[發(fā)明專利]一種裸眼3D投影屏幕及裸眼3D投影系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210003117.6
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102445762A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇萍;馬建設(shè);張波常;夏飛鵬;趙雪江;程雪岷
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G03B21/60
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D投影屏技術(shù)，尤其是涉及一種裸眼3D前投影屏幕及一種裸眼3D背投影屏幕，以及采用上述屏幕的裸眼3D投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)

????正常的人都是用雙眼來辨認(rèn)三維空間的物體的，在觀看空間某個(gè)對象時(shí)，人的雙眼就從左右兩邊稍有差別的角度進(jìn)行觀察，由于存在角度上的偏差，反映在大腦中就會(huì)產(chǎn)生“立體視覺”，兩個(gè)畫面組合在一起，便產(chǎn)生立體感，從而能夠判斷物體的前后關(guān)系，這種被觀察的物體在人的左右眼視網(wǎng)膜上所形成的像的差異就是雙眼視差。視差的產(chǎn)生對立體視覺的形成起著非常重要的作用。

目前實(shí)現(xiàn)視差式3D顯示的主流方法有兩種：眼鏡式和裸眼式。眼鏡式的3D顯示技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)很成熟，但是佩戴眼鏡不方便，不能模擬真實(shí)的立體觀察場景，因而裸眼式的3D顯示技術(shù)成為科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。本領(lǐng)域中熟知的裸眼3D投影屏幕技術(shù)主要基于視差屏障技術(shù)或柱面透鏡光柵技術(shù)。

????中國專利CN?101013201A提到了一種利用單面柱透鏡實(shí)現(xiàn)裸眼3D顯示的技術(shù)，見圖1。此專利中提出了實(shí)現(xiàn)裸眼3D顯示的柱面透鏡的特征：柱面鏡的節(jié)距與待顯示圖像的像素尺寸有關(guān)，節(jié)距是待顯示圖像像素尺寸的整數(shù)倍；待顯示圖像位于柱面鏡的后焦面上。在投影系統(tǒng)中，由于投影距離遠(yuǎn)，導(dǎo)致投影到屏幕上的像素大，對應(yīng)的柱透鏡101的寬度和曲率半徑也變大，厚度102也相應(yīng)增大。另一方面，由于該微柱透鏡板一面是平面，另一面是圓柱形面，在設(shè)計(jì)過程中，為了使立體觀察視區(qū)連續(xù)，必須加大透鏡的厚度102，見圖2，其原因是：在相同的曲率半徑下，對于同一軸外物點(diǎn)205，較小的微柱透鏡厚度201比較大的厚度202分開光線的偏折角要大，對于軸外物點(diǎn)205和軸上點(diǎn)206，較小厚度微柱透鏡201在接收屏幕上兩主光線之間的距離203要比較大厚度透鏡間距204的大，其子視區(qū)距主視區(qū)較遠(yuǎn)。柱透鏡板一般通過注塑或熱壓印等方法加工而成，厚度的增加加大了加工難度。

另外，為了分開不同像素的光線，單曲面微柱透鏡必須減小透鏡的曲率半徑，這就加大了微柱透鏡間清根的難度。圖3是柱透鏡間的理想清根001和實(shí)際清根002比較圖。清根的難易程度與柱透鏡表面301曲率半徑有關(guān)，當(dāng)柱透鏡的曲率半徑較小時(shí)，不容易徹底清根，這樣就容易增加圖像的串?dāng)_，影響立體顯示質(zhì)量。單曲面微柱透鏡僅僅依靠單個(gè)曲面起到折光的作用，它的曲率半徑比達(dá)到同樣折射效果的雙曲面微柱透鏡的曲率半徑要小。此外，單個(gè)曲面不易控制圖像的球差和畸變等像差，影響了成像質(zhì)量。

中國專利CN?101702057A提到了一種帶聚光柱面光柵的自由立體顯示器，見圖4。它包括平板顯示器501、聚光柱面光柵502和分光柱面光柵屏503三部分。聚光柱面光柵502位于平板顯示器501和分光柱面光柵屏503之間，用來聚集子像素發(fā)出的光，分光柱面光柵503用來將不同視差圖發(fā)出的光線分離開。由于加了聚光柱面透鏡，該發(fā)明明顯提高了可視角度和光能利用率。不過，該發(fā)明中需要兩組透鏡板，結(jié)構(gòu)重復(fù)，增加了加工、裝配工藝流程和成本。。此外，此發(fā)明是針對平板顯示領(lǐng)域，光線從平板顯示器入射，穿過光柵一次，不屬于投影顯示領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于表面雙凸微柱透鏡板的裸眼3D投影屏幕以及一種裸眼3D投影系統(tǒng)。

所述立體投影屏幕主要分為兩個(gè)部分：第一表面雙凸微柱透鏡板，漫射層和第二表面雙凸微柱透鏡板。第一表面雙凸微柱透鏡板用于將投影儀投出的帶有水平視差的圖像像素分開折射到漫反射層上，經(jīng)過漫射層的漫射和第二表面雙凸微柱透鏡板的折射分別進(jìn)入人的左右眼。漫射層在第一表面雙凸微柱透鏡板與第二表面雙凸微柱透鏡板之間，具體地，位于第一表面雙凸微柱透鏡板的后焦面，位于第二表面雙凸微柱透鏡板的前焦面上。

本發(fā)明表面雙凸微柱透鏡板的兩側(cè)均是由多列微凸柱透鏡組成，各微凸柱透鏡呈垂直狀，并緊密水平排列，每個(gè)微柱透鏡對每臺投影機(jī)的對應(yīng)的幾列像素起作用。表面雙凸微柱透鏡兩側(cè)表面可以分別采用球面設(shè)計(jì)，也可以采用非球面設(shè)計(jì)，或者是兩者的結(jié)合，具體形式依據(jù)實(shí)際約束條件而定。考慮到校正像差等因素，表面雙凸微柱透鏡板兩側(cè)微凸柱透鏡的曲率半徑不一定完全對稱，但兩側(cè)微凸柱透鏡的節(jié)距是相同的，并且是一一對應(yīng)的，一側(cè)微凸柱透鏡的正后背側(cè)是對應(yīng)的另一個(gè)微凸柱透鏡，這樣投影儀投射來的對應(yīng)像素的光線經(jīng)過一對微凸柱透鏡的作用后再返回到觀察者的位置。微凸柱透鏡的節(jié)距是投影像素大小的整數(shù)倍，本文所述的節(jié)距是指單個(gè)微凸柱透鏡的水平寬度。