CN109725429B - 一种实聚混合成像的立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种实聚混合成像的立体显示装置。该实聚混合成像的立体显示装置由2D显示面板、柱透镜光栅组成。所述柱透镜光栅分为第一柱透镜序列和第二柱透镜序列，其具有不同的焦距，并交替放置。第一柱透镜序列可将2D显示面板上的像素成倒立实像，所成实像位于柱透镜光栅平面前方；第二柱透镜序列可将像素聚焦后形成平行光束，人眼观看到的像素位于柱透镜光栅平面。故而本发明可以提供多深度的立体图像，以减轻传统立体显示器中人眼长时间固定对焦于柱透镜光栅平面时带来的视疲劳。当人眼分处于不同水平位置时，可以看到与之对应视差图像从而实现立体视觉。

Description

一种实聚混合成像的立体显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术，更具体地说，本发明涉及3D立体显示技术。

背景技术

3D显示技术是可以实现立体场景真实再现的一种显示技术，其可以为人眼分别提供不同的视差图像，从而使人产生立体视觉。其使用狭缝光栅、柱透镜为分光元件，将2D显示面板上的像素投射到指定方向，从而形成视点。当人眼分处于不同视点位置时，可以看见与之对应的视差图像，从而实现立体视觉。通常，传统的基于柱透镜的立体显示装置在设置时，需要将2D显示面板放置于柱透镜的焦距位置处。然而，这种结构形成的立体图像通常显示于柱透镜平面位置处，当被显示的物体处于柱透镜平面前方或后方时，人眼无法正确的进行变焦，从而易导致视疲劳的产生。

发明内容

本发明提出了一种实聚混合成像的立体显示装置。附图1为该实聚混合成像的立体显示装置的结构原理图。该实聚混合成像的立体显示装置由2D显示面板、柱透镜光栅组成。所述2D显示面板、所述柱透镜光栅前后依次放置。所述柱透镜光栅分为第一柱透镜序列和第二柱透镜序列。所述2D显示面板上的像素按照所述第一柱透镜序列和所述第二柱透镜序列所在位置进行对应排布。所述2D显示面板在与所述第一柱透镜序列对应的位置上具有较低开口率的像素，并形成阶梯状排布。所述2D显示面板在与所述第二柱透镜序列对应的位置上具有高开口率的像素。同一第一柱透镜及第二柱透镜所对应的一个像素排列周期中，来自于不同视差图像的像素分布于所述2D显示面板上不同的水平位置。所述第一柱透镜序列中的柱透镜与所述第二柱透镜序列中的柱透镜具有不同的焦距，并交替放置。所述2D显示面板到所述柱透镜光栅的距离大于第一柱透镜序列的焦距。所述2D显示面板到所述柱透镜光栅的距离等于第二柱透镜序列的焦距。所述第一柱透镜序列及所述第二柱透镜序列可将与之位置对应的像素投射到不同的空间方向上，并形成视点。当人眼处于对应的视点位置时，可以看见与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

所述2D显示面上，与所述第一柱透镜序列位置对应的像素在一个周期内水平方向上的排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相反，其可以通过与之对应的第一柱透镜序列成倒立实像，形成实成像模式。此时，其实像的像素排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相同，且其实像的像距远大于物距，则人眼观看到的像素应处于所述柱透镜光栅平面的前方。

所述2D显示面板上，与所述第二柱透镜序列位置对应的像素，其发出的光线可经与之对应的第二柱透镜序列聚焦后形成平行光束，形成聚焦成像模式，从而将像素进行定向投射。此时任意观看到的像素应处于所述柱透镜光栅平面位置。

可选地，当对串扰抑制能力要求不高时，第二柱透镜序列的焦距可不等于所述2D显示面板到所述柱透镜光栅的距离。

可选地，第二柱透镜序列可替换为狭缝光栅序列。

可选地，可参照第一柱透镜序列原理设置与所述第一柱透镜序列和所述第二柱透镜序列交替排列但焦距不同的额外柱透镜序列，用以将部分像素成像于所述柱透镜光栅平面前方但深度位置不同的其他位置。

本发明中，由于第一柱透镜序列可以将与之对应的像素显示于所述柱透镜光栅平面的前方，第二柱透镜序列可以将与之对应的像素显示于所述柱透镜光栅平面位置，故本发明的一种实聚混合成像的立体显示装置可以提供多深度的立体图像，以减轻传统立体显示器中人眼长时间固定对焦于柱透镜光栅平面时带来的视疲劳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的2D显示面板上的像素排布图。

图3为本发明与第一柱透镜序列对应的像素排布方式图。

图4为本发明第一柱透镜序列的光路原理图。

图5为本发明第二柱透镜序列的光路原理图。

图标：010-实聚混合成像的立体显示装置；100-2D显示面板；200-柱透镜光栅；210-第一柱透镜序列；220-第二柱透镜序列；020-2D显示面板上的像素排布；110-2D显示面板上与第一柱透镜序列对应的像素区域；120-2D显示面板上与第二柱透镜序列对应的像素区域；111-与第一柱透镜序列对应的像素；121-与第二柱透镜序列对应的像素；030-与第一柱透镜序列对应的像素排布方式；310-原视差图像1中一个周期内的像素排列；410-2D显示面板上视差图像1一个周期内的像素排列；320-原视差图像2中一个周期内的像素排列；420-2D显示面板上视差图像2一个周期内的像素排列；040-第一柱透镜序列成像光路；1101-实像；050-第二柱透镜序列成像光路。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

图1为本实施例提供的实聚混合成像的立体显示装置010的结构示意图。图中x坐标表示空间中的水平方向，y坐标表示空间中的垂直方向。请参照图1，本实施例提供一种实聚混合成像的立体显示装置010，其包括2D显示面板100、柱透镜光栅200。所述柱透镜光栅200分为第一柱透镜序列210和第二柱透镜序列220。

下面对本实施例提供的实聚混合成像的立体显示装置010进行进一步说明。

所述2D显示面板100、所述柱透镜光栅200前后依次放置。所述第一柱透镜序列210中的柱透镜与所述第二柱透镜序列220中的柱透镜具有不同的焦距，并交替放置。所述2D显示面板100上的像素按照所述第一柱透镜序列210和所述第二柱透镜序列220所在位置进行对应排布。一个周期中，来自于不同视差图像的像素分布于所述2D显示面板100上不同的水平位置。

如图2所示，为2D显示面板上的像素排布020。2D显示面板上与第一柱透镜序列对应的像素区域110中，与第一柱透镜序列对应的像素111具有较低的开口率。像素1c、1e、1g、2c、2e及2g形成排布周期，其按照阶梯形式进行排布。像素1c、1e及1g来自于视差图像1，像素2c、2e及2g来自于视差图像2。2D显示面板上与第二柱透镜序列对应的像素区域120中，与第二柱透镜序列对应的像素121具有较高的开口率。像素1来自于视差图像1，像素2来自于视差图像2。

如图3所示，为与第一柱透镜序列对应的像素排布方式030。原视差图像1中一个周期内的像素排列310具有依次排列的像素1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h及1i，其中取不同行不同列的像素1c、1e及1g填充至2D显示面板上视差图像1一个周期内的像素排列410，填充过程中，水平方向上的排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相反。同理，原视差图像2中一个周期内的像素排列320中的像素可按同规律填充至2D显示面板上视差图像2一个周期内的像素排列420。

如图4所示，为第一柱透镜序列成像光路040，图中x坐标表示空间中的水平方向，z方向表示垂直于x-y平面的轴向方向。所述2D显示面板100到所述柱透镜光栅200的距离大于第一柱透镜序列210的焦距。按照透镜成像原理，2D显示面板上与第一柱透镜序列对应的像素区域110中的像素将经第一柱透镜序列210呈倒立实像1101。此时形成实成像模式。其实像1101的像素排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相同，且由于所成实像1101的像距远大于物距，则所成实像1101应处于所述柱透镜光栅平面的前方。人眼处于不同水平位置时，可经过第一柱透镜序列210看到实像1101的不同部分，当人眼看到像素1c、1e及1g时，则看到视差图像1，当人眼看到像素2c、2e及2g时，则看到视差图像2。

如图5所示，为第二柱透镜序列成像光路050，图中x坐标表示空间中的水平方向，z方向表示垂直于x-y平面的轴向方向。所述2D显示面板100到所述柱透镜光栅200的距离等于第二柱透镜序列220的焦距。按照透镜成像原理，与第二柱透镜序列对应的像素121，其发出的光线可经与之对应的第二柱透镜序列220聚焦后形成平行光束。此时形成聚焦成像模式，第二柱透镜序列220可将与第二柱透镜序列对应的像素121进行定向投射。当人眼处于不同水平位置时，可以经第二柱透镜序列220看到不同的像素1或者像素2。此时任意观看到的像素应处于所述柱透镜光栅平面位置。

本发明中，由于第一柱透镜序列210可以将与第一柱透镜序列对应的像素111显示于所述柱透镜光栅200平面的前方，第二柱透镜序列220可以将与第二柱透镜序列对应的像素121显示于所述柱透镜光栅200平面位置，故本发明的一种实聚混合成像的立体显示装置010可以提供多深度的立体图像，以减轻传统立体显示器中人眼长时间固定对焦于柱透镜光栅平面时带来的视疲劳。

Claims (2)

1.一种实聚混合成像的立体显示装置，其特征在于：该实聚混合成像的立体显示装置由2D显示面板、柱透镜光栅组成，所述2D显示面板、所述柱透镜光栅前后依次放置，所述柱透镜光栅分为第一柱透镜序列和第二柱透镜序列，所述2D显示面板上的像素按照所述第一柱透镜序列和所述第二柱透镜序列所在位置进行对应排布，所述2D显示面板在与所述第一柱透镜序列对应的位置上具有较低开口率的像素；较低开口率的像素形成阶梯状排布，相邻的较低开口率的像素水平位置不同，且同一第一柱透镜序列所对应的区域内，水平方向上相邻的较低开口率的像素之间留有间隙；所述2D显示面板在与所述第二柱透镜序列对应的位置上具有较高开口率的像素，所述第一柱透镜序列中的柱透镜与所述第二柱透镜序列中的柱透镜具有不同的焦距，并交替放置，所述2D显示面板到所述柱透镜光栅的距离大于第一柱透镜序列的焦距，与所述第一柱透镜序列位置对应的像素可经与之对应的第一柱透镜序列成倒立实像，所述2D显示面板到所述柱透镜光栅的距离等于第二柱透镜序列的焦距，与所述第二柱透镜序列位置对应的像素，其发出的光线可经与之对应的第二柱透镜序列聚焦后形成平行光束；同一第一柱透镜序列及第二柱透镜序列所对应的一个像素排列周期中，来自于不同视差图像的像素分布于所述2D显示面板上不同的水平位置；所述第一柱透镜序列及所述第二柱透镜序列可将与之位置对应的像素投射到不同的空间方向上，并形成视点，当人眼处于对应的视点位置时，可以看见与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

2.如权利要求1所述的一种实聚混合成像的立体显示装置，其特征在于：所述2D显示面板上与所述第一柱透镜序列位置对应的像素在一个周期内水平方向上的排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相反，其可以通过与之对应的第一柱透镜序列成倒立实像，此时，其实像的像素排列顺序与原视差图像像素的排列顺序相同。