CN103852819A - 一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，设置光栅，使之在任意可视视角范围内左眼看到视点X，右眼看到下一周期的视点X+1；当人眼在所述可视视点平行线上右移u/(K+1)时，左眼看到视点为X+1，右眼看到下一个周期的等位视点X+2；当人眼在所述可视视点平行线上左移u/(K+1)时，左眼看到视点为X-1，右眼看到下一个周期的视点X。因此，本发明可通过人眼移动u/(K+1)微小距离，就可获得视点的变换，配合2D显示屏，应用于裸眼立体显示，可增强裸眼3D显示效果在空间上的连续性。

Description

一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅。

背景技术

视差法裸眼立体显示技术是通过在2D显示屏前放置一光栅，利用光栅将2D显示屏分为两图或多图，对应2D显示屏上左右图分别传到人左右眼里，并在大脑中形成立体图像。

如图1，为现有5视点狭缝光栅光路图，图中1~5分别为其5个视点，现有视点之间的距离为人眼瞳孔间距u，一般u取65mm，人眼从一个视区进入下一个视区一般移动的距离为u。

现有的裸眼立体显示技术，相邻的两个视点的距离为人眼瞳距，及在某一可视位置，左眼看到一视点，右眼也看到另一视点，而两眼之间无其它视点。需要移动一个人眼瞳距才能获得另一个可视的立体图案。以现有狭缝光栅为例，根据相似三角形比例关系，可得：

其中，

为光栅透光区域长度，

为2D像素间距，L为观看距离，D为光栅与2D屏幕距离，u为人眼瞳孔间距。

联立方程组，可得光栅透光区域g与人眼瞳孔u以及像素间距关系为：

其光栅节距p为：

其中，K为显示屏视点数。

如图2，为现有柱透镜光栅结构原理图，由光学知识可得：

柱透镜曲率半径r为

柱透镜节距p为

柱透镜厚度d为

其中，

为2D像素节距，L为观看距离，n为柱透镜折射率，Q为相邻视点间距，K为显示屏视点数，D为柱透镜光栅与2D显示屏距离。

现有技术，裸眼立体显示技术相邻的视点间距取Q，其缺点在于需要移动双眼瞳距才能进入下一个视点，立体感的连续性不强。

为了提高3D显示效果在空间上的连续性，现有技术中可采用视点数的增加来提高3D显示效果，会造成3D显示的分辨率和显示亮度下降；为了解决上述问题，可采用高分辨率的2D显示器，又会造成资源浪费，制造成本增加。

基于现有技术裸眼立体显示空间立体感的不连续性，或者利用高成本获得细腻而连续的立体效果，考虑一种低成本的光栅来实现立体效果在空间上的连续性是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，利用光栅几何特性造成的周期性以及视点错位观看，实现立体观看效果在微位移上的连续性；本发明的显著优点在于总视点数没有增加，但是增强了3D效果在空间上的连续性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，设置光栅，使之在任意可视视角范围内左眼看到视点X，右眼看到下一周期的视点X+1；当人眼在所述可视视点平行线上右移u/(K+1)时，左眼看到视点为X+1，右眼看到下一个周期的等位视点X+2；当人眼在所述可视视点平行线上左移u/(K+1)时，左眼看到视点为X-1，右眼看到下一个周期的视点X；通过移动u/(K+1)，获得视点的变换，配合2D显示屏，应用于裸眼立体显示，以增强裸眼立体显示空间的立体连续性；其中，

K为显示屏视点数；

u为人眼瞳距；

所述可视视点是以K为周期平行排布于有效观看距离L的平行线上；

所述可视视点间隔取u/(K+1)。

在本发明一实施例中，所述光栅为狭缝光栅，所述狭缝光栅包含透光区和遮光区，所述透光区和所述遮光区相错呈周期性排布，其中，

所述透光区宽度为：

所述遮光区宽度为：

其中，u为人眼瞳距，取65mm；

为2D像素点点距，K为显示屏视点数。

在本发明一实施例中，所述光栅为柱透镜光栅，包含若干周期性平行排布的柱透镜，其中，

所述柱透镜曲率半径r为：

所述柱透镜节距p为：

所述柱透镜厚度d为：

其中，

为2D像素节距，L为观看距离，n为柱透镜折射率，u为双眼瞳孔距离，取65mm，K为显示屏视点数，D为柱透镜光栅与2D显示屏距离；当柱透镜光栅按角度θ倾斜放置时，光栅设计节距

。

在本发明一实施例中，所述狭缝光栅为菲林狭缝光栅。

在本发明一实施例中，所述狭缝光栅为液晶光阀。

在本发明一实施例中，所述光栅结构，为直条纹、斜条纹或阶梯状。

在本发明一实施例中，所述柱透镜光栅为液晶柱透镜光栅。

在本发明一实施例中，所述柱透镜光栅为竖直放置或倾斜放置。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的显著优点在于总视点数没有增加，但是增强了3D效果在空间上的连续性；本发明的工艺难度不增加，在同等工艺就可以实现提高裸眼立体显示空间连续性，可以采用常规固化的菲林狭缝光栅、柱透镜光栅，也可以采用可控的液晶柱透镜光栅，液晶光阀光栅等。

附图说明

图1现有狭缝光栅结构原理图及其参数。

图2现有柱透镜光栅结构原理图及其参数。

图3是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的狭缝光栅。

图4是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的狭缝光栅参数图。

图5是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的菲林狭缝光栅。

图6是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的液晶光阀狭缝光栅。

图7是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的柱透镜光栅参数图。

图8是本发明提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的液晶柱透镜光栅。

图9是本发明提供的带有倾斜角度的一种增强裸眼立体显示空间连续性的液晶柱透镜光栅。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，设置光栅，使之在任意可视视角范围内左眼看到视点X，右眼看到下一周期的视点X+1；当人眼在所述可视视点平行线上右移u/(K+1)时，左眼看到视点为X+1，右眼看到下一个周期的等位视点X+2；当人眼在所述可视视点平行线上左移u/(K+1)时，左眼看到视点为X-1，右眼看到下一个周期的视点X；通过移动u/(K+1)，获得视点的变换，配合2D显示屏，应用于裸眼立体显示，以增强裸眼立体显示空间的立体连续性；其中，

K为显示屏视点数；

u为人眼瞳距；

所述可视视点是以K为周期平行排布于有效观看距离L的平行线上；

所述可视视点间隔取u/(K+1)。

所述光栅为狭缝光栅，所述狭缝光栅包含透光区和遮光区，所述透光区和所述遮光区相错呈周期性排布，其中，

所述透光区宽度为：

所述遮光区宽度为：

其中，u为人眼瞳距，取65mm；

为2D像素点点距，K为显示屏视点数。

所述光栅还可为柱透镜光栅，包含若干周期性平行排布的柱透镜，其中，

所述柱透镜曲率半径r为：

所述柱透镜节距p为：

所述柱透镜厚度d为：

其中，

为2D像素节距，L为观看距离，n为柱透镜折射率，u为双眼瞳孔距离，取65mm，K为显示屏视点数，D为柱透镜光栅与2D显示屏距离；当柱透镜光栅按角度θ倾斜放置时，光栅设计节距

。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，对对象进行不同比例的放大，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施例示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形、线条或椭圆表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。本实施例中视点数的数值有一定范围，在实际生产中可以根据实际需要修改视点数上限值，实施例中视点数的数值只是示意值，但这不应该被认为限制本发明的范围。

如图3所示，在本发明第一实施例中提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，设置光栅11，使之在任意可视视角范围内左眼看到视点X，右眼看到下一周期的视点X+1;当人眼在所述可视视点平行线上右移u/(K+1)时，左眼看到视点为X+1，右眼看到下一个周期的等位视点X+2；当人眼在所述可视视点13平行线上左移u/(K+1)时，左眼看到视点为X-1，右眼看到下一个周期的等位视点X；通过移动u/(K+1)，可获得视点的变换，配合2D显示屏12，应用于裸眼立体显示，可增强裸眼立体显示空间的立体连续性；其中，

K为显示屏视点数；

u为人眼瞳距；

所述可视视点13是以K为周期平行排布于有效观看距离L的平行线上；

所述可视视点13间隔取u/(K+1)。

本发明提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，该光栅11可为狭缝菲林光栅、液晶光阀、柱透镜光栅和液晶柱透镜光栅，本发明第一实施例优选菲林狭缝光栅；如图4所示，在本发明第一实施例中提供的一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，所述的光栅11采用菲林狭缝光栅包含透光区111和遮光区112，所述透光区111和所述遮光区112相错呈周期性排布，其中，

所述透光区111宽度为：

所述遮光区112宽度为：

其中，u为人眼瞳距，一般取65mm；Wp为2D像素点点距，K为显示屏视点数。

本发明提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，所述菲林狭缝光栅结构，可以为直条纹，可以为斜条纹，也可以为阶梯状；如图5所示，在本发明第一实施例中，所述菲林狭缝光栅优选直条纹。

如下对本发明提供的第一实施例一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅的原理作进一步说明；如图3，本发明的基本原理在于，首先利用菲林狭缝光栅分光及其视点在几何结构上的周期性，这种周期性是指在可视视点平行线上，这些视点按视点数进行周期性排布，然后取视点间距为

，这样当观察者左眼看到视点1，右眼看到下一周期视点2’；当人向右平移u/(K+1)，左眼看到视点2，右眼看到下一个周期的视点3’；实现较微小的移动，就可以获得视点的变换，且这周变化具有连续性，即原来右眼的图像变成了左眼的图像，原来更右边的图像变成了右眼图像。

本发明提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，该光栅11可为狭缝菲林光栅、液晶光阀、柱透镜光栅和液晶柱透镜光栅，在本发明第二实施例优选液晶光阀狭缝光栅；如图6所示，与第一实施例分光原理基本相似，本发明第二实施例采用液晶光阀，提供一种增强立体显示空间连续性的光栅；液晶光阀工作原理简述为：液晶盒上布置有周期性电极；当无施加电场时，液晶分子沿着取向层进行排布，光透过液晶盒下基板偏振片经过旋光作用，可以通过上基板的偏振片，实现透光的效果；当施加电压，控制对应区域下电场分布，液晶分子在电场下发生偏转，液晶分子层失去旋光效果，光路经过下基板偏振片不能从上基板偏振片射出，液晶盒起到遮光效果；周期性的透光和遮光效果就可以产生具有分光效果的狭缝光栅；而其在视点变换上的原理与本发明第一实施例相同，这里不再赘述。

本发明提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，该光栅可为狭缝菲林光栅、液晶光阀、柱透镜光栅和液晶柱透镜光栅，本发明第三实施例优选液晶柱透镜光栅，如图7所示；该光栅11为液晶柱透镜光栅，包含若干周期性平行排布的柱透镜113，其中，

所述柱透镜113曲率半径r为：

所述柱透镜113节距p为：

所述柱透镜113厚度d为：

其中，

为2D像素节距，L为观看距离，n为柱透镜113折射率，u为双眼瞳孔距离，一般取65mm，K为3D视点数，D为柱透镜光栅与2D显示屏距离；当液晶柱透镜光栅按角度θ倾斜放置时，光栅11实际节距。

如图8所示，本发明第三实施例中提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，所述液晶柱透镜光栅可以为竖直放置，也可以为倾斜放置；如图9所示，在本实施例中，优选倾斜放置液晶透镜光栅；当液晶透镜光栅按角度θ倾斜放置时，光栅11实际节距

。

如下对本发明提供的第三实施例一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅的原理作进一步说明；如图7所示，由于2D显示屏12像素节距小，对应柱透镜113单元节距也小，柱透镜113节距p可约表示为

，其中Q为相邻视点节距，在本发明中视点节距取u/K+1，这样就可以达到与本发明第一实施例一样，实现一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅；当观察者左眼看到视点1，右眼看到下一周期等位视点2’；当人向右平移u/(K+1)，左眼看到视点2，右眼看到下一个周期的视点3’；实现较微小的移动，就可以获得视点的变换，且这周变化具有连续性，即原来右眼的图像变成了左眼的图像，原来更右边的图像变成了右眼图像。

综上所述，本发明提供一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其基本原理是利用光栅分光视点的周期性，并将视点间距压缩到u/(K+1)，并以视点数K为周期进行排布，当左眼看到某一视点，右眼看到其下一周期的下一个图像；随着人的左移或右移，观看到连续立体图案；其优点在于，并没有增加视点数，实现立体显示在空间上连续性的增强。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：设置光栅，使之在任意可视视角范围内左眼看到视点X，右眼看到下一周期的视点X+1；当人眼在所述可视视点平行线上右移u/(K+1)时，左眼看到视点为X+1，右眼看到下一个周期的等位视点X+2；当人眼在所述可视视点平行线上左移u/(K+1)时，左眼看到视点为X-1，右眼看到下一个周期的视点X；通过移动u/(K+1)，获得视点的变换，配合2D显示屏，应用于裸眼立体显示，以增强裸眼立体显示空间的立体连续性；其中，

K为显示屏视点数；

u为人眼瞳距；

所述可视视点是以K为周期平行排布于有效观看距离L的平行线上；

所述可视视点间隔取u/(K+1)。

2.根据权利要求1所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述光栅为狭缝光栅，所述狭缝光栅包含透光区和遮光区，所述透光区和所述遮光区相错呈周期性排布，其中，

所述透光区宽度为：

所述遮光区宽度为：

其中，u为人眼瞳距，取65mm；

为2D像素点点距，K为显示屏视点数。

3.根据权利要求1所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述光栅为柱透镜光栅，包含若干周期性平行排布的柱透镜，其中，

所述柱透镜曲率半径r为：

所述柱透镜节距p为：

所述柱透镜厚度d为：

其中，为2D像素节距，L为观看距离，n为柱透镜折射率，u为双眼瞳孔距离，取65mm，K为显示屏视点数，D为柱透镜光栅与2D显示屏距离；当柱透镜光栅按角度θ倾斜放置时，光栅设计节距

。

4.根据权利要求2所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述狭缝光栅为菲林狭缝光栅。

5.根据权利要求2所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述狭缝光栅为液晶光阀。

6.根据权利要求2所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述光栅结构为直条纹、斜条纹或阶梯状。

7.根据权利要求3所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述柱透镜光栅为液晶柱透镜光栅。

8.根据权利要求3所述一种增强裸眼立体显示空间连续性的光栅，其特征在于：所述柱透镜光栅为竖直放置或倾斜放置。

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