基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，屬于三維顯示領域.。可以廣泛應用在娛樂、科學研究、醫(yī)療、軍事、教育等諸多領域。包括：反射式散射屏幕與多個投影裝置；連接關系：多個投影裝置在空間上并排排列，多個投影裝置同時投影到反射式散射屏幕；該裝置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微結構表面，使得人的左右眼的圖像來自不同的圖像源形成的帶狀的觀察區(qū)域中，這樣使得左右眼分別看到不同的圖像，可以通過人腦合成出三維圖像。
【專利說明】基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，屬于三維顯示領域.?？梢詮V泛應用在娛樂、科學研究、醫(yī)療、軍事、教育等諸多領域。
【背景技術】
[0002]三維顯示裝置在在娛樂、科學研究、醫(yī)療、軍事、教育等諸多領域得到廣泛的應用?，F(xiàn)有的裸眼三維顯示的系統(tǒng)大多是平面屏幕顯示，另外系統(tǒng)受到透射板面以及顯示屏幕的尺寸顯示不易于做大尺寸大場景的三維顯示系統(tǒng)；現(xiàn)有的商用裸眼三維顯示的技術呈現(xiàn)出的視差圖數目較少以及平面屏自身的形狀所限，觀察范圍有限，無法實現(xiàn)周視的三維顯示，而現(xiàn)有的周視三維顯示裝置含有高速的旋轉機構導致系統(tǒng)復雜，而且往往顯示系統(tǒng)和顯示的三維物體之間有遮擋和背景的關系，無法給別人身臨其境的感覺。本發(fā)明提供的顯示裝置基于多投影機和反射式散射屏幕，在顯示過程中，系統(tǒng)不進行掃描，沒有高速旋轉的機構，根據不同的實施案例，所顯示的三維物體可以讓用戶進行周視裸眼觀看，顯示的三維物體可以懸浮在系統(tǒng)上，沒有顯示系統(tǒng)的遮擋，可進行觸摸交互，真實感強，也可以搭建系統(tǒng)適合在家庭中或者是影院中進行三維物體的呈現(xiàn)和觀看，采用單面的反射散射屏幕，成本低，易于安裝裝調，反射效率高光能利用率高，裝置不受傳統(tǒng)的裸眼三維顯示系統(tǒng)中透鏡的尺寸限制，易于做大尺寸大場景的三維顯示系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的裸眼三維顯示裝置含有高速的旋轉機構導致系統(tǒng)復雜以及系統(tǒng)與物體之間有遮擋和背景，提供基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置。
[0004]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。
[0005]基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，包括:反射式散射屏幕與多個投影裝置；
[0006]連接關系:多個投影裝置在空間上并排排列，多個投影裝置同時投影到反射式散射屏眷;
[0007]所述的反射式散射屏幕的工作表面是在基底表面上形成微結構陣列，陣列單元由兩個互成直角的反射表面構成，水平平面剖面為直角反射面，且陣列單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳；
[0008]工作過程:反射散射屏幕在水平和豎直方向呈現(xiàn)出不同的散射特性，將投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳，在裝置工作時候，多個投影裝置固定不動，圖像投影到反射散射屏幕上，在空間形成了連續(xù)的條狀出瞳形成一個大范圍的可見區(qū)域，相應的投影裝置針對條狀出瞳的位置進行圖像的渲染，人眼看到來自不同的投影裝置顯示的圖像，形成三維顯示效果。
[0009]裝置包括以下兩種:[0010]壹、基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，包括:投影裝置，反射散射屏眷;
[0011]連接關系:多個投影裝置在空間繞裝置的中軸線排列一周，反射散射屏幕基底表面呈輪胎狀，且輪胎的中軸線和本裝置的中軸線重合；反射散射屏幕基底表面繞中心軸旋轉對稱，豎直切面的反射面能夠將投影裝置的出瞳成像在豎直方向高于投影裝置的位置；反射散射屏幕表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。
[0012]貳、基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，包括:投影裝置，反射散射屏眷;
[0013]連接關系:多個投影裝置在空間排列成一排，反射散射屏幕固定的位置使得投影裝置投影的圖像能夠反射進入人眼；反射散射屏幕表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證一個投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。
[0014]有益效果
[0015]1、本發(fā)明的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微結構表面，使得人的左右眼的圖像來自不同的圖像源形成的帶狀的觀察區(qū)域中，這樣使得左右眼分別看到不同的圖像，可以通過人腦合成出三維圖像。
[0016]2、本發(fā)明的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，利用了反射式散射屏幕上特殊的微結構表面和基底表面的任意性，裝置在工作過程中不需要進行旋轉和圖像高速刷新，發(fā)明的裝置實現(xiàn)方便容易，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定。
[0017]3、本發(fā)明的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，可靠性高，通過反射式散射屏幕的基底表面的設計可以使所顯示的三維物體周視裸眼觀看，顯示的三維物體可以懸浮在系統(tǒng)上，沒有顯示系統(tǒng)的遮擋，可進行觸摸交互，真實感強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實施例一基于多投影機和透射式散射屏幕的周視三維顯示裝置結構圖；
[0019]圖2是反射散射屏幕的表面微結構構成的一種實施例示意圖；
[0020]圖3是微結構單元兩個凹柱面反射面組合示意圖；
[0021]圖4是微結構單元一個凹柱面反射面和一個凸柱面反射面組合示意圖；
[0022]圖5是微結構單元兩個凸柱面反射面組合示意圖；
[0023]圖6是微結構單元一個凹柱面反射面和一個平面反射面組合示意圖；
[0024]圖7是微結構單元一個凸柱面反射面和一個平面反射面組合示意圖；
[0025]圖8是反射散射屏幕的表面微結構構成的一種實施例示意圖；
[0026]圖9是圖8所示的實施例的一種微結構單元示意圖；
[0027]圖10是圖8所示的實施例的一種微結構單元示意圖；
[0028]圖11是一種實施例微結構單位構成的反射散射屏幕表面光線反射示意圖；
[0029]圖12是一種實施例微結構單位構成的反射散射屏幕表面光線反射示意圖；[0030]圖13是反射散射屏幕表面水平剖面的光線反射示意圖；
[0031]圖14是實施例二基于多投影機和透射式散射屏幕的周視三維顯示裝置結構圖。 其中，I一投影裝置，2—反射式散射屏.；
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示，基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，包括:投影裝置I，反射散射屏幕2 ；
[0035]連接關系:多個投影裝置I在空間繞裝置的中軸線排列一周，反射散射屏幕2基底表面呈輪胎狀，且輪胎的中軸線和裝置的中軸線重合；反射散射屏幕2基底表面繞中心軸旋轉對稱，豎直切面的反射面能夠將投影裝置I的出瞳成像在豎直方向高于投影裝置I的位置；反射散射屏幕2表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。
[0036]工作過程:多個投影裝置I在空間繞裝置的中軸線排列一周，反射散射屏幕2基底表面呈輪胎狀，且輪胎的中軸線和裝置的中軸線重合；反射散射屏幕2表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。通過基底表面的設計，使得帶狀出瞳高于輪胎狀的反射散射屏幕，避免了雜散輻射的產生。多個投影裝置I針對移動的條狀出瞳的位置進行圖像的渲染，在裝置進行工作的時候投影裝置I不需要進行高速的圖像刷新。人的左右眼的處在不同的帶狀出瞳區(qū)域中，可以觀察到不同的投影裝置I投影到反射式散射屏幕2后反射回來的不同的圖像，這時候可以通過人腦合成出三維圖像；裝置在工作過程中不需要進行旋轉和圖像高速刷新，發(fā)明的裝置實現(xiàn)方便容易，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定通過輪胎狀反射式散射屏幕的基底表面的設計可以使所顯示的三維物體周視裸眼觀看，顯示的三維物體可以懸浮在系統(tǒng)上，沒有顯示系統(tǒng)的遮擋，可進行觸摸交互，真實感強。
[0037]反射式散射屏幕的工作原理
[0038]反射散射屏幕的表面結構可以有多種結構形式如圖2和圖8所示，如圖2所示，組成反射式散射屏幕表面微結構陣列的微結構單元可以都是同樣的結構形式，即是說兩個互成直角的反射表面構成，構成的形式也可以是多種多樣的，可以是如圖3所示，兩個反射表面均為凹柱面反射面，可以如圖4所示，兩個反射表面一個是凹柱面反射面，另一個是凸柱面反射面，可以如圖5所示，兩個反射表面均為凸柱面反射面，可以是如圖6所示，兩個反射表面一個是平面反射面，另一個是凸柱面反射面，可以是如圖7所示，兩個反射表面一個是平面反射面，另一個是凹柱面反射面。反射散射屏幕的表面結構如圖8所示，組成反射式散射屏幕表面微結構陣列的微結構單元可以都是不樣的結構形式，雖然微結構單元仍然是由兩個互成直角的反射表面構成，然而，可以是圖3-7中的任意一種形式，如圖8所示，組成反射式散射屏幕表面微結構陣列的微結構單元是由圖9所示的凹凸柱面反射面和圖10所示的凹凸柱面反射面兩中表面交替排列形成的。微結構單元的特征尺寸需要小于投影機一個像素單元的尺寸，光線在反射散射表面發(fā)生的反射光路示意圖如圖11-13所示，在【具體實施方式】中，只給出兩個反射表面一個是平面反射面，另一個是凹柱面反射面和兩個反射表面一個是平面反射面，另一個是凸柱面反射面的這兩種形式，但是本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理以及實施方式進行闡述，這樣闡述只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，在具體實施過程中，進行合適的面型控制也可以達到相應的光線反射的效果。如圖11所示，豎直方向上的一束平行光入射到反射屏上，經過平面反射鏡的反射，由于兩個反射表面互成直角，該束光線會在凸面反射面上進行反射，會在凸柱面反射面的作用在豎直方向上進行發(fā)散；如圖12所示，和圖13類似，豎直方向上的一束平行光入射到反射屏上，經過平面反射鏡的反射，由于兩個反射表面互成直角，該束光線會在凹柱面反射面上進行反射，會在凹柱面反射面的作用下在豎直方向上迅速匯聚后迅速進行發(fā)散。在微結構單元的水平面上，如圖13所示，由于兩個反射表面互成直角，所以在水平面上,光束會有回反射的效果，水平平面上各個方向上的光束都會沿著原路返回。
[0039]由于上述表面微結構陣列的作用，反射散射屏幕在水平面方向和豎直方向上產生了兩種不同的散射特性，水平面方向上，反射散射屏幕具有回返射的特性，豎直方向上反射散射屏幕具有發(fā)散的特性，發(fā)散角度的大小由構成微結構單元的兩個表面的曲率決定，反射散射屏幕可以將投影機的出瞳形成一個豎直方向上發(fā)散，水平方向上壓縮的一個帶狀光瞳，另外，還有基底表面的作用，可以調整帶狀出瞳的具體空間位置。如在實施例1，由于基底表面的作用，使得帶狀出瞳高于輪胎狀的反射散射屏幕，避免了雜散輻射的產生。
[0040]實施例2
[0041]如圖14所示，基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，包括:投影裝置I，反射散射屏幕2 ；
[0042]連接關系:多個投影裝置I在空間排列成一排，反射散射屏幕2固定的位置使得投影裝置I投影的圖像能夠反射進入人眼；反射散射屏幕2表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證一個投影裝置I的出瞳形成一個條狀出瞳。
[0043]工作過程:多個投影裝置I在空間排列成一排，投影裝置I的位置可以放置在地面上，也可以吊裝在天花板上，反射散射屏幕2固定的位置使得投影裝置I投影的圖像能夠反射進入人眼；反射散射屏幕2表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證一個投影裝置I的出瞳形成一個條狀出瞳，反射散射屏幕2的基底表面的設計參考投影裝置I的具體位置和人眼所處的位置而定，可以最大的利用空間以及光能效率；多個投影裝置I針對移動的條狀出瞳的位置進行圖像的渲染，在裝置進行工作的時候投影裝置I不需要進行高速的圖像刷新。人的左右眼的處在不同的帶狀出瞳區(qū)域中，可以觀察到不同的投影裝置I投影到反射式散射屏幕2后反射回來的不同的圖像，這時候可以通過人腦合成出三維圖像；裝置在工作過程中不需要進行旋轉和圖像高速刷新，發(fā)明的裝置實現(xiàn)方便容易，另外由于本發(fā)明的反射式散射屏幕對于安裝要求不高，可以進行多塊反射式散射屏幕的拼接，使得大屏幕大尺寸三維顯示裝置成為可能。
[0044]以上對于本發(fā)明所提供的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理以及實施方式進行闡述，以上實施案例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
[0045]
【權利要求】
1.基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，其特征在于:包括:反射式散射屏幕與多個投影裝置；多個投影裝置在空間上并排排列，多個投影裝置同時投影到反射式散射屏眷; 所述的反射式散射屏幕的工作表面是在基底表面上形成微結構陣列，陣列單元由兩個互成直角的反射表面構成，水平平面剖面為直角反射面，且陣列單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。
2.如權利要求1所述的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，其特征在于:所述裝置，包括:投影裝置(I )，反射散射屏幕(2);多個投影裝置(I)在空間繞裝置的中軸線排列一周，反射散射屏幕(2)基底表面呈輪胎狀，且輪胎的中軸線和本裝置的中軸線重合；反射散射屏幕(2)基底表面繞中心軸旋轉對稱，豎直切面的反射面能夠將投影裝置(I)的出瞳成像在豎直方向高于投影裝置(I)的位置；反射散射屏幕(2 )表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證投影裝置的出瞳形成一個條狀出瞳。
3.如權利要求1所述的基于反射式散射屏幕的非掃描式裸眼三維顯示裝置，其特征在于:所述裝置，包括:投影裝置(1)，反射散射屏幕(2);多個投影裝置(I)在空間排列成一排，反射散射屏幕(2)固定的位置使得投影裝置(I)投影的圖像能夠反射進入人眼；反射散射屏幕(2)表面形成微結構陣列，所形成的微結構單元由兩個互成直角的反射表面構成，特征在于水平剖面為直角反射面，且微結構單元的特征尺寸小于投影裝置的一個像素，反射式散射屏幕保證一個投影裝置(I)的出瞳形成一個條狀出瞳。
【文檔編號】G03B35/20GK103676449SQ201310682055
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】朱秋東, 宋維濤, 王涌天, 劉越 申請人:北京理工大學