CN108897138A - 一种三维光场显示系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种三维光场显示系统，包括：光源，液晶面板、第一全息功能屏、第二全息功能屏和狭缝光栅；所述光源用于发射光图像信息，在所述光图像信息的传播方向上，依次布置有液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏；所述第一全息功能屏用于将所述光图像信息在第一平面方向上进行扩散；所述第二全息功能屏用于将所述光图像信息在第二平面方向上进行扩散；其中，所述第一平面和所述第二平面互相垂直。本发明实施例提供的三维光场显示系统，由于光线在经过第一全息功能屏时，光束被约束在一个平面方向上，消除了三维显示时不同平面的光线串扰和重叠问题，提升了三维显示效果。

Description

一种三维光场显示系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及三维图像显示技术领域，尤其涉及一种三维光场显示系统。
背景技术
自由立体显示技术是发展较为成熟的一种无需佩戴辅助设备，直接为人眼提供三维信息的显示方式。其中基于狭缝光栅的自由立体显示技术，由于结构简单、造价低廉而成为主流的显示方案。
现有技术中，基于狭缝光栅的裸眼3D显示设备结构如图1所示。狭缝光栅放置在液晶显示器前方，可以看作是由周期性的透光条与遮光条交替排列共同组成的，遮光条可以保证完全挡住光线。通过在2D显示器上加载多个视点的图像编码信息，利用狭缝光栅的周期性遮光关系，可以让不同的视差图像在空间中不同位置处成像，从而实现裸眼3D的显示效果。狭缝光栅和显示器之间需要倾斜一定角度，以消除LCD像素空间周期与光栅空间周期形成的莫尔条纹。
在传统的狭缝光栅自由立体显示系统中，每个像素发出的光线为漫射光，散射方向为圆锥形，在水平方向光线进入单排各透光孔并形成视点，但是在竖置方向光线也会进入到不同排的透光孔中，此时将对不同排的视点造成串扰和混叠，造成影响观看效果。
发明内容
本发明实施例提供一种三维光场显示系统，用以解决狭缝光栅自由立体显示系统中，每个像素发出的光线为漫射光，散射方向为圆锥形，在水平方向光线进入单排各透光孔并形成视点，但是在竖置方向光线也会进入到不同排的透光孔中，此时将对不同排的视点造成串扰和混叠的问题。
本发明实施例提供一种三维光场显示系统，包括：光源，液晶面板、第一全息功能屏、第二全息功能屏和狭缝光栅；
所述光源用于发射光图像信息，在所述光图像信息的传播方向上，依次布置有液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏；
所述第一全息功能屏用于将所述光图像信息在第一平面方向上进行扩散；
所述第二全息功能屏用于将所述光图像信息在第二平面方向上进行扩散；
其中，所述第一平面和所述第二平面互相垂直。
其中，所述光源、液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏所在的平面相互平行。
其中，所述光源可以为平行光源、汇聚光源、发散光源或投影仪发射的定向光线中的任一种。
其中，所述第一平面方向为水平方向，所述第二平面方向为竖直方向。
其中，所述光源和所述液晶面板之间紧密贴合或有间隙；所述液晶面板和所述第一全息功能屏之间紧密贴合或有间隙；所述第一全息功能屏和所述狭缝光栅之间紧密贴合或有间隙；所述狭缝光栅和所述第二全息功能屏之间紧密贴合或有间隙。
其中，所述狭缝光栅的光栅结构平行于所述第一平面。
其中，所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的面积大小相同。
其中，所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的发散角度可控。
本发明实施例提供的三维光场显示系统，由于光线在经过第一全息功能屏时，光束被约束在一个平面方向上，进而通过狭缝光栅，因此在该平面上不会出现垂直于该平面的光线进入到同一透光孔而造成显示的串扰和混叠，消除了三维显示时不同平面的光线串扰和重叠问题，提升了三维显示效果。
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为现有技术中狭缝光栅立体显示器原理图；
图2为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的又一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的再一结构示意图。
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、完整地描述，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。
参考图2，图2为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的结构示意图，所述系统包括：光源21，液晶面板22、第一全息功能屏23、第二全息功能屏25和狭缝光栅24。
其中，所述光源21用于发射光图像信息，在所述光图像信息的传播方向上，依次布置有液晶面板22、第一全息功能屏23、狭缝光栅24和第二全息功能屏25；
所述第一全息功能屏23用于将所述光图像信息在第一平面方向上进行扩散；
所述第二全息功能屏25用于将所述光图像信息在第二平面方向上进行扩散；
其中，所述第一平面和所述第二平面互相垂直。
具体的，本发明实施例采用背光源发出带有光图像信息的光线射向液晶面板，光线通过液晶面板调制后，获取色彩信息后再出射，其中，液晶面板不改变光线的传播方向。
光线从液晶面板出射后射入到液晶面板之后的第一全息功能屏，其中，全息功能屏为利用散斑全息制作的对入射光线具有特定角度扩展作用的光学薄膜。在传统的全息功能屏上，光线可以在水平和竖直方向上进行多方向的扩散，而在本实施例中，第一全息功能屏使得光线仅在一个方向的位置进行扩散，例如仅在水平平面进行扩散，此时全息功能屏上的各点相当于仅在水平方向发散的发散光源，各点扩散后的光束再进入设置在第一全息功能屏之后的狭缝光栅中。
狭缝光栅是以精确的周期排列的遮光透光的光栅结构，用于实现裸眼3D功能。在本实施例中，光束通过第一全息功能屏后经过狭缝光栅时，由于光栅的周期性遮挡及透光性，会在光栅的平面方向上形成周期性的视点，但是此时由于光束仅在第一全息功能屏上以一个方向进行了扩散，因此立体效果被局限在液晶显示器的高度范围内，在于第一方向垂直的方向上无法保证大角度的观看范围，因此在狭缝光栅之后的位置设置有第二全息功能屏，第二全息功能屏的作用是将光束在第二方向上进行扩散，其中，第二方向与第一方向在空间上垂直，第二全息功能屏的扩散角度尽可能的设置得大一些，保证在第二方向上可以以大角度的范围观看到立体效果观看角度等于第二扩散全息功能屏的扩散角度。
通过此系统，由于光线在经过第一全息功能屏时，光束被约束在一个平面方向上，进而通过狭缝光栅，因此在该平面上不会出现垂直于该平面的光线进入到同一透光孔而造成显示的串扰和混叠，消除了三维显示时不同平面的光线串扰和重叠问题，提升了三维显示效果。
在上述实施例的基础上，所述光源、液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏所在的平面相互平行。
所述光源可以为平行光源、汇聚光源、发散光源或投影仪发射的定向光线中的任一种。
其中，所述第一平面方向为水平方向，所述第二平面方向为竖直方向。
所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的发散角度可控。
具体的，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的又一结构示意图。
其中，定向背光源可以为平行光源、汇聚光源或发散光源，也可以用投影仪代替来提供定向光线。全息功能屏具有扩散光线的作用，即光线在其表面会发生柔和均匀的散射，且发散角度可控。
本实施例中，采用定向光源31，而不是传统的散射光做光源，定向光线经过液晶32调制获取色彩信息后再出射，光线通过水平向扩散全息功能屏33即第一全息功能屏时，会在x轴即水平方向发生扩散，在竖直方向上不扩散。水平向扩散全息功能屏上各点此时相当于仅在水平方向发散的发散光源，各点扩散后的光束再经过狭缝光栅34时，由于狭缝光栅的周期遮挡及透光性，会在x轴方向上形成周期性的视点35。扩散角度的大小和狭缝光栅与全息功能屏之间的距离D3共同确定x轴上视角大小。
由于光线经过水平向扩散全息功能屏时，光束仅被约束在水平方向，在水平方向光线进入单排各透光孔并形成视点，在竖置方向光线不会进入到不同排的透光孔中，所以此时不会存现有技术中行与行之间的视点串扰和混叠。
此时观察者从z轴反方向观看狭缝光栅时可以观看到立体效果，但是在y轴方向上由于没有了光线的扩散，所以立体效果被局限在液晶显示器的高度范围内，即在y轴无法保证大角度的观看范围。所以在狭缝光栅前方，设置了竖直向扩散全息功能屏即第二全息功能屏，扩散全息功能屏的扩散角度尽可能大，作用是将视点信息在y轴方向扩散，保证在y轴上大角度的范围内可以观看到立体效果。观看角度等于竖直向扩散全息功能屏的扩散角度。
在上述实施例的基础上，所述光源和所述液晶面板之间紧密贴合或有间隙；所述液晶面板和所述第一全息功能屏之间紧密贴合或有间隙；所述第一全息功能屏和所述狭缝光栅之间紧密贴合或有间隙；所述狭缝光栅和所述第二全息功能屏之间紧密贴合或有间隙。
其中，所述狭缝光栅的光栅结构平行于所述第一平面。
其中，所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的面积大小相同。
具体的，参考图4，图4为本发明实施例提供的一种三维光场显示系统的再一结构示意图。
系统组成包括定向背光源41、液晶面板42、水平向扩散全息功能屏43、狭缝光栅44和竖直向扩散全息功能屏45。水平向即图中x轴方向，竖直向即图中y轴方向。其中，定向光源发出的光线朝向液晶42，水平向扩散全息功能屏位于液晶42上方，在x方向扩散，在y轴方向不扩散；狭缝光栅44位于水平向扩散全息功能屏43上方，周期结构水平于x轴。竖直向扩散全息功能屏45位于狭缝光栅44上方，在x方向不扩散，在y轴方向扩散。图中D1、D2、D3和D4为组成单元之间的间隔大小。有其中，D1≥0，D2≥0，D3≥0，D4≥0。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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 (8)

1.一种三维光场显示系统，其特征在于，包括：光源，液晶面板、第一全息功能屏、第二全息功能屏和狭缝光栅；
所述光源用于发射光图像信息，在所述光图像信息的传播方向上，依次布置有液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏；
所述第一全息功能屏用于将所述光图像信息在第一平面方向上进行扩散；
所述第二全息功能屏用于将所述光图像信息在第二平面方向上进行扩散；
其中，所述第一平面和所述第二平面互相垂直。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源、液晶面板、第一全息功能屏、狭缝光栅和第二全息功能屏所在的平面相互平行。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源可以为平行光源、汇聚光源、发散光源或投影仪发射的定向光线中的任一种。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一平面方向为水平方向，所述第二平面方向为竖直方向。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源和所述液晶面板之间紧密贴合或有间隙；
所述液晶面板和所述第一全息功能屏之间紧密贴合或有间隙；
所述第一全息功能屏和所述狭缝光栅之间紧密贴合或有间隙；
所述狭缝光栅和所述第二全息功能屏之间紧密贴合或有间隙。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述狭缝光栅的光栅结构平行于所述第一平面。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的面积大小相同。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一全息功能屏和所述第二全息功能屏的发散角度可控。
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