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CN101819375B - 全视差三维显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全视差三维显示装置。它包括投影机阵列、正交柱面光栅屏，正交柱面光栅屏包括第一柱面光栅、第二柱面光栅，依次放置的投影机阵列、正交柱面光栅屏，投影机阵列向正交柱面光栅屏投影图像，正交柱面光栅屏中的第一柱面光栅和第二柱面光栅的光栅方向分别平行于x轴和y轴。本发明的优点是可产生高图像分辨率、高视角分辨率的三维图像。极细腻的视角间隔，会给观察者带来完全连续无跳变的三维感知，减轻常规三维显示中视角不连续带来的疲惫感，并且能够实现包括横向视差、纵向视差在内的全视差三维显示。

Description

全视差三维显示装置
技术领域
本发明涉及三维显示装置，尤其涉及一种全视差三维显示装置。
背景技术
三维显示区别于二维显示就是要通过各种方法给观看者带来视觉上的深度感知，使其自然或不自然地获得画面中第三维度的信息，这种获取方式的自然与不自然对于观看者来说就有真三维与假三维(或者说准三维)的区别。三维显示技术发展到今天已经产生大量的成果，这些成果大致可以分为全息三维显示、体三维显示、体视三维显示等。全息技术能够产生非常逼真的空间效果，但是在动态显示方面它需要高分辨的空间光调制器以及超高速的数据处理系统，这两个因素极大地限制了这使这种技术的进步，使它目前还不能很好地进入实际应用。体三维显示和体视三维显示目前都已有比较好的显示设备出现，然而基于这两种方法的显示装置大都依靠转动屏幕来满足全视角观看的要求，所以显示装置结构相对复杂造价也比较昂贵。
现有的自体视三维显示存在图像分辨率低，视角少且视角不连续等问题，而本发明的优点是可产生高图像分辨率、高视角分辨率的三维图像。极细腻的视角间隔，会给观察者带来完全连续无跳变的三维感知，减少常规三维显示中视角不连续带来的疲惫感，并且能够实现包括横向视差、纵向视差在内的全视差三维显示。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种全视差三维显示装置。
全视差三维显示装置包括投影机阵列、正交柱面光栅屏，正交柱面光栅屏包括第一柱面光栅、第二柱面光栅，依次放置的投影机阵列、正交柱面光栅屏，投影机阵列向正交柱面光栅屏上的同一位置投影图像，正交柱面光栅屏中的第一柱面光栅和第二柱面光栅的光栅方向分别平行于x轴和y轴。
所述的投影机阵列的横向间距Dx以及投影距离Lp，跟第二柱面光栅的栅距dy和焦距fy之间满足如下关系：
Dx/Lp＝dy/fy。
所述的投影机阵列的纵向间距Dy以及投影距离Lp，跟第一柱面光栅的栅距dx和焦距fx之间满足如下关系：
Dy/Lp＝dx/fx。
所述的投影机阵列是由多个投影机组成的阵列，或者二维显示器和多个镜头组成的阵列。
所述的二维显示器是LCD、PDP、LED、CRT或投影机。
本发明的优点是可产生高图像分辨率、高视角分辨率的三维图像。极细腻的视角间隔，会给观察者带来完全连续无跳变的三维感知，减少常规三维显示中视角不连续带来的疲惫感，并且能够实现包括横向视差、纵向视差在内的全视差三维显示。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是全视差三维显示装置结构示意图；
图2是投影机间隔和正交柱面光栅屏散射特性关系图；
图3(a)是柱面透镜焦距与散射角关系图；
图3(b)是正交柱面光栅屏原理图；
图4是全视差三维显示装置原理图；
图5是一个视点观察效果示意图；
图中：投影机阵列1、正交柱面光栅屏2，第一柱面光栅4、小块区域3、第二柱面光栅5。
具体实施方式
如图1所示，全视差三维显示装置包括投影机阵列1、正交柱面光栅屏2，正交柱面光栅屏2包括第一柱面光栅4、第二柱面光栅5，依次放置的投影机阵列1、正交柱面光栅屏2，投影机阵列1向正交柱面光栅屏2上的同一位置投影图像，正交柱面光栅屏2中的第一柱面光栅4和第二柱面光栅5的光栅方向分别平行于x轴和y轴。
所述的投影机阵列1的横向间距Dx以及投影距离Lp，跟第二柱面光栅5的栅距dy和焦距fy之间满足如下关系：
Dx/Lp＝dy/fy。
所述的投影机阵列1的纵向间距Dy以及投影距离Lp，跟第一柱面光栅4的栅距dx和焦距fx之间满足如下关系：
Dy/Lp＝dx/fx。
所述的投影机阵列1是由多个投影机P11-Pmn组成的阵列，或者二维显示器和多个镜头组成的阵列。所述的二维显示器是LCD、PDP、LED、CRT或投影机。
m行n列的投影机P11-Pmn各自向正交柱面光栅屏投影，由于正交柱面光栅屏具有独特的散射特性，在屏幕右侧对应形成V11-Vmn个视点。以正交柱面光栅屏上的一小块区域3为例，在不同视点V11-Vmn可以观看到不同图像，任意一个视点观察到的完整图像都是由每台投影机各自投影的一小块图像拼接而成，这样在不同视点就可观察到三维物体对应视点的视图，各个视点的图像连续变化，从而可以给光看者提供横向视差和纵向视差，形成三维感知。
如图2所示，横向间距为D的两台投影机Pa和Pb分别向第二柱面光栅5投影图像，间距D和投影距离Lp决定了该装置所需的第二柱面光栅的散射特性。相对于投影距离Lp及观察距离Lv，投影机的出瞳和人眼瞳孔可近似看做一点，若第二柱面光栅的散射角θ非常小，理论上讲，在V处仅可观察到分别来自投影机Pa和Pb的两点图像a和b，若增大第二柱面光栅的散射角θ，则可以观察到的图像由两点扩大到两块，当散射角θ增大到2*arctg(D/2Lp)时，分别来自投影机Pa和Pb的这两块图像恰好在c处无缝拼接到一起，构成更宽幅的图像。此处仅以横向为例阐述，纵向原理与此一致。
如图3(a)所示，柱面透镜6的口径d、焦距f，也就是柱面光栅的栅距d、焦距f。柱面光栅是由无数细小的柱面透镜构成的，可以通过调节柱面光栅的栅距d、焦距f，来控制柱面光栅的散射特性。柱面光栅的栅距d相对于投影距离Lp可以忽略不计，所以可以认为到达单个柱面透镜6的光束近乎平行，故而柱面光栅的散射角可以用θ＝2*arctg(d/2f)表示，即f＝d/(2*tg(θ/2))，要得到一定的散射角θ，只要调节柱面光栅的栅距d和焦距f便可以。
如图3(b)所示，正交柱面光栅屏2包括第一柱面光栅4和第二柱面光栅5，且第一柱面光栅4和第二柱面光栅5的光栅方向分别平行于x轴和y轴。
调节第一柱面光栅4的栅距dx和焦距fx可以控制正交柱面光栅屏2在纵向的散射角θy，调节第二柱面光栅5的栅距dy和焦距fy可以控制正交柱面光栅屏2在横向的散射角θx。这样正交柱面光栅屏能把入射的一束平行光转换成横纵向发散角分别为θx、θy的棱锥光束。
如图4所示，任意一个视点观察到的完整图像都是由每台投影机各自投影的一小块图像拼接而成，同理可知，送入任意一台投影机的图像也是一块块拼起来的，它们分别来自于从不同视点拍摄三维物体得到的视图。
如图5所示，在一个视点观看该三维显示装置，看到的完整视图是由一块块小图像拼接起来的，每块小图像与投影机阵列中的投影机一一对应。

Claims (5)

1.一种全视差三维显示装置，其特征在于包括投影机阵列(1)、正交柱面光栅屏(2)，正交柱面光栅屏(2)包括第一柱面光栅(4)、第二柱面光栅(5)，依次放置的投影机阵列(1)、正交柱面光栅屏(2)，投影机阵列(1)向正交柱面光栅屏(2)投影图像，正交柱面光栅屏(2)中的第一柱面光栅(4)和第二柱面光栅(5)的光栅方向分别平行于x轴和y轴。
2.根据权利要求1所述的一种全视差三维显示装置，其特征在于所述的投影机阵列(1)的横向间距Dx以及投影距离Lp，跟第二柱面光栅(5)的栅距dy和焦距fy之间满足如下关系：
Dx/Lp＝dy/fy。
3.根据权利要求1所述的一种全视差三维显示装置，其特征在于所述的投影机阵列(1)的纵向间距Dy以及投影距离Lp，跟第一柱面光栅(4)的栅距dx和焦距fx之间满足如下关系：
Dy/Lp＝dx/fx。
4.根据权利要求1所述的一种全视差三维显示装置，其特征在于所述的投影机阵列(1)是由多个投影机组成的阵列，或者二维显示器和多个镜头组成的阵列。
5.根据权利要求4所述的全视差三维显示装置，其特征在于所述的二维显示器是LCD、PDP、LED、CRT或投影机。
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