集成成像3D顯示專利技術綜述

王啟蒙

摘 要：文章進行了集成成像3D顯示領域的專利分析。通過國內外專利申請量年度分布分析、申請人分析、技術分支分解等，對集成成像3D顯示領域的發展現狀進行了梳理。

關鍵詞：集成成像；3D顯示；專利分析

中圖分類號：TN27 文獻標志碼：A 文章編號：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 集成成像原理介紹

集成成像3D顯示，具有無立體觀看視疲勞等顯著優點，是一種真3D顯示。較之全息3D顯示，它具有相對較小的數據量、無需相干光源并且無苛刻的環境要求等優點，已成為目前國際上的前沿3D顯示方式之一，也是最有希望實現3D電視的一種裸視真3D顯示方式[1]。

集成成像技術是利用微透鏡陣列對物空問場景進行記錄，并再現出空間場景3D圖像的技術，它源于1908年諾貝爾獎獲得者Lippmann提出的集成攝影術（integral photography，IP）。目前，它已取得了很大的進步，采用它不僅可以顯示靜態圖像，而且還可進行動態圖像的實時記錄與顯示，因此，集成成像技術又被稱為集成視頻術（integral videography，IV）[2]。

2 發展狀況分析

2.1 研究現狀

專利數據庫：CNABS（中文）；DWPI（英文）。

分類號：G02B 27/22·用于產生立體或其他三維效果的；G02B 27/24··只包含反射棱鏡及反射鏡的；G02B 27/26··包含偏振裝置的；H04N 13/00立體電視系統；其零部件；H04N 13/02·圖像信號發生器；H04N 13/04·圖像重現裝置；H04N 15/00立體彩色電視系統；其零部件關鍵詞：中文：集成s成像，視角，分辨率，深度，切換，轉換，變換等；英文：integr+ 5d imag+，resolut+，view angle，depth，switch+，convert+等。

在進行初步檢索，以及篩選之后，共獲得中文專利文件167篇，英文專利文件874篇。對專利進行初步瀏覽后，對集成成像3D顯示所涉及的技術分支進行了分解，經過人工篩選、標引后得到最終要分析的專利數據樣本。

2.2 數據分析

截止2017年6月，經檢索、篩選后最終確定的涉及裸眼3D中透鏡面板的全球專利共計1029篇，下面基于上述專利進行相關數據分析。

2.2.1 申請量年度分布

根據數據發現，雖然世界范圍內，1995年左右即有關于集成成像立體顯示的專利申請，但前期的發展相對緩慢，直到2006年才開始緩慢增長，這可能是由于微透鏡陣列制作困難，數字信號處理器運算較慢以及數字攝像機、投影儀的分辨率較低等因素，集成成像發展緩慢。到了2012年之后開始爆發式增長，原因在于以上提到的阻礙因素已得到了充足的發展，另外，由于《阿凡達》等3D電影的上映，也帶來了集成成像3D顯示的研究熱潮[3]。在2015-2016年后數據的減少可能是由于專利公開的滯后導致大量專利申請未公開以及集成成像的經濟效益還不明顯。

2.2.2 國家和地區專利申請分布

由圖1可以看出，世界范圍內集成成像的專利申請主要集中在美國以及中日韓三國，其申請量占了全球總申請量的87%，其中，中國、日本、美國三國的申請量不相上下，這也一定程度表明中國在集成成像方面的研究不落后于美日韓等國。

2.2.3 全球申請人分析

研究了世界范圍內申請量排名前20位的申請人。排名前20位的申請人大多為日韓重要的企業，如NIPPON HOSO KYOKAI KK（日本廣播協會）、SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD（三星公司）、SONY CORP（索尼公司）、LG DISPLAY CO LTD（LG公司）等，而中國的申請人，除了SHENZHEN CHINA STAR OPTOELECTRONICS TECH（深圳華星光電）在集成成像領域的申請量占有一定地位之外，其他的申請人主要集中在如UNIV SICHUAN（四川大學）、UNIV CHENGDU TECHNOLOGY（成都工業大學）等高校中，這也一定程度表明相較于國外，國內的集成成像目前還主要集中在研究實驗階段，尚未發展到商業應用階段。

2.2.4 技術分支及技術演進分析

在裸眼三維立體顯示中，相比于全息成像、光柵成像，目前集成成像還具有幾大缺點，諸如分辨率較低、視角窄、圖像深度淺等[4]，這也導致集成成像在商業化的進展中困難重重。因此，國內外的企業、高校，針對該些缺點進行了大量研究。以下針對世界范圍內集成成像領域專利申請所要解決的技術問題進行分析。

有關提升分辨率的專利申請共有123件。在傳統的集成成像3D顯示方法中，3D圖像的分辨率依賴于透鏡元的節距，為了增大分辨率，需要減小透鏡元的節距。然而這會帶來顯示屏上像素數量的減少，這樣，來自透鏡元的可控光線數量就減少[5]。

有關擴展圖像深度的專利申請共有102件。集成成像3D顯示系統都只有一個中心深度平面，只有在該中心深度平面附近較小的范圍內，顯示的3D圖像才是清晰的。因此，3D圖像的深度被限制在該中心深度平面附近，故增強圖像深度范圍是當前亟待解決的問題之一[6]。公開號為KR10-2014-0061092A的韓國專利利用電潤濕透鏡陣列來增加深度。該3D圖像顯示裝置利用一個顯示面板將具有不同深度的多個圖像顯示在不同的焦平面上并由此顯示3D圖像的深度。

有關實現集成成像2D/3D切換的專利申請共有72件。通過在中心深度平面上集成一個平面圖像的方法，2D圖像就能用傳統的集成成像法顯示。當然，這樣的2D圖像的分辨率和觀看視角比常規的2D顯示器顯示的2D圖像差[7]。

有關擴展觀看視角的專利申請共有55件。公開號為US2005/0180006A1的美國專利通過將顯示屏彎曲的方式，實現視角的增加，這也是其他顯示領域增加視角所常用的方法。公開號為KR10-2012-0090507A的韓國專利，通過將透鏡陣列平面分為第一透鏡陣列和第二透鏡陣列，將相鄰的第一透鏡陣列和第二透鏡陣列中透鏡的直徑設置為不同，從而增加視角。

3 結束語

本文基于裸眼3D中的集成成像3D顯示領域進行了技術分解，并對該領域專利申請量、技術原創國、申請人等做了統計分析，對各技術分支的關鍵技術進行了梳理并得到技術演進圖，深入了解了現有技術和發展趨勢。

參考文獻：

[1]羅文全.集成成像三維顯示的專利分析[J].計算機與信息技術，2016，212：79-85.

[2]王書路.基于人眼視覺特性的三維顯示研究[D].合肥：中國科學技術大學.

[3]吳海清，張建珍.電影的全球產業鏈與《阿凡達》[J].湖南商學院學報，2011，18（4）：110-115.

[4]王芳，等.基于人眼視覺的集成成像三維顯示分辨率的比較[J].物理學報，2012，61（8）.

[5]伍春鴻，等.集成圖像空間分辨率研究[J].光學學報，2013，33（12）.

[6]謝偉，王瓊華.視角增大的集成成像3D顯示系統[J].四川大學學報（自然科學版），2015，52（4）.

[7]王曉蕊，等.三維集成成像景深提高方法的研究[J].激光與光電子學進展，2009，8.