[发明专利]一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置

说明书

本发明提出一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，该装置由显示屏、透镜阵列、光束整形膜、可切换调光膜和投影机组成。该装置主要有2D、3D切换显示以及2D/3D同屏显示三种显示模式。可切换调光膜有透明态和散射态两种状态。当显示屏关闭，投影机投射2D片源，可切换调光膜处于散射态时，可实现2D图像的显示；当显示屏显示3D片源，投影机关闭，可切换调光膜处于透明态时，可实现3D显示；当显示屏和投影机均打开，可切换调光膜处于透明态时，可实现2D和3D同屏显示。

一、技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置。

二、背景技术

随着2D显示技术的成熟和3D显示技术的蓬勃发展，能够实现2D和3D兼容的多功能显示装置更受用户青睐。集成成像是一种非常有前景的裸眼3D显示技术，显示过程中利用微透镜阵列对显示屏上的微图像阵列进行光学调制，在显示屏上重建出与记录时3D场景完全相同的3D图像。重建的3D图像具有全彩色、全视差、连续观看视点、观看舒适等特点，因此基于集成成像3D显示原理的2D/3D兼容显示装置具有非常强的实用性。在传统的集成成像3D显示中，周期排布的微透镜单元和显示屏子像素单元的相互叠加导致彩色莫尔条纹的产生；在相邻微透镜单元的接缝处难以正确调制相应位置的视点信息，因此在观看时，透镜边缘的显示区域容易出现暗态条纹。彩色莫尔条纹和暗态条纹均会使重建3D图像的质量大幅度下降，除此之外传统的集成成像3D显示还存在视角分辨率和空间分辨率相互制约的难题，利用传统的集成成像显示装置直接对2D片源显示，必然会严重降低2D图像的分辨率，最终2D和3D图像的成像质量都会受到严重影响，并且难以实现兼容显示。

光束整形膜是一种可以控制并改变光束方向的光学调制元件，利用它可以消除传统集成成像3D显示中的彩色莫尔条纹和暗态条纹，大大提升集成成像3D显示的视觉质量。可切换调光膜是一种通过电压控制，使其在透明态和散射态之间切换的光学调制元件。

三、发明内容

一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置从左向右依次由显示屏、透镜阵列、光束整形膜、可切换调光膜和投影机组成，结构如附图1所示。

所述显示屏，用于显示生成的3D片源，即集成成像微图像阵列。

所述透镜阵列，由多个透镜元等间距排列而成，所有透镜元具有相同的光学参数，且每个透镜元具有独立的成像功能，对显示屏上微图像阵列发出的光线进行调制，在显示空间中重建出3D图像。其中透镜元的排列可以是紧密排列或疏松排列方式，透镜的形状可以是方形、六边形或圆形等形状。透镜阵列的焦距为f，节距为d，距离显示屏的距离为g。

所述光束整形膜，对经过透镜元的光线进行水平方向和竖直方向的扩散，且扩散的光线各向同性，可以消除由疏松排列的透镜元的间隔导致的再现图像元不连续现象，实现图像元的融合拼接；也可以消除透镜元紧密排列时屏幕上的彩色莫尔条纹和透镜元之间的暗态条纹，生成具有平滑连续视差的高质量3D图像。光束整形膜扩散角度为θ，与透镜阵列的距离为l，在集成成像实模式显示状态下满足以下条件：

所述可切换调光膜，与透明的光束整形膜紧密贴合。可切换调光膜有两种可切换状态：散射态和透明态。可切换调光膜断电时处于散射态，经可切换调光膜反射的光束为出射角度均匀的散射光，具有投影屏的功能；可切换调光膜通电时处于透明态，经过可切换调光膜出射光束的方向与入射时的传播方向相同，此时可切换调光膜相当于一层透明的介质，这种特性用来实现2D/3D兼容显示。

所述投影机用来投射2D片源。投影机与可切换调光膜的垂直距离不固定，需要使得投影的区域覆盖可切换调光膜的尺寸。