CN114967171A - 一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统 - Google Patents

一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其包括由多个投影装置组成的投影阵列、由多个单元柱透镜组成的透镜阵列及一平面定向散射屏，所述透镜阵列设于所述投影阵列的前方，所述平面定向散射屏设于所述透镜阵列的前方，每个投影装置发出的影像光线同时投射于多个单元柱透镜上，以令每个单元柱透镜的背侧同时接收来自多个投影装置的交叠影像光线，所述单元柱透镜用于将所述交叠影像光线折射至所述平面定向散射屏，并利用所述平面定向散射屏将所述交叠影像光线扩散形成三维图像。相比现有技术而言，本发明不仅能实现图像的无拼接缝隙，而且整个显示系统的成本低廉，观看体验也更加平滑舒适，较好地满足了应用需求。

Description

一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统
技术领域
本发明涉及三维显示系统，尤其涉及一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统。
背景技术
随着显示技术的快速发展，人们对大尺寸显示设备的需求日益增加，同时对大显示尺寸三维显示的需求也日益增加。目前，技术相对成熟并且广泛应用的自由立体三维显示系统中，所使用的显示设备多为LCD显示器，由于LCD显示器的四周存在边框，在拼接过程中会不可避免的产生缝隙，严重影响人们的观看体验。而使用LED显示器进行拼接时虽然没有缝隙，但LED显示器通常造价昂贵。
现有的拼接屏方案参见公开号为CN102591124A的中国专利公开文献，其中实现的拼接只是图像之间融合的，观察者只能看到其正面投影阵列所拼接而成的图像。此外，公开号为CN113138471A的中国专利公开文献中的拼接方式，是将投影装置发出的图片全部承接而然后再进行拼接。由此可见，现有技术中缺少一种能实现大尺寸三维显示、没有缝隙而且成本低廉的解决方案。
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，提供一种无拼接缝隙、节省成本、观看体验平滑舒适的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其包括由多个投影装置组成的投影阵列、由多个单元柱透镜组成的透镜阵列及一平面定向散射屏，所述透镜阵列设于所述投影阵列的前方，所述平面定向散射屏设于所述透镜阵列的前方，每个投影装置发出的影像光线同时投射于多个单元柱透镜上，以令每个单元柱透镜的背侧同时接收来自多个投影装置的交叠影像光线，所述单元柱透镜用于将所述交叠影像光线折射至所述平面定向散射屏，并利用所述平面定向散射屏将所述交叠影像光线扩散形成三维图像。
优选地，所述单元柱透镜的数量大于所述投影装置的数量。
优选地，相邻两个投影装置发出的影像光线交叠区域为单个投影装置发出的影像光线投射区域的二分之一。
优选地，所述平面定向散射屏是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
优选地，所述透镜阵列的背侧设有控光元件，所述控光元件用于对所述交叠影像光线进行准直或者汇聚后，以垂直于所述单元柱透镜背面的方向传导至所述单元柱透镜。
本发明公开的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统中，投影阵列为系统提供3D内容源，承载有观看内容，投影阵列中的每个单元是具有散射性质的显示源或具有良好方向性的显示源，显示源发出的光线首先入射到透镜阵列上，由于光源是具有良好方向性的显示源，所以可确定每个像素在透镜阵列背面的位置。所述透镜阵列用于接收由投影阵列发出的影像光线并将其折射，并在空间中的不同位置形成视点，由投影阵列发出的影像可以在多个单元柱透镜背面实施无缝交叠，从而扩大系统的显示范围。相比现有技术而言，本发明不仅能实现图像的无拼接缝隙，而且整个显示系统的成本低廉，观看体验也更加平滑舒适，较好地满足了应用需求。
附图说明
图1为本发明基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统组成框图；
图2为单个投影装置发出的影像光线投射于多个柱透镜时的示意图；
图3为两个相邻投影装置发出的影像光线交叠于多个柱透镜时的示意图；
图4为未设置控光元件时柱透镜出射的光线示意图；
图5为控光元件选用准直元件时柱透镜出射的光线示意图；
图6为控光元件选用汇聚元件时柱透镜出射的光线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，请参见图1，其包括由多个投影装置10组成的投影阵列1、由多个单元柱透镜20组成的透镜阵列2及一平面定向散射屏3，所述透镜阵列2设于所述投影阵列1的前方，所述平面定向散射屏3设于所述透镜阵列2的前方，每个投影装置10发出的影像光线同时投射于多个单元柱透镜20上，以令每个单元柱透镜20的背侧同时接收来自多个投影装置10的交叠影像光线，所述单元柱透镜20用于将所述交叠影像光线折射至所述平面定向散射屏3，并利用所述平面定向散射屏3将所述交叠影像光线扩散形成三维图像。
上述系统中，投影阵列1为系统提供3D内容源，承载有观看内容，投影阵列1中的每个单元是具有散射性质的显示源或具有良好方向性的显示源，如投影仪等，显示源发出的光线首先入射到透镜阵列2上，由于光源是具有良好方向性的显示源，所以可确定每个像素在透镜阵列2背面的位置。所述透镜阵列2用于接收由投影阵列1发出的影像光线并将其折射，并在空间中的不同位置形成视点，由投影阵列1发出的影像可以在多个单元柱透镜20背面实施无缝交叠，从而扩大系统的显示范围。具体地，投影阵列1发出的影像在多个单元柱透镜20背面的交叠方式可通过设计阵列中单元间的距离来进行控制。例如，请参见图1，可采取半屏交叠的方式，即交叠区域的面积为单个投影装置投影面积的二分之一，其优势在于大部分单元柱透镜20都接收并发出来自两个投影装置的光线，从而实现平滑舒适的观看体验。
请参见图1，在实际应用中，所述单元柱透镜20的数量大于所述投影装置10的数量。进一步地，相邻两个投影装置10发出的影像光线交叠区域为单个投影装置10发出的影像光线投射区域的二分之一。所述单元柱透镜20为柱透镜光栅。
本实施例中，由投影阵列1发出的影像在透镜阵列2背面交叠时，可以增加每个单元柱透镜20的观看范围。请参见图2，在单光源系统中，由于光源为定向光光源，入射到柱透镜的光线方向不同，在观看位置可能无法看到某些单元柱透镜20发出的光线，在观看者角度上反映为图像部分为黑色，严重影响观看体验。为解决该技术问题，本实施例中的影像光线在单元柱透镜20背面交叠以后，如图3所示，交叠处的单元柱透镜20将相邻显示源发出的光线折射，从而使得观察者即便处于中央位置也可以观看到来自边缘位置单元柱透镜20发出的光线，由此大幅改善了观看体验。
作为一种优选方式，所述平面定向散射屏3是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
为了进一步提升显示效果，在本实施例中，所述透镜阵列2的背侧设有控光元件4，所述控光元件4用于对所述交叠影像光线进行准直或者汇聚后，以垂直于所述单元柱透镜20背面的方向传导至所述单元柱透镜20。
如图4所示，本实施例优选在投影阵列1与透镜阵列2之间加入控光元件4，控光元件4的作用在于将投影装置10发出的光线沿垂直于所述透镜阵列2的方向准直或汇聚。请参见图4，观看者在中央位置无法观看到来自边缘柱透镜发出的光线。但是当加入控光元件后，请参见图5，投影装置10发出的光线经控光元件4准直后，使得观看者在中心位置也可以观看到来自边缘位置柱透镜发出的光线。请参见图6，若控光元件4使投影装置10发出的光线汇聚，则观看者即便在中央位置也可以看到更多来自边缘位置柱透镜发出的光线。
实际应用中，入射到每一视点位置的光线可以由系统的位置关系以及光学算法来推导出其在柱透镜阵列上对应的像素位置及其光源位置，依此对视差图像进行编码。每一视差图像的信息由多个投影装置提供。在本实施例中，平面定向散射屏为具有纵向散射特性的光学全息平面，其置于透镜阵列2前方用于将所述具有立体效果的光场中的光线扩散以形成三维图像，观看者位于不同位置通过平面定向散射屏可以观察到不同角度的视差图像从而形成立体视觉效果。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其特征在于，包括由多个投影装置(10)组成的投影阵列(1)、由多个单元柱透镜(20)组成的透镜阵列(2)及一平面定向散射屏(3)，所述透镜阵列(2)设于所述投影阵列(1)的前方，所述平面定向散射屏(3)设于所述透镜阵列(2)的前方，每个投影装置(10)发出的影像光线同时投射于多个单元柱透镜(20)上，以令每个单元柱透镜(20)的背侧同时接收来自多个投影装置(10)的交叠影像光线，所述单元柱透镜(20)用于将所述交叠影像光线折射至所述平面定向散射屏(3)，并利用所述平面定向散射屏(3)将所述交叠影像光线扩散形成三维图像。
2.如权利要求1所述的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其特征在于，所述单元柱透镜(20)的数量大于所述投影装置(10)的数量。
3.如权利要求2所述的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其特征在于，相邻两个投影装置(10)发出的影像光线交叠区域为单个投影装置(10)发出的影像光线投射区域的二分之一。
4.如权利要求1所述的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其特征在于，所述平面定向散射屏(3)是具有纵向散射特性的光学全息平面屏。
5.如权利要求1所述的基于柱透镜与投影装置的大尺寸三维显示系统，其特征在于，所述透镜阵列(2)的背侧设有控光元件(4)，所述控光元件(4)用于对所述交叠影像光线进行准直或者汇聚后，以垂直于所述单元柱透镜(20)背面的方向传导至所述单元柱透镜(20)。
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