CN105376556A - 立体显示组件、立体显示***和立体显示方法 - Google Patents

立体显示组件、立体显示***和立体显示方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种立体显示组件、立体显示***和立体显示方法。其中，立体显示组件包括第一平面镜、第二平面镜、第一显示屏以及第二显示屏；第一平面镜的一条边与第二平面镜的一条边重合，形成二面角，第一平面镜与第二平面镜相背离的面为反射面，第一显示屏以及第二显示屏设置于二面角的外侧，并且第一显示屏与第二显示屏分别设置于二面角的角平分面的两侧，第一显示屏在第一平面镜中所成的第一虚像与第二显示屏在第二平面镜中所成的第二虚像重叠。按照本申请的方案，能够将二维显示图像通过光学处理，生成人眼可直接观察的三维图像。

Description

立体显示组件、立体显示***和立体显示方法
技术领域
本公开一般涉及显示领域，具体涉及立体显示领域，尤其涉及立体显示组件、立体显示***和立体显示方法。
背景技术
平视显示器(HeadUpDisplay，简称HUD)利用反射将重要信息投射在例如汽车挡风玻璃的透反镜的与观察者相异的一侧，当驾驶员或其他观察者透过挡风玻璃往前方看的时候，能够将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起，从而无需低头就可以获得重要的信息。
发明内容
本申请实施例提供了一种立体显示组件、立体显示***和立体显示方法，可以将二维显示图像通过光学处理，生成人眼可直接观察的三维图像。
本申请实施例提供了一种立体显示组件，包括第一平面镜，第二平面镜，第一显示屏以及第二显示屏；第一平面镜的一条边与第二平面镜的一条边重合，形成一二面角，第一平面镜与第二平面镜相背离的面为反射面，第一显示屏以及第二显示屏设置于二面角的外侧，并且第一显示屏与第二显示屏分别设置于二面角的角平分面的两侧，第一显示屏在第一平面镜中所成的虚像与第二显示屏在第二平面镜中所成的虚像重合。
本申请实施例还提供了一种立体显示***，包括如上的立体显示组件。
本申请实施例还提供了一种立体显示方法，包括：第一平面镜和第二平面镜分别将第一显示屏显示的第一图像和第二显示屏显示的第二图像在同一位置形成第一虚像和第二虚像，其中，第一虚像和第二虚像互为立体图像对；第一虚像和第二虚像经第三平面镜以及凹面反射镜反射至透反镜内表面，并通过透反镜内表面的反射呈现放大的虚像；其中，第一平面镜和第二平面镜分别有一条边相重合形成一个二面角，二面角外侧对应的面为反射面，两个显示屏设置于二面角的外侧，并且分别设置于二面角的角平分面的两侧。
本申请实施例提供的立体显示组件，通过光学成像来将分别显示在两块屏上的二维图像进行重叠，从而生成人眼直接观察的三维图像。
此外，本申请实施例的立体显示***和立体显示方法，可以将立体显示组件形成的三维图像进行放大，并在适合观察的位置形成放大的虚像，进一步方便用户观察。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了一种反射式HUD的示意性结构图；
图2示出了根据本申请一个实施例的立体显示组件的示意性结构图；
图3示出了根据本申请一个实施例的立体显示***的示意性结构图；
图4示出了根据本申请一个实施例的立体显示方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，申请人在较早的研究中提出的一种使用LCD显示器的反射式HUD光学方案。LCD显示器10上显示的图像经平面镜20、凹面反射镜30和透反镜40反射后，在透反镜后方成放大的虚像60，观察者50可以观察到包含了LCD显示器10上显示的内容的虚像60。虚像60与LCD显示器10显示内容之间的放大倍数及虚像60的成像位置由平面镜20、凹面反射镜30和透反镜40的相关参数以及相对位置关系来决定。
然而，如上所述的方案中，最终形成的放大虚像60是二维图像，不能形成三维图像。
参见图2所示，为本申请一个实施例的立体显示组件的示意性结构图200。
在该实施例中，立体显示组件包括第一平面镜210、第二平面镜220第一显示屏230以及第二显示屏240。
其中，第一平面镜210的一条边与第二平面镜220的一条边重合，使得第一平面镜210与第二平面镜220形成二面角。第一平面镜210与第二平面镜220相背离的面为反射面。
第一显示屏230以及第二显示屏240设置于二面角的外侧，且第一显示屏230与第二显示屏240分别设置于二面角的角平分面A1的两侧。
第一显示屏230在第一平面镜210中所成的虚像与第二显示屏240在第二平面镜220中所成的虚像重叠。
由于第一平面镜210与第二平面镜220相背离的面为反射面，第一显示屏230以及第二显示屏240设置于二面角的外侧，且第一显示屏230与第二显示屏240分别设置于二面角的角平分面A1的两侧，可以使得第一显示屏230上显示的第一图像仅被第一平面镜210反射，而第二显示屏240上显示的第二图像仅被第二平面镜220反射。
在一些应用场景中，例如，第一显示屏230上显示的第一图像为人眼可直接观察的立体图像中的左眼图像或左眼图像的镜像，第二显示屏240上显示的第二图像为人眼可直接观察的立体图像中的右眼图像或右眼图像的镜像，二者分别经第一平面镜210和第二平面镜220反射后，在同一位置形成第一图像的第一虚像和第二图像的第二虚像。第一虚像与第二虚像重叠，从而形成人眼可直接观察的立体图像K。这样一来，当观察者的左眼处于图2中附图标记250所示的阴影区域，且观察者的右眼处于图2中附图标记260所示的阴影区域时，观察者可基于立体融像原理看到立体图像。
在一些可选的实现方式中，为了使第一虚像与第二虚像重合，可以设置立体显示组件中各部件的相对位置关系。例如，第一显示屏230和第一平面镜210所成夹角α1与第一平面镜210和二面角的角平分面A1所成夹角β1互余，也即是说α1+β1＝90°。并且第二显示屏240和第二平面镜220所成的夹角α2与第二平面镜240和二面角的角平分面A1所成夹角β2互余，也即是说，α2+β2＝90°。
在一些可选的实现方式中，第一显示屏230和第二显示屏240例如可以是液晶显示屏。采用液晶显示屏，可以方便在狭窄空间内实现对图像数据的显示。
在一些可选的实现方式中，第一显示屏230与第二显示屏240的可视区域的尺寸可以相同。这样一来，在一些应用场景中，当第一显示屏230与第二显示屏240分别用于显示人眼可直接观察的三维图像的左眼图像和右眼图像时，通过本实施例的立体显示组件，便可将左眼图像和右眼图像重叠形成人眼可直接观察的三维图像。
在一些应用场景中，为了使得重叠形成的人眼可直接观察的三维图像的立体效果更好，还可以进一步设置第一显示屏230与第二显示屏240具有相同的分辨率。
在一些可选的实现方式中，第一显示屏230与第二显示屏240的形状可以为轴对称。例如，第一显示屏230与第二显示屏240的形状可以根据具体的应用场景设置为矩形、圆形或椭圆形等。第一显示屏230与第二显示屏240相对于二面角的角平分面A1对称，例如，可以设置第一显示屏230与第二显示屏240与角平分面A1等距，且第一显示屏230与第二显示屏240均平行于角平分面A1。二面角的棱在第一显示屏230和第二显示屏240上的正投影，分别与所述第一显示屏230和所述第二显示屏240的对称轴重叠，也即是说，二面角的棱在第一显示屏230上的正投影，位于第一显示屏230的对称平面内，且二面角的棱在第二显示屏240上的正投影，位于第二显示屏240的对称平面内。
在一些可选的实现方式中，第一平面镜210与第二平面镜220形成的二面角可以是为直二面角，也即是说β1+β2＝90°。又由于β1＝β2，α1+β1＝90°，且α2+β2＝90°，因此，在这些实现方式中，有α1＝α2＝β1＝β2＝45°。
参见图3所示，出了根据本申请一个实施例的立体显示***的示意性结构图300。
在本实施例的立体显示***中，包括了如上所述的立体显示组件。
然而，仅包含如上所述的立体显示组件的立体显示***，仅能将第一显示屏显示的第一图像和第二显示屏显示的第二图像重叠形成与第一图像、第二图像相同大小的立体图像。在实际应用时，若要生成适宜观察者直接观察的立体图像，需要第一显示屏和第二显示屏具有相当可观的尺寸。但是，当如上所述的立体显示组件的应用场景为较为狭窄的空间时，采用大尺寸的显示屏显然是不符合实际需求甚至是不可行的。
因此，为了使得立体显示***具有更广泛的应用，在一些可选的实现方式中，例如可以使立体显示***可以呈现放大的立体图像。
为了实现这一目的，在一些可选的实现方式中，如图3所示，立体显示***除如上所述的立体显示组件之外，例如，还可以包括第三平面镜310、凹面反射镜320以及透反镜330。
第三平面镜310以及凹面反射镜320设置于立体显示组件与透反镜330之间，使得第一虚像和第二虚像反射至第三平面镜310，并通过第三平面镜310以及凹面反射镜320反射至透反镜330内表面。进而，使得由透反镜330内表面反射的反射光线的反向延长线形成放大的虚像K2。
也即是说，由第一虚像和第二虚像重叠形成的虚像K1经第三平面镜310反射形成第三虚像后，再经凹面反射镜320反射并放大，最后通过透反镜330，形成放大的虚像K2。当观察者处于适当的位置，例如，图3所示的E的位置时，可以方便地观察到放大的虚像K2。
这样一来，即使是采用较小尺寸的显示屏，也可以形成适宜观察者观察的虚像(即K2)。
在一些应用场景中，例如，可以通过调整第三平面镜310、凹面反射镜320之间的相对位置关系来调节虚像K2与虚像K1的放大倍数和/或虚像K2的成像位置。
在一些应用场景中，本实施例的立体显示***例如可以应用在汽车中。在这些应用场景中，可以用汽车的挡风玻璃实现立体显示***中透反镜的功能。在这些应用场景中，可以根据挡风玻璃的位置和倾斜角度适应性地调节立体显示组件、第三平面镜、凹面反射镜之间的相对位置关系，以使虚像K2呈现的位置为适宜观察者(例如驾驶员)观察的位置。
参见图4所示，为本申请的一个实施例的立体显示方法的示意性流程图。
具体而言，在步骤410中，第一平面镜和第二平面镜分别将第一显示屏显示的第一图像和第二显示屏显示的第二图像在同一位置形成第一虚像和第二虚像，其中，第一虚像和第二虚像互为立体图像对。例如，第一显示屏上显示的第一图像可以是人眼可直接观察的立体图像中的左眼图像或左眼图像的镜像，第二显示屏上显示的第二图像可以是人眼可直接观察的立体图像中的右眼图像或右眼图像的镜像。
接着，在步骤420中，第一虚像和第二虚像经第三平面镜以及凹面反射镜反射至透反镜内表面，并通过透反镜内表面的反射呈现放大的虚像。
在本实施例的立体显示方法中，例如，第一平面镜和第二平面镜分别有一条边相重合形成一个二面角，二面角外侧对应的面为反射面，两个显示屏设置于二面角的外侧，并且分别设置于二面角的角平分面的两侧。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种立体显示组件，其特征在于，包括第一平面镜、第二平面镜、第一显示屏以及第二显示屏；
所述第一平面镜的一条边与所述第二平面镜的一条边重合，形成二面角，所述第一平面镜与所述第二平面镜相背离的面为反射面，所述第一显示屏以及第二显示屏设置于所述二面角的外侧，并且所述第一显示屏与所述第二显示屏分别设置于所述二面角的角平分面的两侧，所述第一显示屏在所述第一平面镜中所成的第一虚像与所述第二显示屏在所述第二平面镜中所成的第二虚像重叠。
2.根据权利要求1所述的立体显示组件，其特征在于，所述第一显示屏和所述第一平面镜所成夹角α1与所述第一平面镜和所述二面角的角平分面所成夹角β1互余；所述第二显示屏和所述第二平面镜所成夹角α2与所述第二平面镜和所述二面角的角平分面所成夹角β2互余。
3.根据权利要求2所述的立体显示组件，其特征在于，所述第一显示屏与所述第二显示屏的可视区域的尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的立体显示组件，其特征在于，所述第一显示屏与所述第二显示屏的形状均为轴对称，且所述第一显示屏与所述第二显示屏相对于所述二面角的角平分面对称，所述二面角的棱在所述第一显示屏和所述第二显示屏上的正投影，分别与所述第一显示屏和所述第二显示屏的对称轴重叠。
5.根据权利要求1所述的立体显示组件，其特征在于，所述第一平面镜与所述第二平面镜形成的二面角为直二面角。
6.根据权利要求1所述的立体显示组件，其特征在于，所述第一显示屏显示立体图像对中的左眼图像或者所述左眼图像的镜像图像，所述第二显示屏显示所述立体图像对中的右眼图像或者所述右眼图像的镜像图像。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的立体显示组件，其特征在于，所述立体显示为裸眼3D显示。
8.一种立体显示***，其特征在于，包括：如权利要求1-7中任一项所述的立体显示组件。
9.根据权利要求8所述的立体显示***，其特征在于，还包括：凹面反射镜，第三平面镜以及透反镜；
所述第三平面镜以及所述凹面反射镜设置于所述立体显示组件与所述透反镜之间，使得所述第一虚像和所述第二虚像反射至所述第三平面镜，并通过所述第三平面镜以及所述凹面反射镜反射至所述透反镜内表面，所述透反镜内表面的反射光线的反向延长线方向形成放大的虚像。
10.一种立体显示方法，其特征在于，包括：
第一平面镜和第二平面镜分别将第一显示屏显示的第一图像和第二显示屏显示的第二图像在同一位置形成第一虚像和第二虚像，其中，所述第一虚像和所述第二虚像互为立体图像对；
所述第一虚像和所述第二虚像经第三平面镜以及凹面反射镜反射至透反镜内表面，并通过所述透反镜内表面的反射呈现放大的虚像；
其中，所述第一平面镜和所述第二平面镜分别有一条边相重合形成一个二面角，所述二面角外侧对应的面为反射面，所述两个显示屏设置于所述二面角的外侧，并且分别设置于所述二面角的角平分面的两侧。
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