其中，水平视差分别有零视差，正视差，负视差，发散视差四种类型。
[0032] L零视差 双眼中目标物体的成像点和立体空间中的一点所形成的连线在显示屏上交于同一点 的时候，双目视差是零，也就是上面所说的零视差。观看这一点的时候，会感觉这一点就在 屏幕之上，那是因为左右眼的视线恰好交汇于显示屏上的同一点。
[0033] 2.正视差 双眼中目标物体的成像点和立体空间中的一点所形成的两条连线和显示屏相交，并且 两个交点之间的间隔小于人类瞳距的规定值，此刻产生的视差也就是正视差，在呈现正视 差的情况下，当观察者的目光投射到这点上时，产生大脑的融合之后，会感觉到这一点深于 显不屏，有一种株度感。
[0034] 3.负视差 双眼中成像点和立体空间中的一点所形成的两条连线在显示屏前相交，此刻产生的视 差称为负视差。在呈现负视差的情况下，观察者会感觉目标点处于显示屏以及双眼之间。
[0035] 4.发散视差 双眼中成像点和立体空间中的一点所形成的两条连线和显示屏相交（在显示屏前没 有相交），且两个交点之间的间隔大于人类瞳距的规定值，此刻产生的视差称为发散视差。 但在处于发散视差的情况下，观察者的目光投射到这一点时将感到视觉疲劳，因为这两点 超过了融合范围无法融合到一起。现实生活之中，并不会产生这种情况，所以在制作立体显 示器的时候，也要尽量避免产生这种情况。
[0036] 为了使立体图像悬浮可触摸，所以图像必须出屏且位于屏幕与人眼之间，根据以 上四种视差类型的特点，选择负视差。
[0037] 如图4所示，本发明的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮显示系统中，如图4所示，菲 涅尔透镜组的作用是将放置于第一菲涅尔透镜21焦平面处的投影机出瞳成像在第二菲涅 尔透镜22焦平面处。光栅23作为定向散射屏的一种，它可以将光源7入射的光线向某一方 向散射，从而增大观看范围，其原理如图5所示，水平光栅在23竖直方向上具有散射性，散 射角为#。因此在菲涅尔透镜组后面加水平光栅扩大了竖直方向的观察范围，形成竖直的 观察带。菲涅尔透镜组和光栅组成了定向屏，当投影机位于定向屏中第一菲涅尔透镜的焦 点时，定向屏对投影机出瞳成像，在第二菲涅尔透镜的焦平面上形成一条竖直的观察带，。
[0038] 为了实现360°周视观看，显示器采用多投影机环绕旋转轴排列且正对定向屏投 影，只有当定向屏正对投影机时，投影机才能将图像投影到定向屏上，为了使图像具有可触 摸性，提高人机交互性，图像必须出屏且位于人眼与定向屏之间，也即此时的视差类型为上 面提到的负视差，以两个投影机为例，如图6所示，由图可知，当定向屏（实线）正对第一投 影机14时，形成观察带51 ;当定向屏（虚线）正对投影机15时，形成观察带52,当左眼位 于观察带51且右眼位于观察带52时，可获得出屏的立体影像。
[0039] 本发明的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统采用多个微型投影机提供视 差图，定向屏分离视差图并将投影机出瞳成像，形成显示器上方的观察带，当观看者左右眼 位于不同观察带时，将接收到对应的视差图，形成立体视觉。定向屏由电机带动高速旋转， 多投影机环绕旋转轴排列，当定向屏正对其中一个投影机时，将投影机出瞳成像，在显示器 上方形成一条观察带。因此，电机旋转一周，形成的观察带围成整圈，实现周视，当人眼位于 任意两条不同观察带时，将分时接收到对应视差图，形成立体视觉，且位于不同的位置，将 观察到立体图像不同的侧面。
[0040] 本发明所公开的立体显示系统有效增大了观看范围，实现周视，同时可使多人多 角度观看立体图像，且具有运动视差。显示器中定向屏采用倾斜放置结构，可使立体影像成 像在屏幕之外且无遮挡，因此图像具有悬浮感，且观看者可触摸到图像，更好的体现了观看 者与图像的互动性特点。
[0041] 基于上述系统实施例，本发明还提供了一种基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示 方法的较佳实施例，具体如图7所示，方法包括： 步骤S100、预先设置投影机组环绕转轴排列且正对定向屏投影；具体如上所述。
[0042] 步骤S200、电机带动定向屏高速旋转，将投影机组出瞳成像，在图像显示区形成一 条具有负视差的观察带；具体如上所述。
[0043] 步骤S300、重复步骤S200,直到电机旋转一周、形成的观察带围成整圈，图像显示 区显示悬浮立体图像供人观察；具体如上所述。
[0044] 所述的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示方法，其中，所述步骤S200具体还包 括： S201、电机带动定向屏的透镜组和光栅高速旋转；具体如上所述。
[0045] S202、定向屏将旋转过程中，当投影机位于第一菲涅尔透镜焦平面时，将投影机出 瞳成像在第二菲涅尔透镜焦平面处，并通过水平光栅扩大竖直的观察范围；具体如上所述。
[0046] S203、出瞳成像后的图像位于人眼与定向屏之间的具有负视差效果的观察带；具 体如上所述。
[0047] 所述的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示方法，其中，所述菲涅尔透镜为厚度 小于5mm镜片，镜片表面一面为光面，另一面刻录由小到大的同心圆；具体如上所述。
[0048] 综上所述，本发明提供了一种基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统及显示 方法，包括定向屏、投影机组和电机，定向屏由菲涅尔透镜组和光栅构成，所述菲涅尔透镜 组包括两片菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜是由聚烯烃材料注压而成的镜片，镜片表面一面 为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，所述投影机组包括多个微型投影机，所述投影机 组设置在定向屏下方，所述投影机的镜头朝向定向屏，多个微型投影机环绕旋转轴排列且 正对定向屏投影，所述电机设置在投影机组的下方。本发明提供的基于菲涅尔透镜的裸眼 悬浮立体显示系统可供多人在任意角度裸眼观看，所在位置不同，观察到的立体图像也不 同，并且图像出屏，观察者可用手触摸图像，体现了较好的人机互动性。
[0049] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统，其特征在于，系统包括： 投影机组，用于提供要成像的立体物品的视差图； 定向屏，用于分离视差图并将投影机出瞳成像； 图像显示区，用于显示经定向屏处理后的立体视觉图像； 电机，用于旋转定向屏形成整圈的观察带； 所述投影机组由多个微型摄影机环绕旋转轴排列组成，且正对定向屏投影，所述微型 投影机的镜头朝向定向屏，设置在定向屏下方，所述定向屏由菲涅尔透镜组和光栅组成，所 述光栅设置在菲涅尔透镜组的后面，所述图像显示区位于定向屏上方，所述电机设置在投 影机组的下方； 所述菲涅尔透镜组包括两片菲涅尔透镜，分别记为第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透 镜，所述菲涅尔透镜组用于将放置于第一菲涅尔透镜焦平面处的投影机出瞳成像在第二菲 涅尔透镜焦平面处； 所述光栅为用于扩大竖直方向的观察范围的水平光栅； 所述菲涅尔透镜为厚度小于5mm镜片，镜片表面一面为光面，另一面刻录由小到大的 同心圆； 所述视差图为水平视差图中的负视差视觉效果图。
2. 使用如权利要求1所述的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示方法，其特征在于， 方法包括： A、 预先设置投影机组环绕转轴排列且正对定向屏投影； B、 电机带动定向屏高速旋转，将投影机组出瞳成像，在图像显示区形成一条具有负视 差的观察带； C、 重复步骤B，直到电机旋转一周、形成的观察带围成整圈，图像显示区显示悬浮立体 图像供人观察； 所述步骤B具体还包括： B1、电机带动定向屏的透镜组和光栅高速旋转； B2、定向屏将旋转过程中，当投影机位于第一菲涅尔透镜焦平面时，将投影机出瞳成像 在第二菲涅尔透镜焦平面处，并通过水平光栅扩大竖直的观察范围； B3、出瞳成像后的图像位于人眼与定向屏之间的具有负视差效果的观察带； 所述菲涅尔透镜为厚度小于5mm镜片，镜片表面一面为光面，另一面刻录由小到大的 同心圆。
【专利摘要】本发明公开了基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统及显示方法，包括定向屏、投影机组和电机，定向屏由菲涅尔透镜组和光栅构成，所述菲涅尔透镜组包括两片菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜是由聚烯烃材料注压而成的镜片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，所述投影机组包括多个微型投影机，所述投影机组设置在定向屏下方，所述投影机的镜头朝向定向屏，多个微型投影机环绕旋转轴排列且正对定向屏投影，所述电机设置在投影机组的下方。本发明提供的基于菲涅尔透镜的裸眼悬浮立体显示系统可供多人在任意角度裸眼观看，所在位置不同，观察到的立体图像也不同，并且图像出屏，观察者可用手触摸图像，体现了较好的人机互动性。
【IPC分类】G02B27-22, G03B35-20
【公开号】CN104698592
【申请号】CN201510029625
【发明人】伍媚娜
【申请人】佛山市智海星空科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月21日