CN110737104A

CN110737104A - 基于变焦微透镜阵列的显示系统

Info

Publication number: CN110737104A
Application number: CN201911072659.7A
Authority: CN
Inventors: 叶燕; 叶红; 宋志�; 路畅; 王钦华; 陈林森
Original assignee: Soochow University ( Suzhou Univ)
Current assignee: Soochow University ( Suzhou Univ)
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明揭示了一种基于变焦微透镜阵列的显示系统，包括微透镜层和微图文层，所述微透镜层和所述微图文层之间设有介质层，所述微透镜层由若干阵列分布的微透镜单元组成，不同的所述微透镜单元具有相同或不同的焦距，所述微透镜单元为像素化空间变参量微纳结构。本发明通过改变不同区域微透镜的焦距，实现了对微图文的分层显示，图案整体具有良好的3D效果，同时，根据莫尔放大原理，可以形成动态放大图案。

Description

基于变焦微透镜阵列的显示系统

技术领域

本发明属于3D显示技术领域，具体涉及一种基于变焦微透镜阵列的显示系统。

背景技术

3D技术经历了十几年的发展，取得了十分丰硕的成果。早期实现3D显示的方案是使用特制的眼镜，通过为每只眼睛提供不同的图像来诱发观察者的双目视差从而让人感知到3D信息。这类技术的最大缺点是观看的舒适性问题，这是眼球的调节与视觉感知的深度差异产生的，在观察立体显示器的时候，眼睛必须观察屏幕，才能感知到清晰的图像。这种视差使得视觉系统和大脑的感知不同，人们就会感觉到视觉疲劳，这导致了长时间观察期间的不适，容易让人产生恶心、头晕等症状，甚至于损坏观众的视力，特别是对于戴有近视镜的观众使用起来更不方便。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于变焦微透镜阵列的显示系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变焦微透镜阵列的显示系统，以解决现有技术中需借助眼镜，便携性与实用性较差，容易产生视觉疲劳，长时间观察会产生恶心和头晕的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于变焦微透镜阵列的显示系统，包括微透镜层和微图文层，所述微透镜层和所述微图文层之间设有介质层，所述微透镜层由若干阵列分布的微透镜单元组成，不同的所述微透镜单元具有相同或不同的焦距，所述微透镜单元为像素化空间变参量微纳结构。

一实施例中，所述微透镜单元包括若干同心设置的圆、以及位于圆内的条纹。

一实施例中，所述条纹的取向和/或空频不同。

一实施例中，所述微透镜单元由不同取向、不同形状的纳米天线组成。

一实施例中，

所述微透镜单元上的任意一点(x，y)的位相分布函数

应满足下列公式：

其中，λ为入射光波长，f为微透镜焦距，r为任意点(x，y)到透镜中心的距离，且r²＝x²+y²；

不同位置处光栅的旋转角度θ(x，y)满足：

一实施例中，所述微图文层上的微图文单元位于对应的所述微透镜单元的成像范围内，所述微透镜层和所述微图文层之间的夹角为[0°，90°)。

一实施例中，所述介质层的材料为空气或者透明材料。

一实施例中，所述微图文层通过印刷或者打印形成。

一实施例中，所述微图文层为微纳结构。

一实施例中，所述微图文层为动态显示器。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过改变不同区域的微透镜的焦距，实现了对微图文的分层显示，图案整体具有良好的3D效果，同时，根据莫尔放大原理，可以形成动态放大图案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本发明实施例一中显示系统的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一中的微透镜层的平面结构示意图；

图3是本发明实施例一中微透镜单元的平面结构示意图；

图4是本发明实施例一中微图文层的平面结构示意图；

图5是本发明实施例一中显示系统的分层显示示意图；

图6是本发明实施例二中显示系统的立体结构示意图；

图7是本发明实施例二中微图文层的平面结构示意图；

图8是本发明实施例三中的显示系统的立体结构示意图；

图9是本发明实施例三中的微图文层的平面结构示意图；

图10是本发明实施例三中的显示系统的显示示意图；

图11是本发明实施例四中的显示系统的立体结构示意图；

图12是本发明实施例四中的微透镜层的平面结构示意图；

图13是本发明实施例四中的微图文层的平面结构示意图；

图14是本发明实施例五中的显示系统的立体结构示意图；

图15是本发明实施例五中的微图文层的平面结构示意图；

图16是本发明实施例五中的显示系统的分层显示示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1所示，本发明公开了一种基于变焦微透镜阵列的显示系统，包括微透镜层1和微图文层3，微透镜层1和所述微图文层3之间设有介质层2，所述微透镜层1由若干阵列分布的微透镜单元11组成，微透镜单元11为像素化空间变参量微纳结构，像素化空间变参量微纳结构是指不同空间位置处的微纳结构具有不同的结构参数，具体的如图3所示，每个微透镜单元11包括若干同心设置的圆111，每个圆111上具有取向和/或空频不同的条纹，取向和/或空频不同的条纹不仅是如图3所示的形态，也可以是圆光栅，微透镜单元11可采用光敏材料、介质材料、金属材料中的一种或多种制备而成，另外，微透镜单元11也可以由不同取向、不同形状的纳米天线组成，纳米天线的形状包括矩柱、圆柱、椭圆柱。

本发明中的各微透镜单元11的焦距不同或部分相同，微透镜单元11上的任意一点(x，y)的位相分布函数

应满足下列公式：

在右旋圆偏振光的垂直入射下，微透镜单元中不同旋转角度的光栅结构产生一个相移，且旋转角度θ(x，y)与相移满足：φ(x,y)＝2θ(x,y)，此时出射光变为左旋圆偏振光；

因此，不同位置处光栅的旋转角度θ(x，y)满足：

依据此公式，通过各圆环内光栅的旋转角度，得到相应圆环的半径大小。

在本发明中，介质层2的材料为空气或者透明材料。

在本发明中，微图文层3是二维平面分布，微图文层3通过印刷或打印形成，微图文层3也可以为微纳结构，微图文层3上的微图文单元位于对应的微透镜单元11的成像范围内，微透镜层1和微图文层3之间的夹角为[0°，90°)。

在本发明中，微图文层3还可以是显示微图文单元的动态显示器。

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

实施例一：

参图1和图2所示，本实施例中，微透镜层1为6*6个微透镜单元11组成的微透镜阵列，如图4所示，微图文层3是由字母A、B、C组成的微文字排列，微透镜层1中的每个微透镜单元11与微图文层3中的每个字母对应，与不同字母对应的微透镜单元11焦距不同，相同字母对应的微透镜单元11焦距相同，也就是与字母A对应的微透镜单元焦距11都相同，与字母B对应的微透镜单元11焦距都相同，与字母C对应的微透镜单元焦距11都相同，然而这三种焦距不同。

因此，通过变焦微透镜阵列可以观察到如图5所示的分层显示效果，把字母A、B、C分成三层显示，实现3D效果。

同时，微图文层3与微透镜层1以满足莫尔放大的条件排列，根据莫尔放大原理，该结构可实现数百倍放大的效果，并能够实现“上浮”、“下沉”、“变形”、“同位异像”等动态效果。

实施例二：

参图6所示，本实施例中，微透镜层1为5*5个微透镜单元11组成的微透镜阵列，所对应的微图文层3是如图7所示的由字母A-Y组成的微文字排列，微图文层3中的每个字母与微透镜层1中的微透镜单元11一一对应。

微透镜层1中与不同字母对应的微透镜单元11焦距不同，也就是25个微透镜单元11中每个微透镜单元11焦距都不同，因此通过微透镜层1可以观察到字母A-Z分成25层显示，每一层显示不同的字母，实现3D效果。

微图文层3与微透镜层1以满足莫尔放大的条件排列，结构可实现数百倍放大的效果，并能够实现“上浮”、“下沉”、“变形”、“同位异像”等动态效果。

实施例三：

图8为本实施例实现3D显示的示意图，如图9所示，微图文层3为圆形图案，微透镜层1由大量焦距不同的微透镜单元11组成。

微透镜层1中每一个微透镜单元11的焦距都不相同，每个微透镜单元11把圆形图案的每一部分的像呈在不同焦面上，则圆形图案被分成许多层来显示，可以实现3D效果，因此通过微透镜层1可以观察到图10所示的立体球形结构。

实施例四：

图11为本实施例实现3D显示的示意图，结构中微透镜层1是如图12所示的像素化微透镜阵列，该微透镜阵列被设计成4*4个部分，每个部分内的微透镜单元11的焦距都相同，这16个部分间的微透镜单元11焦距不同，这样的像素化微透镜阵列可以对整个区域的图案进行分层显示，最终实现3D效果。

结构中微图文层是如图13所示的由字母A-P组成的微文字排列，该排列形成与像素化微透镜阵列对应的4*4个部分，每个部分分别排列3*3个相同的字母。

由于每种字母对应像素的微透镜单元11的焦距不同，字母A-P的像会呈在不同的焦面上，因此通过该像素化微透镜阵列可以观察到16种字母分16层显示、每一层显示3*3个字母排列的效果。

实施例五：

图14是利用像素化微透镜阵列来实现房子、树、太阳的3D显示的示意图，其中，微图案层3是如图15示的由房子、树、太阳构成的微图案，微透镜层1是与微图案层3对应的像素化微透镜阵列。

房子、树、太阳三个区域对应微透镜单元11三种不同的焦距，不同区域的微透镜单元11焦距不同，每个区域内微透镜单元11焦距都相同，则通过图14示的像素化微透镜阵列，可以观察到图16所示的房子、树、太阳分三层显示，从而实现3D效果。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明通过改变不同区域微透镜的焦距，实现了对微图文的分层显示，图案整体具有良好的3D效果，同时，根据莫尔放大原理，可以形成动态放大图案。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，包括微透镜层和微图文层，所述微透镜层和所述微图文层之间设有介质层，所述微透镜层由若干阵列分布的微透镜单元组成，不同的所述微透镜单元具有相同或不同的焦距，所述微透镜单元为像素化空间变参量微纳结构。

2.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微透镜单元包括若干同心设置的圆、以及位于圆内的条纹。

3.根据权利要求2所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述条纹的取向和/或空频不同。

4.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微透镜单元由不同取向、不同形状的纳米天线组成。

5.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，

所述微透镜单元上的任意一点(x，y)的位相分布函数

应满足下列公式：

不同位置处光栅的旋转角度θ(x，y)满足：

6.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微图文层上的微图文单元位于对应的所述微透镜单元的成像范围内，所述微透镜层和所述微图文层之间的夹角为[0°，90°)。

7.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述介质层的材料为空气或者透明材料。

8.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微图文层通过印刷或者打印形成。

9.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微图文层为微纳结构。

10.根据权利要求1所述的基于变焦微透镜阵列的显示系统，其特征在于，所述微图文层为动态显示器。