空间投影显示设备制造技术

本发明专利技术涉及一种空间投影显示设备。该空间投影显示设备包括光源阵列模组、反射衍射阵列、光转向单元模组、光调制面板、光反射板、微振镜阵列和调控模组，通过将光源阵列模组发出的光线耦合进微振镜阵列，并控制微振镜阵列向空间中的多个虚拟物点投射细光束，以使投射到每个虚拟物点上的多束细光束形成发射光束。当用户在特定的观察区观接收微振镜阵列投射的光束合集时，视觉上等效于由虚拟物点向人眼发射光束，如果向空间中的不同虚拟物点高速扫描光束，由于人眼的视觉暂留现象，人眼会将高速扫描的光束识别为连续光束。因此，在空间投影显示设备向空间中的多个虚拟物点高速扫描光束时，看起来像将虚拟场景显示在真实空间中，从而实现裸眼3D显示。

Space Projection Display Equipment

The invention relates to a space projection display device. The space projection display device includes light source array module, reflection diffraction array, light steering unit module, light modulation panel, light reflector plate, micro-galvanometer array and control module. By coupling the light emitted by the light source array module into the micro-galvanometer array, and controlling the micro-galvanometer array to project fine beams to multiple virtual object points in space, the micro-galvanometer array can be projected to each virtual object point. A number of small beams form the emission beam. When a user receives a set of beams projected by a micro-galvanometer array in a specific viewing area, it is visually equivalent to a beam emitted from a virtual object point to the human eye. If the beam is scanned at a high speed to different virtual object points in space, the human eye will recognize the high-speed scanning beam as a continuous beam due to the visual persistence of the human eye. Therefore, when a space projection display device scans a beam of light at high speed to multiple virtual objects in space, it looks like displaying a virtual scene in real space, thus realizing naked-eye 3D display.

【技术实现步骤摘要】
空间投影显示设备
本专利技术涉及三维立体显示
，具体而言，涉及一种空间投影显示设备。
技术介绍
传统三维投影显示采用的方法主要有视差屏障法、柱状透镜法和指向性光源法。视差屏障法是在屏幕表面设置称为视差屏障的纵向栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影像产生视差达成立体显示效果；视差屏障后期发展为液晶薄膜，通过液晶薄膜的液晶分子的翻转实现光的开与关，达到栅栏状光学屏障相同的实现效果，缺点是部分方向光线被遮挡，亮度低，观看角度要求严格，分辨率损失严重。柱状透镜法是在显示屏前设置一细长的半圆柱透镜阵列，显示像素的光线通过柱透镜的折射，将视差图像分别投射至左右眼，经视觉中枢的立体融合获得立体感，缺点是观看角度严格，分辨率损失严重。指向性光源法是在LCD的像素后使用并排的宽度极小的线状光源提供背光照明，使得奇偶列像素的图像传输路径分离，从而使得左右眼看到对应的画面，缺点是观看角度要求严格。上述的三种传统的三维投影显示技术均是基于双目立体视差原理，通过分别向左右眼输送具有略微差异的2D视差图像，在大脑中融像，从而产生立体视觉感，故造成视觉辐辏冲突，进而导致头痛、眩晕等症状的产生，同时运动视差的缺失会导致视觉转换的突兀，从而降低了视觉体验的真实度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种空间投影显示设备，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种空间投影显示设备，包括：光源阵列模组、反射衍射阵列、光转向单元模组、光调制面板、光反射板、微振镜阵列和调控模组；所述光源阵列模组位于所述微振镜阵列的入射光路上，为所述微振镜阵列提供阵列细光束；所述反射衍射阵列包括多个反射衍射元件，设置于所述光源阵列模组的出射光路上，所述反射衍射元件对所述光源阵列模组输出的每束细光束具有至少两级有效的衍射功能；所述光转向单元模组包括多个光转向单元，位于所述光源阵列模组和反射衍射阵列之间，用于对所述反射衍射阵列输出的每束衍射光束进行转向并传输至光调制面板；所述光调制面板为像素级高速空间光调制器，位于所述光转向单元模组和光反射板之间，用于对所述光转向单元模组传来的光束进行能量调制；所述光反射板为集成有多个微反射单元的平板，位于所述微振镜阵列远离所述光源阵列模组的一侧，用于将所述光调制面板输出的每束细光束导入到所述微振镜阵列；所述微振镜阵列包含多个微振镜单元；所述调控模组用于根据待显示虚拟场景对应的多个虚拟物点的空间位置信息和扫描信息的映射关系控制所述微振镜阵列向空间中的多个所述虚拟物点投射细光束，以使投射到每个所述虚拟物点上的多束细光束构成虚拟物点的发射光束锥；其中，所述空间位置信息包括所述虚拟物点相对于所述微振镜阵列的方位信息和深度信息，所述扫描信息至少包括所述微振镜阵列中与每个所述虚拟物点对应的多个微振镜单元的扫描时刻和扫描角。可选地，所述光转向单元输出的光束的光轴平行于所述光反射板的工作平面的法线方向，所述微反射单元的反射平面的法线N3与所述光反射板的工作平面的法线N1之间角度fov2满足如下关系：((W-D0)/2+d1)/L2<tan(2*fov2)<((W+D0)/2+d1)/L2；其中，W为微振镜单元在X方向最大的宽度值；D0为微振镜单元的有效光学口径沿着X方向的最大尺寸；d1为光转向单元输出的光束的光轴与其相邻的微振镜单元沿着X方向的距离；L2为微振镜单元的工作面到光反射板中的微反射单元沿着Z方向的距离。可选地，tan(2*fov2)＝(W/2+d1)/L2。。可选地，所述微反射单元的反射平面的法线N3与所述光反射板的工作平面的法线N1实质上平行，所述光转向单元输出的光束的光轴与所述微反射单元的反射平面的法线N3的夹角afa1满足如下关系：(W/4-D0/2+d2)/L3<tan(afa1)<(W/4+D0/2+d2)/L3；其中，W为微振镜单元在X方向最大的宽度值；D0为微振镜单元的有效光学口径沿着X方向的最大尺寸；d2为各光转向单元输出的光束的光轴距与其相邻的微振镜单元沿着X方向的距离；L3为微振镜单元的工作面到光反射板靠近微振镜阵列一侧的工作平面的距离。可选地，tan(afa1)＝(W/4+d2)/L3。可选地，所述光转向单元为反射平面镜或具有一级反射衍射功能的元件。可选地，所述反射衍射元件对所述光源阵列模组输出的每束细光束具有两级或四级有效的衍射功能。可选地，所述光源阵列模组由多个光源单元构成，每个光源单元包括照明光源和光准直合束单元；所述光源阵列模组包括的光源单元的数量与所述反射衍射阵列包括的反射衍射元件的数量相等。可选地，所述光源阵列模组包括光纤耦合光源和光分束调制单元，所述光纤耦合光源包括光源单元和带第一输出光纤的耦合准直器，所述光源单元包括照明光源和光准直合束单元；所述光源单元输出光准直合束光束，由带所述第一输出光纤的耦合准直器耦入所述光分束调制单元；所述光分束调制单元的输出端耦接有第二输出光纤，用于将所述光纤耦合光源输出的光束分成在数值上与所述反射衍射阵列包括的反射衍射元件的数量相等的多束细光束。可选地，所述光调制面板为透射式LCOS空间光调制器或LCD空间光调制器。本专利技术提供的空间投影显示设备包括光源阵列模组、反射衍射阵列、光转向单元模组、光调制面板、光反射板、微振镜阵列和调控模组，通过反射衍射阵列、光转向单元模组、光反射板和调控模组将光源阵列模组发出的光线耦合进微振镜阵列，并控制微振镜阵列向空间中的多个虚拟物点投射细光束，以使投射到每个虚拟物点上的多束细光束形成发射光束。当用户在特定的观察区观接收微振镜阵列投射的光束合集时，视觉上等效于由虚拟物点向人眼发射光束，如果向空间中的不同虚拟物点高速扫描光束，由于人眼的视觉暂留现象，人眼会将高速扫描的光束识别为连续光束。因此，在空间投影显示设备向空间中的多个虚拟物点高速扫描光束时，看起来像将虚拟场景显示在真实空间中。从而，本专利技术提供了一种新的能够实现裸眼3D显示的空间投影显示设备。显而易见，该空间投影显示设备也可以实现2D显示。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种空间投影显示设备的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种光源单元的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的一种光源阵列模组的结构示意图。图4为图3中的一种光分束调制单元的结构示意图。图5为图3中的另一种光分束调制单元的结构示意图。图6为本专利技术实施例提供的另一种空间投影显示设备的结构示意图。图7为本专利技术实施例提供的另一种空间投影显示设备的结构示意图。图8为本专利技术实施例提供的另一种空间投影显示设备的结构示意图。图9为图1所示的空间投影显示设备的一说明示意图。图10为本专利技术实施例提供的另一种空间投影显示设备的结构示意图。图11为空间投影成像的原理示意图。图标：1-空间投影显示设备；10-光源阵列模组；20-反射衍射阵列；30-光转向单元模组；40-光调制面板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间投影显示设备，其特征在于，包括：光源阵列模组、反射衍射阵列、光转向单元模组、光调制面板、光反射板、微振镜阵列和调控模组；所述光源阵列模组位于所述微振镜阵列的入射光路上，为所述微振镜阵列提供阵列细光束；所述反射衍射阵列包括多个反射衍射元件，设置于所述光源阵列模组的出射光路上，所述反射衍射元件对所述光源阵列模组输出的每束细光束具有至少两级有效的衍射功能；所述光转向单元模组包括多个光转向单元，位于所述光源阵列模组和反射衍射阵列之间，用于对所述反射衍射阵列输出的每束衍射光束进行转向并传输至光调制面板；所述光调制面板为像素级高速空间光调制器，位于所述光转向单元模组和光反射板之间，用于对所述光转向单元模组传来的光束进行能量调制；所述光反射板为集成有多个微反射单元的平板，位于所述微振镜阵列远离所述光源阵列模组的一侧，用于将所述光调制面板输出的每束细光束导入到所述微振镜阵列；所述微振镜阵列包含多个微振镜单元；所述调控模组用于根据待显示虚拟场景对应的多个虚拟物点的空间位置信息和扫描信息的映射关系控制所述微振镜阵列向空间中的多个所述虚拟物点投射细光束，以使投射到每个所述虚拟物点上的多束细光束构成虚拟物点的发射光束锥；其中，所述空间位置信息包括所述虚拟物点相对于所述微振镜阵列的方位信息和深度信息，所述扫描信息至少包括所述微振镜阵列中与每个所述虚拟物点对应的多个微振镜单元的扫描时刻和扫描角。...

【技术特征摘要】
1.一种空间投影显示设备，其特征在于，包括：光源阵列模组、反射衍射阵列、光转向单元模组、光调制面板、光反射板、微振镜阵列和调控模组；所述光源阵列模组位于所述微振镜阵列的入射光路上，为所述微振镜阵列提供阵列细光束；所述反射衍射阵列包括多个反射衍射元件，设置于所述光源阵列模组的出射光路上，所述反射衍射元件对所述光源阵列模组输出的每束细光束具有至少两级有效的衍射功能；所述光转向单元模组包括多个光转向单元，位于所述光源阵列模组和反射衍射阵列之间，用于对所述反射衍射阵列输出的每束衍射光束进行转向并传输至光调制面板；所述光调制面板为像素级高速空间光调制器，位于所述光转向单元模组和光反射板之间，用于对所述光转向单元模组传来的光束进行能量调制；所述光反射板为集成有多个微反射单元的平板，位于所述微振镜阵列远离所述光源阵列模组的一侧，用于将所述光调制面板输出的每束细光束导入到所述微振镜阵列；所述微振镜阵列包含多个微振镜单元；所述调控模组用于根据待显示虚拟场景对应的多个虚拟物点的空间位置信息和扫描信息的映射关系控制所述微振镜阵列向空间中的多个所述虚拟物点投射细光束，以使投射到每个所述虚拟物点上的多束细光束构成虚拟物点的发射光束锥；其中，所述空间位置信息包括所述虚拟物点相对于所述微振镜阵列的方位信息和深度信息，所述扫描信息至少包括所述微振镜阵列中与每个所述虚拟物点对应的多个微振镜单元的扫描时刻和扫描角。2.根据权利要求1所述的空间投影显示设备，其特征在于，所述光转向单元输出的光束的光轴平行于所述光反射板的工作平面的法线方向，所述微反射单元的反射平面的法线N3与所述光反射板的工作平面的法线N1之间角度fov2满足如下关系：((W-D0)/2+d1)/L2<tan(2*fov2)<((W+D0)/2+d1)/L2；其中，W为微振镜单元在X方向最大的宽度值；D0为微振镜单元的有效光学口径沿着X方向的最大尺寸；d1为光转向单元输出的光束的光轴与其相邻的微振镜单元沿着X方向的距离；L2为微振镜单元的工作面到光反射板中的微反射单元沿着Z方向的距离。3.根据权利要求2所述的空间投影显示设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琴华，李文权，
申请(专利权)人：深圳创维新世界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44