CN203799124U - 移动视差式立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种移动视差式立体显示装置，包括：微透镜阵列、微纳光学反射层和图像投射阵列，其中，图像投射阵列设置在微透镜阵列的第一侧，且图像投射阵列与微透镜阵列之间间隔地设置；微纳光学反射层依附在微透镜阵列的第二侧。本实用新型采用微透镜阵列和微纳光学反射层，避免了现有技术中的多观看空间、观看空间间存在内容跳变、观看视场角小和显示效果模糊等问题，实现最大观察角度最大可达180度的连续观看空间，得到较好的三维观看体验。

Description

移动视差式立体显示装置

技术领域

本实用新型涉及微光学技术领域，特别涉及一种移动视差式立体显示装置。

背景技术

随着显示技术的迅速发展，二维平面显示器的性能已日臻完善，传统二维平面显示系统已不能满足人们日益增长的大量信息展示的需要。三维显示器必将成为未来较为理想的显示方式。全息记录、显示方式能很好的还原原物光波，但由于其需要大量信息的处理和存储，广泛而低廉的应用受到限制。

基于传统双眼视差式的移动视差式立体显示方式对连续的物光波进行了离散式的采样、存储、传输和显示，这种方式降低了对大量数据存储、处理的依赖，同时也能带来很好的三维体验，成为实用性很强的三维显示系统。

随着微光学日新月异的发展，基于微光学功能屏的投影型立体显示系统得到了迅速的发展，特别是随着微型透镜性能的提升，微透镜阵列功能屏被广泛的用于立体显示系统中。然而对于现行的微透镜型立体显示屏，由于其单层微透镜在大角度光线成像条件下存在明显的像差和焦面漫反（透）射层对光线反射控制的随机性，三维显示图像总是存在显示效果模糊、观察空间角度受限、显示空间存在多级分布的旁瓣和多级观察空间之间的跳变等问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种移动视差式立体显示装置，以解决现有技术中的三维显示装置显示效果模糊、多级观察空间之间的跳变等问题。

本实用新型提供了一种移动视差式立体显示装置，包括：微透镜阵列、微纳光学反射层和图像投射阵列，其中，图像投射阵列设置在微透镜阵列的第一侧，且图像投射阵列与微透镜阵列之间间隔地设置；微纳光学反射层依附在微透镜阵列的第二侧。

进一步地，图像投射阵列按水平方向排布。

进一步地，图像投射阵列的光轴都汇聚于微透镜阵列的中心点。

进一步地，微纳光学反射层位于微透镜阵列的焦平面处。

进一步地，微纳光学反射层包括：逆反射结构和吸收保护层。

进一步地，逆反射结构为沟槽形、或倒三角形、或倒金字塔形。

进一步地，逆反射结构包括沟槽结构体和光学反射层膜，光学反射层膜镀在沟槽结构体的沟槽结构面的至少一部分区域。

进一步地，图像投射阵列的光轴与水平面之间的夹角为锐角。

进一步地，微透镜阵列包括多个柱透镜。

进一步地，移动视差式立体显示装置还包括多个观看空间，图像投射阵列位于观看空间的正上方，相邻两个观看空间之间的间距不大于65mm。

本实用新型采用微透镜阵列和微纳光学反射层，避免了现有技术中的多观看空间、观看空间存在内容跳变、观看视场角小和显示效果模糊等问题，实现最大观察角度最大可达180度的连续观看空间，得到较好的三维观看体验。

附图说明

图1是本实用新型中的移动视差式立体显示装置的结构示意图；

图2是微纳光学反射层的结构示意图。

图中附图标记：1、微透镜阵列；2、图像投射阵列；3、逆反射结构；4、吸收保护层；5、沟槽结构体；6、光学反射层膜；7、观看空间；31、沟槽结构面。

具体实施方式

请参考图1和图2，本实用新型提供了一种移动视差式立体显示装置，包括：微透镜阵列1、微纳光学反射层和图像投射阵列2，其中，图像投射阵列2设置在微透镜阵列1的第一侧，且图像投射阵列2与微透镜阵列1之间间隔地设置，例如这个间隔可以是2米左右（例如，可以是1.5米）的距离；微纳光学反射层依附（例如，可通过粘贴等方式）在微透镜阵列1的第二侧。其中，微纳光学反射层构成微纳尺度的定向反射层结构，微透镜阵列1构成屏幕。图像投射阵列2在投影空间中成一定规律均匀的分布，可以是由多个投影仪构成的阵列，也可以是具有多投影镜头阵列的投影系统。例如，微透镜阵列1的尺寸可以为50英寸。

优选地，图像投射阵列2可以包括一定数目的投射装置（例如投影仪等），特别地，数目可以为16个或是32个，数目越多，移动视差三维效果越好，三维显示覆盖的观看角度越大。优选地，投射装置的分辨率是1024*768像素，所有投射装置可以都具有“梯形校正”功能，从而把投射的图像校正在微透镜阵列1上的一个相同面积的方形区域内。所有投射装置被一同步系统连接控制，能够控制同步的播放动态或静态的视差图像。优选地，投影仪光轴与水平面之间成10度夹角向下倾斜。

本实用新型采用微透镜阵列1和微纳光学反射层，避免了现有技术中的多观看空间、观看空间存在内容跳变、观看视场角小和显示效果模糊等问题，实现最大观察角度最大可达180度的连续观看空间，得到较好的三维观看体验。

图像投射阵列2的投射方向都统一朝向微透镜阵列1（屏幕），图像投射阵列2的排列处于同一竖直的平面或是曲面内，一般考虑到视觉上只需要水平方向的视差，优选地，图像投射阵列2按水平方向排布，也可以在其它方向上成一定规律的排成阵列结构。

优选地，图像投射阵列2的光轴都汇聚于微透镜阵列1的中心点。每台图像投射（例如投影仪）所投射到微透镜阵列1的视差图片都重叠到一相同面积的方形区域内，此区域也正是三维效果的呈现区域。

优选地，微纳光学反射层位于微透镜阵列1的焦平面处。

优选地，微纳光学反射层包括：逆反射结构3和吸收保护层4。优选地，逆反射结构3为沟槽形、或倒三角形、或倒金字塔形。这样的结构可以实现把微透镜阵列1汇聚而来的光线进行180度的逆向反射。

但是，考虑到实际这样的结构会存在部分的杂散反射，可以对逆反射结构3做进一步的处理，例如，对逆反射结构3的顶端进行部分的镀膜处理（请参考图2），从而让入射到逆反射结构3顶端一定范围内的光线能很好的发生逆反射，而进入未镀膜部分空间，会导致杂散光线的这部分光线直接透射过逆反射结构3，最后通过在逆反射结构3后面加上一层具有光线吸收作用的涂层（即吸收保护层4），实现对这部分透射光线吸收的同时也起到了对后表面保护的作用。

其中，请参考图2，逆反射结构3的折射率n1与吸收保护层4的折射率n2之间有以下关系：

$\frac{\sqrt{2}}{2}<\frac{n2}{n1}<\sin (\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}-\mathrm{\&delta;})$

优选地，逆反射结构3包括沟槽结构体5和光学反射层膜6，光学反射层膜6镀在沟槽结构体5的沟槽结构面的至少一部分区域。为实现不同的反射性能，沟槽结构体5（例如直角沟槽型微棱镜和角锥型微棱镜）的表层上可以全部或部分的镀上光学反射层膜（可以是全反射膜），在镀完膜逆反射结构的后表面可以涂上一层一定折射率的吸收保护层4。

沟槽型的维纳结构采用以下加工方法制作：利用机械加工的方式制作出模板，利用模板转印出此结构，在沟槽结构面31（即表层）上涂覆竖直方向上2/3厚度的保护层，让棱锥露出顶端1/3，对表面镀光学反射层膜6，之后除去之前所涂2/3厚度的保护层，得到1/3厚度的镀膜棱锥，最后再在后表面涂覆上吸收保护层4。

优选地，图像投射阵列2的光轴与水平面之间的夹角为锐角。

优选地，微透镜阵列1包括多个柱透镜。优选地，微透镜阵列1可以是由水平方向上均匀密排列的柱透镜构成的阵列，也可以是沿竖直和水平两个方向上均匀排列的微透镜构成的阵列。柱透镜可采用光刻制版，热压印的方式制作而成。

优选地，移动视差式立体显示装置还包括多个观看空间7，图像投射阵列2位于观看空间7的正上方，相邻两个观看空间7之间的间距不大于65mm。每个投射装置所投射的画面经过微透镜阵列1后，反射控制到与投射装置对应的一定观看空间7中，这些观看空间7与投射装置一一映射，构成了整个观察空间。

例如，可利用悬挂的方式把投射装置（例如投影仪）装配于观看空间7的上方，三维的观看空间7呈现在图像投射阵列2的正下方，观看者只需处于观看空间7中便可从屏幕（微透镜阵列1）上观看到具有移动视差的立体图像。

本实用新型通过微透镜阵列1对图像投射阵列2所投射的具有移动视差图像的特殊反射，具有移动视差的图像被有规律的反射到整个完整的观看空间中。每一视差图像形成一观看空间7，各个观看空间7形成整个完整的观看空间。观看空间7之间不重叠，处于密排的状态，分布方式与图像投射阵列2对应，并且相邻观看空间7之间的间距不大于65mm。当观看者处于观看空间7时，不同的眼睛会看到不同方向上的视差图像，由此产生沉浸式的移动视差立体图像。

与现有技术相比，本实用新型改变了传统立体显示器视场角度过小、显示模糊的问题，使得观看空间角提升到最大为180度的角度，增强了此类型三维显示系统实际可用性，使得立体显示系统能很好的应用于实际生活。

Claims (10)

1.一种移动视差式立体显示装置，其特征在于，包括：微透镜阵列（1）、微纳光学反射层和图像投射阵列（2），其中，所述图像投射阵列（2）设置在所述微透镜阵列（1）的第一侧，且所述图像投射阵列（2）与所述微透镜阵列（1）之间间隔地设置；所述微纳光学反射层依附在所述微透镜阵列（1）的第二侧。

2.根据权利要求1所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述图像投射阵列（2）按水平方向排布。

3.根据权利要求1所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述图像投射阵列（2）的光轴都汇聚于所述微透镜阵列（1）的中心点。

4.根据权利要求1所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述微纳光学反射层位于所述微透镜阵列（1）的焦平面处。

5.根据权利要求1所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述微纳光学反射层包括：逆反射结构（3）和吸收保护层（4）。

6.根据权利要求5所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述逆反射结构（3）为沟槽形、或倒三角形、或倒金字塔形。

7.根据权利要求5所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述逆反射结构（3）包括沟槽结构体（5）和光学反射层膜（6），所述光学反射层膜（6）镀在所述沟槽结构体（5）的沟槽结构面的至少一部分区域。

8.根据权利要求5所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述图像投射阵列（2）的光轴与水平面之间的夹角为锐角。

9.根据权利要求5所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列（1）包括多个柱透镜。

10.根据权利要求5所述的移动视差式立体显示装置，其特征在于，所述移动视差式立体显示装置还包括多个观看空间（7），所述图像投射阵列（2）位于所述观看空间（7）的正上方，相邻两个所述观看空间（7）之间的间距不大于65mm。