CN110703560A

CN110703560A - 一种直接投影式一屏多眼独立显示技术

Info

Publication number: CN110703560A
Application number: CN201911152429.1A
Authority: CN
Inventors: 丁阳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-01-17

Abstract

本发明公开了一种用同一屏（透镜）对不同位置的眼睛显示出独立不同图像的装置，包括多台投影仪、会聚透镜（凸透镜或者菲涅尔透镜），以及反射镜（可选）。所述投影仪包括放置于所述透镜焦距外的多台投影仪。所述透镜的参数和投影仪参数可依据不同的观看位置和瞳距进行调整，使得各投影仪阵发出的光线在各自会聚后在观看者各只眼睛附近，以达成对投影仪阵列中的各台投影仪所投图像的独立观看。本发明的投影显示画面高清、高亮度、超低功率、并可切换二维/三维显示方式。

Description

一种直接投影式一屏多眼独立显示技术

技术领域

本发明涉及投影显示技术，特别涉及一种基于无漫反射直接对眼睛投影成像的技术和立体投影显示方法。

背景技术

显示技术主要可以分为两类：平板式技术和投影式显示技术。平板式常见的是用液晶屏各象素点直接发光，由眼睛直接观察各象素点得到图像。投影式显示技术用较小的高亮度图像，经过会聚镜头成放大的实像，投射到屏幕上进行漫反射，然后由人眼观察屏幕看到图像。由于屏幕为漫反射，现有的投影显示技术适合于多人观看同样的内容，但大量的光被浪费。另外还有一类直接投影到人眼的技术，如视网膜扫描显示（Retinal ScanDisplay）技术，但这类方法目前都需要在每只眼睛近前放置一块屏。

3D显示技术是可以实现立体场景真实再现的一种显示技术，其可以为人眼分别提供不同的视差图像，从而使人产生立体视觉。基于投影的多视角裸眼立体显示是通过在左右眼中分别投射不同的画面进而虚拟出画面中物体的深度信息，最终实现景象的立体显示。现有的投影式立体显示技术大多是通过投影仪阵列与透镜阵列或者柱透镜光栅配合实现立体显示。这些方法中均设有漫反射层，人眼使用漫反射的光形成像。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种投影显示装置，具有超低功率、私密性好、用同一屏对每一只眼独立显示图像的特点。

本发明技术方案如下：

一种无漫反射直接投影一屏多眼独立显示装置，包括投影仪阵列、会聚透镜（凸透镜或者菲涅尔透镜），以及反射镜（可选）。所述投影仪阵列包括放置于所述会聚透镜焦平面以外的多对与观看者双眼平行且间距较小的投影仪，其所述透镜的参数和投影仪参数可依据不同的观看指标进行调整，以形成对投影仪阵列中的各对投影仪所投图像的独立观看区域，其中所述观看指标包括观看距离和观看角度，所述会聚透镜的参数包括大小、焦距和主轴的位置、所述投影仪参数包括相对透镜的位置、焦距和投出的图像的大小。人眼透过透镜观看各投影所投图像。

此方案与显微镜的技术原理相似，但有几点不同：一、靠近眼睛一侧的透镜较大，使得多眼或者多人可以同时观看；二、此设计为观看由人提供的图像之用，两眼图像可完全独立并要做相应的变换；三、适合观看的区域离透镜在焦距以外,以达到独立的观看效果。此方案的缺点在于独立显示这一特点和优质的图像仅当人眼在特定位附近时才能达到。利用各眼看到的图像可独立控制这一特性，将三维的左右眼图像显示给左右眼即可实现三维显示。而使左右眼看到的图像一致且同步即可实现普通二维显示。同时可实现多人互不干扰地共享显示屏。

优选地，所述投影仪为短焦距并具有梯形修正的投影仪。

优选地，所用透镜和反射镜功能由镀反射膜的偏轴菲涅尔透镜实现。

本发明的优势：

本发明提供的投影显示技术，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：由于不需要漫反射，投影仪产生的光很大一部分光可以直接进入眼睛，因此投影仪的亮度可以大大降低（小于5流明），从而极大地降低了能耗。由于可视范围为一圆锥，其他角度理论上无法看到图像，因此这种显示技术的私密性好。由于各光路相互独立，同一屏幕（透镜）可供多人同时使用而不受干扰。

在采用优选的镀反射膜的偏轴菲涅尔透镜方案中，投影仪可与人在同一侧，节省空间，并可低于屏幕，方便操作。

在优选的采用短焦距具有梯形修正的投影仪的方案中，基于可调整参数的菲涅尔透镜，配合使用短焦距投影仪，可将投影仪布置得离屏幕更近，甚至可以置于屏幕跟前，方便布置或者集成化为一个封闭的装置。

为了实现二维/三维可切换播放，可以让所有投影仪投影相同的图像或者三维图像的左视和右视图。

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。

图1 为本发明具体实施例的投影显示装置的结构布置和光路原理俯视图。

图2 为本发明具体实施例的投影显示装置的结构布置和光路原理侧视图。

图3 为本发明具体实施例的投影显示装置独立观看特性的光路原理图。

图4 为本发明具体实施优选例的投影显示装置的结构布置俯视图。

图5 为本发明具体实施优选例的投影显示装置的结构布置侧视图。

图标：11-会聚透镜；12，13-投影仪；14-投影仪所成实像平面；15-透镜屏产生的人眼所见的虚像平面；21，22-眼睛；111-菲涅尔透镜；110-反射膜；121，131-有梯形修正功能的短焦投仪，200-适合双眼独立观看的区域。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。另外A,B仅用于标记像的类型和像平面的位置，像实际上是在成像平面内且空间上是有重合的。

具体实施方式

下面对照附图并结合普通和优选的实施方式对本发明作进一步说明。

概念定义：水平方向：平行于地面的方向；垂直方向：垂直于地面的方向。

实施例1：

本具体实施例部分提供一种如图1 和图2 所示的立体投影显示装置，包括透镜显示屏11和投影仪阵列12-13。投影仪阵列包括两台及以上的投影仪，例如，在本实施例中投影仪阵列包括两台投影仪。设透镜焦距为f，直径为D。将两台投影仪置于沿透镜主轴2f的位置，水平的距离与观看者的瞳距的相同。观看者与透镜间有2f的距离。

下面阐述本实施例的立体投影显示装置的布置原理和成像过程：

为了便于说明，先阐述一台投影仪的成像过程，以投影仪12为例：调整投影仪的焦距，使发出的光在经过透镜前在实像平面14形成一个实像A。此实像在距透镜f/2的位置，且高度和宽度匀为5/4D。光线继续经过透镜后，其延长线会汇聚在虚像平面15并产生一个虚像，其大小为实像的6/5倍，即3/2D，距透镜距离f。光线经过眼睛21内的晶状体后会汇聚产生一个实像A，从而看到此虚像。同样的原理投影仪13会对眼睛22产生另一个虚像B。

独立成像是利用两个投影的位置的不同，经过透镜后光线的会聚方向会不同实现的。如图3所示，其原理是：如果把一个投影仪近似为点光源，那么其发出的光线经过透镜后会汇聚在一个点上（实像点），因此在这一点附近眼睛只能接收到这个投影仪发出的光，从而使得此处的眼睛只能看到两个虚像中的一个。

优选实施例：

在优选的采用短焦距投影仪的方案中（如图4，5所示），基于菲涅尔透镜111和反射膜110，配合使用短焦距投影仪121和131，可将投影仪布置在观看者一侧，离屏幕更近，并低于屏的中心的位置上。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。

Claims

1.一种直接投影式一屏多眼独立显示技术，包括会聚透镜和投影仪阵列，其特征在于：所述投影仪阵列包括放置于所述会聚透镜焦平外以外的多台投影仪，其所述透镜的参数和投影仪参数可依据不同的观看指标进行调整，以形成对投影仪阵列中的各台投影仪所投图像的独立观看区域，其中所述观看指标包括观看距离和观看角度，所述会聚透镜的参数包括大小、焦距和主轴的位置，所述投影仪参数包括相对透镜的位置、焦距和投出的图像的大小。

2.如权利要求1 所述的显示方法，其特征在于：使用镜子或者在透镜上加反射膜使得观看者与投影仪在透镜的同一侧。

3.如权利要求1所述的显示方法，其特征在于：使用一对或者多对投影仪并在每一对投影仪中使用有立体差别的影像。