[發明專利]一種基于集成成像的2D/3D兼容顯示裝置

在審

• 申請號: 201910366130.X
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110174773A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 王瓊華;任慧;張漢樂;羅令;邢妍;王勇
• 申請（專利權）人: 成都華屏科技有限公司;四川大學
• 主分類號: G02B27/22
• 分類號: G02B27/22;G02B27/09;G03B21/56;G02F1/133;G02F1/1334
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本發明提出一種基于集成成像的2D/3D兼容顯示裝置，該裝置由顯示屏、透鏡陣列、光束整形膜、可切換調光膜和投影機組成。該裝置主要有2D、3D切換顯示以及2D/3D同屏顯示三種顯示模式。可切換調光膜有透明態和散射態兩種狀態。當顯示屏關閉，投影機投射2D片源，可切換調光膜處于散射態時，可實現2D圖像的顯示；當顯示屏顯示3D片源，投影機關閉，可切換調光膜處于透明態時，可實現3D顯示；當顯示屏和投影機均打開，可切換調光膜處于透明態時，可實現2D和3D同屏顯示。

一、技術領域

本發明涉及3D顯示技術領域，特別涉及一種基于集成成像的2D/3D兼容顯示裝置。

二、背景技術

隨著2D顯示技術的成熟和3D顯示技術的蓬勃發展，能夠實現2D和3D兼容的多功能顯示裝置更受用戶青睞。集成成像是一種非常有前景的裸眼3D顯示技術，顯示過程中利用微透鏡陣列對顯示屏上的微圖像陣列進行光學調制，在顯示屏上重建出與記錄時3D場景完全相同的3D圖像。重建的3D圖像具有全彩色、全視差、連續觀看視點、觀看舒適等特點，因此基于集成成像3D顯示原理的2D/3D兼容顯示裝置具有非常強的實用性。在傳統的集成成像3D顯示中，周期排布的微透鏡單元和顯示屏子像素單元的相互疊加導致彩色莫爾條紋的產生；在相鄰微透鏡單元的接縫處難以正確調制相應位置的視點信息，因此在觀看時，透鏡邊緣的顯示區域容易出現暗態條紋。彩色莫爾條紋和暗態條紋均會使重建3D圖像的質量大幅度下降，除此之外傳統的集成成像3D顯示還存在視角分辨率和空間分辨率相互制約的難題，利用傳統的集成成像顯示裝置直接對2D片源顯示，必然會嚴重降低2D圖像的分辨率，最終2D和3D圖像的成像質量都會受到嚴重影響，并且難以實現兼容顯示。

光束整形膜是一種可以控制并改變光束方向的光學調制元件，利用它可以消除傳統集成成像3D顯示中的彩色莫爾條紋和暗態條紋，大大提升集成成像3D顯示的視覺質量。可切換調光膜是一種通過電壓控制，使其在透明態和散射態之間切換的光學調制元件。

三、發明內容

一種基于集成成像的2D/3D兼容顯示裝置從左向右依次由顯示屏、透鏡陣列、光束整形膜、可切換調光膜和投影機組成，結構如附圖1所示。

所述顯示屏，用于顯示生成的3D片源，即集成成像微圖像陣列。

所述透鏡陣列，由多個透鏡元等間距排列而成，所有透鏡元具有相同的光學參數，且每個透鏡元具有獨立的成像功能，對顯示屏上微圖像陣列發出的光線進行調制，在顯示空間中重建出3D圖像。其中透鏡元的排列可以是緊密排列或疏松排列方式，透鏡的形狀可以是方形、六邊形或圓形等形狀。透鏡陣列的焦距為f，節距為d，距離顯示屏的距離為g。

所述光束整形膜，對經過透鏡元的光線進行水平方向和豎直方向的擴散，且擴散的光線各向同性，可以消除由疏松排列的透鏡元的間隔導致的再現圖像元不連續現象，實現圖像元的融合拼接；也可以消除透鏡元緊密排列時屏幕上的彩色莫爾條紋和透鏡元之間的暗態條紋，生成具有平滑連續視差的高質量3D圖像。光束整形膜擴散角度為θ，與透鏡陣列的距離為l，在集成成像實模式顯示狀態下滿足以下條件：

所述可切換調光膜，與透明的光束整形膜緊密貼合。可切換調光膜有兩種可切換狀態：散射態和透明態。可切換調光膜斷電時處于散射態，經可切換調光膜反射的光束為出射角度均勻的散射光，具有投影屏的功能；可切換調光膜通電時處于透明態，經過可切換調光膜出射光束的方向與入射時的傳播方向相同，此時可切換調光膜相當于一層透明的介質，這種特性用來實現2D/3D兼容顯示。

所述投影機用來投射2D片源。投影機與可切換調光膜的垂直距離不固定，需要使得投影的區域覆蓋可切換調光膜的尺寸。