镜的高
要高数量的介电层（大约50-100层），以获得高的立体消光
滤光器的涂层眼镜的成本大约正比于介电层的数目和所有这
度，且因此，大量的层导致了眼镜的高成本。因此，存在对
示器的观看辅助设备的需求，其能为显示器/投影仪和观看辅
提供更大的自由度，同时保留Infitec方法的良好的特性，并
面所讨论的缺点。
发明概述
本发明的目标是为用于立体3D显示器的用作观看辅助设备的现有技
护目镜提供改进，特别是用于使用波分复用的显示器。本发明的另
标是为通常的现有技术中的3D立体显示器提供改进。这些目标利
所述的、其特征如在独立权利要求中所限定的护目镜来获得。
本发明提供了用于观看3D立体显示器的护目镜，其中所述显示器使
复用。本发明在护目镜中提供了用于波长选择性滤光的光学组件。
明的示例性实施方案中，显示器和护目镜中的光学组件包括薄膜干
器、皱褶式陷波滤光器或全息陷波滤光器。这些类型的滤光器具有
赖于到滤光器的入射角度的透射光谱。在现有技术中，该角度依赖
术中的
外的目
用如上
用波分
在本发
涉滤光
高度依
性是一
个问题，其对显示器或投影仪的光路中的滤光器的设计和护目镜位
出了严格的限制。本发明的示例性的实施方案提供了确保到护目镜
光器的入射角尽可能接近垂直（0°入射）的护目镜，从而避免了
置都提
中的滤
在护目镜中使用这种滤光器的3D立体显示器的现有技术的一
有技术中的第二个问题是在护目镜的滤光器中需要高立体消光
在滤光器中需要很大数量的介质层。此问题是由于在通过护目
看左眼和右眼图像时，所述左眼和右眼图像被同样的聚焦。本
性实施方案提供了一种护目镜，其中左眼图像在护目镜的右眼
选择性失焦，以及右眼图像在护目镜的左眼透镜中波长选择性
互补的图像的波长选择性失焦，左眼和右眼的图像的被感知的
以及立体融合图像对-可以是高的，甚至具有比在现有技术中
的立体消光比。
些问题。现
比，且因此
镜的透镜观
发明的示例
透镜中波长
失焦。通过
图像质量-
所使用的更低
在本发明的示例性实施方案中，护目镜适合于观看3D立体前投影式
在本发明的另外的示例性实施方案中，护目镜适合于观看具有使
显示器。
用窄带
显示器。LED或激光照明的侧光式背光单元（BLU）的3D立体透射式平板
因此，本发明通过减少对于护目镜的透射光谱的角度依赖性，并通过
附图简述
本发明现在将参照附图进行描述，通过示例性的方式示出了本发明，
其中：
降低在滤光器中对于非常多的层的需求，对于Infitec手段进行了改进。本
发明通过关于选择具有增加的亮度、更大的色域、更高的可见光透射率和
更少的色彩失真的显示器和护目镜的滤光器套件而实现了更大的设计自
由度，进一步地改进了现有技术。
图1示出了3D立体显示器的框图；和
图2示出了投影式显示器的显示单元的框图；和
图3示出了背光透射式显示器类型的显示单元的框图；和
图4示出了用于图2的3D立体投影式显示器系统和图3的3D立体背
光透射式显示器系统的立体照明单元的框图；和
图5示出了用于图4的立体照明单元的控制信号的图示；和
图6示出了根据本发明的示例性的实施方案的显示单元的成像表面和
助设备之间的关系；和
图7示出了根据本发明的示例性的实施方案的照明合成器和观看辅助
透射光谱；和
图8示出了根据本发明的示例性的实施方案的照明合成器和观看辅助
透射光谱；和
图9示出了Infitec类型的现有技术的波长解复用眼镜的照片；和
图10示出了现有技术的透镜的示意性的说明；和
图11示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目镜
的透镜的平面类型的透镜组件；和
图12示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目
观看辅
设备的
设备的
镜的透
镜的弯曲类型的透镜组件；和
图13示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目
镜的透镜组件的区域的操作；和
图14示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图15示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图16示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图17示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图18示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图19示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图20示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图21示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的显示器滤光器的透射光谱；和
镜的透
两个菲
两个菲
两个菲
两个菲
两个衍
两个衍
两个衍
套件中
图22示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性透镜套
第一多阶衍射透镜的衍射效率；和
图23示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性透镜套
第二多阶衍射透镜的衍射效率；和
图24示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的左眼显示器滤光器和右眼护目镜滤光器的透射光谱；和
图25示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的右眼显示器滤光器和左眼护目镜滤光器的透射光谱；和
在本说明书和附图中使用下面的参考号码：
发明详述
图1中示出了3D立体显示系统10的通用图示。左图像数据11和右
据12被输入到显示单元13。显示单元13通过波分复用和时分复用
图像数据11和右眼图像数据12显示到相同的或基本上相同的空间
格上。护目镜14执行波长选择性滤光，确保左眼15观察到左图像
11以及右眼16观察到右图像数据12。
在本发明的实施方案中，在显示单元13是投影式显示器。投影显示
件中的
件中的
套件中
套件中
图像数
将左眼
成像网
数据
类型的
显示单元13示出在图2中。立体照明单元101执行照明的波分和
用。照明光学系统102将照明成像到一个或多个空间光调制器103
时分复
上。投
影屏幕影式光学系统104将一个或多个空间光调制器103的表面成像到投
105上。
可选的是，显示单元13可以是背光透射式显示器。背光透射类型的
元13被示出在图3中。一个或多个立体照明单元101执行照明的
显示单
波分复用和时分复用。背光照明光学器件112确保来自立体照
的照明被传送到透射式显示面板113的后部。立体照明单元
的实施方案被示出在图4中。立体照明单元101执行照明的波
分复用。左眼照明源201将左眼照明211传送到照明合成器
明源202将右眼照明212传送到照明合成器203。照明合成器
照明211和右眼照明212传送到输出照明213，确保输出照明
照明211和右眼照明212具有相同或基本相同的集光率。照明
将输出照明213成像到一个或多个如在图2所指明的空间光调
明单元101
101的示例性
分复用和时
203。右眼照
203将左眼
213与左眼
光学系统102
制器103上。
左眼照明源201和右眼照明源202的控制信号被示出在图5中，其示
间复用的解决方案。左眼照明控制信号221控制来自左眼照明源201
照明211的发射。右眼照明控制信号222控制源自右眼照明源202
出了时
的左眼
的右眼
可控的。
行的，
射出照
和T4，
照明212的发射。左眼照明源201和右眼照明源202可优选为单独
所述两个照明源的时分复用是通过设置控制信号221和222来进
以使在任何一个时间周期内，基本上照明源201或202中的仅一个
明。在图5中示出了此时分复用，对于4个时间间隔T1、T2、T3
在时间间隔T1和T3中将左眼照明控制信号221处于“接通”状
时间间隔内将右眼照明控制信号处于“关断”状态，并在时
T4内将右眼照明控制信号222处于“接通”状态并在此两个
左眼照明控制信号处于“关断”状态。左图像数据11和右图
态并在此两个
间间隔T2和
时间间隔中将
像数据12的
显示的时分复用优选为通过显示单元13在左眼照明控制信号
通”状态的时间间隔内显示左图像数据11，以及通过显示单
照明控制信号222处于“接通”状态的时间间隔内显示右图
221处于“接
元13在右眼
像数据12来
状态的期间基
于“接通”的状
在左图像数据
在左眼的照明
态的时间间隔，
据12之间的
比和因此增加
实现。显示单元13可以在左眼照明控制信号221处于“接通”
本上只显示左图像数据11，以及在右眼照明控制信号222处
态的期间基本上只显示右图像数据12。作为示例，可能存
11和右图像数据12之间的共性，在所述的例子中，可能存
控制信号221和右眼的照明控制信号222都处在“接通”状
并且在所述时间间隔内，可显示左图像数据11和右图像数
共同图像数据，所述示例的优点为两个照明光源增加的占空
的显示亮度。
参照图7和图8，立体照明单元101中的波分复用可通过左眼照明211
控
光
所看到的左眼照明合成器透射光谱1501被特征化，因为其通过照明合成
器203并被波长复用为输出照明213，并相似地，立体照明单元101中的
波分复用可通过右眼照明212看到的右眼照明合成器透射光谱1502被特
征化，因为其通过照明合成器203并被波长复用为输出照明213。因此，
当左眼照明控制信号221处于“接通”状态以及右眼照明控制信号222处
于“关断”状态时，立体照明单元101的输出照明213的光谱为准确地或
近似地等于左眼照明211的光谱乘以左眼照明合成器透射光谱1501。因此，
类似的是，当右眼照明控制信号222处于“接通”状态以及左眼的照明
制信号221处于“关断”状态时，立体照明单元101的输出照明213的
谱为准确地或近似地等于左眼照明212的发射光谱乘以右眼照明合成
射光谱1502。 器透
护目镜14内的对应的波长选择性滤光可以由护目镜14的左眼透镜
的左眼透镜透射光谱2401特征化，并类似地，由护目镜14的右眼透
2002的右眼透镜透射光谱2402特征化。图7和图8中还同样示出了左
2001
镜
眼护目镜透射光谱2401和右眼透镜透射光谱2402的示例性的实施方案。
这两个图片将在下面的段落中被解释。
3D立体显示系统10的操作可以如在图6中被示出。显示单元成像表
是显示单元13的成像表面。在显示单元13的投影式显示实施方案
示单元成像表面130可以是前投或背投投影屏幕。在显示单元13
面130
中，显
的背光
面板
的小的
图像数
2101
眼15
被传送
的光谱
前，准
透射式显示实施方案中，显示单元成像表面130可以是透射式显示
113的可见表面。空间成像元2100或像素是显示单元成像表面130
区域。在本发明的一个实施方案中，空间成像元2100显示来自左
据11和右图像数据12的波分和时分复用成像元。左眼目标光线束
为从空间成像元2100发射的、在被传送通过左眼透镜2001后到达左
的光线束。右眼目标光线束2102为从空间成像元2100发射的、在
通过右眼透镜2002后到达右眼16的光线束。光线束2101和2102
（在眼睛的瞬时积分时间测得）在被透射通过透镜2001和2002之
确地或基本上是两个光谱的叠加，其中第一光谱是左眼照明211的
光谱乘以左眼照明合成器透射光谱1501，而第二光谱是右眼
谱乘以右眼照明合成器透射光谱1502。根据一种可能的解决
镜2001具有透射光谱2401，确保左眼目标光线束2101
合成器透射光谱1501的透射频带以外的区域在左眼透
基本上被阻止，因此从左眼图15的视野中阻止显示在
的右图像数据12，并因此将显示在空间成像元2100的
通过左眼透镜2001。相似的是，根据一种可能的解决
具有透射光谱2402，确保右眼目标光线束2102
透射光谱1502的透射频带之外的区域在右眼透
阻止，因此从右眼16的视野中阻止显示在空间
11，并因此将显示在空间成像元2100的右图像
2002。
照明212的光
方案，左眼透
的光谱在左眼照明
镜2001中被阻止或
空间成像元2100中
左图像数据11透射
方案，右眼透镜2002
的光谱在右眼照明合成器
镜2002中被阻止或基本上
成像元2100的左图像数据
数据12透射通过右眼透镜
根据本发明的一些实施方案所使用的显示器，照明合成器203具有光
的或基本上是光谱互补的透射光谱1501和1502，其中照明合成器
谱互补
203的
同的集
留或基
以及透
本上没
输出照明213具有与左眼照明211或右眼照明212相同的或基本相
光率。在本发明的一些实施方案使用的显示器中，这个集光率被保
本上被保留，即使对于透射光谱1501中的通频带的开始/截止之间
射光谱1502中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频带没有或基
有需求。照明合成器203可为在现有技术文献（WO2010/059453A2，
本发明的实施方案也可以使用在立体照明单元101中没有照明合成器
显示器。这种显示器的示例为基于滤光盘的投影系统显示器
根据本发明的一些实施方案，左眼透镜透射光谱2401独立于或基本
左眼目标光束2101到左眼透镜2001的入射角。在本发明的实施方
右眼透镜透射光谱2402独立于或基本独立于右眼目标光束2102到
独立于
案中，
（EP1830585A2）和背光类型的透射式显示器（US2007/0188711A1）。当
使用不包括的照明合成器203的显示器时，透射光谱1501可以被定义为
过滤了用于显示左图像数据11的显示照明，以及透射光谱1502可以被定
义为滤除了用于显示右图像数据12的显示照明。
203的
US3497283）中介绍的类型。
右眼透镜2002的入射角。该角度独立性是通过每个都包括透
的左眼透镜2001和右眼透镜2002来实现的。透镜组件2000
示出在多张图中，并在下面的段落被描述。透镜组件2000的
基本上的角度独立性导致对于透射光谱1501中的通频带的开
以及透射光谱1502中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频
本上没有需求，以及类似地，透镜组件2000的透射光谱的基
独立性导致对于透射光谱2401中的通频带的开始/截止之间以
2402中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频带没有或基本
透镜组件2000具有优于在图9中所示出的、在
镜组件2000
和其操作被
透射光谱的
始/截止之间
带没有或基
本上的角度
及透射光谱
上没有需求。
WO2009/026888，EP1830585 和其他参考文献中所描述的Infitec类型
术的透镜的透射光谱角度独立性。的护目镜镜片中使用的一些现有技
返回到图7，光谱具有基本上均匀分布的通频带，在每个透射光谱中
个通频带。左眼照明合成器光谱1501具有在波长范围W1、W3、
W7中的通频带。右眼照明合成光谱1502具有在波长范围W2、
具有四
W5和
W4、
2401
镜组件
较小的
广谱
W6和W8中的通频带。在图7中的示例性的实施方案中，透射光谱
和2402类似于透射光谱1501和1502，轻微的区别在于考虑到在透
2000中透射光谱2401和2402的滤光器实现的（与现有技术相比）
角度依赖性。示例性的实施方案类似于在图7中所示出的，适合于
LED照明、窄谱LED照明和广谱灯照明。
如在现有技术（US2008/0284982A1）中所讨论的，透射光谱1501、
2401或2402中的三个以上的通频带的使用可实现更大的共同色域，
示左图像数据11和右图像数据12。
图8中示出的示例性的实施方案在左眼照明合成器透射光谱1501和
明合成器透射光谱1502的每一个中都具有三个窄的通频带。透射
1501在波长范围W1、W3和W5中具有通频带。透射光谱的1502
范围W2、W4和W6中具有通频带。在图8中的示例性实施方案
眼透镜透射光谱2401是陷波频带位于波长范围W2、W4和W6中
陷波滤光器，以及右眼透镜透射光谱2402是陷波频带位于波长范
W3和W5中的多带陷波滤光器。示例性实施方案与在图8中所
1502、
用于显
右眼照
光谱
在波长
中，左
的多带
围W1、
示出的类似，适合于窄带滤光的广谱LED照明、窄谱LED照
光的广谱灯照明以及激光照明。示例性实施方案类似于在图8
由于透射光谱2401和2402的高的可见光透射，实现了
本上的清晰观看。作为示例，窄带RGB LED照明时，
明和窄带滤
中所示出的，
屏幕外的物体的基
75％的可见光透射
透射是可能的。
是可能的，而在RGB激光照明时，大于90％的可见光
左眼照明合成器透射光谱1501的通频带和右眼照明合成器透射光谱
的通频带之间的窄的防护频带确保了在光谱1501、1502、2401和2402
作为例子，滤光器1501、1502、2401和2402的一些上述的实施方案
特征化为执行异构的波分复用或异构的波分解复用。异构意味着两
的光谱可具有相同的被感知的颜色。在异构的波分复用的情况下，
本上互补的光谱（每个都具有相同的或基本上相同的基色）被结合。
使用Infitec类型的干涉滤光器、用于3D立体显示系统的现有技术的
复用的眼镜的图片被示于图9中。这些现有技术的眼镜有两种主要
平面透镜和弯曲透镜。现有技术的平面透镜镜片被示出在图9中的
的两个眼镜中，其由A和B表示。现有技术的弯曲透镜镜片对被示
9中的最右边的眼镜中，由C表示。由于在现有技术的波分解复用
中使用的薄膜干涉滤光器的角度敏感性，平面透镜镜片最适合于如
A和B中所示的具有窄视场的眼镜。如在图9中C中所示，弯曲
1502
的滤光器实现的制造公差内和在透射光谱2401和2402的滤光器实现的透
镜组件2000内的小的角度的依赖内存在很少的立体串扰或没有立体串扰。
举例来说，对于在透镜组件2000中的滤光器实现，对于在所有视角方向
±30度内的变化以及对于两眼间的距离中±10毫米的变化和焦点位置中
±5毫米的变化中，小于5度的角度偏移是可能的。
可能被
种不同
两个基
在现有技术中部分的也被讨论（US2008/0284982A1、US2007/0188711A1）
的该原理意味着，立体波分复用可被实现，其中屏幕上和屏幕外的颜色被
感知为相同或基本上相同。然而，本发明的实施方案并不限于包括实现异
构波分复用的滤光器。
波分解
类型：
最左边
出在图
的眼镜
图9中
透镜的
向横截眼镜具有增加的视场。两个上述类型的现有技术的眼镜的透镜的径
面的示意性的图示被示于图10中。平面透镜的类型的眼镜包括平
面透镜2201，其包括放置在平面的滤光器基片2220上的滤光
述Infitec类型的滤光器为薄膜干涉滤光器，但也可能是皱褶
或全息陷波滤光器（US2007/0247709A1）。上述滤光
着到滤光器的入射角（AOI）增加，透射光谱被
应的波长偏移以百分数的形式被表示为
器2210。所
式陷波滤光器
器是角度敏感的，随
移向较短的波长，以及相
其中θ为AOI以及n*为有效折射率。滤光器的有效折射率近似为最低
的折射率或滤光器中的最低折射率层的折射率。对于SiO2为最
（在555nm处的折射率为1.48）的典型的多层薄膜干涉滤光
555nm处的透射光谱中的约8.5nm的偏移，对于15度
大约为1.5％。因此，对于15度的视场，平面透镜
必须在左眼透射光谱的每个通频带和右眼透射光
有至少为1.5％的防护频带。对于窄频带照明源，
的大的防护频带导致了显著的亮度损失，亮度损
成比例。要注意的是，AOI和相对的波长偏移之
例如AOI按因子3从15度减少至5度，导致相
因子从约为1.5％减少到约为0.17％。因此，明
器的AOI。
低折射率层
器，对应于在
的AOI，波长偏移
2201中的滤光器2210
谱的相邻通频带之间具
例如窄频带LED，这样
失的增加与通频带的数目
间的关系是非线性的，并
对的波长偏移按约为9的
显的是，期望减少到滤光
减少到滤光器的AOI的方法是将所述滤光器设于弯曲基片上。示出在
图32B中的现有技术的弯曲透镜2202（US2008/0278807A1、
US2007/0236809A1）使用这种手段。弯曲透镜类型的眼镜包括弯曲透镜
2202，其包括放置在弯曲滤光器基片2240上的滤光器2230。如果弯曲透
镜2202具有与从眼睛旋转中心到所述弯曲透镜的距离相等的曲率半径，
则所有可视光线的AOI为大约0度。因此，理想情况下，这似乎是很好的
解决方案，可是这种理想的透镜由于其大的曲率和/或大的尺寸，可能在人
体工程学方面为不利的。现有技术（US2007/0236809A1）具有解决方案，
其可通过在柔性基片上辊涂沉积多层介质滤光器，实现具有成本效益的单
向弯曲透镜的生产。对于更普通的双轴弯曲透镜，
的沉积系统中，以受到被称为径流的效应的方式，
涉滤光器。径流意味着，这些层的厚度随着曲率
着曲率的增加而降低了通过滤光器的光路的长度。
致了向着更短的波长的相对波长偏移。具有
径的弯曲透镜的边缘处的示例性的径流为
曲率半径的弯曲透镜的边缘处的示例性的
距离眼睛的瞳孔为90mm处的具有90mm
透射光谱中存在大量的波长偏移。在现有
0.5％或更少，以提供高质量的立体图像
的滤光器。对于现有技术中的低量
眼的护目镜透镜观察时，左眼和右
点促使了新的手段，以设计用于
性滤光的透镜。
在被设计用于平面基片
一层一层地沉积薄膜干
的增加而减少，从而也随
这种光路长度的减少导
50mm直径和120mm曲率半
1.0％。具有50mm直径和90mm
径流为1.5％。因此，即使对于
曲率半径的完美的弯曲透镜，在
技术中，立体串扰被要求为大约
观看效果，因此需要很多层和昂贵
的立体串扰的要求是由于当通过用于两
眼图像都在焦点上。现有技术的上述弱
3D立体显示系统的护目镜中的波长选择
根据本发明的一些实施方案的观看辅助设备因此涉及滤光器上的入
调整以便改善滤光效率的解决方案。根据护目镜14的实施方案，
射角被
左眼透
上是平
2010
学组件
平面的。
镜2001和右眼透镜2002都包括透镜组件2000，所述透镜组件基本
面的，并且所述透镜组件包括如在图10中所示出的外部光学组件
和内部光学组件2030。在相同的图中，外部光学组件2010和内部光
2030在几何表面2005被连接，几何表面2005在本实施方案中为
在护目镜14的另外的实施方案中，左眼透镜2001和右眼透镜2002
透镜组件2000，所述透镜组件具有可观的曲率，以及所述透镜组件
图12中所示出的外部光学组件2010和内部光学组件2030。在相同
外部光学组件2010和内部光学组件2030在几何表面2005被连
何表面2005在本实施方案中具有可观的曲率。在本发明的一些实
都包括
包括在
的图中，
接，几
施方案
器中，包括在左眼透镜2001中的透镜组件2000的实施方案中的滤光
2020具有等于或基本上类似于左眼透镜2001的透射光谱2401的透射
光谱。在本发明的一些实施方案中，包括在右眼透镜2002中的透镜组件
2000的实施方案中的滤光器2020具有等于或基本上相似于右眼透镜2002
的透射光谱2402的透射光谱。通俗地讲，这意味着滤光器2020对于透镜
组件2000的透射光谱的形状贡献最大，在光学
余组分在可见光谱内基本上是清晰的。 组件2010和2030中的其
透镜组件2000的操作在图13中示出，且在透镜组件2000的实施方
作的图示中，所述图被理解为示出在图11中的基本上平面的透镜组
2000的径向截面图的部分的分解视图的图示。在另外的实施方案中，
案的操
件
透镜组件2000的操作被示出在图13中，以及在透镜组件2000的实施方
案的操作的图示中，所述图被理解为示出在图12中的基本上平面的透镜
组件2000的径向截面图的部分的分解视图的图示。透镜组件2000的所述
实施方案的主要意图为，保证从显示单元成像表面130上的成像元2100
通过3D立体显示系统10的观察者的眼睛瞳孔2040被传送的所有的或基
本上所有的光线被传送穿过透镜组件2000而没有或基本上没有可见光学
失真，以及所有的或基本上所有的这种光线以等于或基本上接近于0度的
AOI被透射穿过几何表面2005。入射光线2050产生于图6中所示的左眼
目标光线束2101或右眼目标光线束2102。举例来说，入射光线2050可能
具有到外部光学组件2010的不等于0度的入射角。在本发明的实施方案
的操作的图示中，入射光线2050具有关于固定的法向矢量的入射光线角
度2080，所述光线2050射入外部光学组件2010，被透射穿过光学组件
2010，射出光学组件2010，矫正的光线2055具有基本上垂直于几何表面
2005的AOI，矫正的光线2055射入内部光学组件2030，被透射穿过内部
光学组件2030，射出内部光学组件，出射光线2070具有基本上与入射光
线角度2080相同的出射光线角度并穿过或基本上接近地穿过眼镜瞳孔
2040。出射光线2070可以在入射光射线2050射入透镜组件2000的方向
上被背投，以及可发现失真偏移2095是背投影出射光线2070和入射光线
2050之间的偏移。作为示例，可以通过最小化的外部光学组件2010和内
部光学组件2030的部分的光学厚度来最小化失真偏移2095。
在3D立体显示系统10的观看者不需要视觉矫正的情况下或所述观看
者配戴着视觉矫正护目镜或接触式透镜的情况下，透镜组件2000可以是
非聚焦系统。在透镜组件2000的优选的实施方案中，内部光学组件2030
具有在25到50毫米之间的焦距，外部光学组件2010具有在-25和-50毫
米之间的焦距，并且焦距的选择取决于两个光学
镜组件2000是具有尽可能接近1的放大率的非组件之间的距离，以使透
聚焦系统。
在3D立体显示系统10的观看者需要视觉矫正且所述观看者没有配戴
在图14中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性的实施方案
了示出性的目的而具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括平凹的外部菲涅耳透镜2011，其中凹侧接近几何表面
以及内部光学组件2030包括被放置在几何表面2005上的滤光器
中，为
光学组
2005，
2020、
视觉矫正护目镜或接触式透镜的情况下，透镜组件2000可以是聚焦系统。
在透镜组件2000的优选的实施方案中，内部光学组件2030具有在25到
50毫米之间的焦距，外部光学组件2010具有在-25和-50毫米之间的焦距，
并且焦距的选择取决于两个光学组件之间的距离，以使透镜组件2000是
提供视觉矫正并具有尽可能接近1的放大率的聚焦系统。
滤光器基片2021和平凸的内部菲涅耳透镜2031，其中凸侧接近几 何表面
2005，以及两个所述菲涅耳透镜的透镜剖面基本上相同。作为示例，
两个所述菲涅耳透镜可被设计为，对于标称的眼间距离和透镜到眼的距
离，以及在30度的整个视野，所有的入射光线2050具有穿过眼镜瞳孔
2040的投影轨迹，所有矫正的光线2055的到滤光器2020的入射角为0度。
作为另外的示例，两个所述菲涅耳透镜可被设计为，对于在±30度内
有观看方向以及对于从标称的眼间距离的±10mm的偏差以及从标称
镜到眼的距离的±5mm的偏差，所有被矫正的光线2055到滤光器
AOI为±5度内。作为示例，此结果导致了在透射光谱2401和
对于所述0度AOI的透射光谱的仅0.2%的最大相对波长偏移。
的所
的透
2020的
2402中的相
在图15中所示出的本发明的基本上平面的透镜组件2000的示例性实
中，为了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，
在图16中所示出的本发明的基本上平面的透镜组件2000的示例性实
中，为了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，
施方案
外部光学组件2010包括具有平凹的外部菲涅耳透镜2011（其中平面侧接
近几何表面2005）、用于外部菲涅耳透镜2011的基片2150、低折射率层
2140、放置在几何表面2005上的滤光器2020、滤光器基片2021。在所述
的实施方案中，内部光学组件2030包括平凸的内部菲涅耳透镜2031，其
中平面侧接近滤光器2020，以及两个所述的菲涅耳透镜的透镜剖面基本上
相同。
施方案
外部光学组件2010包括平凹的外部菲涅耳透镜2011（其中平面侧接近几
何表面2005）、低折射率层2140、放置在几何表面2005上的滤光器2020，
和滤光器基片2021。在所述的实施方案中，内部光学组件2030包括
的内部菲涅耳透镜2031，其中平面侧接近滤光器2020，以及两个所
菲涅耳透镜的透镜剖面基本上相同。
平凸
述的
在本发明的透镜组件2000的实施方案中，低折射率层2140的功能是
部的或受抑的全内反射重定向光线或光波前，其中，所述光被入射
耳面的阴影侧上，所以不会到达瞳孔2040。作为示例，此功能可通
菲涅耳透镜的操作尽可能接近理想的透镜所需的操作，来减少通过
件2000所感知的图像中的散射或模糊。
作为示例，低折射率层2140可以是空气间隙、低折射率的纳米多孔
围绕逾渗阈值操作的超薄金属膜、低折射率纳米晶须涂层或低折射
学异向介质。作为示例，低折射率层2140的折射率的选择可取决
涂层、
率的光
于外部
耳透镜
为示例，
可具有
通过全
到菲涅
过确保
透镜组
菲涅耳透镜2011或外侧菲涅耳透镜基片2150的折射率，以便菲涅
面上的牵引侧(draft side)上的所有的入射光通过全内反射被反射。作
所述菲涅耳透镜和基片可具有1.6的折射率，且低折射率层2140
小于1.25的折射率。
如在图17中所示出的，透镜组件2000也可被制造为没有低折射率层
通过外光学组件2010和内部光学组件2030都包括在一侧光滑的并弯
及在另一侧同样弯曲的但被刻面的透镜，弯曲类型的透镜组件2000
方案被创建为类似于在图14、图15、图16、图17中所示出的平面
透镜组件2000的实施方案。
在图18中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
2140。
曲的以
的实施
类型的
中，为
光学组件2010包括外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，
学组件2030包括内部透镜实体2321、内部衍射表面2322、放
面2005上的滤光器2020和滤光器基片2021。在本发明的优
以及内部光
置在几何表
选的实施例中，
射透镜（US
施方案中，外
其各自的设计的
所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为多阶衍
5589982）。在左眼透镜2001中的透镜组件2000的优选的实
部衍射表面2312和内部衍射面2322都为多阶衍射透镜，
波长和衍射阶数被选择成提供组合的衍射效率，对于镜
组合的衍射效率对于对应于显示器滤光器1501中的通
高的，以及对于对应于显示器滤光器1502中的通频带
类似地，对于右眼镜片2002中的透镜组件2000，
部衍射表面2322都是多阶衍射透镜，其各自的
择成提供组合的衍射效率，对于透镜组件2000，
对应于显示器滤光器1501中的通频带的波长区
显示器滤光器1502中的通频带的波长区域为低
左眼和右眼多阶衍射透镜对的设计波长和衍射阶
过左眼透镜观看显示器时提供聚焦的左眼图像和
他的眼睛，反过来也是同样地。当对侧眼的图像
时，由于被感知的立体串扰减少，其优点是在滤
光比的降低的要求。在立体消光比上的较低的要
中需要较少的介质层，从而减少了这些滤光器的
头组件2000，所述
频带的波长区域是
的波长区域是低的。
外部衍射表面2312和内
设计波长和衍射阶数被选
所述组合的衍射效率对于
域为高的，而对于对应于
的。通俗地讲，其意味着
数可被选择成使得在透
失焦的右眼图像，对于其
被观察为模糊的失焦图像
光器2020中对于立体消
求意味着在滤光器2020
制造成本。
在图19中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括滤光器2020、外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，
中，为
光学组
以及内部光学组件2030包括内部透镜实体2321和内部衍射表面2322，几
何表面2005位于外部衍射表面2312和内部衍射表面2322之间。在本发
明的优选的实施方案中，所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为
多阶衍射透镜（US5589982）。在图20中的示例性的实施方案使用了前面
段落中所描述的减少的立体消光的要求。减少的立体消光的要求和对侧眼
图像的失焦在本地降低的图像对比度是可接受的应用中，使滤光器2020
能够放置在透镜实体2311的外表面上，尽管存在源自这种放置的透射光谱
的角度依赖性。图19中的实施方案具有更少的
实施方案更薄，这在一些实施方案中可能为优点。部件以及可能比图18中的
在图20中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，以及内部光
2030包括内部透镜实体2321和内部衍射表面2322，几何表面2005
部衍射表面2312和内部衍射表面2322之间。在本发明的优选的实
中，所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为多阶衍射透镜
通过外部光学组件2010和内部光学组件2030都包括在一侧光滑的并
透镜实体以及同样弯曲的、但具有衍射表面的透镜实体，弯曲类型
组件2000的实施方案可类似于图18、图19或图20中所示的平面
透镜组件2000的实施方案而被创建。
具有本领域知识的人将理解，本发明的实施方案不限于在图14-20中
的配置，并存在透镜组件2000的另外的可能的实施方案，该透镜
中，为
光学组
学组件
位于外
施方案
（US5589982）。图20中的示例性实施方案使用前面段落中所描述的减少
的立体消光要求。减少的立体消光要求和对侧眼图像的失焦在本地降低的
图像对比度是可接受的应用中，能够从透镜组件2000中去除滤光器2020。
在左眼透镜2001和右眼透镜2002的透镜组件2000中，使用已知的关于
化合物透镜的光学传递函数信息，左眼图像数据11和右眼图像数据12中
的补偿可被应用以改善本地图像对比度。图20中的实施方案的另外的优
点为缺少滤光器2020，因此去除了沉积多层介质滤光器的成本。
弯曲的
的透镜
类型的
所示出
包括具
明的实
选择的
有相反焦距的两个透镜，其中所述透镜可为衍射的或折射的。本发
施例的选择可能依赖于如在制造的复杂性和图像质量之间的折衷
因素。
在本发明的透镜组件2000的实施方案中，包括折射或衍射透镜，作
所述透镜可以使用由金刚石车削、电子束光刻或离子束光刻来创
为示例，
建主模
缩模塑、
衍射透
的工艺来制造。通过示例的方式，这样的工序可能是喷射模塑、压
热压成型、或使用UV固化聚合物的UV压印。作为示例，所述
镜每个都可被复制在如镜片或聚丙烯的一整块材料中，或作为微结
构复制到如镜片或丙烯酸的预制的基片上。作为示例，所述透
和30μm之间的面高度。 镜具有0.5μm
具有本领域知识的人将理解，本发明的实施方案可包括以不同于金刚
在3D立体显示系统10的优选的实施方案中，显示单元13是投影型
以及立体照明单元101包括在左眼用照明源201和右眼照明源202
显示器，
中的发
带单色
的PT-
用窄带
基本上
射。所
合成器
谱
石车削或模具的n-步骤光刻蚀刻、和平面的衍射或折射透镜或弯曲的衍射
或折射透镜的模制的方式生产的透镜组件2000。作为示例，所述透镜组件
可包括具有空间上变化折射率、空间变化的衍射的透镜，以及所述透镜可
以使用梯度折射率材料、光学异相介质、以及纳米结构图案或体积的全息
元件的复制被创建。
光二极管（LED）。在所述实施方案的另外的变化中，LED是窄频
LED。作为示例，所述单色LED由Luminus Devices有限公司生产
120型LED。使用窄带单色LED的优点是，其可实现大的色域。使
单色LED的另外的优点是，其能够使用波长选择性滤光护目镜14，
清晰的眼镜具有约75％的中性色彩明视觉（photopically）加权的透
述清晰的眼镜是通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左眼照明
透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光
2401和所述右眼透镜透射光谱2402实现的。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是投影式显示器，
14
以及立体照明单元101包括左眼照明源201和右眼照明源202中的固体激
光器。作为示例，所述固体激光器是固体半导体激光器。作为示例，所述
固体激光器是垂直延伸的空腔激光器（VECSEL）的阵列（US7359420B2）。
激光器的使用可实现大的色域，另外可实现波长选择性滤光器护目镜
的使用，基本上清晰的眼镜具有大于90%的中性色彩明视觉加权的
所述清晰的眼镜是通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左
器透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜
和所述右眼透镜透射光谱2402实现的。作为示例，所
使用光谱合成器1000中的多频带通薄膜干涉滤光器
透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000
薄膜干涉滤光器获得
通过使用左眼透镜
中的皱褶式陷
2402是通过
光器2020中
到滤光器
滤光器
透射。
眼照明合成
透射光谱2401
述透射光谱是通过
1002、1003以及左眼
的滤光器2020中的多陷波
的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和2402是
2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020
波滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和
使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤
的全息陷波滤光器获得的。作为示例，所述透镜组件2000使
2020的AOI小于5度成为可能，这使具有窄的陷波的高级陷波
（如皱褶式陷波滤光器和全息陷波滤光器）的使用得以实现。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是投影式显示器
间光调制器103是能够实现照明的空间调制的单一的空间光调制
以及空
器，以
感的。
司生产
个都包
和右图
器可以
光调制
及所述空间调制对于所述照明的偏振状态是不敏感的或基本上不敏
作为举例，所述单一的空间光调制器是由Texas Instruments有限公
的数字微镜设备（DMD）类型，左图像数据11和右图像数据12每
括三个颜色通道，以及所述单一的空间光调制器调制左图像数据11
像数据12的所有三个所述颜色通道。实际上无闪烁的3D立体显示
通过使用立体照明单元101中的LED和作为显示单元13中的空间
器103的DMD而成为可能。作为示例，LED和固态半导体激光器
微秒的切换时间。作为示例，DMD大约每秒调制30000个二进制
在3D立体显示系统10的实施方案中，在显示单元13为投影式显示
空间光调制器103为两个或更多空间光调制器。作为示例，所述空
制器为由Texas Instruments有限公司生产的数字微镜设备（DMD）
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是背光透射式显
以及立体照明单元101包括左眼照明源201和右眼照明源202中的
极管（LED），以及其中所述LED为左眼照明211和右眼照明212
要照明源。在所述实施方案的变体中，左眼照明源201发射包括被
红色的照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的左眼照
在所述实施方案的变体中，右眼照明源202发射包括被感知为红
明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的右眼照明212。
具有1
帧。
器以及
间光调
类型。
示器，
发光二
中的重
感知为
明211。
色的照
在所述实施方案的另外的变体中，LED是窄带单色LED。作
单色LED为由Luminus Devices有限公司生产的PT-
使用窄带单色LED可实现大的色域。作为示例，
现波分复用护目镜14的使用，其中，基本上清
中性色彩明视觉加权的透射。作为示例，所述清
图8中所示出的所述透射光谱的左眼照明合成器
合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光谱2401
实现的。作为示例，所述透射光谱通过使用光谱
薄膜干涉滤光器1002、1003和左眼透镜2001和
组件2000的滤光器2020中的多陷波薄膜干涉滤
为示例，所述
120类型。作为示例，
使用窄带单色LED可实
晰的眼镜具有大于75％的
晰的眼镜是通过类似于在
透射光谱1501、右眼照明
和右眼透镜透射光谱2402
合成器1000中的多带通
右眼透镜2002中的透镜
光器获得的。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是背光透射式显
以及立体照明单元101包括在左眼照明源201和右眼照明源202中
激光器，以及其中所述固体激光器为左眼照明211和右眼照明212
示器，
的固体
中的重
被感知
照明
红色的
作为示
激光器
光器的
用，基
示例，
合成器
谱
要的照明源。在所述实施方案的变体中，左眼照明源201发射包括
为红色的照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的左眼
211。在所述实施方案的变体中，右眼照明源202发射包括被感知为
照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的右眼照明212。
例，所述的固体激光器是固体半导体激光器。作为示例，所述固体
是垂直延伸的空腔激光器（VECSEL）的阵列（US7359420B2）。激
使用可实现大的色域，以及另外可实现波长解复用护目镜14的使
本上清晰的眼镜具有大于90%的中性色彩明视觉加权的透射。作为
所述清晰的眼镜通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左眼照明
透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光
2401和右眼透镜透射光谱2402实现。作为示例，所述透射光谱是通过
使用光谱合成器1000中的多频带通薄膜干涉滤光器1002、1003以及左眼
透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020中的多陷波
薄膜干涉滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和2402是
通过使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020
中的皱褶式陷波滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和
2402是通过使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤
光器2020中的全息陷波滤光器获得的。作为示
到滤光器2020的AOI小于5度成为可能，这使
滤光器（如皱褶式陷波滤光器和全息陷波滤光器）
例，所述透镜组件2000使
具有窄的陷波的高级陷波
的使用得以实现。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
以及透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
以及所述空间调制对于所述照明的极化状态为不敏感的或基本上不敏感
的。作为示例，所述透射式显示器面板为Pixtronix有限公司生产的数字微
快门（DMS）类型的MEMS面板，左图像数据11和右图像数据12每个
都包括三个色彩通道，以及所述透射式显示器面板以场序制的方式调制左
图像数据11和右图像数据12的所有的三个所述色彩通道。实际上，通过
使用立体照明单元101和在显示单元13中作为透射式显示面板113的DMS
面板中的LED或固态半导体激光器，无闪烁的3D立体显示器是可能的。
作为示例，LED和固态半导体激光器具有1微秒的切换时间。作为示例，
DMS面板中的微快门具有约为100微秒的响应时间。作为示例，显示单元
13包括一个或多个立体照明单元101和被配置为侧光式背光单元（BLU）
的背光照明光学系统112，并作为另外的示例，该BLU是在
（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做了修改，以容纳一个
或多个立体照明单元101。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
以及透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
并且透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
以及所述空间调制基本上只对于两个正交极化状态中的一个的照明有效。
作为示例，所述透射式显示器面板为薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面
板，左图像数据11和右图像数据12每个都包括三个色彩通道，以及所述
透射式显示器面板以场序制的方式调制左图像数据11和右图像数据12的
所有的三个所述色彩通道。作为示例，所述TFT-LCD面板具有至少360Hz
的场速率，这对于每秒显示至少60幅彩色立体图像足够高。作为示例，
显示单元13包括一个或多个立体照明单元101和被配置为侧光式背光单
元（BLU）的背光照明光学系统112，并且作为另外的示例，该BLU是在
（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做了修改，以容纳一个
或多个立体照明单元101。
并且所述空间调制基本上只对于两个正交极化状态的一个的照明有效。作
为示例，所述透射式显示器面板为薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面板，
左图像数据11和右图像数据12每个都包括三个色彩通道，所述透射式显
示器同时显示所有的三个色彩通道，以及所述透射式显示器面板以场序制
的方式调制左图像数据11和右图像数据12。作为示例，所述TFT-LCD面
板具有至少120Hz的场速率，这对于每秒显示至少60幅彩色立体图像足
够高。作为示例，显示单元13包括一个或多个立体照明单元101和被配
置为侧光式背光单元（BLU）的背光照明光学系统112，并且作为另外的
示例，该BLU是在（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做
了修改，以容纳一个或多个立体照明单元101。脉冲式LED在更短的占空
比期间的实质上高亮度的可能性使用立体照明单元101实现了本发明的
LED或激光照明的3D立体3色背光透射式TFT-LCD显示器，与使用液晶
快门眼镜或可切换的偏振旋转器的类似的LED或激光照明的3D立体显示
器相比，具有实质上更高的亮度。
在本发明的优选的实施方案中，其中显示单元13为包括一个或多个
明单元101的透射式显示器，背光照明光学系统112为类似于参考
US2010/0014027A1中描述的侧光式类型。参照该参考文献，使AXXX
在本发明的优选的实施方案中，其中显示单元13为包括一个或多个
明单元101的透射式显示器，背光照明光学系统112为类似于参考
立体照
文献
表示在所述参考文献中的编号的项目。在所述优选的实施方案中，编号为
A101的边缘照明器具有源自立体照明单元101的输入照明A401和源自另
一立体照明单元101的输入照明A402。与WO2009/026888A1中的侧光式
的实施方案相比，所述优选的实施方案的优点为，立体照明单元101将左
眼照明211和右眼照明212耦合到基本上相同的光路中，因此与
WO2009/026888A1相比，保持了集光率并将给定的接收角中的照明量增
加一倍。
立体照
文献US2008/0019147A1中描述的侧光式类型。参照该参考文
表示所述参考文献中的编号项目。在所述优选的实施方
的LCD系统B3中的位置包括LED照明的立体照明合
献，使BXXX
案中，包含LED B6
成器101。
侧光式背光单元的优点是相对简单和低成本。如果成本问题可以得到
示例性的滤光器和衍射透镜套件-图21-25
该示例性滤光器套件意图在于用于窄带RGB LED，并且其被优化以
中性色眼镜中的高可见光透射率，同时仍然具有大的立体色域。此
套件具有在左眼显示器滤光器中的三个通频带、右眼显示器滤光器
个通频带、左眼护目镜滤光器中的四个通频带以及右眼护目镜滤光
四个通频带。该滤光器套件通过实际的干扰滤光器设计示出。
左眼显示器滤光器1501和右眼显示器滤光器1502的透射光谱被示出
21中，连同与红色、绿色和蓝色的PT-120LED（美国马萨诸塞州的
Luminus Devices有限公司）的发光光谱。滤光器1501和1502都具有三
个通频带。
于图
提供在
滤光器
中的三
器中的
解决，本发明的实施方案可包括透射式显示器类型的显示单元13，其中背
光照明光学系统112为包括大量的立体照明单元101的直下式类型。由于
左眼照明211和右眼照明212被耦合到基本上相同的光路中，与引用的文
章“基于干扰滤光器的3D立体LCD”中描述的现有技术相比，这种手段
的优点是增加的亮度和照明均匀度，从而保持了集光率。在现有技术中公
知的是，直下式背光的优点为通过局部地降低亮度，可实现非常高的静态
对比度。具有侧光式背光单元的显示器通常具有受透射式显示面板的对比
度限制的静态对比度。
在图24中示出了左眼显示器滤光器1501和右眼护目镜滤光器2402
光谱。护目镜滤光器2402为具有四个通频带的三波段陷波滤光器。
示器滤光器1502和左眼护目镜滤光器2401的透射光谱被示出在图
护目镜滤光器2401为具有四个通频带的四波段陷波滤光器，其中
波频带阻止显示器滤光器1502的通频带以及一个陷波频带衰减荧
左眼色域大致类似于右眼色域。需要少量的颜色校正，且基色的相对
图22示出了用于在左眼透镜2001中的透镜组件2000中使用的多阶
镜的示例性实施方案的衍射效率。衍射效率对于左眼显示器滤光器
光谱1501中的所有通频带接近一致，并对于右眼显示器滤光器透
1502中的所有通频带大幅减少。图23示出了为右眼透镜2002中
组件2000中使用的多阶衍射透镜的示例性实施方案的衍射效率。
光光源的发射峰值。
的透射
右眼显
25中。
三个陷
亮度在20％-25％之间，导致颜色校正后的立体流明效率约为10％。滤光
器套件被设计为基本上没有色彩失真。无论光源为何种状况，对于所有的
三个三色的值，可见光透射率约为70±10％。这些护目镜滤光器可以实现
屏幕外的物体的清晰的视野，基本上没有色彩失真。
衍射透
的透射
射光谱
的透镜
衍射效
并对于
说，这
择成使
眼图像，
率对于右眼显示滤光器的透射光谱1502中的所有通频带接近一致，
左眼显示滤光器的透射谱1501中的所有通频带大幅减少。通俗地
意味着左眼和右眼多阶衍射透镜对的设计波长和衍射阶数可以被选
得在通过左眼透镜观看显示器时，提供聚焦的左眼图像和失焦的右
对于另一只眼睛反之亦然。
在图24和图25中示出的示例性的滤光器套件的眼镜滤光器2401和
的缺点为，具有高的消光比设计的陷波滤光器的复杂性。通过利用滤
2402
光器2020中降低要求的立体消光比，当对侧眼图像被作为模糊的焦外图
像观察时，由于被感知的立体串扰的减少，在滤光器2020中获得满意的
图像质量需要较少的介质层，因此减少了制造这些滤光器的成本。还应当
理解的是，在本发明的一些实施方案中，由显示器滤光器左眼透射光谱
1501和右眼透射光谱1502所示出的显示器中的滤光装置以及由图22和图
23中的多阶衍射透镜的衍射效率所示出的观看辅助设备中的衍射滤光设
备的组合，对于提供可接受的立体图像是足够的，而在观看辅助设备中不
使用相对昂贵的介质多层滤光器。因此，存在高端和普通眼镜两者使用相
同的显示器滤光器的可能性。
其他的显示器
具有本领域知识的人将理解，本发明可包括不同于图2的成像投影式
或图3的透射式平板显示器的类型的显示单元13。作为示例，显示
13可为全息图像投影类型，包括在空间上调制激光照明的相位、或
明的相位和振幅两者的空间光调制器，以及在所述示例中，可能存
投影光学系统，其执行被所述的空间光调制器在空间上调制的激光
相位和/或幅度的傅立叶变换，以将所述傅立叶变换的空间调制的激
投影到可视的显示器表面上。作为示例，所述空间光调制器可为相
器件和扫描设备的1D阵列，其类似于光栅光阀（GLV），但运行在
全息图像投影模式中，由此GLV MEMS以如下方式调制其阵列器
置或状态，即，具有由1D阵列调制的其相位的激光照明的傅里叶
显示器
单元
激光照
在全息
照明的
光照明
位调制
单轴的
件的位
变化等
作为示
具有相
设备可
于或基本上等于左图像11或右图像12的垂直的或水平的扫描线。
例，所述扫描设备可为机械旋转镜、震荡的谐振模式的MEMS镜或
关光学设备的固态全息扫描设备。作为示例，所述固态的全息扫描
包括用于激光照明的相位调制的第二1D阵列。作为示例，类似于
Light Blue Optics有限公司开发的系统，所述空间光调制器可能是对激光
照明的相位进行调制的2D硅基铁电液晶（FLCOS）微型显示器。作为示
例，类似于例如目前应用于望远镜中的自适应光学系统的微显示器，所述
空间光调制器可为2D相位调制的MEMS微显示器。
因此概括为，本发明涉及到用于观看从立体成像系统接收到的图像的
优选的是，焦距是负的，以便减少入射角，并因此也减少来自成像系
统的不同部分的光的方向上的差异。如果滤光装置包括被放置在所述第一
光学设备后的、透射在所述波长集合的一个波长集合中的光的介质滤光器
2020，这是特别有利的，以使得所述光学设备减
因此也减少被过滤的光的波长中的变化。
立体观看辅助设备，成像设备包括提供具有两个不同的波长范围集合的图
像的两个通道。观看辅助设备包括两个滤光装置，每一个用于一只眼睛，
第一滤光装置透射在第一波长集合范围内的光以及第二滤光装置透射在
第二波长集合范围内的光，表示两个立体通道的图像。每个滤光装置包括
在相应波长处具有预定焦距的第一光学设备或组件2010、2011、2013、
2312，从而改变从成像系统相对于观看辅助设备2005表面的光入射角。
该表面可以是弯曲的，或构成一个平面表面。
少所述滤光器上的入射角，
优选的是，第一光学设备是第一表面上的第一透镜，用于减小在滤光
根据一个实施方案，组合的第一和第二透镜是提供视觉校正的聚焦系
统，以使使用者可具有与其眼睛相配的特殊设计的3D眼镜，因此，在观
看3D图像时，消除了同时使用两组观看辅助设备的需要。
器上的来自成像系统的光之间的角度，以及第二光学设备或组件2030的
表面设有第二透镜2031、2322，以基本上重建从所述成像系统入射的光的
方向。在本实施方案中，第一和第二透镜优选为由菲涅耳透镜2011、2031
构成，但衍射和折射的透镜以及其组合也是可能的。组合的第一和第二透
镜可构成无聚焦系统。
可选的是，第一光学装置/组件2010也可设有第一衍射滤光器2312，
所述波长集合的一个波长集合中的焦距，同时散射在所述波长集合
光或漫射在所选择的波长以外的光。以这种方式，在透镜之间的没
滤光器的情况下，获得所述光的过滤。优选的是，该系统还包括由
射面2322所构成的第二光学设备，用来基本上重建来自成像系统
其具有
以外的
有介质
第二衍
的、在
所有的）
光器的
所述波长范围内的入射光的方向。该系统还可包括除去（即使不是
大部分光的过程介质滤光器，因此减少对于衍射滤光器或介质滤
要求。
如上所述，如果使用两个光学设备，它们可具有相反的焦距，或可以
参考文献列表
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选择组合的焦距，以匹配单独的使用者的眼睛。
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和设备
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US7001021B2 立体彩色图像投影设备
WO1998/049837A1 将图像光束投影在屏幕上的方法及设施
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US2007/0247709A1 3D投影式全彩色多媒体显示器
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美国光学学会。
2024年4月22日发(作者：陆开霁)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.1
(22)申请日 2011.06.28
(71)申请人 辛维特有限公司
地址 挪威特隆赫姆市
(72)发明人 约翰·雷达尔·马蒂亚森
(74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理有限公司
代理人 周靖
(51)
G02B27/22
H04N13/00
(10)申请公布号 CN 102959455 A
(43)申请公布日 2013.03.06
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
3D立体显示器的观看辅助设备
(57)摘要
本发明涉及用于观看从立体成像系
统接收的图像的立体观看辅助设备，所述
成像系统包括提供具有两个不同的波长范
围集合的图像的两个通道，所述观看辅助
设备包括两个滤光装置，第一滤光装置透
射在第一波长集合范围内的光以及第二滤
光装置透射在第二波长集合范围内的光，
每个所述滤光装置都包括第一光学设备，
其在相应的波长处具有选定的焦距。
法律状态
法律状态公告日
2022-06-14
法律状态信息
未缴年费专利权终止IPC(主分
类):G02B27/22专利
号:ZL2申请
日:20110628授权公告
日:20160629
法律状态
专利权的终止
权 利 要 求 说 明 书
1.一种立体观看辅助设备，用于观看从立体成像系统接收到的图像，
所述成像系统包括提供具有两个不同的波长范围的集合的图像的两个通
道，所述观看辅助设备包括两个滤光装置，第一滤光装置透射在第一
集合内的光以及第二滤光装置透射在第二波长集合内的光，所
的每一个包括在相应的波长处具有选定的焦距的第一光
波长
述滤光装置
学设备。
2.如权利要求1所述的观看辅助设备，其中所述滤光装置包括被放
置在所述第一光学设备后、透射在所述波长集合的一个波长集合内的光的
介质滤光器，所述第一光学设备具有负焦距，因此这减小了在所述滤
上的入射角。 光器
3.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一光学设备为第
透
4.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一透镜和所述第
二透镜由菲涅耳透镜构成。
一表面上的第一透镜，用于准直来自所述成像系统的光，以便减少来自所
述成像系统的光与滤光器之间的角度，并且第二滤光器表面设有第二
镜，用于实质上重新确立来自所述成像系统的入射光的方向。
5.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中所述第一透镜和所述第
6.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中组合的所述第一透镜和
7.如权利要求2所述的观看辅助设备，其中组合的所述第一透镜和
8.如权利要求1所述的观看辅助设备，其中所述第一光学设备为衍
过
9.如权利要求8所述的观看辅助设备，包括第二光学设备，用于实
10.如权利要求8所述的观看辅助设备，包括附加的滤光器。
所述第二透镜是提供视觉矫正的聚焦系统。
所述第二透镜是无聚焦系统。
二透镜是衍射透镜。
射滤光器，该衍射滤光器在所述波长集合的一个波长集合内具有所述选定
的焦距同时散射在所述一个波长集合以外的光，因此提供对所述光的
滤。
质上重新确立来自所述成像系统的在所述波长范围内的入射光的方向。
11.如权利要求1所述的观看辅助设备，包括两个光学设备，该两个
光学设备在所述波长集合处具有相反的焦距。
说 明 书
发明领域
本发明通常涉及用作3D立体显示器的观看辅助设备的护目镜
更特别地，涉及用于观看基于波分复用的3D立体显示器的
技术背景
存在几种在观看显示器时用于提供立体3D图像的不同的方法，如快
镜（其中两个图像被按序显示，以及在眼镜中放置有确定哪幅图像
到哪只眼睛的快门），以及偏振式眼镜和投影仪或屏幕（其中眼镜
右侧或左侧的图像到相应的眼睛）。快门眼镜的缺点为，其需要眼
源的（需要电池），是暗的（20％的可见光透射率），并具有有限的
刷新率。偏振式眼镜的缺点是需要在屏幕中保持偏振，使得难以在眼镜中
得到高的立体消光比以及可见光透射率相对较低（40-45％）。在此称为“干
涉滤光技术（Infitec）”方法或手段的更有希望的方法在多个参考文献
（US7001021B2、EP1830585A2、WO2004/038457A2、WO2008/061511A1、
WO2009/026888A1）中、以及在引用的文章“LED-
Infitec Technology（应用Infitec技术的基于LED
门式眼
被显示
仅发送
镜是有
(eyewear)，并
护目镜。
Based 3D Displays with
的3D显示器）”和
涉滤光器的3D立
“Interference-Filter-Based Stereoscopic 3D LCD（基于干
体LCD）”中被讨论。3D立体显示器的Infitec手段使
示器中的波分复用以及眼镜中的解复用。Infitec
括无源眼镜、使用标准的投影屏和极好的立体消
波分复用3D立体显示器都存在于现有技术中
Infitec手段中使用的滤光器和其他类似的
射光线的入射角对于所有的观看方向必须
赖性极大地约
用干涉滤光器用于显
具有多种良好的性能，包
光比。投影式和透射式的
（见参考文献）。然而，在
解决方案是角度敏感的。因为入
尽可能接近垂直，所以该角度依
束了护目镜的设计。在现有技术中，是通过在从眼睛隔开一
设有弯曲透镜（US2007/0236809A1，US2008/0278807A1）
段距离的位置
或窄视场的平
右眼透射光谱
于角度的移位。
物体时的颜色
择。Infitec干
的滤光器的位
立体显示器的
成本是由于需
比。具有干涉
些层的组合厚
于3D立体显
助设备的设计
减少或消除上
面透镜来避开这个问题。一些现有技术包括左眼透射光谱和
之间的大的防护频带，以便补偿在眼镜中的透射光谱的依赖
角度依赖性导致了具有显示器的亮度损失、观看屏幕外的
失真、和左眼图像和右眼图像之间的共同色域减少的设计选
涉滤光器的角度依赖性另外约束了显示器或投影仪的光路中
置。Infitec手段的另外缺点是，相比于使用基于偏振的3D
眼镜，其具有相对较高的成本。现有技术的Infitec眼镜的高
要高数量的介电层（大约50-100层），以获得高的立体消光
滤光器的涂层眼镜的成本大约正比于介电层的数目和所有这
度，且因此，大量的层导致了眼镜的高成本。因此，存在对
示器的观看辅助设备的需求，其能为显示器/投影仪和观看辅
提供更大的自由度，同时保留Infitec方法的良好的特性，并
面所讨论的缺点。
发明概述
本发明的目标是为用于立体3D显示器的用作观看辅助设备的现有技
护目镜提供改进，特别是用于使用波分复用的显示器。本发明的另
标是为通常的现有技术中的3D立体显示器提供改进。这些目标利
所述的、其特征如在独立权利要求中所限定的护目镜来获得。
本发明提供了用于观看3D立体显示器的护目镜，其中所述显示器使
复用。本发明在护目镜中提供了用于波长选择性滤光的光学组件。
明的示例性实施方案中，显示器和护目镜中的光学组件包括薄膜干
器、皱褶式陷波滤光器或全息陷波滤光器。这些类型的滤光器具有
赖于到滤光器的入射角度的透射光谱。在现有技术中，该角度依赖
术中的
外的目
用如上
用波分
在本发
涉滤光
高度依
性是一
个问题，其对显示器或投影仪的光路中的滤光器的设计和护目镜位
出了严格的限制。本发明的示例性的实施方案提供了确保到护目镜
光器的入射角尽可能接近垂直（0°入射）的护目镜，从而避免了
置都提
中的滤
在护目镜中使用这种滤光器的3D立体显示器的现有技术的一
有技术中的第二个问题是在护目镜的滤光器中需要高立体消光
在滤光器中需要很大数量的介质层。此问题是由于在通过护目
看左眼和右眼图像时，所述左眼和右眼图像被同样的聚焦。本
性实施方案提供了一种护目镜，其中左眼图像在护目镜的右眼
选择性失焦，以及右眼图像在护目镜的左眼透镜中波长选择性
互补的图像的波长选择性失焦，左眼和右眼的图像的被感知的
以及立体融合图像对-可以是高的，甚至具有比在现有技术中
的立体消光比。
些问题。现
比，且因此
镜的透镜观
发明的示例
透镜中波长
失焦。通过
图像质量-
所使用的更低
在本发明的示例性实施方案中，护目镜适合于观看3D立体前投影式
在本发明的另外的示例性实施方案中，护目镜适合于观看具有使
显示器。
用窄带
显示器。LED或激光照明的侧光式背光单元（BLU）的3D立体透射式平板
因此，本发明通过减少对于护目镜的透射光谱的角度依赖性，并通过
附图简述
本发明现在将参照附图进行描述，通过示例性的方式示出了本发明，
其中：
降低在滤光器中对于非常多的层的需求，对于Infitec手段进行了改进。本
发明通过关于选择具有增加的亮度、更大的色域、更高的可见光透射率和
更少的色彩失真的显示器和护目镜的滤光器套件而实现了更大的设计自
由度，进一步地改进了现有技术。
图1示出了3D立体显示器的框图；和
图2示出了投影式显示器的显示单元的框图；和
图3示出了背光透射式显示器类型的显示单元的框图；和
图4示出了用于图2的3D立体投影式显示器系统和图3的3D立体背
光透射式显示器系统的立体照明单元的框图；和
图5示出了用于图4的立体照明单元的控制信号的图示；和
图6示出了根据本发明的示例性的实施方案的显示单元的成像表面和
助设备之间的关系；和
图7示出了根据本发明的示例性的实施方案的照明合成器和观看辅助
透射光谱；和
图8示出了根据本发明的示例性的实施方案的照明合成器和观看辅助
透射光谱；和
图9示出了Infitec类型的现有技术的波长解复用眼镜的照片；和
图10示出了现有技术的透镜的示意性的说明；和
图11示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目镜
的透镜的平面类型的透镜组件；和
图12示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目
观看辅
设备的
设备的
镜的透
镜的弯曲类型的透镜组件；和
图13示出了根据本发明的示例性的实施方案的在图6中示出的护目
镜的透镜组件的区域的操作；和
图14示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图15示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图16示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图17示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
涅耳透镜的使用；和
图18示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图19示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图20示出了根据本发明的示例性的实施方案的图11的透镜组件中的
射透镜的使用；和
图21示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的显示器滤光器的透射光谱；和
镜的透
两个菲
两个菲
两个菲
两个菲
两个衍
两个衍
两个衍
套件中
图22示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性透镜套
第一多阶衍射透镜的衍射效率；和
图23示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性透镜套
第二多阶衍射透镜的衍射效率；和
图24示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的左眼显示器滤光器和右眼护目镜滤光器的透射光谱；和
图25示出了根据本发明的示例性的实施方案的包括在示例性滤光器
的右眼显示器滤光器和左眼护目镜滤光器的透射光谱；和
在本说明书和附图中使用下面的参考号码：
发明详述
图1中示出了3D立体显示系统10的通用图示。左图像数据11和右
据12被输入到显示单元13。显示单元13通过波分复用和时分复用
图像数据11和右眼图像数据12显示到相同的或基本上相同的空间
格上。护目镜14执行波长选择性滤光，确保左眼15观察到左图像
11以及右眼16观察到右图像数据12。
在本发明的实施方案中，在显示单元13是投影式显示器。投影显示
件中的
件中的
套件中
套件中
图像数
将左眼
成像网
数据
类型的
显示单元13示出在图2中。立体照明单元101执行照明的波分和
用。照明光学系统102将照明成像到一个或多个空间光调制器103
时分复
上。投
影屏幕影式光学系统104将一个或多个空间光调制器103的表面成像到投
105上。
可选的是，显示单元13可以是背光透射式显示器。背光透射类型的
元13被示出在图3中。一个或多个立体照明单元101执行照明的
显示单
波分复用和时分复用。背光照明光学器件112确保来自立体照
的照明被传送到透射式显示面板113的后部。立体照明单元
的实施方案被示出在图4中。立体照明单元101执行照明的波
分复用。左眼照明源201将左眼照明211传送到照明合成器
明源202将右眼照明212传送到照明合成器203。照明合成器
照明211和右眼照明212传送到输出照明213，确保输出照明
照明211和右眼照明212具有相同或基本相同的集光率。照明
将输出照明213成像到一个或多个如在图2所指明的空间光调
明单元101
101的示例性
分复用和时
203。右眼照
203将左眼
213与左眼
光学系统102
制器103上。
左眼照明源201和右眼照明源202的控制信号被示出在图5中，其示
间复用的解决方案。左眼照明控制信号221控制来自左眼照明源201
照明211的发射。右眼照明控制信号222控制源自右眼照明源202
出了时
的左眼
的右眼
可控的。
行的，
射出照
和T4，
照明212的发射。左眼照明源201和右眼照明源202可优选为单独
所述两个照明源的时分复用是通过设置控制信号221和222来进
以使在任何一个时间周期内，基本上照明源201或202中的仅一个
明。在图5中示出了此时分复用，对于4个时间间隔T1、T2、T3
在时间间隔T1和T3中将左眼照明控制信号221处于“接通”状
时间间隔内将右眼照明控制信号处于“关断”状态，并在时
T4内将右眼照明控制信号222处于“接通”状态并在此两个
左眼照明控制信号处于“关断”状态。左图像数据11和右图
态并在此两个
间间隔T2和
时间间隔中将
像数据12的
显示的时分复用优选为通过显示单元13在左眼照明控制信号
通”状态的时间间隔内显示左图像数据11，以及通过显示单
照明控制信号222处于“接通”状态的时间间隔内显示右图
221处于“接
元13在右眼
像数据12来
状态的期间基
于“接通”的状
在左图像数据
在左眼的照明
态的时间间隔，
据12之间的
比和因此增加
实现。显示单元13可以在左眼照明控制信号221处于“接通”
本上只显示左图像数据11，以及在右眼照明控制信号222处
态的期间基本上只显示右图像数据12。作为示例，可能存
11和右图像数据12之间的共性，在所述的例子中，可能存
控制信号221和右眼的照明控制信号222都处在“接通”状
并且在所述时间间隔内，可显示左图像数据11和右图像数
共同图像数据，所述示例的优点为两个照明光源增加的占空
的显示亮度。
参照图7和图8，立体照明单元101中的波分复用可通过左眼照明211
控
光
所看到的左眼照明合成器透射光谱1501被特征化，因为其通过照明合成
器203并被波长复用为输出照明213，并相似地，立体照明单元101中的
波分复用可通过右眼照明212看到的右眼照明合成器透射光谱1502被特
征化，因为其通过照明合成器203并被波长复用为输出照明213。因此，
当左眼照明控制信号221处于“接通”状态以及右眼照明控制信号222处
于“关断”状态时，立体照明单元101的输出照明213的光谱为准确地或
近似地等于左眼照明211的光谱乘以左眼照明合成器透射光谱1501。因此，
类似的是，当右眼照明控制信号222处于“接通”状态以及左眼的照明
制信号221处于“关断”状态时，立体照明单元101的输出照明213的
谱为准确地或近似地等于左眼照明212的发射光谱乘以右眼照明合成
射光谱1502。 器透
护目镜14内的对应的波长选择性滤光可以由护目镜14的左眼透镜
的左眼透镜透射光谱2401特征化，并类似地，由护目镜14的右眼透
2002的右眼透镜透射光谱2402特征化。图7和图8中还同样示出了左
2001
镜
眼护目镜透射光谱2401和右眼透镜透射光谱2402的示例性的实施方案。
这两个图片将在下面的段落中被解释。
3D立体显示系统10的操作可以如在图6中被示出。显示单元成像表
是显示单元13的成像表面。在显示单元13的投影式显示实施方案
示单元成像表面130可以是前投或背投投影屏幕。在显示单元13
面130
中，显
的背光
面板
的小的
图像数
2101
眼15
被传送
的光谱
前，准
透射式显示实施方案中，显示单元成像表面130可以是透射式显示
113的可见表面。空间成像元2100或像素是显示单元成像表面130
区域。在本发明的一个实施方案中，空间成像元2100显示来自左
据11和右图像数据12的波分和时分复用成像元。左眼目标光线束
为从空间成像元2100发射的、在被传送通过左眼透镜2001后到达左
的光线束。右眼目标光线束2102为从空间成像元2100发射的、在
通过右眼透镜2002后到达右眼16的光线束。光线束2101和2102
（在眼睛的瞬时积分时间测得）在被透射通过透镜2001和2002之
确地或基本上是两个光谱的叠加，其中第一光谱是左眼照明211的
光谱乘以左眼照明合成器透射光谱1501，而第二光谱是右眼
谱乘以右眼照明合成器透射光谱1502。根据一种可能的解决
镜2001具有透射光谱2401，确保左眼目标光线束2101
合成器透射光谱1501的透射频带以外的区域在左眼透
基本上被阻止，因此从左眼图15的视野中阻止显示在
的右图像数据12，并因此将显示在空间成像元2100的
通过左眼透镜2001。相似的是，根据一种可能的解决
具有透射光谱2402，确保右眼目标光线束2102
透射光谱1502的透射频带之外的区域在右眼透
阻止，因此从右眼16的视野中阻止显示在空间
11，并因此将显示在空间成像元2100的右图像
2002。
照明212的光
方案，左眼透
的光谱在左眼照明
镜2001中被阻止或
空间成像元2100中
左图像数据11透射
方案，右眼透镜2002
的光谱在右眼照明合成器
镜2002中被阻止或基本上
成像元2100的左图像数据
数据12透射通过右眼透镜
根据本发明的一些实施方案所使用的显示器，照明合成器203具有光
的或基本上是光谱互补的透射光谱1501和1502，其中照明合成器
谱互补
203的
同的集
留或基
以及透
本上没
输出照明213具有与左眼照明211或右眼照明212相同的或基本相
光率。在本发明的一些实施方案使用的显示器中，这个集光率被保
本上被保留，即使对于透射光谱1501中的通频带的开始/截止之间
射光谱1502中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频带没有或基
有需求。照明合成器203可为在现有技术文献（WO2010/059453A2，
本发明的实施方案也可以使用在立体照明单元101中没有照明合成器
显示器。这种显示器的示例为基于滤光盘的投影系统显示器
根据本发明的一些实施方案，左眼透镜透射光谱2401独立于或基本
左眼目标光束2101到左眼透镜2001的入射角。在本发明的实施方
右眼透镜透射光谱2402独立于或基本独立于右眼目标光束2102到
独立于
案中，
（EP1830585A2）和背光类型的透射式显示器（US2007/0188711A1）。当
使用不包括的照明合成器203的显示器时，透射光谱1501可以被定义为
过滤了用于显示左图像数据11的显示照明，以及透射光谱1502可以被定
义为滤除了用于显示右图像数据12的显示照明。
203的
US3497283）中介绍的类型。
右眼透镜2002的入射角。该角度独立性是通过每个都包括透
的左眼透镜2001和右眼透镜2002来实现的。透镜组件2000
示出在多张图中，并在下面的段落被描述。透镜组件2000的
基本上的角度独立性导致对于透射光谱1501中的通频带的开
以及透射光谱1502中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频
本上没有需求，以及类似地，透镜组件2000的透射光谱的基
独立性导致对于透射光谱2401中的通频带的开始/截止之间以
2402中的相邻通频带的开始/截止之间的防护频带没有或基本
透镜组件2000具有优于在图9中所示出的、在
镜组件2000
和其操作被
透射光谱的
始/截止之间
带没有或基
本上的角度
及透射光谱
上没有需求。
WO2009/026888，EP1830585 和其他参考文献中所描述的Infitec类型
术的透镜的透射光谱角度独立性。的护目镜镜片中使用的一些现有技
返回到图7，光谱具有基本上均匀分布的通频带，在每个透射光谱中
个通频带。左眼照明合成器光谱1501具有在波长范围W1、W3、
W7中的通频带。右眼照明合成光谱1502具有在波长范围W2、
具有四
W5和
W4、
2401
镜组件
较小的
广谱
W6和W8中的通频带。在图7中的示例性的实施方案中，透射光谱
和2402类似于透射光谱1501和1502，轻微的区别在于考虑到在透
2000中透射光谱2401和2402的滤光器实现的（与现有技术相比）
角度依赖性。示例性的实施方案类似于在图7中所示出的，适合于
LED照明、窄谱LED照明和广谱灯照明。
如在现有技术（US2008/0284982A1）中所讨论的，透射光谱1501、
2401或2402中的三个以上的通频带的使用可实现更大的共同色域，
示左图像数据11和右图像数据12。
图8中示出的示例性的实施方案在左眼照明合成器透射光谱1501和
明合成器透射光谱1502的每一个中都具有三个窄的通频带。透射
1501在波长范围W1、W3和W5中具有通频带。透射光谱的1502
范围W2、W4和W6中具有通频带。在图8中的示例性实施方案
眼透镜透射光谱2401是陷波频带位于波长范围W2、W4和W6中
陷波滤光器，以及右眼透镜透射光谱2402是陷波频带位于波长范
W3和W5中的多带陷波滤光器。示例性实施方案与在图8中所
1502、
用于显
右眼照
光谱
在波长
中，左
的多带
围W1、
示出的类似，适合于窄带滤光的广谱LED照明、窄谱LED照
光的广谱灯照明以及激光照明。示例性实施方案类似于在图8
由于透射光谱2401和2402的高的可见光透射，实现了
本上的清晰观看。作为示例，窄带RGB LED照明时，
明和窄带滤
中所示出的，
屏幕外的物体的基
75％的可见光透射
透射是可能的。
是可能的，而在RGB激光照明时，大于90％的可见光
左眼照明合成器透射光谱1501的通频带和右眼照明合成器透射光谱
的通频带之间的窄的防护频带确保了在光谱1501、1502、2401和2402
作为例子，滤光器1501、1502、2401和2402的一些上述的实施方案
特征化为执行异构的波分复用或异构的波分解复用。异构意味着两
的光谱可具有相同的被感知的颜色。在异构的波分复用的情况下，
本上互补的光谱（每个都具有相同的或基本上相同的基色）被结合。
使用Infitec类型的干涉滤光器、用于3D立体显示系统的现有技术的
复用的眼镜的图片被示于图9中。这些现有技术的眼镜有两种主要
平面透镜和弯曲透镜。现有技术的平面透镜镜片被示出在图9中的
的两个眼镜中，其由A和B表示。现有技术的弯曲透镜镜片对被示
9中的最右边的眼镜中，由C表示。由于在现有技术的波分解复用
中使用的薄膜干涉滤光器的角度敏感性，平面透镜镜片最适合于如
A和B中所示的具有窄视场的眼镜。如在图9中C中所示，弯曲
1502
的滤光器实现的制造公差内和在透射光谱2401和2402的滤光器实现的透
镜组件2000内的小的角度的依赖内存在很少的立体串扰或没有立体串扰。
举例来说，对于在透镜组件2000中的滤光器实现，对于在所有视角方向
±30度内的变化以及对于两眼间的距离中±10毫米的变化和焦点位置中
±5毫米的变化中，小于5度的角度偏移是可能的。
可能被
种不同
两个基
在现有技术中部分的也被讨论（US2008/0284982A1、US2007/0188711A1）
的该原理意味着，立体波分复用可被实现，其中屏幕上和屏幕外的颜色被
感知为相同或基本上相同。然而，本发明的实施方案并不限于包括实现异
构波分复用的滤光器。
波分解
类型：
最左边
出在图
的眼镜
图9中
透镜的
向横截眼镜具有增加的视场。两个上述类型的现有技术的眼镜的透镜的径
面的示意性的图示被示于图10中。平面透镜的类型的眼镜包括平
面透镜2201，其包括放置在平面的滤光器基片2220上的滤光
述Infitec类型的滤光器为薄膜干涉滤光器，但也可能是皱褶
或全息陷波滤光器（US2007/0247709A1）。上述滤光
着到滤光器的入射角（AOI）增加，透射光谱被
应的波长偏移以百分数的形式被表示为
器2210。所
式陷波滤光器
器是角度敏感的，随
移向较短的波长，以及相
其中θ为AOI以及n*为有效折射率。滤光器的有效折射率近似为最低
的折射率或滤光器中的最低折射率层的折射率。对于SiO2为最
（在555nm处的折射率为1.48）的典型的多层薄膜干涉滤光
555nm处的透射光谱中的约8.5nm的偏移，对于15度
大约为1.5％。因此，对于15度的视场，平面透镜
必须在左眼透射光谱的每个通频带和右眼透射光
有至少为1.5％的防护频带。对于窄频带照明源，
的大的防护频带导致了显著的亮度损失，亮度损
成比例。要注意的是，AOI和相对的波长偏移之
例如AOI按因子3从15度减少至5度，导致相
因子从约为1.5％减少到约为0.17％。因此，明
器的AOI。
低折射率层
器，对应于在
的AOI，波长偏移
2201中的滤光器2210
谱的相邻通频带之间具
例如窄频带LED，这样
失的增加与通频带的数目
间的关系是非线性的，并
对的波长偏移按约为9的
显的是，期望减少到滤光
减少到滤光器的AOI的方法是将所述滤光器设于弯曲基片上。示出在
图32B中的现有技术的弯曲透镜2202（US2008/0278807A1、
US2007/0236809A1）使用这种手段。弯曲透镜类型的眼镜包括弯曲透镜
2202，其包括放置在弯曲滤光器基片2240上的滤光器2230。如果弯曲透
镜2202具有与从眼睛旋转中心到所述弯曲透镜的距离相等的曲率半径，
则所有可视光线的AOI为大约0度。因此，理想情况下，这似乎是很好的
解决方案，可是这种理想的透镜由于其大的曲率和/或大的尺寸，可能在人
体工程学方面为不利的。现有技术（US2007/0236809A1）具有解决方案，
其可通过在柔性基片上辊涂沉积多层介质滤光器，实现具有成本效益的单
向弯曲透镜的生产。对于更普通的双轴弯曲透镜，
的沉积系统中，以受到被称为径流的效应的方式，
涉滤光器。径流意味着，这些层的厚度随着曲率
着曲率的增加而降低了通过滤光器的光路的长度。
致了向着更短的波长的相对波长偏移。具有
径的弯曲透镜的边缘处的示例性的径流为
曲率半径的弯曲透镜的边缘处的示例性的
距离眼睛的瞳孔为90mm处的具有90mm
透射光谱中存在大量的波长偏移。在现有
0.5％或更少，以提供高质量的立体图像
的滤光器。对于现有技术中的低量
眼的护目镜透镜观察时，左眼和右
点促使了新的手段，以设计用于
性滤光的透镜。
在被设计用于平面基片
一层一层地沉积薄膜干
的增加而减少，从而也随
这种光路长度的减少导
50mm直径和120mm曲率半
1.0％。具有50mm直径和90mm
径流为1.5％。因此，即使对于
曲率半径的完美的弯曲透镜，在
技术中，立体串扰被要求为大约
观看效果，因此需要很多层和昂贵
的立体串扰的要求是由于当通过用于两
眼图像都在焦点上。现有技术的上述弱
3D立体显示系统的护目镜中的波长选择
根据本发明的一些实施方案的观看辅助设备因此涉及滤光器上的入
调整以便改善滤光效率的解决方案。根据护目镜14的实施方案，
射角被
左眼透
上是平
2010
学组件
平面的。
镜2001和右眼透镜2002都包括透镜组件2000，所述透镜组件基本
面的，并且所述透镜组件包括如在图10中所示出的外部光学组件
和内部光学组件2030。在相同的图中，外部光学组件2010和内部光
2030在几何表面2005被连接，几何表面2005在本实施方案中为
在护目镜14的另外的实施方案中，左眼透镜2001和右眼透镜2002
透镜组件2000，所述透镜组件具有可观的曲率，以及所述透镜组件
图12中所示出的外部光学组件2010和内部光学组件2030。在相同
外部光学组件2010和内部光学组件2030在几何表面2005被连
何表面2005在本实施方案中具有可观的曲率。在本发明的一些实
都包括
包括在
的图中，
接，几
施方案
器中，包括在左眼透镜2001中的透镜组件2000的实施方案中的滤光
2020具有等于或基本上类似于左眼透镜2001的透射光谱2401的透射
光谱。在本发明的一些实施方案中，包括在右眼透镜2002中的透镜组件
2000的实施方案中的滤光器2020具有等于或基本上相似于右眼透镜2002
的透射光谱2402的透射光谱。通俗地讲，这意味着滤光器2020对于透镜
组件2000的透射光谱的形状贡献最大，在光学
余组分在可见光谱内基本上是清晰的。 组件2010和2030中的其
透镜组件2000的操作在图13中示出，且在透镜组件2000的实施方
作的图示中，所述图被理解为示出在图11中的基本上平面的透镜组
2000的径向截面图的部分的分解视图的图示。在另外的实施方案中，
案的操
件
透镜组件2000的操作被示出在图13中，以及在透镜组件2000的实施方
案的操作的图示中，所述图被理解为示出在图12中的基本上平面的透镜
组件2000的径向截面图的部分的分解视图的图示。透镜组件2000的所述
实施方案的主要意图为，保证从显示单元成像表面130上的成像元2100
通过3D立体显示系统10的观察者的眼睛瞳孔2040被传送的所有的或基
本上所有的光线被传送穿过透镜组件2000而没有或基本上没有可见光学
失真，以及所有的或基本上所有的这种光线以等于或基本上接近于0度的
AOI被透射穿过几何表面2005。入射光线2050产生于图6中所示的左眼
目标光线束2101或右眼目标光线束2102。举例来说，入射光线2050可能
具有到外部光学组件2010的不等于0度的入射角。在本发明的实施方案
的操作的图示中，入射光线2050具有关于固定的法向矢量的入射光线角
度2080，所述光线2050射入外部光学组件2010，被透射穿过光学组件
2010，射出光学组件2010，矫正的光线2055具有基本上垂直于几何表面
2005的AOI，矫正的光线2055射入内部光学组件2030，被透射穿过内部
光学组件2030，射出内部光学组件，出射光线2070具有基本上与入射光
线角度2080相同的出射光线角度并穿过或基本上接近地穿过眼镜瞳孔
2040。出射光线2070可以在入射光射线2050射入透镜组件2000的方向
上被背投，以及可发现失真偏移2095是背投影出射光线2070和入射光线
2050之间的偏移。作为示例，可以通过最小化的外部光学组件2010和内
部光学组件2030的部分的光学厚度来最小化失真偏移2095。
在3D立体显示系统10的观看者不需要视觉矫正的情况下或所述观看
者配戴着视觉矫正护目镜或接触式透镜的情况下，透镜组件2000可以是
非聚焦系统。在透镜组件2000的优选的实施方案中，内部光学组件2030
具有在25到50毫米之间的焦距，外部光学组件2010具有在-25和-50毫
米之间的焦距，并且焦距的选择取决于两个光学
镜组件2000是具有尽可能接近1的放大率的非组件之间的距离，以使透
聚焦系统。
在3D立体显示系统10的观看者需要视觉矫正且所述观看者没有配戴
在图14中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性的实施方案
了示出性的目的而具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括平凹的外部菲涅耳透镜2011，其中凹侧接近几何表面
以及内部光学组件2030包括被放置在几何表面2005上的滤光器
中，为
光学组
2005，
2020、
视觉矫正护目镜或接触式透镜的情况下，透镜组件2000可以是聚焦系统。
在透镜组件2000的优选的实施方案中，内部光学组件2030具有在25到
50毫米之间的焦距，外部光学组件2010具有在-25和-50毫米之间的焦距，
并且焦距的选择取决于两个光学组件之间的距离，以使透镜组件2000是
提供视觉矫正并具有尽可能接近1的放大率的聚焦系统。
滤光器基片2021和平凸的内部菲涅耳透镜2031，其中凸侧接近几 何表面
2005，以及两个所述菲涅耳透镜的透镜剖面基本上相同。作为示例，
两个所述菲涅耳透镜可被设计为，对于标称的眼间距离和透镜到眼的距
离，以及在30度的整个视野，所有的入射光线2050具有穿过眼镜瞳孔
2040的投影轨迹，所有矫正的光线2055的到滤光器2020的入射角为0度。
作为另外的示例，两个所述菲涅耳透镜可被设计为，对于在±30度内
有观看方向以及对于从标称的眼间距离的±10mm的偏差以及从标称
镜到眼的距离的±5mm的偏差，所有被矫正的光线2055到滤光器
AOI为±5度内。作为示例，此结果导致了在透射光谱2401和
对于所述0度AOI的透射光谱的仅0.2%的最大相对波长偏移。
的所
的透
2020的
2402中的相
在图15中所示出的本发明的基本上平面的透镜组件2000的示例性实
中，为了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，
在图16中所示出的本发明的基本上平面的透镜组件2000的示例性实
中，为了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，
施方案
外部光学组件2010包括具有平凹的外部菲涅耳透镜2011（其中平面侧接
近几何表面2005）、用于外部菲涅耳透镜2011的基片2150、低折射率层
2140、放置在几何表面2005上的滤光器2020、滤光器基片2021。在所述
的实施方案中，内部光学组件2030包括平凸的内部菲涅耳透镜2031，其
中平面侧接近滤光器2020，以及两个所述的菲涅耳透镜的透镜剖面基本上
相同。
施方案
外部光学组件2010包括平凹的外部菲涅耳透镜2011（其中平面侧接近几
何表面2005）、低折射率层2140、放置在几何表面2005上的滤光器2020，
和滤光器基片2021。在所述的实施方案中，内部光学组件2030包括
的内部菲涅耳透镜2031，其中平面侧接近滤光器2020，以及两个所
菲涅耳透镜的透镜剖面基本上相同。
平凸
述的
在本发明的透镜组件2000的实施方案中，低折射率层2140的功能是
部的或受抑的全内反射重定向光线或光波前，其中，所述光被入射
耳面的阴影侧上，所以不会到达瞳孔2040。作为示例，此功能可通
菲涅耳透镜的操作尽可能接近理想的透镜所需的操作，来减少通过
件2000所感知的图像中的散射或模糊。
作为示例，低折射率层2140可以是空气间隙、低折射率的纳米多孔
围绕逾渗阈值操作的超薄金属膜、低折射率纳米晶须涂层或低折射
学异向介质。作为示例，低折射率层2140的折射率的选择可取决
涂层、
率的光
于外部
耳透镜
为示例，
可具有
通过全
到菲涅
过确保
透镜组
菲涅耳透镜2011或外侧菲涅耳透镜基片2150的折射率，以便菲涅
面上的牵引侧(draft side)上的所有的入射光通过全内反射被反射。作
所述菲涅耳透镜和基片可具有1.6的折射率，且低折射率层2140
小于1.25的折射率。
如在图17中所示出的，透镜组件2000也可被制造为没有低折射率层
通过外光学组件2010和内部光学组件2030都包括在一侧光滑的并弯
及在另一侧同样弯曲的但被刻面的透镜，弯曲类型的透镜组件2000
方案被创建为类似于在图14、图15、图16、图17中所示出的平面
透镜组件2000的实施方案。
在图18中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
2140。
曲的以
的实施
类型的
中，为
光学组件2010包括外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，
学组件2030包括内部透镜实体2321、内部衍射表面2322、放
面2005上的滤光器2020和滤光器基片2021。在本发明的优
以及内部光
置在几何表
选的实施例中，
射透镜（US
施方案中，外
其各自的设计的
所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为多阶衍
5589982）。在左眼透镜2001中的透镜组件2000的优选的实
部衍射表面2312和内部衍射面2322都为多阶衍射透镜，
波长和衍射阶数被选择成提供组合的衍射效率，对于镜
组合的衍射效率对于对应于显示器滤光器1501中的通
高的，以及对于对应于显示器滤光器1502中的通频带
类似地，对于右眼镜片2002中的透镜组件2000，
部衍射表面2322都是多阶衍射透镜，其各自的
择成提供组合的衍射效率，对于透镜组件2000，
对应于显示器滤光器1501中的通频带的波长区
显示器滤光器1502中的通频带的波长区域为低
左眼和右眼多阶衍射透镜对的设计波长和衍射阶
过左眼透镜观看显示器时提供聚焦的左眼图像和
他的眼睛，反过来也是同样地。当对侧眼的图像
时，由于被感知的立体串扰减少，其优点是在滤
光比的降低的要求。在立体消光比上的较低的要
中需要较少的介质层，从而减少了这些滤光器的
头组件2000，所述
频带的波长区域是
的波长区域是低的。
外部衍射表面2312和内
设计波长和衍射阶数被选
所述组合的衍射效率对于
域为高的，而对于对应于
的。通俗地讲，其意味着
数可被选择成使得在透
失焦的右眼图像，对于其
被观察为模糊的失焦图像
光器2020中对于立体消
求意味着在滤光器2020
制造成本。
在图19中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括滤光器2020、外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，
中，为
光学组
以及内部光学组件2030包括内部透镜实体2321和内部衍射表面2322，几
何表面2005位于外部衍射表面2312和内部衍射表面2322之间。在本发
明的优选的实施方案中，所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为
多阶衍射透镜（US5589982）。在图20中的示例性的实施方案使用了前面
段落中所描述的减少的立体消光的要求。减少的立体消光的要求和对侧眼
图像的失焦在本地降低的图像对比度是可接受的应用中，使滤光器2020
能够放置在透镜实体2311的外表面上，尽管存在源自这种放置的透射光谱
的角度依赖性。图19中的实施方案具有更少的
实施方案更薄，这在一些实施方案中可能为优点。部件以及可能比图18中的
在图20中所示出的基本上平面的透镜组件2000的示例性实施方案
了示出性的目的，具有夸大的透镜组件厚度和菲涅耳面高度，外部
件2010包括外部透镜实体2311和外部衍射表面2312，以及内部光
2030包括内部透镜实体2321和内部衍射表面2322，几何表面2005
部衍射表面2312和内部衍射表面2322之间。在本发明的优选的实
中，所述外部衍射表面2312和内部衍射表面2322为多阶衍射透镜
通过外部光学组件2010和内部光学组件2030都包括在一侧光滑的并
透镜实体以及同样弯曲的、但具有衍射表面的透镜实体，弯曲类型
组件2000的实施方案可类似于图18、图19或图20中所示的平面
透镜组件2000的实施方案而被创建。
具有本领域知识的人将理解，本发明的实施方案不限于在图14-20中
的配置，并存在透镜组件2000的另外的可能的实施方案，该透镜
中，为
光学组
学组件
位于外
施方案
（US5589982）。图20中的示例性实施方案使用前面段落中所描述的减少
的立体消光要求。减少的立体消光要求和对侧眼图像的失焦在本地降低的
图像对比度是可接受的应用中，能够从透镜组件2000中去除滤光器2020。
在左眼透镜2001和右眼透镜2002的透镜组件2000中，使用已知的关于
化合物透镜的光学传递函数信息，左眼图像数据11和右眼图像数据12中
的补偿可被应用以改善本地图像对比度。图20中的实施方案的另外的优
点为缺少滤光器2020，因此去除了沉积多层介质滤光器的成本。
弯曲的
的透镜
类型的
所示出
包括具
明的实
选择的
有相反焦距的两个透镜，其中所述透镜可为衍射的或折射的。本发
施例的选择可能依赖于如在制造的复杂性和图像质量之间的折衷
因素。
在本发明的透镜组件2000的实施方案中，包括折射或衍射透镜，作
所述透镜可以使用由金刚石车削、电子束光刻或离子束光刻来创
为示例，
建主模
缩模塑、
衍射透
的工艺来制造。通过示例的方式，这样的工序可能是喷射模塑、压
热压成型、或使用UV固化聚合物的UV压印。作为示例，所述
镜每个都可被复制在如镜片或聚丙烯的一整块材料中，或作为微结
构复制到如镜片或丙烯酸的预制的基片上。作为示例，所述透
和30μm之间的面高度。 镜具有0.5μm
具有本领域知识的人将理解，本发明的实施方案可包括以不同于金刚
在3D立体显示系统10的优选的实施方案中，显示单元13是投影型
以及立体照明单元101包括在左眼用照明源201和右眼照明源202
显示器，
中的发
带单色
的PT-
用窄带
基本上
射。所
合成器
谱
石车削或模具的n-步骤光刻蚀刻、和平面的衍射或折射透镜或弯曲的衍射
或折射透镜的模制的方式生产的透镜组件2000。作为示例，所述透镜组件
可包括具有空间上变化折射率、空间变化的衍射的透镜，以及所述透镜可
以使用梯度折射率材料、光学异相介质、以及纳米结构图案或体积的全息
元件的复制被创建。
光二极管（LED）。在所述实施方案的另外的变化中，LED是窄频
LED。作为示例，所述单色LED由Luminus Devices有限公司生产
120型LED。使用窄带单色LED的优点是，其可实现大的色域。使
单色LED的另外的优点是，其能够使用波长选择性滤光护目镜14，
清晰的眼镜具有约75％的中性色彩明视觉（photopically）加权的透
述清晰的眼镜是通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左眼照明
透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光
2401和所述右眼透镜透射光谱2402实现的。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是投影式显示器，
14
以及立体照明单元101包括左眼照明源201和右眼照明源202中的固体激
光器。作为示例，所述固体激光器是固体半导体激光器。作为示例，所述
固体激光器是垂直延伸的空腔激光器（VECSEL）的阵列（US7359420B2）。
激光器的使用可实现大的色域，另外可实现波长选择性滤光器护目镜
的使用，基本上清晰的眼镜具有大于90%的中性色彩明视觉加权的
所述清晰的眼镜是通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左
器透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜
和所述右眼透镜透射光谱2402实现的。作为示例，所
使用光谱合成器1000中的多频带通薄膜干涉滤光器
透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000
薄膜干涉滤光器获得
通过使用左眼透镜
中的皱褶式陷
2402是通过
光器2020中
到滤光器
滤光器
透射。
眼照明合成
透射光谱2401
述透射光谱是通过
1002、1003以及左眼
的滤光器2020中的多陷波
的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和2402是
2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020
波滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和
使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤
的全息陷波滤光器获得的。作为示例，所述透镜组件2000使
2020的AOI小于5度成为可能，这使具有窄的陷波的高级陷波
（如皱褶式陷波滤光器和全息陷波滤光器）的使用得以实现。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是投影式显示器
间光调制器103是能够实现照明的空间调制的单一的空间光调制
以及空
器，以
感的。
司生产
个都包
和右图
器可以
光调制
及所述空间调制对于所述照明的偏振状态是不敏感的或基本上不敏
作为举例，所述单一的空间光调制器是由Texas Instruments有限公
的数字微镜设备（DMD）类型，左图像数据11和右图像数据12每
括三个颜色通道，以及所述单一的空间光调制器调制左图像数据11
像数据12的所有三个所述颜色通道。实际上无闪烁的3D立体显示
通过使用立体照明单元101中的LED和作为显示单元13中的空间
器103的DMD而成为可能。作为示例，LED和固态半导体激光器
微秒的切换时间。作为示例，DMD大约每秒调制30000个二进制
在3D立体显示系统10的实施方案中，在显示单元13为投影式显示
空间光调制器103为两个或更多空间光调制器。作为示例，所述空
制器为由Texas Instruments有限公司生产的数字微镜设备（DMD）
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是背光透射式显
以及立体照明单元101包括左眼照明源201和右眼照明源202中的
极管（LED），以及其中所述LED为左眼照明211和右眼照明212
要照明源。在所述实施方案的变体中，左眼照明源201发射包括被
红色的照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的左眼照
在所述实施方案的变体中，右眼照明源202发射包括被感知为红
明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的右眼照明212。
具有1
帧。
器以及
间光调
类型。
示器，
发光二
中的重
感知为
明211。
色的照
在所述实施方案的另外的变体中，LED是窄带单色LED。作
单色LED为由Luminus Devices有限公司生产的PT-
使用窄带单色LED可实现大的色域。作为示例，
现波分复用护目镜14的使用，其中，基本上清
中性色彩明视觉加权的透射。作为示例，所述清
图8中所示出的所述透射光谱的左眼照明合成器
合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光谱2401
实现的。作为示例，所述透射光谱通过使用光谱
薄膜干涉滤光器1002、1003和左眼透镜2001和
组件2000的滤光器2020中的多陷波薄膜干涉滤
为示例，所述
120类型。作为示例，
使用窄带单色LED可实
晰的眼镜具有大于75％的
晰的眼镜是通过类似于在
透射光谱1501、右眼照明
和右眼透镜透射光谱2402
合成器1000中的多带通
右眼透镜2002中的透镜
光器获得的。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13是背光透射式显
以及立体照明单元101包括在左眼照明源201和右眼照明源202中
激光器，以及其中所述固体激光器为左眼照明211和右眼照明212
示器，
的固体
中的重
被感知
照明
红色的
作为示
激光器
光器的
用，基
示例，
合成器
谱
要的照明源。在所述实施方案的变体中，左眼照明源201发射包括
为红色的照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的左眼
211。在所述实施方案的变体中，右眼照明源202发射包括被感知为
照明、被感知为绿色的照明和被感知为蓝色的照明的右眼照明212。
例，所述的固体激光器是固体半导体激光器。作为示例，所述固体
是垂直延伸的空腔激光器（VECSEL）的阵列（US7359420B2）。激
使用可实现大的色域，以及另外可实现波长解复用护目镜14的使
本上清晰的眼镜具有大于90%的中性色彩明视觉加权的透射。作为
所述清晰的眼镜通过类似于在图8中所示出的透射光谱的左眼照明
透射光谱1501、右眼照明合成器透射光谱1502、左眼透镜透射光
2401和右眼透镜透射光谱2402实现。作为示例，所述透射光谱是通过
使用光谱合成器1000中的多频带通薄膜干涉滤光器1002、1003以及左眼
透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020中的多陷波
薄膜干涉滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和2402是
通过使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤光器2020
中的皱褶式陷波滤光器获得的。作为另外的示例，所述透射光谱2401和
2402是通过使用左眼透镜2001和右眼透镜2002中的透镜组件2000的滤
光器2020中的全息陷波滤光器获得的。作为示
到滤光器2020的AOI小于5度成为可能，这使
滤光器（如皱褶式陷波滤光器和全息陷波滤光器）
例，所述透镜组件2000使
具有窄的陷波的高级陷波
的使用得以实现。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
以及透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
以及所述空间调制对于所述照明的极化状态为不敏感的或基本上不敏感
的。作为示例，所述透射式显示器面板为Pixtronix有限公司生产的数字微
快门（DMS）类型的MEMS面板，左图像数据11和右图像数据12每个
都包括三个色彩通道，以及所述透射式显示器面板以场序制的方式调制左
图像数据11和右图像数据12的所有的三个所述色彩通道。实际上，通过
使用立体照明单元101和在显示单元13中作为透射式显示面板113的DMS
面板中的LED或固态半导体激光器，无闪烁的3D立体显示器是可能的。
作为示例，LED和固态半导体激光器具有1微秒的切换时间。作为示例，
DMS面板中的微快门具有约为100微秒的响应时间。作为示例，显示单元
13包括一个或多个立体照明单元101和被配置为侧光式背光单元（BLU）
的背光照明光学系统112，并作为另外的示例，该BLU是在
（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做了修改，以容纳一个
或多个立体照明单元101。
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
在3D立体显示系统10的实施方案中，显示单元13为透射式显示器，
以及透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
并且透射式显示面板113为能够实现照明的空间调制的透射式显示面板，
以及所述空间调制基本上只对于两个正交极化状态中的一个的照明有效。
作为示例，所述透射式显示器面板为薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面
板，左图像数据11和右图像数据12每个都包括三个色彩通道，以及所述
透射式显示器面板以场序制的方式调制左图像数据11和右图像数据12的
所有的三个所述色彩通道。作为示例，所述TFT-LCD面板具有至少360Hz
的场速率，这对于每秒显示至少60幅彩色立体图像足够高。作为示例，
显示单元13包括一个或多个立体照明单元101和被配置为侧光式背光单
元（BLU）的背光照明光学系统112，并且作为另外的示例，该BLU是在
（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做了修改，以容纳一个
或多个立体照明单元101。
并且所述空间调制基本上只对于两个正交极化状态的一个的照明有效。作
为示例，所述透射式显示器面板为薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面板，
左图像数据11和右图像数据12每个都包括三个色彩通道，所述透射式显
示器同时显示所有的三个色彩通道，以及所述透射式显示器面板以场序制
的方式调制左图像数据11和右图像数据12。作为示例，所述TFT-LCD面
板具有至少120Hz的场速率，这对于每秒显示至少60幅彩色立体图像足
够高。作为示例，显示单元13包括一个或多个立体照明单元101和被配
置为侧光式背光单元（BLU）的背光照明光学系统112，并且作为另外的
示例，该BLU是在（US2008/0019147A1）中描述的类型的变体，其被做
了修改，以容纳一个或多个立体照明单元101。脉冲式LED在更短的占空
比期间的实质上高亮度的可能性使用立体照明单元101实现了本发明的
LED或激光照明的3D立体3色背光透射式TFT-LCD显示器，与使用液晶
快门眼镜或可切换的偏振旋转器的类似的LED或激光照明的3D立体显示
器相比，具有实质上更高的亮度。
在本发明的优选的实施方案中，其中显示单元13为包括一个或多个
明单元101的透射式显示器，背光照明光学系统112为类似于参考
US2010/0014027A1中描述的侧光式类型。参照该参考文献，使AXXX
在本发明的优选的实施方案中，其中显示单元13为包括一个或多个
明单元101的透射式显示器，背光照明光学系统112为类似于参考
立体照
文献
表示在所述参考文献中的编号的项目。在所述优选的实施方案中，编号为
A101的边缘照明器具有源自立体照明单元101的输入照明A401和源自另
一立体照明单元101的输入照明A402。与WO2009/026888A1中的侧光式
的实施方案相比，所述优选的实施方案的优点为，立体照明单元101将左
眼照明211和右眼照明212耦合到基本上相同的光路中，因此与
WO2009/026888A1相比，保持了集光率并将给定的接收角中的照明量增
加一倍。
立体照
文献US2008/0019147A1中描述的侧光式类型。参照该参考文
表示所述参考文献中的编号项目。在所述优选的实施方
的LCD系统B3中的位置包括LED照明的立体照明合
献，使BXXX
案中，包含LED B6
成器101。
侧光式背光单元的优点是相对简单和低成本。如果成本问题可以得到
示例性的滤光器和衍射透镜套件-图21-25
该示例性滤光器套件意图在于用于窄带RGB LED，并且其被优化以
中性色眼镜中的高可见光透射率，同时仍然具有大的立体色域。此
套件具有在左眼显示器滤光器中的三个通频带、右眼显示器滤光器
个通频带、左眼护目镜滤光器中的四个通频带以及右眼护目镜滤光
四个通频带。该滤光器套件通过实际的干扰滤光器设计示出。
左眼显示器滤光器1501和右眼显示器滤光器1502的透射光谱被示出
21中，连同与红色、绿色和蓝色的PT-120LED（美国马萨诸塞州的
Luminus Devices有限公司）的发光光谱。滤光器1501和1502都具有三
个通频带。
于图
提供在
滤光器
中的三
器中的
解决，本发明的实施方案可包括透射式显示器类型的显示单元13，其中背
光照明光学系统112为包括大量的立体照明单元101的直下式类型。由于
左眼照明211和右眼照明212被耦合到基本上相同的光路中，与引用的文
章“基于干扰滤光器的3D立体LCD”中描述的现有技术相比，这种手段
的优点是增加的亮度和照明均匀度，从而保持了集光率。在现有技术中公
知的是，直下式背光的优点为通过局部地降低亮度，可实现非常高的静态
对比度。具有侧光式背光单元的显示器通常具有受透射式显示面板的对比
度限制的静态对比度。
在图24中示出了左眼显示器滤光器1501和右眼护目镜滤光器2402
光谱。护目镜滤光器2402为具有四个通频带的三波段陷波滤光器。
示器滤光器1502和左眼护目镜滤光器2401的透射光谱被示出在图
护目镜滤光器2401为具有四个通频带的四波段陷波滤光器，其中
波频带阻止显示器滤光器1502的通频带以及一个陷波频带衰减荧
左眼色域大致类似于右眼色域。需要少量的颜色校正，且基色的相对
图22示出了用于在左眼透镜2001中的透镜组件2000中使用的多阶
镜的示例性实施方案的衍射效率。衍射效率对于左眼显示器滤光器
光谱1501中的所有通频带接近一致，并对于右眼显示器滤光器透
1502中的所有通频带大幅减少。图23示出了为右眼透镜2002中
组件2000中使用的多阶衍射透镜的示例性实施方案的衍射效率。
光光源的发射峰值。
的透射
右眼显
25中。
三个陷
亮度在20％-25％之间，导致颜色校正后的立体流明效率约为10％。滤光
器套件被设计为基本上没有色彩失真。无论光源为何种状况，对于所有的
三个三色的值，可见光透射率约为70±10％。这些护目镜滤光器可以实现
屏幕外的物体的清晰的视野，基本上没有色彩失真。
衍射透
的透射
射光谱
的透镜
衍射效
并对于
说，这
择成使
眼图像，
率对于右眼显示滤光器的透射光谱1502中的所有通频带接近一致，
左眼显示滤光器的透射谱1501中的所有通频带大幅减少。通俗地
意味着左眼和右眼多阶衍射透镜对的设计波长和衍射阶数可以被选
得在通过左眼透镜观看显示器时，提供聚焦的左眼图像和失焦的右
对于另一只眼睛反之亦然。
在图24和图25中示出的示例性的滤光器套件的眼镜滤光器2401和
的缺点为，具有高的消光比设计的陷波滤光器的复杂性。通过利用滤
2402
光器2020中降低要求的立体消光比，当对侧眼图像被作为模糊的焦外图
像观察时，由于被感知的立体串扰的减少，在滤光器2020中获得满意的
图像质量需要较少的介质层，因此减少了制造这些滤光器的成本。还应当
理解的是，在本发明的一些实施方案中，由显示器滤光器左眼透射光谱
1501和右眼透射光谱1502所示出的显示器中的滤光装置以及由图22和图
23中的多阶衍射透镜的衍射效率所示出的观看辅助设备中的衍射滤光设
备的组合，对于提供可接受的立体图像是足够的，而在观看辅助设备中不
使用相对昂贵的介质多层滤光器。因此，存在高端和普通眼镜两者使用相
同的显示器滤光器的可能性。
其他的显示器
具有本领域知识的人将理解，本发明可包括不同于图2的成像投影式
或图3的透射式平板显示器的类型的显示单元13。作为示例，显示
13可为全息图像投影类型，包括在空间上调制激光照明的相位、或
明的相位和振幅两者的空间光调制器，以及在所述示例中，可能存
投影光学系统，其执行被所述的空间光调制器在空间上调制的激光
相位和/或幅度的傅立叶变换，以将所述傅立叶变换的空间调制的激
投影到可视的显示器表面上。作为示例，所述空间光调制器可为相
器件和扫描设备的1D阵列，其类似于光栅光阀（GLV），但运行在
全息图像投影模式中，由此GLV MEMS以如下方式调制其阵列器
置或状态，即，具有由1D阵列调制的其相位的激光照明的傅里叶
显示器
单元
激光照
在全息
照明的
光照明
位调制
单轴的
件的位
变化等
作为示
具有相
设备可
于或基本上等于左图像11或右图像12的垂直的或水平的扫描线。
例，所述扫描设备可为机械旋转镜、震荡的谐振模式的MEMS镜或
关光学设备的固态全息扫描设备。作为示例，所述固态的全息扫描
包括用于激光照明的相位调制的第二1D阵列。作为示例，类似于
Light Blue Optics有限公司开发的系统，所述空间光调制器可能是对激光
照明的相位进行调制的2D硅基铁电液晶（FLCOS）微型显示器。作为示
例，类似于例如目前应用于望远镜中的自适应光学系统的微显示器，所述
空间光调制器可为2D相位调制的MEMS微显示器。
因此概括为，本发明涉及到用于观看从立体成像系统接收到的图像的
优选的是，焦距是负的，以便减少入射角，并因此也减少来自成像系
统的不同部分的光的方向上的差异。如果滤光装置包括被放置在所述第一
光学设备后的、透射在所述波长集合的一个波长集合中的光的介质滤光器
2020，这是特别有利的，以使得所述光学设备减
因此也减少被过滤的光的波长中的变化。
立体观看辅助设备，成像设备包括提供具有两个不同的波长范围集合的图
像的两个通道。观看辅助设备包括两个滤光装置，每一个用于一只眼睛，
第一滤光装置透射在第一波长集合范围内的光以及第二滤光装置透射在
第二波长集合范围内的光，表示两个立体通道的图像。每个滤光装置包括
在相应波长处具有预定焦距的第一光学设备或组件2010、2011、2013、
2312，从而改变从成像系统相对于观看辅助设备2005表面的光入射角。
该表面可以是弯曲的，或构成一个平面表面。
少所述滤光器上的入射角，
优选的是，第一光学设备是第一表面上的第一透镜，用于减小在滤光
根据一个实施方案，组合的第一和第二透镜是提供视觉校正的聚焦系
统，以使使用者可具有与其眼睛相配的特殊设计的3D眼镜，因此，在观
看3D图像时，消除了同时使用两组观看辅助设备的需要。
器上的来自成像系统的光之间的角度，以及第二光学设备或组件2030的
表面设有第二透镜2031、2322，以基本上重建从所述成像系统入射的光的
方向。在本实施方案中，第一和第二透镜优选为由菲涅耳透镜2011、2031
构成，但衍射和折射的透镜以及其组合也是可能的。组合的第一和第二透
镜可构成无聚焦系统。
可选的是，第一光学装置/组件2010也可设有第一衍射滤光器2312，
所述波长集合的一个波长集合中的焦距，同时散射在所述波长集合
光或漫射在所选择的波长以外的光。以这种方式，在透镜之间的没
滤光器的情况下，获得所述光的过滤。优选的是，该系统还包括由
射面2322所构成的第二光学设备，用来基本上重建来自成像系统
其具有
以外的
有介质
第二衍
的、在
所有的）
光器的
所述波长范围内的入射光的方向。该系统还可包括除去（即使不是
大部分光的过程介质滤光器，因此减少对于衍射滤光器或介质滤
要求。
如上所述，如果使用两个光学设备，它们可具有相反的焦距，或可以
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