CN102364378B - 一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，包括高亮度数字像源、组合光栅、三盒液晶光阀、透镜组、贴有偏振片的单层液晶光阀及反射镜。高亮度数字像源像源、组合光栅均位于透镜组的焦点范围以内，三盒液晶光阀所在平面与组合光栅呈一定角度；单层液晶光阀、反射镜与三盒液晶光阀成一定角度放置，反射镜位于单层液晶光阀后侧，紧贴其放置。本发明可实现左右眼图像分离，形成立体显示，进而可避免立体显示中分辨率损失的现象。
Description
技术领域
本发明涉及立体显示装置领域，具体为一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置。
背景技术
3D显示的应用越来越广泛，现有技术中，用于3D显示技术的基于视差式的裸眼立体显示装置主要有视差屏障式（前置、后置）和柱镜式显示装置两种。
视差屏障立体显示技术利用安置在背光模块及LCD面板间垂直方向的一系列遮光条纹形成视差屏障，将左眼及右眼的画面分开，这样就可得到3D影像，也有的方案将视差屏障装置在LCD前方。目前视差屏障一般用液晶实现，这样可以控制视差屏障的开关，无视差屏障时显示2D图像，有视差屏障时显示3D图像。这种技术的缺点是视差屏障阻挡光线，显示屏亮度将随之降低；另外，在观看立体画面时显示屏分辨率会下降一半（双视点），多视点显示屏的分辨率将等比例降低。
柱状透镜立体显示技术最早由三洋提出，后来飞利浦投入很大力量进行研究。该技术在液晶面板上加一层微柱状透镜膜，柱状透镜精确对齐液晶屏的一组像素点，各像素点位于柱状透镜的焦平面上，这样不同像素点就被透镜投影到不同方向，控制显示屏像素的显示就可将给左右眼的可视画面分开，分别送到左右眼中，实现3D显示。飞利浦方案中，柱状透镜也填充了液晶，可以控制透镜的折射率，折射光线时实现3D显示，不折射光线时，则为2D显示。柱状透镜技技术不会阻挡背光，显示器亮度不受影响，但由于它也是将不同像素分别投射到左右眼中，这与视差屏障技术相同，所以3D显示时分辨率仍将降低，多视点的情况下分辨率也会成倍降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，利用高亮度数字像源、组合光栅、三盒液晶光阀等实现立体信息的显示，通过时分实现左右两眼的分开显示，以解决现有技术立体显示中存在的显示分辨率损失的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括有高亮度数字像源、设置在高亮度数字像源出射光光路前方的组合光栅、设置在组合光栅出射光光路前方的透镜组，所述高亮度数字像源、组合光栅分别位于透镜组的一倍焦距以内，高亮度数字像源提供高频左右眼视差图像，高亮度数字像源的出射光经过组合光栅后形成空间梳状分布的子像源，子像源的出射光经过透镜组透射后成虚像，还包括有设置在透镜组透射光路上的三盒液晶光阀、设置在三盒液晶光阀透射光路上的贴有偏振片的单层液晶光阀，以及设置在单层液晶光阀透射光路上并紧挨单层液晶光阀的反射镜，所述三盒液晶光阀、单层液晶光阀的工作状态相同且工作状态均在反射状态和透射状态之间切换，三盒液晶光阀所在平面与组合光栅的光栅面之间呈一定角度的夹角，单层液晶光阀、反射镜所在平面与三盒液晶光阀所在平面之间呈相同角度的夹角；当三盒液晶光阀、单层液晶光阀均工作于反射状态时，所述虚像的出射光中大部分被三盒液晶光阀反射至人体一只眼睛中，其余小部分依次透射过三盒液晶光阀、单层液晶光阀后，被反射镜反射回单层液晶光阀，经过贴有偏振片的单层液晶光阀再次透射后偏振态改变90度，当三盒液晶光阀、单层液晶光阀均切换至透射状态时，虚像的出射光依次透射过三盒液晶光阀、单层液晶光阀后被反射镜反射至人体另一只眼睛中。
所述的一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述组合光栅实现空间梳状滤波，组合光栅使高亮度数字像源的出射光经过组合光栅后形成空间梳状且等间隔分布的多个子像源，相邻子像源间的间距与子像源大小相等。
所述的一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述高亮度数字像源为基于LED背光的高亮度LCOS像源。
所述的一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述单层液晶光阀指两块中间灌有液晶材料的玻璃，液晶材料两端设置有电极，具有透射和反射两种工作模式，不加电压时，单层液晶光阀工作于透射模式；加电压时，单层液晶光阀工作于反射模式，通过液晶材料的配比可对反射波长进行选择。
所述的一种基于液晶光阀幕装置的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述所述三盒液晶光阀指分别对红、绿、蓝光线进行反射的三个单层液晶光阀液叠加在一起构成的液晶光阀，实现对发射波长的选择。
本发明中，高亮度数字像源输出高频左右眼视差图像，图像光线以平行光方式时分交错输出，经过组合光栅形成梳状分布子像源（空间周期性均匀分布，且相邻子像源间距与子像源宽度相等），梳状分布子像源图像经透镜组形成虚像，虚像再经过三盒液晶光阀、贴有偏振片的单层液晶光阀、反射镜的光学配合后，可实现左右眼图像分离，形成立体显示，进而可避免立体显示中分辨率损失的现象。
附图说明
图1为本发明光路原理图。
具体实施方式
如图1所示。本发明中，高亮度数字像源1是采用基于LED背光的高亮度LCOS像源，显示的立体显示信息，是高频左右眼视差图像。组合光栅2用于变换空间光场分布。凸透镜3对变换后的空间光场成虚像。三盒液晶光阀4工作于高反射和高透射两种状态，不加电压时，光阀对光线是透明的，加电压时，光阀只对光线产生反射。带偏振片的单层液晶光阀5，在加上驱动电压后，透过它的光线偏振态改变45度，三盒液晶光阀4及单层液晶光阀5的驱动频率要求与像源同步。
像源、组合光栅均位于透镜组的焦点范围以内，三盒液晶光阀所在平面与组合光栅呈一定角度；单层液晶光阀、反射镜与三盒液晶光阀成一定角度放置，反射镜位于单层液晶光阀后侧，紧贴其放置。数字像源提供高频左右眼视差图像源，图像光线经过组合光栅后形成空间梳状分布，梳状分布的子像源经过透镜组后成虚像显示，当三盒液晶光阀及单层液晶光阀均工作于反射态时，图像大部分光线被三盒液晶光阀反射至人的左眼，透过的光线通过贴有偏振片的液晶光阀，反射回来的偏振态改变90度，无法再次透过三盒液晶光阀，两者工作于透射态时，图像光线透过两光阀，由反射镜反射至右眼。
高亮度数字像源，是采用基于LED（发光二极管）背光的高亮度LCOS（硅基液晶）像源。通过控制RGB（红、绿、蓝）三原色LED顺序发光就可以形成快速转换的RGB色场。
在整个裸眼立体显示系统设计中，组合光栅板用于实现子像源的空间间隔分布。
当高亮度数字像源显示左眼图像时，透过组合光栅，将形成左眼视区，右眼图像通过倾斜一定角度反射镜反射后，形成偏移，偏移距离约为两眼间距（65mm左右），形成右眼视区。这样两眼的观察区域正好错开，不会产生重叠，避免了串扰效应。
液晶光阀具有透射模式和反射模式两种工作模式，不加电压时，光阀对光线是透明的，加电压时，光阀只对光线产生反射。
当像源显示左眼视图时，三盒液晶光阀加电压，光阀对光线产生反射，使图像进入左眼显示，显示右眼视图时，三盒液晶光阀不加电压，光阀对光线是透明的，右眼图像的光线透过光阀，被与之成一定角度的反射镜反射进入右眼显示。
虚像是光的反射延长线汇聚而成的像，无需用显示屏承接，直接用人眼观察，具有显示成像清晰、空间立体感、纵深感强的特点，非常适合用于立体显示。本装置将像源、组合光栅放置于透镜组的焦点范围以内，以使图像成虚像显示，可实现上述优点。
该装置由于是采用了虚像成像，故观看时的立体深度感很强，避免了立体深度与重影的冲突；采用工作于透反式的液晶光阀，很好地对左右眼图像光线进行分离，减少了串扰现象；采用与三盒液晶光阀呈一定角度放置的反射镜，可使反射的右眼图像相对于左眼图像有一定的位移，结合梳状分布，可使左右眼视区相对独立，即减少了串扰现象。
Claims (4)
1.一种基于液晶光阀幕的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括有高亮度数字像源、设置在高亮度数字像源出射光光路前方的组合光栅、设置在组合光栅出射光光路前方的透镜组，所述高亮度数字像源、组合光栅分别位于透镜组的一倍焦距以内，高亮度数字像源提供高频左右眼视差图像，高亮度数字像源的出射光经过组合光栅后形成空间梳状分布的子像源，子像源的出射光经过透镜组透射后成虚像，还包括有设置在透镜组透射光路上的三盒液晶光阀、设置在三盒液晶光阀透射光路上的贴有偏振片的单层液晶光阀，以及设置在单层液晶光阀透射光路上并紧挨单层液晶光阀的反射镜，所述三盒液晶光阀、单层液晶光阀的工作状态相同且工作状态均在反射状态和透射状态之间切换，三盒液晶光阀所在平面与组合光栅的光栅面之间呈一定角度的夹角，单层液晶光阀、反射镜所在平面与三盒液晶光阀所在平面之间呈相同角度的夹角；当三盒液晶光阀、单层液晶光阀均工作于反射状态时，所述虚像的出射光中大部分被三盒液晶光阀反射至人体一只眼睛中，其余小部分依次透射过三盒液晶光阀、单层液晶光阀后，被反射镜反射回单层液晶光阀，经过贴有偏振片的单层液晶光阀再次透射后偏振态改变90度，当三盒液晶光阀、单层液晶光阀均切换至透射状态时，虚像的出射光依次透射过三盒液晶光阀、单层液晶光阀后被反射镜反射至人体另一只眼睛中；所述组合光栅实现空间梳状滤波，组合光栅使高亮度数字像源的出射光经过组合光栅后形成空间梳状且等间隔分布的多个子像源，相邻子像源间的间距与子像源大小相等。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀幕的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述高亮度数字像源为基于LED背光的高亮度LCOS像源。
3.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀幕的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述单层液晶光阀指两块中间灌有液晶材料的玻璃，液晶材料两端设置有电极，具有透射和反射两种工作模式，不加电压时，单层液晶光阀工作于透射模式；加电压时，单层液晶光阀工作于反射模式，通过液晶材料的配比可对反射波长进行选择。
4.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀幕的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述三盒液晶光阀指分别对红、绿、蓝光线进行反射的三个单层液晶光阀液叠加在一起构成的液晶光阀，实现对发射波长的选择。
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