CN112731681B - 一种桌面立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

为解决传统立体显示器水平放置时，不能适应不同身高人群观看需求的问题，本发明提出了一种桌面立体显示装置。该桌面立体显示装置由投影机阵列及桌面幕布构成，投影机阵列中各个投影机投射视差图像于桌面幕布之上。投影机阵列中的投影机在空间中以阵列形式分布。桌面幕布包含反射斜面阵列及折射棱镜阵列。反射斜面阵列中的各个反射斜面与桌面幕布平面呈α度夹角，其上覆盖柱透镜光栅并构成一维逆反射结构，从而可用于实现立体显示，且使得最佳观看距离平面与反射斜面平行，从而能够适应不同身高人群的观看需求。折射棱镜阵列可定向折射光线，其可用于提高光学效率。

Description

一种桌面立体显示装置
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种桌面立体显示装置。
背景技术
立体显示装置通常具有最佳观看距离，最佳观看距离平面与图像平面平行，人眼在最佳观看距离平面上可以在各个视点位置看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。通常，显示器垂直放置，因此最佳观看距离平面为一垂面。因此，无论观看者身高如何，均可以处于最佳观看平面内，从而看到立体图像。然而，当立体显示装置应用于桌面立体显示时，即立体显示装置的图像平面为桌面时，其为一水平平面。若采用传统的立体显示装置结构，其最佳观看距离平面同样为水平平面，从而无法适应不同身高观看者人群的需求。因此本发明提出了一种桌面立体显示装置，该装置的最佳观看距离平面不与图像平面平行，从而能够适应不同身高人群的观看需求。
发明内容
为解决传统立体显示器水平放置时，其最佳观看距离平面为水平平面，不能适应不同身高人群观看需求的问题，本发明提出了一种桌面立体显示装置。
该桌面立体显示装置由投影机阵列及桌面幕布构成，投影机阵列中各个投影机投射视差图像于桌面幕布之上。
投影机阵列中的投影机在空间中以阵列形式分布。
桌面幕布包含反射斜面阵列。反射斜面阵列中的各个反射斜面与桌面幕布平面呈α度夹角。优选地，α在0到45度之间取值。反射斜面阵列的各个反射斜面具备一维逆反射功能。
反射斜面的一维逆反射功能由在具有漫反射特性的反射斜面上覆盖柱透镜光栅实现，柱透镜排列方向与投影机阵列排列方向一致。因此，反射斜面可在柱透镜光栅排列方向上逆反射光线，即按原入射方向发生反射。柱透镜光栅上各个柱透镜到反射斜面的距离等于柱透镜光栅焦距。
进一步的，当投影机阵列中的各个投影机投射图像至桌面幕布，任意投影机投射的光线发生一维逆反射。因此，人眼和某一投影机到反射平面的距离相同，且在柱透镜光栅排列方向上位置相同时，能看到该投影机投射的图像。观看者左右眼在柱透镜光栅排列方向上分别处于不同投影机所在的位置时，可以分别看到各自对应投影机投射的视差图像，从而产生立体视觉。
反之，因看到某一投影机投射的图像时，人眼和某一投影机到反射平面的距离应相同，因此，最佳观看距离平面平行于反射斜面。且因反射斜面与桌面幕布呈α度夹角，因此，最佳观看距离平面相对于桌面幕布也具有α度夹角，从而能够适应不同身高人群观看需求。
桌面幕布包含折射棱镜阵列。折射棱镜阵列放置于各反射斜面及覆盖于其上的柱透镜光栅之上。
进一步的，因投射至桌面幕布的光线在与柱透镜光栅排列相垂直的方向上散射，且桌面幕布设有折射棱镜阵列，折射棱镜阵列可在与柱透镜光栅排列相垂直的方向上向人眼一侧折射光线，从而使得较多光线向人眼一侧传播，较少光线向投影机一侧传播，从而提高光学效率。
进一步的，基于本发明的技术原理，可垂直放置桌面幕布，使其成为影院的投影幕布，使本发明应用于裸眼立体电影显示等场景。具体的，设影院座位的坡度为β度，则α=90-β度。优选的，α可在30至90度范围内取值。
综上所述，本发明可以使得最佳观看距离平面不与桌面幕布平面（图像平面）平行，从而能够适应不同身高人群的观看需求，且能有效提高光学效率。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明中桌面幕布的结构示意图。
图3为本发明中最佳观看平面的示意图。
图4为本发明在柱透镜光栅排列方向上的光路原理图。
图标：100-投影机阵列；200-桌面幕布；201-反射斜面；202-柱透镜光栅；203-折射棱镜；101-第一投影机；102-第二投影机；103-第三投影机；104-第四投影机。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的桌面立体显示装置的结构示意图。图中x-y平面为桌面幕布平面，x坐标表示柱透镜光栅排列方向，y坐标表示与柱透镜光栅排列相垂直的方向，z坐标表示与x-y平面垂直的方向。该桌面立体显示装置由投影机阵列100及桌面幕布200构成。投影机阵列包含第一投影机101、第二投影机102、第三投影机103及第四投影机104，上述各投影机在x方向上形成一维分布，且投射视差图像于桌面幕布200之上。
请参考图2，桌面幕布200包含反射斜面阵列，其由多个反射斜面201在y方向上排布构成，t为各反射斜面201的法线方向，反射斜面阵列中的各个反射斜面201与桌面幕布200平面呈α度夹角，α为30度，其可漫反射光线。
请参考图4，反射斜面阵列的各个反射斜面201上覆盖柱透镜光栅202并构成一维逆反射结构，柱透镜光栅202在x方向上排列，因此一维逆反射结构可在x方向上逆反射光线，即按原入射方向发生反射。柱透镜光栅202上各个柱透镜到反射斜面201的距离等于柱透镜光栅202焦距。
请参考图4，当投影机阵列100中的各个投影机投射图像至桌面幕布200，任意投影机投射的光线发生一维逆反射。图4以第一投影机101和第二投影机102为例进行光路解释。第一投影机101处于空间中坐标（x1,t1,y1,z1）位置，第二投影机102位于坐标(x2,t2,y2,z2)位置。由第一投影机101投射的任意一条光线经柱透镜光栅202后到达反射斜面201，反射斜面201对光线进行散射。因柱透镜光栅202上各个柱透镜到反射斜面的距离等于柱透镜光栅202的焦距，x方向上，散射光线将由柱透镜光栅202折射后发生逆反射，即按原入射方向进行反射，且光线在与柱透镜光栅202排列相垂直的y方向上散射。由于柱透镜光栅节距较小，逆反射光线的平移可以忽略，因此，第一投影101的逆反射光线最终到达（x1,t1,ym,zm）位置，且ym、zm为满足zm×cosα+ym×sinα=t1的任意值，因此（x1,t1,ym,zm）描述的位置应为y-z平面内的一条直线。同理，第二投影机102发射的光线会经由光栅幕布200反射至（x2,t2,yn,zn）位置，且yn、zn为满足zn×cosα+yn×sinα=t2的任意值，因此（x2,t2,yn,zn）描述的位置应为y-z平面内的一条直线。因第一投影机101、第二投影机102、第三投影机103及第四投影机104在x方向上形成一维分布，则有t1=t2。
当人右眼位于（x1,t1,ym,zm）位置时，可以看到第一投影机101投射的图像；左眼位于（x2,t1,yn,zn）位置时，可以看到第二投影机102投射的图像，从而产生立体视觉。第一投影机101观看位置（x1,t1,ym,zm）及第二投影机102观看位置（x2,t1,yn,zn）描述的直线到反射平面201距离恒等于t1。即看到某一投影机投射的图像时，人眼和该投影机到反射平面201的距离应相同，同理可引申至第三投影机103及第四投影机104。
因此，请参考图3，过投影机阵列100中第一投影机101观看位置、第二投影机102观看位置、第三投影机103观看位置、第四投影机104观看位置的平面为最佳观看距离平面，其由虚线表示。最佳观看距离平面平行于反射斜面201。且因反射斜面201与桌面幕布呈30度夹角，因此，最佳观看距离平面相对于桌面幕布200也具有30度夹角，从而能够适应不同身高人群观看需求。
桌面幕布200包含折射棱镜阵列。折射棱镜阵列放置于各反射斜面201及覆盖于其上的柱透镜光栅202之上，其由多个在y方向排列的折射棱镜203构成。
请参考图2，因投射至桌面幕布200的光线在y方向上散射，且桌面幕布200设有折射棱镜阵列，折射棱镜阵列可在与y方向上向人眼一侧折射光线，即向y正轴方向折射光线，从而使得较多光线向人眼一侧传播，较少光线向处于y负轴方向的投影机一侧传播，从而提高光学效率。
因此，本发明可以使得最佳观看距离平面不与桌面幕布200平面（图像平面）平行，从而能够适应不同身高人群的观看需求，且能有效提高光学效率。

Claims (4)

1.一种桌面立体显示装置，其特征在于：该桌面立体显示装置由投影机阵列及桌面幕布构成，投影机阵列中各个投影机投射视差图像于桌面幕布之上；投影机阵列中的投影机在空间中以阵列形式分布；桌面幕布包含反射斜面阵列；反射斜面阵列中的各个反射斜面与桌面幕布平面呈α度夹角；反射斜面阵列的各个反射斜面具备一维逆反射功能；反射斜面的一维逆反射功能由在有漫反射特性的反射斜面上覆盖柱透镜光栅实现，柱透镜光栅排列方向与投影机排列方向一致，反射斜面在柱透镜光栅排列方向上逆反射光线；柱透镜光栅上各个柱透镜到反射斜面的距离等于柱透镜光栅焦距。
2.如权利要求1所述的一种桌面立体显示装置，其特征在于：反射斜面阵列中的各个反射斜面与桌面幕布平面夹角α在0到45度之间取值。
3.如权利要求2所述的一种桌面立体显示装置，其特征在于：桌面幕布包含折射棱镜阵列；折射棱镜阵列放置于各反射斜面及覆盖于其上的柱透镜光栅之上。
4.如权利要求1所述的一种桌面立体显示装置，其特征在于：垂直放置桌面幕布，使其成为投影幕布，从而应用于影院等场所，设观看场地的坡度为β度，则α=90-β度。
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