[发明专利]三维立体显示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维立体显示技术，尤其是涉及一种可实现不同动态景深的立体显示器。

背景技术

图像集成立体显示原理最早由Lippmann于1908年提出。图1所示为图像集成立体显示技术的拍摄和显示原理。拍摄端包括拍摄透镜阵列2和图像传感器4，拍摄透镜阵列2将物体1的影像聚焦在图像传感器4，形成由许多独立的拍摄子图像3排列而成的二维图像。显示端由二维平面显示器5和显示透镜阵列7组成，二维平面显示器5显示由显示子图像6组成的二维图像，经过显示透镜阵列7的焦距，在空间重建三维物体的影像8。

目前各类图像集成立体显示器主要采用固定焦距的透镜阵列，通常使图像传感器4和二维平面显示器5分别位于拍摄透镜阵列2和显示透镜阵列7的焦平面上，从而在较大景深范围内都能获得较为清晰的图像。然而在实际的各类动态视频或静止图像中，人眼视觉所关注的往往是显示系统中包含的中心物体或人物，而对于距离中心物体或人物较远的背景则较少关注。因此动态提高图像中的中心物体或人物的清晰度，同时降低较远处背景的清晰度，则能提高人眼对整体图像质量的感知；另外，随场景的变化，始终使中心物体或人物处于清晰度较高的聚焦平面上，则能提高人眼对显示图像内容的感知和理解，增加临场感。

上述提高某个聚焦平面范围内图像清晰度的问题，可以通过改变透镜阵列焦距的方法来实现。具体而言，在拍摄端根据被拍摄物体的位置，实时动态调整拍摄透镜阵列2的焦距，使被摄物体聚焦于图像传感器4所在平面；在显示端，根据二维平面显示器5所显示画面，同步改变显示透镜阵列7的焦距，从而使中心物体或人物、或关注的图像区域始终处于二维平面显示器5所对应的成像平面附近，从而保持较高的清晰度。

但是，目前传统图像集成立体显示器的透镜阵列为固定焦距，通常采用玻璃或光敏树脂制成，无法实现焦距的实时动态调整。

目前在拍照手机应用方面提出了可变焦的液体单透镜系统。图2和图3所示为传统液体单透镜系统截面图。在第一透明板9和第二透明板11，以及孔10所围成的腔体内，包含有不混溶的电解液13和绝缘液12。通常，在底部的第二透明板11上导电电极，顶部的第一透明板9有疏水层，在孔10的内壁15有导电电极，上覆绝缘层和疏水层。当施加电压时，由于电润湿作用，两种液体的第一接触面14与内壁15之间的接触角将发生变化。由于电解液13和绝缘液12的折射率不同，从而通过调整电压，可以产生焦距可变化的液体单透镜系统。

本发明在上述液体单透镜系统的基础上，提出一种二维液体透镜阵列，从而实现实时动态调焦的图像集成立体显示器。

发明内容

技术问题：为了克服图像集成立体显示焦距固定、不能实时动态调焦的问题，本发明提供一种三维立体显示器，利用电润湿作用，根据显示对象的位置，实时动态改变二维液体透镜阵列的焦距，实现被显示中心物体或人物、或关注的图像区域的清晰度最大化，提高三维图像的临场感。

技术方案：本发明的技术方案是由二维平面显示器和二维液体透镜阵列组成的三维立体显示器。二维平面显示器可以是当前各类大屏幕平面显示器(例如，液晶显示器、等离子体显示、背投等)。

本发明的三维立体显示器由二维液体透镜阵列均匀阵列式排列在二维平面显示器上组成三维立体显示器，二维液体透镜阵列与二维平面显示器平行放置，二维液体透镜阵列的焦距可变。二维平面显示器可以是各类平板显示器。二维液体透镜阵列由多个液体单透镜排列而成，透镜的排列方式可以是方形矩阵、或奇偶行错开呈品字状矩阵、或呈蜂窝状矩阵。二维液体透镜阵列中的液体单透镜由第一透明板、第二透明板和网状孔合成的腔体形成，腔体内包含有两种不混溶的电解液和绝缘液，腔体内壁设有第一疏水层、第二疏水层和导电层；其中，导电层设在网状孔与第二透明板之间，第二疏水层设在网状孔与第一透明板之间。

在网状孔和导电层上加载电压可以改变二维液体透镜阵列的焦距，根据焦距的变化，二维液体透镜阵列可以分别工作在三种方式下，一是传统图像集成立体显示方式，二是焦距实时动态改变方式，三是二维图像显示方式。