CN105898286A - 一种三维图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三维图像显示装置，装置包括：透镜阵列和显示屏幕，其中，所述透镜阵列，包括水平排列的n个相同的透镜单元，所述透镜单元由m个透镜子单元组成，其中，n，m均为正整数，且n，m≥2；所述显示屏幕，平行于所述透镜阵列，所述透镜阵列的任意顶点与其顶点对应的所述显示屏幕顶点构成的直线垂直于所述显示屏幕的高对应的边或宽对应的边，所述透镜阵列的宽和高分别与所述显示屏幕的宽和高相等。应用本发明实施例，解决了三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡的问题。

Description

一种三维图像显示装置

技术领域

本发明涉及图像技术领域，特别涉及一种三维图像显示装置。

背景技术

通俗的讲，三维图像就是利用人两眼视觉差别和光学折射原理在一个平面内使人们可直接看到一幅三维立体图。

目前的，三维图像显示装置由液晶显示屏和柱透镜阵列组成，其中，柱透镜阵列由多个柱透镜单元组成。通过柱透镜阵列将液晶显示屏上像素发出的光导向空间中形成至少2个视点，即能生成三维图像。当用户同时观看到不同视点时，即能看到三维图像。

为了缓解用户观看疲劳的问题，提高用户的观看效果。通常情况下，需要增大柱透镜单元的横向尺寸(通常情况下，透镜的横向尺寸也被称为透镜节距)，使得柱透镜单元覆盖的像素数增加。但是，目前的三维图像显示装置只利用到了液晶显示屏上水平方向的像素，随着柱透镜单元的横向尺寸的增加，三维图像的水平方向的分辨率降低，竖直方向的分辨率不变，导致三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种三维图像显示装置，可以解决三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡的问题。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种三维图像显示装置。技术方案如下：

所述装置包括：透镜阵列和显示屏幕，其中，

所述透镜阵列，包括水平排列的n个相同的透镜单元，所述透镜单元由m个透镜子单元组成，其中，n，m均为正整数，且n，m≥2；

所述显示屏幕，平行于所述透镜阵列，所述透镜阵列的任意顶点与其顶点对应的所述显示屏幕顶点构成的直线垂直于所述显示屏幕的高对应的边或宽对应的边，所述透镜阵列的宽和高分别与所述显示屏幕的宽和高相等。

较佳的，所述显示屏幕为：

阴极射线管显示屏幕、液晶显示屏幕、等离子体显示屏幕或发光二极管显示屏幕。

较佳的，所述装置还包括：透明亚克力板，其中，

所述透明亚克力板，位于所述显示屏幕与所述透镜阵列之间，所述透明亚克力板的厚度等于所述透镜阵列的焦距。

较佳的，所述透镜子单元为：

平凸透镜。

较佳的，所述平凸透镜与所述显示屏幕相邻的面为平面，与所述显示屏幕不相邻的面为凸面。

较佳的，所述平凸透镜为：

菲涅耳透镜。

由上述技术方案可见，本发明实施例公开了一种三维图像显示装置，装置包括：透镜阵列和显示屏幕，其中，所述透镜阵列，包括水平排列的n个相同的透镜单元，所述透镜单元由m个透镜子单元组成，其中，n，m均为正整数，且n，m≥2；所述显示屏幕，平行于所述透镜阵列，所述透镜阵列的任意顶点与其顶点对应的所述显示屏幕顶点构成的直线垂直于所述显示屏幕的高对应的边或宽对应的边，所述透镜阵列的宽和高分别与所述显示屏幕的宽和高相等。

可见，本发明实施例通过利用显示屏幕竖直方向的像素，每个透镜单元覆盖下的像素在水平方向和竖直方向都被放大，因此，三维图像水平方向和竖直方向的分辨率都会降低，相较于目前的三维图像显示装置，水平方向的分辨率降低程度减少很多，解决了三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡的问题。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中三维显示装置单个透镜单元覆盖下的像素点排布及其在空间中形成的视点分布示意图；

图2为本发明实施例提供的分割透镜的示意图；

图3为本发明实施例提供的透镜单元覆盖下的像素点的分布示意图；

图4为本发明实施例提供的透镜子单元覆盖下的像素点排布及其在空间中形成的视点分布示意图；

图5为本发明实施例提供的透镜单元覆盖下的像素点排布及其在空间中形成的视点分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种三维图像显示装置。下面通过具体实施例，对本发明实施例进行详细说明。

本发明实施例提供的装置包括：透镜阵列和显示屏幕，其中，

透镜阵列，包括水平排列的n个相同的透镜单元，透镜单元由m个透镜子单元组成，其中，n，m均为正整数，且n，m≥2；

显示屏幕，平行于透镜阵列，透镜阵列的任意顶点与其顶点对应的显示屏幕顶点构成的直线垂直于显示屏幕的高对应的边或宽对应的边，透镜阵列的宽和高分别与显示屏幕的宽和高相等。

本领域技术人员可以理解的是，透镜子单元可以是单个透镜，也可以由一个透镜切割而成，由m个透镜子单元组成的透镜单元的高与显示屏幕的高相等。在实际应用中，显示屏幕的高是透镜子单元的高的整数倍，如果透镜子单元为单个透镜，需要根据显示屏幕的高度，选择合适的透镜；如果透镜子单元由一个透镜切割而成，可以由高与显示屏幕的高相等的透镜均匀切割而成，或者由与显示屏幕的高和宽分别相等的透镜，分别沿透镜节距方向和垂直于透镜节距方向切割而成，当然，也可以其他方式切割而成。在实际应用中，透镜子单元覆盖的像素点的数量是正整数，透镜阵列朝向观看者，而且是透镜阵列的凸面朝向观看者。

在实施应用中，本发明实施例提供的显示屏幕为：

阴极射线管显示屏幕、液晶显示屏幕、等离子体显示屏幕或发光二极管显示屏幕。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例所提供的显示屏幕用于显示图像和色彩，阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)显示屏幕是实现最早、应用最广泛的显示屏幕，具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点。液晶显示(Liquid CrystalDisplay)屏幕为是一种采用液晶为材料的显示屏幕。液晶是介于固态和液态间的有机化合物。将液晶加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。利用液晶的特性制成的LCD屏幕通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。等离子体显示(Plasma Display Panel，简称PDP)屏幕是继CRT显示屏幕、LCD屏幕后的最新一代显示屏幕，显示屏幕由大量的等离子管排列而成，等离子管对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，电流激发气体，封在等离子管小室中的气体会放电，利用气体放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉发光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，红、绿、蓝三色荧光体再发出可见光，从而就可以显示图像。发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示屏幕是一种通过控制半导体发光二极管的显示屏幕，用于显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息。在实际应用中，可以根据实际情况选择显示屏幕的种类。

在实际应用中，本发明实施例提供的装置还包括：透明亚克力板，其中，

透明亚克力板，位于显示屏幕与透镜阵列之间，透明亚克力板的厚度等于透镜阵列的焦距。

本领域技术人员可以理解的是，透明亚克力板式显示屏幕的图像位于透镜阵列的焦平面上，透镜阵列可使透镜阵列焦平面上任意一个像素点发出的光线经由透镜阵列时，由于空气和透镜阵列两种介质对光线的折射率不同，形成具有一定角度的平行光线，且不同像素点的光线经过透镜阵列后形成的平行光线角度也不同，透镜阵列焦平面不同位置的像素点携带的信息随光线进入人眼，每个方向的光线携带不同的信息，人的双眼之间有一定的距离(65mm左右)，人眼接收到的光线是透镜阵列覆盖的不同像素点产生的，通过观看者的大脑合成，就能将不同视点处看到的平面图像转换成一幅三维图像。

在实施应用中，本发明实施例提供的透镜子单元为：平凸透镜。

本领域技术人员可以理解的是，透镜阵列利用平凸透镜对光具有汇聚作用(光的折射作用)，对光线进行分光，即把左眼视图和右眼视图的光线进行分离，避免双眼在观看三维图像产生串扰，使双眼只能看到各自的视图。

在实施应用中，本发明实施例提供的平凸透镜与显示屏幕相邻的面为平面，与显示屏幕不相邻的面为凸面。

本领域技术人员可以理解的是，平凸透镜与显示屏幕相邻的面为平面能更好地与透明亚克力板粘合，这种粘合的结构比较稳定，不容易变形。

在实施应用中，本发明实施例提供的平凸透镜为：菲涅耳透镜。

本领域技术人员可以理解的是，菲涅尔透镜称为螺纹透镜，是由聚烯烃材料注压或玻璃制作而成的透镜，透镜表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜和柱透镜一样，满足凸透镜的成像公式，所以，菲涅尔透镜覆盖下的像素能在空间不同的位置形成视点。菲涅尔透镜相较于柱透镜，更加轻薄，成本更低，当然，在实际应用中，本发明实施例中的平凸透镜也可以是柱透镜，或者是其他可以本发明实施例所需要的功能的透镜。

下面通过光的成像原理对本发明实施例进一步说明。

本发明实施例通过三维图像显示装置单个透镜单元覆盖25个像素点为例进行说明。图1为现有的三维显示装置单个透镜单元覆盖下的像素点排布及其在空间中形成的视点分布示意图，透镜单元下的25个像素点分布在透镜光轴的两侧，根据透镜的成像特性，25个像素点发出的光会以不同角度发散到空间中，并且满足成像公式：

$\frac{1}{g}+\frac{1}{d}=\frac{1}{f}$

其中，g为透镜单元覆盖的像素点到透镜单元光心的距离，d为透镜单元覆盖的像素点对应的视点到透镜单元光心的距离，f为透镜单元的焦距。

以图1中透镜单元下的像素点"1"为例，其距离透镜光轴的距离为a，则成像后在空间中形成的视点离透镜光轴的距离b＝a*k，其中，k＝d/g，k为成像系统的放大率。

同理，透镜单元下的其他子像素在空间中形成的视点位置也能按上述方法分析，可以算出其在空间中形成的视点离光轴的距离。

本发明实施例单个透镜单元下覆盖25个像素点，透镜子单元可以由一个透镜切割而成，进一步的，可以由一个透镜均匀切割而成，如图2所示，将一个透镜均匀切割成5部分，拼接起来形成如图3所示的透镜单元。透镜子单元也可以为单个透镜，如图3所示，每个透镜单元覆盖5个像素点。

本发明实施例的透镜单元能够将覆盖的像素点发出的光发散到空间中不同方向，每个透镜子单元下的像素点离图1所示的目前的覆盖25个像素点的透镜单元光轴的距离，仍然跟图1所示像素点到光轴的距离一样，而且依然满足成像公式，仍然可以通过像素离光轴的距离计算出该像素点在空间中形成的视点的位置。本发明实施例提供的透镜子单元在空间中的视点分布如图4所示，以图4为例，透镜子单元A覆盖下的像素点"1"依然满足成像公式，像素点“1”离光轴距离为a，该像素点在空间中形成的视点离光轴的距离为b＝a*k，其中，k＝d/g，跟图1所示的透镜单元中的像素点”1”在空间中形成的视点离光轴的距离相等，同理，透镜子单元B、C、D、E覆盖下的像素点在空间形成的视点的位置也能计算出来。

在形成相同数量的视点的情况下，本发明实施例透镜单元覆盖下的像素点在空间中形成的视点的位置和目前三维图像显示装置中的透镜单元形成的视点的位置是一致的，本发明实施例所提供单个透镜单元覆盖下的像素点排布及其在空间中形成的视点分布示意图如图5所示，从图中可以看出，在形成相同数量的视点的情况下，本发明实施例提的透镜单元的节距是目前的三维图像显示装置中的透镜单元节距的五分之一。目前的三维显示装置，为了缓解用户观看疲劳的问题，提高用户的观看效果。通常情况下，需要增大柱透镜单元覆盖的像素点的数量实现超多视点显示，但这种方法导致三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡，本发明实施例通过利用显示屏幕的竖直方向的像素，在不增加透镜单元的节距的情况下，增加透镜单元覆盖的像素点的数量，实现超多视点显示，每个透镜单元覆盖下的像素在水平方向和竖直方向都被放大，因此，三维图像水平方向和竖直方向的分辨率都会降低，相较于目前的三维图像显示装置，水平方向的分辨率降低程度减少很多，解决了三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡的问题。

应用本发明实施例，通过利用显示屏幕竖直方向的像素，在不增加透镜单元的节距的情况下，增加透镜单元覆盖的像素点的数量，每个透镜单元覆盖下的像素在水平方向和竖直方向都被放大，因此，三维图像水平方向和竖直方向的分辨率都会降低，相较于目前的三维图像显示装置，水平方向的分辨率降低程度减少很多，解决了三维图像水平方向和竖直方向分辨率失衡的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种三维图像显示装置，其特征在于，所述装置包括：透镜阵列和显示屏幕，其中，

所述透镜阵列，包括水平排列的n个相同的透镜单元，所述透镜单元由m个透镜子单元组成，其中，n，m均为正整数，且n，m≥2；

所述显示屏幕，平行于所述透镜阵列，所述透镜阵列的任意顶点与其顶点对应的所述显示屏幕顶点构成的直线垂直于所述显示屏幕的高对应的边或宽对应的边，所述透镜阵列的宽和高分别与所述显示屏幕的宽和高相等。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述显示屏幕为：

阴极射线管显示屏幕、液晶显示屏幕、等离子体显示屏幕或发光二极管显示屏幕。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括：透明亚克力板，其中，

所述透明亚克力板，位于所述显示屏幕与所述透镜阵列之间，所述透明亚克力板的厚度等于所述透镜阵列的焦距。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述透镜子单元为：

平凸透镜。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述平凸透镜与所述显示屏幕相邻的面为平面，与所述显示屏幕不相邻的面为凸面。

6.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述平凸透镜为：

菲涅耳透镜。