集成成像3D显示专利技术综述

王启蒙

摘 要：文章进行了集成成像3D显示领域的专利分析。通过国内外专利申请量年度分布分析、申请人分析、技术分支分解等，对集成成像3D显示领域的发展现状进行了梳理。

关键词：集成成像；3D显示；专利分析

中图分类号：TN27 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0009-02

Abstract： The patent analysis in the field of 3D integrated imaging display is presented in this paper. Through the analysis of the annual distribution of patent applications at home and abroad， the analysis of applicants， the decomposition of technical branches and so on， the development status of integrated imaging 3D display field is reviewed.

Keywords： integrated imaging； 3D display； patent analysis

1 集成成像原理介绍

集成成像3D显示，具有无立体观看视疲劳等显著优点，是一种真3D显示。较之全息3D显示，它具有相对较小的数据量、无需相干光源并且无苛刻的环境要求等优点，已成为目前国际上的前沿3D显示方式之一，也是最有希望实现3D电视的一种裸视真3D显示方式[1]。

集成成像技术是利用微透镜阵列对物空问场景进行记录，并再现出空间场景3D图像的技术，它源于1908年诺贝尔奖获得者Lippmann提出的集成摄影术（integral photography，IP）。目前，它已取得了很大的进步，采用它不仅可以显示静态图像，而且还可进行动态图像的实时记录与显示，因此，集成成像技术又被称为集成视频术（integral videography，IV）[2]。

2 发展状况分析

2.1 研究现状

专利数据库：CNABS（中文）；DWPI（英文）。

分类号：G02B 27/22·用于产生立体或其他三维效果的；G02B 27/24··只包含反射棱镜及反射镜的；G02B 27/26··包含偏振装置的；H04N 13/00立体电视系统；其零部件；H04N 13/02·图像信号发生器；H04N 13/04·图像重现装置；H04N 15/00立体彩色电视系统；其零部件关键词：中文：集成s成像，视角，分辨率，深度，切换，转换，变换等；英文：integr+ 5d imag+，resolut+，view angle，depth，switch+，convert+等。

在进行初步检索，以及筛选之后，共获得中文专利文件167篇，英文专利文件874篇。对专利进行初步浏览后，对集成成像3D显示所涉及的技术分支进行了分解，经过人工筛选、标引后得到最终要分析的专利数据样本。

2.2 数据分析

截止2017年6月，经检索、筛选后最终确定的涉及裸眼3D中透镜面板的全球专利共计1029篇，下面基于上述专利进行相关数据分析。

2.2.1 申请量年度分布

根据数据发现，虽然世界范围内，1995年左右即有关于集成成像立体显示的专利申请，但前期的发展相对缓慢，直到2006年才开始缓慢增长，这可能是由于微透镜阵列制作困难，数字信号处理器运算较慢以及数字摄像机、投影仪的分辨率较低等因素，集成成像发展缓慢。到了2012年之后开始爆发式增长，原因在于以上提到的阻碍因素已得到了充足的发展，另外，由于《阿凡达》等3D电影的上映，也带来了集成成像3D显示的研究热潮[3]。在2015-2016年后数据的减少可能是由于专利公开的滞后导致大量专利申请未公开以及集成成像的经济效益还不明显。

2.2.2 国家和地区专利申请分布

由图1可以看出，世界范圍内集成成像的专利申请主要集中在美国以及中日韩三国，其申请量占了全球总申请量的87%，其中，中国、日本、美国三国的申请量不相上下，这也一定程度表明中国在集成成像方面的研究不落后于美日韩等国。

2.2.3 全球申请人分析

研究了世界范围内申请量排名前20位的申请人。排名前20位的申请人大多为日韩重要的企业，如NIPPON HOSO KYOKAI KK（日本广播协会）、SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD（三星公司）、SONY CORP（索尼公司）、LG DISPLAY CO LTD（LG公司）等，而中国的申请人，除了SHENZHEN CHINA STAR OPTOELECTRONICS TECH（深圳华星光电）在集成成像领域的申请量占有一定地位之外，其他的申请人主要集中在如UNIV SICHUAN（四川大学）、UNIV CHENGDU TECHNOLOGY（成都工业大学）等高校中，这也一定程度表明相较于国外，国内的集成成像目前还主要集中在研究实验阶段，尚未发展到商业应用阶段。

2.2.4 技术分支及技术演进分析

在裸眼三维立体显示中，相比于全息成像、光栅成像，目前集成成像还具有几大缺点，诸如分辨率较低、视角窄、图像深度浅等[4]，这也导致集成成像在商业化的进展中困难重重。因此，国内外的企业、高校，针对该些缺点进行了大量研究。以下针对世界范围内集成成像领域专利申请所要解决的技术问题进行分析。

有关提升分辨率的专利申请共有123件。在传统的集成成像3D显示方法中，3D图像的分辨率依赖于透镜元的节距，为了增大分辨率，需要减小透镜元的节距。然而这会带来显示屏上像素数量的减少，这样，来自透镜元的可控光线数量就减少[5]。

有关扩展图像深度的专利申请共有102件。集成成像3D显示系统都只有一个中心深度平面，只有在该中心深度平面附近较小的范围内，显示的3D图像才是清晰的。因此，3D图像的深度被限制在该中心深度平面附近，故增强图像深度范围是当前亟待解决的问题之一[6]。公开号为KR10-2014-0061092A的韩国专利利用电润湿透镜阵列来增加深度。该3D图像显示装置利用一个显示面板将具有不同深度的多个图像显示在不同的焦平面上并由此显示3D图像的深度。

有关实现集成成像2D/3D切换的专利申请共有72件。通过在中心深度平面上集成一个平面图像的方法，2D图像就能用传统的集成成像法显示。当然，这样的2D图像的分辨率和观看视角比常规的2D显示器显示的2D图像差[7]。

有关扩展观看视角的专利申请共有55件。公开号为US2005/0180006A1的美国专利通过将显示屏弯曲的方式，实现视角的增加，这也是其他显示领域增加视角所常用的方法。公开号为KR10-2012-0090507A的韩国专利，通过将透镜阵列平面分为第一透镜阵列和第二透镜阵列，将相邻的第一透镜阵列和第二透镜阵列中透镜的直径设置为不同，从而增加视角。

3 结束语

本文基于裸眼3D中的集成成像3D显示领域进行了技術分解，并对该领域专利申请量、技术原创国、申请人等做了统计分析，对各技术分支的关键技术进行了梳理并得到技术演进图，深入了解了现有技术和发展趋势。

参考文献：

[1]罗文全.集成成像三维显示的专利分析[J].计算机与信息技术，2016，212：79-85.

[2]王书路.基于人眼视觉特性的三维显示研究[D].合肥：中国科学技术大学.

[3]吴海清，张建珍.电影的全球产业链与《阿凡达》[J].湖南商学院学报，2011，18（4）：110-115.

[4]王芳，等.基于人眼视觉的集成成像三维显示分辨率的比较[J].物理学报，2012，61（8）.

[5]伍春鸿，等.集成图像空间分辨率研究[J].光学学报，2013，33（12）.

[6]谢伟，王琼华.视角增大的集成成像3D显示系统[J].四川大学学报（自然科学版），2015，52（4）.

[7]王晓蕊，等.三维集成成像景深提高方法的研究[J].激光与光电子学进展，2009，8.