CN101339309B - 一种可变换显示屏及其三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变换显示屏及其三维显示装置。可变换显示屏有反射型和透射型两类。反射型可变换显示屏由高分子散布型液晶层、透射型定向散射屏、反射镜，或高分子散布型液晶层、反射型定向散射屏构成；透射型可变换显示屏由高分子散布型液晶层、透射型定向散射屏构成。基于可变换显示屏的三维显示装置包括高速投影机、反射镜系统、可变换显示屏，能变换实现空间体三维显示和空间全景视差三维显示。高分子散布型液晶层在不加电场时是乳白色的，充当投影散射屏以实现体三维显示；在加电场时是透明的，实现全景视差三维显示。这两种三维显示都可供多人360°环绕裸眼观看，两者可变换实现，优势互补，有利于对三维空间物体的观察和定位。

Description

一种可变换显示屏及其三维显示装置

技术领域

本发明涉及光学装置，尤其涉及一种可变换显示屏及其三维显示装置。

背景技术

三维显示技术主要有全息三维显示、体三维显示、体视三维显示。全息三维显示在动态显示方面需要高分辨的、高速的空间光调制器，目前尚无法满足动态全息三维图像的再现要求。体三维显示技术是在立体空间进行寻址，控制相应体素的亮度，最终在三维空间扫描出立体物体。体三维的显示屏有垂直平面和螺旋面两种。体三维显示具有水平和垂直视差，水平360°，垂直180°可见，适合多人同时环绕观察。由于在立体空间扫描时，不能控制每一个体像素的发光方向和发光立体角，因此必然存在着空间显示的透视消隐问题，即存在三维物体的前后面同时可见。这与我们平常视觉效果不一致，而且会引起前后视图的重叠从而导致混乱。如何实现一种利用现有技术就能够实现的具有真实空间感的三维显示技术，并且能够克服体空间三维显示的透视消隐问题成为技术关键。体视三维从当初的需要戴偏振眼镜的视差型三维显示发展到今天的空间全景视差三维显示。空间全景视差三维显示屏是定向散射的平面。360°全视场的空间全景视差三维显示很好地满足了人们视觉的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可变换显示屏及其三维显示装置。

可变换显示屏具有高分子散布型液晶层、定向散射屏和反射镜；其中高分子散布型液晶层两侧分别设有透明导电薄膜，在两个透明导电薄膜分别与可控电源的正负极相连接，定向散射层的外侧设有反射镜，定向散射层为透射型定向散射屏。

可变换显示屏具有高分子散布型液晶层和定向散射屏；其中高分子散布型液晶层两侧分别设有透明导电薄膜，在两个透明导电薄膜分别与可控电源正负极相连接，定向散射屏为反射型定向散射屏。

可变换显示屏具有高分子散布型液晶层和定向散射屏；其中高分子散布型液晶层两侧分别设有透明导电薄膜，在两个透明导电薄膜分别与可控电源的正负极相连接，定向散射屏为透射型定向散射屏。

所述的定向散射屏为全息散射屏或二元光学元件。

三维显示装置包括可变换显示屏、反射镜系统、高速投影机，高速投影机投影出来的图像经转轴中心进入反射镜系统，再投影到旋转的可变换显示屏。

反射镜系统由2～10块反射镜、反射棱镜或反射镜和反射棱镜组成。

本发明的可变换显示屏当选择体三维显示时，此显示装置可以扫描出三维空间场景，具有全视差，但不消隐；当选择空间全景视差三维显示时，此显示装置可以显示只具有水平视差的立体空间场景，可以实现三维显示的空间消隐；也可以分时控制高分子散布型液晶层实现两种组合的三维显示。基于本发明的空间体三维显示和空间全景视差三维显示都可供多人360°环绕裸眼观看，两种三维显示方式可变换实现，两者优势互补，有利于对三维空间物体的观察和定位。

附图说明

图1是反射型可变换显示屏幕结构示意图；

图2是不带反射镜的反射型可变换显示屏幕结构示意图；

图3是透射型可变换显示屏幕结构示意图；

图4是显示方式可变换的三维显示装置原理示意图。

图中：高分子散布型液晶层1、定向散射屏2、透明导电薄膜3、可控电源4、反射镜5、可变换显示屏6、反射镜系统7、高速投影机8。

具体实施方式

如图1所示，可变换显示屏6具有高分子散布型液晶层1、定向散射屏2和反射镜5；其中高分子散布型液晶层1两侧分别设有透明导电薄膜3，在两个透明导电薄膜3分别与可控电源4的正负极相连接，定向散射层2的外侧设有反射镜5，定向散射层2为透射型定向散射屏。所述的定向散射屏2为全息散射屏或二元光学元件。

如图2所示，可变换显示屏6具有高分子散布型液晶层1和定向散射屏2；其中高分子散布型液晶层1两侧分别设有透明导电薄膜3，在两个透明导电薄膜3分别与可控电源4的正负极相连接，定向散射屏2为反射型定向散射屏。所述的定向散射屏2为全息散射屏或二元光学元件。

如图3所示，可变换显示屏6具有高分子散布型液晶层1和定向散射屏2；其中高分子散布型液晶层1两侧分别设有透明导电薄膜3，在两个透明导电薄膜3分别与可控电源4的正负极相连接，定向散射屏2为透射型定向散射屏。所述的定向散射屏2为全息散射屏或二元光学元件。

三种可变换显示屏虽然在结构上各不相同，但是可变换的原理是一样的，都是通过控制可控电源4的电压，从而控制高分子散布型液晶层1的不同状态。当可控电源4不加电压时，两个透明导电薄膜3之间不存在电场，高分子液晶材料无序排列，使光线无法穿透玻璃，高分子散布型液晶层1成乳白色；当可控电源4加电压时，两个透明导电薄膜3之间存在电场，高分子液晶材料有序排列，使光线能透过此液晶层，高分子散布型液晶层1成透明无色状。高分子散布型液晶层1成乳白色时，可变换显示屏为一个漫射的投影屏，高分子散布型液晶层1成透明状时，定向散射屏2便会定向散射图像，此时可变换显示屏经旋转便可实现空间全景视差三维显示。

如图4所示，三维显示装置包括可变换显示屏6、反射镜系统7、高速投影机8，高速投影机8投影出来的图像经转轴中心进入反射镜系统7，再投影到旋转的可变换显示屏6。所述的高速投影仪1每秒需要高速投影上千帧的图像。假定三维场景每秒刷新15次，每周300幅图像，高速投影仪必须每秒投影4500帧。为了达到更好的视觉效果，每秒的帧数甚至更高。所述的反射镜系统7由2～10块反射镜、反射棱镜或反射镜和反射棱镜组成。此三维显示装置可以变换实现体三维显示和空间全景视差三维显示。体三维显示需要将三维场景沿中心轴截面依次截取M幅图像，每隔(360°/M)截取一幅图像。通过旋转屏幕显示时，截图的中心轴与屏幕的旋转轴必须共轴，每周按顺序投影M幅图像，使得每幅图像都在相应的位置正确显示。但屏幕旋转要快(每秒至少15转)，由于人眼的视觉暂留，故而可以在三维空间再现出三维场景。体三维是直接模拟三维场景的效果。而空间全景视差三维显示与体三维显示原理不同。它是模拟人们对一个三维物体的实际观看效果。当观察者围绕一个物体观看的时候，观察者的双眼看到了不同的视场景象，所以能够感知到物体的空间位置。当观察者围绕物体移动时，所看到的物体的视场角度随之变化，因此如果我们能够将一个物体从围绕它的各个方向的各个视场图像逐一按照视场的次序展示出来。只要再现的物体视场角图像足够多，我们就可以逼真地再现出空间三维场景。一般为了使三维显示逼真，360°视场至少需要取300个视场角的图像。为了满足双眼看到了不同的视场景象，必须严格控制投影图像的发光角，使得图像小角度发光，同一屏幕中不同位置的图像对应于相应的观察者，所以双眼所看到的是具有正确视差的双目视场图像以形成正确的立体视差效果，实现空间全景视差三维显示。此外，通过切换可控电源4的电压，高分子散布型液晶层1在透明无色和乳白色两种状态之间不断切换，可以分时实现体三维显示和空间全景视差三维显示。

Claims (6)

1.一种可变换显示屏，其特性在于可变换显示屏(6)具有高分子散布型液晶层(1)、定向散射屏(2)和反射镜(5)；其中高分子散布型液晶层(1)两侧分别设有透明导电薄膜(3)，两个透明导电薄膜(3)分别与可控电源(4)的正负极相连接，定向散射屏(2)的外侧设有反射镜(5)，定向散射屏(2)为透射型定向散射屏。

2.一种可变换显示屏，其特性在于可变换显示屏(6)具有高分子散布型液晶层(1)和定向散射屏(2)；其中高分子散布型液晶层(1)两侧分别设有透明导电薄膜(3)，两个透明导电薄膜(3)分别与可控电源(4)的正负极相连接，定向散射屏(2)为反射型定向散射屏。

3.一种可变换显示屏，其特性在于可变换显示屏(6)具有高分子散布型液晶层(1)和定向散射屏(2)；其中高分子散布型液晶层(1)两侧分别设有透明导电薄膜(3)，两个透明导电薄膜(3)分别与可控电源(4)的正负极相连接，定向散射屏(2)为透射型定向散射屏。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种可变换显示屏，其特性在于所述的定向散射屏(2)为全息散射屏或二元光学元件。

5.一种采用根据权利要求1、2或3所述可变换显示屏的三维显示装置，其特性在于包括可变换显示屏(6)、反射镜系统(7)、高速投影机(8)，高速投影机(8)投影出来的图像经转轴中心进入反射镜系统(7)，再投影到旋转的可变换显示屏(6)。

6.根据权利要求5所述的一种三维显示装置，其特性在于所述的反射镜系统(7)由2～10块反射镜、反射棱镜或反射镜和反射棱镜组成。

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