一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法及裝置，包括激光投影機(jī)和微球面屏幕兩部分。該激光投影機(jī)的原色激光束經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，使用擴(kuò)束器對(duì)激光束的直徑和散射角進(jìn)行調(diào)整，然后通過一個(gè)光束整形器和掃描器投射到微球面屏幕上。微球面屏幕表面由均布且排列整齊，尺寸一致，表面光滑的微球面單元組成，每一個(gè)單獨(dú)的微球面單元四周邊緣形狀為正方形狀，微球面單元表面是球面或是水平截面為圓外接多邊型的表面組成。立體影像經(jīng)微球面屏幕反射或穿透屏幕后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，觀眾無須使用立體眼鏡即可看到質(zhì)量佳的立體影像。本發(fā)明具有立體影像質(zhì)量佳，制作和維護(hù)成本低，使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種激光立體成像和裸眼立體顯示方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光立體成像和裸眼立體顯示技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光電視機(jī)與目前市場(chǎng)主流投影技術(shù)和平板電視機(jī)技術(shù)相比，無論在影像質(zhì)量，色彩，亮度，表現(xiàn)力等方面都有著更好的表現(xiàn)，成為第四代電視機(jī)技術(shù)的新時(shí)代。到目前為止，所有激光電視機(jī)和以激光投影技術(shù)為基礎(chǔ)的影像顯示技術(shù)都是以傳統(tǒng)平面影像顯示為主，市場(chǎng)中還沒有激光投影立體顯示技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法及裝置，解決以激光投影技術(shù)為基礎(chǔ)和無需借助于任何輔助工具就能夠直接觀看到立體影像的技術(shù)問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法如下:
[0005]該顯示方法，包括激光投影機(jī)和微球面屏幕兩部分，所述激光投影機(jī)是采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)三原色激光作為光源的三原色激光投影機(jī)，或采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)及第四種用做于原色激光作為光源的四原色激光投影機(jī)；該激光投影機(jī)所有不同顏色的原色激光束經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，其特征在于，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，使用擴(kuò)束器對(duì)激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的激光束通過掃描器投射到微球面屏幕上或通過一個(gè)整形器后再通過掃描器投射到微球面屏幕上；其特征在于，微球面屏幕由均布且排列整齊，尺寸一致，表面光滑的微球面單元組成，每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線方向的投影為正方形，正方形的四個(gè)單邊長(zhǎng)度相等并代表了微球面單元單邊長(zhǎng)度，微球面屏幕背面是平面或曲面，微球面單元分為球面型和多邊型；對(duì)于球面型微球面單元表面是球面的一部分；對(duì)于多邊型微球面單元表面是由一組與同一個(gè)內(nèi)接球面相切的多邊形平面表面組成，其水平方向橫截面為圓外接多邊形狀，垂直方向截面則是圓弧形狀；每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元表面球面或多邊形狀的內(nèi)接球面中心點(diǎn)處與球面或多邊型的內(nèi)接球面半徑重合的直線與單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線之間形成O至45度的夾角，該夾角度數(shù)由成像要求決定；微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕；激光投影機(jī)的影像投射到微球面屏幕表面上，經(jīng)屏幕反射或穿透屏幕后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，使觀眾的左眼和右眼分別只看到對(duì)應(yīng)的左影像和右影像，觀眾的大腦對(duì)左眼和右眼分別接收到的左影像和右影像進(jìn)行融合，使觀眾在視覺上感受到了立體影像。激光的色彩比任何其他光源產(chǎn)生的色彩更純凈，能夠制造出與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)情最為接近的色彩表現(xiàn)，擁有自然的高對(duì)比度大幅提高了大場(chǎng)景的細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，更為生動(dòng)，帶來更好的顏色層次感；激光是集束光線具有極強(qiáng)的指向性，這些特性是立體成像和裸眼立體顯示的必要條件。[0006]所有不同顏色的原色激光束在激光投影機(jī)中經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，使用擴(kuò)束器對(duì)激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整；在擴(kuò)束器后面增設(shè)一個(gè)光束整形器，截面為圓形光束通過整形器后變成截面為正方形光束；調(diào)整或整形后的激光束直徑或發(fā)散角或正方形邊長(zhǎng)需要同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件，第一，小于激光投影機(jī)掃描器掃描鏡面的直徑或最小寬度；第二，投射到微球面屏幕上的光斑的直徑或橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度不大于微球面單元單邊長(zhǎng)度w或投射到微球面屏幕上的正方形光束的邊長(zhǎng)與微球面單元單邊長(zhǎng)度w相等。
[0007]整形器中間開口是截面為圓形光束投射到整形器表面時(shí)的最大內(nèi)接正方形，截面為圓形光束通過整形器后變成截面為正方形光束，經(jīng)掃描器投射到屏幕上時(shí)完全覆蓋每一個(gè)微球面單元正方形表面，避免了圓形或橢圓形光束和微球面單元正方形表面之間產(chǎn)生的規(guī)則柵格狀黑影，提高了影像質(zhì)量；是否對(duì)于經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，取決于混合后的激光束直徑，發(fā)散角，屏幕像素的大小，投影屏幕的大小，解析度要求，整形器正方形開口的大小，設(shè)計(jì)光束到達(dá)觀眾眼睛時(shí)的光束范圍，投影機(jī)和屏幕之間的投射距離等主要參數(shù)。
[0008]對(duì)于球面型微球面單元屏幕，屏幕的水平和垂直可視角相等；對(duì)于多邊型微球面屏幕，屏幕的水平可視角和垂直可視角可以相等或不相等；對(duì)于多邊型微球面單元表面是
由m個(gè)寬度分別為tm的多邊形平面表面組成；這里m=l、2、3、4......;每一個(gè)多邊型平面
表面的寬度tm可以相等或不相等；水平方向截面上多邊形內(nèi)接球面半徑通過每一個(gè)平面表面中點(diǎn)，平面表面與多邊形內(nèi)接球面在平面表面中點(diǎn)處相切；多邊形平面表面數(shù)目m將大于或等于前排觀眾的人數(shù)。
[0009]每一個(gè)微球面單元代表著屏幕的一個(gè)像素，屏幕像素的大小等于微球面單元單邊長(zhǎng)度w ;微球面單元單邊長(zhǎng)度須滿足關(guān)系式w=p/n，這里P是設(shè)定的左右影像在微球面屏幕上的視差，η是一個(gè)整數(shù)，根據(jù)不同應(yīng)用，w數(shù)值從10微米到10毫米不等，水平方向微球面單元數(shù)目代表了屏幕的水平解析度，垂直方向微球面單元數(shù)目代表了屏幕的垂直解析度，微球面屏幕解析度是屏幕水平解析度和垂直解析度的乘積。
[0010]對(duì)于直投式立體投影系統(tǒng)，微球面屏幕表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到
3.0不等，需要根據(jù)不同應(yīng)用來確定，激光投影機(jī)將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕表面上，經(jīng)反射后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，投影機(jī)和觀眾都位于屏幕的同一邊，微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
[0011]對(duì)于背投式立體投影系統(tǒng)，微球面屏幕材料需要具有極好的透光性，屏幕厚度h與屏幕表面球面半徑r相等，屏幕背面是像平面同時(shí)也是微球面的焦平面，微球面屏幕表面鍍有涂層，提高屏幕對(duì)投射到屏幕表面上的影像折射進(jìn)入到屏幕中的折射率，激光投影機(jī)將影像投射到微球面屏幕表面上，影像折射進(jìn)入到屏幕中并經(jīng)過微球面中心，即焦點(diǎn)后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，投影機(jī)和觀眾分別在屏幕的兩邊，屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
[0012]對(duì)于背投式立體電視機(jī)，微球面屏幕表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到3.0不等，需要根據(jù)不同應(yīng)用來確定，激光投影機(jī)將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕上，經(jīng)反射后直接投射或穿透另一個(gè)鍍有涂層的單方向透明屏幕后在直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕，投影機(jī)和觀眾都位于屏幕的同一邊；單方向透明屏幕位于投影機(jī)與觀眾之間，單方向透明屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
[0013]所述的投影系統(tǒng)使用一臺(tái)激光投影機(jī)時(shí)，輸入信號(hào)為普通影像格式時(shí)，觀眾在微球面屏幕上看到的影像為平面影像；輸入信號(hào)為左右格式(Side-by-Side)或插圖格式(Interlaced)時(shí)，設(shè)定左右影像在微球面屏幕上的視差P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像。
[0014]所述的投影系統(tǒng)使用二臺(tái)具有相同參數(shù)，相同制造商和品牌的激光投影機(jī)時(shí)，將二臺(tái)投影機(jī)分別以左右平行的方式固定在機(jī)架上，投影機(jī)彼此水平高度一致，設(shè)定投影機(jī)鏡頭中心線之間水平距離等于左右影像在微球面屏幕上的水平視差P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距；將立體影像信號(hào)中的左影像信號(hào)輸入到左投影機(jī)，右影像信號(hào)輸入到右投影機(jī)，二臺(tái)投影機(jī)同步播放，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像；如果需要播放平面影像節(jié)目或輸入信號(hào)為左右或插圖格式時(shí)，關(guān)掉其中一臺(tái)投影機(jī)。
[0015]理想系統(tǒng)是激光投影機(jī)投射激光束到微球面屏幕上位于相同水平線上的不同像素時(shí)具有相同入射角的一種設(shè)計(jì)方法；理想系統(tǒng)使用兩臺(tái)投影機(jī)，兩個(gè)鏡頭中心聯(lián)線的中點(diǎn)處沿水平方向到屏幕中心點(diǎn)處為半徑的一個(gè)圓弧形狀屏幕，觀眾在屏幕所有相同水平像素的共享可視角度范圍內(nèi)的任何位置時(shí)，觀眾的左眼和右眼分別只看到對(duì)應(yīng)的左影像和右影像，在視覺上感受到了立體影像；對(duì)于球型或圓拱型式的環(huán)繞屏幕，只要將激光投影機(jī)放置于球型或圓拱型環(huán)繞屏幕的中心點(diǎn)處，成為一個(gè)理想系統(tǒng)；對(duì)于平面屏幕，采用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和計(jì)算平面屏幕上每一個(gè)微球面單元表面的方向角度e，同樣可以獲得理想系統(tǒng)的效果。
[0016]立體投影大屏幕顯示系統(tǒng)由多個(gè)直投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體電視機(jī)組合在一起組成，通過調(diào)節(jié)每一個(gè)獨(dú)立的立體投影系統(tǒng)保持每個(gè)拼接立體投影系統(tǒng)影像在色彩和亮度的一致性，實(shí)現(xiàn)多屏幕的無縫拼接。
[0017]一種激光立體成像和裸眼立體顯示裝置，包括激光投影機(jī)和微球面屏幕兩部分，所述激光投影機(jī)是采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)三原色激光作為光源的三原色激光投影機(jī)，或采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)和第四種用做于原色激光作為光源的四原色激光投影機(jī)；該激光投影機(jī)所有不同顏色的原色激光束經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，則在混合器之后設(shè)置擴(kuò)束器，調(diào)整后的激光束通過掃描器投射到微球面屏幕上或通過一個(gè)整形器后再通過掃描器投射到微球面屏幕上；微球面屏幕由均布且排列整齊，尺寸一致，表面光滑的微球面單元組成，每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線方向的投影為正方形，正方形的四個(gè)單邊長(zhǎng)度相等并代表了微球面單元單邊長(zhǎng)度，微球面屏幕背面是平面或曲面，微球面單元分為球面型和多邊型；對(duì)于球面型微球面單元表面是球面的一部分；對(duì)于多邊型微球面單元表面是由一組與同一個(gè)內(nèi)接球面相切的多邊形平面表面組成，其水平方向橫截面為圓外接多邊形狀，垂直方向截面則是圓弧形狀；每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元表面球面或多邊形狀的內(nèi)接球面中心點(diǎn)處與球面或多邊形的內(nèi)接球面半徑重合的直線與單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線之間形成的夾角e在O至45度之間，不同的e角度對(duì)應(yīng)不同的成像要求；微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕；微球面屏幕為反射或穿透影像的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于屏幕材料的基本要求是形狀和參數(shù)對(duì)溫度的變化很小，較易成形，易于維護(hù)，堅(jiān)固耐用。微球面屏幕上微球面單元的幾何尺寸和解析度由屏幕的用途，投影機(jī)解析度，與投影機(jī)相對(duì)位置和投影距離，國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和客戶的要求來決定。
[0018]本發(fā)明具有如下積極效果:激光投影機(jī)結(jié)合微球面屏幕技術(shù)解決了目前主流裸眼立體顯示技術(shù)存在的觀看立體盲區(qū)，解析度和亮度損失等問題；激光投影機(jī)將影像投射到微球面屏幕表面上，經(jīng)反射或穿透屏幕后直接將影像投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，觀眾毋須佩帶立體眼鏡就可以在視覺上感受到了立體影像；本發(fā)明適用范圍廣泛，能夠適用于直投式立體投影系統(tǒng)、背投式立體投影系統(tǒng)、背投式立體電視機(jī)和立體電影院，以及戶外和室內(nèi)立體大屏幕顯示系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是二原色激光投影機(jī)原理不意圖。
[0020]圖2是四原色激光投影機(jī)原理示意圖。
[0021]圖3是激光光束整形器原理示意圖。
[0022]圖4是微球面屏幕示意圖。
[0023]圖5是球面型微球面單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是球面型微球面單元截面示意圖。
[0025]圖7是多邊型微球面單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是多邊型微球面單元截面示意圖。
[0027]圖9是多邊型微球面單元多邊形平面表面示意圖。
[0028]圖10是微球面屏幕直投式視角幾何關(guān)系示意圖。
[0029]圖11是微球面屏幕背投式視角幾何關(guān)系示意圖。
[0030]圖12是多邊型微球面單元示意圖。
[0031]圖13是投影系統(tǒng)中入射角和反射角與X關(guān)系式示意圖。
[0032]圖14是理想系統(tǒng)示意圖。
[0033]圖15是直投式裸眼立體顯示示意圖。
[0034]圖16是直投式立體投影系統(tǒng)和屏幕示意圖。
[0035]圖17是背投式裸眼立體顯示示意圖。
[0036]圖18是背投式立體投影系統(tǒng)和屏幕示意圖。
[0037]圖19是背投式立體電視機(jī)裸眼現(xiàn)實(shí)示意圖。
[0038]圖20是背投式立體電視機(jī)配置有半透明屏幕示意圖。
[0039]圖21是背投式立體電視機(jī)無配置有半透明屏幕示意圖。
[0040]圖22是投影影像在微球面屏幕上的視差示意圖。
[0041]圖23是二臺(tái)投影機(jī)系統(tǒng)投影機(jī)設(shè)置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面，對(duì)于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。本實(shí)施技術(shù)方案中的每一個(gè)激光投影機(jī)，擴(kuò)束器，整形器，微球面屏幕，微球面單元，計(jì)算方法，各種顯示系統(tǒng)等都是所述的可實(shí)施技術(shù)方案中的一個(gè)例子。[0043]圖1，三原色激光投影機(jī)的光源分別來自于紅色1，綠色2和藍(lán)色3三個(gè)不同顏色的獨(dú)立激光器。圖2，四原色激光投影機(jī)的光源分別來自于紅色1，綠色2，藍(lán)色3和第四種用做于原色4的四個(gè)不同顏色的獨(dú)立激光器。所有不同顏色的原色激光束經(jīng)過混合器5，混合后成為一束激光束。如果需要對(duì)混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，使用擴(kuò)束器6對(duì)激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的激光束7通過整形器8后變成位截面為正方形的激光束9，通過反光鏡10和掃描器11后，直接投射到微球面屏幕12上。
[0044]圖3，激光光束7投射到整形器8的表面時(shí)的直徑最大內(nèi)接正方形就是整形器8中間的正方形開口，邊長(zhǎng)g的大小保證正方形激光光束9經(jīng)掃描器11投射到屏幕12上的影像大小與微球面屏幕單元15或17的單邊長(zhǎng)度w相等，實(shí)現(xiàn)影像對(duì)微球面單元表面的完全覆蓋。
[0045]圖4，微球面屏幕12由眾多個(gè)排列整齊，尺寸一致，表面光滑的微球面單元組成，微球面單元分為球面型15和多邊型17。屏幕的背面是平面13或曲面14。對(duì)于球面型微球面單元15的表面16是球面的一部分，見圖5、6。對(duì)于多邊型微球面單元17的表面18是由一組與同一個(gè)內(nèi)接球面19相切的多邊形平面表面組成，其水平方向橫截面為圓外接多邊形，垂直方向截面則是球面的一部分，見圖7、8、9。
[0046]圖5、7，每一個(gè)微球面單元15或17代表著屏幕的一個(gè)像素，屏幕像素的大小等于微球面單元的單邊長(zhǎng)度《，微球面單元的單邊長(zhǎng)度須滿足關(guān)系式w=p/n，這里P是設(shè)定的左右影像在微球面屏幕上的視差，η是一個(gè)整數(shù)，根據(jù)不同應(yīng)用，w數(shù)值從10微米到10毫米不
坐寸ο
[0047]微球面屏幕的水平可視角和垂直可視角度A可以通過下面的關(guān)系式獲得；
[0048]對(duì)于直投式立體投影系統(tǒng)和背投式立體電視機(jī)，圖10，切線20:
[0049]I=Pi/2 - k (I)
[0050]K=arccos (x/r) (2)
[0051]邊界條件:
[0052]Kmin=arccos (w/2r) (3)
[0053]Kmax=Pi/2
[0054]根據(jù)式(I)和式(3)得到
[0055]Imax=Pi/2 - kmin (4)
[0056]將式(3)代入式(4)，并且A=4Imax
[0057]A=4[Pi/2-arccos (w/2r)] (5)
[0058]對(duì)于背投式立體投影系統(tǒng)，圖11:
[0059]A=2kmax
[0060]=2arcsin(w/2r) (6)
[0061]上式中:w-微球面單元的單邊長(zhǎng)度
[0062]r—微球面單元表面球球面半徑
[0063]P1-3.141
[0064]圖12，對(duì)于多邊型微球面單元17的表面18是由m個(gè)寬度分別為tm的多邊形平面
組成；這里m=l、2、3、4.......每一個(gè)多邊型平面表面18的寬度tm可以相等或不相等；水
平截面上多邊形內(nèi)接球面半徑通過每一個(gè)平面表面18中點(diǎn)處，平面表面18與多邊形內(nèi)接球面19在平面表面中點(diǎn)處相切20。多邊形平面表面18的多邊形平面表面數(shù)目m將大于或等于前排觀眾的人數(shù)。
[0065]圖13，從交點(diǎn)沿水平方向向左畫一個(gè)輔助線ab=x ;切線20 ；
[0066]i=j+k=arctan (x/L)+arcsin (x/r) (I)
[0067]求i對(duì)X的導(dǎo)數(shù)，得到；
[0068]di/dx=l/L[l+ (x/L)2] _l/r [I— (x/r)2]1/2
[0069]因?yàn)長(zhǎng)?x;
[0070]=1/L_1/ (r2 - x2)1/2 (2)
[0071]式(2)表明對(duì)于球面型微球面屏幕，除去x=w/2點(diǎn)之外，激光束反射光束沿著微球面表面連續(xù)變化。
[0072]多邊型微球面單元將入射激光束分割成沿著微球面表面不連續(xù)變化的多束反射激光束，同時(shí)投射到不同觀眾的眼睛，根據(jù)理想系統(tǒng)和立體電影院中的固定座位位置計(jì)算出多邊形平面的分布方式，m和tm的數(shù)值，保證了每一位觀眾的雙眼都能夠獲得對(duì)應(yīng)的影像光束，從而獲得立體感覺。微球面單元垂直方向球面形狀保證了每一排的觀眾都能夠獲得與第一排觀眾同樣的立體感覺和效果。
[0073]圖14，理想系統(tǒng)使用兩臺(tái)激光投影機(jī)21為中心，以兩個(gè)鏡頭水平中心線的中點(diǎn)處水平方向到屏幕中心點(diǎn)處為半徑的一個(gè)圓弧形狀屏幕12，觀眾22在理想系統(tǒng)中屏幕12的共享可視角度范圍內(nèi)的任何位置時(shí)，圖14中斜線區(qū)域內(nèi)，觀眾22的左眼和右眼分別只看到對(duì)應(yīng)的左影像和右影像，在視覺上感受到了立體影像。對(duì)于球型或圓拱型環(huán)繞屏幕，只要將激光投影機(jī)放置于球型或圓拱型環(huán)繞屏幕的中心點(diǎn)處，就成為一個(gè)理想系統(tǒng)；對(duì)于平面屏幕，采用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和計(jì)算平面屏幕上每一個(gè)微球面單元表面的方向角度e，同樣可以獲得理想系統(tǒng)的效果。
[0074]圖15、16，直投式立體投影系統(tǒng)是投影機(jī)21和觀眾22都位于微球面屏幕12的同一邊，微球面屏幕12的表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到3.0不等，需要根據(jù)不同應(yīng)用來確定，激光投影機(jī)21將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕12的表面上，經(jīng)反射后直接投射到觀眾22的視網(wǎng)膜上，微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
[0075]圖17、18，背投式立體投影系統(tǒng)是投影機(jī)21和觀眾22分別在微球面屏幕12的兩邊，微球面屏幕材料具有極好的透光性，屏幕厚度h與屏幕表面球面半徑r相等，屏幕背面是像平面同時(shí)也是微球面的焦平面，屏幕表面鍍有涂層，提高屏幕對(duì)投射到屏幕表面的影像折射進(jìn)入到屏幕中的折射率，激光投影機(jī)21將影像投射到微球面屏幕12表面上，影像折射進(jìn)入到屏幕中并經(jīng)過微球面中心，即焦點(diǎn)后直接投射到觀眾22的視網(wǎng)膜上，屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
[0076]圖19、20、21，背投式立體電視機(jī)是投影機(jī)21和觀眾22都位于微球面屏幕12的同一邊，在投影機(jī)21和觀眾22之間可以根據(jù)需要放置另一個(gè)單方向透明屏幕23，微球面屏幕表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到3.0不等，需要根據(jù)不同應(yīng)用來確定，微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕；激光投影機(jī)21將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕12表面上，經(jīng)反射后直接投射或穿透另一個(gè)鍍有涂層的單方向透明屏幕23后直接投射到觀眾22的視網(wǎng)膜上，單方向透明屏幕23的形狀是平面或曲面屏幕。
[0077]圖22，對(duì)于一臺(tái)激光投影機(jī)21的立體投影系統(tǒng)，輸入信號(hào)為左右格式或插圖格式時(shí)，設(shè)定左右影像在微球面屏幕上的視差P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距(中國(guó)人視間距平均值為65毫米或2.56英寸)，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像。如果左右格式采取非插圖格式時(shí)，使用插圖轉(zhuǎn)換器將左右格式信號(hào)轉(zhuǎn)換成為插圖格式信號(hào)。
[0078]圖23，對(duì)于二臺(tái)激光投影機(jī)21系統(tǒng)，二臺(tái)投影機(jī)需要具有相同參數(shù)，相同制造商和品牌，二臺(tái)投影機(jī)分別以左右平行的方式固定在機(jī)架上，投影機(jī)彼此水平高度一致，中心線之間水平距離等于P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距，二臺(tái)投影機(jī)之間水平距離可以水平調(diào)整。將立體影像信號(hào)中的左影像信號(hào)24輸入到左投影機(jī)27，右影像信號(hào)25輸入到右投影機(jī)26，二臺(tái)投影機(jī)同步播放，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像，其解析度，色彩和亮度與投射到微球面屏幕上的原左右影像解析度，色彩和亮度一致，不會(huì)產(chǎn)生任何的損失；如果需要播放平面影像內(nèi)容或輸入信號(hào)為左右或插圖格式時(shí)，關(guān)掉其中一臺(tái)投影機(jī)，成為一臺(tái)投影機(jī)立體投影系統(tǒng)。
[0079]立體投影大屏幕顯示系統(tǒng)可以由多個(gè)直投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體電視機(jī)組合在一起組成，通過調(diào)節(jié)每一個(gè)獨(dú)立的立體投影系統(tǒng)保持每個(gè)拼接立體投影系統(tǒng)影像在色彩和亮度的一致性，實(shí)現(xiàn)多屏幕的無縫拼接。
[0080]本發(fā)明的實(shí)施方式表示本發(fā)明具體化的一個(gè)例子，與權(quán)利要求書中的特定事項(xiàng)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明不限定實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，能夠通過對(duì)各種不同的實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)具體化。
【權(quán)利要求】
1.一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，包括激光投影機(jī)和微球面屏幕兩部分，所述激光投影機(jī)是采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)三原色激光作為光源的三原色激光投影機(jī)，或采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)和第四種用做于原色激光作為光源的四原色激光投影機(jī)；該激光投影機(jī)所有不同顏色的原色激光束經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，其特征在于，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，使用擴(kuò)束器對(duì)激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的激光束可以直接通過掃描器投射到微球面屏幕上或通過一個(gè)整形器后再通過掃描器投射到微球面屏幕上；其特征在于，微球面屏幕由均布且排列整齊，尺寸一致的微球面單元組成，每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線方向的投影為正方形，正方形的四個(gè)單邊長(zhǎng)度相等并代表了微球面單元單邊長(zhǎng)度，微球面屏幕背面是平面或曲面，微球面單元分為球面型和多邊型；對(duì)于球面型微球面單元表面是球面的一部分；對(duì)于多邊型微球面單元表面是由一組與同一個(gè)內(nèi)接球面相切的多個(gè)平面表面組成，其水平方向橫截面為圓外接多邊形狀，垂直方向截面則是圓的一部分；每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元表面球面或多邊型的內(nèi)接球面中心點(diǎn)處與球面或多邊型的內(nèi)接球面半徑重合的直線與單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線之間形成O至45度的夾角，該夾角度數(shù)由成像要求決定；微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕；激光投影機(jī)的影像投射到微球面屏幕表面上，經(jīng)屏幕反射或穿透屏幕后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，使觀眾的左眼和右眼分別只看到對(duì)應(yīng)的左影像和右影像，觀眾的大腦對(duì)左眼和右眼分別接收到的左影像和右影像進(jìn)行融合，使觀眾在視覺上感受到了立體影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，使用擴(kuò)束器對(duì)激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整；在擴(kuò)束器后面增設(shè)一個(gè)光束整形器，截面為圓形光束通過整形器后變成為截面為正方形光束；調(diào)整或整形后的激光束直徑或發(fā)散角或正方形邊長(zhǎng)需要同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件，第一，小于激光投影機(jī)掃描器掃描鏡面的直徑或最小寬度；第二，投射到微球面屏幕上的光斑的直徑或橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度不大于微球面單元單邊長(zhǎng)度w或投射到微球面屏幕上的正方形光束的邊長(zhǎng)與微球面單兀單邊長(zhǎng)度W相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，整形器中間開口是截面為圓形光束投射到整形器表面時(shí)的最大內(nèi)接正方形，截面為圓形光束通過整形器后變成截面為正方形光束，經(jīng)掃描器投射到屏幕上時(shí)完全覆蓋每一個(gè)微球面單元正方形表面；是否對(duì)于經(jīng)過混合器混合后的激光束進(jìn)行調(diào)整，取決于混合后的激光束直徑，發(fā)散角，屏幕像素的大小，投影屏幕的大小，解析度要求，整形器正方形開口的大小，設(shè)計(jì)光束到達(dá)觀眾眼睛時(shí)的光束范圍，投影機(jī)和屏幕之間的投射距離等主要參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，對(duì)于球面型微球面單元屏幕，屏幕的水平和垂直可視角相等；對(duì)于多邊型微球面屏幕，屏幕的水平可視角和垂直可視角可以相等或不相等；對(duì)于多邊型微球面單元表面是由m個(gè)寬度分別為tm的多邊形平面表面組成；這里m=l、2、3、4......;每一個(gè)多邊型平面表面的寬度tm可以相等或不相等；水平方向截面上多邊形內(nèi)接球面半徑通過每一個(gè)平面表面中點(diǎn)，平面表面與多邊形內(nèi)接球面在平面表面中點(diǎn)處相切；多邊形平面表面數(shù)目m將大于或等于前排觀眾的人數(shù)。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，每一個(gè)微球面單元代表著屏幕的一個(gè)像素，屏幕像素的大小等于微球面單元單邊長(zhǎng)度w ;微球面單元單邊長(zhǎng)度須滿足關(guān)系式w=p/n，這里P是設(shè)定的左右影像在微球面屏幕上的水平視差，n是一個(gè)整數(shù)，根據(jù)不同應(yīng)用，w數(shù)值從10微米到10毫米不等，水平方向微球面單元數(shù)目代表了屏幕的水平解析度，垂直方向微球面單元數(shù)目代表了屏幕的垂直解析度，微球面屏幕解析度是屏幕水平解析度和垂直解析度的乘積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，對(duì)于直投式立體投影系統(tǒng)，微球面屏幕表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到3.0不等，需要根據(jù)不同的應(yīng)用來確定，激光投影機(jī)將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕表面上，經(jīng)反射后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，投影機(jī)和觀眾都位于屏幕的同一邊，屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，對(duì)于背投式立體投影系統(tǒng)，微球面屏幕材料需要具有極好的透光性，屏幕厚度h與屏幕表面球面半徑r相等，屏幕背面是像平面同時(shí)也是微球面的焦平面，屏幕表面鍍有涂層，提高屏幕對(duì)投射到屏幕表面上的影像折射進(jìn)入到屏幕中的折射率，激光投影機(jī)將影像投射到微球面屏幕表面上，影像折射進(jìn)入到屏幕中并經(jīng)過微球面中心，即焦點(diǎn)后直接投射到觀眾的視網(wǎng)膜上，投影機(jī)和觀眾分別在屏幕的兩邊，屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，對(duì)于背投式立體電視機(jī)，微球面屏幕表面鍍有涂層，涂層的反射系數(shù)從1.0到3.0不等，需要根據(jù)不同應(yīng)用來確定，激光投影機(jī)將影像投射到鍍有涂層的微球面屏幕表面上，經(jīng)反射后直接投射或穿透另一個(gè)鍍有涂層的單方向透明屏幕后再投射到觀眾的視網(wǎng)膜上；微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕，投影機(jī)和觀眾都位于微球面屏幕的同一邊；單方向透明屏幕位于投影機(jī)與觀眾之間，單方向透明屏幕的形狀是平面或曲面屏幕。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，所述的投影系統(tǒng)使用一臺(tái)激光投影機(jī)時(shí)，輸入信號(hào)為普通影像格式時(shí)，觀眾在微球面屏幕上看到的影像為平面影像；輸入信號(hào)為左右格式Side-by-Side或插圖格式Interlaced時(shí),設(shè)定左右影像在微球面屏幕上的水平視差P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，所述的投影系統(tǒng)使用二臺(tái)具有相同參數(shù)，相同制造商和品牌的激光投影機(jī)時(shí)，將二臺(tái)投影機(jī)分別以左右平行的方式固定在機(jī)架上，投影機(jī)彼此水平高度一致，設(shè)定投影機(jī)鏡頭中心線之間水平距離等于左右影像在微球面屏幕上的水平視差P為使用地區(qū)或國(guó)家人民的平均視間距；將立體影像信號(hào)中的左影像信號(hào)輸入到左投影機(jī)，右影像信號(hào)輸入到右投影機(jī)，二臺(tái)投影機(jī)同步播放，觀眾在微球面屏幕上看到的影像經(jīng)過大腦融合后在視覺上感受到了立體影像；如果需要播放平面影像節(jié)目或輸入信號(hào)為左右或插圖格式時(shí)，關(guān)掉其中一臺(tái)投影機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，理想系統(tǒng)是激光投影機(jī)投射激光束到微球面屏幕相同水平線上的不同像素時(shí)具有相同入射角的一種設(shè)計(jì)方法；理想系統(tǒng)使用兩臺(tái)投影機(jī)，兩個(gè)鏡頭中心聯(lián)線的中點(diǎn)處沿水平方向到屏幕中心點(diǎn)處為半徑的一個(gè)圓弧形狀屏幕，觀眾在屏幕所有相同水平像素的共享可視角度范圍內(nèi)的任何位置時(shí)，觀眾的左眼和右眼分別只看到對(duì)應(yīng)的左影像和右影像，在視覺上感受到了立體影像。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光立體成像和裸眼立體顯示方法，其特征在于，立體投影大屏幕顯示系統(tǒng)由多個(gè)直投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體投影系統(tǒng)，或多個(gè)背投式立體電視機(jī)組合在一起組成，通過調(diào)節(jié)每一個(gè)獨(dú)立的立體投影系統(tǒng)保持每個(gè)拼接立體投影系統(tǒng)影像在色彩和亮度的一致性，實(shí)現(xiàn)多屏幕的無縫拼接。
13.—種激光立體成像和裸眼立體顯示裝置，包括激光投影機(jī)和微球面屏幕兩部分，所述激光投影機(jī)是采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)三原色激光作為光源的三原色激光投影機(jī)，或采用彼此相互獨(dú)立的紅綠藍(lán)和第四種用做于原色激光作為光源的四原色激光投影機(jī)；該激光投影機(jī)所有不同顏色的原色激光束經(jīng)過混合器混合后成為一束激光束，如果需要對(duì)經(jīng)過混合器混合后的激光束的直徑或發(fā)散角進(jìn)行調(diào)整，則在混合器之后設(shè)置擴(kuò)束器，調(diào)整后的激光束可以直接通過掃描器投射到微球面屏幕上或通過一個(gè)整形器后再通過掃描器投射到微球面屏幕上；其特征在于，微球面屏幕由均布且排列整齊，尺寸一致，表面光滑的微球面單元組成，每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線方向的投影為正方形，正方形的四個(gè)單邊長(zhǎng)度相等并代表了微球面單元單邊長(zhǎng)度，微球面屏幕背面是平面或曲面，微球面單元分為球面型和多邊型；對(duì)于球面型微球面單元表面是球面的一部分；對(duì)于多邊型微球面單元表面是由一組與同一個(gè)內(nèi)接球面相切的平面表面組成，其水平方向橫截面為圓外接多邊形狀，垂直方向截面則是圓弧形狀；每一個(gè)獨(dú)立的微球面單元表面球面或多邊形狀的內(nèi)接球面中心點(diǎn)處與球面或多邊形的內(nèi)接球面半徑重合的直線與單元背面平面中心點(diǎn)處或曲面中心點(diǎn)處切平面上通過該中心點(diǎn)處與平面或切平面相垂直的中心線之間形成O至45度的夾角，該夾角度數(shù)由成像要求決定；微球面屏幕的形狀是平面或曲面屏幕；微球面屏幕為反射或穿透影像的結(jié)構(gòu)形式。.
【文檔編號(hào)】G03B21/60GK103472590SQ201310459240
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】彭波 申請(qǐng)人:彭波