CN104570367B - 一种立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体显示装置，包括一凹面反射镜、一半透半反平面镜、第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组相互靠近设置，第一透镜组和第二透镜组的光轴互不平行，经过第一透镜组和第二透镜组的光线经半透半反平面镜反射至凹面反射镜。使用本发明立体显示装置眼睛可以在与立体显示装置距离较远的位置进行观察，对于佩戴眼镜的观看者不会造成不适感；通过调焦可以使虚像在0.5m～无穷远距离变化，将虚像位置调整为较为舒适的距离可以适度减轻眼睛疲劳；观看图像时周围视线不被遮挡，有利于观看内容需要保密的使用情形；本发明能耗低、重量轻、且通过光路的折叠，可以将体积做得很紧凑，做成便携产品。
Description
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域，具体涉及一种立体显示装置。
背景技术
立体显示基于不同的原理可分为双目视差原理、全息原理、集成成像原理和体显示原理等。目前基于双目视差原理的立体显示技术有眼镜式、头戴式立体显示和光栅式自由立体显示。可以实现真彩色立体显示的眼镜式立体显示按其工作原理主要分为两类：一是基于时序的快门式眼镜，其显示屏分时显示左右视差图，并通过同步信号发射器以及同步信号接收器控制液晶快门眼镜，使得显示屏显示左(右)眼视差图时左(右)眼镜片透光而右(左)眼镜片不透光，其主要特点是要求显示器的帧频为普通显示器的两倍。二是基于偏振眼镜，显示屏上左右眼视差图的光线为互相正交的线偏振光或左右旋圆偏振光，佩戴上对应的偏振光眼镜就可以观看到立体效果。头戴式立体显示是在双眼前各放置一个显示屏，左右眼只能分别看到显示在对应屏上的左右视差图。光栅式自由立体显示是由平板显示屏和光栅精密组合而成，左右眼视差图按一定规律并列显示在平板显示屏上，然后利用光栅的分光作用将左右眼视差图像的光线向不同方向传播，当观看者位于合适的观看区域时，其左右眼分别观看到左右眼视差图像，根据采用的光栅类型可分为狭缝光栅和柱透镜两种。
眼镜式立体显示目前技术成熟，成本低廉，已经取得广泛的市场应用，其不足在于：对于本身佩戴眼镜的观看者，使用不够舒适方便。头戴式立体显示可以提供给观看者一个虚拟世界的沉浸感，其不足在于：使用时除显示区域以外的视线全部被遮挡；长时间佩戴会给眼睛带来不适且造成头颈部疲劳；本身佩戴眼镜的观看者使用亦不够舒适方便。光栅式自由立体显示无需佩戴辅助观看装置，其不足在于：由于在平板显示器上同时显示两幅或多幅视差图像，导致图像分辨率至少降低为原来的一半；同时由于这种显示方案通常需要配合大尺寸的平板显示器使用，不易做到低能耗以及便携。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种立体显示装置，克服现有技术基于双目视差原理的立体显示装置或者需要使用时序快门或偏光眼镜，或者遮挡视线，长时间观看会造成不适的缺陷。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种立体显示装置，包括一凹面反射镜、一半透半反平面镜、第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组相互靠近设置，第一透镜组和第二透镜组的光轴互不平行，经过第一透镜组和第二透镜组的光线经所述半透半反平面镜反射至所述凹面反射镜。
根据本发明的具体实施例，在所述半透半反平面镜与第一透镜组、第二透镜组之间设置有透镜。
根据本发明的具体实施例，所述半透半反平面镜与所述凹面反射镜之间具有45度夹角。
根据本发明的具体实施例，所述凹面反射镜设为偶次非球面镜。
根据本发明的具体实施例，第一透镜组和第二透镜组分别包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
一种立体显示装置，包括一凹面反射镜、一镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜、第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组相互靠近设置，第一透镜组和第二透镜组的光轴互不平行，经过第一透镜组和第二透镜组的光线经所述镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜反射至所述凹面反射镜。
根据本发明的具体实施例，在所述镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜与第一透镜组、第二透镜组之间设置有共用的单一透镜。
根据本发明的具体实施例，所述凹面反射镜设为偶次非球面镜。
根据本发明的具体实施例，第一透镜组和第二透镜组分别包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：(1)眼睛可以在与立体显示装置距离较远的位置进行观察，对于佩戴眼镜的观看者不会造成不适感；(2)通过调焦可以使虚像在0.5m～无穷远距离变化，对于长时间观看来说，将虚像位置调整为较为舒适的距离可以适度减轻眼睛疲劳；(3)眼睛位于距离显示装置一定距离的指定区域才可以观看到图像，观看图像时周围视线不被遮挡，有利于观看内容需要保密的使用情形；(4)能耗低、重量轻、且通过光路的折叠，可以将体积做得很紧凑，做成便携产品。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明立体显示装置示意图；
图2为本发明立体显示装置使用状态示意图；
图3为本发明透镜组示意图；
图4为本发明模量传输函数MTF示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4所示，本发明立体显示装置，包括一凹面反射镜11、一半透半反平面镜12、第一透镜组13和第二透镜组14，第一透镜组13和第二透镜组14相互靠近设置，第一透镜组13和第二透镜组14的光轴互不平行，经过第一透镜组13和第二透镜组14的光线经半透半反平面镜12反射至凹面反射镜11。根据本发明的具体实施例，在半透半反平面镜12与第一透镜组13、第二透镜组14之间设置有透镜15。半透半反平面镜12与凹面反射镜11之间具有45度夹角。凹面反射镜11设为偶次非球面镜。第一透镜组13和第二透镜组14分别包括一棱镜21，棱镜21之后设置有透镜22和胶合镜23。
本发明另一种实施方式是包括一凹面反射镜11、一镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜、第一透镜组13和第二透镜组14，第一透镜组13和第二透镜组14相互靠近设置，第一透镜组13和第二透镜组14的光轴互不平行，经过第一透镜组13和第二透镜组14的光线经棱镜反射至凹面反射镜11。根据本发明的具体实施例，在棱镜与第一透镜组13、第二透镜组14之间设置有透镜15。凹面反射镜11设为偶次非球面镜。第一透镜组13和第二透镜组14分别包括一棱镜21，棱镜21之后设置有透镜22和胶合镜23。
1.通过本发明立体显示装置能够观看相同尺寸的两个图像源产生的立体视差图像。图像源31、图像源32发出的光线，分别依次通过本装置所包含的透镜组13、透镜组14、透镜15、半透半反平面镜12、凹面反射镜11、半透半反平面镜12到达观看者的左眼41、右眼42。其中左眼41与右眼42的视线51与视线52平行，凹面反射镜11的光轴16与视线51与视线52平行，距离相等且共面；或左眼41与右眼42的视线51与视线52成小于15°夹角，凹面反射镜11的光轴16与视线51与视线52相交于同一点，光轴16平分视线51与视线52的夹角且共面。
2.眼睛与装置其余部件之间距离不小于150mm。
3.根据设计参数的要求不同，透镜12可省略。
4.凹面反射镜11的凹面镀有全反射膜，半透半反平面镜12镀有半透半反膜。
5.半透半反平面镜12可由胶合面镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜替代。
6.图像源类型包括带照明装置的LCD显示屏、数字微镜芯片DMD(DigitalMicromirror Devices)、液晶覆硅LCOS(liquid crystal on silicon)等。
本发明具体实施例光路参数如表1所示。
表1
本发明可对两个带照明装置的相同尺寸的DMD进行放大显示，当两个DMD显示立体视差图像时，本发明可以实现立体显示，且眼睛距离显示装置距离为295mm，对于光学放大系统来说，左右两眼对称。
本发明光学系统参数如表2所示，可以看出本发明立体显示装置具有良好的MTF和较小的畸变。
表2
| 参数 | 单位 | 数值 | 备注 |
| 焦距 | mm | -21.3mm | 两次成像 |
| 视场角 | ° | 21.6 | 对角线视场角 |
| 畸变 | ％ | 1 | |
| MTF | ％ | 41 | @93lp/mm |
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (5)
1.一种立体显示装置，其特征在于：包括一偶次非球面镜、一半透半反平面镜、第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组相互靠近设置，第一透镜组和第二透镜组的光轴互不平行，经过第一透镜组和第二透镜组的光线经所述半透半反平面镜反射至所述偶次非球面镜，在所述半透半反平面镜与第一透镜组、第二透镜组之间设置有共用的单一透镜。
2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于：所述半透半反平面镜与所述偶次非球面镜之间具有45度夹角。
3.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于：第一透镜组和第二透镜组分别包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
4.一种立体显示装置，其特征在于：包括一偶次非球面镜、一镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜、第一透镜组和第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组相互靠近设置，第一透镜组和第二透镜组的光轴互不平行，经过第一透镜组和第二透镜组的光线经所述镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜反射至所述偶次非球面镜，在所述镀有半透半反膜或偏振膜的棱镜与第一透镜组、第二透镜组之间设置有共用的单一透镜。
5.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于：第一透镜组和第二透镜组分别包括一棱镜，所述棱镜之后设置有透镜和胶合镜。
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