CN1361993A

CN1361993A - 立体系统

Info

Publication number: CN1361993A
Application number: CN99816825A
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: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: WO1999065249A1; CN1231071C; 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

本发明涉及演示各种立体像的立体系统。

本发明适用于科学、工程、艺术的许多领域，可对立体信息成像。

本发明更适用于影院、剧场、娱乐运动设施、体育场、电视广播、民用与商业视频系统、计算机硬件、车辆、游戏机与模拟器、广告，用于制作立体照片、图像、图表与技术图纸。

现有技术

形成立体图形式的立体像的重要方法已获广泛使用。立体图(立体对)包括一个物体的两幅视差对接图像(左右图像)，其形式为两个中心投影，其会聚中心用横基线划分。左像只用左眼观看，右像用右眼观看。立体观看立体对图像要用光学装置——立体镜，或者作光谱选择(立体图)或偏振选择(矢量图)或时间选择(观着立体的遮蔽系统)的特种选择观看眼镜。自动立体图(视差立体图)的另一类立体像量种对准的立体图，其中把左右对接图像分成窄的垂直条，这些条径交织而连续交替。为了观看立体像，要在自动立体像前面设置一扫描格栅——光栅或透镜光栅，用于对图像作空间选择，使左眼只看左像系，右眼只看右像条。多方位图像是一类自动立体图，里面交织了大量对接图像多(一般有10条)，这些图像对应于沿公共基线观看物体的连续点。视差图(视差全息图)还演变成应用多个立体对的自动立体图，其中一系列分立的对接图像条取连续编码轨迹的形式，轨迹上固定着从不同基线点观看的一系列连续的物景。

使用透镜光栅的多个立体对可从相应视觉方位的不同位置观看光栅立体像。方位图(aspectogram)是一种拼合的物体单位图像，所述单位图像的特征可用水平与垂直两种视差表征。方位的各单位图像是在一组独立的投影中心中间用中心投影产生的，投影中心定位于透镜系统前面的平面内。整幅照片是一种方位，它通过由球面镜组成的光栅观看并与该方位图像对准。整幅照片形成一种完整的物体空间图像，可从不同位置观看，像自然图像一样。请参见：ValyusN.A.，Stereo：photograpgy，cinematography，television-Moscow，Iskousstivopublishers，1986，263pages，ill。

已有有各种立体系统可以不用观看镜来观看立体像。

一种应用立体像空间选择遮蔽技术的立体系统，包括一立体投影仪，能以迅速交替方式将立体对的左右对接图像连续地投影到观看屏上。要立体观看这类图像，可使用特殊的装置-观看镜，它运用移动快门或电子光学光调制器(基于液晶)，对观看的左右眼闪替关闭观看屏，因而观者的右眼总是只看见右图像，而左眼只看见左图像，由于肉眼的视觉惯性，这些图像被记在心里而组成单幅活动图像。

遮蔽技术的一个优点是再现立体像的色度与亮度参数良好。

主要缺点是必须采用大光通量将电影投影到大屏幕上，而且闪烁率达每秒83帧变化(看不出闪烁所必需)。

应用着色立体电影技术(加减立体电影)的立体系统包括用滤色器对立体屏投影的立体投影仪。对于分离，即分开立体对的两幅对接图像：根据加技术，立体对的两幅对接图像做成两张幻灯片的形式，幻灯片用两台投影仪在水平面内以不同角度同时投影到屏上。立体对的每幅图像用加色之一染色，例如：右图像染红色，左图像染绿色。立体对图像用置于观众眼前看镜里的色(立体影片)滤光器分离，使观众的右眼通过红滤光器看到屏上的红图像，左眼通过绿滤光器看到绿图像。根据减技术，同用一台无滤光器的透镜系统的投影仪马相互重迭的染色幻灯片(立体对的左右帧)投影到屏上。在屏上如此对接的图像色彩的减混合，是在光束通过第一层后用幻灯片第二染色层减去该光束而实现的。根据该技术：立体对右面的红图像可通过蓝绿眼镜滤光器看到，左面的蓝图像可通过红滤出器看到。根据加减技术：由于双目混色作用，观众将感到图像是一种用相应的两单色混合染色的立体像。

上述立体系统(应用立体电影技术)的主要缺点是无法再现所示物体的自然染色。再现的色调可能失真，包括错误地再现与物体或原图像的体积与色彩相关的信息。例如，通过绿滤光器观看的物体的红色部分将再现成黑色。

对立体对选像应用偏振技术(在相互垂直的平面内偏振光)的立体系统包括一台立体投影仪，应用滤光器将立体对左右对接图像同时投影到观看屏上，该滤光器对立体对图像的左右帧具有相互垂直的偏振平面。对于屏上偏振图像的双目观看，观众配用带滤光器的偏振片观看镜，对于观众的左右眼而言，偏振平面相互垂直。偏振片观看镜可用右眼观看立体对图像的右帧，左眼观看左帧。

通过偏振滤光器对观众眼睛提供均匀的光负载而确保正面效果，实际上在可见光谱中是中性的，因而可应用于彩色立体电视系统。

偏振片选择技术的主要缺点是光损失大——高达60～70％，而且由于屏幕很少对光作漫散射，因而图像观看区受到限制。

使用观看镜所有立体观测技术，优点是能在大型剧院里在任何形状与格式的观看屏上同时观看立体影片。

用观看镜观看立体像的所有系统都有一个共同的重要缺点，即视觉上不舒适，因为感到有观看镜，各种不适的生理效应影响了视觉，造成眼睛过敏和疲劳。

已知各种不同的立体系统在观看立体像时可以不用观察镜。

具有大透镜形式的透镜立体屏或具有大型球面镜形式的反射球面立体屏立体投影系统，包括一台或多台立体投影仪，它可以从不同投影方位同时投影若干立体对图像，并为预定的某个观众同时观看每个投影。不同的立体投影仪可同时投影相同或不同的立体像。通过透镜立体屏或从反射球面立体屏反射的光线被汇聚成会聚光束，该聚光束在立体屏前面描绘所有投影透镜系统输出光瞳(在立体像视区内)的图像。透镜系统孔的左图像投影的图像必须位于观众左眼位置的空间点，而透镜系统孔的右图像投影的图像相应地位于观众右眼位置的空间点。在双目视觉中，这些对接图像的精神生理相加会形成被观看图片的立体像。为了简化立体投影仪的设计，用分光系统将每个投影透镜系统出射的光束分成若干光束。每条这种分离光束在透镜或反射球面立体屏上描绘立体图部分的整个图像；该光束的投影中心将相对地其它光束的投影中心偏移。在观众区的屏幕前面，每条光束将与其它光束分开汇集，即预定的观众在立体对一个左或右图像的独立观看区中通过屏蔽聚集该光束。可将半透明反射镜、倍增棱镜和其它光学系统用作分光系统。把分裂立体投影的对数选成等于相应观众数观看的立体像的方位数。

应用透镜屏或凹镜的立体投影，其优点是视力较少疲劳，因为这种立体投影调整了观众的适应性，也调节了眼睛的会聚状态(眼睛视线会聚)。这类立体投影系统的积极作用是能获得具有优化光学参数的立体像，可对每个立体对图像的光学参数作光学校正。

使用大孔径比透镜光栅立体屏的立体投影系统，包括一台将立体对对接地左右图像投影到立体屏的立体投影仪。在立体屏上形成自动立体像的透镜光栅，在立体屏上提供图像的自动立体再现。观看立体像时，透镜光栅位于自动立体图前面。常规平行光栅由若干垂直平行柱面透镜(排列在板上)组成，与自动立体图的垂直光学对接。对于容纳大量观众的大影院，使用的立体屏的径向(预期的)透镜光栅(由锥形透镜组成)提供立体电影投影系统最大的孔径比。两台投影仪在半透镜或反射型的透镜光栅观看屏上以不同的投影插入射角投影立体对左右帧图像。透镜光栅将立体对左右图像(帧)聚焦在漫散射屏上，这些图像形式为在屏平面内对准的自动立体图，包括垂直平行条或径向条。这些屏图像在影院里由透镜光栅聚集到分别由观众的左右眼选择观看左右图像的区域。

透镜立体投影的积极作用是消除了幻像，形成立体像完全自然的幻影(因为消除了造成观众不适的投影光束)。在屏相对两侧应用在周期(光栅间距)、相对小孔、焦距与其它参数方面不同的光栅时，可对观众一侧提供照度优化的选择观看区，以便用远离屏幕的左右眼观看图像亮度均匀的立体像。

这种具有透镜光栅的立体屏，主要缺点是无法在宽广的视场内演示立体像，因为屏蔽无法做得足够宽和/或带曲面，有效选择视区极小。对于位于屏边缘的观众，立体像的深度从屏近边缘到远边缘发生畸变，此时观众必须在选择视区内费劲地保持头不动而感到不适，因而立体像并不完美。当能看清立体效果的空间受制于少数预定的视角(窄视区)时，视力就感到不适，其原因是各视区的宽度必须小于眼睛的基底(瞳孔间距离)，眼睛相对这些区的中心偏移2厘米或更大些，会明显降低视视物体的亮度。当观众改变位置并离开所述区时，立体效果就消失了。相对视区严格固定观众的位置，即便几分钟，也会观众不适——不耐烦、易疲劳，观众必须坐着不动连续看，在视觉上达到看清立体效果的最佳视角(视区中心)。

以成组重要特性和由此得到的技术成果来衡量，一种能以不同的视角和/或观众横向偏移时舒适地观看立体效果的多方位立体投影的立体系统，是最接近所要求的立体系统。立体像以自动立体像式提供。立体屏的光学光栅由球面镜制作，该球面镜置于反射屏板平面上观众一侧或半透明屏任一侧。

该非谐型屏的积极作用是能从任何视角(在观众在观看扇区内沿横向自由偏移和观众走近立体像时的观看点)舒适地观看自动立体图图像(包括从水平与垂直观看方位拍摄的指定物体的完整记录的信息)。另外，与透镜直线排列的光栅屏相比，这种屏的孔径比要大得多，因此这些图像的亮度远远超过由光栅的柱形与锥形透镜元件绘制的条的亮度。当不用眼镜观看应用透镜光栅的立体对图像时，要比用观看镜观看立体对图像舒服多了。

当胶片快摄再现时，若立体像从多个视角快摄形成，方位图的主要缺点是必须在载体上记录大量冗余的信息(拍摄胶片，再现)，其原因在于录制、再现和观看高分辨率、无机何失真的多方位质量图像方面的技术-经济问题。

在使用与不使用观看镜的所有已知的立体系统中，只有位于影院中央的少数观众才能看到清晰度高、无几何失真、分辨率最大和视场宽广的中心投影。其原因是，在这种立体系统中，只有一个物体的一幅公共立体对图像或多方位图像形成在立体屏上。这种情况妨碍了校正立体像的光学失真，排除向每位观众对立体像的选择观看区作单独的动态优化对准，也排除了在公用屏上同时相互观看带分离音迹的各种内容的电影或电视节目。

发明内容

本发明的主要目的在于开发一种立体系统，在常规、宽幅或全方位看屏上观看一幅或同时几幅满屏立体像时，观众不用观看镜就可舒适地观看到立体效果。

本发明的主要技术成果如下：立体系统对立体对视区作动态光学对准，左图像投影用左眼看，右帧用右眼看，每个观众可在立体像观看扇区内自由定位或移动。在立体像公共平面内或在公共立体屏上同时观看一幅或几幅不同立体像的观众数，可以超过在配备透镜光栅的已知系统中不用观看镜看的观众数许多倍。

所述技术成果是这样实现的，不用观看镜观看立体像的立体系统包括一块有立体像的板或立体屏，以自动立体图形式形成立体像。像镜出栅或反射镜表面(反射反射球面屏)或立体屏的透镜平面(透镜屏)的光学系统以光学方法与立体图不断对接，从而将立体对的对接左右图像的光学空间分离提供到选择观看区，右图像对左眼，右图像对右眼。申请的立体系统的一个重要新特征是一个带驱动器的自动校正器，可移动立体系统预定的光学部分，向左右眼对左右立体对图像的观看选择区提供恒定的动态光学对准。这样在立体像观看扇区内，能保证观众以任何视角与任何横移持久的观看优化的立体效果。驱动器可以耦合到可动透镜光栅或可动投影透镜或可动观众席。利用自动校正，可自动保持所有的优化光学参数，提供优先观看立体像，如高度清晰与分辨率，无几何失真，优化而均匀的帧场亮度、立体像景深、正确的色底等。对于自动校正，系统包括一耦合至自动校正器的传感器，可以不断监视观众眼睛的坐标，并对自动校正器产生一优化校控信号。

根据要求保护的立体系统自动校正的每实施例、带立体像与透镜光栅的板或屏可以绕其水平或垂直轴转动。根据申请的立体系统自动校正的第二替代实施例：透镜光栅可以沿带立体像的板或立体屏移动。根据自动校正的第三实施例：立体系统的立体投影仪对半透明或反射透镜-光栅、透镜或镜-球面观看屏作投影。在立体投影仪中：投影透镜系统可平行于观众的横移路径移动。根据立体系统自动校正的第四实施例：观众席可以平行于观众横移路径移动。监视观众眼晴坐标(视角)的传感器装在座位或影院中。

根据权利要求2：立体系统包括一台或多台立体投影仪、半透明透镜-光栅观看屏和分别将左右立体对图像的选择观看区与左右眼对准的自动校正器。该系统的一个新特征是构成的立体投影仪与透镜-光栅屏可让大量观从在公共观看屏上不用观看镜而舒适地同时观看一幅或不同的立体像。为此，一台或多台立体投影仪配有一种分光系统，它包括几对投影透镜系统，把公共投影分成若干独立的全屏立体投影供相应数量的观众观看。在立体屏上投影一对对接左右图像的每对投影透镜系统以预定的视角定位，该视角是立体屏前面的投影点，被投影的左右图像从这里被立体屏分别聚集入预定观众的左右眼。立体屏由三层平行的透镜光栅制成，这些层将投影透镜系统输出光瞳径的图像聚集入观众预定的立体对左右图像的选择观看区。投影一幅立体像(由预定的观众观看)的每对投影透镜系统耦合至一独立的驱动器，独立地自动校正这对透镜，与其它对无关。所有驱动器都耦合至一自动校正器。该自动校正器包括一只多位(阵列)传感器或多只传感器，独立地测定每个观众的眼睛位置。在此类立体投影系统中，为了同时观看不同的立体像，安装了两台或多台独立的立体投影仪，以便同时一起投影不同的立体像。各观看区的不同观众可在公共观看屏上不用观看镜同时舒适的看到这些立体像。观众人数(在这些立体像投影扇区内任意位置或移动的观众)可达上千人。

根据本发明的权利要求3：立体系统包括一台有成对投影透镜系统的立体投影仪或一种有分光系统带多对投影透镜系统的立体投影仪，将多幅分离的全屏立体像以不同的投影视角投影到公共立体屏上。该系统的一个新特征是一种带珠形透镜光栅的回射型反射观看立体屏，所述光栅由微球面透镜组成，透镜在背面有镜涂层。将立体对左右图像的选择观看区与观众各别眼睛对准的自动校正器，具有耦合至每对投影透镜系统的独立驱动器。立体投影仪或立体投影仪系统的一种新设计方法，在观看扇区内可让大量观众以任何视角或横移时在立体屏上舒适地持久观看立体像。采用的一只或多只传感器可同时监视每位观众双眼的位置坐标，并接收一对透镜系统光学对接独立自动校正的控制信号，将立体对图像的观看区对准每位预定的观众，与其它观众无关。

应用这类立体投影系统的新技术成果是能在任何尺寸、几何形状与格式的回射立体屏上以宽的视场投影和观看立体像，观众可在立体屏前面以不同的距离处于任何位置。根据权利要求2和3，该立体系统的另一技术效果是屏把图像亮度的放大系数提高到上千单位，因为在投影透镜系统输出光瞳区域内的选择观看区中，减窄了每幅独立屏聚焦的左或右立体对图像的光通量(0.2～0.5dm²)。

根据权利要求4：申请的立体系统包括一台或几台立体投影仪，带自动校正器的半透明透镜光栅屏将投影的立体像观看区与观众自动对接起来。一个新颖特征是采用平面结构的投影配置来构制该系统，目的是缩小立体系统的总尺寸(减小半透明在体屏后面的投影部分)。为此，位于观看屏端面的立体投影仪有一分光系统，其屏后的投影部分具有最小厚度。立体投影仪有两对或多对投影透镜系统，每对投影透镜系统投影一部分区域的立体对左或右图像。分光系统对立体对左右图像作总体全屏投影。这种立体系统新的技术成果是明显减小了半透明立体投影系统设计与形成的重量与总尺寸，而且/或者是双向投影，可从两面观看立体像。

根据权利要求5：如权利要求1～4的立体系统，其特征在于，每对投影放大镜系统(对一位或多位观众形成立体对左右图像的投影)都配备了独立的光学校正元件。光学校正元件的形式为棱镜、柱菜、非球面或球面透镜，用于转换图像和/或校正图像的线性放大率，消除几何失真和调整视角，并可调节亮度或像场的色校正——灰度或装有滤色器。

所述立体系统的附加新技术成果是对任何观众在观看立体像时提供视觉的舒适度，这与观众在观看扇区内的位置无关。

根据权利要求6：立体投影系统按权利要求1～5构制。该系统的新特征在于，为将立体像投影到宽幅或全景立体屏上在宽视角内观看该立体像，把屏上全投影区分成若干部分，将诸立体对帧部分分开投影到相应的屏部分上。为1投影全图像的这些帧部分：该系统配备了附加的投影仪或附加的成对投影透镜系统。附加投影仪或投影透镜系统根据公共透镜光栅屏分离部分上分开投影的光学配置定位。

在已知类似的带屏幕可动透镜光栅的立体法中，不用观看镜就无法构成这类投影装置，原因是无法对宽幅屏极端部分的观看区作光学对接。

根据权利要求7：立体系统包括权利要求6的诸特征。一个特征是采用投影仪的光学定位结构来分开投影立体对左右图像部分，为了观看立体像，只能在立体屏中央作立体投影；立体对左右图像分别在屏区极左与极右部分中投影成单图像。

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是一块半透明透镜光栅立体屏的正视光学图平面；

图3是在带可动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-透镜回射立体屏上立体投影光学图的平面图；

图5是在反射镜-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。

发明的实施例

图1中，立体系统包括两台分开的立体投影仪1(1)GN1(2)，用于同时投影，各立体投影仪将多个相同或不同的立体对图像投影到公共半透镜观看屏2。立体屏与投影透镜系统对接，把立体对左右图像聚集到分别由左眼31与右眼3r观看的区域。立体屏与观众所有眼睛位置(观从的视角)的空间平面平行，投影透镜系统4l的定位平面用于投影立体对左图像，投影透镜系统4l的定位平面用于投影右图像。

在各立体投影仪中，为了投影一立体的左或右图像，使用了两个投影透镜系统1l与4r(投影左图像)或1r与4r(投影右图像)，在这对透镜系统之间有一反射镜或棱镜分光系统。各投影透镜系统1l或1r(长焦点透镜)不放大图像沿(a)方向通过分光系统把一个左或一个左图像投影到相应投影短焦距(正轴或宽度)透镜系统4l或4r的输入光瞳里。透镜系统4l与4r在立体屏背面以不同的投影视角定位，将同样的图像沿(b)方向放大投影到立体屏(2)上。立体屏2的透镜光栅光学定向成沿(C)方向(把投影到屏上的图像)聚焦到立体对相应选择观看区的位置，左像对左眼3l，右像对右眼3r。该系统的自动校正器5具有耦合至各投影透镜系统4l与4r的自动驱动器。系统的传感器6或多只传感器6耦合至所述自动校正器，测定(如用光信号(d))各观众眼睛的空间位置坐标，然后产生一供给所述自动校正器的控制信号。自动校正器沿(e)方向动态偏移透镜系统4l与4r，计及立体对各观看区与相应观众的对准，左像对右眼3l，不像对右眼3r。而且，对于任何观看点的任何观众和在观众横移时，都能持久地观看清晰的立体效果，与其它观众无关。

图2示出非谐型半透明透镜-光栅立体屏2的一块光学结构，它有三层用球面微透镜制作的透镜光栅。每块透镜7～9共轴对接并置于不同的光栅层，按照直描透镜微系统的光学结构形成，具有标度1的线性放大率。从立体屏2的中心到各投影透镜系统4l与4r输出透镜的距离A1，等于从立体屏中心到观众各左眼3l与右眼3r空间定位平面的距离A2。

图3中，立体系统的立体投影以定向成用透镜系统(1r)将立体对右像投影到立体屏上，用透镜系统(1l)将立体对左像投影到立体屏上。在该系统中：半透明透镜-光栅立体屏具有形成自动立体像的中心光学平面10和两块位于屏背面与正面的光栅。光栅12(背面)在平面10上将透镜系统1l与1r投影的立体图形成自动立体图。与平面10可平行移动的正面光栅13与自动立体图对接并耦合至自动校正器5的驱动器。自动校正器5具有传感器6(测定观众眼睛的空间位置)，将光栅与自动立体作动态对接，当观众移动时，这种对接可持久地观看立体像，立体效果良好。

图4示出具有投影透镜系统1l和1r的立体投影仪，用于沿(a)方向把立体对左右图像投影到投影透镜系统4l与4r的相应输入光瞳里。在透镜系统1l与4l和1l与4K之间可以设置分光系统。透镜系统4l与4r靠近头部相应观众的眼睛3l与3r一侧，向透镜-光栅反射立体屏13定向，沿(b)方向放大投影这些立体对图像。在立体屏13上，按观众数量设置了用回射微球面镜14制作的小珠，透镜14的背面有镜涂层15。各透镜14具有透反射球面的额定半径，并在立体屏定向，将立体对图像(由透镜的反射镜沿(C)方向反射，并沿(b)方向投影到立体屏上)聚焦到立体对观看区，左像对观众左眼3l，右像对右眼3r。用于独立校正所有投影透镜系统的系统类似于图1系统。

根据图5：立体系统包括若干立体投影仪，投影透镜系统4l投影立体对左像，投影透镜系统4l投影右像。反射镜-球面立体屏16的球面镜15(在投影侧，观看立体像)半径为R。各预定的投影透镜系统4l与4r4的输出光瞳自动位于测定的额定视角，与观众相应的左眼3l与右眼3r的空间位置坐标对称。对称轴为立体屏反射球面的曲率半径。独立校正所有投影透镜系统的系统类似于图1系统。

根据图6和7：平面设计的立体系统包括监视器1l(形成立体对左像)和1r(形成立体对右像)，具有两个或多个投影传真照片透镜系统17和宽角投影透镜系统18。传真照片透镜系统17位于立体屏端面，并定向成沿(b)方向将图像不放大地沿立体屏平面投影到透镜系统18的输入光瞳里。传真照片透镜系统对视频监视器1l和1r形成的立体对左右图像总区域的局部作投影。与偏转镜对接的透镜18置于不同的投影视角，并定向成沿(C)将图像放大投影到半透明立体屏10区域的一局部20。立体屏10具有形成自动立体图立体像的双向透镜光栅。透镜光栅之一沿(d)线通过立体屏平面移动而耦合至自动校正器5的驱动器。传感器6耦合至自动校正器5，接收有关观众眼睛空间定位坐标的信号(e)。要求保护的立体投影系统的工作原理

根据图1：投影仪1(1)与1(2)利用所有透镜系统对，从不同的视角投影在观看屏2上以自动立体图形形式对接的立体对左右图像。在投影仪(其光栅由透镜7组成)一侧的立体屏(图1和2)的第一层，在立体屏(其光栅包括透镜8)中心(第二)层上形成自动立体图形式的投影透镜系统4l与4r输出光瞳的所有图像的图像。第三层(其光栅包括透镜9)对相应的观众眼睛3l与3r将投影透镜系统输出光瞳的每幅图像以方位图形式聚集到这些图像对应的观看区。传感器6或多只独立的传感器6接收与各观众眼晴空间定位坐标相关的光信号(e)，再产生供给自动校正器5的自动校正信号。校正器对所述信号作出响应，用独立的驱动器沿(d)方向移动每对预定的投影透镜系统4l与4r，而(d)方向平行于相应观众眼睛的移动路径，使各观看区与相应的观众眼睛作独立的动态对准。在观众眼睛的任一位置点，或当观众在横移时，自动校正能让任何观众持久地看到清晰的立体效果，相互之间无关。

根据图3，立体投影系统用投影透镜系统1l与1r将立体图左右对接的图像投影到立体屏的透镜光栅11上，在平面10上形成自动立体图或方位图(有同时投影的若干立体对)。观众一侧的第二光栅12用自动校正器6的驱动器沿(d)方向动态偏移，让观众从任何视角而且在立体像观看扇区内模移时可持久地看到清晰的立体效果。该立体系统可以形成(无投影与背面光栅11)在视频监视器、电视机、计算机监视器的屏上(平面10内)，作为立体照片、立体示图、商店陈列窗或广告牌。

同样地，根据图1立体投影系统的实施例，图4和5的立体系统可同时投影多幅立体对图像，预定观众相应地眼睛观看各立体对图像区独立地自动校正。

在图5和6的立体系统中，监视1l形成立体对左像，监视器1r形成右像。多个小型投影传真照片透镜系统17和宽角小型透镜系统18以及偏转镜19，每个都将立体对一部分全屏图像区投影为立体像。立体屏10的透镜光栅(位于该屏背面)将全屏图像形成自动立体图形式。由自动校正器的驱动器偏移的立体屏10的可动正面光栅(位于观众一侧)，在观众横移时将立体对左右全屏图像的观看区动态对准观众的左右眼。

工业应用性

应用生成透镜-光栅屏、立体投影仪的已知制造技术，能以商业规模生产上述所有申请的立体系统，还可使用已知的自动校正系统，所以工业适用性是明显的。这些立体系统能变成批量生产的物品，而在竞争方面远远胜过任何已知的同类物品，因为现有的同类物品没有有效的立体系统动态校正功能在观众横移时以任何视角持久地提供清晰的立体效果。申请的立体系统可最大限制地确保舒适地观看立体像。

按照条约第19条的修改

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，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，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，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。

6.一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，产生立体像的设备包括一个监视器，监视器具有用于形成自动立体图图像的双凸透镜光栅立体屏，监视器的立体屏在屏上构成具有一定透明度的定向透射，用于形成可在屏平面内移动并由双凸透镜光栅聚焦到预定分离立体方位的立体对图像，供预定的观众在自由移动时观看每个立体对，为此，监视器包括一自动校正器，用于在立体屏上平行于双凸透镜光栅分别移动图像单元，从面由双凸透镜光栅以光学方法将每个立体方位对准预定观众的眼睛，为此，该系统包括一只分别测定各观众眼睛空间位置坐标的传感器，该传感器接至自动校正器，向后者产生控制信号。

7.一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，该屏包括分离的双凸透镜光栅，立体像形成设备是一种监视器，屏幕出射定向光或者以一透明度透射，或者是一种立体投影系统，用于在立体屏上形成立体对的固定图像，将每幅立体对图像的定向光发射给立体屏一预定分离双凸透镜光栅的透镜，由透镜将任何预定立体对的屏图像聚焦到一预定方位，让一预定观众在自由移动中观看该立体对，为此，监视器或投影系统包括一自动校正器，按每位观众眼睛的位置分别移动不同的双凸透镜光栅，该自动校正器包括若干接至每块分离的双凸透镜光栅的驱动器，分别沿屏相对于光栅投影的屏立体对图像移动该光栅，使每一有关立体方位以光学方法对准有关观众的双眼，为此，该系统包括一分别测定每位观众每只眼睛之空间位置坐标的传感器，该传感器接至自动校正器，对后者产生控制信号。

8.一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，形成立体对屏图像之固定立体方位的设备包括一种监视器，屏幕出射一定向光或者用双凸透镜光栅作具有一定透明度的透射，形成的立体对图像数量等于观众人数，或者该设备包括一带双凸透镜光栅立体屏的立体投影系统，立体投影仪数量等于观众人数，各立体投影仪的投影透镜置于空间中，立体屏把各立体投影仪之透镜投影的一个立体对的屏图像聚焦到某一立体方位上，供一名预定的观众观看，在立体像形成设备的任一实施例中，观众席置于观看立体像的扇区里，各观众席可在观众移动区内移动，观众的眼睛对准一个预定的立体方位，该系统还包括带驱动器的自动校正器，驱动器接至各观众席，分别将观众席连同该观众移动到最佳观看立体效果的位置，为此，该系统还包括一只分别测定每位观众每只眼睛之空间位置坐标的传感器，该传感器接至自动校正器，对后者产生控制信号。

9.如权利要求1～5、7、8中任何一项所述的立体系统，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，如校正几何误差和/或半色调的曲面反射镜或透镜，而且/或者配有调整图像场内亮度或色度的彩色滤色器。

10.如权利要求1～9中任何一项所述的立体系统，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。

Claims

1.一种不用镜片观看立体图像的立体系统，包括：

具有立体像的板或形成立体像的立体屏，

一光学系统，用于以立体对左右图像交错的形式，把立体对左右图像分成左眼看左帧、右眼看右眼的相应区域，

还包括一个具有立体投影仪与立体屏的投影系统，

其特征在于

该系统配备了具有驱动器的自动校正器，可以使光学系统相对自动立体图的平面，或对立体对图像作光学分离的元件，或投影物镜，或观众席进行移动，以便就观众左眼看立体对左像和右眼看立体对右像的立体屏形成区作动态光学对准，观众可自由舒适地坐着或在观看所述立体像的扇区内移动；

该系统还包括：

耦合至自动校正器的传感器，用于监视观众眼睛的空间位置坐标，并产生供给自动校正器的控制校正信号；

具有立体像的板或形成立体像的屏或观看立体屏均可相对其平面的空间定向轴转动，或者透镜光栅可沿立体像平面移动，或立体投影仪具有可沿立体屏移动的其投影物镜，或观众席可以相对立体屏移动，为此，自动校正器包括一耦合至该立体系统的所述可动部件的驱动器。

2.如权利要求1所述的立体系统，其特征在于，包括多台立体投影仪或一种带分光光学系统的立体投影仪，可从不同的投影视角同时将多幅全屏立体图案提供在一公共立体屏上，同时观看由观众决定的每幅分开投影的立体像，

自动校正器配有驱动器，并耦合至每块投影物镜，用于同时对观众用左右眼分别观看分立立体对之左右图像的相应区域作自动动态对准，

自动校正器包括耦合至每块独立投影物镜或观众席的自动驱动器；以及一只或多只传感器，所述传感器用来自动测定每位观众眼睛的空间排列坐标，以产生供给自动校正器的信号。

3.如权利要求1或2所述的立体系统，其特征在于，立体屏具有一种用回射器制面的回射型反射镜-透镜光栅，做成球面微透镜形式，在所述微透镜后侧有一反射镜涂层；

立体投影仪的投影物镜靠近观众头部，使投影立体对左像的物镜在左侧靠近观众头部中央，而投影立体对右像的物镜在观众头部的右侧；

投影物镜与立体屏透镜光栅的光学结构设计成用立体屏分别将物镜投影的立体对右像的图像只反射到观众的右眼视区，而把物镜投影的左像反射到观众的左眼视区；

自动校正器配备单独耦合至每块投影物镜的自动驱动器，能沿平行每位观众头部移动的路径同步偏移所述物镜，和

耦合至自动校正器的传感器或多个传感器，可独立地测定每位观众眼睛的空间排列坐标。

4.如权利要求1或2所述的立体系统，其特征在于，对半透镜观看立体屏作立体投影时，该立体系统上有一立体投影仪，用于分开投影立体对左右图像的部分区域，因而该光学系统包括多对带偏转镜的投影物镜；

在每一对中，第一投影物镜是一个传真照片透镜，它位于半透明屏的端面，并被定向成将投影导入第二宽角投影物镜的输入光瞳中，在立体屏上作放大投影；

偏转镜位于第二物镜出射光瞳后面，将投影导向到一部分立体屏区域中；

带偏转镜的所有物镜在整个立体屏区域内共同形成全屏左右立体对图像；

可动透镜光栅耦合至自动校正驱动器的立体屏对区域作动态对准，使观众的左右眼分别选择观看左右立体对图像。

5.如权利要求1～3所述的立体系统，其特征在于，在每对向一位观众投影左右立体对图像的投影物镜中，安装独立光学校正元件，用于校正几何失真，而且/或者安装半色调或彩色滤色器，用于均衡像场的亮度与色度。

6.如权利要求1～3或5的立体系统，其特征在于，为在宽幅或全景立体屏上作立体投影，该立体投影系统具有若干投影仪，利用位于优化投影点的独立投影仪或独立投影物镜，将立体对左右全像的各部分分开投影在立体屏的分离扇区中。

7.如权利要求6所述的立体系统，其特征在于，立体投影系统以立体对左右帧交错的形式分开投影在屏上投影的立体像的中央部分；在屏最左边部分，投影所述立体对一部分左帧的单像，在屏幕最右边部分，投影所述立体对一部分右帧的单像。