專利名稱：基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示裝置，尤其涉及一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置。
背景技術(shù)：
三維顯示區(qū)別于二維顯示就是要通過各種方法給觀看者帶來視覺上的深度感知，使其自然或不自然地獲得畫面中第三維度的信息，這種獲取方式的自然與不自然對于觀看者來說就有真三維與假三維(或者說準(zhǔn)三維)的區(qū)別。三維顯示技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)產(chǎn)生大量的成果，這些成果大致可以分為全息三維顯示、體三維顯示、體視三維顯示等。全息技術(shù)能夠產(chǎn)生非常逼真的空間效果，但是在動態(tài)顯示方面它需要高分辨的空間光調(diào)制器以及超高速的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這兩個(gè)因素極大地限制了這使這種技術(shù)的進(jìn)步，使它目前還不能很好地進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。體三維顯示按顯示載體不同可以分為靜態(tài)體三維顯示和掃描體三維顯示。靜態(tài)體三維顯示要求采用靜態(tài)的顯示載體且顯示介質(zhì)需要填充顯示空間。這種顯示方法中沒有采用運(yùn)動部件，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，噪聲很小。但是由于始終沒有找到一種良好的顯示介質(zhì)，仍然存在三維體素?cái)?shù)量小，能量損失大，無法進(jìn)行連續(xù)空間掃描等問題。掃描體三維顯示采用一個(gè)平面或者曲面進(jìn)行360。的旋轉(zhuǎn)。先將待顯示的三維物體解析成二維圖像，當(dāng)屏幕運(yùn)動到指定的位置時(shí)，顯示相應(yīng)的二維圖像，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)構(gòu)建出三維圖像。目前已經(jīng)出現(xiàn)了若干種基于此原理的裝置，其中一些裝置已經(jīng)可以顯示動態(tài)圖像，具有水平和垂直視差，適合多人同時(shí)環(huán)繞觀察。但是體三維顯示存在最大的缺點(diǎn)，就是三維圖像不可消隱，即，三維物體的前后面同時(shí)可見。這與我們平常視覺效果不一致，而且會引起前后視圖的重疊從而導(dǎo)致混亂。 為了實(shí)現(xiàn)具有真實(shí)空間感且可消隱的三維顯示技術(shù)，人們逐步發(fā)展了體視三維顯示。體視三維從當(dāng)初的需要戴偏振眼鏡的視差型三維顯示發(fā)展到裸眼觀看的自體視三維顯示。自體視三維顯示又從只有兩個(gè)視角圖像到多視角平面三維顯示屏，再發(fā)展今天的空間全景視場三維顯示，一周視角可達(dá)到200個(gè)以上。空間視角的增加也大大地改善了三維顯示的效果，更適合人眼觀看。基于柱面掃描視角的三維顯示裝置，采用柱面光柵對柱面LED陣列進(jìn)行空間的視角掃描，使得人們在水平方向上獲得了準(zhǔn)確的三維信息，同時(shí)在分辨率，刷新率和彩色范圍上還具有很大的發(fā)展?jié)摿?。但是和大多?shù)體視三維顯示技術(shù)一樣，它無
法提供垂直方向上的三維信息，也就是說當(dāng)人眼上下移動時(shí)，看到的內(nèi)容是一樣的，這就極大地限制了體視三維顯示的應(yīng)用，本發(fā)明很好地解決了這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)垂直不同高度視點(diǎn)的正確視圖的三維顯示。

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，提供一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置。 基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置包括柱面LED掃描屏、光闌陣列、限光
3光學(xué)元件和轉(zhuǎn)動裝置；在轉(zhuǎn)動裝置上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描屏、光闌陣列、限光光學(xué)元件，并由轉(zhuǎn)動裝置控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏、光闌陣列的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏表面設(shè)有LED陣列，光闌陣列為狹縫光柵陣列或可控液晶的狹縫光柵陣列。 另一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置包括柱面LED掃描屏、柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件和轉(zhuǎn)動裝置；在轉(zhuǎn)動裝置上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描屏、柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件，并由轉(zhuǎn)動裝置控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏、柱透鏡陣列的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏表面設(shè)有LED陣列，柱透鏡陣列為由柱透鏡、二元光學(xué)柱透鏡或全息柱透鏡組成的陣列。 所述的可控液晶的狹縫光柵陣列為液晶顯示屏。所述的限光光學(xué)元件為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣列。 本發(fā)明提出的一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，此三維顯示裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)水平方向一周360°可觀看的三維圖像，并且在垂直方向可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)視角方向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)難度低，且能很好地實(shí)現(xiàn)彩色的全景視場三維顯示，能很好地滿足人們觀察的要求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是基于采用光闌陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式1的原理示意圖；圖4是基于采用光闌陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式2的原理示意圖；圖5是基于采用光闌陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式3的原理示意圖；圖6是基于采用光闌陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角1的方式4的原理示意圖；圖7是基于采用光闌陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角2的方式4的原理示意圖；圖8是基于采用柱透鏡陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式1的原理示意圖；圖9是基于采用柱透鏡陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式2的原理示意圖；圖10是基于采用柱透鏡陣列實(shí)現(xiàn)俯仰多視角方式3的原理示意圖；圖中，柱面LED掃描屏1、光闌陣列2、限光光學(xué)元件3、轉(zhuǎn)動裝置4、柱透鏡陣列5、
LED陣列6。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，包括柱面LED掃描屏、光闌陣列或柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件和轉(zhuǎn)動裝置。由內(nèi)至外依次放置柱面LED掃描屏、光闌陣列或柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件三層結(jié)構(gòu)。柱面LED掃描屏由多塊LED陣列組成，所有LED陣列均勻分布于柱體的一周，由轉(zhuǎn)動裝置帶動LED陣列旋轉(zhuǎn)，顯示整個(gè)柱面圖像。每塊LED陣列由多條線陣LED組成。柱面LED掃描屏的所有像素的光線經(jīng)過光闌陣列或柱透鏡陣列在垂直方向分成俯仰多個(gè)視區(qū)，所有像素水平方向的光線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的限光光學(xué)元件進(jìn)行不同發(fā)光方向的掃描。本發(fā)明控制所有LED的水平方向和垂直方向的發(fā)光，經(jīng)過一周360°的掃描，實(shí)現(xiàn)垂直方向俯仰多視角的三維圖像，便于人們在不同高度位置、360。環(huán) 繞多人觀看。本發(fā)明在垂直方向可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)視角方向。結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)難度低，且能很好 地實(shí)現(xiàn)彩色的全景視場三維顯示，能很好地滿足人們觀察的要求。 如圖1所示，基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置包括柱面LED掃描屏1、光 闌陣列2、限光光學(xué)元件3和轉(zhuǎn)動裝置4 ;在轉(zhuǎn)動裝置4上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描 屏1、光闌陣列2、限光光學(xué)元件3，并由轉(zhuǎn)動裝置4控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏1、光闌陣列 2的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件3的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏1表面設(shè)有LED陣列6， 光闌陣列2為狹縫光柵陣列或可控液晶的狹縫光柵陣列?？煽匾壕У莫M縫光柵陣列為液晶 顯示屏。限光光學(xué)元件(3)為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣列。
令LED陣列6的數(shù)量為m，每秒的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則一周圖像頻率為m*n。每塊 LED陣列6由多條線陣LED組成。限光光學(xué)元件3為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣 列，對柱面LED掃描屏1進(jìn)行每個(gè)LED水平發(fā)光角度的限制。采用狹縫光柵作為限光光學(xué) 元件3，通過狹縫光柵控制水平發(fā)光角，而旋轉(zhuǎn)的狹縫光柵可以掃描多個(gè)水平視角，可以實(shí) 現(xiàn)水平方向360。視場的三維顯示。采用柱透鏡陣列作為限光光學(xué)元件3，當(dāng)LED光源為小 角度發(fā)光時(shí)，只需要一個(gè)柱透鏡陣列作為限光光學(xué)元件3 ;當(dāng)LED光源為大角度發(fā)光時(shí)，一 般都要配置光闌陣列，采用光闌陣列與柱透鏡陣列相組合作為限光光學(xué)元件3。每個(gè)LED發(fā) 射的光線通過柱透鏡陣列或光闌陣列與柱透鏡陣列組合控制其水平發(fā)光角，而旋轉(zhuǎn)的柱透 鏡陣列或光闌陣列與柱透鏡陣列組合可以掃描多個(gè)水平視角，可以實(shí)現(xiàn)水平方向360°視 場的三維顯示。 采用光闌陣列2實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示有4種方式。柱面LED掃描 屏1由多塊LED陣列6組成，所有LED陣列6均勻分布于柱體的一周，顯示一周的圖像，每 塊LED陣列6由多條線陣LED組成。令每塊LED陣列6上的線陣LED的條數(shù)為k，實(shí)現(xiàn)俯仰 視角個(gè)數(shù)為t。實(shí)際上線陣LED的條數(shù)k只受LED陣列6面積的限制，俯仰視角個(gè)數(shù)t = (LED陣列6的LED個(gè)數(shù)/每個(gè)視角圖像的垂直方向分辨率)，俯仰視角個(gè)數(shù)t可以做到2 個(gè)到上百個(gè)。 采用光闌陣列2實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式1，為了方便闡述原理， 我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖3所示，LED陣列6的每一條線 陣LED分為每兩個(gè)LED—組，每個(gè)LED對應(yīng)光闌陣列2中的一個(gè)狹縫光闌，兩個(gè)LED發(fā)射的 光線經(jīng)光闌陣列2的兩個(gè)不同高度位置的狹縫光闌，往垂直方向兩個(gè)不同高度位置的視點(diǎn) 發(fā)射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平方向受到了限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水 平方向360°視場的三維顯示。同理，當(dāng)令線陣LED的條數(shù)k和俯仰視角個(gè)數(shù)t大于2時(shí)， 也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示。因此，方式l中每一條線陣LED都可以完成所 有俯仰視角，而線陣LED的條數(shù)k可以將多個(gè)視角的圖像刷新頻率提高k倍。
采用光闌陣列2實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式2，為了方便闡述原理， 我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖4所示，LED陣列6的每一條線陣 LED分為每兩個(gè)LED —組，兩條線陣LED的分組不相同， 一條線陣LED采用兩個(gè)一組分組，另 一條線陣LED與第一條線陣LED相比，錯(cuò)開一個(gè)LED位置進(jìn)行分組。采用每個(gè)LED對應(yīng)光 闌陣列2中的一個(gè)狹縫光闌，同條線陣LED的兩個(gè)LED發(fā)射的光線經(jīng)光闌陣列2的兩個(gè)不 同高度位置的狹縫光闌，往垂直方向兩個(gè)不同高度位置的視點(diǎn)發(fā)射，不同條線陣LED的同一高度位置的LED通過不同位置的光闌陣列2實(shí)現(xiàn)不同視角的顯示。經(jīng)過同一高度的LED 在垂直方向上實(shí)現(xiàn)不同高度視點(diǎn)的投射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平方向受到 了限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360。視場的三維顯示。同理，當(dāng)令線陣LED的條 數(shù)k和俯仰視角個(gè)數(shù)t都大于2時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示。方式2中， 每一條線陣LED都可以完成所有俯仰視角投射，同時(shí)同一水平高度的LED完成所有俯仰視 角投射，故而線陣LED的條數(shù)k必須不小于俯仰視角個(gè)數(shù)t，要實(shí)現(xiàn)t個(gè)視角至少要有t條 線陣LED。方式2與方式1相比，每個(gè)視角的圖像在垂直方向的分辨率更高，一條線陣LED 中LED個(gè)數(shù)等于一個(gè)俯仰視角視圖垂直方向的分辨率。 采用光闌陣列2實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式3，為了方便闡述原理， 我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖5所示，LED陣列6的一條線陣 LED都往一個(gè)俯仰視角方向投射，兩條線陣LED的就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)俯仰方向視角的投射。采 用每個(gè)LED對應(yīng)光闌陣列2中的一個(gè)狹縫光闌，同條線陣LED的每個(gè)LED發(fā)射的光線經(jīng)光 闌陣列2的分別對應(yīng)不同高度位置的狹縫光闌，往垂直方向同一高度位置的視點(diǎn)發(fā)射，不 同條線陣LED的通過不同位置的光闌陣列2實(shí)現(xiàn)不同視角的顯示。經(jīng)過不同條線陣LED在 垂直方向上實(shí)現(xiàn)不同高度視點(diǎn)的投射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平方向受到了 限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360。視場的三維顯示。同理，當(dāng)令線陣LED的條數(shù) k和俯仰視角個(gè)數(shù)t都大于2時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示。方式3中，每 一條線陣LED都完成一個(gè)俯仰視角投射，同時(shí)不同線陣LED完成不同俯仰視角投射，故而線 陣LED的條數(shù)k必須等于俯仰視角個(gè)數(shù)t，要實(shí)現(xiàn)t個(gè)視角就要有t條線陣LED。方式3與 方式1相比，每個(gè)視角的圖像在垂直方向的分辨率更高，一條線陣LED中LED個(gè)數(shù)等于一個(gè) 俯仰視角視圖垂直方向的分辨率。與方式2相比， 一列線陣LED負(fù)責(zé)一個(gè)俯仰視角的圖像， 顯示圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理更為簡單。 采用光闌陣列2實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式4，光闌陣列2為可控 液晶的狹縫光柵陣列為液晶顯示屏，顯示的圖像為狹縫光柵陣列。采用可控的液晶顯示屏 顯示光闌陣列2，就可以通過液晶圖像變換，即顯示不同分布的圖像，來實(shí)現(xiàn)分時(shí)的俯仰視 角掃描。為了方便闡述原理，我們令線陣LED的條數(shù)k二2，俯仰視角個(gè)數(shù)t二2。如圖6 所示，液晶顯示屏顯示一個(gè)狹縫光柵時(shí)，LED陣列6的每條線陣LED往一個(gè)俯仰視角方向投 射，當(dāng)完成第一個(gè)俯仰視角方向的三維顯示。如圖7所示，改變液晶顯示屏顯示的光闌陣列 2，液晶顯示屏顯示另一個(gè)狹縫光柵時(shí)，使得LED陣列6的每條線陣LED往另一個(gè)俯仰視角 方向投射，完成第二個(gè)俯仰視角的三維顯示。LED陣列6的每一個(gè)LED經(jīng)過可控液晶狹縫 光柵在垂直方向上分時(shí)實(shí)現(xiàn)不同高度視點(diǎn)的投射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平 方向受到了限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360。視場的三維顯示。同理，當(dāng)令線陣 LED的條數(shù)k和俯仰視角個(gè)數(shù)t都大于2時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示，所 以方式4中俯仰視角個(gè)數(shù)t就等于可控液晶狹縫光柵變換的次數(shù)。方式4與方式1、2、3相 比，同樣也是一條線陣LED中LED個(gè)數(shù)等于一個(gè)俯仰視角視圖垂直方向的分辨率，但只是分 時(shí)顯示每一個(gè)俯仰視角，而方式1、2、3是采用分空間顯示每一個(gè)俯仰視角的三維圖像。
如圖2所示，基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置包括柱面LED掃描屏1、柱 透鏡陣列5、限光光學(xué)元件3、轉(zhuǎn)動裝置4 ;在轉(zhuǎn)動裝置4上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描 屏1、柱透鏡陣列5、限光光學(xué)元件3，并由轉(zhuǎn)動裝置4控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏1、柱透鏡陣列5的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件3的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏1表面設(shè)有LED陣 列6，柱透鏡陣列5為由柱透鏡、二元光學(xué)柱透鏡或全息柱透鏡組成的陣列。限光光學(xué)元件 3為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣列。 令LED陣列6的數(shù)量為m，每秒的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒，則一周圖像頻率為m*n。每塊 LED陣列6由多條線陣LED組成。限光光學(xué)元件3為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣 列，對柱面LED掃描屏1進(jìn)行每個(gè)LED水平發(fā)光角度的限制。采用狹縫光柵作為限光光學(xué) 元件3，通過狹縫光柵控制水平發(fā)光角，而旋轉(zhuǎn)的狹縫光柵可以掃描多個(gè)水平視角，可以實(shí) 現(xiàn)水平方向360。視場的三維顯示。采用柱透鏡陣列作為限光光學(xué)元件3，當(dāng)LED光源為小 角度發(fā)光時(shí)，只需要一個(gè)柱透鏡陣列作為限光光學(xué)元件3 ;當(dāng)LED光源為大角度發(fā)光時(shí)，一 般都要配置光闌陣列，采用光闌陣列與柱透鏡陣列相組合作為限光光學(xué)元件3。每個(gè)LED發(fā) 射的光線通過柱透鏡陣列或光闌陣列與柱透鏡陣列組合控制其水平發(fā)光角，而旋轉(zhuǎn)的柱透 鏡陣列或光闌陣列與柱透鏡陣列組合可以掃描多個(gè)水平視角，可以實(shí)現(xiàn)水平方向360°視 場的三維顯示。 采用柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示，當(dāng)LED光源為小角度發(fā) 光時(shí)，只需要一個(gè)柱透鏡陣列5就可以實(shí)現(xiàn)垂直方向的不同俯仰角度投射；當(dāng)LED光源為大 角度發(fā)光時(shí)，一般都要配置光闌陣列，采用光闌陣列與柱透鏡陣列5相組合實(shí)現(xiàn)垂直方向 的不同俯仰角度投射。 采用柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示，有3種方式。柱面LED掃 描屏1由多塊LED陣列6組成，所有LED陣列6均勻分布于柱體的一周，顯示一周的圖像， 每塊LED陣列6由多條線陣LED組成。令每塊LED陣列6上的線陣LED的條數(shù)為k，實(shí)現(xiàn) 俯仰視角個(gè)數(shù)為t。實(shí)際上線陣LED的條數(shù)k只受LED陣列6面積的限制，俯仰視角個(gè)數(shù)t =(LED陣列6的LED個(gè)數(shù)/每個(gè)視角圖像的垂直方向分辨率)，俯仰視角個(gè)數(shù)t可以做到 2個(gè)到上百個(gè)。 采用柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式l，為了方便闡述原 理，我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖8所示，LED陣列6的每一條 線陣LED分為每兩個(gè)LED —組，每組LED對應(yīng)柱透鏡陣列5中的一個(gè)子柱透鏡，兩個(gè)LED發(fā) 射的光線經(jīng)柱透鏡陣列5的子柱透鏡，往垂直方向兩個(gè)不同高度位置的視點(diǎn)發(fā)射，然后又 經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平方向受到了限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360° 視場的三維顯示。柱透鏡陣列5要分別實(shí)現(xiàn)不同垂直高度的每組LED往兩個(gè)不同高度的俯 仰視角的投射，所以不同組的LED對應(yīng)的子柱透鏡的位置、形狀和焦距各不相同。同理，當(dāng) 令線陣LED的條數(shù)k和俯仰視角個(gè)數(shù)t大于2時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯 示。因此，方式1中每一條線陣LED都可以完成所有俯仰視角，而線陣LED的條數(shù)k可以將 多個(gè)視角的圖像刷新頻率提高k倍。 采用柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式2，為了方便闡述原 理，我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖9所示，LED陣列6的每一條 線陣LED分為每兩個(gè)LED —組，每組LED對應(yīng)一個(gè)子柱透鏡。兩條線陣LED的分組不相同， 一條線陣LED采用兩個(gè)一組分組，另一條線陣LED與第一條線陣LED相比，錯(cuò)開一個(gè)LED位 置進(jìn)行分組。采用每組LED對應(yīng)柱透鏡陣列5中的一個(gè)子柱透鏡，同條線陣LED的兩個(gè)LED 發(fā)射的光線經(jīng)柱透鏡陣列5的子柱透鏡，往垂直方向兩個(gè)不同高度位置的視點(diǎn)發(fā)射，不同條線陣LED的同一高度位置的LED通過不同的柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)不同視角的顯示。經(jīng)過同 一高度的LED在垂直方向上實(shí)現(xiàn)不同高度視點(diǎn)的投射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在 水平方向受到了限制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360。視場的三維顯示。柱透鏡陣 列5要分別實(shí)現(xiàn)不同垂直高度的每組LED往兩個(gè)不同高度的俯仰視角的投射，所以不同組 的LED對應(yīng)的子柱透鏡的位置、形狀和焦距各不相同。同理，當(dāng)令線陣LED的條數(shù)k和俯仰 視角個(gè)數(shù)t都大于2時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示。方式2中，每一條線陣 LED都可以完成所有俯仰視角投射，同時(shí)同一水平高度的LED完成所有俯仰視角投射，故而 線陣LED的條數(shù)k必須不小于俯仰視角個(gè)數(shù)t，要實(shí)現(xiàn)t個(gè)視角至少要有t條線陣LED。方 式2與方式1相比，每個(gè)視角的圖像在垂直方向的分辨率更高， 一條線陣LED中LED個(gè)數(shù)等 于一個(gè)俯仰視角視圖垂直方向的分辨率。 采用柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)俯仰多視角的全景視場三維顯示方式3，為了方便闡述原 理，我們令線陣LED的條數(shù)k = 2，俯仰視角個(gè)數(shù)t = 2。如圖10所示，LED陣列6的一條線 陣LED都往一個(gè)俯仰視角方向投射，兩條線陣LED的就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)俯仰方向視角的投射。 每條線陣LED對應(yīng)柱透鏡陣列5 —個(gè)或多個(gè)的子透鏡，所以，柱透鏡陣列5可以包含一個(gè)或 多個(gè)子柱透鏡，但是不同條的線陣LED對應(yīng)不同的柱透鏡陣列5 —個(gè)或多個(gè)的子透鏡。同 條線陣LED的每個(gè)LED發(fā)射的光線經(jīng)柱透鏡陣列5，往垂直方向同一高度位置的視點(diǎn)發(fā)射， 不同條線陣LED的通過不同柱透鏡陣列5實(shí)現(xiàn)不同視角的顯示。經(jīng)過不同條線陣LED在垂 直方向上實(shí)現(xiàn)不同高度視點(diǎn)的投射，然后又經(jīng)過限光光學(xué)元件3，光線在水平方向受到了限 制，實(shí)現(xiàn)了俯仰兩個(gè)視角的水平方向360°視場的三維顯示。柱透鏡陣列5要分別實(shí)現(xiàn)不同 垂直高度的每組LED往兩個(gè)不同高度的俯仰視角的投射，所以不同組的LED對應(yīng)的子柱透 鏡的位置、形狀和焦距各不相同。同理，當(dāng)令線陣LED的條數(shù)k和俯仰視角個(gè)數(shù)t都大于2 時(shí)，也同樣可以實(shí)現(xiàn)t個(gè)俯仰視角的三維顯示。方式3中，每一條線陣LED都完成一個(gè)俯仰 視角投射，同時(shí)不同線陣LED完成不同俯仰視角投射，故而線陣LED的條數(shù)k必須等于俯仰 視角個(gè)數(shù)t，要實(shí)現(xiàn)t個(gè)視角就要有t條線陣LED。方式3與方式1相比，每個(gè)視角的圖像 在垂直方向的分辨率更高，一條線陣LED中LED個(gè)數(shù)等于一個(gè)俯仰視角視圖垂直方向的分 辨率。與方式2相比， 一列線陣LED負(fù)責(zé)一個(gè)俯仰視角圖像的顯示，顯示圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理更 為簡單。
權(quán)利要求
一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，其特征在于包括柱面LED掃描屏(1)、光闌陣列(2)、限光光學(xué)元件(3)和轉(zhuǎn)動裝置(4)；在轉(zhuǎn)動裝置(4)上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描屏(1)、光闌陣列(2)、限光光學(xué)元件(3)，并由轉(zhuǎn)動裝置(4)控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏(1)、光闌陣列(2)的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件(3)的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏(1)表面設(shè)有LED陣列(6)，光闌陣列(2)為狹縫光柵陣列或可控液晶的狹縫光柵陣列。
2. —種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，其特征在于包括柱面LED掃描屏(1)、柱透鏡陣列(5)、限光光學(xué)元件(3)和轉(zhuǎn)動裝置(4);在轉(zhuǎn)動裝置(4)上從里到外依次設(shè)有柱面LED掃描屏(1)、柱透鏡陣列(5)、限光光學(xué)元件(3)，并由轉(zhuǎn)動裝置(4)控制轉(zhuǎn)動，柱面LED掃描屏(1)、柱透鏡陣列(5)的轉(zhuǎn)動方向與限光光學(xué)元件(3)的轉(zhuǎn)動方向相反，柱面LED掃描屏(1)表面設(shè)有LED陣列(6)，柱透鏡陣列(5)為由柱透鏡、二元光學(xué)柱透鏡或全息柱透鏡組成的陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，其特征在于所述的可控液晶的狹縫光柵陣列為液晶顯示屏。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，其特征在于所述的限光光學(xué)元件(3)為垂直方向分布的狹縫光柵或柱透鏡陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于俯仰多視角的全景視場三維顯示裝置，包括柱面LED掃描屏、光闌陣列或柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件、轉(zhuǎn)動裝置。由內(nèi)至外依次放置柱面LED掃描屏、光闌陣列或柱透鏡陣列、限光光學(xué)元件三層結(jié)構(gòu)。柱面LED掃描屏由多塊LED陣列組成，由轉(zhuǎn)動裝置帶動LED陣列旋轉(zhuǎn)，顯示整個(gè)柱面圖像。柱面LED掃描屏的所有像素的光線經(jīng)過光闌陣列或柱透鏡陣列在垂直方向分成俯仰多個(gè)視區(qū)，所有像素水平方向的光線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的限光光學(xué)元件進(jìn)行不同發(fā)光方向的掃描。本發(fā)明控制所有LED的水平方向和垂直方向的發(fā)光，經(jīng)過一周360°的掃描，實(shí)現(xiàn)垂直方向俯仰多視角的三維圖像，便于人們在不同高度位置、360°環(huán)繞多人觀看。
文檔編號G02B27/22GK101762881SQ201010101198
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉旭, 夏新星, 李帥, 李海峰, 柳迪, 顏才杰 申請人:浙江大學(xué)