基于同心透鏡陣列的寬視角3d集成成像顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(guò)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)】
[0002]3D集成成像包括場(chǎng)景記錄和再現(xiàn)顯示兩個(gè)過(guò)程。在場(chǎng)景記錄過(guò)程，透鏡陣列會(huì)聚3D場(chǎng)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(huì)記錄具有視差的單元圖像陣列，每一單元透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)單元圖像；在再現(xiàn)顯示過(guò)程，單元圖像陣列通過(guò)顯示面板顯示，由與記錄過(guò)程透鏡陣列參數(shù)相同的重構(gòu)透鏡陣列對(duì)光線進(jìn)行會(huì)聚還原，根據(jù)光路可逆原理，可再現(xiàn)3D場(chǎng)景的全真立體圖像。
[0003]3D集成成像與其它3D成像相比，3D集成成像具有無(wú)需輔助觀看設(shè)備和相干光源，且具有視點(diǎn)連續(xù)、全視差、全彩色的優(yōu)點(diǎn)，避免了視覺(jué)疲勞問(wèn)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(yīng)用前景。
[0004]盡管3D集成成像具有以上諸多優(yōu)勢(shì)，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(yīng)用的一個(gè)主要因素。
[0005]為了克服3D集成成像可視角度窄的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多解決方案。主要通過(guò)以下三類方法實(shí)現(xiàn):1、通過(guò)追蹤技術(shù)來(lái)拓寬可視角度，如中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)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(kāi)了一種拓寬集成成像可視角度的方法，該發(fā)明通過(guò)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(yīng)的單元圖像陣列，實(shí)現(xiàn)可視角度的增強(qiáng)，該發(fā)明存在的缺陷是需要一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，只能滿足單人觀看。2、通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，結(jié)合自適應(yīng)、偏振等技術(shù)來(lái)拓寬可視角度，如2014年Chih-Wei Chen, Myungjin Cho, Y1-PaiHuang 等人在“Improved Viewing Zones for Project1n Type Integral Imaging3D Display Using Adaptive Liquid Crystal Prism Array” (JOURNAL OF DISPLAYTECHNOLOGY, VOL.10，N0.3，198-203)中提出了一種使用自適應(yīng)液晶棱鏡陣列結(jié)合投影式集成成像的裝置，通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)可視角度的拓寬，但該裝置需要額外的計(jì)算機(jī)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(fù)雜。3、通過(guò)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(lái)拓寬可視角度，如中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN 102868900 A，名稱為“一種寬視角和無(wú)串?dāng)_的集成成像3D顯示裝置”中，公開(kāi)了一種拓寬集成成像可視角度的裝置，該裝置通過(guò)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(lái)拓寬可視角度，該發(fā)明的實(shí)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】

[0006]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(fù)雜的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]—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I和透鏡陣列；顯示面板I用于顯示單元圖像陣列，透鏡陣列采用由MXN個(gè)同心透鏡單元排列形成的同心透鏡陣列4，M彡2，N彡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(gè)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，MXN個(gè)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I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I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(duì)應(yīng)，且中心對(duì)齊；所述光纖束陣列2的入射端緊貼在顯示面板I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(duì)應(yīng)的同心透鏡單元。
[0009]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(gè)球殼，采用光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料材料，且中心球體與多個(gè)球殼的曲率中心重合。
[0010]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I。
[0011]上述基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，所述光纖束單元是由多根彼此相切的光纖并行排列形成的正方形陣列，其邊長(zhǎng)與同心透鏡單元的直徑尺寸相等，光纖直徑小于顯示面板I的像素尺寸。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明由于采用同心透鏡陣列實(shí)現(xiàn)對(duì)單元圖像陣列的重構(gòu)，組成同心透鏡陣列的同心透鏡單元由中心球體和逐層包裹該中心球體的多個(gè)球殼組成，具有短焦特性，與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在顯示面板前填充高折射率介質(zhì)拓寬可視角度的的裝置相比，有效地拓寬了重構(gòu)圖像的可視角度。
[0014]2、本發(fā)明由于采用同心透鏡陣列拓寬可視角度，與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)追蹤技術(shù)拓寬可視角度和通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)拓寬可視角度相比，無(wú)需額外設(shè)置控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0015]3、本發(fā)明由于采用同心透鏡陣列拓寬可視角度，與現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)追蹤技術(shù)拓寬可視角度只能滿足單人觀看相比，無(wú)須對(duì)觀看者進(jìn)行追蹤，可滿足多人同時(shí)進(jìn)行觀看。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光闌陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0019]有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]參照?qǐng)D1，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、光纖束陣列2、透射式散射膜3、同心透鏡陣列4和光闌陣列5 ;顯示面板I采用由背光層和液晶層組成的液晶顯示面板，用于顯示單元圖像陣列；同心透鏡陣列4由20X20個(gè)同心透鏡單元排列形成；同心透鏡單元由中心球體41和球殼42組成，中心球體41的球面與球殼42內(nèi)表面相切；在球殼42內(nèi)部設(shè)置有光闌單元，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I，光闌中心與同心透鏡單元的曲率中心重合；同心透鏡陣列4平行設(shè)置于顯示面板I的液晶層一側(cè)，光纖束陣列2設(shè)置在同心透鏡陣列4和顯示面板I之間，用于定向傳輸顯示面板I發(fā)出的光線，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(duì)應(yīng)，且中心對(duì)齊；光纖束單元的入射端緊貼在顯示面板I上，其出射端形狀為凹形球面，該球面上設(shè)置有透射式散射膜3，用于將光纖傳輸?shù)墓饩€耦合到對(duì)應(yīng)的同心透鏡單元，且該透射式散射膜3位于同心透鏡單元的后焦面。
[0021]顯示面板的像素尺寸為0.0779mm。
[0022]組成同心透鏡單元的中心球體41和球殼42的曲率中心重合，中心球體41的材料是F_SILICA型光學(xué)玻璃，其焦距為36.878，曲率半徑為0.530mm，外層球殼42的材料是S-NBH8型光學(xué)玻璃，其焦距為18.187mm，曲率半徑為0.926mm，球殼厚度為0.396mm，計(jì)算可得同心透鏡單元的焦距為2mm，進(jìn)而計(jì)算得可視視角度為49.68°，能有效拓寬重構(gòu)圖像的可視角度。
[0023]光纖束單元是由多根彼此相切的光纖并行排列形成的正方形陣列，正方形的邊長(zhǎng)為1.852mm，光纖的直徑為0.050mm。
[0024]透射式散射膜可將光纖傳輸?shù)墓饩€耦合到對(duì)應(yīng)的同心透鏡單元，因此可以避免相鄰?fù)耐哥R單元之間的串?dāng)_。
[0025]參照?qǐng)D2，光闌陣列5由20X20個(gè)光闌單元正交排列形成，相鄰光闌單元彼此相切，由于光闌單元抑制了只通過(guò)外層球殼的光線，因此可減小同心透鏡帶來(lái)的像差。
[0026]本發(fā)明利用同心透鏡陣列I的短焦特性，結(jié)合光纖束陣列2的傳輸作用以及透射式散射膜3的耦合作用，有效的拓寬了集成成像的可視角度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一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(I)和透鏡陣列；其特征在于，顯示面板(I)用于顯示單元圖像陣列；透鏡陣列采用由MXN個(gè)同心透鏡單元排列形成的同心透鏡陣列(4)，M彡2，N彡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(gè)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，MXN個(gè)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(I)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(I)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(duì)應(yīng)，且中心對(duì)齊；所述光纖束陣列(2)的入射端緊貼在顯示面板(I)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(duì)應(yīng)的同心透鏡單J L ο2.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，其特征在于，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(gè)球殼，米用光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料材料，且中心球體與多個(gè)球殼的曲率中心重合。3.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，其特征在于，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(I)。4.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同心透鏡陣列的寬視角3D集成成像顯示裝置，其特征在于，所述光纖束單元是由多根彼此相切的光纖并行排列形成的正方形陣列，其邊長(zhǎng)與同心透鏡單元的直徑尺寸相等，光纖直徑小于顯示面板(I)的像素尺寸。
【專利摘要】本發(fā)明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(fù)雜的問(wèn)題，包括顯示面板、光纖束陣列、光闌陣列、透射式散射膜和同心透鏡陣列；光纖束陣列位于平行設(shè)置的同心透鏡陣列和顯示面板之間，且光纖束單元的輸入端緊貼顯示面板,其輸出端為與同心透鏡單元后焦平面重合的凹形球面,在該凹形球面上設(shè)置有透射式散射膜；同心透鏡單元由中心球體和逐層包裹該中心球體的多個(gè)球殼組成，光闌單元設(shè)置在同心透鏡單元最外層球殼內(nèi)部；同心透鏡單元和組成光纖束陣列的光纖束單元的位置相互對(duì)應(yīng)，且中心對(duì)齊。本發(fā)明具有可視角度寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可用于3D電視等顯示領(lǐng)域。
【IPC分類】G02B27/22
【公開(kāi)號(hào)】CN105137604
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510523569
【發(fā)明人】王曉蕊, 張建磊, 杜軍輝, 劉鑫, 劉德連, 黃曦, 張建奇
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月24日