CN109298542B - 时序性三维投影显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光成像技术领域，具体而言，涉及一种时序性三维投影显示系统。该时序性三维投影显示系统包括椭球成像曲面、可变焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构。可变焦光学成像装置依次输出一待显示图像的至少两束图像光线，旋转机构对平面反射元件进行旋转，使可变焦光学成像装置输出的每束扫描图像光线被平面反射元件反射至椭球成像曲面的不同成像区域后，被不同的成像区域反射会聚形成待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼形成的待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。每幅待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该时序性三维投影显示系统提高了图像分辨率。

Description

时序性三维投影显示系统
技术领域
本发明涉及光成像技术领域，具体而言，涉及一种时序性三维投影显示系统。
背景技术
目前主流的投影显示系统，普遍采用微型图像显示器作为图像源，并配合传统目视光学系统实现对增强或虚拟显示。受限于现有的技术和工艺水平，微型图像显示器的分辨率很难提高。因此，目前主流的投影显示系统具有分辨率低的问题
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高分辨率的时序性三维投影显示系统，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明较佳实施例提供一种时序性三维投影显示系统，包括椭球成像曲面、可变焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构，所述椭球成像曲面包括至少两个成像区域；
所述可变焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应；
所述旋转机构与所述平面反射元件连接，用于对所述平面反射元件进行旋转，使所述平面反射元件将所述可变焦光学成像装置输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像；
在所述可变焦光学成像装置输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。
可选地，所述可变焦光学成像装置包括图像显示器、定焦组、孔径光阑和变焦组，所述定焦组设置于所述图像显示器的输出端，所述孔径光阑设置于所述定焦组的输出端，所述变焦组设置于所述孔径光阑的输出端。
可选地，所述可变焦光学成像装置包括图像显示器、定焦组、孔径光阑和变焦组，所述变焦组设置于所述图像显示器的输出端，所述孔径光阑设置于所述变焦组的输出端，所述定焦组设置于所述孔径光阑的输出端。
可选地，所述椭球成像曲面的每个成像区域对应观察点E的角度相同。
可选地，所述椭球成像曲面包括第一成像区域和第二成像区域，设置afa1＝afa2，所述可变焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，afa1为所述第一成像区域对应观察点E的角度，afa2为所述第二成像区域对应观察点E的角度，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一待显示子图像和第二待显示子图像分别与所述第一成像区域和第二成像区域对应；
在进行所述第一待显示子图像显示时，使gama11＝gama12，tan(theta1)＝(L1-f1)*tan(theta1’)，L1+L1’＝e；
其中，gama11为所述平面反射元件的法线N1与beta1的角平分线C1的夹角，gama12为所述平面反射元件的法线N1与变焦组光轴N2的夹角，beta1为所述第一成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f1为此时所述变焦组的焦距，theta1为此时像方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L1为此时所述孔径光阑到所述变焦组物方主面H1的距离(物距)，theta1’为此时物方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L1’为此时第二焦距F2到所述变焦组像方主面H1’的距离(像距)，e为常数；
在进行显示所述第二待显示子图像时，使gama21＝gama22，tan(theta2)＝(L2-f2)*tan(theta2′)；L2+L2’＝e；
gama21为所述平面反射元件的法线N1’与beta2的角平分线C2的夹角，gama22为所述平面反射元件的法线N1’与所述变焦组光轴N2的夹角，beta2为所述第二成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f2为此时所述变焦组的焦距，theta2为此时像方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L2为此时所述孔径光阑到所述变焦组物方主面H2的距离(物距)，theta2’为此时物方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L2’为第二焦距F2到所述变焦组像方主面H2’的距离(像距)。
可选地，所述椭球成像曲面包括第一成像区域和第二成像区域，设置afa1＝afa2，所述可变焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，afa1为所述第一成像区域对应观察点E的角度，afa2为所述第二成像区域对应观察点E的角度，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一待显示子图像和第二待显示子图像分别与所述第一成像区域和第二成像区域对应；
在进行第一待显示子图像显示时，使gama11＝gama12’，
其中，gama11为所述平面反射元件的法线N1与beta1的角平分线C1的夹角，gama12’为所述平面反射元件的法线N1与所述定焦组光轴N3的夹角，beta1为所述第一成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f3为所述变焦组的焦距，theta3为此时像方边缘主光线与所述定焦组光轴N3的夹角，L3为所述孔径光阑到所述定焦组物方主面H4的距离(物距)，f为所述定焦组的焦距(图中未画)，A为所述图像显示器的有效显示区域的尺寸；
在进行显示第二待显示子图像时，使gama21＝gama22’，
其中，gama21为所述平面反射元件的法线N1’与beta2的角平分线C2的夹角，gama22’为所述平面反射元件的法线N1’与所述定焦组光轴N3的夹角，beta2为所述第二成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，theta4为此时像方边缘主光线与所述定焦组光轴N3的夹角。
本发明提供的时序性三维投影显示系统通过对椭球成像曲面、可变焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构的巧妙集成与设计，可变焦光学成像装置依次输出一待显示图像的至少两束图像光线，旋转机构对平面反射元件进行旋转，使所述可变焦光学成像装置输出的每束扫描图像光线被平面反射元件反射至椭球成像曲面的不同成像区域后，被不同的成像区域反射会聚形成待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼形成的待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。每幅待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该时序性三维投影显示系统提高了图像分辨率。且，相对于传统方式，由于缩小了可变焦光学成像装置的fov，提高了可变焦光学成像装置的放大倍率，使得更容易获得更高的成像质量。
本发明另一较佳实施例还提供一种时序性三维投影显示系统，其特征在于，包括椭球成像曲面、定焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构，所述椭球成像曲面包括至少两个成像区域；
所述定焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应；
所述旋转机构与所述平面反射元件连接，用于对所述平面反射元件进行旋转，使所述平面反射元件将所述定焦光学成像装置输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像；
在所述定焦光学成像装置输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。
可选地，所述椭球成像曲面的每个成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角相等。
可选地，所述椭球成像曲面包括第三成像区域和第四成像区域，设置beta3＝beta4，所述定焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，beta3为所述第三成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，beta4为所述第四成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第三待显示子图像和第四待显示子图像，所述第三待显示子图像和第四待显示子图像分别与所述第三成像区域和第四成像区域对应；
在进行待显示图像过程中，使theta＝1/2*beta3＝1/2*beta4，其中theta为像方边缘主光线与所述定焦光学成像装置光轴N的夹角。
本发明提供的时序性三维投影显示系统通过对椭球成像曲面、定焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构的巧妙集成与设计，定焦光学成像装置依次输出一待显示图像的至少两束图像光线，旋转机构对平面反射元件进行旋转，使所述定焦光学成像装置输出的每束扫描图像光线被平面反射元件反射至椭球成像曲面的不同成像区域后，被不同的成像区域反射会聚形成待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼形成的待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。每幅待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该时序性三维投影显示系统提高了图像分辨率。且，相对于传统方式，由于缩小了定焦光学成像装置的fov，提高了定焦光学成像装置的放大倍率，使得更容易获得更高的成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种时序性三维投影显示系统的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的另一种时序性三维投影显示系统的结构示意图。
图3为图2所示的时序性三维投影显示系统显示第一待显示子图像的原理示意图。
图4为图2所示的时序性三维投影显示系统显示第二待显示子图像的原理示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的另一种时序性三维投影显示系统的结构示意图。
图6为图5所示的时序性三维投影显示系统显示第一待显示子图像的原理示意图。
图7为图5所示的时序性三维投影显示系统显示第二待显示子图像的原理示意图。
图8为本发明另一较佳实施例提供的一种时序性三维投影显示系统的结构示意图。
图9为本发明另一较佳实施例提供的另一种时序性三维投影显示系统的结构示意图。
图10为图9所示的时序性三维投影显示系统显示第一待显示子图像的原理示意图。
图11为图9所示的时序性三维投影显示系统显示第二待显示子图像的原理示意图。
图标：1-时序性三维投影显示系统；10-椭球成像曲面；30-可变焦光学成像装置；50-平面反射元件；70-旋转机构；11-第一成像区域；13-第二成像区域；31-图像显示器；33-定焦组；35-孔径光阑；37-变焦组；90-定焦光学成像装置；15-第三成像区域；17-第四成像区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
请参考图1，图1为本发明较佳实施例提供的一种时序性三维投影显示系统1的结构示意图。该时序性三维投影显示系统1包括椭球成像曲面10、可变焦光学成像装置30、平面反射元件50和旋转机构70。所述平面反射元件50设置于所述可变焦光学成像装置30的输出端，所述旋转机构70与所述平面反射元件50连接，所述椭球成像曲面10设置于所述平面反射元件50的输出端。
所述椭球成像曲面10为椭球曲面或具有椭球面成像性质的元件。椭球成像曲面10具有两个焦点，从其中一个焦点发出的任何一条光线经过椭球成像曲面10的反射后会经过另一个焦点。故从第二焦点F2处发出的任何一条光束经过椭球成像曲面10后将被反射衍射至第一焦点F1处。因此，可以将平面反射元件50置于椭球成像曲面10的第二焦点F2，平面反射元件50扫描得到的每一个视场的细光束被椭球成像曲面10反射后将会聚于椭球成像曲面10的第一焦点F1，则人眼处于第一焦点F1位置附近时可接收到平面反射元件50扫描的图像光线。
所述椭球成像曲面10包括至少两个成像区域。例如，所述椭球成像曲面10包括两个成像区域、包括三个成像区域、包括四个成像区域或包括五个成像区域等。并且，所述椭球成像曲面10包括的成像区域的大小可以相同，也可以不同，在此不做限制。
所述可变焦光学成像装置30用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应。可选地，可变焦光学成像装置30包括图像显示器31、定焦组33、孔径光阑35和变焦组37。所述图像显示器31可以是OLED、LCOS等图像显示器31，或是光纤扫描、mems扫描等扫描图像显示器31。所述定焦组33为焦距一定的定焦透镜组。所述变焦组37为焦距可变的变焦透镜组，其可以是机械变焦光学镜组或是电控液晶透镜或两者的组合。
所述旋转机构70与所述平面反射元件50连接，用于对所述平面反射元件50进行旋转，使所述平面反射元件50将所述可变焦光学成像装置30输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面10的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像。在所述可变焦光学成像装置30输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面10的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。
可选地，在一实施方式中，所述椭球成像曲面10包括两个成像区域，记为第一成像区域11和第二成像区域13。如图2和图5所示，将第一成像区域11对应观察点E的角度记为afa1，将第二成像区域13对应观察点E的角度记为afa2，设置afa1＝afa2，则第一成像区域11和第二成像区域13大小不同，但被第一成像区域11和第二成像区域13反射会聚形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像大小相同。当可变焦光学成像装置30输出的分别与第一待显示子图像和第二待显示子图像对应的图像光线的分辨率相同时，被第一成像区域11和第二成像区域13反射会聚形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率相同。进而可以推出，所述椭球成像曲面10包括至少两个成像区域时，可以设置每个成像区域对应观察点E的角度相同。当然，在其他实施方式中，也可以设置每个成像区域对应观察点E的角度互不相同或者有些不同。
当afa1＝afa2时，beta1≠beta2。其中beta1为第一成像区域11在OXZ平面与平面反射元件50的光出射位置所构成的夹角，beta2为第二成像区域13在OXZ平面与平面反射元件50的光出射位置所构成的夹角。为达上述目的，具体实施时，可以使可变焦光学成像装置30包括的定焦组33和变焦组37的位置可以互换，例如，如图2和图5所示。
如图2所示，所述定焦组33设置于所述图像显示器31的输出端，所述孔径光阑35设置于所述定焦组33的输出端，所述变焦组37设置于所述孔径光阑35的输出端。对于图2所示的时序性三维投影显示系统1，在进行待显示图像显示时，将待显示图像分为两幅待显示子图像，记为第一待显示子图像和第二待显示子图像。
在第一时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图3所示的状态，使平面反射元件50的法线N1与beta1的角平分线C1的夹角gama11等于平面反射元件50的法线N1与变焦组37光轴N2的夹角gama12，即gama11＝gama12。变焦光学成像装置输出与所述第一待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第一待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第一成像区域11后，被所述第一成像区域11反射会聚，形成第一待显示子图像。在此过程中，控制变焦组37的焦距，此时将变焦组37的焦距记为f1(图中未画),使f1满足以下关系：tan(theta1)＝(L1-f1)*tan(theta1’)；L1+L1’＝e；则可以使theta1＝1/2*beta1。其中，theta1为此时像方边缘主光线与变焦组37光轴N2的夹角，L1此时为孔径光阑35到变焦组37物方主面H1的距离(物距)，theta1’为此时物方边缘主光线与变焦组37光轴N2的夹角，L1’为此时第二焦距F2到变焦组37像方主面H1’的距离(像距)，e为常数。
在第二时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图4所示的状态，使平面反射元件50的法线N1’与beta2的角平分线C2的夹角gama21等于平面反射元件50的法线N1’与变焦组37光轴N2的夹角gama22，即gama21＝gama22。变焦光学成像装置输出与所述第二待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第二待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第二成像区域13后，被所述第二成像区域13反射会聚，形成第二待显示子图像。在此过程中，控制变焦组37的焦距，此时将变焦组37的焦距记为f2(图中未画),使f2满足以下关系：tan(theta2)＝(L2-f2)*tan(theta2′)；L2+L2’＝e；则可以使theta2＝1/2*beta2。其中，theta2为此时像方边缘主光线与变焦组37光轴N2的夹角，L2为此时孔径光阑35到变焦组37物方主面H2的距离(物距)，theta2’为此时物方边缘主光线与变焦组37光轴N2的夹角，L2’为第二焦距F2到变焦组37像方主面H2’的距离(像距)。
控制旋转机构70与可变焦光学成像装置30的旋转时间和输出图像光线的时间，基于视觉暂留原理，可以使第一待显示子图像和第二待显示子图像在视觉上被拼接为待显示图像。
如图5所示，所述变焦组37设置于所述图像显示器31的输出端，所述孔径光阑35设置于所述变焦组37的输出端，所述定焦组33设置于所述孔径光阑35的输出端。对于图5所示的时序性三维投影显示系统1，在进行待显示图像显示时，也是将待显示图像分为第一待显示子图像和第二待显示子图像。
在第一时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图6所示的状态，使平面反射元件50的法线N1与beta1的角平分线C1的夹角gama11等于平面反射元件50的法线N1与定焦组33光轴N3的夹角gama12’，即gama11＝gama12’。变焦光学成像装置输出与所述第一待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第一待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第一成像区域11后，被所述第一成像区域11反射会聚，形成第一待显示子图像。在此过程中，控制变焦组37的焦距，此时将变焦组37的焦距记为f3(等于此时变焦组37的像方主面H3’到孔径光阑35的距离),使f3满足以下关系： 则可以使theta3＝1/2*beta1。其中，theta3为此时像方边缘主光线与定焦组33光轴N3的夹角，L3为孔径光阑35到定焦组33物方主面H4的距离(物距)，f为定焦组33的焦距(图中未画)，A为图像显示器31的有效显示区域的尺寸。
在第二时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图7所示的状态，使平面反射元件50的法线N1’与beta2的角平分线C2的夹角gama21等于平面反射元件50的法线N1’与定焦组33光轴N3的夹角gama22’，即gama21＝gama22’。变焦光学成像装置输出与所述第二待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第二待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第二成像区域13后，被所述第二成像区域13反射会聚，形成第二待显示子图像。在此过程中，控制变焦组37的焦距，此时将变焦组37的焦距记为f4(等于此时变焦组37的像方主面H5’到孔径光阑35的距离),使f4满足以下关系： 则可以使theta4＝1/2*beta2。其中，theta4为此时像方边缘主光线与定焦组33光轴N3的夹角。
控制旋转机构70与可变焦光学成像装置30的旋转时间和输出图像光线的时间，基于视觉暂留原理，可以使第一待显示子图像和第二待显示子图像在视觉上被拼接为待显示图像。
通过上述设置，本发明提供的时序性三维投影显示系统1通过对椭球成像曲面10、可变焦光学成像装置30、平面反射元件50和旋转机构70的巧妙集成与设计，可变焦光学成像装置30依次输出一待显示图像的至少两束图像光线，旋转机构70对平面反射元件50进行旋转，使所述可变焦光学成像装置30输出的每束扫描图像光线被平面反射元件50反射至椭球成像曲面10的不同成像区域后，被不同的成像区域反射会聚形成待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼形成的待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。每幅待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该时序性三维投影显示系统1提高了图像分辨率。且，相对于传统方式，由于缩小了可变焦光学成像装置30的fov，提高了可变焦光学成像装置30的放大倍率，使得更容易获得更高的成像质量。
请参阅图8，图8为本发明另一较佳实施例提供的一种时序性三维投影显示系统1的结构示意图。该时序性三维投影显示系统1包括椭球成像曲面10、定焦光学成像装置90、平面反射元件50和旋转机构70。所述平面反射元件50设置于所述定焦光学成像装置90的输出端，所述旋转机构70与所述平面反射元件50连接，所述椭球成像曲面10设置于所述平面反射元件50的输出端。
图8所示的时序性三维投影显示系统1，与图1、图2和图5所示的时序性三维投影显示系统1类似，不同的是：图8所示的时序性三维投影显示系统1采用焦距一定的定焦光学成像装置90，而图1、图2和图5所示的时序性三维投影显示系统1采用可变焦光学成像装置30。可选地，所述定焦光学成像装置90包括图像显示器31、定焦透镜组合和孔径光阑35。
可选地，在一实施方式中，所述椭球成像曲面10包括两个成像区域，记为第三成像区域15和第四成像区域17。如图9所示，将第三成像区域15对应观察点E的角度记为afa3，将第四成像区域17对应观察点E的角度记为afa4，设置afa3≠afa4，且beta3＝beta4。其中beta3为第三成像区域15在OXZ平面与平面反射元件50的光出射位置所构成的夹角，beta4为第四成像区域17在OXZ平面与平面反射元件50的光出射位置所构成的夹角。进而可以推出，所述椭球成像曲面10包括至少两个成像区域时，可以设置每个成像区域对应观察点E的角度相同。在进行待显示图像显示时，将待显示图像分为两幅待显示子图像，记为第三待显示子图像和第四待显示子图像。在第一时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图10所示的状态，定焦光学成像装置90输出与所述第三待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第三待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第三成像区域15后，被所述第三成像区域15反射会聚，形成第三待显示子图像。在第二时间段，旋转机构70将平面反射元件50旋转至图11所示的状态，定焦光学成像装置90输出与所述第四待显示子图像对应的一束图像光线，与所述第四待显示子图像对应的一束图像光线被平面反射元件50反射至所述椭球成像曲面10的第四成像区域17后，被所述第四成像区域17反射会聚，形成第四待显示子图像。在上述过程中，通过对定焦光学成像装置90的设置，使，theta＝1/2*beta3＝1/2*beta4，其中theta为像方边缘主光线与定焦光学成像装置90光轴N的夹角。
同理，本发明提供的时序性三维投影显示系统1通过对椭球成像曲面10、定焦光学成像装置90、平面反射元件50和旋转机构70的巧妙集成与设计，定焦光学成像装置90依次输出一待显示图像的至少两束图像光线，旋转机构70对平面反射元件50进行旋转，使所述定焦光学成像装置90输出的每束扫描图像光线被平面反射元件50反射至椭球成像曲面10的不同成像区域后，被不同的成像区域反射会聚形成待显示子图像，利用视觉残留效应，使在人眼形成的待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。每幅待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该时序性三维投影显示系统1提高了图像分辨率。且，相对于传统方式，由于缩小了定焦光学成像装置90的fov，提高了定焦光学成像装置90的放大倍率，使得更容易获得更高的成像质量。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种时序性三维投影显示系统，其特征在于，包括椭球成像曲面、可变焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构，所述椭球成像曲面包括至少两个成像区域；
所述可变焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应；
所述旋转机构与所述平面反射元件连接，用于对所述平面反射元件进行旋转，使所述平面反射元件将所述可变焦光学成像装置输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像；
在所述可变焦光学成像装置输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；
所述可变焦光学成像装置包括图像显示器、定焦组、孔径光阑和变焦组，所述定焦组设置于所述图像显示器的输出端，所述孔径光阑设置于所述定焦组的输出端，所述变焦组设置于所述孔径光阑的输出端；
所述椭球成像曲面包括第一成像区域和第二成像区域，设置，所述可变焦 光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，为所述第一成像区域对应观察点E的角度，为所述第二成像区域对应 观察点E的角度，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第 二待显示子图像，所述第一待显示子图像和第二待显示子图像分别与所述第一成像区域和 第二成像区域对应；
在进行所述第一待显示子图像显示时，使gama11=gama12，，L1+L1’=e；
其中，gama11为所述平面反射元件的法线N1与的角平分线C1的夹角，gama12为所 述平面反射元件的法线N1与变焦组光轴N2的夹角，为所述第一成像区域在OXZ平面 与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f1为此时所述变焦组的焦距，theta1为 此时像方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L1为此时所述孔径光阑到所述变焦组物 方主面H1的距离，theta1’为此时物方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L1’为此时 第二焦距F2到所述变焦组像方主面H1’的距离，e为常数；
在进行显示所述第二待显示子图像时，使gama21=gama22，，L2+L2’=e；
gama21为所述平面反射元件的法线N1’与的角平分线C2的夹角，gama22为所述平 面反射元件的法线N1’与所述变焦组光轴N2的夹角，为所述第二成像区域在OXZ平面 与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f2为此时所述变焦组的焦距，theta2为 此时像方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L2为此时所述孔径光阑到所述变焦组物 方主面H2的距离，theta2’为此时物方边缘主光线与所述变焦组光轴N2的夹角，L2’为第二 焦距F2到所述变焦组像方主面H2’的距离。
2.一种时序性三维投影显示系统，其特征在于，包括椭球成像曲面、可变焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构，所述椭球成像曲面包括至少两个成像区域；
所述可变焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应；
所述旋转机构与所述平面反射元件连接，用于对所述平面反射元件进行旋转，使所述平面反射元件将所述可变焦光学成像装置输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像；
在所述可变焦光学成像装置输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；
所述可变焦光学成像装置包括图像显示器、定焦组、孔径光阑和变焦组，所述变焦组设置于所述图像显示器的输出端，所述孔径光阑设置于所述变焦组的输出端，所述定焦组设置于所述孔径光阑的输出端；
所述椭球成像曲面包括第一成像区域和第二成像区域，设置，所述可变焦 光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，为所述第一成像区域对应观察点E的角度，为所述第二成像区域对应 观察点E的角度，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第 二待显示子图像，所述第一待显示子图像和第二待显示子图像分别与所述第一成像区域和 第二成像区域对应；
在进行第一待显示子图像显示时，使gama11=gama12’，；
其中，gama11为所述平面反射元件的法线N1与的角平分线C1的夹角，gama12’为 所述平面反射元件的法线N1与所述定焦组光轴N3的夹角，所述第一成像区域在OXZ 平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，f3为所述变焦组的焦距，theta3为 此时像方边缘主光线与所述定焦组光轴N3的夹角，L3为所述孔径光阑到所述定焦组物方主 面H4的距离，f为所述定焦组的焦距，A为所述图像显示器的有效显示区域的尺寸；
在进行显示第二待显示子图像时，使gama21=gama22’，；
其中，gama21为所述平面反射元件的法线N1’与的角平分线C2的夹角，gama22’为 所述平面反射元件的法线N1’与所述定焦组光轴N3的夹角，为所述第二成像区域在 OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角，theta4为此时像方边缘主光线 与所述定焦组光轴N3的夹角。
3.根据权利要求1-2任一项所述的时序性三维投影显示系统，其特征在于，所述椭球成像曲面的每个成像区域对应观察点E的角度相同。
4.一种时序性三维投影显示系统，其特征在于，包括椭球成像曲面、定焦光学成像装置、平面反射元件和旋转机构，所述椭球成像曲面包括至少两个成像区域；
所述定焦光学成像装置用于依次输出待显示图像的至少两束图像光线，其中，每幅待显示图像包括至少两幅待显示子图像，每幅待显示子图像与每束图像光线对应；
所述旋转机构与所述平面反射元件连接，用于对所述平面反射元件进行旋转，使所述平面反射元件将所述定焦光学成像装置输出的每束图像光线反射至所述椭球成像曲面的不同成像区域，被所述不同成像区域反射会聚形成不同待显示子图像；
在所述定焦光学成像装置输出完所述待显示图像的所有图像光线后，被所述椭球成像曲面的不同成像区域反射会聚形成的所有待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；
所述椭球成像曲面的每个成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的夹角相等；
所述椭球成像曲面包括第三成像区域和第四成像区域，设置，所述定焦 光学成像装置用于依次输出待显示图像的两束图像光线；
其中，为所述第三成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成 的夹角，为所述第四成像区域在OXZ平面与所述平面反射元件的光出射位置所构成的 夹角，所述待显示图像包括两幅待显示子图像，分别记为第三待显示子图像和第四待显示 子图像，所述第三待显示子图像和第四待显示子图像分别与所述第三成像区域和第四成像 区域对应；
在进行待显示图像过程中，使theta=1/2*beta3=1/2*beta4，其中theta为像方边缘主光线与所述定焦光学成像装置光轴N的夹角。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112034620A (zh) * 2019-06-04 2020-12-04 怡利电子工业股份有限公司 标靶反射式扩散片抬头显示设备
CN111240037B (zh) * 2020-03-31 2022-03-01 吉林省广播电视研究所(吉林省广播电视局科技信息中心) 反射变焦扫描裸眼三维显示方法
WO2024113360A1 (zh) * 2022-12-02 2024-06-06 北京小米移动软件有限公司 一种显示图像的方法、装置以及电子设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127061A (en) * 1990-12-03 1992-06-30 At&T Bell Laboratories Real-time three-dimensional imaging technique
US5754147A (en) * 1993-08-18 1998-05-19 Tsao; Che-Chih Method and apparatus for displaying three-dimensional volumetric images
US6302542B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-16 Che-Chih Tsao Moving screen projection technique for volumetric three-dimensional display
CN108333781A (zh) * 2018-04-20 2018-07-27 深圳创维新世界科技有限公司 近眼显示系统
CN208156307U (zh) * 2018-04-20 2018-11-27 深圳创维新世界科技有限公司 近眼显示系统
CN209265090U (zh) * 2018-12-12 2019-08-16 深圳创维新世界科技有限公司 时序性三维投影显示系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127061A (en) * 1990-12-03 1992-06-30 At&T Bell Laboratories Real-time three-dimensional imaging technique
US5754147A (en) * 1993-08-18 1998-05-19 Tsao; Che-Chih Method and apparatus for displaying three-dimensional volumetric images
US6302542B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-16 Che-Chih Tsao Moving screen projection technique for volumetric three-dimensional display
CN108333781A (zh) * 2018-04-20 2018-07-27 深圳创维新世界科技有限公司 近眼显示系统
CN208156307U (zh) * 2018-04-20 2018-11-27 深圳创维新世界科技有限公司 近眼显示系统
CN209265090U (zh) * 2018-12-12 2019-08-16 深圳创维新世界科技有限公司 时序性三维投影显示系统

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