CN116974091B - 一种立体显示管 - Google Patents
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Abstract
在立体显示技术领域内，为解决传统立体显示装置本身不具有立体感的问题，立体场景真实度有限的问题，本发明提供了一种立体显示管。立体显示管由管体及多个显示器构成，其相互耦合使其本身成为所显示立体场景的一部分，因管体及显示器本身作为立体场景的一部分，故而使得观看者无法意识到所观看的立体场景由显示器提供，并能利用管体固有的深度加深立体感，此外其还可以通过提供透视立体显示并从正反两个方向展示立体图像，因此其相对于传统平面立体显示器具有更加真实的立体体验。
Description
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种立体显示管。
背景技术
通常，立体显示装置以平板显示器件为基础配以分光元件构成立体显示装置。观看者观看时可以看到立体显示器提供的立体场景以及立体显示器本身。然而，因立体显示器本身为一平面，其不具有立体感，因此当观看者看到立体显示装置本身时，其可以意识到所观看的立体图像并非真实存在且其是由平板立体显示装置提供，从而降低立体视觉体验。为解决传统立体显示装置本身不具有立体感的问题，立体场景真实度有限的问题，本发明提供了一种立体显示管。立体显示管由管体及多个显示器构成，其相互耦合使其本身成为所显示立体场景的一部分，因管体及显示器本身作为立体场景的一部分，故而使得观看者无法意识到所观看的立体场景由显示器提供，并能利用管体固有的深度加深立体感，此外其还可以通过提供透视立体显示并从正反两个方向展示立体图像，因此其相对于传统平面立体显示器具有更加真实的立体体验。
发明内容
为解决传统立体显示装置本身不具有立体感，立体场景真实度有限的问题，本发明提供了一种立体显示管。
该立体显示管，由管体、两台主立体显示器、两块主光学分隔板及两张偏振片构成。
优选地，主立体显示器采用集成成像立体显示器，其用于提供立体图像，且其出射光线为线偏振光。
主光学分隔板由两张1/4波片及一张半透半反片构成。半透半反片可按一定比例反射光线和透射光线，反射光线和透射光线的比例不作限定，反射光线按镜面进行反射。两张1/4波片在半透半反片两面紧贴放置。
两块主光学分隔板置于管体内。
管体内壁设置有展示管体内表面的图像。
可选的，管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以图纸印刷方式提供。
可选的，管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以2D显示器提供。
可选的，管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以立体显示器提供。
两台主立体显示器均置于管体内部，且分别通过与之对应的主光学分隔板反射并成虚像。
两张偏振片分别放置于管体两端，构成观看窗口。
所述主立体显示器出射线偏振光的偏振方向与与之对应的主光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角。
可选地，当任意主立体显示器出射的偏振光在与之对应的主光学分隔板的半透半反片上因反射作用产生半波损失，且反射后其偏振方向发生改变时，移除与之对应的主光学分隔板上靠近主立体显示器一侧的1/4波片。
偏振片的检偏方向与主立体显示器出射线偏振光的偏振方向正交。
本立体显示管提高立体感的原理如下：
1、管体内壁构建真实立体环境
因管体内壁设置有展示管体内壁图像，且半透半反片可按一定比例反射光线和透射光线。故观看者可以通过透射光线看到管体内壁图像。因管体本身具有真实深度结构，故其可以用于提供真实的立体视觉环境；
2、主立体显示器融合为管体内壁阴影
因偏振片的检偏方向与主立体显示器出射线偏振光的偏振方向正交，故主立体显示器融合于管体内壁形成低光照阴影区域，此时观看者无法看到主立体显示器，故其视觉感觉为立体图像不是由主立体显示器提供，而是真实存在；
3、管体内壁深度与主立体显示器通过主光学分隔板反射后所提供的立体图像形成融合
因所述主立体显示器出射线偏振光的偏振方向与与之对应的主光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，则主光学分隔板可以将主立体显示器出射光线的偏振方向转变至其正交方向上。又因偏振片的检偏方向与主立体显示器出射线偏振光的偏振方向正交，故偏振片允许主立体显示器通过主光学分隔板反射后的光线通过。此时，观看者能看到主立体显示器所提供的立体图像及具有立体深度结构的管体内壁，其形成的封闭区域构建了立体显示空间，则在视觉上可以产生主立体显示器所提供的立体图像处于管体内壁所构建的立体空间中的视觉感官，故区别于传统平面立体显示装置利用平面显示装置实现立体显示，本发明可以大大增强真实度；
此外，当任意主立体显示器出射的偏振光在与之对应的主光学分隔板的半透半反片上因反射作用产生半波损失，并使反射后的光线偏振方向发生改变时，则可以不通过1/4波片改变偏振方向，故可移除除与该主立体显示器对应的主光学分隔板上靠近主立体显示器一侧的1/4波片；
4、半透半反片提供的透明立体显示
因主光学分隔板由两张1/4波片及一张半透半反片构成。故观看者可以通过本立体显示管两端的观看窗口看到立体显示管后方的真实环境。因真实环境具有立体感观，故其可以增强本立体显示管的真实感；
5、双观看窗口可从前后两个方向展示立体场景
区别于传统立体显示器仅能从正面看到物体正面的立体图像，本发明因在管体前后利用偏振片构建了两个观看窗口，当一侧观看窗口观看到立体场景的正面立体图像时，另一侧的观看窗口可以观看到立体场景的背面立体图像。因此，观看者旋转本立体显示管时，可从两个观看窗口交替看到所显示立体像的正面和背面，使得所显示的立体像更加符合真实物体的观看效果。
可选地，所述立体显示管设置额外的副立体显示器及副光学分隔板，副立体显示器所提供立体图像的偏振方向与副光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，偏振片的检偏方向允许副立体显示器通过副光学分隔板反射后所提供的立体图像通过。额外设置的副立体显示器及副光学分隔板可提供更为丰富的立体图像。
可选地，在对立体深度要求不高的情况下，本发明中的主立体显示器或副立体显示器替换为2D显示器。
因本发明区别于传统平板立体显示装置，立体显示管由管体及多个显示器构成，其相互耦合使其本身成为所显示立体场景的一部分，因管体及显示器本身作为立体场景的一部分，故而使得观看者无法意识到所观看的立体场景由显示器提供，并能利用管体固有的深度加深立体感，此外其还可以通过提供透视立体显示并从正反两个方向展示立体图像。因此，基于上述五种立体视觉机理，本发明相对于传统平板立体显示装置具有更加真实的立体体验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中主光学分隔板的结构示意图。
图标：100-管体；210-第一主光学分隔板；220-第二主光学分隔板；311-第一主立体显示器；312-第二主立体显示器；321-第一管体显示器；322-第二管体显示器；323-第三管体显示器；324-第四管体显示器；201-第一1/4波片；202-半透半反片；203-第二1/4波片。
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为本发明提供的一种立体显示管的第一实施例。
该立体显示管，由管体100、第一主立体显示器311、第二主立体显示器312、第一主光学分隔板210、第二主光学分隔板220及两张偏振片构成。
第一主立体显示器311及第二主立体显示器312均采用集成成像立体显示器，其可以提供立体图像。
请参考图2，第一主光学分隔板210及第二主光学分隔板220相同，其均由第一1/4波片201、半透半反片202及第二1/4波片203构成。半透半反片202可按3:7比例反射光线和透射光线，其允许30%光线反射，70%光线透射，反射光线按镜面进行反射。第一1/4波片201及第二1/4波片203在半透半反片202两面紧贴放置。
请参考图1，第一主光学分隔板210置于管体100内ABCD面位置，第二主光学分隔板220置于管体100内EFGH位置。
管体100内壁设置第一管体显示器321、第二管体显示器322、第三管体显示器323及第四管体显示器324等四台2D显示器，用于展示管体内表面图像。第一管体显示器321置于管体100内ADHE面上，用于展示管体内部左侧面场景；第二管体显示器322置于管体100内CDHG面上，用于展示管体内部地面场景；第三管体显示器323置于管体100内BCGF面上，用于展示管体内部右侧面场景；第四管体显示器324置于管体100内ABFE面上，用于展示管体内部顶部场景。
第一主立体显示器311置于管内CDIJ位置；第二主立体显示器312置于管内EHLK位置。
第一主立体显示器311可通过第一主光学分隔板210反射后成虚像于管体内部；第二主立体显示器312可通过第二主光学分隔板220反射后成虚像于管体内部。
两张偏振片分别放置于管体两端ABIJ面及KFGL面上，构成观看窗口。
第一主立体显示器311发射的光线为水平偏振光，且与第一主光学分隔板210上的两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角。第二主立体显示器312发射的光线也为水平偏振光，且与第二主光学分隔板220上的两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角。位于ABIJ面的偏振片的检偏方向为垂直偏振方向，其允许第一主立体显示器311通过第一主光学分隔板210反射后提供的立体图像从该偏振片出射；位于KFGL面的偏振片的检偏方向为垂直偏振方向，其允许第二主立体显示器312通过第二主光学分隔板220反射后提供的立体图像从该偏振片出射。
本立体显示管提高立体感的原理如下：
1、管体内壁构建真实立体环境
因管体100内壁设置第一管体显示器321、第二管体显示器322、第三管体显示器323及第四管体显示器324等四台2D显示器，用于展示管体100内壁图像，且半透半反片可按70%比例透射光线。故观看者可以通过透射光线看到管体100内壁图像。因管体100本身具有真实深度结构，故其可以用于提供真实的立体视觉环境；
2、主立体显示器融合为管体内壁阴影
第一主立体显示器311发射的光线为水平偏振光，且ABIJ面的偏振片的检偏方向为垂直偏振方向，故第一主立体显示器311融合于管体100内壁形成低光照阴影区域，此时观看者无法看到第一主立体显示器311；同理，第二主立体显示器312发射的光线也为水平偏振光，且位于KFGL面的偏振片的检偏方向为垂直偏振方向，故第二主立体显示器312融合于管体100内壁形成低光照阴影区域，此时观看者无法看到第二主立体显示器312。此时，其视觉感觉为立体图像不是由主立体显示器提供，而是真实存在；
3、管体内壁深度与主立体显示器通过主光学分隔板反射后所提供的立体图像形成融合
因第一主立体显示器311及第二主立体显示器312所提供立体图像具有水平线偏振，且与第一主光学分隔板210及第二主光学分隔板220上的两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，故第一主光学分隔板210及第二主光学分隔板220可以分别将第一主立体显示器311及第二主立体显示器312所提供立体图像的偏振方向转变至垂直线偏振。又因偏振片的检偏方向为垂直线偏振，故观看者能通过第一主光学分隔板210及第二主光学分隔板220反射看到第一主立体显示器311及第二主立体显示器312所提供的立体图像及具有立体深度结构的管体100内壁。此时，本发明ABCDEFGH空间区域构成了立体显示空间，在视觉上可以产生主立体显示器所提供的立体图像处于管体100内壁所构建的立体空间中的视觉感官，故区别于传统平面立体显示装置利用平面显示装置实现立体显示，本发明可以大大加强真实度；
4、半透半反片提供的透明立体显示
因第一主光学分隔板210及第二主光学分隔板220相同，其均由第一1/4波片201、半透半反片202及第二1/4波片203构成。则由偏振片入射的垂直偏振环境光透过第一主光学分隔板210后将转变为水平偏振光，该光束经过第二主光学分隔板220后再次转变为垂直偏振光并从另一侧的偏振片出射。故观看者可以通过本立体显示管两端的观看窗口看到立体显示管后方的真实环境。因真实环境具有立体感观，故其可以增强本立体显示管的真实感；
5、双观看窗口可从前后两个方向展示立体场景
区别于传统立体显示器仅能从正面看到物体正面的立体图像，本发明因在管体100前后利用偏振片构建了两个观看窗口，当一侧观看窗口观看到由第一主立体显示器311和第一主光学分隔板210提供的立体场景的正面立体图像时，另一侧的观看窗口可以观看到由第二主立体显示器312和第二主光学分隔板220提供的立体场景的背面立体图像。因此，观看者旋转本立体显示管时，可从两个观看窗口交替看到所显示立体像的正面和背面，使得所显示的立体像更加符合真实物体的观看效果。
在工作原理与第一实施例一致的第二实施例中，两台主立体显示器出射的偏振光均具有特定偏振方向，其在与之对应的主光学分隔板的半透半反片上因反射作用产生半波损失，并使反射后的光线偏振方向发生改变，故移除与该主立体显示器对应的主光学分隔板上靠近主立体显示器一侧的1/4波片。
在工作原理与第一实施例一致的第三实施例中，所述立体显示管设置额外的副立体显示器及副光学分隔板，副立体显示器所提供立体图像的偏振方向与副光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，偏振片的检偏方向允许副立体显示器通过副光学分隔板反射后所提供的立体图像通过。额外设置的副立体显示器及副光学分隔板可提供更为丰富的立体图像。
在工作原理与第一实施例一致的第四实施例中，本发明中的主立体显示器替换为2D显示器。此时，主立体显示器提供的图像为在ABCDEFGH立体空间区域内的平面图像。
在工作原理与第一实施例一致的第五实施例中，所述立体显示管设置额外的副立体显示器及副光学分隔板，副立体显示器所提供立体图像的偏振方向与副光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，偏振片的检偏方向允许副立体显示器通过副光学分隔板反射后所提供的立体图像通过。额外设置的副立体显示器及副光学分隔板可提供更为丰富的立体图像，且副立体显示器替换为2D显示器。此时副立体显示器提供的图像为在ABCDEFGH立体空间区域内的平面图像。
因本发明区别于传统平板立体显示装置，立体显示管由管体100及多个显示器构成，其相互耦合使其本身成为所显示立体场景的一部分，因管体100及这些显示器本身作为立体场景的一部分，故而使得观看者无法意识到所观看的立体场景由两台主立体显示器提供，并能利用管体固有的深度加深立体感，此外其还可以通过提供透视立体显示并从正反两个方向展示立体图像。因此，基于上述五种立体视觉机理，本发明相对于传统平板立体显示装置具有更加真实的立体体验。
Claims (9)
1.一种立体显示管，其特征在于：
该立体显示管，由管体、两台主立体显示器、两块主光学分隔板及两张偏振片构成；
主立体显示器出射光线为线偏振光；
主光学分隔板由两张1/4波片及1张半透半反片构成；半透半反片可反射部分光线并同时透射部分光线，反射光线按镜面进行反射；两张1/4波片在半透半反片两面紧贴放置；
两块主光学分隔板置于管体内；
管体内壁设置有展示管体内表面的图像；
两台主立体显示器均置于管体内部贴近管体内壁位置；
两张偏振片分别放置于管体两端开口位置，构成观看窗口；
两台主立体显示器及两块主光学分隔板置于两张偏振片之间；
一台主立体显示器与一块主光学分隔板对应，并与该主光学分隔板呈一定角度的方式相邻放置，该角度可使该主立体显示器通过与之对应的主光学分隔板反射并成虚像，且反射后的光线能够经管体两端开口位置出射；
所述主立体显示器出射线偏振光的偏振方向与与之对应的主光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角；
偏振片的检偏方向与主立体显示器出射线偏振光的偏振方向正交。
2.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：主立体显示器采用集成成像立体显示器，其用于提供立体图像。
3.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以图纸印刷方式提供。
4.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以2D显示器提供。
5.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：管体内壁设置的用于展示管体内表面的图像以立体显示器提供。
6.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：当任意主立体显示器出射的偏振光在与之对应的主光学分隔板的半透半反片上因反射作用产生半波损失，且反射后其偏振方向发生改变时，移除与之对应的主光学分隔板上靠近主立体显示器一侧的1/4波片。
7.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：立体显示管设置额外的副立体显示器及副光学分隔板，副立体显示器所提供立体图像的偏振方向与副光学分隔板上两张1/4波片的快轴方向呈45度夹角，偏振片的检偏方向允许副立体显示器通过副光学分隔板反射后所提供的立体图像通过。
8.如权利要求1所述的一种立体显示管，其特征在于：主立体显示器替换为2D显示器。
9.如权利要求7所述的一种立体显示管，其特征在于：副立体显示器替换为2D显示器。
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