CN110174773A - 一种基于集成成像的2d/3d兼容显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，该装置由显示屏、透镜阵列、光束整形膜、可切换调光膜和投影机组成。该装置主要有2D、3D切换显示以及2D/3D同屏显示三种显示模式。可切换调光膜有透明态和散射态两种状态。当显示屏关闭，投影机投射2D片源，可切换调光膜处于散射态时，可实现2D图像的显示；当显示屏显示3D片源，投影机关闭，可切换调光膜处于透明态时，可实现3D显示；当显示屏和投影机均打开，可切换调光膜处于透明态时，可实现2D和3D同屏显示。
Description
一、技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置。
二、背景技术
随着2D显示技术的成熟和3D显示技术的蓬勃发展，能够实现2D和3D兼容的多功能显示装置更受用户青睐。集成成像是一种非常有前景的裸眼3D显示技术，显示过程中利用微透镜阵列对显示屏上的微图像阵列进行光学调制，在显示屏上重建出与记录时3D场景完全相同的3D图像。重建的3D图像具有全彩色、全视差、连续观看视点、观看舒适等特点，因此基于集成成像3D显示原理的2D/3D兼容显示装置具有非常强的实用性。在传统的集成成像3D显示中，周期排布的微透镜单元和显示屏子像素单元的相互叠加导致彩色莫尔条纹的产生；在相邻微透镜单元的接缝处难以正确调制相应位置的视点信息，因此在观看时，透镜边缘的显示区域容易出现暗态条纹。彩色莫尔条纹和暗态条纹均会使重建3D图像的质量大幅度下降，除此之外传统的集成成像3D显示还存在视角分辨率和空间分辨率相互制约的难题，利用传统的集成成像显示装置直接对2D片源显示，必然会严重降低2D图像的分辨率，最终2D和3D图像的成像质量都会受到严重影响，并且难以实现兼容显示。
光束整形膜是一种可以控制并改变光束方向的光学调制元件，利用它可以消除传统集成成像3D显示中的彩色莫尔条纹和暗态条纹，大大提升集成成像3D显示的视觉质量。可切换调光膜是一种通过电压控制，使其在透明态和散射态之间切换的光学调制元件。
三、发明内容
一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置从左向右依次由显示屏、透镜阵列、光束整形膜、可切换调光膜和投影机组成，结构如附图1所示。
所述显示屏，用于显示生成的3D片源，即集成成像微图像阵列。
所述透镜阵列，由多个透镜元等间距排列而成，所有透镜元具有相同的光学参数，且每个透镜元具有独立的成像功能，对显示屏上微图像阵列发出的光线进行调制，在显示空间中重建出3D图像。其中透镜元的排列可以是紧密排列或疏松排列方式，透镜的形状可以是方形、六边形或圆形等形状。透镜阵列的焦距为f，节距为d，距离显示屏的距离为g。
所述光束整形膜，对经过透镜元的光线进行水平方向和竖直方向的扩散，且扩散的光线各向同性，可以消除由疏松排列的透镜元的间隔导致的再现图像元不连续现象，实现图像元的融合拼接；也可以消除透镜元紧密排列时屏幕上的彩色莫尔条纹和透镜元之间的暗态条纹，生成具有平滑连续视差的高质量3D图像。光束整形膜扩散角度为θ，与透镜阵列的距离为l，在集成成像实模式显示状态下满足以下条件：
所述可切换调光膜，与透明的光束整形膜紧密贴合。可切换调光膜有两种可切换状态：散射态和透明态。可切换调光膜断电时处于散射态，经可切换调光膜反射的光束为出射角度均匀的散射光，具有投影屏的功能；可切换调光膜通电时处于透明态，经过可切换调光膜出射光束的方向与入射时的传播方向相同，此时可切换调光膜相当于一层透明的介质，这种特性用来实现2D/3D兼容显示。
所述投影机用来投射2D片源。投影机与可切换调光膜的垂直距离不固定，需要使得投影的区域覆盖可切换调光膜的尺寸。
所述一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，主要有2D、3D切换显示以及2D/3D同屏显示三种显示模式。(1)当显示屏关闭，投影机打开，可切换调光膜处于断电散射态时，投影机投射的2D片源无法透过可切换调光膜，并在调光膜上向各个方向进行反射，实现2D图像的显示，如附图2所示；(2)当显示屏打开，投影机关闭，可切换调光膜处于通电透明态，显示屏显示出微图像阵列并通过透镜阵列的调制作用重建出目标光场信息，然后光场中的光线入射透过光束整形膜，形成角度为θ的扩散角，使原本相邻但入射方向不同的光束在出射时有一定的融合区域，从而弱化彩色莫尔条纹，消除透镜噪声使3D图像质量得到优化，最后优化后的3D图像可以透过透明态的调光膜进入人眼，如附图3所示；(3)当显示屏和投影机均打开，可切换调光膜处于通电透明态时，投影机投射出2D片源穿过透明的调光膜，在光束整形膜上被定向扩散，显示出2D图像，同时显示屏上显示出3D片源并在光束整形膜上重建出优化后的3D图像，即可同屏实现2D和3D显示，如附图4所示。
本发明提出一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，通过控制显示屏、投影机和可切换调光膜，同时通过光束整形膜的特定光线调制作用，实现高质量2D/3D切换显示和同屏显示。
四、附图说明
附图1为本发明提出的基于光束整形膜和可切换调光膜的2D/3D兼容显示装置的结构图。
附图2为基于光束整形膜和可切换调光膜的2D/3D兼容显示装置的2D显示模式示意图。
附图3为基于光束整形膜和可切换调光膜的2D/3D兼容显示装置的3D显示模式示意图。
附图4为基于光束整形膜和可切换调光膜的2D/3D兼容显示装置的2D和3D同屏显示模式示意图。
上述附图的图示标号为：
1显示屏，2透镜阵列，3光束整形膜，4可切换调光膜，5投影机，6 2D图像，7重建的3D图像。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明的一种基于光束整形膜和可切换调光膜的2D/3D兼容显示装置的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明提出了一种基于基于集成成像的2D/3D兼容显示装置。所述2D/3D兼容显示装置从左向右依次由显示屏、透镜阵列、光束整形膜、可切换调光膜和投影机组成，结构如附图1所示。
所述显示屏用来显示集成成像微图像阵列。
所述透镜阵列，由多个透镜元等间距排列而成，所有透镜元具有相同的光学参数，且每个透镜元具有独立的成像功能，对显示屏上微图像阵列发出的光线进行调制，在显示空间中重建出3D图像。以紧密排列方式的透镜元为例，透镜的形状为正方形，焦距为f＝3mm，节距为d＝1.4mm，距离显示屏的距离为g＝3.5mm。
所述光束整形膜，对经过透镜元的光线进行水平方向和竖直方向的扩散，消除紧密排列的透镜元之间的缝隙噪声，同时消除显示时的彩色莫尔条纹，生成具有平滑连续视差的高质量3D图像。光束整形膜扩散角度为θ＝3.5°，与距镜阵列的距离为l＝23mm，在集成成像实模式显示时满足以下条件：
所述可切换调光膜，与透明的光束整形膜紧密贴合。可切换调光膜有两种可切换状态：散射态和透明态。这里以一种聚合物分散液晶(PDLC)为例，当PDLC断电处于散射态时，透光率小于10％，经PDLC反射的光束为出射角度均匀的散射光，具有投影屏的功能；当切换调光膜通电处于透明态时，透光率大于90％，经过PDLC出射光束的方向与入射时的传播方向相同，此时可切换调光膜相当于一层透明的介质。所述投影机，用来投射2D片源。投影机与可切换调光膜的垂直距离不固定，需要使得投影的区域覆盖可切换调光膜的尺寸。
所述一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，主要有2D、3D切换显示以及2D/3D同屏显示三种显示模式：(1)当显示屏关闭，投影机打开，可切换调光膜处于断电散射态时，投影机投射的2D片源无法透过可切换调光膜，并在调光膜上向各个方向进行反射，实现2D图像的显示，如附图2所示；(2)当显示屏打开，投影机关闭，可切换调光膜处于通电透明态时，显示屏显示出微图像阵列并通过透镜阵列的调制作用重建出目标光场信息，然后光场中的光线入射透过光束整形膜，形成角度为θ的扩散角，使原本相邻但入射方向不同的光束在出射时有一定的融合区域，从而弱化彩色莫尔条纹，消除透镜噪声使3D图像质量得到优化，最后优化后的3D图像可以透过透明态的调光膜进入人眼，如附图3所示；(3)当显示屏和投影机均打开，可切换调光膜处于通电透明态时，投影机投射出2D片源穿过透明的调光膜，在光束整形膜上被定向扩散，显示出2D图像，同时显示屏上显示出3D片源并在光束整形膜上重建出优化后的3D图像，即可同屏实现2D和3D显示，如附图4所示。
Claims (6)
1.一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，所述装置包括：
显示屏，用于显示生成的3D片源，即集成成像微图像阵列；
透镜阵列，用于对显示屏上微图像阵列发出的光线进行调制，重建出3D图像；
光束整形膜，用于对经过透镜元的光线进行水平方向和竖直方向的扩散，且扩散的光线各向同性，用于提升3D显示的图像质量；
可切换调光膜，通过断电和通电实现在散射态和透明态之间的切换，用于2D/3D兼容显示；投影机，用于投射2D片源。
2.根据权利要求1所述的一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，所述透镜阵列由多个透镜元等间距排列而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，所述可切换调光膜和光束整形膜紧密贴合。
4.根据权利要求1所述的一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，当显示屏关闭，投影机打开，可切换调光膜处于断电散射态时，投影机投射的2D片源无法透过可切换调光膜，并在调光膜上向各个方向进行反射，实现2D图像的显示。
5.根据权利要求1所述的一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，当显示屏打开，投影机关闭，可切换调光膜处于通电透明态时，显示屏显示出微图像阵列并通过透镜阵列的调制作用重建出目标光场信息，然后光场中的光线入射透过光束整形膜，形成角度为θ的扩散角，其中光束整形膜放置在距离显示屏l处，实现优化后的3D图像显示l需满足：
其中，f和d分别为透镜阵列的焦距和节距，g为显示屏和透镜阵列的距离，θ为光束整形膜扩散角度。
6.根据权利要求1所述的一种基于集成成像的2D/3D兼容显示装置，其特征在于，当显示屏和投影机均打开，可切换调光膜处于通电透明态时，投影机投射出2D片源穿过透明的调光膜，在光束整形膜上被定向扩散，显示出2D图像，同时显示屏上显示出3D片源并在光束整形膜上重建出优化后的3D图像，即可同屏实现2D和3D显示。
Priority Applications (1)
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| CN201910366130.XA CN110174773A (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 一种基于集成成像的2d/3d兼容显示装置 |
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| CN110174773A true CN110174773A (zh) | 2019-08-27 |
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ID=67690552
Family Applications (1)
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| CN201910366130.XA Pending CN110174773A (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 一种基于集成成像的2d/3d兼容显示装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN110174773A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111464803A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-07-28 | 中国长城科技集团股份有限公司 | 一种显示控制系统 |
| CN111505890A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-07 | 四川大学 | 一种2d/3d兼容的前投影显示装置 |
| CN111897138A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-06 | 四川大学 | 一种提高图像均匀性的前投式2d/3d融合显示装置 |
| CN114938440A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-08-23 | 嘉兴智瞳科技有限公司 | 成像模式可切换的显微手术摄像系统及方法和切换电路 |
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2019
- 2019-05-05 CN CN201910366130.XA patent/CN110174773A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Application publication date: 20190827 |