CN1231071C

CN1231071C - 立体系统

Info

Publication number: CN1231071C
Application number: CNB998168254A
Authority: CN
Inventors: 斯夫亚托斯拉夫·伊万诺维奇·阿森尼奇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: WO1999065249A1; CN1361993A; HK1049086A1

Abstract

本发明涉及一种立体投影系统，包括多台立体投影仪，并配有投影左右帧的投影透镜，以便在双凸透镜光栅目视屏上形成立体对图像。目视屏的双凸透镜光栅分离这些图像，并将其聚焦在相应视区内，左帧对观众的左眼，右帧对右眼。投影仪包括一分束系统，利用多个不同的光学系统形成多个分离的立体投影，其中每一所述光学系统包括两对投影透镜，对一指定观众作独立的立体投影。该立体系统还包括一接至传感器的自动校正器，传感器监视各观众眼睛的位置坐标。自动校正器包括一透镜驱动器，在经屏聚焦的立体对左右像投影之间作光学动态组合，而立体像的预定视区分别对准观众的左右眼。

Description

立体系统

发明领域

本发明涉及演展示立体像的立体系统，无需观看镜就能观看到立体效果。

本发明较适用于立体电影、立体电视与计算机。

本发明还可在展览厅、博物馆、文体中心、体育运动场等场合，在视频广告、汽车、游艺培训系统等等中演示立体信息。

发明背景

众所周知，形成立体像的系统通过偏振镜或快门观看镜，能让观众的左右眼分别观看左右立体对图像(见Valyus N.A所著的Stereoscopy：Photography，Cinematography，Television″-Moscow，Iskusstvo Publishers，1986，263pages，il)。

由于使用了偏振镜或快门立体观看镜，观众眼睛感受到同等的光载量，大量观众能同时在g宽视角内看到全色的立体像。

偏振法的主要问题是在大屏幕上放影影片时必须使用大的光通量，因为高达70％的光通量要被偏振滤光器吸收掉。

快门法的基本缺点是图像低频闪烁引起的眼睛疲劳，这会导致眼睛疼痛，在长时间观看立体像时，甚至使眼睛致病。要使闪烁看不到，则每秒钟必须变化83帧。

通常在使用观看镜的系统中，观众通过立体镜观看立体像时会感到不适，导致各种不适的生理效应、视觉疼痛和疲劳。

要对每幅立体像同时不断地作光学校正(关于光学参数)或对若干观众同时分开展示不同的立体像，是不可能的。其理由是，公共立体对图像形成于一个总的立体屏上，同时为所有观众观看。

带大孔径双凸透镜立体屏的立体投影系统已为大家所熟悉，它不用观看镜。该系统包括一台立体投影仪，能以不同角度将立体像对中组合的左右像投影到立体屏上。双凸透镜光栅在立体屏上自动呈现立体的图像(作为一种在屏平面对准的自动立体图，由垂直平行条或径向条组成)，双凸透镜光栅装在自动立体图前面，用于观看立体像。

双凸透镜光栅把屏上图像聚焦到观看室内，观众的左右眼分别选择地观看左右图像。

双凸透镜光栅立体观测法可提供最优质的观看立体像，而不用观看镜观看立体像比用观看镜让眼睛感到更舒适。立体像在视频监视器或立体屏平面上形成为立体图(立体像对)，包括两幅视差相配的左右图像(同一物的画面)，其形式为两个带下降中心的中心投影，并由横基线分开。在该立体投影系统中，两台投影仪以不同角度的投影轴(在水平面内)将左右立体对画面投影到半透明(背投影)或反射(前投影)型的外部目视双凸透镜光栅屏上。借助于由垂直柱面透镜形成的双凸透镜光栅(有平行或径向会聚长轴)，立体对图像被投影的左右画面作为自动立体图在屏面内对准。自动立体图(视差立体图)代表一种对准的立体图，其中将立体像对中被对准的左右图像分成若干窄垂直条，这些条径交错可连续交替。屏光栅上的透镜数必须与条对数目一样。(左画面的)立体对右条由透镜投影给观众的左眼(以便观看左像)，(右画面的)左条由同样的透镜投影给右眼(以便观看右像)。

这类双凸透镜光栅立体系统的问题包括，当观众的眼睛从被观看立体像的立体方位中心偏移时，双凸透镜的光学效率低下，被观看图像的亮度不均匀。观众由于在选择的视区内头部保持不动，会感到不舒适，而立体像也远非如意。这是因为各视区的宽度必须小于眼底尺寸(眼瞳之间的距离)，而眼睛相对这些区的中心位移两厘米或更多些会明显降低被视图像的亮度。若观众改变位置或离开这些区，立体效果就没有了。即使观众的位置相对视区严格不动几分钟也会引起不适：因为为了看清立体效果而迫使观众坐着不动连续寻找最佳的视觉方位(视区中心)，即不容易，也会很快疲劳。

以方位图(aspectgram)形式产生多方位光栅图像的已知立体系统，包括由水平与垂直视差均不同的立体对图像组成的拼合单元，对应于物体沿公共基线的连续视点。方位图的每个单位图像由一组在透镜前面的平面内离散的投影中心作中心投影而产生。

出现多个立体像对可以借助于双凸透镜光栅更舒适地观看立体图像，观众横移时能从具有适当视觉方位的不同位置观看光栅立体像。(带球面镜的)非谐型屏在观众走近立体像时能从任何方位(观众在视觉扇区内移动和自由横移的视点)舒适地观看方位图图像。与透镜排列为线性结构的光栅屏相比，该屏幕的光焦度更大。

方位图在拍摄与复制胶片方面的根本缺点是必须在载体(照相胶卷，复制器)上录制冗长的信息(以使用多个立体方位拍摄与再现立体像)，在录制、复制和观看无几何误差的优质、高分辨度的多方位图像时，遇到了技术与经济上的问题。

带双凸透镜光栅的所有常规立体屏的主要缺点是无法在宽的视场内展示立体像，因为屏面无法做得足够宽和/或带曲面，而有效的选看区极小。对于靠近屏端的观众，立体像的景深从屏的近端向远端畸变。立体效果明显的空间限于少量(至多为10)的预定方位(窄视区)，造成观看不适。

在所有的常规立体系统中，无论是用还是不用观看镜，只有位于观看室中央的少量观众才能以最大分辨率和宽的视场看到无几何误差的高清晰的中心投影，这是在公共立体屏上形成一物体的单一公共立体对图像或多方位图像所决定的。因此，无法对立体像的光学失真作校正，无法单独地对每位观众优化立体像选看区的动态对准，也无法在公共屏上集体同时观看不同内容的运动画面或电视节目。

在本领域中，已知有带单块大型透镜形式的双凸透镜屏的投影立体系统。该立体系统包括一台或多台立体投影仪，用于从不同的投影方位同时投影几幅立体对图像，指定的观众在同一时间观看每一投影。通过双凸透镜立体屏，光线被汇聚成会聚光束，在立体屏前面的空间里(立体像视区)绘制出所有投影透镜输出光瞳的图像，观众可以同时从不同的立体方位观看立体像。

该系统的优点是立体屏的设计简单，而且当观众相对立体视觉方位中心移动时，可优化观看立体对图像的亮度。

该系统的问题在于视角的缩小同投影轴线与立体屏平面的倾斜成正比，而且在与立体屏透镜中心光轴成某一角度观看时，立体像有几何误差。

在已取得的技术成果中，与本发明最为接近的是一种带反射球面投影立体屏的立体系统，该屏的形式为大型凹球面镜或抛物面镜。该立体系统包括一台或多台立体投影仪，用于从不同投影方位同时投影几幅立体对图像，指定的观众在同一时间观看每个投影。不同的立体投影仪可同时投影同一幅或不同的立体像。从反射球面立体屏反射的光束被汇聚成会聚光束，在立体屏前面的空间(立体像视区)绘制所有投影透镜输出光瞳的图像。透镜孔投影左像的图像必须位于观众左眼所处空间的点，而透镜孔投射右像的图像必须位于右眼所处空间的点。为简化立体投影仪的设计，用分光系统把各投影透镜输出的光束分成若干束，每条分离光束将在反射球面立体屏上绘出立体图部分的整幅图像，而该束的投影中心将相对于其它束的投影中心偏移。在屏前的观众区内，每条光束将与其它光束分开汇集，即屏在一个分离区内聚集该光束，某个观众观看立体对的一幅(左或右)图像。分光系统可以是半透镜、放大棱镜和其它光学系统。分束立体投影对的数量应等于由相应数量的观众所观看的立体像视觉方位的数量。

通过双凸透镜屏或在凹面镜上作立体投影的优点在于，由于这类立体投影调节了观众的适应性与眼睛会聚状态(眼轴会聚)，所以减轻了视觉疲劳。该立体屏呈现最大的光焦度，并提供了光学参数优化的观看立体像，能对各立体对图像的光学参数作光学校正。

反射球面立体屏的根本问题是观众的位置相对于视区要严格固定，这里甚至在几分钟后就会导致不适和迅速疲劳，因为每位观众必须坐着不动持久地寻找最佳方位(视区中心)才能看清立体效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种不用观看镜能在常规、宽幅与全景目视屏上舒适地观看立体像的立体系统，观众在移动时可从任意角度看到立体效果。

实施本发明的主要技术成果是，该立体投影系统保证将各预定的立体对左像投影视区与指定观众的左眼作动态光学对准，并将立体对右像的视区与该观众的右眼对准。为提观众提供视觉舒适性，系统对每位观众连续、同时和独立地作这种视区对准，同观众在立体像观看扇区任何一点的自由位置和移动无关。

在一种不用观看镜观看立体图图像的立体系统中，实现了上述技术成果。该系统包括一种带目视立体屏的设备，形成立体对分离局部化的屏图像。该立体系统在立体屏上包括一种系统，它把每个预定立体对的左或右屏图像以光学方法分离到单个立体方位，供指定的一位观众分别用左眼或右眼观看。用于把申请的系统与大多数原有技术系统区别开来的组合技术特征，包括像带双凸透镜光栅立体屏或猫眼屏或凹面球面或抛物面立体屏的立体投影系统那样形成立体像的设备。所述双凸透镜光栅立体屏是一种半透明屏，具有三层平行的用球面正微透镜形成的双凸透镜光栅。该投影系统包括的立体投影仪的数量等于观众人数，因而形成的立体对数量也等于观众人数。各立体投影仪的投影透镜可平行于立体屏移动。透镜位于空间，使各立体投影仪的透镜投影的一个立体对的屏图像被立体屏聚集于某一方位，供预定的一位观众观看立体像。立体投影系统包括的自动校正器配有与立体投影仪每对投影透镜分开连接的驱动器，使透镜分别平行于立体屏移动，移动方向使预定的一个立体方位对准一预定观众的各别眼睛。为此，该系统包括一传感器，用于分开测定每位观众的眼睛相对于该立体方位(由该观众观看立体对屏图像)的坐标位置。该传感器接至自动校正器，对后者产生控制信号。

在本发明的立体系统中，所述双凸透镜光栅立体屏是一种有三层平行双凸透镜光栅的半透明屏，各光栅层由球面镜形成。光栅层的所有透镜经定位，使每个光栅层的第三块正透镜位于一公共光轴，像线性放大率等于1的直划透镜结构一样。对于贯穿投影，把投影透镜对的所有输出口置于立体屏后面一公共平面内，该平面与立体屏平面相平行，但与屏分开，由立体屏对立体景点提供锐聚集的每幅立体对屏图像，让每位观众清楚地看到立体效果。观众的眼睛也必须定位于这些立体方位平面内，即与并的距离等于屏到成对投影透镜输出光瞳平面的距离。为在立体屏上放大投影的单幅立体像(被指定观众观看)，将每对投影透镜接至一独立的驱动器，对这些透镜对分开作自动校正，与其它透镜对无关。为了同时观看不同的立体像，投影系统可包括两台或多台分开的立体投影仪，同时平行地将不同的全屏立体像投影在公共立体屏上。

立体系统的该实施例能让不同的观众从相应的视区舒适地同时观看(不用立体镜)公共目视屏上不同的立体像，观众数量(观众在立体像投影扇区内的任何位置或在移动)或超过千人。双凸透镜光栅屏用每对立体投影仪提供中心投影(每一投影轴指向垂直于立体屏平面)，立体像的观看视角宽达90度，有同样的光学参数，所有观众无论其在视区哪一位置，都保证视觉舒适。

在本发明的立体系统中，立体屏是一种由猫眼组成的猫眼型镜双凸透镜光栅屏，猫眼形式为背面有镜涂居的球面微透镜。在另一实施例中，猫眼立体屏包括用角镜发射器组成的光栅。在带猫眼立体屏立体系统的任何实施例中，每一对投影透镜(在立体屏上放大投影)都靠近预定观众的头部。这些透镜指向立体屏，由立体屏将头右边透镜投影的立体对右像反射给该观众的右眼，而将头左边透镜投影的立体对左像反射给观众的左眼。大量观众同时观看公共屏上不同的立体像时，每对独立的投影透镜同样地相对于立体屏与它的观众头部设置。该立体系统实施例能让不同观众在各别视区离立体屏不同的距离同时舒适的观看(不用立体镜)公共屏上不同的立体像，观众数量(观众在这些立体像投影扇区内的任何位置和移动)也可超过千人，有猫眼微透镜的立体屏可在高达90度的宽视角甚至全景视角内观看立体像。将立体对左右像选看区对准观众双眼的自动校正器，在观从头部在立体像视区内任意移动时(前后、左右、上下)，能舒适地观看立体效果，透镜对通过自动校正作适当位移。

在本发明的立体系统中，反射投影的立体屏是一种球面或抛物面凹镜，曲率半径中心位于观众一侧。自动校正器将每块指定投影透镜不断地移向空间中与观众各眼睛对称的一点，该对称轴就是屏镜的曲率半径。此时，透镜输出光瞳、观众眼睛和沿镜曲率半径的对称轴都处于同一对称平面内。

该立体系统实施例的立体屏设计简单，而且在立体屏超过任何投影透镜出孔的任何乱真照明下，屏上无闪光。因此，该系统可在立体屏任何外部乱真照明下有效地演示立体像。

在本发明的立体系统中，立体投影仪包括一对静止远投透镜(telelense)分别投影左右像)，其分光系统由镜或棱镜元件制成。分光系统位于远投透镜后面，用于分裂这些远投透镜输出光瞳投影的光束，并把光束导向宽角或普通移动投影透镜的输入光瞳，在立体屏上放大和偏移立体对投影。在屏上放大图像的分光元件和移动投影透镜都接至自动校正器的驱动器，后者分别使透镜平行于立体屏平面移位，将预定的立体方位对准各观众的双眼。

该立体系统实施例简化了立体投影系统的设计，该系统可形成多个在公共立体屏上供许多观众同时观看的立体对。简化的原因在于用更简单的带分光系统与自动校正驱动器的投影透镜系统代替了多台复杂的立体投影仪。

在本发明的立体系统中，在带立体像形成投影系统的诸实施例中，在立体屏上放大图像的投影透镜包括曲面镜或透镜等各个光学校正元件用于校正几何误差和/或半色调，而且/或者包括调节像场内亮度或色度的彩色滤光器。

在本发明的立体系统中，每对投影放大镜(对一名或多名观众形成左右立体对图像的投影)包括各个光学校正元件。棱镜、柱面或球面镜等光学校正元件设计用于变换图像和/或校正图像的线性放大倍数，消除几何误差，并且/或者调节视角，同时配备了调节像场的亮度或色度的灰度或彩色滤光器，投影透镜以同样的放大角度聚焦，因而所有观众在不同距离处以同样的清晰度(同一观看分辨度)与同一视角观看屏立体像。

每位观众的投影与观看点不论如何，该立体系统可保证完全消除观看立体像的几何误差、色度与亮度偏差。

在本发明的立体系统中，立体投影系统只在立体屏中央部分以立体对组合的左右画面形式分别投影屏立体像。立体系统同时对屏左边投影-立体对左画面左边的单像，向屏右边投影该立体对右画面右边的单像。

该立体系统保证扩展了立体效果的视角，因为能以更大的视角在外围观看屏中心的立体像有更强的立体感，而在屏的左右边可看到单像。

附图概述

图1是带半透明立体屏与可移动投影透镜系统的投影立体系统光学图的平面图；

图2是部分半透明双透镜光栅立体屏的光学图平面或正视图；

图3是在带可动双透镜光栅目视立体屏上立体投影光学图的平面图；

图4是在反射镜双凸透镜猫眼立体屏上立体投影光学图的平面图；

图5是在反射反射球面立体屏上投影的立体系统光学图的平面或正视图；

图6和7分别是带半透明立体屏的立体平面投影系统光学图的右侧视图与正视图。

实施例的详细描述

参照图1，立体系统包括两台带远投透镜1l(用于投影立体对左像)与1r(用于投影立体对右像)的立体投影仪1(1)和1(2)。该系统包括一个半透明目视立体屏2，用于同时形成多幅立体对放大屏图像，并对每一指定观众将屏图像光通量聚集到相应的立体方位(左眼为左像视区3l，右眼为右像视区3r)。立体投影仪光学系统由反射镜或光学棱镜等光学元件(未示出)组成，用于在空间上将来自远投透镜1l与1r的立体投影光通量分离、分配与偏移到放大投影透镜4l(用于将立体对左像放大在立体屏2上)与4r(用于放大立体对右像)的输入光瞳。立体屏安置成与观众所有眼睛3r与3l所在的空间平面和投影透镜4l与4r所在的平面相平行。各远投透镜1l或1r是一种长焦距透镜，通过分光系统沿(a)方向以图像放大比例投影到相应的投影短焦距(常规或宽度)透镜4l或4r的输入光瞳区内。透镜4l或4r位于立体屏背面的不同投影点上(分离的投影方位)，沿(b)方向以大的放大倍数将这些图像投影到立体屏2上。立体屏2的双凸透镜光栅经光学定向，将投影在立体屏上的图像沿相应选择视区位置的(c)方向聚焦，分别供左右眼3l与3r观看立体对左右像。系统包括一自动校正器5，它带有驱动器各自连接每块投影透镜4l或4r。自动校正系统包括接至自动校正器5的一个公共传感器6或多只分离的传感器6，用于按光信号(d)确定观众相应眼睛的空间位置坐标，然后产生控制信号，沿投影透镜4l与4r位置坐标方向(g)作自动校正，以便使立体对左像的每一视区动态对准每位观众的左眼3l，立体对右像视区对准右眼3r，这样观众移动时可持久地看到清晰的立体效果。

图2示出非谐型半透明双凸透镜光栅立体屏2的一部分光学图(每层立体屏有三块透镜)。该屏由三层含球面微透镜的双凸透镜光栅组成。根据线性放大率为1的直拉微透镜的光学设计，位于不同光栅层中每三块透镜7～9光学排列在一公共光轴上，从立体屏2中心到每块投影透镜4l或4r之输出透镜所在平面的距离A1，等于从立体屏中心到立体像视区3l与3r之中心(观众眼睛的最佳位置)所在平面的距离A2。

参照图3，立体系统包括一台立体投影仪，它被定向成在立体屏10(投影系统或监视器)上用透镜(1r)投影立体对右像，用透镜(1l)投影立体对左像。在该系统中，透明双凸透镜光栅立体屏具有用于形成自动立体图图像的中央光学平面10和位于该屏前后侧的两块光栅。(背面的)光栅1l在平面10上把透镜1l与1r投影的立体对(立体图)图像1l与1r形成为自动立体图(单位图像为线或点形式)。正面光栅13平行于平面10移动。与自动立体图的屏图像光学匹配，并接至自动校正器5的驱动器。自动校正器接至传感器6，后者测定观众眼睛的空间位置坐标，并向自动校正器产生控制信号，使光栅13与自动立体图动态配合，使观众移动时持久地观看到立体效果清晰的立体像。

图4示出带远投透镜1l与1r的立体投影仪1，分别把立体对左右像沿(a)方向投影到投影透镜4l与4r的有关输入光瞳。分光系统可装在透镜1l与4l和透镜1r与4r之间。分开的每一对透镜4l与4r做成正轴或宽角透镜系统形式，靠近指定观众的头部，使透镜4r(用于投影立体对右像)位于头的右边靠近右眼3l，而透镜4l位于头的左边靠近左眼3l。透镜4l与4r都指向双凸透镜光栅反射立体屏13，沿(b)方向投影放大的立体对图像。在观众一侧，立体屏13包括珠状猫眼微球面镜14，透镜14背面有反射镜涂层15。每块透镜14有一额定透反射球面半径、镜涂层15的半径，并且指向立体屏，用于聚焦透镜4l与4r沿(b)方向投影到立体屏的立体对图像(图像沿(e)方向被透镜反射镜反射到视区，立体对左像对应观众左眼3l，立体对右侧对应右眼3r)。与图1揭示的系统相似，所有投影透镜的自动校正系统在观众移动时，都分别将视区与观众眼睛动态地同时对准。

图5示出包括立体投影仪1的立体系统，还包括远投透镜1l(用于投影立体对左像)与1r(用于投影立体对右像)、分光系统(未示出)和放大正轴与宽角投影透镜4l(用于投影立体对左像)与4r(用于投影立体对右像)。反射反射球面立体屏16包括一块曲率内半径为R、曲度中心为O_R的凹球面镜15(在立体像的投影与观看一侧)。各投影透镜4l与4r的输出光瞳借助于自动校正器5定位于预定的投影点(投影方位)，与视区中心坐标对称，屏左像对应每一指定观众的左眼3l，屏右像对应右眼3r。对称轴是具有立体屏反射镜球面曲率半径R的中心O_R的轴。与图1描述的系统相似，在观众移动时，所有投影透镜4r与4l的分离动态自动校正系统，自动独立地将屏立体像视区对准观众的眼睛。

图6和7示出一种平面型立体系统，它包括监视器1l(形成立体对左像)和1r(形成立体对右像)，还具有两个或多块远投透镜17和多块宽角投影透镜18(用于将公共立体像的各部分放大到半透镜双凸透镜光栅立体屏10)。监视器1r与1l沿(a)方向朝远投透镜17形成投影光通量，远投透镜17位于立体屏端部，并被定向成沿(b)方向将图像沿立体屏平面投影到透镜18的输入光瞳，不作放大。远投透镜17投影一个或多个立体对左右像总区域的局部，而全屏图像的总区域是由视频监视器1l或1r形成的。透镜18与偏转镜19相配合，在平行于立体屏10的平面内位于不同点(投影方位)，并被定向成沿(c)方向将部分图像区的图像放大投影到半透明立体屏10区域的预定局部20上。立体屏10包括一块用于形成自动立体图立体像的双面双凸透镜光栅。一块或多块双凸透镜光栅沿立体屏平面按直线(g)相互移动，且分别接至自动校正器5的驱动器。传感器6接至自动校正器6，接收观众眼睛的空间位置坐标的信号(d)。观众移动时，自动校正器对立体像视区与观众眼睛作自动动态对准。

本发明的立体投影系统按如下方式工作。

参照图1，投影像1(1)和1(2)利用所有成对的透镜1l与1r以及具有透镜4l与4r的带分光系统，从不同方位将立体对视差相配的左右像投影到目视屏2上，成为自动立体图。立体屏第一层(见图1与2)在立体屏中间层(即，第二层)(带透镜光栅8)上投影仪的一侧(带透镜光栅7)形成图像，这些图像是投影透镜4l与4r输出光瞳的所有图像的方位图。第三层(带透镜光栅9)将投影透镜输出光瞳的每幅图像聚焦成方位图，到达这些图像的对应视区，供观众的眼睛3l与3r观看。传感器6或多只分离的传感器6接收观众每只眼睛的空间位置坐标的光信号(d)，并对自动校正器5产生自动校正信号。根据这些信号，校正器通过独立的驱动器偏移每对限定的投影透镜4l与4r，偏移方向(g)平行于相应观众眼睛的移动路径，从而独立地对每一特定视区与观众各只眼睛作动态对准。在观众眼睛的任一位置点或在观众相互独立地横移的过程中，自动校正能让观众持久地看到清晰的立体效果。

图3的立体投影系统利用立体监视器1和投影透镜1l与1r，在立体屏10的双凸透镜光栅11上投影立体图的左右相配图像，以在该屏的平面10上形成一个或多个自动立体图(类似于方位图图像，分别用若干视差立体对进行投影)。借助于自动校正器5的分离驱动器以及用于监视观众眼睛坐标的传感器6，位于观众一侧的正面光栅12或若干独立的正面光栅12沿方向(g)动态地移动，使每个立体对屏图像视区对准各观众的眼睛，因而当观众在立体像观看扇区内移动时，每位观众都能从任何方位持久地看到清晰的立体效果。带类似正面光栅自动校正的立体系统可在视频监视器、电视机、计算机监视器的立体屏(在屏10平面内，没有投影和屏后面没有光栅11)上形成，形式为立体照片、立体示图、陈列窗口或广告牌。

像图1所示的立体投影系统实施例一样，具有图5所示猫眼双凸透镜光栅或反射球面立体屏的图4所示立体系统，也可以从不同的投影点(投影方位)同时投影多幅立体对图像。类似的带传感器6(用于确定观众眼睛的空间位置坐标)的自动校正器5作独立的动态自动校正，使每幅立体对图像的每个预定视区对准一指定观众的各个眼睛。

在图5和6的立体系统中，监视器1l与1r形成立体对的左右像，远投透镜17、宽角透镜18和偏转镜19以立体图屏图像的形式，将立体对全屏图像区的一部分投影到立体屏10的部分区域20上。立体屏10的双凸透镜光栅(位于立体屏的后面)将全屏图像形成为自动立体图。借助于自动校正器的分离驱动器，运用立体屏10的移动正面光栅或若干独立移动的光栅(在观众一侧)，在观众移动时，自动校正器5对立体对全屏左右像视区与每位观众的左右眼分别独立地动态对准。传感器6测定观众眼睛的空间位置坐标。传感器接至自动校正器，对后者产生控制信号。

工业应用性

应用形成常规与立体像的投影监视系统的常规设计与生产方法，可按商业规则生产本发明的所有立体投影系统。本发明的立体屏可用普通制作双凸透镜光栅与反射球面屏的方法制作。应用在各种自动跟踪物的领域中使用的类似自动校正系统的常规设计与生产方法，可以制造所要保护的自动校正系统。因此，本发明的工业应用性十分明显。在多个观众可以在任何视角并且相互作任何移动时观看到清晰的立体效果的影院和任何电视与设计机系统中，该立体系统有着广泛的应用。在观众自由定位和相互移动，在宽视角内集体同时观看公共立体屏上同一幅或不同的立体像时，这类立体系统将保证以最佳光学参数最舒适地观看立体像，不用观看镜。

Claims

1.一种不用观看镜观看立体图图像的立体系统，该系统包括一个带目视立体屏的设备，用于分开形成立体对的局部屏图像，立体对的数量等于观众人数，该立体系统在立体屏上还包括一个系统，用于以光学方法分别将各预定立体对的左或右屏图像分离至单个立体方位，供一位指定观众的左右眼观看，所述系统的特征在于，形成立体像的设备是一个带双凸透镜光栅立体屏或猫眼屏或凹球面立体屏的立体投影系统，所述双凸透镜光栅立体屏是一种半透明屏，具有三层平行的用球面正微透镜形成的双凸透镜光栅，立体投影仪数量等于观众人数，各立体投影仪的投影透镜可以平行于立体屏移动，并在空间定位与定向，使得各立体投影仪之透镜所投影的一个立体对的屏图像被立体屏聚焦到某一立体方位上，供一位预定的观众观看，该立体投影系统包括一个带驱动器的自动校正器，驱动器接至立体投影仪的成对投影透镜，分别沿对准方向移动透镜，使一个预定的立体方位对准预定观众的有关眼睛，为此，该系统包括一传感器，分别测定每位观众的眼睛相对于观看立体对屏图像的立体方位的位置坐标，传感器接至自动校正器，并对后者产生控制信号。

2.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，在所述双凸透镜光栅立体屏中，光栅内的所有微透镜经排列，使每一光栅层的三块透镜位于与光栅平面垂直的公共光轴上，透镜之间的距离符合直拉透镜的结构，线性光学放大率等于1，所有成对投影透镜安装成在平行于立体屏平面的平面内，用以在立体屏后面作贯通投影，所述平面并与立体屏隔一距离，立体屏将每幅立体对屏图像锐聚至各立体方位点，让每位观众清楚地看到立体效果。

3.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，立体屏包括一种猫眼型反射镜双凸透镜光栅，它由球面微透镜形式的猫眼形成，微透镜背面有反射镜涂层，或者该立体屏包括一种用隅角反射镜制作的光栅，在立体屏上放大投影的每对投影透镜靠近观众头部，透镜指向立体屏，利用该立体屏把头右侧透镜投影的立体对右像反射到该观众的右眼，并把头左侧透镜投影的立体对左像反射到该观众的左眼。

4.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，反射投影的立体屏包括一块凹球面镜，其曲率半径中心位于观众一侧，每块指定的投影透镜相对于处于对称平面内的屏反射镜的曲率半径，连续对称地对准观众的有关眼睛。

5.如权利要求1～4中任何一项所述的立体系统，其特征在于，立体投影系统包括形成单个公共立体对的图像的立体投影仪，它包括一对带分光系统的远投透镜，而分光系统包含的反射镜或棱镜元件用于分离远投透镜输出光瞳投影的投影光束，并将光束导入宽角或正轴投影透镜的输入光瞳，用于将立体对图像放大到立体屏上，用分束元件放大图像的投影透镜接至自动校正器的驱动器，使透镜平行于立体屏平面分别位移，将预定的立体方位对准各观众的眼睛。

6.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，在立体屏上放大图像的投影透镜配有独立的光学校正元件。

7.如权利要求6所述的立体系统，其特征在于，所述独立的光学校正元件是用于校正几何误差和/或半色调的曲面反射镜或透镜，而且/或者用于调整图像场内亮度或色度的彩色滤色器。

8.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，立体系统用分离的立体投影仪把各立体对公共左右像的各部分立体投影到在立体屏的不同部分上，而且/或者在立体屏中央部分作立体投影，并在屏左边部分对左像的左边部分作单投影，在屏右边部分对立体对右像的右边部分作单投影。