CN203422528U - 一种投影式裸眼立体显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种投影式裸眼立体显示系统，包括发光单元与显像系统，发光单元为投影仪，显像系统包括自靠近投影仪一侧依次设置的雾度可调单元、透明材质屏幕与光学透镜单元，显示器还包括调节雾度可调单元电压大小的电压调节器。通过设置雾度可调单元与电压调节器，可根据实际立体投影的观看需求通过调节电压值来调节雾度可调单元的雾度值，如：根据视距、图像明亮程度、观察者的高矮、观察者的人数、是否需要左右或前后移动等来调节雾度可调单元的雾度，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的最佳立体投影效果的目的，是现有立体投影技术的重大革新，扩展了立体投影技术的应用范围。

Description

一种投影式裸眼立体显示系统

技术领域

本实用新型属于显示影像的显示器装置，具体涉及一种投影式裸眼立体显示系统。

背景技术

裸眼3D原理：依据聚光及折射原理改变光行进方向，观赏者左、右眼在影像光线集中的设定区域分别看到不同画面，达到立体视觉感受。

一般在透明材质屏幕上贴一层柱状透镜膜，使得投影仪投影到透明材质屏幕上的图像经柱状透镜膜后可产生立体效果。但由于投影所成图案像素之间间距较大，观察者在最佳观看视距位置处稍有移动立体效果就会减弱，且画面过渡容易出现突变，另外还存在黑色条纹影响观看。

现有技术中描述了“裸眼立体视觉显示器（专利号：201110038308）”，该专利描述了一种立体显示装置，由多台同时工作的投影仪、一扩散板以及一透镜单元组成。其中扩散板位于透镜单元的焦深范围以及投影仪的成像范围内，投影仪发出的光经过扩散板扩散后再投射到透镜单元发生折射，可分别把投影仪发出的不同图案投射到人的左右眼，产生3D效果。其中多个投影仪紧密排列，扩散板起的作用是把投影仪射出的光线进行扩散，扩散后的光线再经过透镜单元所成的像的像素会变宽，像素间距会变小，当人眼观看时可看到更加柔和的图像且当观察者略微左右晃动时效果不会减弱，视觉效果比较好。透镜单元的作用是：把光线经行汇聚再发射，一般为微透镜整列，双凸透镜，此为一般裸眼立体显示的常规技术。该专利的主要特征还是在提供了一个扩散板。

但是由于扩散板的雾度不能变化，光线通过扩散板后的扩散角也是固定的，所以扩散后的人眼最佳视距范围也是固定的。因此此种装置灵活性不高，当有需要灵活切换观看效果与观看范围时，现有技术很难满足需求。

鉴于以上问题，有必要提出一种新型投影式裸眼立体显示系统，可根据实际立体投影的观看需求来调节雾度值，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的立体投影效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种投影式裸眼立体显示系统，可根据实际立体投影的观看需求来调节雾度值，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的立体投影效果的目的。

根据本实用新型的目的提出的一种投影式裸眼立体显示系统，包括发光单元与显像系统，所述发光单元包括用于发出交织图案的投影仪，所述显像系统包括从靠近至远离所述投影仪一侧依次设置的雾度可调单元、透明材质屏幕与光学透镜单元，所述显示系统还包括调节所述雾度可调单元电压大小的电压调节器。

优选的，所述雾度可调单元为聚合物分散液晶屏。

优选的，所述光学透镜单元为贴附于所述透明材质屏幕上的柱状透镜膜，所述柱状透镜膜为柱状阵列透镜或双凸透镜。

优选的，所述雾度可调单元位于所述投影仪的成像范围以及光学透镜单元的焦深范围内。

优选的，所述电压调节器的调节范围为0-250V。

优选的，所述投影仪发射的平行光穿过所述雾度可调单元时的扩散角0-80°。

与现有技术相比，本实用新型公开的投影式裸眼立体显示系统的优点是：本实用新型通过设置雾度可调单元与电压调节器，可根据实际立体投影的观看需求通过调节电压值来调节雾度可调单元的雾度值，如：根据视距、图像明亮程度、观察者的高矮、观察者的人数、是否需要左右或前后移动等来调节雾度可调单元的雾度，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的最佳立体投影效果的目的，是现有立体投影技术的重大革新，扩展了立体投影技术的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1的立体图。

图2为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压最大时的出射光线效果图。

图3为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压最大时a处光线输出效果图。

图4为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压最大时的观看区域效果图。

图5为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压较小时的出射光线效果图。

图6为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压较小时b处光线输出效果图。

图7为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例1电压较小时的观看区域效果图。

图8为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压最大时的出射光线效果图。

图9为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压最大时c处光线输出效果图。

图10为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压最大时的观看区域效果图。

图11为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压较小时的出射光线效果图。

图12为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压较小时d处光线输出效果图。

图13为本实用新型公开的一种投影式裸眼立体显示系统实施例2电压较小时的观看区域效果图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

10、投影仪20、入射光线30、PDLC屏40、透明材质屏幕50、柱状透镜膜60、出射光线70、左右眼

具体实施方式

传统的立体显示器由于扩散板的雾度不能变化，光线通过扩散板后的扩散角也是固定的，所以扩散后的人眼最佳视距范围也是固定的。因此此种装置灵活性不高，当有需要灵活切换观看效果与观看范围时，现有技术很难满足需求。

本实用新型针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种投影式裸眼立体显示系统，可根据实际立体投影的观看需求来调节雾度值，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的立体投影效果的目的。

一种投影式裸眼立体显示系统，包括发光单元与显像系统，发光单元为可发出交织图案的投影仪10，显像系统包括自靠近至远离投影仪10一侧依次设置的雾度可调单元、透明材质屏幕40与光学透镜单元，显示系统还包括调节雾度可调单元电压大小的电压调节器（未示出）。其中，电压调节器的调节范围为0-250V。对应的在雾度可调单元的电压产生变化时，其雾度值会产生相应的变化，因此投影仪发射的平行光穿过雾度可调单元时的扩散角会产生相应的比变化，扩散角的具体范围值为0-80°。

其中，雾度可调单元为聚合物分散液晶屏即PDLC屏30。通过调节雾度可调单元的电压值大小以调节其雾度，电压越大，PDLC屏的雾度值越低，当电压足够时，PDLC屏接近透明，当电压为0时，PDLC屏呈乳白色雾状。雾度可调单元位于投影仪的成像范围以及光学透镜单元的焦深范围内。PDLC屏雾度值越小，投影可视范围越小，但投影图案越亮；PDLC屏雾度值越大，则立体可视范围越大，但雾度过大后画面亮度会降低还会导致串扰现象，影响立体效果。

投影仪10可发出交织图案，交织图案为两幅具有视差的图像经特殊制作叠加成的图像，当把交织图案投影到透明材质屏幕40再经过光学透镜单元时，可把交织前的两幅图案分别传送到观察者的左右眼，从而实现裸眼立体显示效果。

光学透镜单元为贴附于透明材质屏幕40上的柱状透镜膜50，柱状透镜膜50可为柱状阵列透镜或双凸透镜。

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1至图7所示，投影仪10发出的入射光线20依次通过PDLC屏30、透明材质屏幕40与柱状透镜膜50后出射光线60到达观察者的左右眼，投影仪所投射出形成单个像素的光线的夹角为5°，PDLC屏30、透明材质屏幕40与柱状透镜膜50依次紧贴固定，总厚度为1mm。柱状透镜的半径为0.57mm，柱状透镜的栅距为0.3223mm，每个光学透镜覆盖两个投影像素。两个相邻像素经过柱状透镜膜50投影后分别以一定角度投射向观看者空间，当两部分投射光线相距约65mm时，此处位置距离柱状透镜膜约400mm。

当PDLC屏30所施加电压调到最大时，PDLC屏30接近透明，此时投影仪10发出的入射光线20直接穿透PDLC屏30到达柱状透镜50，此时的最佳观看区域为图2中所示A-B处，A-B之间的间隔约为65mm，即人左右眼分别位于A和B处时，可以看到立体图像，而在此区域之外看不到立体图像。图4的Y坐标为观看者左右移动方向，X坐标为观看者上下移动的方向，由图4还可以看出在A、B可观看视区域之间有明显的黑纹，当观察者略微左右晃动时会看到变化较突兀的画面，影响视觉效果。

当PDLC屏30电压较小时，此时，PDLC屏30雾度较大，平行光穿过PDLC时有30°的扩散角，此时的最佳观看区域为图5中所示A-B、C-D、E-F处，A-B、C-D、E-F之间间隔均约为65mm，即人左右眼分别位于A和B处、C和D处、E和F处时，可以看到立体图像，并且人眼可以在上下较大的范围内移动仍可见3D效果；但人眼可接收到的总光能仅有雾度最低时的1/3。由图7还可以看出在A、B、C、D、E、F可观看视域之间并无黑纹，当观察者左右晃动时不会感到画面的突兀变化，可以观看到较柔和的画面。

由上述对比可知，当PDLC屏30透明时，出射光线60发散角度小，单个像素光线仅在一个或两个柱状透镜上进行折射，从而造成投射出视点数仅有两个，投影光能分散到两个视点内，可观看立体效果的空间范围较小，当观察者上下或左右移动时图案会消失。但当观察人员较少又无需移动位置时，可把PDLC屏30电压调大使屏幕透明即可得到较佳较明亮的显示效果。当把PDLC屏30电压调小，PDLC屏30呈雾状，由于在投影屏幕上光线以较大角度出射，投影时可投射出3个可视区域，观看立体效果范围较大，当观察者上下或左右移动时仍可在较大的范围内观看到立体图像。因此当观察人员较多时，可以把PDLC屏30电压调小使屏幕雾度变大即可得到较佳显示效果,但是投影光能被分散到3个可视区域内，因此人眼接收到的光能会下降。

实施例2

请参见图1、图8-图13，投影仪10所投射出形成单个像素的光线的夹角为5°，雾度可调单元、透明材质屏幕与光学透镜单元依次紧贴固定，总厚度为7mm。柱状透镜的半径为3.2mm，柱状透镜的栅距为0.9924mm，每个光学透镜覆盖两个投影像素。两个相邻像素经过柱状透镜膜投影后分别以一定角度投射向观看者空间，当光学透镜单元投射出的两部分光线相距约65mm时，此处位置距离柱状透镜膜约740mm。

当PDLC屏30所施加电压调到最大，PDLC屏30接近透明，此时投影仪10发出的入射光线20直接穿透PDLC屏30到达柱状透镜膜50，此时的最佳观看区域为图9中所示A-B处，A-B之间的间隔约为65mm，即人左右眼分别位于A和B处时，可以看到立体图像，而在此区域之外看不到立体图像，且A、B相邻处有明显黑纹存在，当观察者略微左右晃动时画面会突变且视觉效果不好。

图11为实施例2中当PDLC屏30电压较小，PDLC屏30雾度较大时，平行光穿过PDLC时有60°的扩散角，此时的最佳观看区域为图11中所示A-B、C-D、E-F、G-H、I-J、K-L、N-M处，A-B、C-D、E-F、G-H、I-J、K-L、N-M之间间隔均约为65mm，即人左右眼分别位于A和B处、C和D处、E和F处、G和H处、I和J处、K和L处、N和M处时可以看到立体图像，当人眼在上下较大的范围内移动仍可见3D效果，并且相邻观看区域之间无黑色条纹当观察者左右晃动时不会感到画面突变并能观看到较柔和的画面；但人眼可接收到的总光能仅有雾度最低时的1/7。

由上述对比可知，当PDLC屏30透明时，出射光线60发散角度小，单个像素光线仅在一个或两个柱镜上进行折射，从而造成投射出视点数仅有两个，投影光能分散到两个视点内，可观看立体效果的空间范围较小，当观察者上下或左右移动时图案会消失。但当观察人员较少又无需移动位置时，可把PDLC屏30电压调大使屏幕透明即可得到较佳较明亮的显示效果。当把PDLC屏30电压调小，PDLC屏30呈雾状，由于在投影屏幕上光线以较大角度出射，投影时可投射出7个可视区域，观看立体效果范围较大，当观察者上下或左右移动时仍可在较大的范围内观看到立体图像。因此当观察人员较多时，可以把PDLC屏30电压调小使屏幕雾度变大即可得到较佳显示效果，但是投影光能被分散到7个可视区域内，因此人眼接收到的光能会下降。

综上所述，可根据具体使用需要而调节PDLC屏的雾度，以实现最佳观看效果。其中平行光穿过PDLC屏时的扩散角还可为10°、20°、40°、50°、70°、80°等，具体根据使用需要调节对应的电压值，在此不做限制。

本实用新型公开了一种投影式裸眼立体显示系统，通过设置雾度可调单元与电压调节器，可根据实际立体投影的观看需求通过调节电压值来调节雾度可调单元的雾度值，如：根据视距、图像明亮程度、观察者的高矮、观察者的人数、是否需要左右或前后移动等来调节雾度可调单元的雾度，从而控制光线的扩散角度，实现控制立体投影的可视范围和亮度，达到以最简单的设备实现多种需求的最佳立体投影效果的目的，是现有立体投影技术的重大革新，扩展了立体投影技术的应用范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，包括发光单元与显像系统，所述发光单元包括用于发出交织图案的投影仪，所述显像系统包括从靠近至远离所述投影仪一侧依次设置的雾度可调单元、透明材质屏幕与光学透镜单元，所述显示系统还包括调节所述雾度可调单元电压大小的电压调节器。

2.如权利要求1所述的投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，所述雾度可调单元为聚合物分散液晶屏。

3.如权利要求1所述的投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，所述光学透镜单元为贴附于所述透明材质屏幕上的柱状透镜膜，所述柱状透镜膜为柱状阵列透镜或双凸透镜。

4.如权利要求1所述的投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，所述雾度可调单元位于所述投影仪的成像范围以及光学透镜单元的焦深范围内。

5.如权利要求1所述的投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，所述电压调节器的调节范围为0-250V。

6.如权利要求5所述的投影式裸眼立体显示系统，其特征在于，所述投影仪发射的平行光穿过所述雾度可调单元时的扩散角0-80°。

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