专利名称：基于多屏拼接的体视三维显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维显示装置，尤其涉及一种基于多屏拼接的体视三维显示装置。
背景技术：
显示技术正朝着高清晰、三维全景显示的方向发展。三维显示区别于传统二维显示就是通过各种方法给观看者带来视觉上的深度感知，使其自然与不自然地获得画面中的第三维度信息。国内外众多三维显示技术一般可分为全息三维显示和非全息三维显示两种。全息三维显示因其是真三维的信息记录和显示而被誉为未来理想的三维显示方式，但在动态显示方面需要高分辨的空间光调制器以及超高速的数据处理系统，这两个因素极大地限制了这种技术的进步使其不能很好地进入实际应用，目前仅适用于静态图像的摄取和显示。因此非全息三维显示是目前的主流显示技术，而实现非全息三维显示技术一般又可分为体三维显示、集成成像三维显示、体视三维显示等。体三维显示和体视三维显示目前都已有较好的显示设备出现，然而基于这两种方法的显示装置大都依靠转动屏幕来满足全视角观看的需求，所以显示装置结构相对复杂造价也较高。传统的集成成像三维显示技术则在视角数目、图像串扰、显示区域深度和大小等方面存在很多需要解决的问题。目前已经开发出的投影式裸眼三维显示装置大都结构复杂，需要大量的投影机和控制电路，因此缺乏具体的实际应用。并且单个裸眼立体显示器显示的图像分辨率低、视角少而不连续、纵深感不够等问题，更使其在虚拟现实领域应用缺乏创新。本发明的主要目的在于构建一个拓展性强、成本可控，并且具有很大视角范围的体视三维显示装置，且满足多人多视角观看的诉求。其优点在于可以产生高图像分辨率、高视角分辨率，并且可以在弧形屏幕前观看到具备细腻的横向视差的三维图像悬浮效果。细腻的视角间隔，会给观察者带来完全连续无跳变的三维感知，减少常规三维显示中视角不连续带来的疲惫感。弧形屏幕的结构可以实现三维图像的悬浮效果，满足多人同时、多视角、可触式观看的诉求。同时利用模块化多屏拼接的方式实现投影视角的扩展，可大大增加三维图像的空间尺度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术和显示装置的不足，提供一种基于多屏拼接的体视
三维显示装置。基于多屏拼接的体视三维显示装置，包括依次设置的二维显示器阵列、投影镜头阵列、孔阑阵列、弧形纵向散射屏；其中二维显示器阵列通过像素分割获得的每一个子显示区域都与投影镜头阵列中正前方的每一个投影透镜及孔阑阵列中的每一个孔阑一一对应并构成投影机，每一台投影机同时把其对应子显示区域各自显示的图像投影到弧形纵向散射屏上的同一位置并在另一侧成像，所有投影透镜和孔阑依次在纵向上错位排列，且相邻两台投影机的横向间距为孔阑的宽度，并且所有孔阑在横向上拼接排列。所述的二维显示器阵列、投影镜头阵列、孔阑阵列分别呈弧形分布，并且与弧形纵向散射屏为同一圆心。所述的弧形纵向散射屏是透射式柱面光栅或具有相同纵向散射特性的光学全息屏幕，透射式柱面光栅栅线方向为横向。所述的二维显示器是IXD、LCOS、PDP、 LED、CRT、OLED 或投影机。本发明可以产生高图像分辨率、高视角分辨率，并且可以在弧形屏幕前观看到具备细腻的横向视差的三维图像。模块化多屏拼接的方式可以实现投影视角范围的扩展。细腻的视角间隔，会给观察者带来完全连续无跳变的三维感知，减少常规三维显示中视角不连续带来的疲惫感。弧形屏幕的结构可以实现三维图像的悬浮效果，满足多人同时、多视角、可触式观看的诉求。多屏拼接的设计构建了一个拓展性强、成本可控，并且具有很大视角范围的体视三维显示装置，且满足多人多视角观看的诉求，为三维显示在更广泛领域的应用提供了巨大前景。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1 (a)是基于多屏拼接的体视三维显示装置整体示意图； 图1(b)是基于多屏拼接的体视三维显示装置横向剖视图2是基于多屏拼接的体视三维显示装置纵向剖视图； 图3(a)是投影镜头阵列正视图； 图3(b)是二维显示屏、透镜、孔阑构成投影机示意图； 图4是孔阑经过纵向散射屏散射示意图； 图5是弧形纵向散射屏结构示意图6是中间视点观察弧形纵向散射屏中心的观察效果示意图。图中，二维显示器阵列1、投影镜头阵列2、孔阑阵列3、弧形纵向散射屏4、子显示区域5、投影透镜6、孔阑7、投影机8。
具体实施例方式如图l(a)/(b)所示，基于多屏拼接的体视三维显示装置包括依次设置的二维显示器阵列1、投影镜头阵列2、孔阑阵列3、弧形纵向散射屏4 ；其中二维显示器阵列1通过像素分割获得的每一个子显示区域5都与投影镜头阵列2中正前方的每一个投影透镜6及孔阑阵列3中的每一个孔阑7 —一对应并构成投影机8，每一台投影机8同时把其对应子显示区域5各自显示的图像投影到弧形纵向散射屏4上的同一位置并在另一侧成像，所有投影透镜6和孔阑7依次在纵向上错位排列，且相邻两台投影机8的横向间距为孔阑7的宽度， 并且所有孔阑7在横向上拼接排列。所述的二维显示器阵列1、投影镜头阵列2、孔阑阵列3分别呈弧形分布，并且与弧形纵向散射屏4为同一圆心。所述的弧形纵向散射屏4是透射式柱面光栅或具有相同纵向散射特性的光学全息屏幕，透射式柱面光栅栅线方向为横向。所述的二维显示器是LCD、 LCOS、PDP、LED、CRT、OLED 或投影机。结合
本发明的工作过程如下
以3个液晶显示器组成的模块形式为例，如图l(a)/(b)所示。基于多屏拼接的体视三维显示装置，包括依次设置的二维显示器阵列1、投影镜头阵列2、孔阑阵列3、弧形纵向散射屏4，其中二维显示器阵列1中的每一个子显示区域5都与投影镜头阵列2中正前方的每一个投影透镜6及孔阑阵列3中的每一个孔阑7 —一对应并构成投影机，每一台投影机 8同时把其对应子显示区域5各自显示的图像投影到弧形纵向散射屏4上的同一位置并在另一侧成像后拼接重建光场，所有投影透镜6和孔阑7依次在纵向上错位排列，且相邻两台投影机8的横向间距为孔阑7的宽度，并且所有孔阑7在横向上拼接排列。根据视场拼接的成像原理，二维显示器阵列1中的每一个子显示区域5各自显示的图像都是由三维物体不同视角图像的一竖条图像拼接而成，每一个子显示区域5各自显示的图像通过相对应的投影机8把每一竖条图像投影到弧形纵向散射屏4上同一位置，并且该竖条图像的投影光线方向和其所属视角方向相同，所述的弧形纵向散射屏4在横向不同方向显示三维物体不同视角的图像，且任意方向显示的图像都是由二维显示器阵列1中的每一个子显示区域5各自显示的图像的一竖条图像拼接而成，每一竖条图像的宽度为弧形纵向散射屏4上所显示图像宽度除以投影机8的台数。如图4所示，所有投影镜组依次在纵向上错位排列，且相邻两台投影机8的横向间距为孔阑7的宽度，并且保证所有孔阑7在横向上拼接排列。为充分利用二维显示器的显示区域空间，且保证透镜阵列2和孔阑阵列3布置的一致性和可操作性，本实施例中采用纵向错位1/3的方式进行排布。如图6所示，在弧形纵向散射屏7前面的一个视点观看该三维显示装置，看到的完整视图是由一一系列横向相连的竖条图像拼接起来的，每条竖条图像与一台投影机8对应。虽然这里是通过示意和举例的方式对本发明进行进一步描述的，但应该认识到， 本发明并不局限于上述实施方式和实施例，前文的描述只被认为是说明性的，而非限制性的，本领域技术人员可以做出多种变换或修改，只要没有离开所附权利要求中所确立的范围和精神实质，均视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于多屏拼接的体视三维显示装置，其特征在于包括依次设置的二维显示器阵列(1)、投影镜头阵列(2)、孔阑阵列(3)、弧形纵向散射屏(4);其中二维显示器阵列(1)通过像素分割获得的每一个子显示区域(5)都与投影镜头阵列(2)中正前方的每一个投影透镜(6)及孔阑阵列(3)中的每一个孔阑(7)—一对应并构成投影机(8)，每一台投影机(8)同时把其对应子显示区域(5)各自显示的图像投影到弧形纵向散射屏(4)上的同一位置并在另一侧成像，所有投影透镜(6)和孔阑(7)依次在纵向上错位排列，且相邻两台投影机(8) 的横向间距为孔阑(7)的宽度，并且所有孔阑(7)在横向上拼接排列。
2.根据权利要求1所述的一种基于多屏拼接的体视三维显示装置，其特征在于所述的二维显示器阵列(1)、投影镜头阵列(2)、孔阑阵列(3)分别呈弧形分布，并且与弧形纵向散射屏(4)为同一圆心。
3.根据权利要求1所述的一种基于多屏拼接的体视三维显示装置，其特征在于所述的弧形纵向散射屏(4)是透射式柱面光栅或具有相同纵向散射特性的光学全息屏幕，透射式柱面光栅栅线方向为横向。
4.根据权利要求1所述的一种基于多屏拼接的体视三维显示装置，其特征在于所述的二维显示器是LCD、LCOS、PDP、LED、CRT、OLED或投影机。
全文摘要
本发明公开了一种基于多屏拼接的体视三维显示装置。装置包括二维显示器阵列、投影镜头阵列、孔阑阵列及定向散射屏。采用二维显示器像素区域分割的方式并保证显示器阵列的每一块显示区域都与正前方的一个投影镜头和孔阑构成一台投影机，所有投影机在纵向上错位排列并把其对应显示区域的图像投影到定向散射屏同一位置以在弧形屏幕前方成像。而每一个显示区域显示的图像都是由三维物体不同视角图像根据特定的分割和重组法则拼接而成。本发明的优点是可以产生高图像、高视角分辨率，并在很大视场范围都能观察到细腻横向视差的三维图像。相对于单个裸眼立体显示器，多屏拼接的设置可实现视角的拓展，增加三维图像的空间尺度及观赏范围。
文档编号G03B35/20GK102231044SQ20111017870
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者刘旭, 夏新星, 彭祎帆, 李海峰 申请人:浙江大学