[发明专利]一种基于光学扩散屏的集成成像双视3D显示装置

说明书

本发明提出一种基于光学扩散屏的集成成像双视3D显示装置，所述装置由2D显示面板、光阑阵列、透镜阵列和光学扩散屏组成，2D显示面板位于最后方，往前依次是光阑阵列、透镜阵列和光学扩散屏。2D显示面板上显示组合图像阵列，组合图像阵列由子图像阵列I和子图像阵列II相间排列而成。2D显示面板上组合图像阵列的所有像素发出的光线通过光阑阵列对光束传播路径进行控制后，经过透镜阵列进行光线调制，在前方的不同轴向位置处产生两个分开的3D图像，每个3D图像不连续分布。这些3D图像被光学扩散屏接收，在两个较大的观看视区内分别重构出包含不同3D场景立体信息的连续光场，位于两个观看视区的观看者各自看到相应的完整3D图像。

一、技术领域

本发明涉及双视显示技术，特别涉及一种基于光学扩散屏的集成成像双视3D显示技术。

二、背景技术

双视显示是近年来发展的一种具有特定用途的新型显示技术，它通过在显示装置上同时显示两幅不同的图像，使位于不同位置的观看者能够看到各自区域对应的其中一幅图像，从而实现在一个显示装置上同时满足两类观看者的不同需求。

集成成像是一种裸眼3D显示技术，具有全真色彩、准连续视点和无需佩戴辅助观看设备等优点，利用集成成像可以实现无视疲劳的裸眼双视3D显示。这种显示技术通过将记录了两个3D场景信息的微图像阵列显示在显示屏上，利用微透镜阵列在不同的观看空间中重建出不同3D场景的3D图像。传统的集成成像双视3D显示装置多利用针孔阵列、狭缝光栅或微透镜阵列对显示屏像素发出的光线进行调制，存在视点数少和观看视角窄等问题，会大大降低不同观看视区的再现3D图像质量。

三、发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于光学扩散屏的集成成像双视3D显示装置。如附图1所示，所述装置由2D显示面板、光阑阵列、透镜阵列和光学扩散屏组成，2D显示面板位于最后方，往前依次是光阑阵列、透镜阵列和光学扩散屏。2D显示面板上显示组合图像阵列，组合图像阵列由子图像阵列I和子图像阵列II相间排列而成。如附图2所示，2D显示面板上组合图像阵列的所有像素发出的光线通过光阑阵列对光束传播路径进行控制后，经过透镜阵列进行光线调制，在前方的不同轴向位置处产生两个分开的3D图像，每个3D图像不连续分布。这些3D图像被光学扩散屏接收，在两个较大的观看视区内分别重构出包含不同3D场景立体信息的连续光场，位于两个观看视区的观看者各自看到相应的完整3D图像。

所述2D显示面板，用于显示组合图像阵列；其中，如附图3所示，组合图像阵列由子图像阵列I和子图像阵列II相间排列而成，两幅子图像阵列的大小完全相同，均由M×N个子图像元组成，1个子图像元I和1个子图像元II构成了组合图像阵列中的1个图像元。子图像阵列I包含3D场景I的立体信息，子图像阵列II包含3D场景II的立体信息。

所述光阑阵列，如图4所示，由多个小孔等间距排列而成，用于对2D显示面板上像素发出光线的传播路径进行约束，消除相邻图像元之间的串扰，并扩大再现3D图像的深度范围。光阑阵列紧贴在透镜阵列的后表面上，每个小孔的直径小于透镜阵列中对应透镜元的直径。

所述透镜阵列，由多个透镜元等间距排列而成，用于对2D显示面板上组合图像阵列发出的光线进行调制，向前方的光学扩散屏投射所成的3D图像，此时光线传播路径已被光阑阵列所限制，1个图像元发出的光线仅可通过对应的1个透镜元。如图5所示，组合图像阵列中，由子图像元I和子图像元II组成的1个图像元经过对应的1个透镜元，在光学扩散屏所在的位置处对应生成像I和像II。

所述光学扩散屏，用于对经透镜阵列调制后的光线进行扩散，产生连续的3D图像I和3D图像II，如附图6所示，光学扩散屏的扩散角为θ，其与所述透镜阵列中透镜元的节距p满足：

其中，L为光学扩散屏距透镜阵列像方主平面的距离。

优选地，光阑阵列中小孔的形状与透镜元的形状保持一致。