本發(fā)明涉及3D顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光開關(guān)陣列及可交互裸眼3D系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

跟傳統(tǒng)的平面顯示技術(shù)相比，3D顯示技術(shù)是一種可以把景深信息也直觀的表示出來的新一代顯示技術(shù)。由于3D顯示技術(shù)相對(duì)于平面顯示器在視覺效果上有很多明顯優(yōu)勢(shì)，3D顯示技術(shù)越來越受到人們的追捧，可以預(yù)見未來3D顯示技術(shù)會(huì)取代平面顯示技術(shù)，成為主流的顯示技術(shù)。

雖然現(xiàn)階段已經(jīng)有很多影院可以觀看3D電影，但是其實(shí)現(xiàn)3D畫面的原理本質(zhì)上還是平面顯示技術(shù)，并不是真正提供真實(shí)的立體畫面。影院里的3D顯示通常是利用雙眼視差原理依靠偏光片眼鏡使用戶的雙眼接收到不同的畫面來實(shí)現(xiàn)的偽3D圖畫。這種方式雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)一定的3D效果，但是用戶的觀影體驗(yàn)卻會(huì)大打折扣。由于這種3D實(shí)際上是向用戶提供了兩個(gè)畫面，而且這兩個(gè)畫面的空間位置就是在屏幕上的，而用戶觀察時(shí)形成的偽3D畫面卻好像是脫離屏幕的，這樣就會(huì)引入一個(gè)視覺調(diào)焦矛盾。一方面真實(shí)的畫面在屏幕上用戶需要把眼睛焦點(diǎn)調(diào)整到屏幕上，但是另一方面?zhèn)?D效果圖去好像是脫離屏幕的這樣用戶就會(huì)不自覺的重新調(diào)焦使眼睛的焦點(diǎn)聚焦到偽3D圖上，而一旦用戶進(jìn)行了重新聚焦，畫面就會(huì)變模糊，這時(shí)候又需要重新調(diào)焦。這樣一個(gè)矛盾的過程會(huì)在整個(gè)觀影過程中一直持續(xù)，所以長(zhǎng)時(shí)間觀看這種偽3D電影的話，眼睛會(huì)特別累，對(duì)眼睛傷害也非常大。正是由于這個(gè)原因，人們一直在探索能夠替代這種對(duì)人體有副作用的偽3D顯示技術(shù)的全新的可實(shí)用的3D顯示解決方案。

在眾多的3D顯示方案中，全息技術(shù)（尤其是計(jì)算全息技術(shù)）一直被認(rèn)為是最理想的3D顯示解決方案。但遺憾的是到目前為止，全息技術(shù)還很難真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，走進(jìn)普通用戶家庭。主要是因?yàn)槿⒓夹g(shù)對(duì)于設(shè)備和環(huán)境的要求非?？量獭１热缬?jì)算全息技術(shù)原理上可以顯示大尺寸的3D畫面，但是卻需要在很大的屏幕上制備亞微米量級(jí)的像素才能夠?qū)崿F(xiàn)，這不僅對(duì)加工工藝提出了很高的挑戰(zhàn)，而且還涉及到大量的數(shù)據(jù)處理，加大了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光開關(guān)陣列及可交互裸眼3D系統(tǒng)，解決3D顯示技術(shù)對(duì)設(shè)備要求高、生產(chǎn)成本高的問題，具有可以裸眼觀看3D畫面、設(shè)備要求低、生產(chǎn)成本低、無需輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種光開關(guān)陣列，在三維直角坐標(biāo)系下沿y 軸并排放置長(zhǎng)度方向沿z軸一條以上的光開關(guān)鏈；光開關(guān)鏈由具有三個(gè)端口且具有光路轉(zhuǎn)換功能的“T”形光開關(guān)依次相連構(gòu)成，其中“T”形光開關(guān)端口A 和端口B 處于同一直線上，端口C 位于端口A 和端口B 之間垂直于端口A 和端口B 所在的直線，從端口A 進(jìn)入的光在控制端的控制下能夠選擇從端口B 或者從端口C 出來，每個(gè)“T”形光開關(guān)的端口B 與其后相鄰的“T”形光開關(guān)的端口A 相連，每條光開關(guān)鏈上所有“T”形光開關(guān)的端口C 指向x軸方向，每條沿y軸放置的光開關(guān)鏈的第一個(gè)“T”形光開關(guān)的端口A為光開關(guān)陣列的主端口。

一種權(quán)利要求1所述的光開關(guān)陣列構(gòu)成的可交互裸眼3D系統(tǒng)，包括處理器、懸空掃描交互模塊、運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊、位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊、相干參考光源和承接屏幕；相干參考光源、懸空掃描交互模塊、運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊和位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊均和處理器連接，懸空掃描交互模塊和人眼相對(duì)于承接屏幕呈鏡像位置，位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊與懸空掃描交互模塊或承接屏幕連接，控制懸空掃描交互模塊和承接屏幕位置相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，懸空掃描交互模塊包括光開關(guān)陣列、光路分離單元、鏡頭、顯示光源、感光模塊；感光模塊和處理器連接，光開關(guān)陣列的主端口經(jīng)光路分離單元分別和顯示光源和感光模塊連接，光開關(guān)陣列和鏡頭可相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)景深掃描。

優(yōu)選地，鏡頭為焦距可調(diào)的透鏡，通過調(diào)整焦距可以實(shí)現(xiàn)景深掃描。

優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊包括攝像機(jī)和紅外距離探測(cè)器，攝像機(jī)利用圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別人臉定位人眼位置，紅外距離探測(cè)器探測(cè)人體和承接屏幕之間的距離。

優(yōu)選地，承接屏幕選用透明材質(zhì)制作而成。

優(yōu)選地，光路分離單元為 “T”形光開關(guān)，光路分離單元的端口B與對(duì)應(yīng)光開關(guān)鏈的端口A連接。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)高速掃描功能，通過設(shè)計(jì)可交互裸眼3D系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)裸眼觀看3D影像，不需要其他輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，降低了顯示數(shù)據(jù)的處理難度從而降低對(duì)設(shè)備的要求，降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是“T”形光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是“T”形光開關(guān)工作原理圖。

圖3是本發(fā)明的原理框圖。

圖4是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是光路調(diào)制原理圖。

圖中：1、處理器；2、位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊；3、運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊；4、感光模塊；5、顯示光源；6、光路分離單元；7、光開關(guān)陣列；8、鏡頭；9、承接屏幕；10、人眼；11、相干參考光源。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1和圖2所示，為“T”形光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖，在三維直角坐標(biāo)系下沿y 軸并排放置長(zhǎng)度方向沿z軸一條以上的光開關(guān)鏈；光開關(guān)鏈由具有三個(gè)端口且具有光路轉(zhuǎn)換功能的“T”形光開關(guān)依次相連構(gòu)成，其中“T”形光開關(guān)端口A 和端口B 處于同一直線上，端口C 位于端口A 和端口B 之間垂直于端口A 和端口B 所在的直線，從端口A 進(jìn)入的光在控制端的控制下能夠選擇從端口B 或者從端口C 出來，每個(gè)“T”形光開關(guān)的端口B 與其后相鄰的“T”形光開關(guān)的端口A 相連，每條光開關(guān)鏈上所有“T”形光開關(guān)的端口C 指向x軸方向，每條沿y軸放置的光開關(guān)鏈的第一個(gè)“T”形光開關(guān)的端口A為光開關(guān)陣列7的主端口。

如圖3和圖4所示，分別為整體系統(tǒng)的原理框圖和結(jié)構(gòu)示意圖，懸空掃描成像式可交互裸眼3D系統(tǒng)包括處理器1、懸空掃描交互模塊、運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊3、位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊2、相干參考光源11和承接屏幕9；相干參考光源11、懸空掃描交互模塊、運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊3和位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊2均和處理器1連接，懸空掃描交互模塊和人眼10相對(duì)于承接屏幕9呈鏡像位置，位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊2與懸空掃描交互模塊或承接屏幕9連接，控制懸空掃描交互模塊和承接屏幕9位置相對(duì)運(yùn)動(dòng)，懸空掃描交互模塊和承接屏幕9位置發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以是二者之一運(yùn)動(dòng)，也可以是同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

光路分離單元可以選用 “T”形光開關(guān)，光路分離單元6的端口B與對(duì)應(yīng)光開關(guān)鏈的端口A連接。

懸空掃描交互模塊包括光開關(guān)陣列7、光路分離單元6、鏡頭8、顯示光源5、感光模塊4；感光模塊4和處理器1連接，光開關(guān)陣列7的主端口經(jīng)光路分離單元6分別和顯示光源5和感光模塊4連接。

工作時(shí)，處理器1根據(jù)要投影的視頻信號(hào)信息控制顯示光源5發(fā)出特定顏色的光，顯示光源5發(fā)出的光經(jīng)過光路分離單元6進(jìn)入光開關(guān)陣列7，經(jīng)過處理后的光從光開關(guān)陣列7發(fā)出經(jīng)過鏡頭8后打到承接屏幕9上，處理器1可以控制顯示光源5對(duì)要顯示圖像的所有像點(diǎn)進(jìn)行掃描，經(jīng)過光開關(guān)陣列7在承接屏幕9上顯示完成畫面。

運(yùn)動(dòng)探測(cè)模塊3包括攝像機(jī)和紅外距離探測(cè)器，攝像機(jī)利用圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別人臉定位人眼10位置，紅外距離探測(cè)器探測(cè)人體和承接屏幕9之間的距離，在確定人眼10位置后處理器1發(fā)出指令，位置跟隨驅(qū)動(dòng)模塊2控制懸空掃描交互模塊或承接屏幕9位置移動(dòng)，使人眼10和懸空掃描交互模塊始終相對(duì)于承接屏幕9呈鏡像位置，使人眼10隨時(shí)觀看到承接屏幕9上的影像。

顯示時(shí)，光開關(guān)陣列7上某一點(diǎn)，通過鏡頭8后會(huì)在空間的一個(gè)位置處形成匯聚的光點(diǎn)，即像點(diǎn)，但是這個(gè)像點(diǎn)的可視角很小，不能夠保證始終能夠被用戶觀察到，為了使用戶始終能夠觀察到光開關(guān)陣列7上任意點(diǎn)的空間像點(diǎn)，需要對(duì)這些空間像點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制。

如圖5所示，為光路原理調(diào)制原理圖，當(dāng)顯示光源5發(fā)出的光和相干參考光源11發(fā)出的光為相干光時(shí)，相干參考光源11就可以對(duì)顯示光源5進(jìn)行調(diào)制。以光開陣列上某一點(diǎn)a的空間像點(diǎn)b不在承接屏幕9上為例，那么從光開關(guān)陣列7上這一點(diǎn)發(fā)出的光打到承接屏幕9上時(shí)會(huì)形成有一定面積的光斑，現(xiàn)在使相干參考光源11也照射到這個(gè)光斑上，那么兩者就會(huì)形成一張干涉圖(全息圖)，這張干涉圖就是空間像點(diǎn)b的全息圖。當(dāng)處理器1控制光開關(guān)陣列7上的光點(diǎn)進(jìn)行掃描時(shí)，就可以在空間形成一幅畫面。由于光開關(guān)陣列7上每一條光開關(guān)鏈都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的光源，所以這些光開關(guān)鏈可以同時(shí)掃描，從而大大降低對(duì)掃描速度的要求。本發(fā)明提供3D方案原理上跟全息技術(shù)相似，但是回避了全息涉及到大量的數(shù)據(jù)處理問題。通常用計(jì)算全息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)3D顯示時(shí)為了增大可視角都需要構(gòu)建很大的屏幕，這樣就涉及到大量的信息處理，而本發(fā)明中并不需要構(gòu)建大面積的顯示畫面，顯示畫面只要能夠覆蓋人的雙眼就可以了，從而可以大大節(jié)約顯示成本。

由于光路可逆，當(dāng)人手觸碰到空間像點(diǎn)后，一部反射光線會(huì)原路返回，在經(jīng)過跟光開關(guān)陣列7相連的光路分離單元6時(shí)，這部分光被分離出來，被感光模塊4接收到，感光模塊4將接收到的信息傳送至處理器1，處理器1對(duì)信息進(jìn)行分析處理確定并執(zhí)行接收的指令，這樣就可以知道用戶對(duì)3D畫面的操作信息，從而可以在沒有其他輔助設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)3D交互。

為了在空間不同景深位置形成像點(diǎn)，可以通過改變鏡頭8的焦距來實(shí)現(xiàn)。因此鏡頭8為焦距可調(diào)的透鏡，比如采用一個(gè)自適應(yīng)透鏡，或者使用類似于人眼10晶狀體的軟透鏡，通過改變施加在軟透鏡邊緣的張力來調(diào)節(jié)其焦距，進(jìn)而控制空間像點(diǎn)的深度，進(jìn)行景深掃描，把景深信息也表現(xiàn)出來。

除了采用改變鏡頭8焦距的方式外，還可以通過調(diào)控鏡頭8和光開關(guān)陣列7之間的相對(duì)位置的方式來實(shí)現(xiàn)景深信息的呈現(xiàn)。

承接屏幕9選用透明材質(zhì)制作而成，本系統(tǒng)為投射成像方式，懸空掃描模塊將畫面投射到屏幕上，人眼10在承接屏幕9的另一側(cè)觀看畫面。

承接屏幕9的表面具有磨砂或者霧面效果，使顯示的畫面更加清晰。

本發(fā)明除了可以實(shí)現(xiàn)可交互裸眼3D外，還具有三維掃描拍攝功能。

拍攝時(shí)，通過控制鏡頭8的焦距就可以使不同景深的物體依次在光開關(guān)整列平面上成像，通過光開關(guān)陣列7的光路傳導(dǎo)作用，這些攜帶景物信息的光被感光模塊4接收并傳送至處理器1，經(jīng)過處理器1的處理形成成品影像。當(dāng)需要使用投影功能時(shí)，只需要控制光路分離單元6，使顯示光源5與光開關(guān)陣列7連接并按照顯示信息輸出光線就可以了。由于本發(fā)明的光開關(guān)陣列7本身具有高速掃描能力，加上全固態(tài)運(yùn)行的焦距可調(diào)的自適應(yīng)透鏡也具備高速掃描能力，所以能夠快速的對(duì)復(fù)雜的3D景物進(jìn)行拍攝。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)高速掃描功能，通過設(shè)計(jì)可交互裸眼3D系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)裸眼觀看3D影像，不需要其他輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，降低了顯示數(shù)據(jù)的處理難度從而降低對(duì)設(shè)備的要求，降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。