CN104076591A - 裸眼3d投影系统及其投影屏幕 - Google Patents

Abstract

裸眼3D投影系统涉及显示领域，尤其涉及立体显示领域。包括投影系统、投影屏幕，以及一与投影系统连接的微型处理器系统，投影屏幕采用一裸眼3D投影屏幕；裸眼3D投影屏幕包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列；在第一显示阵列和第二显示阵列上显示的不同画面的光线，经过光线方向调制机构对光线的发射方向进行调整，使不同画面的光线分别照射向观众的左眼和右眼。利用人眼左右分别接收不同画面，然后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前—后、上—下、左—右、远—近等立体方向效果的影像。通过上述设计可以实现具有裸眼3D显示效果的投影系统。

Description

裸眼3D投影系统及其投影屏幕

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及立体显示领域。

背景技术

“3D”里的“D”，是英文单词Dimension(线度、维)的首字母。3D指的就是三维空间。与普通2D画面显示相比，3D技术可以使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕平面，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。

尽管3D显示技术分类繁多，不过最基本的原理是相似的，就是利用人眼左右分别接收不同画面，然后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前—后、上—下、左—右、远—近等立体方向效果的影像。

在眼镜式3D技术中，我们又可以细分出三种主要的类型：色差式、偏光式和主动快门式。也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。当然现今很多裸眼的3D技术也都有实际产品，如lens技术，barrier技术等。

相对于传统的电视机而言，3D电视能够呈现出来的图像不再局限于平面，画面大小也不再受屏幕大小的约束，观众会仿佛看到海豚在自己身边优雅游动，鸟儿从头顶轻轻掠过，足球朝面门飞速袭来……这些场景都是以往平面成像电视难以表达出来的。

现有的相对传统的3D显示技术，往往都需要观众佩戴眼镜进行观看。操作和使用都不太方便。

现在虽然有一些裸眼3D技术，但是技术相对不成熟，没有得到广泛普及。现有的裸眼3D技术大都是应用于液晶显示器。至今未发现应用于投影显示器的裸眼3D技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种裸眼3D投影系统，解决以上技术问题。

本发明的目的还在于提供一种裸眼3D投影屏幕，解决以上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

裸眼3D投影系统，包括投影系统、投影屏幕，以及一与所述投影系统连接的微型处理器系统，其特征在于，所述投影屏幕采用一裸眼3D投影屏幕；

所述裸眼3D投影屏幕包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列；

所述第一显示阵列包括至少100条纵向排布的第一条状显示区域；

所述第二显示阵列包括至少100条纵向排布的第二条状显示区域；

所述第一显示阵列的第一条状显示区域与所述第二显示阵列的第二条状显示区域相间排布；

至少两个所述第一条状显示区域，与相邻的至少两个所述第二条状显示区域前方设有光线方向调制机构；

所述投影系统设有至少两个投影阵列，各个所述投影阵列与各个所述显示阵列的投影关系分别对应，即所述第一投影阵列的投影方向为所述第一显示阵列，所述第二投影阵列的投影方向为所述第二显示阵列。

上述设计中，投影系统通过第一投影阵列和第二投影阵列，分别将画面投放到第一显示阵列和第二显示阵列上。在第一显示阵列和第二显示阵列上显示的不同画面的光线，经过光线方向调制机构对光线的发射方向进行调整，使不同画面的光线分别照射向观众的左眼和右眼。利用人眼左右分别接收不同画面，然后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前—后、上—下、左—右、远—近等立体方向效果的影像。通过上述设计可以实现具有裸眼3D显示效果的投影系统。

所述投影系统可以位于所述裸眼3D投影屏幕后方，以便于裸眼3D投影屏幕上的光线方向调制机构进行安装设置。或者，所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕前方，以便于系统空间布局和改善光学效果。

优选投影系统中只设有一个投影镜头。通过一个投影镜头向投影屏幕投射画面，以简化结构。

所述裸眼3D投影屏幕包括一屏幕基体，所述第一显示阵列、所述第二显示阵列、所述光线方向调制机构建立在所述屏幕基体上；

所述屏幕基体包括一透明基体，所述透明基体包括至少前层和后层，所述后层设有成像层，所述前层设有所述光线方向调制机构的光调制层，所述透明基体的所述成像层与所述光调制层之间透明；

所述后层设有成像层，所述第一显示阵列和所述第二显示阵列设置在所述成像层上；

所述前层设有光调制层，进而将所述光线方向调制机构设置在所述前层上。

所述屏幕基体可以采用玻璃材质、钢化玻璃材质、亚克力材质等透明材质中的至少一种。可以是上述材质的复合结构。

所述成像层优选为位于所述屏幕基体后层后方的成像屏幕、成像贴膜或者磨砂层中的至少一种。可以是上述结构的复合结构。允许所述成像层后方再设置有其他辅助光学器件，比如附有偏振模等。

具体实施一：

所述光线方向调制机构采用光栅屏障系统，所述光栅屏障系统包括至少一条状光栅阵列。

所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕后方，所述条状光栅阵列位于所述投影屏幕前方。以便于优化视觉效果。

所述光栅屏障系统的功能主要是遮挡光线，让左眼透过光栅屏障系统只能看到部分像素，比如第一显示阵列上的像素；右眼也只能看到另外一部分像素，比如第二显示阵列上的像素。因此让左右眼看到不同的影像。进而允许通过对第一显示阵列和第二显示阵列的显示画面进行有机设置，实现3D影像显示。

所述条状光栅阵列中光栅条的数目，大于等于所述第一显示阵列或第二显示阵列中，第一条状显示区域或第二条状显示区域的数量的二分之一。

优选所述光栅条的数目大于等于所述第一显示阵列或第二显示阵列中，第一条状显示区域或第二条状显示区域的数量的两倍或者四倍，或者四倍以上。以减少视觉角度对3D成像效果的影响。

所述条状光栅阵列可以设置在所述屏幕基体的前层前部。所述条状光栅阵列可以是印刷在所述屏幕基体上的印刷层、附着在所述屏幕基体上的光栅贴膜、嵌入在所述屏幕基体内的遮光层中的至少一种。

具体实施二：

所述光线方向调制机构采用柱镜光栅系统，所述柱状光栅系统包括至少一柱状光栅层，所述柱状光栅层包括透镜光栅阵列。

所述透镜光栅阵列的焦平面位于所述成像层上。

所述透镜光栅阵列中的透镜光栅由汇聚透镜排列构成。排列构成透镜光栅的汇聚透镜可以是凸透镜或者菲涅尔透镜。

所述透镜光栅阵列中的透镜光栅可以是块状汇聚透镜或条状汇聚透镜排列构成的透镜光栅。优选为条状汇聚透镜排列构成的条状的透镜光栅。以便于简化结构。

条状的所述透镜光栅中的条状汇聚透镜的长度方向，与所述第一条状显示区域或第二条状显示区域的长度方向非平行。优选所述条状汇聚透镜的长度方向，与所述所述第一条状显示区域或第二条状显示区域的长度方向间的角度大于10度，小于70度。进一步优选为，大于20度，小于45度。

所述柱状光栅层可以采用板材柱状光栅、片材柱状光栅、膜材柱状光栅中的至少一种。其中优选膜材柱状光栅。可以将膜材柱状光栅贴在所述屏幕基体前方。

所述板材柱状光栅包括一具有2mm以上厚度的透明基板，所述柱状光栅层设置在所述透明基板上。

所述片材柱状光栅包括一具有1～2mm厚度的透明基片，所述柱状光栅层设置在所述透明基片上。

所述膜材柱状光栅包括一小于1mm厚度的透明膜，所述柱状光栅层设置在所述透明膜上。

可以是，所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕后方，所述柱状透镜系统位于所述投影屏幕前方。以便于优化视觉效果。

也可以是，所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕前方，所述柱状透镜系统位于所述投影屏幕前方。以便简化空间布局。

所述投影系统设置为，投影镜头发出的光线经过所述柱状光栅层，在成像层上成像。所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕前方时，光线首先通过所述柱状光栅层，在成像层上成像，成像层上的像的光线，经过反射后再到达柱状光栅层，然后经过折射后发射到外界。由观众双眼接收，呈现立体影像。

裸眼3D投影屏幕包括所述裸眼3D投影屏幕包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列；

所述第一显示阵列包括至少100条纵向并行的第一条状显示区域；

所述第二显示阵列包括至少100条纵向并行的第二条状显示区域；

所述第一显示阵列的第一条状显示区域与所述第二显示阵列的第二条状显示区域交错排布；

至少两个所述第一条状显示区域，与相邻的至少两个所述第二条状显示区域前方设有光线方向调制机构。

在第一显示阵列和第二显示阵列上显示的不同画面的光线，经过光线方向调制机构对光线的发射方向进行调整，使不同画面的光线分别照射向观众的左眼和右眼。

所述裸眼3D投影屏幕包括一屏幕基体，所述第一显示阵列、所述第二显示阵列、所述光线方向调制机构建立在所述屏幕基体上；

所述屏幕基体包括一透明基体所述透明基体包括至少前层和后层，所述后层设有成像层，所述前层设有所述光线方向调制机构的光调制层，所述透明基体的所述成像层与所述光调制层之间透明；

所述后层设有成像层，所述第一显示阵列和所述第二显示阵列设置在所述成像层上；

所述前层设有光调制层，进而将所述光线方向调制机构设置在所述前层上。

所述屏幕基体可以采用玻璃材质、钢化玻璃材质、亚克力材质等透明材质中的至少一种。可以是上述材质的复合结构。

所述成像层优选为位于所述屏幕基体后层后方的成像屏幕、成像贴膜或者磨砂层中的至少一种。可以是上述结构的复合结构。允许所述成像层后方再设置有其他辅助光学器件，比如附有偏振模等。

所述光线方向调制机构采用光栅屏障系统，所述光栅屏障系统包括至少一条状光栅阵列。

所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕后方，所述条状光栅阵列位于所述投影屏幕前方。以便于优化视觉效果。

所述条状光栅阵列中光栅条的数目，大于等于所述第一显示阵列或第二显示阵列中，第一条状显示区域或第二条状显示区域的数量。

所述光线方向调制机构采用柱镜光栅系统，所述柱状光栅系统包括至少一柱状光栅层，所述柱状光栅层包括透镜光栅阵列。

所述透镜光栅阵列的焦平面位于所述成像层上。

所述透镜光栅阵列中的透镜光栅由汇聚透镜排列构成。排列构成透镜光栅的汇聚透镜可以是凸透镜或者菲涅尔透镜。

所述透镜光栅阵列中的透镜光栅可以是块状汇聚透镜或条状汇聚透镜排列构成的透镜光栅。优选为条状汇聚透镜排列构成的条状的透镜光栅。以便于简化结构。

条状的所述透镜光栅中的条状汇聚透镜的长度方向，与所述第一条状显示区域或第二条状显示区域的长度方向非平行。优选所述条状汇聚透镜的长度方向，与所述所述第一条状显示区域或第二条状显示区域的长度方向间的角度大于10度，小于70度。进一步优选为，大于20度，小于45度。

所述微型处理器系统还连接有一用于捕捉观众眼部位置的摄像头。通过确认观众的眼部位置，调整像素排列。以保证3D效果。

附图说明

图1为本发明的裸眼3D投影系统示意图；

图2为本发明的一种裸眼3D投影系统示意图；

图3为本发明的光栅屏障系统结构示意图；

图4为本发明的柱镜光栅系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，裸眼3D投影系统，包括投影系统2、投影屏幕，以及一与投影系统2连接的微型处理器系统，投影屏幕采用一裸眼3D投影屏幕1。裸眼3D投影屏幕1包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列。第一显示阵列包括至少100条纵向排布的第一条状显示区域41。第二显示阵列包括至少100条纵向排布的第二条状显示区域42。第一显示阵列的第一条状显示区域41与第二显示阵列的第二条状显示区域42相间排布。至少两个第一条状显示区域41，与相邻的至少两个第二条状显示区域42前方设有光线方向调制机构3。第一显示阵列包括至少100条可以仅仅为并行排布的第一条状显示区域41。第二显示阵列包括至少100条可以仅仅为并行排布的第二条状显示区域42。

投影系统2设有至少两个投影阵列，各个投影阵列与各个显示阵列的投影关系分别对应，即第一投影阵列的投影方向为第一显示阵列，第二投影阵列的投影方向为第二显示阵列。优选投影系统2中只设有一个投影镜头。通过一个投影镜头向投影屏幕投射画面，以简化结构。

上述设计中，投影系统2通过第一投影阵列和第二投影阵列，分别将画面投放到第一显示阵列和第二显示阵列上。在第一显示阵列和第二显示阵列上显示的不同画面的光线，经过光线方向调制机构3对光线的发射方向进行调整，使不同画面的光线分别照射向观众的左眼和右眼。利用人眼左右分别接收不同画面，然后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前—后、上—下、左—右、远—近等立体方向效果的影像。通过上述设计可以实现具有裸眼3D显示效果的投影系统2。

投影系统2可以位于裸眼3D投影屏幕1后方，以便于裸眼3D投影屏幕1上的光线方向调制机构3进行安装设置。或者，投影系统2位于裸眼3D投影屏幕1前方，以便于系统空间布局和改善光学效果。

裸眼3D投影屏幕1包括一屏幕基体11，第一显示阵列、第二显示阵列、光线方向调制机构3建立在屏幕基体11上。屏幕基体11包括一透明基体。透明基体包括至少前层和后层，后层设有成像层12，前层设有光线方向调制机构3的光调制层，透明基体的成像层12与光调制层之间透明。

优选，在后层设有成像层12，第一显示阵列和第二显示阵列设置在成像层12上。前层设有光调制层，光线方向调制机构3设置在前层上。屏幕基体11可以采用玻璃材质、钢化玻璃材质、亚克力材质等透明材质中的至少一种。可以是上述材质的复合结构。

成像层12优选为位于屏幕基体11后层后方的成像屏幕、成像贴膜或者磨砂层中的至少一种。可以是上述结构的复合结构。允许成像层12后方再设置有其他辅助光学器件，比如附有偏振模等。

具体实施一：

参照图1、图3，光线方向调制机构3采用光栅屏障系统，光栅屏障系统包括至少一条状光栅阵列31。投影系统2位于裸眼3D投影屏幕1后方，条状光栅阵列31位于裸眼3D投影屏幕1前方。以便于优化视觉效果。

光栅屏障系统的功能主要是遮挡光线，让左眼透过光栅屏障系统只能看到部分像素，比如第一显示阵列上的像素。右眼也只能看到另外一部分像素，比如第二显示阵列上的像素。因此让左右眼看到不同的影像。进而允许通过对第一显示阵列和第二显示阵列的显示画面进行有机设置，实现3D影像显示。

条状光栅阵列31中光栅条的数目，大于等于第一显示阵列中第一条状显示区域41数量的二分之一。优选光栅条的数目大于等于第一显示阵列或第二显示阵列中，第一条状显示区域41或第二条状显示区域42的数量的两倍或者四倍，或者四倍以上。以减少视觉角度对3D成像效果的影响。

条状光栅阵列31可以设置在屏幕基体11的前层前部。条状光栅阵列31可以是印刷在屏幕基体11上的印刷层、附着在屏幕基体11上的光栅贴膜或者嵌入在屏幕基体11内的遮光层中的至少一种。

具体实施二：

参照图2、图4，光线方向调制机构3采用柱镜光栅系统，柱状光栅系统包括至少一柱状光栅层，柱状光栅层包括透镜光栅阵列32。透镜光栅阵列32的焦平面位于成像层12上。透镜光栅阵列32中的透镜光栅由汇聚透镜排列构成。排列构成透镜光栅的汇聚透镜可以是凸透镜或者菲涅尔透镜。

透镜光栅阵列32中的透镜光栅可以是块状汇聚透镜或条状汇聚透镜排列构成的透镜光栅。优选为条状汇聚透镜排列构成的条状的透镜光栅。以便于简化结构。

条状的透镜光栅中的条状汇聚透镜的长度方向，与第一条状显示区域41或第二条状显示区域42的长度方向非平行。优选条状汇聚透镜的长度方向，与第一条状显示区域41或第二条状显示区域42的长度方向间的角度大于10度，小于70度。进一步优选为，大于20度，小于45度。

柱状光栅层可以采用板材柱状光栅、片材柱状光栅、膜材柱状光栅中的至少一种。其中优选膜材柱状光栅。可以将膜材柱状光栅贴在屏幕基体11前方。板材柱状光栅包括一具有2mm以上厚度的透明基板，柱状光栅层设置在透明基板上。片材柱状光栅包括一具有1～2mm厚度的透明基片，柱状光栅层设置在透明基片上。膜材柱状光栅包括一小于1mm厚度的透明膜，柱状光栅层设置在透明膜上。

可以是，投影系统2位于裸眼3D投影屏幕1后方，柱状透镜系统位于投影屏幕前方。以便于优化视觉效果。也可以是，投影系统2位于裸眼3D投影屏幕1前方，柱状透镜系统位于投影屏幕前方。以便简化空间布局。

投影系统2设置为，投影镜头发出的光线经过柱状光栅层，在成像层12上成像。投影系统2位于裸眼3D投影屏幕1前方时，光线首先通过柱状光栅层，在成像层12上成像，成像层12上的像的光线，经过反射后再到达柱状光栅层，然后经过折射后发射到外界。由观众双眼接收，呈现立体影像。

微型处理器系统还连接有一用于捕捉观众眼部位置的摄像头。通过确认观众的眼部位置，调整像素排列。以保证3D效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.裸眼3D投影系统，包括投影系统、投影屏幕，以及一与所述投影系统连接的微型处理器系统，其特征在于，所述投影屏幕采用一裸眼3D投影屏幕；

所述裸眼3D投影屏幕包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列；

所述第一显示阵列包括至少100条纵向排布的第一条状显示区域；

所述第二显示阵列包括至少100条纵向排布的第二条状显示区域；

所述第一显示阵列的第一条状显示区域与所述第二显示阵列的第二条状显示区域相间排布；

至少两个所述第一条状显示区域，与相邻的至少两个所述第二条状显示区域前方设有光线方向调制机构；

所述投影系统设有至少两个投影阵列，各个所述投影阵列与各个所述显示阵列的投影关系分别对应，即所述第一投影阵列的投影方向为所述第一显示阵列，所述第二投影阵列的投影方向为所述第二显示阵列。

2.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕后方。

3.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕前方。

4.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述投影系统中只设有一个投影镜头。

5.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述裸眼3D投影屏幕包括一屏幕基体，所述第一显示阵列、所述第二显示阵列、所述光线方向调制机构建立在所述屏幕基体上；

所述屏幕基体包括一透明基体，所述透明基体包括至少前层和后层，所述后层设有成像层，所述前层设有所述光线方向调制机构的光调制层，所述透明基体的所述成像层与所述光调制层之间透明；

所述后层设有成像层，所述第一显示阵列和所述第二显示阵列设置在所述成像层上；

所述前层设有光调制层，进而将所述光线方向调制机构设置在所述前层上。

6.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述屏幕基体可以采用玻璃材质、钢化玻璃材质、亚克力材质等透明材质中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述成像层优选为位于所述屏幕基体后层后方的成像屏幕、成像贴膜或者磨砂层中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述光线方向调制机构采用光栅屏障系统，所述光栅屏障系统包括至少一条状光栅阵列；

所述投影系统位于所述裸眼3D投影屏幕后方，所述条状光栅阵列位于所述投影屏幕前方。

9.根据权利要求1所述的裸眼3D投影系统，其特征在于，所述光线方向调制机构采用柱镜光栅系统，所述柱状光栅系统包括至少一柱状光栅层，所述柱状光栅层包括透镜光栅阵列；

所述透镜光栅阵列的焦平面位于所述成像层上。

10.裸眼3D投影屏幕包括所述裸眼3D投影屏幕包括至少两组显示阵列，分别为第一显示阵列、第二显示阵列；

所述第一显示阵列包括至少100条并行排布的第一条状显示区域；

所述第二显示阵列包括至少100条并行排布的第二条状显示区域；

所述第一显示阵列的第一条状显示区域与所述第二显示阵列的第二条状显示区域交错排布；

至少两个所述第一条状显示区域，与相邻的至少两个所述第二条状显示区域前方设有光线方向调制机构。