CN1405623A - 一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，它与信息处理系统配合可构成完整的无镜式立体影视显示终端，适于制作无镜式立体PC显示器和立体电视，该光学引擎由立体成像屏幕1和立体成像投影器两大部分组成，本发明方案简单，立体影像效果好，临场感强，可以有大的视场角和无限远的景深，观看时不需佩戴特制眼镜，可兼容现有平面显示模式，屏幕成本低，投影系统随着技术的进步有很强的可升级性。

Description

一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎

本发明涉及一种立体影视光学系统。

立体影视系统可分为有镜(特殊眼镜)式和无镜式两大类型。有镜式是大家最熟悉的，一般包括偏振分光法、分色法、时分法和空分法，它们必须依靠佩戴特制的眼镜并与显示装置相配合才能使影像产生双眼视差而形成立体感，因其使用不太方便而不易被大众普遍接受，而无镜式立体影视装置因使用自然、方便、有强烈的真实感、适合集体观看而受到人们的广泛关注。目前无镜式立体影视技术发展情况主要有栅条法、激光投射法和全息法等几种。栅条法所提供的立体影像观看范围窄小、遮光的栅条使光能利用效率降低，无多大实用价值；全息法虽然可以显示较好的立体影像，但本身的特性使之在电视领域暴露出许多缺点：应说明的是全息(平面全息)成像与立体影视在技术上有着较大的差别，一般来说全息术包括波前记录和再现两个方面；波前记录是由物光波(透射光或散射光)和参考光波(激光)相干涉而在平面记录材料上形成干涉条纹，它包括了物光波的振幅和相位信息，这种条纹非常精细，不容易被实时、快速和直接地转换成电信号，另外，由于其对相干光光程差的敏感性，为防止记录过程中干涉条纹的运动，避免全息图条纹对比度下降，全息记录装置必须固定在防震台上，这对电视摄像的实时性和移动灵活性显然不太合适，即使是使用很高速度的快门，当然在这里并不排除用摄像机进行数据采集而形成计算机全息图。而全息图的再现一般是指计算机全息图，其复杂的算法和慢速的输出设备极大地制约了信息的传递和成像的实时性，且用大尺寸的液晶板作屏幕成本高、再现光能的利用效率低。还有一种就是激光投射立体图，可在高速旋转的螺旋叶面所形成的空间中显示简单的立体图形，优点是主观亮度高，其缺点是成像速度慢，图像呈线条状，影像有透明感，不能呈现广阔的影视场景，激光对眼睛直接构成伤害，设备复杂、机械磨损大，寿命短。其它还有一些三维成像技术，一般用于商品、文物的展示，适合显示一些单个物体及窄场景的立体图像，属于实物显示的范畴，无法真正实现宽场景的立体影视效果特别是异地传送的实时立体影像。纵观这些立体影视系统之所以未取得实质性进展，其重要原因之一是试图使用少量的图像信息和简单的方法去构成复杂的立体画面，而回避立体影像庞大的信息量给系统带来的巨大压力，没有形成一套切实可行的系统解决方案。如今要制作不戴眼镜的立体影视系统，必须正视自然规律，正视巨大的立体影像信息量给系统制作带来的困难。对于今后的立体影视系统来说，既要有别于现今的双眼视差成像的简单方法，又要有技术的延展性(运用成熟的图像处理技术并与其发展方向相适应)和成像的实时性，兼容现今的平面显示模式，成本适中，容易商品化。这种影视系统从不同的观察角度可看到景物不同的层面，正是因为有巨大的立体图像信息量作为保证。

本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种立体影像效果好，临场感强，观看时不需佩戴特制眼镜的准波场合成无镜式立体影视光学引擎，它光能利用效率高，可做成背投、反射式正面投影和大屏幕、宽场景，外型可与普通电视相似；兼容性好，用软件控制的方法可以方便地兼容现今的平面显示模式和产生一些特殊的显示效果；屏幕结构简单、成本低、容易制作；投影系统随着技术的进步有很强的可升级性，还要便于信息的采集、存储、压缩和传输。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，由立体成像屏幕和立体成像投影器两大部分组成，立体成像屏幕主要包括垂直扩散屏和二次傅里叶变换透镜；

垂直扩散屏，它是将许多长条形凹或凸半柱状微透镜按水平方向均匀、紧密排列于一张光学塑料板上构成，也可以用许多细棒(圆柱)状透明材料单层紧密平铺于两片玻璃板中而成，也可为塑料薄膜光栅，使用时其柱状镜轴线呈水平状态，齿纹可为凹、凸半圆柱面状或棒状，亦可为非半圆柱面状(如双曲面或椭圆曲面状)，使立体投影器从各个角度投射来的光线在通过屏幕时产生垂直方向的均匀散射，而不改变光的水平传播方向(光束的定向扩散)，让屏上像素点的光上下方向均匀散射，使观察者在观察区域不同高度处均能见到屏上的图像；

二次傅里叶变换透镜，它使用了一张菲涅耳凸透镜，其大小与垂直扩散屏相同，垂直扩散屏的凹凸面(齿面)应与菲涅耳透镜齿面紧密贴合；根据屏幕大小的不同，适当选择菲涅耳凸透镜的焦距，使之产生一个合理的放大倍数，就可以用口径较小的立体投影器获得更大观看范围的立体场景；

立体投影器，使用了多个普通投影器，将每个投影镜头的有效出射光瞳均做成垂直线状，且使它们在水平方向紧密排列为一列或等效水平排列为一列，对立体成像屏幕同时进行投影，并且所有投影均成像于屏幕相同矩形区域，做到上下左右和边缘对齐、中心重叠；驱动各投影器的图像信号分别是按抽样定理对景物(或计算机虚拟3D图形)摄取的空间位置相邻的立体相关图像序列，并使每个投影器投射到屏幕上的像都为正立的实像，投影器阵列中的图像排列顺序与实际拍摄时的左右顺序相反。

所述的立体投影器为多目式虚拟线状光瞳立体投影器：电光变换器件用普通透射式光阀，也可以用反射式光阀，将任一单目投影器的投影镜头之有效出射光瞳敞露开来(先假设光阀有理想的光调制特性，即无光的散射现象)，由线状发光源发出的光线通过旋转光盒、导光组件、照明校正器、聚光镜等的处理后在投影镜头处形成线状光斑(虚拟线状光瞳)，这个光斑在旋转光盒、导光组件的协同作用下在投影镜头最外端作水平方向的不断扫描移动，当扫描频率足够快时，其一个敞开出射光瞳的投影器等效为由许多垂直线状光瞳投影器所组成。

因立体影像信息量很大，在本装置中使用的光阀必需要有很高的速度和较小的光散射，采用多组投影器同时工作将有效降低对光阀速度的要求。

通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点：它可以将演出现场的物光波场“搬移”到观众家中，准波场合成无镜式立体影视光学引擎与信息处理系统配合可以构成完整的无镜式立体影视显示终端，适合制作立体PC显示器和立体影视显示装置(如立体电视)，该光学引擎方案简单，制作较为容易，继承了现今图像处理的成熟技术，能很好的适应未来技术发展，立体影像效果好，临场感强，可以有大的视场角和无限远的景深，观看时不需佩戴特制眼镜，偏移头部使眼睛一高一低时不会看到双影而产生眩目感，适合进入家庭；光能利用效率高，可做成背投、反射式正面投影和大屏幕、宽场景，外型可与普通电视相似；兼容性好，用软件控制的方法可以方便地兼容现今的平面显示模式和产生一些特殊的显示效果(只需要将送到各个投影位置上的像全部由相同的像替代即可，这只与软件有关，光学系统本身不需作任何变换)；屏幕结构简单、成本低、容易制作；投影系统随着技术的进步有很强的可升级性。因采用对立体信息垂直视差分量的最小化(由垂直扩散屏实现)，成像端所再现的物光波场变为准物光波场，系统信息量大幅下降，便于信息的采集、存储、压缩和传输。

图1a为垂直扩散屏正视图，图1b为垂直扩散屏侧视图

图2为光线通过垂直扩散屏示意图

图3为立体成像屏幕结构图

图4为多目式虚拟线状光瞳立体投影系统俯视图

图5为反射式光阀投影系统侧视图

图6为光路俯视图

下面结合附图对本发明作进一步的描述

在几何光学中，主要考虑光的振幅分布情况，物体所在空间参考平面上任意一点的光波场分布可以由理想小孔和小孔后面的像的几何对应关系来等效，即参考平面上任一点的光出射具有水平和垂直各向异性；而因双眼的水平分布特性，可以舍去垂直方向的图像视差，立体影像则可以由许多连续的小孔所组成的一水平窄缝和各小孔后面对应的像来近似，在成像端则由这些小孔投影图像与屏幕的几何对应关系经空域变换后还原为物体空间的准物光波场分布，此时所看到的影像与物体所在空间相似，有真实立体感，只是因屏幕尺寸大小不同而比例不同(将物空间的光波场“搬”到了观察者家中)。从以上叙述可以看出：立体影像可以由一列组成水平窄缝的连续小孔与这些小孔投射图像的几何对应关系来构成。基于上述思路，设计出了由水平投影阵列和垂直扩散屏及二次傅里叶变换器组成的立体影视光学引擎，即将一组空间相关图像序列用多个水平连续排列的水平空间域受限的垂直窄缝式光瞳投影器从不同角度同时或分时对立体成像屏幕进行投影而合成物空间的光波场或虚拟物景波场，由单个投影器(普通投影器)投射出的宽度等于投影器投影镜头出射光瞳水平尺寸的光线会聚(成像)于垂直扩散屏(本制作运用投影器的重要原因是其拥有出射光的矢量属性)，光在垂直方向上被屏幕上水平排列的柱状透镜均匀散射后出射，而水平方向并不改变传播方向。此时垂直扩散屏上任意一点的出射光在水平方向上由所有投影器从各自的方位投射来并自然交会后发出，若各投影器投向屏上任一点的光的强弱、色彩各不相同，则垂直扩散屏上任意一点的出射光具有水平各向异性和垂直各向同性。水平各向异性是携带立体信息的基础，而垂直各向同性使立体信息量大幅度降低，且不影响观看的立体效果。最后，所有投影图像还要经过菲涅耳透镜进行第二次傅里叶变换(简称二次傅里叶变换，投影镜头为第一次图像分组傅里叶变换)，使从各投影器发出的光线分别会聚在观察参考平面之水平方向对应位置的规定宽度内，形成多条紧密排列的垂直亮带(波场)，亮带的宽度越窄，合成波场的精度越高，但在一定的水平尺度内所使用的投影器数量也需要越多，这时屏幕上的出射光在观察参考平面近域空间合成了物空间的光波场分布，其观看可用区域宽度越大，投影数亦应越多。

本系统按结构可将其分为立体成像屏幕1和立体投影器两大部分，立体成像屏幕由垂直扩散屏2和二次傅理叶变换透镜所组成。

如图1所示，图1a为垂直扩散屏正视图，图1b为垂直扩散屏侧视图，垂直扩散屏2是将许多长条形凹或凸半柱状微透镜按水平方向均匀、紧密排列于一张光学塑料板上构成，它的加工方法亦很简单，如用透明光学塑料(PMMA等)板或薄膜经热模压后成型，也可由光学塑料直接热挤压产生，成本低，可根据实际需要(屏幕尺寸、形状)裁剪成不同大小供使用。亦可用许多细棒(圆柱)状透明材料单层紧密平铺于两片玻璃板中而成。可使用现有的塑料薄膜光栅，但与普通薄膜光栅有所区别：(1)使用时齿纹轴线呈水平状态；(2)作为屏幕使用；(3)齿纹可制成凹、凸半圆柱面状或棒状，亦可制成非半圆柱面状(如双曲面或椭圆曲面状)，且对齿纹宽度无严格限制；(4)载体厚薄不限；(5)可应用于透射型和反射型立体成像屏幕。其作用是使立体投影器从各个角度投射来的光线在通过屏幕时产生垂直方向的均匀散射，如图2所示，而不改变光的水平传播方向(光束的定向扩散)，让屏上像素点的光上下方向均匀散射，使观察者在观察区域不同高度处均能见到屏上的图像。从各个方向投射过来的光线在垂直方向上的扩散角大小由影响柱状透镜焦距的材料折射率、柱状透镜的曲率半经和曲面弧长来决定。而扩散角的大小决定着光能的利用效率即影像的主观亮度和观看区域的上下观看范围，扩散角大则主观亮度低但上下观看范围宽，扩散角小主观亮度高而上下观看范围窄，应合理选取。当扩散角足够大时，投影器在垂直方向上的安装位置可任意确定，即投影器具有垂直方向安装位置的无关性(投影器可等效水平排列)，一般光学塑料薄板的折射率约为1.5左右，由此可见要改变扩散角的大小，应主要采用加工不同曲率半经和弧长的柱状镜的方法来解决。条形柱状镜在屏上应制作得多一些、细一些为好，这样，不仅可以使柱状镜本身的尺寸不影响投影影像的像素尺寸，还可以分割像素，使图像更细腻，但也并不是越多越好，一是制造难度增加，二是太细的柱状镜会有光的干涉现像产生(由米氏散射可知，只有当散射条半经r远大于入射光波长λ时，散射现象才与波长无关)。实验中采用了多条直径为0.31毫米的棒状透明材料紧密平铺在玻璃板上制成的屏幕即已获得了很好的影像质量。从任意角度观看普通平面图像，像总在平面上的固定位置处，不管在任何方向观察其像素的主观亮度不变，无立体感可言，这是因为屏上的每一个像素点的出射光，遵从余弦发射规律以球面立体角向外均匀散射，为光发射各向同性，甚至连屏幕的后面光强亦同样高，不仅无法形成立体图像，且屏幕后方和侧面的光能全部浪费而得不到充分利用。而本系统投射到屏上的光线被有效地控制在规定角度范围内，屏幕侧面和后方没有光线射出，一是能源利用效率高、电源消耗省，影像亮度提高；二是机内无杂散光干扰(指背投)，图像背景更加干净。

见图3所示，二次傅里叶变换透镜使用了一张菲涅耳凸透镜3，其大小与垂直扩散屏2相同，一般有塑料薄片和薄膜两种。根据屏幕大小的不同，适当选择菲涅耳镜的焦距，使之产生一个合理的放大倍数，就可以用口径较小的立体投影器获得更大观看范围的立体场景，这可以使立体投影器的体积小型化，有利于生产、安装和降低成本。垂直扩散屏凹凸面(齿面)应与菲涅耳透镜齿面紧密贴合，并将四周粘固密封，防止灰尘进入，大尺寸的屏幕应装入坚固的框架内以防走样。在背投式立体影视系统的实际应用中，屏幕的放置方向应是菲涅耳透镜在内垂直扩散器在外，这样做的效果一是美观，二是合成波面的失真最小；若放反了位置，则合成波面将产生一定的枕形畸变。

值得一提的是，普通大屏幕背投电视机的屏幕部位亦采用了菲涅耳透镜，其作用是为提高光能的利用效率而使投射到屏幕上的光线聚积到屏幕前方较大的观看区域，从理论上讲出射光线为平行光，投影镜头位于菲涅耳透镜的物方焦平面上。而本系统中菲涅耳透镜与上述屏幕中的菲涅耳透镜在作用上有着本质的区别：第一、作二次傅里叶变换，投影器投影镜头位于菲涅耳透镜物平面上，出射光线将精确会聚于观察参考平面上之指定位置处，当只有一个投影器发光时(可以用一个灯泡演示)，用一普通屏幕置于观察参考平面处可形成一条预定宽度的清晰的垂直亮带或亮线，眼睛只有在这个亮带内才能看到立体屏幕上满屏的图像。第二、有效的利用了菲涅耳透镜的放大作用，从而减小了投影阵列的水平总尺寸，使立体投影器体积的小型化得以实现。第三、在观察区域内主观亮度分布均匀。上述是透射式背面投影立体成像屏幕的结构；若制作反射式正面投影立体成像屏幕时，应在垂直扩散屏2齿面部位镀一层反光膜再与菲涅耳凸透镜3贴合。要特别说明的是反射式投影系统对观看环境中其它杂散光源有严格的限制，否则会在屏幕上产生竖条形光斑而干扰正常画面；本制作将主要围绕透射式背面投影立体影视屏幕和系统进行。理论和实践证明，在犬视角的影视系统中能得到更好的立体影像效果，故应优先采用水平尺寸宽大的屏幕。屏幕立体成像性能的验证：用一水平透光窄缝(等效为立体投影器)与屏幕拉开一定距离后将自然景物成像于屏幕处(其距离决定像的大小)，或用一孔径稍大的凸透镜将自然景物投射到屏幕上成像，此时可在屏幕的另一端观察到清晰、缩小的景物立体倒像，并且感觉不到屏幕的存在。

如图4所示，图4用普通透射式光阀(已包括起偏器和验偏器)作电光变换器件，立体投影器使用了多个普通投影器，将每个投影镜头12的有效出射光瞳13均做成垂直线状(设垂直线状光阑)，且使它们在水平方向紧密排列为一列或等效水平排列为一列，对立体成像屏幕1同时进行投影，并且所有投影均成像于屏幕相同矩形区域，做到上下左右和边缘对齐、中心重叠；驱动各投影器的图像信号分别是按抽样定理对景物(或计算机虚拟3D图形)摄取的空间位置相邻的立体相关图像序列，并使每个投影器投射到屏幕上的像都为正立的实像，投影器阵列中的图像排列顺序与实际拍摄时的左右顺序相反。立体投影器为多目式虚拟线状光瞳立体投影器，电光变换器件用普通透射式光阀4，也可以用反射式光阀5，将任一单目投影器的投影镜头12之有效出射光瞳13敞露开来(不设垂直线状光阑，先假设光阀有理想的光调制特性，即无光的散射现象)，由线状扫描光源中的线状发光源14发出的光线通过旋转光盒11、导光组件6、照明校正器10、聚光镜8等的处理后在投影镜头12处形成线状光斑9(虚拟线状光瞳)，这个光斑在旋转光盒11、导光组件6的协同作用下在投影镜头12最外端作水平方向的不断扫描移动，当扫描频率足够快时，其一个敞开出射光瞳的投影器等效为由许多垂直线状光瞳投影器所组成，见图6，其光路有两套共轭系统，一套是由普通透射式光阀4、投影镜头12和屏幕组成，另一套由旋转光盒11、导光组件6、聚光镜8组成，线状扫描光源由旋转光盒11和导光组件6构成，旋转光盒11内部使用了数量与立体投影器目数相同的透镜组，中心有线状发光源14，在伺服电机的驱动下可以使光能聚焦在导光组件6输入端围成的光源共轭旋转圆环7上，在导光组件输出端可形成多组余辉时间非再常之短的高亮度线状扫描光源，弯曲导光组件可使其输出端与多种立体投影器相匹配。还可以在投影器与屏幕之间放入平面反射镜来折叠光路以改变二者的相对位置，近一步缩小立体影视系统整机体积。上述的导光组件6由许多一定厚度的光学塑料或玻璃薄片镀上反光膜(两个端面不镀)后叠合而成或用光纤组合而成。光输入端分布于旋转光盒11的共轭旋转圆环7处，输出端分组紧密排列在各投影器照明校正器10上，光源旋转共轭圆环7上排列的导光片端面在相邻导光组件之间留有一定的间隙即暗阱15，暗阱15使扫描的光源给光阀4提供一个照明间隔时间，用来使光阀上的图像从本目(分组)最后一帧的最后一行刷新回到最前一帧的最后一行而完成光阀图像的准备过程，这是由构成光阀材料的物理惯性所确定的，它应等于或大于光阀的帧响应时间，在这个准备周期内图像是不会被传递到屏幕上的(这个位置可以用来制作夹持导光组件的固定装置)。旋转光盒11内透镜组的数量与投影器的目数是相同的，若使用多个凸透镜为一组，则应使靠近发光源的这只主凸透镜离光源尽量近一些，这样可以用小尺寸的透镜和透镜组得到最大的光能利用率，使旋转光盒的体积小、重量轻；所有主凸透镜应切制成合适的方形或长方形，围绕发光源紧靠成一圈，也可用内部开有棱形通孔的玻璃圆球来替代以便减少光盒中元件数量并使其容易安装定位。微调副凸透镜的位置，可以使光能聚焦在导光片输入端围成的光源共轭旋转圆环7上。采用多路透镜组和线状光源组成共轭旋转光盒的原因有四点：第一、高速扫描的图像信息在每目投影镜头出射光瞳的不同位置随扫描光斑的不断运动相应地变化，但位置不同的图像不能相互叠加，否则会使立体影像产生重影(近景和远景部位的像差大重影亦大，中景部位的像差小重影亦小)，所以必需使照明光源在位置移动后的余辉时间非常之短；第二、光源在某一位置处的停留时间很短，为获得足够的主观亮度，线状光源(此处指导光片光输出端)自身的输出光强必须很高。显然，荧光粉类的光源因余辉时间不可能做得非常之短，LED类的亮度还无法满足要求(若LED的亮度足够，这种扫描光源的结构将非常简单，立体投影器结构将大为简化)；第三、考虑到光源的同一性；若用多个光源分别照射各组投影器，则各光源在使用中会因制造的差异和老化速度不同而有色温和亮度的离散，势必使合成波场不均匀而影响立体影像的整体质量。第四、此方案的投影器位置固定、体积小，安装和维护方便，并有利于将来光源的升级换代。导光片起旋转光盒光学共轭圆弧面到投影器照明位置的光能耦合(传递)作用，目的是将光源沿投影中心外缘运动的扫描方式通过导光片的连接过渡变换为光盒共轭光斑旋转运动的循环扫描方式。显然，单片导光片的厚度应小于输入端线状光斑的水平尺度，薄一些的导光片组合好后在光输出端形成的照明光斑更加精细。为什么要在其上镀反光膜呢？因为导光组件是层与层叠放在一起的，中间没有空气间隙，不能满足n2＞n1的全反射临界条件，所以采用了在薄片上镀反光膜的方法，一是防止导光片之间的光线相互串扰，二是提高导光片的光能传递效率；薄片可使用软或硬的透明光学材料制作，当然软性的材料容易弯制成合适的形状。亦可以在导光片的输入和输出端面上镀增透膜进一步提高光能的传输效率，实际上将光纤经适当的处理后可替代导光组件。导光片输出端的输出光可看成是输入光在材料上激发的子波源经多次反射传递后形成，其发散角较大，光能有所损失。在此处应加入照明校正装置，使通过其上不同位置处的扫描光源产生适当的偏转，让出射中心一直指向光阀中心，它可由半柱状菲涅耳透镜构成，其目的是提高光源能量的利用效率。投影器盒内部其它非光学部件则应一律消杂光处理。发光源，从理想的情况来考虑光源的形状应是一条非常细的丝状，但实际上这种高功率的光源是不存在的，一般成品的线状光源有螺旋形的热丝，也有气体放电的高压冷光源，当它们竖直放置时，其发光部分在水平方向上总有一定的尺度，如果这个尺度太大将使投影镜头处的光斑水平尺寸增大，即是说虚拟线状光瞳尺寸增大，它是立体影像产生重影的重要因素，故应尽量地采用发光部分直径细小一些的光源，以便将重影控制在眼睛能够察觉到的限度以内。光源共轭点处的能量密度较大，若光盒停止转动，对导光材料等可能带来物理上的损害如变形、变质、燃烧等，故需要设置光盒停转和启动保护装置，保证只有在光盒转动正常时光源才能开启；还应设置隔热、散热装置和热保护装置等，选用阻燃材料制作光盒并考虑热膨胀带来的影响。

图5则用反射式光阀(如LCOS，其对偏振光的利用效率高、彩色化容易、速度快)作电光变换器件，图5是根据对称性原理将图4光路折叠后形成，在用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)作光阀器件时，聚光镜用一片短焦菲涅耳透镜16贴在LCOS的ITO玻璃上，它对入射光线进行了两次会聚变换，其作用是双倍的，但这种菲涅耳透镜需要有较高的精细程度以保证对光阀图像引起的失真最小。

Claims (7)

1、一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：由立体成像屏幕(1)和立体成像投影器两大部分组成，立体成像屏幕主要包括垂直扩散屏(2)和二次傅里叶变换透镜；

垂直扩散屏：它是将许多长条形凹或凸半柱状微透镜按水平方向均匀、紧密排列于一张光学塑料板上构成，也可以用许多细棒(圆柱)状透明材料单层紧密平铺于两片玻璃板中而成；也可为塑料薄膜光栅，使用时其柱状镜轴线呈水平状态，齿纹可为凹、凸半圆柱面状或棒状，亦可为非半圆柱面状(如双曲面或椭圆曲面状)；

二次傅里叶变换透镜：它使用了一张菲涅耳凸透镜(3)，其大小与垂直扩散屏(2)相同，垂直扩散屏(2)的凹凸面(齿面)应与菲涅耳透镜(3)齿面紧密贴合；

立体成像投影器：使用了多个普通投影器，每个投影镜头(12)的有效出射光瞳(13)均为垂直线状，它们沿水平方向紧密排列为一列或等效水平排列为一列。

2、根据权利要求1所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的垂直扩散屏(2)可用于透射型和反射型立体成像屏幕。

3、根据权利要求1所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的垂直扩散屏(2)为塑料薄膜光栅时齿纹宽度无严格限制，载体厚薄也不用限制。

4、根据权利要求1所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的立体投影器为多目式虚拟线状光瞳立体投影器：电光变换器件用普通透射式光阀(4)，也可以用反射式光阀(5)，将任一单目投影器的投影镜头(12)之有效出射光瞳(13)敞露开来(先假设光阀有理想的光调制特性，即无光的散射现象)，由线状扫描光源中的线状发光源(14)发出的光线通过旋转光盒(11)、导光组件(6)、照明校正器(10)、聚光镜(8)等的处理后在投影镜头(12)处形成线状光斑(9)(虚拟线状光瞳)，这个光斑在旋转光盒(11)、导光组件(6)的协同作用下在投影镜头(12)最外端作水平方向的不断扫描移动，当扫描频率足够快时，其一个敞开出射光瞳的投影器等效为由许多垂直线状光瞳投影器所组成。

5、根据权利要求1、4所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的线状扫描光源由旋转光盒(11)和导光组件(6)构成，旋转光盒内部使用了数量与立体投影器目数相同的透镜组，中心有线状发光源(14)，在伺服电机的驱动下可以使光能聚焦在导光组件(6)输入端围成的光源共轭旋转圆环(7)上，在导光组件输出端可形成多组余辉时间非常之短的高亮度线状扫描光源，弯曲导光组件可使其输出端与多种立体投影器相匹配。

6、根据权利要求1、4所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的导光组件(6)由许多一定厚度的光学塑料或玻璃薄片镀上反光膜(两个端面不镀)后叠合而成或用光纤组合而成。

7、根据权利要求1所述的一种准波场合成无镜式立体影视光学引擎，其特征在于：所述的立体成像屏幕(1)和立体投影器之间可以放入平面反射镜来折叠光路以改变二者的相对位置，进一步缩小立体影视系统整机体积。

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