[发明专利]基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成成像和3D立体显示技术领域，具体涉及一种通过同心透镜阵列拓宽可视角度的3D集成成像显示装置。

背景技术

3D集成成像包括场景记录和再现显示两个过程。在场景记录过程，透镜阵列会聚3D场景的不同角度光线信息，位于透镜阵列焦平面的图像记录设备会记录具有视差的单元图像阵列，每一单元透镜对应一个单元图像；在再现显示过程，单元图像阵列通过显示面板显示，由与记录过程透镜阵列参数相同的重构透镜阵列对光线进行会聚还原，根据光路可逆原理，可再现3D场景的全真立体图像。

3D集成成像与其它3D成像相比，3D集成成像具有无需辅助观看设备和相干光源，且具有视点连续、全视差、全彩色的优点，避免了视觉疲劳问题，从而成为3D显示领域的重要研究方向,在3D显示、3D电视等领域具有广阔的应用前景。

尽管3D集成成像具有以上诸多优势，但其也存在许多不足。特别地，可视角度窄的缺陷极大的制约了显示性能，是阻碍3D集成成像走向商业应用的一个主要因素。

为了克服3D集成成像可视角度窄的问题，国内外学者提出了许多解决方案。主要通过以下三类方法实现:1、通过追踪技术来拓宽可视角度，如中国专利申请公布号CN 103702099 A，名称为“一种基于头部追踪的超大视角集成成像3D显示方法”中，公开了一种拓宽集成成像可视角度的方法，该发明通过追踪装置捕获观看者所处的空间范围，根据观察者所处的视区合成相应的单元图像阵列，实现可视角度的增强，该发明存在的缺陷是需要一个复杂的控制系统,只能满足单人观看。2、通过时分复用技术，结合自适应、偏振等技术来拓宽可视角度，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)中提出了一种使用自适应液晶棱镜阵列结合投影式集成成像的装置，通过时分复用技术来实现可视角度的拓宽，但该装置需要额外的计算机控制系统，且需要快速刷新不同的单元图像阵列，因此装置结构和控制复杂。3、通过改变透镜阵列的结构或在显示面板显示侧填充特殊的传输介质来拓宽可视角度，如中国专利申请公布号CN 102868900 A，名称为“一种宽视角和无串扰的集成成像3D显示装置”中，公开了一种拓宽集成成像可视角度的装置，该装置通过在显示面板显示侧填充高折射率介质，使显示屏发出的光线的传播方向发生偏折的方法来拓宽可视角度，该发明的实施例中拓宽后的可视角度为10.9°，因此该方法存在的缺陷是只能小幅拓宽可视角度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术存在的不足，提出了一种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，用于解决现有技术存在的拓宽可视角度效果差且装置结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，包括显示面板1和透镜阵列；显示面板1用于显示单元图像阵列，透镜阵列采用由M×N个同心透镜单元排列形成的同心透镜阵列4，M≥2，N≥2，同心透镜单元由中心球体和逐层包裹该中心球体的多个球壳组成，用于拓宽可视角度；在同心透镜单元的最外层球壳内部设置有光阑单元，用于减小像差，M×N个光阑单元组成与同心透镜阵列4排列方式相同的光阑阵列5；同心透镜阵列4平行设置于显示面板1的显示侧，其间设置有光纤束阵列2，用于定向传输显示面板1发出的光线，所述同心透镜单元和组成光纤束阵列2的光纤束单元的位置相互对应，且中心对齐；所述光纤束阵列2的入射端紧贴在显示面板1上，光纤束单元的出射端形状为凹形球面，其上设置有透射式散射膜3，且该透射式散射膜3位于同心透镜单元的后焦面，用于将光纤传输的光线耦合到对应的同心透镜单元。

上述基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，所述同心透镜阵列4中相邻的同心透镜单元彼此相切，同心透镜单元的中心球体和包裹该中心球体的多个球壳，采用光学玻璃或光学塑料材料，且中心球体与多个球壳的曲率中心重合。

上述基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，所述光阑单元采用平面环形结构，环面平行于显示面板1。