CN2461017Y - 一种改进的三维显示装置 - Google Patents

Abstract

一种由第一和第二图像组合而产生三维图像效果的图像显示装置,其包括:在第一像轴上,用于直接接收第一图像的第一偏振器,使第一图像在第一偏振方向上偏振;半透元件,在第一角度接收第一偏振图像,允许第一图像沿第一像轴通过半透元件,半透元件从第二角度直接或者间接地反射第二图像,使第二图像在一第二偏振方向上产生第二偏振图像,该第二偏振方向大致与射向使用者的第一偏振图像像轴一致的第一偏振方向成直角。

Description

一种改进的三维显示装置

本实用新型涉及一种图像显示装置，尤其是一种对人形成三维视觉效果图像的图像显示装置。

在过去十年中，电视和电影的质量有了巨大的进步。为了提高人们的视觉享受和满足普通消费者不断增长的需求，人们在电视和电影中产生三维视觉效果的画面这方面做了许多尝试。一般的尝试是提供包括电视画面的交替隔行扫描和色分离的三维图像，这样分离后通过观看者戴上兰和红眼镜将它们再合成。可是，丢掉了第三主色绿色，再合成图像的颜色完全失真。

用立体光学的方法形成三维图像效果也是公知的。在这些方法中，由两个镜头拍摄所指定场景的两个图像，将它们侧向分开，其距离与人眼距离相同。这些图像再由一副偏振方向呈90°的偏振眼镜合成在一起。可是，这样的立体视觉效果是昂贵的，并且难以达到。

美国专利5,029,980号公开了帕瑞斯克(Perisic)的一种相对简单的三维显示装置。该装置是通过在图像到达人眼之前将两个相位相对的偏振图像结合而合成三维图像。可是该显示装置体积相对比较庞大，如在图像最后到达观看者之前需要两个分开的偏振器加上3个全反射表面和用于多种反射的半反射表面。具有如此复杂显示路径的显示装置是相当昂贵的。

人们需要提供一种简单，紧凑，价格便宜并且容易操作，能满足人们视觉享受的三维图像显示装置。

本实用新型的目的是提供一种克服现有技术中一个或多个不足，或者至少给公众提供一有用选择的三维图像显示装置。

在本实用新型第一构思中，提供一用于给使用者提供三维图像效果的图像显示装置，所述图像效果由第一和第二二维图像组合而成，所述显示装置包括：

在第一像轴上，用于直接接收所述第一图像的第一偏振器，它使所述第一图像在第一偏振方向上偏振；

半透元件，在第一角度接收所述第一偏振图像，允许所述第一图像沿所述第一像轴通过所述半透元件，并且所述半透元件从第二角度直接或者间接地反射所述第二图像，使所述第二图像在一第二偏振方向上产生第二偏振图像，该第二偏振方向大致与射向使用者的所述第一偏振图像像轴一致的所述第一偏振方向成直角。

依照本实用新型第二构思，本实用新型提供一图像显示系统，该系统包括通过合成第一和第二图像给使用者提供三维效果图像的显示装置，所述显示装置包括：

在第一像轴上，用于直接接收所述第一图像的第一偏振器，它使所述第一图像在第一偏振方向上偏振；

半透元件，在第一角度接收所述第一偏振图像，允许所述第一图像沿所述第一像轴通过所述半透元件，并且所述半透元件从第二角度直接或者间接地反射所述第二图像，使所述第二图像在一第二偏振方向上产生第二偏振图像，该第二偏振方向大致与射向使用者的所述第一偏振图像像轴一致的所述第一偏振方向成直角。

本实用新型的最佳实施例可通过参照附图详加描述的实施例得到详细描述，其中：

图1是本实用新型显示装置的侧视图；

图2a是图1所示的显示装置图像路径的简略图；

图2b是图2a所示几何光路的示意图；

图3是本实用新型第二实施例的侧视图。

参照图1,2a,2b，给使用者提供一三维显示装置，它是通过显示合成的第一和第二二维平面图像，而形成三维效果的可视图像。

显示装置1包括主壳体10，其上安装有第一偏振器11，第二偏振器，显示窗12和第二图像接收窗13。第一偏振器11包括平面透明的偏振表面，它使通常的可视图像以预设的偏振方向透过而形成偏振。本最佳实施例中第一偏振器的偏振方向最好是竖直的。显示窗12是透明的，并且相对第一偏振器11的内表面设置，以使使用者2两眼的视线和第一图像(b)在同一直线上。

相似地，在本实施例中，第一偏振器11也是第二图像窗13，它是透明的，大致与第一偏振器是同一平面，并允许光自由地通过。该第二图像窗用于接收与第一图像合成的第二构成图像。第一偏振器以如此方式安装，即在使用时，它的平面大致与所显示的第一构成图像的平面相平行。

第二偏振器包括第一和第二平面元件14、15，它们以与第一偏振器的平面相同的倾斜度设置。第一平面元件14包括一个与第二图像窗13相对的反射表面，用于接收第二图像以提供反射图像。

第二平面元件15包括一平面元件，它大致透射来自第一偏振器11的图像，大致反射来自第二图像窗13的图像。在本说明书和所包括的权利要求中，安装在显示装置中的所涉及的半反射元件或者半透射元件都具有上述特性。第二平面元件15最好是平面玻璃或者透明塑料，用于通过内反射反射来自第二图像窗的图像，同时基本不影响来自第一偏振器的图像通过。第二平面元件15大致与第一平面元件14平行，沿由第一偏振器11接收的第一图像(b)的光路基本一致的路径将第二图像(a)向观察者反射。

在使用时，显示装置设在第一图像(b)和第二图像(a)与观察者的眼睛2之间。为使观察者通过第一和第二图像的合成形成三维图像的感觉，第一偏振器面对第一图像平面设置，第二图像接收窗13面对第二图像设置，显示窗12朝向使用者。在这种方式中，第一图像(b)通过第一偏振器11形成在第一偏振方向上的偏振。

在下述方法中，第二图像(a)通过第二偏振装置在第二偏振方向上形成面偏振，第二图像(a)通过第一平面元件14朝向使用者被第一次反射，然后通过第二平面元件15的低反射表面再次反射。在由第一平面元件反射时，因为第一平面元件可以是没有偏振的反射表面，所以不产生偏振，在由第二平面的低表面进行第二次反射时，按照所建立的物理学原理图像由玻璃表面大致形成偏振，且偏振方向是大致平行于第二平面元件15的方向。应该注意正如所建立的物理学原理，如果光在第一平面元件的反射表面上的入射角等于偏振角，那么第二图像在第二次反射后，将发生全偏振。因此，第一平面元件最好设在倾斜角大致等于偏振角的位置上。对于各种玻璃或塑料材料典型的偏振角是57°。

在这种方式中，使用者将收到一由相对偏振的图像组合成的图像。通过戴上一副由相对的偏振方向的镜片构成的偏振眼镜，第一和第二图像将分别进入使用者的眼睛，由此使用者可产生三维视觉效果。

为补偿由于第二图像所走的路径长而引起的第一和第二图像光路长度的不同，最好是将第二图像成比例放大。在本实施例中，参照图2b所示标记，放大率等于HL/HR=(d+s)/s。其中，A为观察者的位置，BC为右图像，DE为左图像。例如，如果d=40cm和s=10cm，HL/HR=(40+10)/40=1.25。第二图像将放大25％，以减少在使用者观看时的空间变形。

或者，该空间变形可由在第一图像(b)的光路上设置适当曲率的凹透镜18来校正或者在第二图像的光路上设置适当曲率的凸透镜17来校正。这种校正可在光路的任一位置上进行。

另外，第一平面反射元件14可由柱面镜来代替，第二反射元件15可由柱面透明元件来代替，以使第二图像的高度和宽度相应放大。为使第二图像与第一图像相比可能的变形减少到最小。柱面透明元件相对平面的曲率应相对要薄。例如，对于距离像平面30cm的使用者来说，曲率半径为30cm，厚度为0.3mm。

如图3所示，在本实用新型的第二实施例中，所设计的显示装置除了第二平面元件14被移去，和第二图像平面(aa)由倾斜角大致等于第二平面元件的偏振角的斜面代替外，其他部分均与图1所示的实施例相似。第二图像与第一图像呈一角度，因此第二平面元件14是多余的。图像在与第一实施例的元件14的平面相似的平面上产生。按照这样的设置，从第二像平面产生的图像以与偏振角大致相同的角度入射在第二平面元件上。向使用者2反射的第二图像大致是一偏振面，其偏振方向与第一偏振器的偏振方向大致相对或呈90°。因此，通过简单的设置可得到三维视觉效果。

在本实用新型的第二实施例中，上述实例的显示装置可以与如电视，计算机显示器，投影仪或者其他图像显示装置组合成图像系统，以使图像显示装置可以给使用者提供三维视觉效果的图像。

参照上述实例描述本实用新型的同时，本领域的普通技术人员能够了解在没有脱离本实用新型的保护范围的情况下，上述偏振器和偏振装置的布置可以做适当变化。

Claims (10)

1、一种用于给使用者提供三维图像效果的图像显示装置，所述图像效果由第一和第二图像组合而成，所述显示装置包括：

在第一像轴上，用于直接接收所述第一图像的第一偏振器，它使所述第一图像在第一偏振方向上偏振；

半透元件，在第一角度接收所述第一偏振图像，允许所述第一图像沿所述第一像轴通过所述半透元件，并且所述半透元件从第二角度直接或者间接地反射所述第二图像，使所述第二图像在一第二偏振方向上产生第二偏振图像，该第二偏振方向大致与射向使用者的所述第一偏振图像像轴一致的所述第一偏振方向成直角。

2、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二偏振图像是通过由所述半透元件的反射而形成偏振。

3、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二偏振器包括一反射表面，其从与第一图像的像轴平行的像轴上接收所述第二图像，并且反射给所述半透元件。

4、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，透射空间的校正装置设置在第一图像或者第二图像的光路上，以校正由于第一和第二图像光程的不同而造成的空间变形。

5、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，另外包括向所述第二半透元件反射所述第二图像的反射器，其中所述反射器包括用于改变第二图像的第一尺寸的柱面镜，其中所述半透元件包括一适合改变第二图像的第二尺寸的柱形表面。

6、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二图像的像平面相对半反射元件的平面以一角度排列，其角度等于所述半反射元件的偏振角。

7、根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一和第二偏振方向分别是竖直的和水平的。

8、根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第二偏振器相对所述第二图像的所述轴有一倾斜角，其角度等于所述第二偏振器的偏振角。

9、根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述第二图像通过与所述半透元件表面平行的反射表面向所述半透元件反射。

10、一种图像显示系统，包括用于给使用者提供三维图像效果的图像显示装置，所述图像效果由第一和第二图像组合而成，所述显示装置包括：

在第一像轴上，用于直接接收所述第一图像的第一偏振器，它使所述第一图像在第一偏振方向上偏振；

半透元件，在第一角度接收所述第一偏振图像，允许所述第一图像沿所述第一像轴通过所述半透元件，并且所述半透元件从第二角度直接或者间接地反射所述第二图像，使所述第二图像在一第二偏振方向上产生第二偏振图像，该第二偏振方向大致与射向使用者的所述第一偏振图像像轴一致的所述第一偏振方向成直角。

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