CN107861256A - 一种自由立体显示系统 - Google Patents

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于迅博
刘博阳
高鑫
刘立
杨乐
杨神武
颜玢玢
苑金辉
王葵如
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Abstract

本发明提供了一种自由立体显示系统，包括背光源、控光结构和全息功能屏；所述背光源用于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；所述控光结构用于控制所述出射光线在水平方向上的射向；所述全息功能屏用于在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。本发明通过设置出射光线之间夹角较小的背光源，避免了漫射光产生的跳变视区；并利用扩散结构对出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果，实现了大视角、具有真实空间感的三维立体显示效果。

Description

一种自由立体显示系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种自由立体显示系统。
背景技术
随着当今科学技术的飞速发展，传统的二维平面显示技术已经远远无法满足目前各个行业领域对于深度数据与空间信息感知的需求。越来越多的应用领域，如医学成像、科学研究、外太空探索、重要远程会议和军事等，要求能够实现3D场景的真实重建，从而使得观看者可以更加精确的捕获相关信息，准确地进行现场判断。
图1为现有技术提供的理想柱透镜光栅显示原理示意图，如图1所示，现有技术中的自由立体显示装置通常由柱透镜光栅与2D液晶显示屏组成；柱透镜光栅的作用是将不同像素的位置信息转化为不同视点光强的方向信息；对于理想透镜，每个子像素发出的散射光线经过柱透镜后都被约束成过透镜光心的平行光。
其中，柱面透镜光栅具有空间分光的功能，它是传统裸眼立体显示器的重要组成部分；柱透镜光栅的加工工艺非常成熟，通过紫外线固化技术可以实现精度10微米的高精度光学柱透镜光栅加工。设计柱透镜光栅的主要参数包括材料折射率n、光栅厚度d、柱面透镜截距p、透镜焦距f和曲率半径r。调整光栅厚度d、透镜截距p和曲率半径r的取值可以改变立体显示器的观看距离与视点间距等参数，达到满足3D显示需求的目的。图2为现有技术提供的理想柱面透镜控光原理示意图，如图2所示，H1与H2分别是柱透镜的第一主平面与第二主平面，F是柱透镜光栅的焦平面，根据几何光学可知焦距f的表达式：
其中，液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则；如果给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如果给它配合偏振光片，就可以控制透光强度。液晶显示器就是利用该原理实现不同图像的显示。目前分辨率为3840×2160的液晶显示面板已经广泛商用，可以预见8k显示器在不久的未来将会普及。液晶显示设备的快速发展对三维显示质量的提高有着重要的推动作用。
然而，现有技术至少存在以下技术缺陷：图3为现有技术提供的漫散射光源的示意图，如图3所示，当像素发出的漫射光经过其它透镜时会产生跳变视区，不同视区间会出现视差翻转的现象，严重影响观看效果。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种自由立体显示系统。
本发明提供一种自由立体显示系统，包括背光源、控光结构和全息功能屏；所述背光源用于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；所述控光结构用于控制所述出射光线在水平方向上的射向；所述全息功能屏用于在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。
所述系统还包括显示设备；所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备在所述出射光线的光路上按照任意顺序依次排列。
其中，所述出射光线为平行光、发散光或汇聚光；所述预设度数为10°。
其中，所述出射光线经所述全息功能屏扩散后，在竖直方向上的扩散角度为10°至180°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。
其中，所述背光源、所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备中的任意相邻两个之间的距离为0至5000mm之间。
其中，所述控光结构为包括柱面透镜阵列或微棱镜结构的折射型控光结构，或衍射型控光结构；所述全息功能屏为利用散斑全息制作的对入射光线具有角度扩展作用的光学薄膜。
其中，所述显示设备为液晶显示面板或透光显示灯片。
本发明提供的自由立体显示系统，通过设置出射光线之间夹角较小的背光源，避免了漫射光产生的跳变视区；并利用扩散结构对出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果，实现了大视角、具有真实空间感的三维立体显示效果。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为现有技术提供的理想柱透镜光栅显示原理示意图；
图2为现有技术提供的理想柱面透镜控光原理示意图；
图3为现有技术提供的漫散射光源的示意图；
图4为本发明实施例提供的自由立体显示系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的出射光线的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，以下技术名词定义如下：自由立体显示为不用佩戴任何辅助设备，可以直接为观看者提供立体视觉的显示方式；柱透镜光栅为以精确的周期排列的柱透镜阵列，通常用于实现裸眼3D功能；背光源为用于点亮显示设备加载的显示内容；视点为3D显示中不同位置显示的视差图像。
本发明实施例提供一种自由立体显示系统，包括背光源、控光结构和全息功能屏；所述背光源用于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；所述控光结构用于控制所述出射光线在水平方向上的射向；所述全息功能屏用于在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。
其中，背光源用于发出光线，发出的光线为出射光线；为了解决现有技术中传统背光源为漫散射光源而导致的漫散射光线进入其他透镜时会产生跳变视区的缺陷；本发明实施例采用的背光源发出的出射光线之间具有较小的夹角，出射光线通过控光结构时，并不会进入相邻的其他控光结构，从而避免了产生跳变视区。
另外，由于背光源发出的光线之间的夹角很小，而控光结构只在水平方向上对出射光线进行了偏转，而在竖直方向上，只有正对背光源才能看到出射光线；因此，本发明实施例还提供了全息功能屏，将出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果。
本发明实施例提供的自由立体显示系统，通过设置出射光线之间夹角较小的背光源，避免了漫射光产生的跳变视区；并利用扩散结构对出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果，实现了大视角、具有真实空间感的三维立体显示效果。
图4为本发明实施例提供的自由立体显示系统的结构示意图，如图4所示，所述系统还包括显示设备；所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备在所述出射光线的光路上按照任意顺序依次排列。
具体地，图4中M1为背光源，M2为显示设备，M3为控光结构，M4为全息功能屏。图4示出了在出射光线的光路上依次设置M1、M2、M3和M4的一种实施方式，但显示设备M2、控光结构M3和全息功能屏M4的顺序可以自由调整。
图5为本发明实施例提供的出射光线的示意图，如图5所示，在上述任一实施例的基础上，所述出射光线为平行光、发散光或汇聚光；所述预设度数为10°。
在图5中，(a)为平行光，出射光线A和B之间的夹角为0°；(b)为发散光，(c)为汇聚光，(b)和(c)中的出射光线A与B之间的夹角需要小于10°，从而保证没有跳变视区。
在上述任一实施例的基础上，所述出射光线经所述全息功能屏扩散后，在竖直方向上的扩散角度为10°至180°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。
具体地，由于控光结构仅在水平方向上对出射光线进行了偏转，因此经全息功能屏扩散后，在竖直方向上应尽量扩大角度，使自由立体显示系统具有较大的视觉范围。
在上述任一实施例的基础上，所述背光源、所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备中的任意相邻两个之间的距离为0至5000mm之间。
具体地，如图4所示，以排列顺序为M1、M2、M3和M4为例进行说明，d1为背光源与显示设备之间的距离，其范围是：5000mm≥d1≥0mm；d2是显示设备与控光结构之间的距离，其范围是：5000mm≥d2≥0mm；d3是控光结构与全息功能屏之间的距离，其范围是：5000mm≥d3≥0mm。
在上述任一实施例的基础上，所述控光结构为包括柱面透镜阵列或微棱镜结构的折射型控光结构，或衍射型控光结构；所述全息功能屏为利用散斑全息制作的对入射光线具有角度扩展作用的光学薄膜。
具体地，控光结构为水平方向的控光器件，可以折射型结构，其包括柱面透镜阵列，微棱镜结构；也可以是衍射型控光元件；全息功能屏是用全息的方法加工支座的全息膜材，能够对入射光线在特定角度上进行扩散作用。
在上述任一实施例的基础上，所述显示设备为液晶显示面板或透光显示灯片。具体地，透光点亮的显示设备可以是液晶显示面板，或透光显示的灯片等，可以在显示设备中显示不同的图像信息。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种自由立体显示系统，其特征在于，包括背光源、控光结构和全息功能屏；
所述背光源用于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；
所述控光结构用于控制所述出射光线在水平方向上的射向；
所述全息功能屏用于在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括显示设备；
所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备在所述出射光线的光路上按照任意顺序依次排列。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
所述出射光线为平行光、发散光或汇聚光；
所述预设度数为10°。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述出射光线经所述全息功能屏扩散后，在竖直方向上的扩散角度为10°至180°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述背光源、所述控光结构、所述全息功能屏和所述显示设备中的任意相邻两个之间的距离为0至5000mm之间。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
所述控光结构为包括柱面透镜阵列或微棱镜结构的折射型控光结构，或衍射型控光结构；
所述全息功能屏为利用散斑全息制作的对入射光线具有角度扩展作用的光学薄膜。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述显示设备为液晶显示面板或透光显示灯片。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108897138A (zh) * 2018-06-19 2018-11-27 北京邮电大学 一种三维光场显示系统及方法
CN109831661A (zh) * 2019-01-11 2019-05-31 东南大学 一种空间可编程的复合立体显示系统
CN110716322A (zh) * 2019-10-29 2020-01-21 北京邮电大学 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644884A (zh) * 2009-07-13 2010-02-10 浙江大学 拼接视场体视三维显示装置及方法
CN102231044A (zh) * 2011-06-29 2011-11-02 浙江大学 基于多屏拼接的体视三维显示装置
CN102621796A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 浙江大学 一种自适应孔阑的三维显示装置及方法
CN104166240A (zh) * 2014-08-08 2014-11-26 深圳市华星光电技术有限公司 裸眼3d显示装置
CN106054451A (zh) * 2016-06-27 2016-10-26 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 2d/3d可切换的液晶显示装置及其显示方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644884A (zh) * 2009-07-13 2010-02-10 浙江大学 拼接视场体视三维显示装置及方法
CN102231044A (zh) * 2011-06-29 2011-11-02 浙江大学 基于多屏拼接的体视三维显示装置
CN102621796A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 浙江大学 一种自适应孔阑的三维显示装置及方法
CN104166240A (zh) * 2014-08-08 2014-11-26 深圳市华星光电技术有限公司 裸眼3d显示装置
CN106054451A (zh) * 2016-06-27 2016-10-26 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 2d/3d可切换的液晶显示装置及其显示方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108897138A (zh) * 2018-06-19 2018-11-27 北京邮电大学 一种三维光场显示系统及方法
CN109831661A (zh) * 2019-01-11 2019-05-31 东南大学 一种空间可编程的复合立体显示系统
CN110716322A (zh) * 2019-10-29 2020-01-21 北京邮电大学 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法
CN110716322B (zh) * 2019-10-29 2021-03-30 北京邮电大学 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法

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