一種全息立體投影裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種全息立體投影裝置及方法，該裝置包括：非線性晶體，非線性晶體包括多個子晶體區域；投影系統，投影系統用于產生多個一次投影圖像，并將多個一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。通過上述方式，本發明能能夠使用戶不用佩戴其他裝置，在各個方向上觀察到逼真、清晰的三維全息圖像。
【專利說明】一種全息立體投影裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及投影領域，特別是涉及一種全息立體投影裝置及方法。
【背景技術】
[0002]三維(3D)顯示投影技術正不斷的發展，而且應用于各個領域，比如教育、醫療、生物科學等等。
[0003]但是傳統的3D顯示投影技術通常需要觀看者佩戴相關的觀看設備，如眼鏡、頭盔、護目鏡或其他輔助工具，例如我們在觀看3D電影時，必須要佩戴上專門的3D眼鏡，才能看到有立體效果的畫面。
[0004]而現有的裸眼3D技術基本分為視差顯示和空間顯示，視差顯示觀看者往往只能在正面看到單個方向的3D圖像，而在其他方向則不能看見，空間顯示則是將圖像投影到一個無形的表面，該表面就會像一層薄紗將投影至其上的圖像反射至不同方向。這種方式容易導致投影圖像的質量下降，圖像不清晰。
【發明內容】
[0005]本發明主要解決的技術問題是提供一種全息立體投影裝置及方法，能夠使用戶不用佩戴其他裝置，在各個方向上觀察到逼真、清晰的三維全息圖像。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:提供一種全息立體投影裝置，該裝置包括:非線性晶體，非線性晶體包括多個子晶體區域；投影系統，投影系統用于產生多個一次投影圖像，并將多個一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
[0007]其中，多個一次投影圖像分別對應于目標物體的不同視角的圖像。
[0008]其中，非線性晶體內部設置有反射元件，用于將各子晶體區域所產生的二次投影圖像投影至不同角度。
[0009]其中，投影系統同時投影多個一次投影圖像至非線性晶體的對應子晶體區域內。
[0010]其中，多個子晶體區域分別具有不同的波長轉換性能，全息立體投影裝置進一步設置有轉動裝置，轉動裝置用于非線性晶體和投影系統進行相對轉動，以使每一一次投影圖像在不同時刻依次投射至各子晶體區域內部，進而由各子晶體區域分別形成不同基色的第二次投影圖像。
[0011]其中，非線性晶體具有一中心軸線，多個子晶體區域繞中心軸線對稱分布，投影系統具有一光軸，第二次投影圖像繞光軸對稱分布，中心軸線與光軸彼此重合設置。
[0012]其中，全息立體投影裝置進一步包括第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡，非線性晶體設置于第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡的內部，投影裝置設置于第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡的外部，且朝向第一曲面反射鏡設置，第一曲面反射鏡設置成透射一次投影圖像且反射第二次投影圖像，第二曲面反射鏡設置成反射一次投影圖像且透射第二次投影圖像。
[0013]其中，全息立體投影裝置進一步設置有傳感器和控制裝置，傳感器用于檢測用戶的交互動作，并根據交互動作將一次投影圖像投射至不同的子晶體區域內。
[0014]為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術方案是:提供一種全息立體投影方法，該方法包括:將非線性晶體劃分成多個子晶體區域；產生多個一次投影圖像，并將一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，以通過子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
[0015]其中，多個一次投影圖像分別對應于目標物體的不同視角的圖像，或者多個子晶體區域分別具有不同的波長轉換性能。
[0016]本發明的有益效果是:區別于現有技術的情況，本發明通過投影系統產生多個一次投影圖像，并將多個一次投影圖像分別對應投影至非線性晶體的多個子晶體區域中的一子晶體區域內，各個子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像，使得用戶不用借助其他裝置就能觀察到具有三維全息立體效果的圖像，并且具有多個子晶體區域的非線性晶體向各個方向投射圖像，用戶可以從不同的方向觀察到三維全息立體圖像，另外無需其他投影屏幕，使得顯示的三維全息圖像更加逼真、清晰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一種全息立體投影裝置的第一實施方式的結構示意圖；
[0018]圖2是本發明一種全息立體投影裝置的第一實施方式中目標物體在不同視角的示意圖；
[0019]圖3是本發明一種全息立體投影裝置的第一實施方式的子晶體區域與投影圖像的對應關系不意圖；
[0020]圖4是本發明一種全息立體投影裝置的第二實施方式的結構示意圖；
[0021]圖5是本發明一種全息立體投影裝置的第三實施方式的結構示意圖；
[0022]圖6是本發明一種全息立體投影方法的第四實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]參閱圖1，本發明一種全息立體投影裝置的第一實施方式，該裝置包括非線性晶體101和投影系統102 ；
[0024]其中，非線性晶體101包括多個子晶體區域；
[0025]投影系統102用于產生多個一次投影圖像，并將多個一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
[0026]非線性晶體101具有一中心軸線103，多個子晶體區域繞中心軸線103對稱分布，投影系統102具有一光軸104，第二次投影圖像繞光軸104對稱分布，中心軸線103與光軸104彼此重合設置。
[0027]在本實施方式中，以將非線性晶體101分為四個子晶體區域、投影系統102產生四個一次投影圖像為例，該四個子晶體區域分別為:第一子晶體區域1011、第二子晶體區域1012、第三子晶體區域1013及第四子晶體區域1014，四個一次投影圖像分別為:第一一次投影圖像、第二一次投影圖像、第三一次投影圖像及第四一次投影圖像。
[0028]投影系統102可以是四臺投影機(圖未示)分別將第一一次投影圖像、第二一次投影圖像、第三一次投影圖像及第四一次投影圖像投射到第一子晶體區域1011、第二子晶體區域1012、第三子晶體區域1013及第四子晶體區域1014上，也可以是一臺投影機分時依次將第一一次投影圖像、第二一次投影圖像、第三一次投影圖像及第四一次投影圖像投射到第一子晶體區域1011、第二子晶體區域1012、第三子晶體區域1013及第四子晶體區域1014上，另外，也可以是同一臺投影機同時將第一一次投影圖像、第二一次投影圖像、第三一次投影圖像及第四一次投影圖像投射到第一子晶體區域1011、第二子晶體區域1012、第三子晶體區域1013及第四子晶體區域1014上。
[0029]其中，四個一次圖像可以分別對應一個三維全息物體的各個部位，例如:第一一次投影圖像對應三維全息物體的前部，第二一次投影圖像對應三維全息物體的左邊部位，第三一次投影圖像對應三維全息物體的后部，第四一次投影圖像對應三維全息物體的右邊部位；或者四個一次投影圖像分別對應同一個空間場景中不同的位置，例如一間房屋的前后左右四個位置的不同圖像；當然，四個一次投影圖像也可以是同一圖像，但是四個一次投影圖像的投射方向不同，因此可以供四個位于非線性晶體101四周不同方向的用戶同時觀看同一圖像。
[0030]本實施方式中，投影系統102產生多個分別對應于目標物體的不同視角的一次投影圖像(如圖2所示)，并將多個分別對應于目標物體的不同視角一次投影圖像分別同時對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像，第二次圖像再通過反射元件反射至人眼。
[0031]同時參閱圖3，圖3中101為非線性晶體的俯視圖，以第一子晶體區域1011為例，第一子晶體區域1011內設置有第一反射元件1015，投影系統102產生四個一次投影圖像并將對應于目標物體不同視角的一次投影圖像投影至各子晶體區域內，其中，第一一次投影圖像105投影至第一子晶體區域1011內，第一子晶體區域1011將該第一一次投影圖像105轉化成第一二次投影圖像106，第一二次投影圖像經過第一反射元件1015反射出去，投影至位于目標物體正面的觀看者人眼；其他子晶體區域同理，這里不再贅述。
[0032]本實施方式將非線性晶體101分為四個子晶體區域，僅為舉例，并非限制本實施方式的范圍，并且應當可以預想，子晶體區域的數量越多，投影系統102產生的不同視角的圖像越多，觀看者在不同位置看到的圖像就越逼真。
[0033]區別于現有技術，本實施方式通過投影系統產生多個分別對應于目標物體不同視角的一次投影圖像，并將多個一次投影圖像分別同時對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像，子晶體區域內的反射元件再將第二次投影圖像反射至人眼，能夠將目標物體不同視角的圖像通過不同的子晶體區域同時向不同的方向呈現，觀看者在位于投影裝置的不同方向的不同位置會觀看到目標物體不同視角的畫面，使得三維立體全息圖像在不同的方向顯示目標物體的不同視角，用戶可以從不同的方向觀察到三維全息立體圖像，另外無需其他投影屏幕，使得顯示的三維全息圖像更加逼真、清晰。
[0034]參閱圖4，本發明一種全息立體投影裝置的第二實施方式，該裝置包括非線性晶體401、投影系統402和轉動裝置403 ；
[0035]其中，轉動裝置403連接非線性晶體401，用于控制非線性晶體401和投影系統402進行相對轉動，以使每一一次投影圖像在不同時刻依次投射至各子晶體區域內部；
[0036]在本實施方式中，將非線性晶體401分為三個子晶體區域:第一子晶體區域4011、第二子晶體區域4012及第三子晶體區域4013，三個子晶體區域具有不同的波長轉化性能；
[0037]以紅、綠、藍三基色為例，投影系統402在不同時刻依次將代表紅、綠、藍三基色的一次圖像投射出去，在第一時刻，將代表紅色的一次圖像投射至第一子晶體區域4011，在第二時刻，將代表綠色的一次圖像投射至第二子晶體區域4012，在第三時刻，將代表藍色的一次圖像投射至第三子晶體區域4013 ;每個子晶體區域依次將各自的一次圖像轉化為不同基色的二次圖像，當非線性晶體401在轉動裝置403的控制下轉動時，在某個方向就會看到紅、綠、藍三基色的二次圖像依次不停的轉變，當非線性晶體401的轉速足夠高時，由于視覺惰性，觀看者就會看到彩色的二次圖像。
[0038]另外，本實施方式不僅限于紅、綠、藍三基色，為了達到特殊的視覺效果或者顯示特殊的圖像，也可以采用其他基色。
[0039]區別于現有技術，本實施方式通過將非線性晶體分位以中心軸線對稱的多個子晶體區域，并由轉動裝置控制該非線性晶體圍繞中心軸線轉動，投影系統將代表不同基色的一次圖像在不同時刻依次投射至各個子晶體區域內部，進而由各個子晶體區域分別形成不同基色的二次投影圖像，某一子晶體區域轉到一特定位置時，投射出代表某一基色的圖像，另一子晶體區域轉到該特定位置時，投射出代表另一基色的圖像，當非線性晶體在特定速度下轉動時，不同基色的二次投影圖像就會融合形成彩色的三維全息圖像，使得三維全息圖像的顯示更加立體，逼真。
[0040]參閱圖5，本發明一種全息立體投影裝置的第三實施方式，該裝置包括非線性晶體501、投影系統502、第一曲面反射鏡503、第二曲面反射鏡504、傳感器505及控制裝置506 ；
[0041]其中，非線性晶體501設置于第一曲面反射鏡503和第二曲面反射鏡504的內部，投影系統502設置于第一曲面反射鏡503和第二曲面反射鏡504的外部，且朝向第一曲面反射鏡503設置，第一曲面反射鏡503設置成透射一次投影圖像且反射第二次投影圖像，第二曲面反射鏡504設置成反射一次投影圖像且透射第二次投影圖像。
[0042]其中，傳感器506連接傳感器505及投影系統502，用于檢測用戶的交互動作，并根據交互動作將一次投影圖像投射至不同的子晶體區域內。
[0043]當投影系統502產生一次圖像并投射出去時，由于第一曲面反射鏡503透射一次圖像，第二曲面反射鏡504反射一次圖像，則一次圖像穿過第一曲面反射鏡進入非線性晶體501的各個子晶體區域，經過非線性晶體501的各個子晶體區域的轉化成為二次圖像，二次圖像在第一曲面反射鏡503的反射作用和第二曲面反射鏡504的透射作用下到達該投影裝置如圖5所示的上方，形成三維全息圖像。
[0044]另外，傳感器505監控三維全息圖像顯示區域里或用戶操作區域里的用戶操作動作，感知用戶的意圖，獲取操作指令，從而通過控制裝置506控制攝像系統502將一次圖像投射至不同的子晶體區域或者控制三維全息圖像的其他變化；傳感器505可以是光敏、紅夕卜、聲波或其他能判斷用戶位置及動作的傳感器。
[0045]例如，當用戶位于該投影裝置的左方時，傳感器505則感知用戶基于投影裝置的方向，并通過控制裝置506控制投影系統502將一次圖像投射至與用戶方向相對應的子晶體區域，當用戶位置改變時，投影系統502會根據用戶位置的改變而將一次圖像投射到不同的子晶體區域。
[0046]區別于現有技術，本實施方式通過將非線性晶體設置于第一曲面反射鏡與第二曲面反射鏡之間，使得光線的利用率更高，顯示的圖像更加清晰逼真；另外通過傳感器感知用戶的位置與動作來判斷用戶的意圖，控制攝像系統將一次圖像投射至不同的子晶體區域，使得投影裝置能根據用戶的不同方位向不同的方向顯示三維立體圖像，實現了人機交互，更加考慮到用戶的體驗。
[0047]參閱圖6，本發明一種全息立體投影方法的第四實施方式，該方法包括以下步驟:
[0048]步驟601:將非線性晶體劃分成多個子晶體區域；
[0049]分成子晶體的數量可以根據投影系統的一次圖像而定，如果多個一次圖像分別對應目標物體的各個視角或者各個部位，則將非線性晶體分為與一次圖像數量相同的子晶體區域；如果多個一次圖像是同一圖像的不同基色的子圖像，則將非線性晶體分為與子圖像數量相同并且具有與不同基色想對應波長轉換性能的子晶體區域。
[0050]步驟602:產生多個一次投影圖像；
[0051]一次圖像可以是分別對應目標物體的各個視角或者各個部位，也可以是同一圖像的不同基色子圖像。
[0052]步驟603:將一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內；
[0053]將對應于目標物體不同視角或者部位的各個一次圖像分別投影至與之對應的子晶體區域，或者將對應于同一圖像不同基色的一次圖像分別投影至與之基色對應的子晶體區域。
[0054]步驟604:子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
[0055]如果上述投影系統產生的是同一圖像的不同基色的子圖像，則非線性晶體應當圍繞中心軸線高速轉動，用戶才能看見有多個基色組合的彩色三維立體全息圖像。
[0056]本實施方式是基于前述各全息立體投影裝置的一種方法，其實施方式基本相同，這里不再贅述。
[0057]區別于現有技術，本實施方式通過將非線性晶體劃分成多個子晶體區域，產生多個一次投影圖像，并將一次投影圖像分別對應投影至多個子晶體區域中的一子晶體區域內，以通過子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像，能夠將目標物體不同視角的圖像通過不同的子晶體區域同時向不同的方向呈現，觀看者在位于投影裝置的不同方向的不同位置會觀看到目標物體不同視角的畫面，使得三維立體全息圖像在不同的方向顯示目標物體的不同視角，用戶可以從不同的方向觀察到三維全息立體圖像，另外無需其他投影屏幕，使得顯示的三維全息圖像更加逼真、清晰。
[0058]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種全息立體投影裝置，其特征在于，所述裝置包括: 非線性晶體，所述非線性晶體包括多個子晶體區域； 投影系統，所述投影系統用于產生多個一次投影圖像，并將所述多個一次投影圖像分別對應投影至所述多個子晶體區域中的一子晶體區域內，所述子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
2.如權利要求1所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述多個一次投影圖像分別對應于目標物體的不同視角的圖像。
3.如權利要求2所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述非線性晶體內部設置有反射元件，用于將各所述子晶體區域所產生的二次投影圖像投影至不同角度。
4.如權利要求2所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述投影系統同時投影所述多個一次投影圖像至所述非線性晶體的對應子晶體區域內。
5.如權利要求1所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述多個子晶體區域分別具有不同的波長轉換性能，所述全息立體投影裝置進一步設置有轉動裝置，所述轉動裝置用于所述非線性晶體和所述投影系統進行相對轉動，以使每一所述一次投影圖像在不同時刻依次投射至各所述子晶體區域內部，進而由各所述子晶體區域分別形成不同基色的所述第二次投影圖像。
6.如權利要求1所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述非線性晶體具有一中心軸線，所述多個子晶體區域繞所述中心軸線對稱分布，所述投影系統具有一光軸，所述第二次投影圖像繞所述光軸對稱分布，所述中心軸線與所述光軸彼此重合設置。
7.如權利要求1所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述全息立體投影裝置進一步包括第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡，所述非線性晶體設置于所述第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡的內部，所述投影系統設置于所述第一曲面反射鏡和第二曲面反射鏡的外部，且朝向所述第一曲面反射鏡設置，所述第一曲面反射鏡設置成透射所述一次投影圖像且反射所述第二次投影圖像，所述第二曲面反射鏡設置成反射所述一次投影圖像且透射所述第二次投影圖像。
8.如權利要求1所述的全息立體投影裝置，其特征在于，所述全息立體投影裝置進一步設置有傳感器和控制裝置，所述傳感器用于檢測用戶的交互動作，并根據所述交互動作將所述一次投影圖像投射至不同的所述子晶體區域內。
9.一種全息立體投影方法，其特征在于，所述方法包括: 將非線性晶體劃分成多個子晶體區域； 產生多個一次投影圖像，并將所述一次投影圖像分別對應投影至所述多個子晶體區域中的一子晶體區域內，以通過所述子晶體區域將投影至其內部的一次投影圖像通過波長轉換方式轉換成第二次投影圖像。
10.如權利要求9所述的全息立體投影方法，其特征在于，所述多個一次投影圖像分別對應于目標物體的不同視角的圖像，或者所述多個子晶體區域分別具有不同的波長轉換性倉泛。
【文檔編號】G03B35/18GK104391424SQ201410606548
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】劉美鴻, 陳易華 申請人:深圳市億思達科技集團有限公司