CN103869486B - 集成成像三维立体显示装置及显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成成像三维立体显示装置及显示系统，该集成成像三维立体显示装置包括二维液晶显示屏以及显示针孔阵列，二维液晶显示屏包括用于显示不同角度的三维场景的信息的多个显示元素图像，显示针孔阵列用于将相应的显示元素图像显示的三维场景的信息合成为三维场景的三维图像；显示针孔阵列中的针孔与显示元素图像一一对应，针孔的截面的入光侧的长度小于针孔的截面的出光侧的长度。本发明还提供一种集成成像三维立体显示系统。本发明的集成成像三维立体显示装置及显示系统通过设置不等长的针孔的截面的入光侧和针孔的截面的出光侧扩大了显示装置的视角，提高了显示装置的亮度。

Description

集成成像三维立体显示装置及显示系统

技术领域

本发明涉及液晶技术领域，特别是涉及一种集成成像三维立体显示装置及显示系统。

背景技术

集成成像技术是由M.G.Lippmann在1908年提出的全景三维成像技术，其基本原理是利用针孔阵列或微透镜阵列将空间场景记录到针孔阵列或微透镜阵列后面的胶片上，每个针孔或微透镜对应其背后胶片上的一个图像元，每个图像元记录了空间场景中的一部分信息，所有图像元集成起来组成的图像元阵列就记录了整个空间场景的三维信息。根据光路可逆原理，若在图像元阵列前面放置与记录时同样的针孔阵列或微透镜阵列，就可以在针孔阵列或微透镜阵列前重构起原始的三维空间场景。

请参照图1和图2，图1为现有的集成成像三维立体显示系统的结构示意图，图2为现有的集成成像三维立体显示装置的一个显示单元的结构示意图。该集成成像三维立体显示系统10包括集成成像三维立体采集装置11和集成成像三维立体显示装置12，该集成成像三维立体采集装置11包括图像采集传感器111以及采集针孔阵列112，图像采集传感器111包括用于采集不同角度的三维场景的信息的多个采集单元113，采集针孔阵列112用于将三维场景的三维图像转化为不同角度的三维场景的信息。集成成像三维立体显示装置12包括二维液晶显示屏121和显示针孔阵列122，二维液晶显示屏121包括用于显示不同角度的三维场景的信息的多个显示元素图像123，显示针孔阵列122用于将相应的显示元素图像123显示的三维场景的信息合成为三维场景的三维图像。

图像采集传感器111的采集单元113和采集针孔阵列112的针孔114一一对应，图像采集传感器111的采集单元113和二维液晶显示屏121的显示元素图像123一一对应，二维液晶显示屏121的显示元素图像123与显示针孔阵列122的针孔124一一对应。图2中的一个显示单元包括显示针孔阵列122的一针孔124以及相应的显示元素图像123。集成成像三维立体显示装置12的观看视角如图2中的θ_a中所示。

基于针孔阵列的集成成像三维立体显示装置相比基于微透镜阵列的集成成像三维立体显示装置具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。但是基于针孔阵列的集成成像三维立体显示装置的亮度明显小于基于微透镜阵列的集成成像三维立体显示装置，若单纯的增大针孔阵列的孔径宽度来增大立体图像的亮度，观看视角则会随之减小，从而限制了基于针孔阵列的集成成像三维立体显示装置的实际应用。

故，有必要提供一种集成成像三维立体显示装置及显示系统，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高亮度以及宽视角的基于针孔阵列的集成成像三维立体显示装置及集成成像三维立体显示系统，以解决现有的集成成像三维立体显示装置及集成成像三维立体显示系统的亮度较低或视角较窄的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

提供一种集成成像三维立体显示装置，其包括：

二维液晶显示屏，包括：

多个显示元素图像，用于显示不同角度的三维场景的信息；以及

显示针孔阵列，用于将相应的显示元素图像显示的所述三维场景的信息合成为所述三维场景的三维图像；

其中所述显示针孔阵列中的针孔与所述显示元素图像一一对应，所述针孔的截面的入光侧的长度小于所述针孔的截面的出光侧的长度；所述针孔的截面的入光侧靠近所述二维液晶显示屏，所述针孔的截面的出光侧远离所述二维液晶显示屏。

在本发明所述的集成成像三维立体显示装置中，所述针孔的截面为梯形或类梯形。

在本发明所述的集成成像三维立体显示装置中，如所述针孔的截面为梯形，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g};$

其中a为所述梯形的入光侧的长度，d为所述梯形的高度，p为所述显示元素图像的截面长度，g为所述梯形的入光侧与所述显示元素图像的截面的距离。

在本发明所述的集成成像三维立体显示装置中，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}=\frac{p+a}{2g}.$

在本发明所述的集成成像三维立体显示装置中，所述集成成像三维立体显示装置还包括：

挡光板，设置在所述显示元素图像的边缘，用于防止相邻的所述显示元素图像的三维场景的信息发生串扰。

还提供一种集成成像三维立体显示系统，其包括：

集成成像三维立体采集装置，包括：

图像采集传感器，包括：

多个采集单元，用于采集不同角度的三维场景的信息；以及

采集针孔阵列，用于将所述三维场景的三维图像转化为所述不同角度的三维场景的信息；以及

集成成像三维立体显示装置，包括：

二维液晶显示屏，包括：

多个显示元素图像，用于显示不同角度的三维场景的信息；以及

显示针孔阵列，用于将相应的显示元素图像显示的所述三维场景的信息合成为所述三维场景的三维图像；

其中所述显示针孔阵列中的针孔与所述显示元素图像一一对应，所述显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧的长度小于所述显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧的长度；所述显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧靠近所述二维液晶显示屏，所述显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧远离所述二维液晶显示屏。

在本发明所述的集成成像三维立体显示系统中，所述显示针孔阵列中的针孔的截面为梯形或类梯形。

在本发明所述的集成成像三维立体显示系统中，所述采集针孔阵列中的针孔的截面为长方形或正方形。

在本发明所述的集成成像三维立体显示系统中，如所述显示针孔阵列中的针孔的截面为梯形，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g};$

其中a为所述梯形的入光侧的长度，d为所述梯形的高度，p为所述显示元素图像的截面长度，g为所述梯形的入光侧与所述显示元素图像的截面的距离。

在本发明所述的集成成像三维立体显示系统中，所述集成成像三维立体显示装置还包括：

挡光板，设置在所述显示元素图像的边缘，用于防止相邻的所述显示元素图像的三维场景的信息发生串扰。

相较于现有的集成成像三维立体显示装置及显示系统，本发明的集成成像三维立体显示装置及显示系统通过设置不等长的显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧和显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧扩大了显示装置的视角，提高了显示装置的亮度；解决了现有的集成成像三维立体显示装置及集成成像三维立体显示系统的亮度较低或视角较窄的技术问题。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为现有的集成成像三维立体显示系统的结构示意图；

图2为现有的集成成像三维立体显示装置的一个显示单元的结构示意图；

图3为本发明的集成成像三维立体显示系统的第一优选实施例的结构示意图；

图4为本发明的集成成像三维立体显示装置的第一优选实施例的一个显示单元的结构示意图；

图5A至图5C为本发明的集成成像三维立体显示装置的显示针孔阵列中的针孔的截面示意图；

图6为本发明的集成成像三维立体显示系统的第二优选实施例的结构示意图；

图7为本发明的集成成像三维立体显示装置的第二优选实施例的一个显示单元的结构示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

请参照图3和图4，图3为本发明的集成成像三维立体显示系统的第一优选实施例的结构示意图；图4为本发明的集成成像三维立体显示装置的第一优选实施例的一个显示单元的结构示意图。本优选实施例的集成成像三维立体显示系统20包括集成成像三维立体采集装置21和集成成像三维立体显示装置22。该集成成像三维立体采集装置21包括图像采集传感器211以及采集针孔阵列212，图像采集传感器211包括用于采集不同角度的三维场景的信息的多个采集单元213，采集针孔阵列212用于将三维场景的三维图像转化为不同角度的三维场景的信息。集成成像三维立体显示装置22包括二维液晶显示屏221和显示针孔阵列222，二维液晶显示屏221包括用于显示不同角度的三维场景的信息的多个显示元素图像223，显示针孔阵列222用于将相应的显示元素图像223显示的三维场景的信息合成为三维场景的三维图像。

图像采集传感器211的采集单元213和采集针孔阵列212的针孔214一一对应，图像采集传感器212的采集单元213和二维液晶显示屏221的显示元素图像223一一对应，二维液晶显示屏221的显示元素图像223与显示针孔阵列222的针孔224一一对应。

在本优选实施例中，显示针孔阵列222中的针孔224的截面的入光侧的长度小于显示针孔阵列222中的针孔224的截面的出光侧的长度，显示针孔阵列222中的针孔224的截面的入光侧靠近二维液晶显示屏221，显示针孔阵列222中的针孔224的截面的出光侧远离二维液晶显示屏221。如图4所示，显示针孔阵列222中的针孔224的截面可为梯形或类梯形（包括但不限于图5A至图5C所示的截面形状）。

如显示针孔阵列222中的针孔224的截面为梯形，则该梯形截面满足以下条件：

$\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g};$

其中b为梯形截面的出光侧的长度，a为梯形截面的入光侧的长度，d为梯形截面的高度，p为相应的显示元素图像223的截面长度，g为梯形截面的入光侧与显示元素图像223的截面的距离。

优选的，当时，集成成像三维立体显示装置22的观看视角为： ${\mathrm{\θ}}_m=2\mathrm{acr}\tan \frac{(p+a)}{2g};$

当时，集成成像三维立体显示装置22的观看视角为：

${\mathrm{\θ}}_m=2\mathrm{acr}\tan \left(\frac{b-a}{2d}\right);$

而现有技术中的集成成像三维立体显示装置的观看视角为：

${\mathrm{\θ}}_a=2\mathrm{acr}\tan \left(\frac{p-a}{2g}\right)=2\mathrm{acr}\tan \left(\frac{a}{d}\right);$

因此本优选实施例的集成成像三维立体显示装置22的观看视角θ_m大于现有技术中的集成成像三维立体显示装置的观看视角为了保证可以达到最大的观看视角θ_m，可令略大于即 $\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g}.$ 这时观看视角 ${\mathrm{\θ}}_m=2\mathrm{acr}\tan \left(\frac{p+a}{2g}\right).$

本优选实施例的集成成像三维立体显示系统20使用时，为了保证集成成像三维立体显示装置22的显示视角，集成成像三维立体采集装置21进行图像采集时，应使用现有技术的采集针孔阵列212采集不同角度的三维场景的信息，即集成成像三维立体采集装置21的采集针孔阵列212中的针孔214的截面应为长方形或正方形，以避免采集到较大视角的三维场景信息，抵消了集成成像三维立体显示装置22的扩大观看视角的效果。

本优选实施例的集成成像三维立体显示系统通过在集成成像三维立体显示装置中设置不等长的针孔的截面的入光侧和针孔的截面的出光侧，即针孔的截面的入光侧的长度小于针孔的截面的出光侧的长度，扩大了集成成像三维立体显示装置的视角，提高了集成成像三维立体显示装置的亮度。

请参照图6和图7，图6为本发明的集成成像三维立体显示系统的第二优选实施例的结构示意图；图7为本发明的集成成像三维立体显示装置的第二优选实施例的一个显示单元的结构示意图。本优选实施例的集成成像三维立体显示系统30包括集成成像三维立体采集装置31和集成成像三维立体显示装置32。该集成成像三维立体采集装置31包括图像采集传感器311以及采集针孔阵列312，图像采集传感器311包括用于采集不同角度的三维场景的信息的多个采集单元313，采集针孔阵列312用于将三维场景的三维图像转化为不同角度的三维场景的信息。集成成像三维立体显示装置32包括二维液晶显示屏321和显示针孔阵列322，二维液晶显示屏321包括用于显示不同角度的三维场景的信息的多个显示元素图像323，显示针孔阵列322用于将相应的显示元素图像显示323的三维场景的信息合成为三维场景的三维图像。

图像采集传感器311的采集单元313和采集针孔阵列312的针孔314一一对应，图像采集传感器312的采集单元313和二维液晶显示屏321的显示元素图像323一一对应，二维液晶显示屏321的显示元素图像323与显示针孔阵列322的针孔324一一对应。

本优选实施例的集成成像三维立体显示系统30与第一优选实施例的区别在于，该集成成像三维立体显示装置32还包括挡光板325，该挡光板325设置在显示元素图像323的边缘，用于防止相邻的显示元素图像323的三维场景的信息发生串扰。

请参照图7，当把显示针孔阵列322中的针孔324的截面设置为梯形或类梯形时，用户A能通过该针孔324观看到相邻的显示元素图像323，即用户可通过一显示针孔阵列322的针孔324观看到至少两个显示元素图像323，这样相邻的显示元素图像323的三维场景的信息发生了串扰，影响了集成成像三维立体显示装置32的显示品质。

在本优选实施例中，在每个显示元素图像323的边缘设置有挡光板325，这样用户通过一显示针孔阵列322的针孔324只能观看到一个显示元素图像323上的三维场景的信息，避免了相邻的显示元素图像323的三维场景的信息发生串扰，提升了集成成像三维立体显示装置32的显示品质。

本优选实施例的集成成像三维立体显示系统在第一优选实施例的基础上，通过设置显示元素图像的边缘的挡光板避免了相邻的显示元素图像之间的串扰发生，提升了集成成像三维立体显示装置的显示品质。

本发明的集成成像三维立体显示装置及集成成像三维立体显示系统过设置不等长的显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧和显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧扩大了显示装置的视角，提高了显示装置的亮度；解决了现有的集成成像三维立体显示装置及集成成像三维立体显示系统的亮度较低或视角较窄的技术问题。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种集成成像三维立体显示装置，其特征在于，包括：

二维液晶显示屏，包括：

多个显示元素图像，用于显示不同角度的三维场景的信息；

显示针孔阵列，用于将相应的显示元素图像显示的所述三维场景的信息合成为所述三维场景的三维图像；以及

至少一挡光板，设置在所述显示元素图像的边缘，用于防止相邻的所述显示元素图像的三维场景的信息发生串扰；

其中所述显示针孔阵列中的针孔与所述显示元素图像一一对应，所述针孔的截面的入光侧的长度小于所述针孔的截面的出光侧的长度；所述针孔的截面的入光侧靠近所述二维液晶显示屏，所述针孔的截面的出光侧远离所述二维液晶显示屏；

所述针孔的截面为梯形或类梯形，其中所述类梯形具有下底边、上底边、以及斜边，所述类梯形的下底边边长为所述类梯形的入光侧的长度，所述类梯形的上底边边长为所述类梯形的出光侧的长度，所述类梯形的斜边为非直线型；

如所述针孔的截面为梯形，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g};$

其中a为所述梯形的入光侧的长度，d为所述梯形的高度，p为所述显示元素图像的截面长度，g为所述梯形的入光侧与所述显示元素图像的截面的距离。

2.根据权利要求1所述的集成成像三维立体显示装置，其特征在于，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}=\frac{p+a}{2g}.$

3.根据权利要求1所述的集成成像三维立体显示装置，其特征在于，所述类梯形非直线型的斜边结构，为选自阶梯型，向所述类梯内侧弯曲的弧型，以及向所述类梯外侧弯取的弧型中的其中一种。

4.一种集成成像三维立体显示系统，其特征在于，包括：

集成成像三维立体采集装置，包括：

图像采集传感器，包括：

多个采集单元，用于采集不同角度的三维场景的信息；以及

采集针孔阵列，用于将所述三维场景的三维图像转化为所述不同角度的三维场景的信息；以及

集成成像三维立体显示装置，包括：

二维液晶显示屏，包括：

多个显示元素图像，用于显示不同角度的三维场景的信息；以及

显示针孔阵列，用于将相应的显示元素图像显示的所述三维场景的信息合成为所述三维场景的三维图像；

其中所述显示针孔阵列中的针孔与所述显示元素图像一一对应，所述显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧的长度小于所述显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧的长度；所述显示针孔阵列中的针孔的截面的入光侧靠近所述二维液晶显示屏，所述显示针孔阵列中的针孔的截面的出光侧远离所述二维液晶显示屏。

5.根据权利要求4所述的集成成像三维立体显示系统，其特征在于，所述显示针孔阵列中的针孔的截面为梯形或类梯形。

6.根据权利要求4所述的集成成像三维立体显示系统，其特征在于，所述采集针孔阵列中的针孔的截面为长方形或正方形。

7.根据权利要求5所述的集成成像三维立体显示系统，其特征在于，如所述显示针孔阵列中的针孔的截面为梯形，所述梯形的出光侧的长度b满足：

$\frac{b-a}{2d}\≥\frac{p+a}{2g};$

其中a为所述梯形的入光侧的长度，d为所述梯形的高度，p为所述显示元素图像的截面长度，g为所述梯形的入光侧与所述显示元素图像的截面的距离。

8.根据权利要求4所述的集成成像三维立体显示系统，其特征在于，所述集成成像三维立体显示装置还包括：

挡光板，设置在所述显示元素图像的边缘，用于防止相邻的所述显示元素图像的三维场景的信息发生串扰。