CN103676449A - 基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，属于三维显示领域.。可以广泛应用在娱乐、科学研究、医疗、军事、教育等诸多领域。包括：反射式散射屏幕与多个投影装置；连接关系：多个投影装置在空间上并排排列，多个投影装置同时投影到反射式散射屏幕；该装置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微结构表面，使得人的左右眼的图像来自不同的图像源形成的带状的观察区域中，这样使得左右眼分别看到不同的图像，可以通过人脑合成出三维图像。

Description

基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置

技术领域

本发明涉及基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，属于三维显示领域.。可以广泛应用在娱乐、科学研究、医疗、军事、教育等诸多领域。 

背景技术

三维显示装置在在娱乐、科学研究、医疗、军事、教育等诸多领域得到广泛的应用。现有的裸眼三维显示的系统大多是平面屏幕显示，另外系统受到透射板面以及显示屏幕的尺寸显示不易于做大尺寸大场景的三维显示系统；现有的商用裸眼三维显示的技术呈现出的视差图数目较少以及平面屏自身的形状所限，观察范围有限，无法实现周视的三维显示，而现有的周视三维显示装置含有高速的旋转机构导致系统复杂，而且往往显示系统和显示的三维物体之间有遮挡和背景的关系，无法给别人身临其境的感觉。本发明提供的显示装置基于多投影机和反射式散射屏幕，在显示过程中，系统不进行扫描，没有高速旋转的机构，根据不同的实施案例，所显示的三维物体可以让用户进行周视裸眼观看，显示的三维物体可以悬浮在系统上，没有显示系统的遮挡，可进行触摸交互，真实感强，也可以搭建系统适合在家庭中或者是影院中进行三维物体的呈现和观看，采用单面的反射散射屏幕，成本低，易于安装装调，反射效率高光能利用率高，装置不受传统的裸眼三维显示系统中透镜的尺寸限制，易于做大尺寸大场景的三维显示系统。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的裸眼三维显示装置含有高速的旋转机构导致系统复杂以及系统与物体之间有遮挡和背景，提供基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，包括：反射式散射屏幕与多个投影装置； 

连接关系：多个投影装置在空间上并排排列，多个投影装置同时投影到反 射式散射屏幕； 

所述的反射式散射屏幕的工作表面是在基底表面上形成微结构阵列，阵列单元由两个互成直角的反射表面构成，水平平面剖面为直角反射面，且阵列单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳； 

工作过程：反射散射屏幕在水平和竖直方向呈现出不同的散射特性，将投影装置的出瞳形成一个条状出瞳，在装置工作时候，多个投影装置固定不动，图像投影到反射散射屏幕上，在空间形成了连续的条状出瞳形成一个大范围的可见区域，相应的投影装置针对条状出瞳的位置进行图像的渲染，人眼看到来自不同的投影装置显示的图像，形成三维显示效果。 

装置包括以下两种： 

壹、基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，包括：投影装置，反射散射屏幕； 

连接关系：多个投影装置在空间绕装置的中轴线排列一周，反射散射屏幕基底表面呈轮胎状，且轮胎的中轴线和本装置的中轴线重合；反射散射屏幕基底表面绕中心轴旋转对称，竖直切面的反射面能够将投影装置的出瞳成像在竖直方向高于投影装置的位置；反射散射屏幕表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。 

贰、基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，包括：投影装置，反射散射屏幕； 

连接关系：多个投影装置在空间排列成一排，反射散射屏幕固定的位置使得投影装置投影的图像能够反射进入人眼；反射散射屏幕表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证一个投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。 

有益效果 

1、本发明的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微结构表面，使得人的左右眼的图像来自不同的图像源 形成的带状的观察区域中，这样使得左右眼分别看到不同的图像，可以通过人脑合成出三维图像。 

2、本发明的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微结构表面和基底表面的任意性，装置在工作过程中不需要进行旋转和图像高速刷新，发明的装置实现方便容易，系统工作更加稳定。 

3、本发明的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，可靠性高，通过反射式散射屏幕的基底表面的设计可以使所显示的三维物体周视裸眼观看，显示的三维物体可以悬浮在系统上，没有显示系统的遮挡，可进行触摸交互，真实感强。 

附图说明

图1为实施例一基于多投影机和透射式散射屏幕的周视三维显示装置结构图； 

图2是反射散射屏幕的表面微结构构成的一种实施例示意图； 

图3是微结构单元两个凹柱面反射面组合示意图； 

图4是微结构单元一个凹柱面反射面和一个凸柱面反射面组合示意图； 

图5是微结构单元两个凸柱面反射面组合示意图； 

图6是微结构单元一个凹柱面反射面和一个平面反射面组合示意图； 

图7是微结构单元一个凸柱面反射面和一个平面反射面组合示意图； 

图8是反射散射屏幕的表面微结构构成的一种实施例示意图； 

图9是图8所示的实施例的一种微结构单元示意图； 

图10是图8所示的实施例的一种微结构单元示意图； 

图11是一种实施例微结构单位构成的反射散射屏幕表面光线反射示意图； 

图12是一种实施例微结构单位构成的反射散射屏幕表面光线反射示意图； 

图13是反射散射屏幕表面水平剖面的光线反射示意图； 

图14是实施例二基于多投影机和透射式散射屏幕的周视三维显示装置结构图。 

其中，1—投影装置，2—反射式散射屏幕； 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。 

实施例1 

如图1所示，基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，包括：投影装置1，反射散射屏幕2； 

连接关系：多个投影装置1在空间绕装置的中轴线排列一周，反射散射屏幕2基底表面呈轮胎状，且轮胎的中轴线和装置的中轴线重合；反射散射屏幕2基底表面绕中心轴旋转对称，竖直切面的反射面能够将投影装置1的出瞳成像在竖直方向高于投影装置1的位置；反射散射屏幕2表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。 

工作过程：多个投影装置1在空间绕装置的中轴线排列一周，反射散射屏幕2基底表面呈轮胎状，且轮胎的中轴线和装置的中轴线重合；反射散射屏幕2表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。通过基底表面的设计，使得带状出瞳高于轮胎状的反射散射屏幕，避免了杂散辐射的产生。多个投影装置1针对移动的条状出瞳的位置进行图像的渲染，在装置进行工作的时候投影装置1不需要进行高速的图像刷新。人的左右眼的处在不同的带状出瞳区域中，可以观察到不同的投影装置1投影到反射式散射屏幕2后反射回来的不同的图像，这时候可以通过人脑合成出三维图像；装置在工作过程中不需要进行旋转和图像高速刷新，发明的装置实现方便容易，系统工作更加稳定通过轮胎状反射式散射屏幕的基底表面的设计可以使所显示的三维物体周视裸眼观看，显示的三维物体可以悬浮在系统上，没有显示系统的遮挡，可进行触摸交互，真实感强。 

反射式散射屏幕的工作原理 

反射散射屏幕的表面结构可以有多种结构形式如图2和图8所示，如图2所示，组成反射式散射屏幕表面微结构阵列的微结构单元可以都是同样的结构形式，即是说两个互成直角的反射表面构成，构成的形式也可以是多种多样的，可以是如图3所示，两个反射表面均为凹柱面反射面，可以如图4所示，两个反射表面一个是凹柱面反射面，另一个是凸柱面反射面，可以如图5所示，两个反射表面均为凸柱面反射面，可以是如图6所示，两个反射表面一个是平面 反射面，另一个是凸柱面反射面，可以是如图7所示，两个反射表面一个是平面反射面，另一个是凹柱面反射面。反射散射屏幕的表面结构如图8所示，组成反射式散射屏幕表面微结构阵列的微结构单元可以都是不样的结构形式，虽然微结构单元仍然是由两个互成直角的反射表面构成，然而，可以是图3-7中的任意一种形式，如图8所示，组成反射式散射屏幕表面微结构阵列的微结构单元是由图9所示的凹凸柱面反射面和图10所示的凹凸柱面反射面两中表面交替排列形成的。微结构单元的特征尺寸需要小于投影机一个像素单元的尺寸，光线在反射散射表面发生的反射光路示意图如图11-13所示，在具体实施方式中，只给出两个反射表面一个是平面反射面，另一个是凹柱面反射面和两个反射表面一个是平面反射面，另一个是凸柱面反射面的这两种形式，但是本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行阐述，这样阐述只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，在具体实施过程中，进行合适的面型控制也可以达到相应的光线反射的效果。如图11所示，竖直方向上的一束平行光入射到反射屏上，经过平面反射镜的反射，由于两个反射表面互成直角，该束光线会在凸面反射面上进行反射，会在凸柱面反射面的作用在竖直方向上进行发散；如图12所示，和图13类似，竖直方向上的一束平行光入射到反射屏上，经过平面反射镜的反射，由于两个反射表面互成直角，该束光线会在凹柱面反射面上进行反射，会在凹柱面反射面的作用下在竖直方向上迅速汇聚后迅速进行发散。在微结构单元的水平面上，如图13所示，由于两个反射表面互成直角，所以在水平面上，光束会有回反射的效果，水平平面上各个方向上的光束都会沿着原路返回。 

由于上述表面微结构阵列的作用，反射散射屏幕在水平面方向和竖直方向上产生了两种不同的散射特性，水平面方向上，反射散射屏幕具有回返射的特性，竖直方向上反射散射屏幕具有发散的特性，发散角度的大小由构成微结构单元的两个表面的曲率决定，反射散射屏幕可以将投影机的出瞳形成一个竖直方向上发散，水平方向上压缩的一个带状光瞳，另外，还有基底表面的作用，可以调整带状出瞳的具体空间位置。如在实施例1，由于基底表面的作用，使得带状出瞳高于轮胎状的反射散射屏幕，避免了杂散辐射的产生。 

实施例2 

如图14所示，基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，包括： 投影装置1，反射散射屏幕2； 

连接关系：多个投影装置1在空间排列成一排，反射散射屏幕2固定的位置使得投影装置1投影的图像能够反射进入人眼；反射散射屏幕2表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证一个投影装置1的出瞳形成一个条状出瞳。 

工作过程：多个投影装置1在空间排列成一排，投影装置1的位置可以放置在地面上，也可以吊装在天花板上，反射散射屏幕2固定的位置使得投影装置1投影的图像能够反射进入人眼；反射散射屏幕2表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证一个投影装置1的出瞳形成一个条状出瞳，反射散射屏幕2的基底表面的设计参考投影装置1的具体位置和人眼所处的位置而定，可以最大的利用空间以及光能效率；多个投影装置1针对移动的条状出瞳的位置进行图像的渲染，在装置进行工作的时候投影装置1不需要进行高速的图像刷新。人的左右眼的处在不同的带状出瞳区域中，可以观察到不同的投影装置1投影到反射式散射屏幕2后反射回来的不同的图像，这时候可以通过人脑合成出三维图像；装置在工作过程中不需要进行旋转和图像高速刷新，发明的装置实现方便容易，另外由于本发明的反射式散射屏幕对于安装要求不高，可以进行多块反射式散射屏幕的拼接，使得大屏幕大尺寸三维显示装置成为可能。 

以上对于本发明所提供的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行阐述，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (3)

1.基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，其特征在于：包括：反射式散射屏幕与多个投影装置；多个投影装置在空间上并排排列，多个投影装置同时投影到反射式散射屏幕；

所述的反射式散射屏幕的工作表面是在基底表面上形成微结构阵列，阵列单元由两个互成直角的反射表面构成，水平平面剖面为直角反射面，且阵列单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。

2.如权利要求1所述的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，其特征在于：所述装置，包括：投影装置（1），反射散射屏幕（2）；多个投影装置（1）在空间绕装置的中轴线排列一周，反射散射屏幕（2）基底表面呈轮胎状，且轮胎的中轴线和本装置的中轴线重合；反射散射屏幕（2）基底表面绕中心轴旋转对称，竖直切面的反射面能够将投影装置（1）的出瞳成像在竖直方向高于投影装置（1）的位置；反射散射屏幕（2）表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证投影装置的出瞳形成一个条状出瞳。

3.如权利要求1所述的基于反射式散射屏幕的非扫描式裸眼三维显示装置，其特征在于：所述装置，包括：投影装置（1），反射散射屏幕（2）；多个投影装置（1）在空间排列成一排，反射散射屏幕（2）固定的位置使得投影装置（1）投影的图像能够反射进入人眼；反射散射屏幕（2）表面形成微结构阵列，所形成的微结构单元由两个互成直角的反射表面构成，特征在于水平剖面为直角反射面，且微结构单元的特征尺寸小于投影装置的一个像素，反射式散射屏幕保证一个投影装置（1）的出瞳形成一个条状出瞳。

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