[發(fā)明專利]基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510523569.0
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105137604B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉蕊;張建磊;杜軍輝;劉鑫;劉德連;黃曦;張建奇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成成像和3D立體顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過同心透鏡陣列拓寬可視角度的3D集成成像顯示裝置。

背景技術(shù)

3D集成成像包括場景記錄和再現(xiàn)顯示兩個過程。在場景記錄過程，透鏡陣列會聚3D場景的不同角度光線信息，位于透鏡陣列焦平面的圖像記錄設(shè)備會記錄具有視差的單元圖像陣列，每一單元透鏡對應一個單元圖像；在再現(xiàn)顯示過程，單元圖像陣列通過顯示面板顯示，由與記錄過程透鏡陣列參數(shù)相同的重構(gòu)透鏡陣列對光線進行會聚還原，根據(jù)光路可逆原理，可再現(xiàn)3D場景的全真立體圖像。

3D集成成像與其它3D成像相比，3D集成成像具有無需輔助觀看設(shè)備和相干光源，且具有視點連續(xù)、全視差、全彩色的優(yōu)點，避免了視覺疲勞問題，從而成為3D顯示領(lǐng)域的重要研究方向,在3D顯示、3D電視等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

盡管3D集成成像具有以上諸多優(yōu)勢，但其也存在許多不足。特別地，可視角度窄的缺陷極大的制約了顯示性能，是阻礙3D集成成像走向商業(yè)應用的一個主要因素。

為了克服3D集成成像可視角度窄的問題，國內(nèi)外學者提出了許多解決方案。主要通過以下三類方法實現(xiàn):1、通過追蹤技術(shù)來拓寬可視角度，如中國專利申請公布號CN 103702099 A，名稱為“一種基于頭部追蹤的超大視角集成成像3D顯示方法”中，公開了一種拓寬集成成像可視角度的方法，該發(fā)明通過追蹤裝置捕獲觀看者所處的空間范圍，根據(jù)觀察者所處的視區(qū)合成相應的單元圖像陣列，實現(xiàn)可視角度的增強，該發(fā)明存在的缺陷是需要一個復雜的控制系統(tǒng),只能滿足單人觀看。2、通過時分復用技術(shù)，結(jié)合自適應、偏振等技術(shù)來拓寬可視角度，如2014年Chih-Wei Chen,Myungjin Cho,Yi-Pai Huang等人在“Improved Viewing Zones for Projection Type Integral Imaging 3D Display Using Adaptive Liquid Crystal Prism Array”(JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY,VOL.10,NO.3，198-203)中提出了一種使用自適應液晶棱鏡陣列結(jié)合投影式集成成像的裝置，通過時分復用技術(shù)來實現(xiàn)可視角度的拓寬，但該裝置需要額外的計算機控制系統(tǒng)，且需要快速刷新不同的單元圖像陣列，因此裝置結(jié)構(gòu)和控制復雜。3、通過改變透鏡陣列的結(jié)構(gòu)或在顯示面板顯示側(cè)填充特殊的傳輸介質(zhì)來拓寬可視角度，如中國專利申請公布號CN 102868900 A，名稱為“一種寬視角和無串擾的集成成像3D顯示裝置”中，公開了一種拓寬集成成像可視角度的裝置，該裝置通過在顯示面板顯示側(cè)填充高折射率介質(zhì)，使顯示屏發(fā)出的光線的傳播方向發(fā)生偏折的方法來拓寬可視角度，該發(fā)明的實施例中拓寬后的可視角度為10.9°，因此該方法存在的缺陷是只能小幅拓寬可視角度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)存在的不足，提出了一種基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的拓寬可視角度效果差且裝置結(jié)構(gòu)復雜的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，包括顯示面板1和透鏡陣列；顯示面板1用于顯示單元圖像陣列，透鏡陣列采用由M×N個同心透鏡單元排列形成的同心透鏡陣列4，M≥2，N≥2，同心透鏡單元由中心球體和逐層包裹該中心球體的多個球殼組成，用于拓寬可視角度；在同心透鏡單元的最外層球殼內(nèi)部設(shè)置有光闌單元，用于減小像差，M×N個光闌單元組成與同心透鏡陣列4排列方式相同的光闌陣列5；同心透鏡陣列4平行設(shè)置于顯示面板1的顯示側(cè)，其間設(shè)置有光纖束陣列2，用于定向傳輸顯示面板1發(fā)出的光線，所述同心透鏡單元和組成光纖束陣列2的光纖束單元的位置相互對應，且中心對齊；所述光纖束陣列2的入射端緊貼在顯示面板1上，光纖束單元的出射端形狀為凹形球面，其上設(shè)置有透射式散射膜3，且該透射式散射膜3位于同心透鏡單元的后焦面，用于將光纖傳輸?shù)墓饩€耦合到對應的同心透鏡單元。

上述基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，所述同心透鏡陣列4中相鄰的同心透鏡單元彼此相切，同心透鏡單元的中心球體和包裹該中心球體的多個球殼，采用光學玻璃或光學塑料材料，且中心球體與多個球殼的曲率中心重合。

上述基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，所述光闌單元采用平面環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)面平行于顯示面板1。