CN100366097C - 阴极射线管式投影真三维立体显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种阴极射线管(CRT)式投影真三维立体显示系统，由两台与地面平行设置的投影机和曲反射屏构成，投影机的投影管以高性能的钇铝石榴石(YAG)阴极射线管(CRT)为投影管，两台投影机的投影管投影中心的距离为60～70mm，投影管的直径为48～70mm，曲反射屏为能使投影图像光在Y轴方向产生回射，在X、Z轴方向产生漫射，屏尺寸为1219.2-1828.8mm的曲反射屏。本发明的CRT式投影真三维立体显示系统具有曲反射屏显示屏幕大，图像质量和性价比高，实施技术难度和成本低等优点。

Description

阴极射线管式投影真三维立体显示系统

一、技术领域

本发明涉及信息显示技术领域，更具体地税，本发明涉及一种基于反射方法的真三维(3D)立体显示系统。3D立体显示显示系统主要包括两台与地面平行设置的投影机和一个曲面反射屏。

二、技术背景

信息显示是当今电子信息时代发展的重要技术之一。目前信息显示基本上仍然都是二维(2D)平面显示，3D立体显示还处于研究开发之中，是信息显示领域研究的热门课题。所谓3D立体显示是指能显示图象深度(即第三维)效果的显示，就象我们看真实世界一样，是立体的。3D立体显示又分为佩戴眼镜的3D立体显示和不戴眼镜的真3D立体显示两大类，其中不戴眼镜的真3D显示也叫自动显示。前者除了因戴眼镜使观看者不方便外，还会导致人体产生疲劳和头晕，不便人们长期观看，更不利于一些人群，如小孩观看。后者不会造成观众的视疲劳，是3D立体显示的发展方向，也是当今3D立体显示研究的前沿。目前不戴眼镜的真3D显示沿着三个方向发展，即电子全息术、方向多路显示和体块显示三个方向发展。

真3D立体显示有着广泛的用途，已成为军事战略和国民经济发展的重要前沿高科技技术。有人曾预言，高清晰度电视(HDTV)后的另一个高潮应是高清晰度立体电视及虚拟现实，也有可能两者同步进行。对于高清晰度立体电视，有人曾这样打比方，如果说黑白电视是第一代产品，彩色电视是第二代产品，立体电视就是第三代产品。3D立体显示技术具有划时代的意义，有人称之为“21世纪最伟大的技术革命之一”。因此，世界各国都投入大量的人力、物力和财力加强该技术的研究开发，以求取得该技术的制高点。

在2002年国际信息显示协会年会(SID’02)上，日立公司发表了题目为“采用小型LED投影机曲反射屏的立体显示”的文章.(H.Kaneko，T.Ohshima，O.Ebina，A.Arimoto.“Desktop Autostereoscopic Display Using Compact LEDProjectors and CDR Screen”，SID(Society for Information Display)02 DIGEST，PP.1418-1421)，文章所公开的真3D立体显示系统由两个硅上液晶(LCOS)投影机和曲反射屏构成，投影机的投影芯片采用直径为0.5″的硅上液晶(LCOS)，曲反射屏的屏尺寸为20″，在曲反射屏上投出的图像显示峰值亮度为130cd/m²。该投影系统的优点是技术相对比较简单，只要两个LCOS投影机的间距等于人两眼间距，即约65mm，再加上曲反射屏这个关键元件就能实现真3D立体显示。但其不足的地方是性能不佳。性能不佳表现在以下几个方面：其一，大屏幕显示是显示领域的一个潮流，采用20″的曲反射屏显示图象，屏尺寸还比较小，不符合大屏幕显示的潮流；其二，当今显示器的显示亮度一般都要求达到好几百cd/m²，而其130cd/m²亮度太低，不符合当今显示器的要求；其三，LCOS图像质量和性价比都不如阴极射线管(CRT)。

英国剑桥大学公开了一种完全不同于日立公司的真3D立体显示系统(“A50″time-multiplexed autostereoscopic display”，Proc.SPIE 3957，“Stereoscopic Displays& Applications XI”，24-26 January 2000，San Jose，California.)，该显示系统由两个分别供左右眼观看的以阴极射线管(CRT)为投影管的投影机，切换左右眼图像的液晶快门和一个普通投影屏构成，其中所采用的CRT为场频速度2倍于常规CRT的快速CRT。常规CRT的场频速度为50-60赫兹，快速CRT的场频速度为100-120赫兹。因此，英国剑桥大学开发的真3D立体显示系统实施技术难度比较大，成本比较高。

3.发明任务和内容

针对现有技术的真3D立体显示系统存在的不足，本发明的目的旨在提供一种以钇铝石榴石(YAG)阴极射线管(CRT)为投影管所构成的真3D立体显示系统，以解决以下技术问题：

(1)、提高真3D立体显示系统的屏尺寸；

(2)、提高真3D立体显示系统的显示亮度；

(3)、提高真3D立体显示系统的图像质量和性价比；

(4)、降低真3D立体显示系统实施技术难度和成本。

本发明的上述发明目的可通过具有以下技术方案的以YAG CRT为投影管构成的真3D立体显示系统来实现。

CRT投影真三维立体显示系统，由两台与地面平行设置的投影机和曲反射屏构成，其投影机的投影管以高性能的钇铝石榴石CRT为投影管，两台投影机的投影管投影中心的距离为60～70mm，投影管的直径为48～70mm，所述曲反射屏为能使投影图像光在投影机轴线方向(Y轴方向)产生回射，在投影机轴线垂直方向(X、Z轴方向)产生漫射的曲反射屏。

两台投影机的投影管投影中心的距离是根据观看者观看的需要设计的，即应与观看者的两眼距离基本相同，由于人的两眼距离一般在60～70mm之间，所以两台投影机的投影管投影中心的距离设计为60～70mm。投影管的直径与两台投影机投影中心的距离有对应关系，为了保证两台投影机投影中心之间的距离在要求的范围，因此投影管的直径须控制在48～70mm之间。根据人们两眼之间的距离通常为65mm左右，最好是将两台投影机投影中心之间的距离设计为65mm，而投影管的直径采用50.8mm(2″)。

在上述方案中，所说的投影机由平行设置在垂直于地面的平面内的三个红(R)、绿(G)、蓝(B)单色钇铝石榴石CRT投影管和与其对应设置的三个投影透镜构成，所说的曲反射屏使投影图像光在Y轴方向产生回射，回射至位于投影机上方或下方的观看者观看图像的视野区。曲反射屏的具体结构可由能在Y轴方向产生使图像投影光回射至位于投影机上方或下方观看视野区的微棱镜层，和能在X、Z轴方向产生使图像投影光漫射的漫射层构成，微棱镜层与漫射层之间的设置，在图像光投影方向，微棱镜层位于漫射层前面。

本发明的投影真三维立体显示系统的显示原理为：两个投影机投出的图像投影光，射向曲反射屏后又各自分别反回到各自的投影机略上方或略下方的范围，即位于观看者的观看视野范围，如图1中标号5所标示的部位，两眼在此范围分别看到两个投影机投出的图像，当两个投影机放映的是左右眼略有差异的两幅图像，两眼看到的图像就在大脑中形成3D效果，从而实现3D显示。

本发明的投影真三维立体显示系统，与现有技术的投影真三维立体显示系统相比，具有以下的优点和积极效果。

1、本发明属于真3D立体显示，观看者观看投影图像时不需要佩戴眼镜，不存在佩戴眼镜带来的不便，也避免了因佩戴眼镜导致观看者人体产生疲劳和头晕，不便于人们长期观看，不利于一些人群，如小孩观看的诸多缺点。同时也省去了辅助设备费用。

2、实现了大屏幕显示。本发明的投影真三维立体显示系统，投影机采用50.8-70mm(2-2.7″)的YAG CRT为投影管，能以屏尺寸为1219.2-1828.8mm(48-72″)的曲反射屏显示投影图像，曲反射屏的屏尺寸较日立公司的20″曲反射屏大大增加，实现了大屏幕显示。

3、投影图像质量高。本发明的投影真三维立体显示系统，其投影机的投影管采用的是高性能的YAG CRT。CRT投影技术至今仍主导信息显示领域，是性价比最好的一种显示方式。由于YAG CRT投影管投出的图像在对比度、色彩还原性、锐度、层次上都优于LCOS，因此，本发明的投影图像质量远远超过日立公司相应的图像技术指标，具有高亮度、高分辨率等优点。

4、技术实施相对简单，成本低。本发明的投影真三维立体显示系统，所采用的YAG CRT投影管是场频为50-60赫兹的常规CRT，没有特别的要求，完全不同于剑桥大学开发的真3D立体显示系统，投影管需采用场频为100-120赫兹的快速CRT，也不需要在两个投影机之间设置切换投影图像的液晶快门。因此，技术实施难度低，制造成本低。

本发明的投影真三维立体显示系统，投影机的6只投影管的会聚问题，可采用目前已非常成熟的数字会聚技术来解决，且完全能够做到精确汇聚。

本发明的投影真三维立体显示系统还具有其它方面的一些优点。

四、附图说明

图1是本发明的阴极射线管式投影真三维立体显示系统的结构原理示意图。

图2是投影机中的三个CRTs排列结构示意图。

图3是曲反射屏的结构原理示意图。

上述附图中的附图标号分别表示：

1投影机1；2投影机2；3曲反射屏，4观看者；5观看范围；6单色投影管，其中，R为红色单色管，G为绿色单色管，B为蓝色单色管；7投影透镜；8微棱镜层；9漫射层。

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明。但有必要特别说明的是，本发明不限于实施例所描述的形式，本领域的技术人员根据本发明的思想还会设计出其它的具体实施方式，这些实现本发明的具体实施方式应仍属于本发明的保护范围。

实施例

阴极射线管式投影真三维立体显示系统，由两台与地面平行设置的投影机1、2和曲反射屏3构成，其中每台投影机又由平行设置在垂直于地面的平面内的三个R(红)、G(绿)、B(蓝)单色投影管6和与其对应设置的三个投影透镜7构成，单色投影管6采用高性能的钇铝石榴石(YAG)阴极射线管(CRT)，单色投影管的直径为50.8mm(2″)，两台投影机的投影管投影中心的距离设计为65mm。曲反射屏为能使投影图像光在Y轴方向产生回射，在X、Z轴方向产生漫射的曲反射屏，由能在Y轴方向产生使图像投影光回射至位于投影机上方观看者4观看范围5的微棱镜层8，和能在X、Z轴方向产生使图像投影光漫射的漫射层9构成，微棱镜层与漫射层之间的设置，在图像光投影方向，微棱镜层位于漫射层前面。曲反射屏的屏尺寸为1219.2mm(48″)。

Claims (5)

1.一种阴极射线管式投影真三维立体显示系统，由两台与地面平行设置的投影机(1、2)和曲反射屏(3)构成，其特征在于投影机的投影管以钇铝石榴石CRT为投影管，两台投影机的投影管投影中心的距离为60～70mm，投影管的直径为48～70mm，所述曲反射屏为能使投影图像光在投影机轴线方向产生回射，在投影机轴线垂直方向产生漫射的曲反射屏。

2.如权利要求1所述的阴极射线管式投影真三维立体显示系统，其特征在于投影机由平行设置在垂直于地面的平面内的三个红、绿、蓝钇铝石榴石CRT单色管(6)和与其对应设置的三个投影透镜(7)构成。

3.如权利要求1所述的阴极射线管式投影真三维立体显示系统，其特征在于所说的曲反射屏使投影图像光在投影机轴线方向产生回射，回射至位于投影机上方或下方的观看者视野区。

4.如权利要求3所述的阴极射线管式投影真三维立体显示系统，其特征在于所说的曲反射屏由能在投影机轴线方向产生使图像投影光回射至位于投影机上方或下方观看者视野区的微棱镜层(8)，和能在投影机轴线垂直方向产生使图像投影光漫射的漫射层(9)构成，在图像光投影方向，微棱镜层位于漫射层前面。

5.如权利要求1或2或3或4所述的阴极射线管式投影真三维立体显示系统，其特征在于两台投影机的投影管投影中心的距离为65mm，投影管的直径为50.8mm。

Images