專利名稱：同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示裝置，尤其涉及一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維
顯示裝置。
背景技術(shù)：
人們對(duì)物體的三維立體感知是通過(guò)多種深度暗示產(chǎn)生的，主要包括雙目視差、運(yùn) 動(dòng)視差、調(diào)節(jié)等。能產(chǎn)生雙目視差的光學(xué)裝置或結(jié)構(gòu)都能讓觀察者產(chǎn)生三維立體視覺(jué)。隨 著科技的進(jìn)步，顯示技術(shù)由傳統(tǒng)的二維顯示逐步向新型的立體三維顯示方向發(fā)展。目前三 維顯示技術(shù)主要包括體視三維顯示、自動(dòng)體視三維顯示、全息三維顯示和體三維顯示。三維 顯示技術(shù)的應(yīng)用范圍也十分廣泛，在虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)成像、勘探、建筑、影視娛樂(lè)、視頻通信、 科學(xué)展示和商品廣告等許多方面都有不錯(cuò)的前景。目前，基于平板顯示與視差光柵或陣列 柱面鏡組合的視差顯示已經(jīng)逐步進(jìn)入實(shí)用階段，這種顯示技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的多視角視差 立體顯示， 一般為個(gè)位數(shù)視角個(gè)數(shù)的體視三維顯示，由于視角以及顯示原理的限制，該技術(shù) 無(wú)法實(shí)現(xiàn)立體場(chǎng)景的空間360°的環(huán)繞三維顯示。近年來(lái)，360°空間三維顯示成為發(fā)展熱 點(diǎn)，這種顯示方式是一種更加接近人們觀看實(shí)際物理空間三維物體的顯示技術(shù)。人們提出 了各種方法，其中體三維顯示技術(shù)是一種最為有代表性的技術(shù)。傳統(tǒng)的體三維顯示包括體 積靜止型顯示和體積掃掠型顯示兩類。兩種體三維顯示的方法均是通過(guò)控制體空間內(nèi)分布 的各個(gè)體素的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)體空間物體的三維顯示。這種方法將三維場(chǎng)景輪廓的切片信息通 過(guò)掃描的方式在體空間內(nèi)顯示出來(lái)。這種方法具有水平視差和垂直視差，可供360。環(huán)視， 適合多人裸眼觀看，但顯示的三維場(chǎng)景是透視的，不能實(shí)現(xiàn)空間遮擋效應(yīng)。為了克服傳統(tǒng)的 體三維顯示不可消隱與觀看實(shí)際三維景象時(shí)有很大不同的缺點(diǎn)，許多科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān) 的研究，結(jié)合體三維顯示和自體視三維顯示的原理及方法，提出了很多新的方法。其中多數(shù) 采用對(duì)旋轉(zhuǎn)屏幕的特性進(jìn)行限制，控制出射光的發(fā)光方向，實(shí)現(xiàn)可供多人360。裸眼環(huán)視并 能空間消隱的三維顯示。但這些目前提出的方法有一個(gè)共同的特點(diǎn)是，雖然這些方法均能 提供與實(shí)際空間三維顯示所需要的空間遮攔(消隱)效應(yīng)，但是僅能在水平360。方向提供 視差的空間三維顯示，而無(wú)法提供更多俯仰視場(chǎng)的空間三維顯示信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全 景空間三維顯示裝置。 —種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，包括第一高速投影機(jī) 1、第一反射鏡系統(tǒng)2、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3和選擇性透射式定向散射屏4 ;選擇性透射式定向散射屏 4中心設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上端設(shè)有第一反射鏡系統(tǒng)2，在第一反射鏡系統(tǒng)2的對(duì) 應(yīng)處設(shè)有第一高速投影機(jī)1。所述的第一反射鏡系統(tǒng)2為單層結(jié)構(gòu)，由1塊或多塊第一反 射鏡5組成，每塊第一反射鏡5與水平面成不同角度。所述的第一反射鏡系統(tǒng)2也可為多 層結(jié)構(gòu)，每一層由1塊或多塊第一反射鏡5組成，同一層的第一反射鏡5與水平面成相同角度，不同層的第一反射鏡5與水平面成不同角度。所述的第一反射鏡系統(tǒng)2為多層結(jié)構(gòu)，每 一層由1塊或多塊第一反射鏡5組成，同一層的第一反射鏡5與水平面成不同角度。
另一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，包括第一高速投影 機(jī)1、第二反射鏡系統(tǒng)6、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3和選擇性透射式定向散射屏4。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上設(shè)有第二 反射鏡系統(tǒng)6，在第二反射鏡系統(tǒng)6的上下設(shè)有選擇性透射式定向散射屏4和第一高速投影 機(jī)l。所述的第二反射鏡系統(tǒng)6包括第一反射鏡鏡組7、第二反射鏡鏡組8。第一反射鏡鏡 組7位于第二反射鏡系統(tǒng)6的中心處，第二反射鏡鏡組8位于第二反射鏡系統(tǒng)6的外側(cè)；第 一反射鏡鏡組7或第二反射鏡鏡組8為一塊以上的反射鏡、反射棱鏡或反射鏡與反射棱鏡 的組合。所述的第一反射鏡鏡組7或第二反射鏡鏡組8為單層或多層結(jié)構(gòu)。
另一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，包括第一高速投影 機(jī)1、第二高速投影機(jī)9、第二反射鏡系統(tǒng)6、第三反射鏡系統(tǒng)10、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3和選擇性 透射式定向散射屏4 ;在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上分別設(shè)有第二反射鏡系統(tǒng)6和第三反射鏡系統(tǒng) 10，在第二反射鏡系統(tǒng)6和第三反射鏡系統(tǒng)10之間設(shè)有選擇性透射式定向散射屏4，在兩個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的對(duì)應(yīng)處分別設(shè)有第一高速投影機(jī)1和第二高速投影機(jī)9。所述的第二反射鏡 系統(tǒng)6包括第一反射鏡鏡組7和第二反射鏡鏡組8 ;所述的第三反射鏡系統(tǒng)10包括第三反 射鏡鏡組11和第四反射鏡鏡組12，第一反射鏡鏡組7、第二反射鏡鏡組8、第三反射鏡鏡組 11或第四反射鏡鏡組12為一塊以上的反射鏡、反射棱鏡或反射鏡與反射棱鏡的組合。所述 的第一反射鏡鏡組7、第二反射鏡鏡組8、第三反射鏡鏡組11或第四反射鏡鏡組12為單層 或多層結(jié)構(gòu)。 所述的選擇性透射式定向散射屏4為透射式全息定向散射屏、二元光學(xué)元件或光 柵結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；所述的選擇性透射式定向散射屏4的結(jié)構(gòu)為圓柱面或多棱柱面。
本發(fā)明提出的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，主要利 用了選擇性透射式定向散射屏在不同方向上的選擇透過(guò)性，在水平方向360°環(huán)繞視場(chǎng)可 視的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)反射鏡的傾斜角度，在垂直方向上加入了多個(gè)環(huán)帶視場(chǎng)。本發(fā)明 對(duì)選擇性透射式定向散射屏的形狀提出了更為一般的結(jié)構(gòu)，為圓柱面或多棱柱面。本發(fā)明 提出的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，主要采用了三種方式來(lái) 實(shí)現(xiàn)全景空間三維顯示，高速投影機(jī)和選擇性透射式定向散射屏均為固定部分，旋轉(zhuǎn)部分 僅為反射鏡系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能很好的滿足處于不同位置不同高度的多人同時(shí)環(huán) 繞觀察。


圖1是-
示意圖；




4中同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置I型的結(jié)構(gòu)三維
圖2是單層第一反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是多層第一反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例一示意圖
圖4是多層第一反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例二示意圖 圖5是多層第一反射鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例三示意圖
圖6是一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置II型的結(jié)構(gòu)示
圖7是一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置III型的結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖8(a)是圓柱面的選擇性透射式定向散射屏的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8(b)是四棱柱面的選擇性透射式定向散射屏的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8(C)是六棱柱面的選擇性透射式定向散射屏的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中第一高速投影機(jī)1、第一反射鏡系統(tǒng)2、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3、選擇性透射式定向散射 屏4、第一反射鏡5、第二反射鏡系統(tǒng)6、第一反射鏡鏡組7、第二反射鏡鏡組8、第二高速投影 機(jī)9、第三反射鏡系統(tǒng)10、第三反射鏡鏡組11、第四反射鏡鏡組12。
具體實(shí)施例方式
—種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，主要利用了選擇性透 射式定向散射屏在不同方向上的選擇透過(guò)性，在水平方向360°環(huán)繞視場(chǎng)可視的基礎(chǔ)上，通 過(guò)改變旋轉(zhuǎn)反射鏡的傾斜角度，在垂直方向上加入了多個(gè)環(huán)帶視場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)俯仰視場(chǎng) 的三維顯示。這種三維顯示裝置可以同時(shí)顯示出三維場(chǎng)景的360。水平周視同時(shí)在俯仰方 向也提供多環(huán)帶視場(chǎng)的顯示，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的帶空間消隱功能的空間三維的完美顯示，可供多 人水平36(T且俯仰多視角觀察。 如圖1所示，同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置I型主要包括 固定的第一高速投影機(jī)1和選擇性透射式定向散射屏4，旋轉(zhuǎn)部分為第一反射鏡系統(tǒng)2，其 安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。第一高速投影機(jī)1位于裝置上方，其下方對(duì)應(yīng)設(shè)有 轉(zhuǎn)動(dòng)的第一反射鏡系統(tǒng)2，固定的選擇性透射式定向散射屏4位于第一反射鏡系統(tǒng)2的外 側(cè)。固定的選擇性透射式定向散射屏4作為顯示屏幕對(duì)不同方向入射后的出射光線的發(fā)散 角進(jìn)行了限制，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示。計(jì)算機(jī)事先將需 要顯示的三維場(chǎng)景不同高度視點(diǎn)的水平360°各個(gè)視角的圖像進(jìn)行處理組合并傳入第一高 速投影機(jī)1中以供顯示。第一高速投影機(jī)1將處理好的組合圖像依次投影出來(lái)，經(jīng)第一反 射鏡系統(tǒng)2將光線轉(zhuǎn)折后投影到不同高度的環(huán)帶視場(chǎng)上以適應(yīng)不同俯仰視角的全景空間 三維顯示。當(dāng)?shù)谝环瓷溏R系統(tǒng)2由轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平方向360。不同視角 的刷新。假設(shè)第一反射鏡系統(tǒng)2由2塊第一反射鏡5組成，那么2塊第一反射鏡5與水平 面的夾角不同以適應(yīng)2個(gè)不同高度的環(huán)帶視場(chǎng)。當(dāng)?shù)谝环瓷溏R系統(tǒng)2旋轉(zhuǎn)一周，三維圖像 才完成2個(gè)俯仰視角水平360°全視角的全景空間視場(chǎng)的一次刷新，所以第一反射鏡系統(tǒng)2 的轉(zhuǎn)速越快，所獲得的三維圖像會(huì)更加穩(wěn)定。 一般當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置達(dá)到15轉(zhuǎn)以上，刷新頻率也 在15Hz以上，顯示的三維圖像會(huì)減小閃爍感，相對(duì)穩(wěn)定。在整個(gè)裝置中，第一高速投影機(jī)1 的投影幀速要與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速相匹配。假設(shè)在水平方向一周共有n(n〉 IO為整數(shù))個(gè)視角， 第一高速投影機(jī)1的投影幀速為v幀/秒，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的轉(zhuǎn)速為"轉(zhuǎn)/秒，那么三者滿足 關(guān)系￥= " *n。只有滿足上述關(guān)系，系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)與投影的同步并確定顯示三維場(chǎng)景 的方向，整個(gè)裝置顯示出的三維圖像才能穩(wěn)定。當(dāng)然，系統(tǒng)也可以上下翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，第一高速 投影機(jī)1從下向上投影，仍可實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示。不同 的安裝方式對(duì)于全景空間三維顯示裝置適應(yīng)不同環(huán)境及場(chǎng)景帶來(lái)了便捷。
如圖2所示，所述的第一反射鏡系統(tǒng)2為單層結(jié)構(gòu)，由1塊或多塊第一反射鏡5組 成。第一反射鏡5與水平面成不同角度，第一高速投影機(jī)1投影出的圖像經(jīng)不同角度的第
6一反射鏡5反射后投影到選擇性透射式定向散射屏4的不同高度的環(huán)帶視場(chǎng)上。第一反射 鏡系統(tǒng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的轉(zhuǎn)軸與第一反射鏡系統(tǒng)的中心 不一定重合。假設(shè)第一反射鏡系統(tǒng)2由n (n > 2為整數(shù))塊第一反射鏡5組成且每一塊與 水平面的夾角都不同，那么則對(duì)應(yīng)著n個(gè)不同的俯仰視場(chǎng)，三維圖像的刷新頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)裝 置3的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同。當(dāng)?shù)谝环瓷溏R系統(tǒng)2中的某些第一反射鏡5與水平面成相同角度的 時(shí)候，通過(guò)這些第一反射鏡5所投影到選擇性透射式定向散射屏4的圖像對(duì)應(yīng)于同一個(gè)環(huán) 帶視場(chǎng)；與水平面成不同角度的第一反射鏡5對(duì)應(yīng)于不同高度的環(huán)帶視場(chǎng)，通過(guò)這些第一 反射鏡5所投影到選擇性透射式定向散射屏4的圖像位于屏幕不同的高度上，以實(shí)現(xiàn)具有 水平方向360°全景視場(chǎng)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了多個(gè)俯仰視場(chǎng)的空間顯示。 如圖3所示，所述的第一反射鏡系統(tǒng)2為多層結(jié)構(gòu)，每一層由1塊或多塊第一反射 鏡5組成，同一層的第一反射鏡5與水平面成相同角度，不同層對(duì)應(yīng)不同的環(huán)帶視場(chǎng)。這種 結(jié)構(gòu)的第一反射鏡系統(tǒng)2是一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每一層均對(duì)應(yīng)于同一個(gè)環(huán)帶視場(chǎng)。第一高速投 影機(jī)1將圖像投影出來(lái)，經(jīng)同一層第一反射鏡系統(tǒng)2反射的圖像對(duì)應(yīng)于同一個(gè)俯仰環(huán)帶視 場(chǎng)。俯仰視場(chǎng)通過(guò)每一層第一反射鏡5與水平面成的角度不同來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，所述 的第一反射鏡系統(tǒng)2為多層結(jié)構(gòu)，每一層由1塊第一反射鏡5組成，每一塊第一反射鏡5與 水平面均成不同角度，也可實(shí)現(xiàn)多個(gè)俯仰視場(chǎng)的全景視場(chǎng)空間三維顯示，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的轉(zhuǎn) 動(dòng)頻率即為三維圖像的刷新頻率。假設(shè)第一反射鏡系統(tǒng)2為m(m^2為整數(shù))層結(jié)構(gòu)，每 一層由n(n > 1為整數(shù))塊第一反射鏡5組成，那么則對(duì)應(yīng)著m個(gè)不同的俯仰視場(chǎng)，而三維 圖像的刷新頻率為轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的n倍。在轉(zhuǎn)速相同的情況下，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)提 高了三維圖像的刷新頻率。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，對(duì)于裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)說(shuō)也更加的平衡、穩(wěn) 定。 如圖5所示，所述的第一反射鏡系統(tǒng)2為多層結(jié)構(gòu)，每一層由1塊或多塊第一反射 鏡5組成，同一層的第一反射鏡5與水平面成不同角度，與水平面成不同角度的反射鏡對(duì)應(yīng) 不同的環(huán)帶視場(chǎng)。這種結(jié)構(gòu)是一種不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，與水平面成相同角度的第一反射鏡5對(duì) 應(yīng)于同一方向的環(huán)帶視場(chǎng)，可以對(duì)不同的高度的觀察者均有俯仰多個(gè)視場(chǎng)的圖像與其相對(duì)應(yīng)。 如圖6所示，同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置II型，包括第 一高速投影機(jī)1、第二反射鏡系統(tǒng)6、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3和選擇性透射式定向散射屏4。第二反射鏡 系統(tǒng)6安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在第二反射鏡系統(tǒng)6的兩側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)有第一高 速投影機(jī)1和選擇性透射式定向散射屏4。所述的第二反射鏡系統(tǒng)6包括第一反射鏡鏡組 7、第二反射鏡鏡組8 ;第一反射鏡鏡組7位于第二反射鏡系統(tǒng)6的中心處，第二反射鏡鏡組 8位于第二反射鏡系統(tǒng)6的外側(cè)。第一反射鏡鏡組7和第二反射鏡鏡組8為單層或多層結(jié) 構(gòu)，為多塊反射鏡、反射棱鏡或反射鏡與反射棱鏡的組合。計(jì)算機(jī)事先將需要顯示的三維場(chǎng) 景不同高度視點(diǎn)的水平360。各個(gè)視角的圖像進(jìn)行處理組合并傳入第一高速投影機(jī)l中以 供顯示。第一高速投影機(jī)1將處理好的組合圖像依次投影出來(lái)，經(jīng)第二反射鏡系統(tǒng)6中的 第一反射鏡鏡組7和第二反射鏡鏡組8將光線轉(zhuǎn)折后投影到相差180°的不同高度的環(huán)帶 視場(chǎng)上以適應(yīng)不同俯仰視角的全景空間三維顯示。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3帶動(dòng)第二反射鏡系統(tǒng)6 旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)水平方向360°全景視場(chǎng)的刷新。第二反射鏡系統(tǒng)6的轉(zhuǎn)速越快，所獲得的三維圖 像會(huì)愈加穩(wěn)定。同樣這種結(jié)構(gòu)也需要保證轉(zhuǎn)動(dòng)與投影的同步，才能使得顯示的三維圖像保持穩(wěn)定。第一高速投影機(jī)1可以位于裝置下方，從下往上投影；也可位于裝置上方，從上往 下投影。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與投影屏幕分離，選擇性透射式定向散射屏4內(nèi)部沒(méi)有任何轉(zhuǎn) 動(dòng)部分，安裝簡(jiǎn)單，可適應(yīng)多種不同場(chǎng)景的應(yīng)用。 如圖7所示，同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置III型，包括第 一高速投影機(jī)1、第二高速投影機(jī)9、第二反射鏡系統(tǒng)6、第三反射鏡系統(tǒng)10、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3和 選擇性透射式定向散射屏4 ;在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3上分別設(shè)有第二反射鏡系統(tǒng)6和第三反射 鏡系統(tǒng)IO，在第二反射鏡系統(tǒng)6和第三反射鏡系統(tǒng)10之間設(shè)有選擇性透射式定向散射屏 4，在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3的對(duì)應(yīng)處分別設(shè)有第一高速投影機(jī)1和第二高速投影機(jī)9。所述的第 二反射鏡系統(tǒng)6包括第一反射鏡鏡組7和第二反射鏡鏡組8 ;所述的第三反射鏡系統(tǒng)10包 括第三反射鏡鏡組11和第四反射鏡鏡組12。第一反射鏡鏡組7、第二反射鏡鏡組8、第三反 射鏡鏡組11和第四反射鏡鏡組12為單層或多層結(jié)構(gòu)，為多塊反射鏡、反射棱鏡或反射鏡與 反射棱鏡的組合。第一高速投影機(jī)1位于裝置下方，從下往上投影；第二高速投影機(jī)9位于 裝置上方，從上往下投影。第一高速投影機(jī)1將已由計(jì)算機(jī)處理好的組合圖像從下方轉(zhuǎn)軸 中心投影出來(lái)，圖像經(jīng)第二反射鏡系統(tǒng)6中的第一反射鏡鏡組7后，再經(jīng)第二反射鏡鏡組8 轉(zhuǎn)折投影到選擇性透射式定向散射屏4上；第二高速投影機(jī)9將已由計(jì)算機(jī)處理好的組合 圖像從上方轉(zhuǎn)軸中心投影出來(lái)，圖像經(jīng)第三反射鏡系統(tǒng)10中的第三反射鏡鏡組11后，再經(jīng) 第四反射鏡鏡組12轉(zhuǎn)折投影到選擇性透射式定向散射屏4上。第一高速投影機(jī)1和第二 高速投影機(jī)9投出的圖像被投到屏幕不同高度的環(huán)帶上，以適應(yīng)不同的俯仰視角。通過(guò)轉(zhuǎn) 動(dòng)裝置3帶動(dòng)第二反射鏡系統(tǒng)6和第三反射鏡系統(tǒng)10旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)水平方向360。全景視場(chǎng)的 刷新。在相同轉(zhuǎn)速條件下，采用雙高速投影機(jī)的方式與采用單高速投影機(jī)的方式，其三維圖 像的刷新頻率提高一倍。這樣無(wú)疑提高了顯示圖像的刷新頻率和穩(wěn)定程度。當(dāng)然，這種方 式也要保證其系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)與投影機(jī)幀頻之間的匹配，來(lái)確定三維圖像顯示方位以及保證三維 圖像的穩(wěn)定性。 如圖8所示，所述的選擇性透射式定向散射屏4，屏幕為透射式全息定向散射屏、 二元光學(xué)元件或其他光柵結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；所述的選擇性透射式定向散射屏4的結(jié)構(gòu)為圓 柱面或多棱柱面。屏幕對(duì)透射光線的發(fā)光角度進(jìn)行了限制，在豎直方向透過(guò)并一定角度出 射，在水平方向直接小角度透射。這樣在水平方向小角度出射保證不同的視角位置上只能 看到供這一視角上可以觀看的圖像，而在垂直方向由于光線透過(guò)并以一定角度出射保證不 同俯仰視場(chǎng)觀看到的不同的圖像。
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權(quán)利要求
一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，其特性在于包括第一高速投影機(jī)(1)、第一反射鏡系統(tǒng)(2)、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)和選擇性透射式定向散射屏(4)；選擇性透射式定向散射屏(4)中心設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)上端設(shè)有第一反射鏡系統(tǒng)(2)，在第一反射鏡系統(tǒng)(2)的對(duì)應(yīng)處設(shè)有第一高速投影機(jī)(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置， 其特性在于所述的第一反射鏡系統(tǒng)(2)為單層結(jié)構(gòu)，由1塊或多塊第一反射鏡(5)組成，每 塊第一反射鏡(5)與水平面成不同角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置， 其特性在于所述的第一反射鏡系統(tǒng)(2)為多層結(jié)構(gòu)，每一層由l塊或多塊第一反射鏡(5) 組成，同一層的第一反射鏡(5)與水平面成相同角度，不同層的第一反射鏡(5)與水平面成 不同角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置， 其特性在于所述的第一反射鏡系統(tǒng)(2)為多層結(jié)構(gòu)，每一層由l塊或多塊第一反射鏡(5) 組成，同一層的第一反射鏡(5)與水平面成不同角度。
5. —種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，其特性在于包括第一高 速投影機(jī)(D、第二反射鏡系統(tǒng)(6)、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)和選擇性透射式定向散射屏(4);轉(zhuǎn)動(dòng)裝 置(3)上設(shè)有第二反射鏡系統(tǒng)(6)，在第二反射鏡系統(tǒng)(6)的上下設(shè)有選擇性透射式定向散 射屏(4)和第一高速投影機(jī)(1)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置， 其特性在于所述的第二反射鏡系統(tǒng)(6)包括第一反射鏡鏡組(7)、第二反射鏡鏡組(8);第 一反射鏡鏡組(7)位于第二反射鏡系統(tǒng)(6)的中心處，第二反射鏡鏡組(8)位于第二反射 鏡系統(tǒng)(6)的外側(cè)；第一反射鏡鏡組(7)或第二反射鏡鏡組(8)為一塊以上的反射鏡、反射 棱鏡或反射鏡與反射棱鏡的組合。
7. —種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置，其特性在于包括第一高 速投影機(jī)(1)、第二高速投影機(jī)(9)、第二反射鏡系統(tǒng)(6)、第三反射鏡系統(tǒng)(10)、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 裝置(3)和選擇性透射式定向散射屏(4);在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)上分別設(shè)有第二反射鏡系 統(tǒng)(6)和第三反射鏡系統(tǒng)(IO)，在第二反射鏡系統(tǒng)(6)和第三反射鏡系統(tǒng)(10)之間設(shè)有 選擇性透射式定向散射屏(4)，在兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)的對(duì)應(yīng)處分別設(shè)有第一高速投影機(jī)(1) 和第二高速投影機(jī)(9)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置， 其特性在于所述的第二反射鏡系統(tǒng)(6)包括第一反射鏡鏡組(7)和第二反射鏡鏡組(8); 所述的第三反射鏡系統(tǒng)(10)包括第三反射鏡鏡組(11)和第四反射鏡鏡組(12)，第一反射 鏡鏡組(7)、第二反射鏡鏡組(8)、第三反射鏡鏡組(11)或第四反射鏡鏡組(12)為一塊以 上的反射鏡、反射棱鏡或反射鏡與反射棱鏡的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝 置，其特性在于所述的第一反射鏡鏡組(7)、第二反射鏡鏡組(8)、第三反射鏡鏡組(11)或 第四反射鏡鏡組(12)為單層或多層結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、5或7所述的一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯 示裝置，其特性在于所述的選擇性透射式定向散射屏(4)為透射式全息定向散射屏、二元光學(xué)元件或光柵結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；所述的選擇性透射式定向散射屏(4)的結(jié)構(gòu)為圓柱面或 多棱柱面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置。該裝置包括高速投影機(jī)、選擇性透射式定向散射屏、反射鏡系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。選擇性透射式定向散射屏可控制出射光在不同方向上的發(fā)散角度，使得觀察者在水平方向及垂直方向的不同位置均能看到不同視角的雙目視差圖像，實(shí)現(xiàn)三維物體在全景空間上的三維顯示。本發(fā)明提出的同時(shí)具有水平與俯仰多視場(chǎng)的全景空間三維顯示裝置可顯示出三維場(chǎng)景的360°水平周視圖像，同時(shí)在俯仰方向也能提供多環(huán)帶視場(chǎng)的圖像，實(shí)現(xiàn)三維顯示?；诒景l(fā)明的三維顯示系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的供多人360°環(huán)繞裸眼觀看且具有空間消隱功能的空間三維的完美顯示。
文檔編號(hào)G02B5/08GK101750868SQ20101003960
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者劉旭, 夏新星, 李海峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)