CN110716322A - 一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法。该显示系统包括点光源、菲涅尔透镜、微棱柱组合透镜阵列、液晶面板和全息功能屏；点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，用于向微棱柱组合透镜阵列提供准直入射背光；并透过微棱柱组合透镜阵列，形成点光源阵列；点光源阵列用于向液晶面板提供光线，使其在空间中集成形成三维显示视区；全息功能屏用于消除点光源阵列形成的视点盲区，并在垂直方向上使光线进行扩散，形成三维影像。本发明实施例通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像。

Description

一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法

技术领域

本发明涉及桌面显示技术领域，尤其涉及一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法。

背景技术

随着桌面视频显示技术的快速发展，三维显示技术因为可以实时显示真实自然的三维影像，被认定是下一代显示技术的发展趋势。

目前主流的三维显示装置是以平面二维显示器为关键器件，实现直立式三维成像显示，如图1所示，即人眼所观测到的视区和显示装置是平行的，人眼需要正对显示装置，才能比较清晰的观看到三维成像。进一步地，如果把直立式三维成像显示技术应用于桌面沙盘显示场景，存在如下问题：(1)二维平面显示器的分辨率利用率低；(2)在桌面显示应用场景下，观看视区内的三维影像会出现观看角度异常的现象；(3)三维影像的悬浮感不明显。

因此，需要提出一种用于桌面三维显示的系统，能克服直立式三维成像显示系统的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法，用以解决现有技术中三维影像显示装置在成像上的缺陷。

一方面，本发明实施例提供一种用于桌面三维定向的显示系统，包括：

点光源、菲涅尔透镜、微棱柱组合透镜阵列、液晶面板和全息功能屏；

所述点光源和所述菲涅尔透镜组成准直背光光源，用于向所述微棱柱组合透镜阵列提供准直入射背光；

所述准直入射背光透过所述微棱柱组合透镜阵列，形成点光源阵列；

所述点光源阵列用于向所述液晶面板提供光线，使所述液晶面板在空间中集成形成三维显示视区；

所述全息功能屏用于消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使所述光线进行扩散，形成三维影像。

优选地，所述微棱柱组合透镜阵列包括若干微棱柱组合透镜，所述微棱柱组合透镜通过调制所述准直入射背光，使所述准直入射背光与水平方向形成具有预设倾斜角度的点光源阵列。

优选地，所述微棱柱组合透镜包括微柱透镜和微直角棱镜，所述微柱透镜与所述微直角棱镜相连接；

所述若干微棱柱组合透镜按照若干排和若干列排列组成所述微棱柱组合透镜阵列。

优选地，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维显示视区的投射俯仰角

计算公式如下：

式中，n为所述微柱透镜和所述微直角棱镜的折射率，H为所述微直角棱镜的高，L为所述微直角棱镜的长。

优选地，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维影像的视区视场角θ，计算公式如下：

式中，P为所述微直角棱镜的宽，f为所述微柱透镜的焦距。

另一方面，本发明实施例提供一种用于桌面三维定向的显示方法，包括：

获取点光源；

将所述点光源向菲涅尔透镜进行投射，得到准直背光光源；

将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列；

将所述点光源阵列向液晶面板进行投射，得到三维影像显示视区；

将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像。

优选地，所述将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列，具体包括：

通过所述微棱柱组合透镜阵列将所述准直背光光源进行调制，形成与水平方向具有预设倾斜角度的所述点光源阵列。

优选地，所述将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像，具体包括：

通过所述全息功能屏来消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使光线进行扩散，形成所述三维影像。

本发明实施例提供的一种用于桌面三维定向的显示系统及显示方法，通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像，与普通三维影像相比具有更高的质量。

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为现有技术的直立式三维显示装置示意图；

图2为本发明实施例提供的定向三维显示装置示意图；

图3为本发明实施例提供的一种用于桌面三维定向的显示系统结构示意图；

图4为本发明实施例提供的微棱柱组合透镜示意图；

图5为本发明实施例提供的微棱柱组合透镜光路侧视图；

图6为本发明实施例提供的显示系统光路顶视图；

图7为本发明实施例提供的一种用于桌面三维定向的显示方法流程图。

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。

现有技术中的直立式三维显示装置存在显示器分辨率利用率低，在桌面应用场景中观看三维影像角度呈现异常，且三维影像悬浮感不明显的一系列问题，本发明实施例提出一种用于桌面三维定向的显示系统，显示方式如图2所示，能有效克服直立式三维显示装置的不足。

图3为本发明实施例提供的一种用于桌面三维定向的显示系统结构示意图，如图3所示，所述显示系统包括点光源、菲涅尔透镜、微棱柱组合透镜阵列、液晶面板和全息功能屏；

所述点光源和所述菲涅尔透镜组成准直背光光源，用于向所述微棱柱组合透镜阵列提供准直入射背光；

所述准直入射背光透过所述微棱柱组合透镜阵列，形成点光源阵列；

所述点光源阵列用于向所述液晶面板提供光线，使所述液晶面板在空间中集成形成三维显示视区；

所述全息功能屏用于消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使所述光线进行扩散，形成三维影像。

具体地，如图3所示，自下而上依次为点光源、菲涅尔透镜、微棱柱组合透镜阵列、液晶面板和全息功能屏。

其中点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，菲涅尔透镜又名螺纹透镜，该透镜表面由一系列锯齿形凹槽组成，中心部分是椭圆形弧线，每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点，每个凹槽都可以看做是一个独立的小透镜，能把光线调整成平行光或聚光。微棱柱组合透镜进一步地调制准直背光形成的点光源阵列，使点光源阵列的出射光线具有特定的俯仰角，同时这些光线被液晶面板调制后在空间中集成形成特定方向投射的三维显示视区，满足了观察者俯视观看三维影像的需求，需要指出的是在视区内三维影像具有水平视差遮挡关系，并且由于微棱柱组合透镜使用了准直入射背光；全息功能屏则用于消除点光源阵列所形成的视点盲区，并在垂直方向上使光线扩散，最终形成具有悬浮感的三维影像，相较于普通三维影像具有更高的质量。

本发明实施例通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像，该系统具有串扰小的特点。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述微棱柱组合透镜阵列包括若干微棱柱组合透镜，所述微棱柱组合透镜通过调制所述准直入射背光，使所述准直入射背光与水平方向形成具有预设倾斜角度的点光源阵列。

具体地，微棱柱组合透镜阵列是由一系列的微棱柱组合透镜组合形成的，而每个微棱柱组合透镜均能将每一束准直入射背光的光线进行调制，使得每一束光线形成与水平方向形成具有特定倾斜角，即预设倾斜角度的点光源，而一系列被调制后的点光源便构成阵列平面。

本发明实施例通过采用微棱柱组合透镜阵列将准直背光光源调制成具有预设角度的点光源阵列平面，使点光源阵列的出射光线具有特定的俯仰角，从而为后续呈现特定视场角度的三维影像提供了特定光源。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述微棱柱组合透镜包括微柱透镜和微直角棱镜，所述微柱透镜与所述微直角棱镜相连接；

所述若干微棱柱组合透镜按照若干排和若干列排列组成所述微棱柱组合透镜阵列。

具体地，图4为本发明实施例提供的微棱柱组合透镜示意图，如图4所示，微棱柱组合透镜由微直角棱镜和微柱透镜部分构成，其中，微直角棱镜的斜切面与微柱透镜的纵切面是紧密相连，形成一体。如图3所示，若干微棱柱组合透镜按照若干排和若干列排列组成微棱柱组合透镜阵列，每一个微棱柱组合透镜的宽边与相邻的棱柱组合透镜的宽边进行首尾相接，形成单独一排微棱柱组合透镜，同样每一个微棱柱组合透镜的长边与相邻的棱柱组合透镜的长边进行首尾相接，形成单独一列微棱柱组合透镜。

本发明实施例通过将单独的每个微棱柱组合透镜组合排列成微棱柱组合透镜阵列，由于每个微棱柱组合透镜排列方向一致，使得准直背光光源经过微棱柱组合透镜阵列的调制后，能形成点光源阵列，确保在液晶面板上能显示多个像素，并形成完整的三维显示视区。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维显示视区的投射俯仰角

计算公式如下：

式中，n为所述微柱透镜和所述微直角棱镜的折射率，H为所述微直角棱镜的高，L为所述微直角棱镜的长。

具体地，图5为本发明实施例提供的微棱柱组合透镜光路侧视图，如图5所示，准直背光光源的光线穿过微棱柱组合透镜，产生的三维显示视区的投射俯仰角

的具体计算公式如下：

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维影像的视区视场角θ，计算公式如下：

式中，P为所述微直角棱镜的宽，f为所述微柱透镜的焦距。

具体地，图6为本发明实施例提供的显示系统光路顶视图，如图6所示，由全息功能屏显示的三维影像，在一定的角度范围内可以清晰的观看，即在视区视场角θ范围内，θ的具体计算公式如下：

本发明实施例通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像，在该视区范围内能清晰地观看三维影像，解决了异常显示的问题。

图7为本发明实施例提供的一种用于桌面三维定向的显示方法流程图，如图7所示，包括：

S1，获取点光源；

S2，将所述点光源向菲涅尔透镜进行投射，得到准直背光光源；

S3，将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列；

S4，将所述点光源阵列向液晶面板进行投射，得到三维影像显示视区；

S5，将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像。

具体地，首先获取点光源，点光源发出散射光线，向菲涅尔透镜进行投射，经过菲涅尔透镜调制后，得到平行的准直背光光源，该准直背光光源进一步向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到具有与水平方向存在特定倾斜角的点光源阵列，该点光源阵列位于同一个平面，再将点光源阵列经过液晶面板的调制显示，由于点光源即形成图像的像素点，在液晶面板上即显示出三维影像显示视区，最后透过全息功能屏进行显示，得到高质量的悬浮三维影像，该三维影像在一定的视区市场角度范围内可以清晰的观看，即由微棱柱组合透镜调制产生的预设视区视场角的范围内。

本发明实施例通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像，该系统具有串扰小的特点。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列，具体包括：

通过所述微棱柱组合透镜阵列将所述准直背光光源进行调制，形成与水平方向具有预设倾斜角度的所述点光源阵列。

具体地，微棱柱组合透镜阵列包含多个微棱柱组合透镜，微棱柱组合透镜可以调制准直背光形成与水平方向具有特定倾斜角的点光源阵列平面，使点光源阵列的出射光线具有特定的俯仰角，同时这些光线被液晶面板调制后在空间中集成形成特定方向投射的三维显示视区，满足了观察者俯视观看三维影像的需求。

在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像，具体包括：

通过所述全息功能屏来消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使光线进行扩散，形成所述三维影像。

具体地，在液晶面板得到特定方向投射的三维显示视区后，进一步通过全息功能屏提取三维影像，形成具有悬浮显示效果的三维影像。全息功能屏能消除点光源阵列显示而形成的视点盲区，将各像素点光线进行扩散，形成完整的三维影像，效果优于普通三维成像。

本发明实施例通过采用点光源和菲涅尔透镜组成准直背光光源，并通过引入微棱柱组合透镜阵列形成点光源阵列，使得液晶面板显示定向的三维显示视区，最后通过全息功能屏显示具有特定视场角的三维影像。

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。

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)

1.一种用于桌面三维定向的显示系统，其特征在于，所述显示系统包括点光源、菲涅尔透镜、微棱柱组合透镜阵列、液晶面板和全息功能屏；

所述点光源和所述菲涅尔透镜组成准直背光光源，用于向所述微棱柱组合透镜阵列提供准直入射背光；

所述准直入射背光透过所述微棱柱组合透镜阵列，形成点光源阵列；

所述点光源阵列用于向所述液晶面板提供光线，使所述液晶面板在空间中集成形成三维显示视区；

所述全息功能屏用于消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使所述光线进行扩散，形成三维影像。

2.根据权利要求1所述的一种用于桌面三维定向的显示系统，其特征在于，所述微棱柱组合透镜阵列包括若干微棱柱组合透镜，所述微棱柱组合透镜通过调制所述准直入射背光，使所述准直入射背光与水平方向形成具有预设倾斜角度的点光源阵列。

3.根据权利要求2所述的一种用于桌面三维定向的显示系统，其特征在于，所述微棱柱组合透镜包括微柱透镜和微直角棱镜，所述微柱透镜与所述微直角棱镜相连接；

所述若干微棱柱组合透镜按照若干排和若干列排列组成所述微棱柱组合透镜阵列。

4.根据权利要求2所述的一种用于桌面三维定向的显示系统，其特征在于，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维显示视区的投射俯仰角

计算公式如下：

式中，n为所述微柱透镜和所述微直角棱镜的折射率，H为所述微直角棱镜的高，L为所述微直角棱镜的长。

5.根据权利要求2所述的一种用于桌面三维定向的显示系统，其特征在于，由所述微棱柱组合透镜获取所述三维影像的视区视场角θ，计算公式如下：

式中，P为所述微直角棱镜的宽，f为所述微柱透镜的焦距。

6.一种用于桌面三维定向的显示方法，其特征在于，包括：

获取点光源；

将所述点光源向菲涅尔透镜进行投射，得到准直背光光源；

将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列；

将所述点光源阵列向液晶面板进行投射，得到三维影像显示视区；

将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像。

7.根据权利要求6所述的一种用于桌面三维定向的显示方法，其特征在于，所述将所述准直背光光源向微棱柱组合透镜阵列进行投射，得到点光源阵列，具体包括：

通过所述微棱柱组合透镜阵列将所述准直背光光源进行调制，形成与水平方向具有预设倾斜角度的所述点光源阵列。

8.根据权利要求6所述的一种用于桌面三维定向的显示方法，其特征在于，所述将所述三维影像显示视区透过全息功能屏进行显示，得到具有预设视区视场角的三维影像，具体包括：

通过所述全息功能屏来消除所述点光源阵列形成的视点盲区，并在与所述全息功能屏垂直的方向上使光线进行扩散，形成所述三维影像。

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