CN110262050A - 基于柱镜光栅的超多视点的led立体显示屏装置 - Google Patents

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杨会成
潘玥
储慧敏
刘振华
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays

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Abstract

本发明提供一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，包括LED平面显示屏和人眼观看视点，LED平面显示屏和人眼观看视点之间设置有圆弧柱镜光栅，LED平面显示屏沿y轴排列并相对于x轴对称，中间的圆弧柱镜光栅的柱面透镜的顶点位于坐标原点，LED平面显示屏的图像面位于圆弧柱镜光栅的柱面透镜的焦平面上，子像素宽度为t，圆弧柱镜光栅的柱镜厚度为d，圆弧柱镜光栅的柱面透镜与LED平面显示屏的距离为s，人眼观看视点位于距离圆弧柱镜光栅的柱面透镜为L的地方，并设两眼间距为e。不仅能实现静态效果的三维结构，而且能方便地实现动态效果的三维立体图像。

Description

基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置
技术领域
本发明涉及三维立体空间显示领域，尤其涉及一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置。
背景技术
目前在三维立体空间显示时，一般会使用三维显示设备进行三维立体空间的显示，而目前大多的三维立体空间显示设备，通常需要借助辅助设备才能够达到三维立体显示，但是借助辅助设备进行显示操作复杂，且成本较高，不能使用在特殊的环境中，而目前的裸眼三维显示技术也是以成本高著称，并且传统立体显示装置存在可视点少，观看范围小，视点之间的串扰问题强，成像效果差，无法获得自由立体的观看效果等问题。因此，解决目前三维立体显示时设备成本较高且操作复杂的问题就显得尤为重要了。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，不仅能实现静态效果的三维结构，而且能方便地实现动态效果的三维立体图像，克服了传统立体显示装置中的可视点少，观看范围小，视点之间的串扰问题强，成像效果差，无法获得自由立体的观看效果等问题。
本发明提供一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，包括LED平面显示屏和人眼观看视点，所述LED平面显示屏和人眼观看视点之间设置有圆弧柱镜光栅，LED平面显示屏沿y轴排列并相对于x轴对称，中间的圆弧柱镜光栅的柱面透镜的顶点位于坐标原点，LED平面显示屏的图像面位于圆弧柱镜光栅的柱面透镜的焦平面上，子像素宽度为t，圆弧柱镜光栅的柱镜厚度为d，圆弧柱镜光栅的柱面透镜与LED平面显示屏的距离为s，人眼观看视点位于距离圆弧柱镜光栅的柱面透镜为L的地方，并设两眼间距为e。
进一步改进在于：所述LED平面显示屏中每个LED屏幕图像由RGB子像素组成，在光栅的作用下，放大投射到人眼中。
进一步改进在于：所述圆弧柱镜光栅的一面是与LED平面显示屏高精度的耦合，另一面是周期性起伏的圆弧圆柱面。
进一步改进在于：所述圆弧柱镜光栅通过设计子像素的宽度及子像素间距，使RGB的强度分布一致。
进一步改进在于：所述人的双眼距离e为6～7cm；L为观看距离，长度为1～20m，t为LED子像素大小，像素大小根据LED屏的分辨率进行改变，所述圆弧柱镜光栅的柱镜材料为PMMA，折射率n为1.49，由曲率半径计算出曲率r为5.56mm；根据公式柱镜焦距s为11.35mm；根据公式柱镜光栅厚度d为16.9mm，即完成所有参数设置。
本发明实施过程是：柱镜光栅和LED平面显示屏是基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置的主要组成设备。首先，在已知的目标投放位置，观看距离等设计出圆弧柱镜光栅的曲率半径；其次，柱镜光栅的一面是与LED平面显示屏高精度的耦合，另一面是周期性起伏的圆弧圆柱面，LED显示屏放在柱镜光栅的焦平面上，就可以使平面中的任何一点都在可以折射成平行光束，从而得到分像的效果，实现同一视图的各个图像带在观看区域内完全重合；由于柱面透镜在排列方向上对光线起会聚作用，相当于会聚柱镜可以聚光成像，而柱面透镜在垂直方向上对光线不起会聚作用，光线沿直线传播，LED为载体的设备发出以像素阵列显示的衬底图像在LED屏上每一行都排列出满满的RGB子像素；焦平面上的各个视图在柱镜光栅的作用下，视点的每个子像素都被放大投射分别到达观看者的左右眼中，根据双目视差原理，只要人眼位于任意的两个相邻点，就能形成立体视觉效果，各视点近似位于同一条直线上，当人体在该直线上运动时，有较好的观看效果；当LED播放为动态图片即可快速方便的实现具有动态效果的立体显示。
本发明有益效果：为设计连续的运动视差，获得更好的自由立体的观看效果，增加立体显示装置的可视点的个数；对于增加可视点带来的视点之间的串扰问题，避免用传统的线性排列柱面透镜光栅，采用圆弧形排列柱面透镜光栅，通过设计子像素的宽度及子像素间距，使RGB的强度分布一致，避免了强度波动和颜色波动，视点之间无串扰，实现同一视图的各个图像带在观看区域内完全重合；同时，对于使用圆弧柱镜光栅的LED立体显示装置的大型户外广告和装饰画的投放位置以及圆弧柱镜光栅的曲率半径，设计好可视点位置和最佳观看距离；并且采用像素点高，颜色鲜艳度和饱和度高的LED平面显示屏，提高图像的精度，减少栅距，增加柱镜光栅线数，提高立体显示屏的横向分辨率。结构简单，可以实现静态图片的立体显示；并且可以实现动态效果的立体显示。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的圆弧柱镜视点排列示意图。
图3是本发明的4视点柱镜光栅光传输特性图。
其中：1-LED平面显示屏，2-人眼观看视点，3-圆弧柱镜光栅。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图1所述，本实施例提供一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，包括LED平面显示屏1和人眼观看视点2，所述LED平面显示屏1和人眼观看视点2之间设置有圆弧柱镜光栅3，LED平面显示屏1沿y轴排列并相对于x轴对称，中间的圆弧柱镜光栅3的柱面透镜的顶点位于坐标原点，LED平面显示屏1的图像面位于圆弧柱镜光栅3的柱面透镜的焦平面上，子像素宽度为t，圆弧柱镜光栅3的柱镜厚度为d，圆弧柱镜光栅3的柱面透镜与LED平面显示屏1的距离为s，人眼观看视点2位于距离圆弧柱镜光栅3的柱面透镜为L的地方，并设两眼间距为e。所述LED平面显示屏1中每个LED屏幕图像由RGB子像素组成，在光栅的作用下，放大投射到人眼中。所述圆弧柱镜光栅3的一面是与LED平面显示屏1高精度的耦合，另一面是周期性起伏的圆弧圆柱面。所述圆弧柱镜光栅3通过设计子像素的宽度及子像素间距，使RGB的强度分布一致。
所述人的双眼距离e为7cm；L为观看距离，长度为8m，t为LED子像素大小，选取LED屏为1024×768，子像素宽度t为0.0992，所述圆弧柱镜光栅3的柱镜材料为PMMA，折射率n为1.49，由曲率半径计算出曲率r为5.56mm；根据公式柱镜焦距s为11.35mm；根据公式柱镜光栅厚度d为16.9mm，即完成所有参数设置。
柱镜光栅和LED平面显示屏是基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置的主要组成设备。首先，在已知的目标投放位置，观看距离等设计出圆弧柱镜光栅的曲率半径；其次，柱镜光栅的一面是与LED平面显示屏高精度的耦合，另一面是周期性起伏的圆弧圆柱面，LED显示屏放在柱镜光栅的焦平面上，就可以使平面中的任何一点都在可以折射成平行光束，从而得到分像的效果，实现同一视图的各个图像带在观看区域内完全重合；由于柱面透镜在排列方向上对光线起会聚作用，相当于会聚柱镜可以聚光成像，而柱面透镜在垂直方向上对光线不起会聚作用，光线沿直线传播，LED为载体的设备发出以像素阵列显示的衬底图像在LED屏上每一行都排列出满满的RGB子像素；焦平面上的各个视图在柱镜光栅的作用下，视点的每个子像素都被放大投射分别到达观看者的左右眼中，根据双目视差原理，只要人眼位于任意的两个相邻点，就能形成立体视觉效果，各视点近似位于同一条直线上，当人体在该直线上运动时，有较好的观看效果；当LED播放为动态图片即可快速方便的实现具有动态效果的立体显示。

Claims (5)

1.一种基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，包括LED平面显示屏(1)和人眼观看视点(2)，其特征在于：所述LED平面显示屏(1)和人眼观看视点(2)之间设置有圆弧柱镜光栅(3)，LED平面显示屏(1)沿y轴排列并相对于x轴对称，中间的圆弧柱镜光栅(3)的柱面透镜的顶点位于坐标原点，LED平面显示屏(1)的图像面位于圆弧柱镜光栅(3)的柱面透镜的焦平面上，子像素宽度为t，圆弧柱镜光栅(3)的柱镜厚度为d，圆弧柱镜光栅(3)的柱面透镜与LED平面显示屏(1)的距离为s，人眼观看视点(2)位于距离圆弧柱镜光栅(3)的柱面透镜为L的地方，并设两眼间距为e。
2.如权利要求1所述的基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，其特征在于：所述LED平面显示屏(1)中每个LED屏幕图像由RGB子像素组成，在光栅的作用下，放大投射到人眼中。
3.如权利要求1所述的基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，其特征在于：所述圆弧柱镜光栅(3)的一面是与LED平面显示屏(1)高精度的耦合，另一面是周期性起伏的圆弧圆柱面。
4.如权利要求1所述的基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，其特征在于：所述圆弧柱镜光栅(3)通过设计子像素的宽度及子像素间距，使RGB的强度分布一致。
5.如权利要求1所述的基于柱镜光栅的超多视点的LED立体显示屏装置，其特征在于：所述人的双眼距离e为6～7cm；L为观看距离，长度为1～20m，t为LED子像素大小，像素大小根据LED屏的分辨率进行改变，所述圆弧柱镜光栅(3)的柱镜材料为PMMA，折射率n为1.49，由曲率半径计算出曲率r为5.56mm；根据公式柱镜焦距s为11.35mm；根据公式柱镜光栅厚度d为16.9mm，即完成所有参数设置。
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