CN116027567B - 一种后投影立体显示装置 - Google Patents

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为解决基于一维逆反射结构的前投影立体显示装置因光线反射而导致串扰的问题，本发明提出了一种后投影立体显示装置。该后投影立体显示装置由透射成像元件阵列及投影机阵列构成。投影机阵列中各个投影机在水平方向上排列，其投射视差图像于透射成像元件阵列之上，形成图像平面。透射成像元件由第一及第二柱透镜光栅、散射层构成，其法线不与图像平面的法线平行。特殊的光栅参数约束条件使投影机投射的图像可以经不同的透射成像元件在同一位置成像，且其可以形成相同的视区节距。因通过透射方式成像，投影机阵列光线不会直接照射观看者一侧的柱透镜光栅，从而可以有效避免该界面位置处的光反射，并最终降低串扰。

Description

一种后投影立体显示装置
技术领域
本发明属于光场立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种后投影立体显示装置。
背景技术
一种投影光场立体显示装置（专利号：2021115193543）利用一维逆反射片阵列构成非共轴光学系统，使立体图像的法线与分光元件的法线不再平行，从而实现了前后不同的观看者都能看到一致立体图像的技术效果。然而，一维逆反射元件在散射光学元件、透镜阵列、柱透镜光栅等透射组件的界面位置处容易因光线反射而导致串扰。为解决这一问题，本发明提出了一种后投影立体显示装置。本发明的一种后投影立体显示装置由透射成像元件阵列及投影机阵列构成。投影机阵列置于透射成像元件阵列后方，其投射的视差图像透过透射成像元件成像，使得位于透射成像元件阵列前方的观看者看到立体图像。各透射成像元件法线不与图像平面的法线平行，其在保留图像平面的法线与分光元件的法线不再平行从而实现了前后不同的观看者都能看到一致立体图像的技术效果的同时，通过透射方式成像可有效避免因界面反射作用产生的串扰。
发明内容
为解决基于一维逆反射结构的前投影立体显示装置在散射光学元件、透镜阵列、柱透镜光栅等透射组件的界面位置处容易因光线反射而导致串扰的问题，本发明提出了一种后投影立体显示装置。
该后投影立体显示装置由透射成像元件阵列及投影机阵列构成。
投影机阵列中各个投影机在水平方向上排列，其投射视差图像于透射成像元件阵列之上，形成图像平面。
透射成像元件阵列由若干透射成像元件构成。
透射成像元件由第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅构成。第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅前后依次放置。所有透射成像元件的第一柱透镜光栅及第二柱透镜光栅的法线方向一致，且不与图像平面的法线平行。过观看位置作垂直于投影机排列方向且平行于透射成像元件的基线B1，过任意投影机作垂直于投影机排列方向且平行于透射成像元件的基线B2。透射成像元件中第一柱透镜光栅靠近基线B1一侧，第二柱透镜光栅靠近基线B2一侧。
投影机阵列置于透射成像元件阵列后方，其投射的视差图像透过透射成像元件成像，使得位于透射成像元件阵列前方观看位置的观看者看到立体图像。
具体的，各投影机分别投射一幅视差图像。任意投影机投射的视差图像经第二柱透镜光栅于散射层上形成条纹，条纹经散射层散射后其光线继续向前转播，并经第一柱透镜光栅投射并汇聚至视点位置。不同投影机因在水平方向上空间位置不同，其经第二柱透镜光栅于散射层上形成的条纹水平位置不同，从而经第一柱透镜光栅投射并汇聚形成的视点位置不同，观看者左右眼分处于不同视点位置时可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
设任意透射成像元件沿其法线方向到基线B1的距离为Di，且沿其法线方向到基线B2的距离为Li。第一柱透镜光栅到散射层的距离为l1，第一柱透镜光栅节距为p1，第二柱透镜光栅到散射层的距离为l2，第二柱透镜光栅节距为p2，任意两台投影机间距为p3，且这两台投影机形成的视点间距为p4。
上述参数满足成像通式：Li×p2×(Di-l1)=Di×p1×(Li-l2)及p3×l2×(Di-l1)=p4×l1×(Li-l2)。
上述参数满足第一约束条件：Di+Li=C1，C1为基线B1到基线B2的距离常数。
第一约束条件意义为：投影机阵列投射的视差图像可以经不同的透射成像元件在同一基线B1位置处成像。
上述参数满足第二约束条件：p1×Di/l1=C2，C2为相邻视区节距常数。
第二约束条件意义为：不同的透射成像元件以不同参数的第一柱透镜光栅形成相同的视区节距，从而形成周期性光场。
对不同的透射成像元件，其Di和Li具有不同的值，其l1、p1、l2、p2等参数的值不同。
可选地，第一柱透镜光栅由相同参数狭缝光栅替代。
可选地，第二柱透镜光栅由相同参数狭缝光栅替代。
可选地，第一柱透镜光栅由相同参数透镜阵列替代。
可选地，第二柱透镜光栅由相同参数透镜阵列替代。
综上所述，本发明中各透射成像元件法线不与立体图像的法线平行，其在保留立体图像的法线与分光元件的法线不再平行从而实现了前后不同的观看者都能看到一致立体图像的技术效果的同时，因通过透射方式成像，投影机阵列光线不会直接照射第一柱透镜光栅，从而可以有效避免该界面位置处的光反射，并最终降低串扰。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构参数图。
图标：100-投影机阵列；200-透射成像元件阵列；210-透射成像元件；211-第一柱透镜光栅；212-散射层；213-第二柱透镜光栅；101-第一投影机；102-第二投影机；301-第一视点；302-第二视点。
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为本实施例提供的一种后投影立体显示装置。
该后投影立体显示装置由透射成像元件阵列200及投影机阵列100构成。
请参考图1，投影机阵列100中各个投影机在水平方向上排列，其投射视差图像于透射成像元件阵列200之上，形成图像平面。图1中，x为水平方向，y为垂直方向，z为图像平面法向方向，k为透射成像元件法线方向。
透射成像元件阵列200由若干透射成像元件210构成。
请参考图2，透射成像元件210由第一柱透镜光栅211、散射层212、第二柱透镜光栅213构成。第一柱透镜光栅211、散射层212、第二柱透镜光栅213前后依次放置。
请参考图1，所有透射成像元件210的第一柱透镜光栅211及第二柱透镜光栅213的法线方向k一致，且不与图像平面的法线方向z平行。过观看位置作垂直于投影机排列方向x且平行于透射成像元件的基线B1，过任意投影机作垂直于投影机排列方向x且平行于透射成像元件的基线B2。透射成像元件210中第一柱透镜光栅211靠近基线B1一侧，第二柱透镜光栅213靠近基线B2一侧。
投影机阵列100置于透射成像元件阵列200后方，其投射的视差图像透过透射成像元件210成像，使得位于透射成像元件阵列200前方观看位置的观看者看到立体图像。
具体的，各投影机分别投射一幅视差图像。任意投影机投射的视差图像经第二柱透镜光栅213于散射层212上形成条纹，条纹经散射层212散射后其光线继续向前转播，并经第一柱透镜光栅211投射并汇聚至视点位置。不同投影机因在水平方向上空间位置不同，其经第二柱透镜光栅213于散射层212上形成的条纹水平位置不同，从而经第一柱透镜光栅211投射并汇聚形成的视点位置不同。如图2所示，第一投影机101投射的视差图像光线经透射成像元件210后形成第一视点301，第二投影机102投射的视差图像光线经透射成像元件210后形成第二视点302。观看者左右眼分处于不同视点位置时可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。
设某透射成像元件210沿其法线方向k到基线B1的距离Di=160 cm，且沿其法线方向到基线B2的距离Li=80 cm。第一柱透镜光栅211到散射层212的距离l1=0.5 cm，第一柱透镜光栅211节距p1= 0.3009434 cm，第二柱透镜光栅213到散射层212的距离为l2=0.5 cm，第二柱透镜光栅213节距为p2=0.3 cm，两台投影机间距为p3= 10 cm，这两台投影机形成的视点间距为p4= 20 cm。
上述参数满足成像通式：Li×p2×(Di-l1)=Di×p1×(Li-l2)及p3×l2×(Di-l1)=p4×l1×(Li-l2)。
上述参数满足第一约束条件：Di+Li=C1，C1=240 cm为基线B1到基线B2的距离常数。
第一约束条件意义为：投影机阵列100投射的视差图像可以经不同的透射成像元件210在同一基线B1位置处成像。
上述参数满足第二约束条件：p1×Di/l1=C2，C2=96.3 cm为相邻视区节距常数。
第二约束条件意义为：不同的透射成像元件210以不同参数的第一柱透镜光栅211形成相同的视区节距，从而形成周期性光场。
在第一及第二约束条件下，另一沿其法线方向k到基线B1的距离Di=120 cm透射成像元件210，沿其法线方向到基线B2的距离Li=120 cm。第一柱透镜光栅211到散射层212的距离l1=0.5 cm，第一柱透镜光栅211节距p1= 0.40125 cm，第二柱透镜光栅213到散射层212的距离为l2=0.99585 cm，第二柱透镜光栅213节距为p2=0.39957 cm，两台投影机间距为p3=10 cm，这两台投影机形成的视点间距为p4= 20 cm。
由此可见，因第一及第二约束条件，对不同位置的透射成像元件210，因其Di和Li具有不同的值，其l1、p1、l2、p2等参数的值也不同。
综上所述，本发明中各透射成像元件210法线不与立体图像的法线平行，其在保留立体图像的法线与分光元件的法线不再平行从而实现了前后不同的观看者都能看到一致立体图像的技术效果的同时，因通过透射方式成像，投影机阵列100光线不会直接照射第一柱透镜光栅211，从而可以有效避免该界面位置处的光反射，并最终降低串扰。

Claims (5)

1.一种后投影立体显示装置，其特征在于：
该后投影立体显示装置由透射成像元件阵列及投影机阵列构成；
投影机阵列中各个投影机在水平方向上排列，其投射视差图像于透射成像元件阵列之上，形成图像平面；
透射成像元件阵列由若干透射成像元件构成；
透射成像元件由第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅构成；第一柱透镜光栅、散射层、第二柱透镜光栅前后依次放置；所有透射成像元件的第一柱透镜光栅及第二柱透镜光栅的法线方向一致，且不与图像平面的法线平行；过观看位置作垂直于投影机排列方向且平行于透射成像元件的基线B1，过任意投影机作垂直于投影机排列方向且平行于透射成像元件的基线B2；透射成像元件中第一柱透镜光栅靠近基线B1一侧，第二柱透镜光栅靠近基线B2一侧；
投影机阵列置于透射成像元件阵列后方，其投射的视差图像透过透射成像元件成像，使得位于透射成像元件阵列前方观看位置的观看者看到立体图像；
各投影机分别投射一幅视差图像；任意投影机投射的视差图像经第二柱透镜光栅于散射层上形成条纹，条纹经散射层散射后其光线继续向前转播，并经第一柱透镜光栅投射并汇聚至视点位置；不同投影机因在水平方向上空间位置不同，其经第二柱透镜光栅于散射层上形成的条纹水平位置不同，从而经第一柱透镜光栅投射并汇聚形成的视点位置不同；
设任意透射成像元件沿其法线方向到基线B1的距离为Di，且沿其法线方向到基线B2的距离为Li，第一柱透镜光栅到散射层的距离为l1，第一柱透镜光栅节距为p1，第二柱透镜光栅到散射层的距离为l2，第二柱透镜光栅节距为p2，任意两台投影机间距为p3，且这两台投影机形成的视点间距为p4；
所述后投影立体显示装置满足成像通式：Li×p2×(Di-l1)=Di×p1×(Li-l2)及p3×l2×(Di-l1)=p4×l1×(Li-l2)；
所述后投影立体显示装置满足第一约束条件：Di+Li=C1，C1为基线B1到基线B2的距离常数；
所述后投影立体显示装置满足第二约束条件：p1×Di/l1=C2，C2为相邻视区节距常数；
对不同的透射成像元件，其Di和Li具有不同的值，其l1、p1、l2、p2等参数的值不同。
2.如权利要求1所述的一种后投影立体显示装置，其特征在于：
第一柱透镜光栅由相同参数狭缝光栅替代。
3.如权利要求1所述的一种后投影立体显示装置，其特征在于：
第二柱透镜光栅由相同参数狭缝光栅替代。
4.如权利要求1所述的一种后投影立体显示装置，其特征在于：
第一柱透镜光栅由相同参数透镜阵列替代。
5.如权利要求1所述的一种后投影立体显示装置，其特征在于：
第二柱透镜光栅由相同参数透镜阵列替代。
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