CN110737105B - 三维图像显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维图像显示系统，包括蒸汽发生部件、旋转部件、壳体、透镜部件、支撑部件和显示器件；蒸汽发生部件，用于控制出气孔喷出蒸汽；旋转部件，用于驱动其旋转盘和显示器件按照预设的刷新频率旋转以及控制蒸汽气柱旋转盘上的指定喷口喷出气体形成蒸汽气柱；显示器件中与蒸汽气柱对应的一列像素单元用于在接收到三维图像数据时进行显示；透镜部件中的各透镜用于汇聚对应像素单元所发射的光线，以在所述蒸汽气柱处的像平面处形成实像。本实施例中，通过显示器件显示三维图像，并由透镜部件将图像按照不同的焦距投射到蒸汽气柱之上，由蒸汽气柱对光线进行散射；结合视觉暂停现象，人眼可以实现对三维图像的视觉再现。

Description

三维图像显示系统

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种三维图像显示系统。

背景技术

现有的三维显示技术是在不同的位置或者角度显示不同的内容，然后利用用户左右眼的视觉差异来实现三维显示，利用用户视力的错觉虚拟出三维图像。然而，上述三维图像并非真正意义上的三维图像，有可能会受到用户视力差异(如其中一只眼睛受损)无法重现上述三维图像，影响到用户的观看体现。

发明内容

本发明提供一种三维图像显示系统，以解决相关技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种三维图像显示系统，包括蒸汽发生部件、设置在所述蒸汽发生部件上的旋转部件、设置在所述旋转部件内旋转盘之上的壳体、设置在所述壳体外侧的透镜部件、设置在所述壳体内且位于所述旋转盘之上的支撑部件和设置在所述支撑部件之上的显示器件；

所述蒸汽发生部件，用于控制出气孔喷出蒸汽；

所述旋转部件，用于驱动所述其旋转盘按照预设的刷新频率旋转以及控制蒸汽气柱旋转盘上的指定喷口喷出气体形成蒸汽气柱；

所述显示器件包括若干列像素单元，与所述蒸汽气柱对应的一列像素单元用于在接收到三维图像数据时进行显示；

所述透镜部件包括若干个透镜，各透镜用于汇聚对应像素单元所发射的光线，以在所述蒸汽气柱处的像平面处形成实像；

所述旋转部件，还用于驱动所述显示器件按照所述刷新频率旋转。

可选地，所述各透镜包括以下一种：凸透镜、凸透镜阵列和液晶透镜。

可选地，各透镜为凸透镜或凸透镜阵列时，采用以下至少一种材质制成：玻璃、石英和聚合物。

可选地，若所述透镜为凸透镜阵列，各像素单元对应凸透镜阵列上的多个凸透镜。

可选地，各透镜的焦距为：

式中，A为像点的高度，B为光心的高度，θ为像素所在阵列基板的倾斜角，d为像点到像平面距离，f为透镜的焦距；

所述透镜的一侧边缘与其对应的像素边缘平齐，光心到像素距离k为：

可选地，各透镜的焦距为：

f＝d/(m+1)；

像素与透镜的距离为：

l＝d/m；

透镜一侧边缘与像素边缘平齐，光心到像素距离为：

k＝(A-B)/m；

式中，A为像点的高度，B为光心的高度，d为像点到像平面的距离，f为透镜的焦距，m为图像放大比例。

可选地，沿旋转方向的预设数量个像素单元接收相同的图像数据，且各像素单元对应的透镜的光学参数不同。

可选地，所述蒸汽发生部件包括气体腔和设置在所述气体腔上表面的多列出气孔；各列出气孔沿半径方向排列，且各列中各出气孔与所述显示器件的中心轴的距离不同。

可选地，所述旋转盘上设置有多个喷口，所述多个喷口位于设定基准线的两侧，针对各侧的喷口：沿着旋转方向，各喷口与所述旋转盘中心点的距离越来越大。

可选地，还包括驱动部件；所述驱动部件用于分解所获取的原始图像和基于分解数据重构三维图像数据，并提供给所述显示器件。

本实施例中，通过显示器件显示三维图像，并由透镜部件将图像按照不同的焦距投射到蒸汽气柱之上，由蒸汽气柱对光线进行散射；结合视觉暂停现象，人眼可以实现对三维图像的视觉再现。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例示出的一种三维图像显示系统的剖面图。

图2A是本发明实施例示出的一种透镜成像光路的示意图。

图2B是本发明实施例示出的另一种透镜成像光路的示意图。

图3是本发明实施例示出的显示器件组装结构的侧视图。

图4是本发明实施例示出的显示器件中一个组装单元的展开示意图。

图5是本发明实施例示出的同列像素对应透镜汇聚光线的效果示意图。

图6是本发明实施例示出的同行像素对应透镜汇聚光线的效果示意图。

图7是本发明实施例示出的一种三维图像显示系统的俯视图。

图8是本发明实施例示出的一种三维图像显示系统的截面图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

现有的三维显示技术是在不同的位置或者角度显示不同的内容，然后利用用户左右眼的视觉差异来实现三维显示，利用用户视力的错觉虚拟出三维图像。然而，上述三维图像并非真正意义上的三维图像，有可能会受到用户视力差异(如其中一只眼睛受损)无法重现上述三维图像，影响到用户的观看体现。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种三维图像显示系统，参见图1，包括蒸汽发生部件50、设置在蒸汽发生部件50上的旋转部件40、设置在旋转部件40内旋转盘41之上的壳体10、设置在壳体10外侧的透镜部件(图1中未示出)、设置在壳体10内且位于旋转盘41之上的支撑部件30和设置在支撑部件30之上的显示器件20。其中，

蒸汽发生部件50，用于控制出气孔喷出蒸汽；

旋转部件40，用于驱动其旋转盘41按照预设的刷新频率旋转以及控制蒸汽气柱旋转盘上的指定喷口42喷出气体形成蒸汽气柱；

显示器件20包括若干列像素单元，与蒸汽气柱对应的一列像素单元用于在接收到三维图像数据时进行显示；

透镜部件包括若干个透镜，各透镜用于汇聚对应像素单元所发射的光线，以在所述蒸汽气柱处的像平面处形成实像；

旋转部件40，还用于驱动显示器件20按照所述刷新频率旋转。

在一实施例中，参见图2A，可以通过调整凸透镜的焦距和形状来控制像素单元发出的平行光聚焦的位置，然后再对汇聚的光线通过散射可以实现显示。其中，凸透镜的焦距为：

式中，A为像点的高度，B为光心23的高度，θ为像素所在阵列基板的倾斜角，d为像点到像平面距离，f为透镜的焦距；

所述透镜的一侧边缘与其对应的像素边缘平齐，光心到像素距离k为：

在另一实施例中，参见图2B，可以调整各透镜的焦点和光心的位置，可以使像素在像平面附近得到一个放大的实像。其中，各透镜的焦距为：

f＝d/(m+1)；

像素与透镜的距离为：

l＝d/m；

透镜一侧边缘与像素边缘平齐，光心到像素距离为：

k＝(A-B)/m；

式中，A为像点的高度，B为光心的高度，d为像点到像平面的距离，f为透镜的焦距，m为图像放大比例。

需要说明的是，若透镜选用凸透镜阵列，则显示器件20上的一个像素单元可以对应多个凸透镜，多个凸透镜的焦点和光心的位置计算方式如上述实施例中单个凸透镜的计算方式相同，在此不再赘述。

本实施例中，可以设置沿旋转方向预设数量(例如4、9或16等)个相邻像素单元显示相同的图像。由于这些像素单元对应的透镜不同且各透镜的位置不同，因此各透镜的光学参数(例如焦距和形状)不同，得到这些像素发光汇聚的点在同一平面上，但是不是同一位置，从而可以扩大显示面积。由于蒸汽散射时的光晕效果和人眼的距离分辨率有限，这样可以近似形成连续画面，提升视觉效果。

本实施例中，显示器件20为一显示面板。参见图3，该显示面板为一个多面体形状，包括不同倾角的多个层面。以列方向为例，该显示面板的其中一个组装单元“瓣”如图4所示。参见图4，显示面板包括5个不同倾角的层面，即从上到下依次为：第一层211、第二层212、第三层213、第四层214和第五层215。该显示面板可以由行驱动区域216处的驱动器件驱动，该驱动器件可以为栅极驱动单元(GOA)、行扫描芯片等，图像数据可以写入柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，或者其他驱动电路来实现，后续会详细介绍驱动器件，在此先不作说明。

本实施例中，每个像素单元的发光时间约为114微秒，因此可以采用亮度较高的Micro LED、Mini LED、OLED或QLED来实现，图像数据写入可以通过两组像素回路分时驱动一颗像素单元的方式来控制写入时间。需要说明的是，像素单元可以采用不同的分辨率，并视不同的外壳曲率使用不同的大小，相应方案落入本发明的保护范围。

本实施例中，显示器件20中每一列像素单元通过壳体10上的透镜汇聚到平行于旋转部件的中心轴(即转动轴)的直线上，效果如图5所示。参见图5，像素1显示图像时所发射的光线，经过透镜投射到直线R的位置H1，像素2显示图像时所发射的光线，经过透镜投射到直线R的位置H2。并且，同一行的像素单元通过壳体10上的透镜汇聚到距离转动轴不同距离的位置，效果如图6所示。参见图6，像素1显示图像时所发射的光线，经过透镜投射到直线R2上，像素3显示图像时所发射的光线，经过透镜投射到直线R3上。

也就是说，本实施例中，每一列像素单元负责三维空间中的一个圆柱面的显示，n列像素单元可以负责三维空间中n个圆柱面的显示。这样，在工作中转动轴的高速(预设的刷新频率)旋转，各列像素单元通过切换到原始图像中对应列的子图像的亮度来实现每个圆柱面的显示，继而组合成一个三维的物体。

本实施例中，外壳10上设置有透镜，该透镜可以包括以下一种：凸透镜、凸透镜阵列和液晶透镜。若透镜为凸透镜或凸透镜阵列时，采用以下至少一种材质制成：玻璃、石英和聚合物。当然，技术人员可以根据具体场景选择具有光线汇聚作用的光学器件来替换透镜，相应方案落入本发明的保护范围。

本实施例中，继续参见图1，支撑部件30可以包括支撑体31和支撑杆32，支撑体31固定在支撑杆32之上。其中，支撑体31用于支撑显示器件20，并作为该显示器件20旋转的力传导介质。支撑杆32固定在旋转部件40之上，在旋转部件40旋转时，其跟随旋转部件40进行旋转，从而带到支撑体31旋转；相应地，支撑体32可以带动显示器件20旋转。图1中示出了支撑体31为一个锥形体的结构，支撑杆32为一个杆体的结构，可以理解的是，为简化设计或者旋转部件的驱动力足够的情况下，支撑部件30可以设置为一个实心的锥体，在显示器件20可以设置在该实心锥体的表面，同样可以实现本发明的方案，相应方案落入本发明的保护范围。

本实施例中，参见图7和图8，旋转部件40包括旋转盘41、设置在旋转盘41上的多个喷口42和旋转电机43。

多个喷口42位于设定基准线44的两侧，针对各侧的喷口：沿着旋转方向(如逆时针)，各喷口42与旋转盘中心点的距离越来越大。换言之，沿着旋转电机43的旋转方向，各喷口在半径方向上的位置距离中心点越来越远，这样可以形成距离中心点不同距离的气柱。在旋转盘41的旋转速度大小等于图像数据的刷新频率大小时，由于视觉暂停现象，人眼中呈现的是一个蒸汽圆柱体。

需要说明的是，喷口42的形状可以包括以下一种：圆形、方形或者扇形，在喷出蒸汽气柱的内径满足要求的情况下，各方案落入本发明的保护范围。

本实施例中，蒸汽发生部件50用于控制出气孔喷出蒸汽。参见图7和图8，蒸汽发生部件50包括气体腔51和设置在气体腔51上表面的多列出气孔52。各列出气孔沿半径方向排列，且各列中各出气孔与显示器件20的中心轴22的距离不同，在喷口42与出气孔52对齐后可以喷出蒸汽气体，形成不同半径的蒸汽气柱。

本实施例中，三维图像显示系统还可以包括驱动部件(图中未示出)。驱动部件用于分解所获取的原始图像和基于分解数据重构三维图像数据，并提供给显示器件20。其中原始图像可以由三维图像显示系统外部或者内部的多个摄像头采集，各原始图像可以包括颜色、亮度和/或者空间位置等位置，在此不作限定。

需要说明的是，由于原始图像是按照摄像头中光线传感器中感应单元的排列顺序来形成的，考虑到显示器件20以行或列的方式显示，可以先将一帧原始图像分解为多列子图像；针对各列子图像，再按照子图像中各像素的空间位置、显示单元的空间位置关系和圆柱面的空间位置关系，将子图像分解为各深度下的子图像块，其中深度是指蒸汽气柱与显示单元20的中心轴之间的距离。这样，每列子图像或者形成一个子图像块集合。换言之，本实施例中，通过原始图像重构，可以确定出原始图像中各像素位于哪个圆柱面之上。

继续参见图7，以旋转盘逆时针旋转且显示一帧原始图像的n列为例，当喷口1位于位置1时，显示器件20中第一列像素单元显示第一列子图像中第一深度的子图像块。由于旋转盘41的转动，喷口1移出位置1，喷口2移入位置2。当喷口2位于位置1时，显示器件20中第二列像素单元显示该第一列子图像中第二深度的子图像块。当喷口3移动到位置1时，显示器件20中第三列像素单元显示该第一列子图像中第三深度的子图像块；……，依次类推，当喷口n移动到位置1时，第n列像素单元显示该第一列子图像中第n深度的子图像块。这样，在一次旋转过程中，原始图像中第一列子图像中的n个深度的子图像块，分别由显示器件20中的n列显示单元依次显示。

同理，基于上述第一列子图像的显示原理，可以显示第二列子图像于位置2处、……、显示第n列子图像于位置n处。这样，本实施例中，可以将一帧原始图像显示出来。再者，结合预先设置的刷新频率，同一帧图像可以刷新多次，再结合人眼的视觉暂停现象，用户即可观看到三维图像。

至此，本实施例中，通过显示器件显示三维图像，并由透镜部件将图像按照不同的焦距投射到蒸汽气柱之上，由蒸汽气柱对光线进行散射；结合视觉暂停现象，人眼可以实现对三维图像的视觉再现。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。在本发明中，虚线连接的两个部件是存在电连接或者接触关系的，采用虚线仅是为了使附图更清楚，更易理解本发明的方案。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种三维图像显示系统，其特征在于，包括蒸汽发生部件、设置在所述蒸汽发生部件上的旋转部件、设置在所述旋转部件内旋转盘之上的壳体、设置在所述壳体外侧的透镜部件、设置在所述壳体内且位于所述旋转盘之上的支撑部件和设置在所述支撑部件之上的显示器件；

所述蒸汽发生部件，用于控制出气孔喷出蒸汽；所述蒸汽发生部件包括气体腔和设置在所述气体腔上表面的多列出气孔；各列出气孔沿半径方向排列，且各列中各出气孔与所述显示器件的中心轴的距离不同；

所述旋转部件，用于驱动所述旋转盘按照预设的刷新频率旋转以及控制蒸汽气柱旋转盘上的指定喷口喷出气体形成蒸汽气柱；所述旋转盘上设置有多个喷口，所述多个喷口位于设定基准线的两侧，针对各侧的喷口：沿着旋转方向，各喷口与所述旋转盘中心点的距离越来越大；

所述显示器件包括若干列像素单元，与所述蒸汽气柱对应的一列像素单元用于在接收到三维图像数据时进行显示；

所述透镜部件包括若干个透镜，各透镜用于汇聚对应像素单元所发射的光线，以在所述蒸汽气柱处的像平面处形成实像；

所述旋转部件，还用于驱动所述显示器件按照所述刷新频率旋转。

2.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于，所述各透镜包括以下一种：凸透镜、凸透镜阵列和液晶透镜。

3.根据权利要求2所述的三维图像显示系统，其特征在于，各透镜为凸透镜或凸透镜阵列时，采用以下至少一种材质制成：玻璃、石英和聚合物。

4.根据权利要求2或3所述的三维图像显示系统，其特征在于，若所述透镜为凸透镜阵列，各像素单元对应凸透镜阵列上的多个凸透镜。

5.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于，各透镜的焦距为：

式中，A为像点的高度，B为光心的高度，θ为像素所在阵列基板的倾斜角，d为像点到像平面距离，f为透镜的焦距；

所述透镜的一侧边缘与其对应的像素边缘平齐，光心到像素距离k为：

6.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于，各透镜的焦距为：

f＝d/(m+1)；

像素与透镜的距离为：

l＝d/m；

透镜一侧边缘与像素边缘平齐，光心到像素距离为：

k＝(A-B)/m；

式中，A为像点的高度，B为光心的高度，d为像点到像平面的距离，f为透镜的焦距，m为图像放大比例。

7.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于，沿旋转方向的预设数量个像素单元接收相同的图像数据，且各像素单元对应的透镜的光学参数不同。

8.根据权利要求1所述的三维图像显示系统，其特征在于，还包括驱动部件；所述驱动部件用于分解所获取的原始图像和基于分解数据重构三维图像数据，并提供给所述显示器件。

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