CN111736362A - 一种集成成像三维显示系统 - Google Patents

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蒋晓瑜
燕展
黄应清
于海洋
王晨卿
毛岩
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    • G02—OPTICS
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    • 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

Abstract

本发明公开一种集成成像三维显示系统，涉及三维显示领域，包括：照明单元和显示屏；所述照明单元设置在所述显示屏背光侧的一侧；所述显示屏用于接收所述照明单元发射的光线；所述照明单元的个数为多个，多个所述照明单元等间距设置；所述照明单元用于为所述显示屏加载的图像提供亮度。本发明提供的集成成像三维显示系统可以提高集成三维显示系统的显示亮度。

Description

一种集成成像三维显示系统
技术领域
本发明涉及三维显示领域，特别是涉及一种集成成像三维显示系统。
背景技术
集成成像三维显示系统中，利用透镜阵列对光线赋予了方向信息，然而常规的透镜阵列由于不同透镜之间的间隙较大，严重影响了观看的效果，因此需要借助其他光线平滑设备进行优化，这样不但大大降低了观看的光强，而且增加了设备的厚度。同时，受到透镜像差畸变等影响，现有系统有效视场角较小，影响了观看感受。因此，需要一种可以增大显示光强的显示系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成成像三维显示系统，以提高集成三维显示系统的显示亮度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种集成成像三维显示系统，包括：照明单元和显示屏；
所述照明单元设置在所述显示屏背光侧的一侧；所述显示屏用于接收所述照明单元发射的光线；
所述照明单元的个数为多个，多个所述照明单元等间距设置；所述照明单元用于为所述显示屏加载的图像提供亮度。
可选的，所述集成成像三维显示系统还包括透镜单元；
所述透镜单元的个数为多个；所述透镜单元设置在所述照明单元和所述显示屏之间；所述透镜单元用于对所述照明单元发射的光线进行光束整形处理；所述照明单元设置在所述透镜单元的远离所述显示屏的焦点上。
可选的，所述照明单元为LED点光源。
可选的，所述照明单元为背光板光源；
所述背光板光源包括背光板和针孔板；所述针孔板设置在所述透镜单元和所述背光板之间；所述针孔板上设有多个针孔，每一个所述针孔设置在所述透镜单元的远离所述显示屏的焦点上。
可选的，所述透镜单元包括第一会聚透镜和第二会聚透镜；
所述第一会聚透镜和所述第二会聚透镜间隔设置；所述第一会聚透镜与所述照明单元之间的距离小于所述第二会聚透镜与所述照明单元之间的距离。
可选的，相邻两个所述透镜单元的中心点的间距由所述显示屏加载的显示区域的像素个数确定。
可选的，所述显示屏为LCD显示屏。
可选的，所述集成成像三维显示系统还包括补偿模块，所述补偿模块与所述显示屏电连接，所述补偿模块用于对所述显示屏加载的图像的像素值进行补偿。
可选的，所述集成成像三维显示系统还包括光线定向散射膜，所述光线定向散射膜设置在所述显示屏观看侧；所述光线定向散射膜用于对所述显示屏加载的图像进行平滑处理。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种集成成像三维显示系统，通过在显示屏的背光侧等间隔设置多个照明单元，提高了显示屏的显示亮度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的集成成像三维显示系统示意图；
图2为本发明提供的集成成像三维显示系统示意图。
符号说明：
1-显示屏、2-光线定向散射膜、3-第一会聚透镜、4-第二会聚透镜、5-LED点光源、6-背光板、7-针孔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种集成成像三维显示系统，以提高集成三维显示系统的显示亮度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种集成成像三维显示系统，包括：光线定向散射膜2、补偿模块、透镜单元、照明单元和显示屏1。
照明单元设置在显示屏1背光侧的一侧；显示屏1用于接收照明单元发射的光线；照明单元的个数为多个，多个照明单元等间距设置；照明单元用于为显示屏1加载的图像提供亮度。透镜单元的个数为多个；透镜单元设置在照明单元和显示屏1之间；透镜单元用于对照明单元发射的光线进行光束整形处理，得到点光源；照明单元设置在透镜单元的远离显示屏1的焦点上。补偿模块与显示屏1电连接，补偿模块用于对显示屏1加载的图像的像素值进行补偿。光线定向散射膜2设置在显示屏1观看侧；光线定向散射膜2用于对显示屏1加载的图像进行平滑处理。
其中，照明单元为LED点光源5。透镜单元包括第一会聚透镜3和第二会聚透镜4；第一会聚透镜3和第二会聚透镜4间隔设置；第一会聚透镜3与照明单元之间的距离小于第二会聚透镜4与照明单元之间的距离。相邻两个透镜单元的中心点的间距由显示屏1加载的显示区域的像素个数确定。显示屏1为LCD显示屏。LCD显示屏为高分辨率LCD显示屏。
光线定向散射膜2紧贴LCD显示屏，第一会聚透镜3和第二会聚透镜4的规格一致，第一会聚透镜3和第二会聚透镜4的直径均为d，焦距为f，两透镜主光轴重合。透镜直径不能大于相邻透镜之间的间隔，也不能太小，影响通光量。
在第一会聚透镜3的焦点处放置点光源(点光源阵列中的任意单元)，多个照明单元共同组成照明组阵列。相邻透镜单元共面呈矩形排列，透镜单元中的会聚透镜中心的间距为D。
对于某一照明单元，光源发出的光线经过第一会聚透镜3后变为平行光，平行光经过第二会聚透镜4后，在焦平面汇聚为一点，该点可以认为是理想点光源，光线继续向前传播，照射在高分辨率LCD显示屏上，每个照明单元均能够覆盖LCD显示屏的一定区域，由于照射在LCD显示屏的光线已经具有方向性，因此在对应的覆盖区域加载元素图像，光线通过LCD显示屏后，赋予了颜色信息，不同方向和颜色的光线在空间中相交，观看时能够看到具有三维信息的重构图像。
照明单元放置在LCD显示屏的背面，第二会聚透镜与LCD显示屏的距离为l+f，在垂直或水平维度，照明单元能够覆盖的像素数量为：
Figure BDA0002607293840000041
对于整个显示系统，视场角
Figure BDA0002607293840000042
为：
Figure BDA0002607293840000043
在视场角范围内，光线通过液晶像素后沿不同方向的光强为I(θ)，最大光强为Imax，因此，补偿模块需要利用补偿函数h(θ)对不同方向出射光线进行补偿。
获取不同方向的光强为I(θ)，最大光强为Imax，根据公式h(θ)·I(θ)＝Imax计算补偿函数h(θ)。
对于任意元素图像，其中像素的位置为(i,j)，中心点像素的位置为(ic,jc)，则像素对应的出射方向θ(i,j)为：
Figure BDA0002607293840000044
将不同的位置像素对应的出射方向θ(i,j)，带入补偿函数h(θ)中得到该像素的补偿系数h(θ(i,j))。
未补偿时原始所加载元素图像的像素值为Ci,j(R,G,B)，经过补偿后所加载图像的像素值为C′i,j(R,G,B)，根据公式C′i,j(R,G,B)＝Ci,j(R,G,B)·h(θ(i,j))计算经过补偿后所加载图像的像素值为C′i,j(R,G,B)。
如图2所示，作为一种可选的实施方式，照明单元为背光板光源；背光板光源包括背光板6和针孔板；针孔板设置在透镜单元和背光板6之间；针孔板上设有多个针孔7，每一个针孔7设置在透镜单元的远离显示屏1的焦点上。
利用了照明组阵列代替了传统的LCD显示屏背光部分，由于将透镜放置在LCD显示屏背光侧，有效降低了不同透镜间隙对观看的影响，减小了设备厚度。每个照明单元具有独立的LED光源，因此相比于传统方式，该系统不但显示亮度更高，而且能够适配更大幅面的LCD显示屏。且系统的显示视场角由第一会聚透镜和第二会聚透镜的参数决定，因此，通过设计第一会聚透镜和第二会聚透镜的尺寸，可以达到更高的视场角。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种集成成像三维显示系统，其特征在于，包括：照明单元和显示屏；
所述照明单元设置在所述显示屏背光侧的一侧；所述显示屏用于接收所述照明单元发射的光线；
所述照明单元的个数为多个，多个所述照明单元等间距设置；所述照明单元用于为所述显示屏加载的图像提供亮度。
2.根据权利要求1所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述集成成像三维显示系统还包括透镜单元；
所述透镜单元的个数为多个；所述透镜单元设置在所述照明单元和所述显示屏之间；所述透镜单元用于对所述照明单元发射的光线进行光束整形处理；所述照明单元设置在所述透镜单元的远离所述显示屏的焦点上。
3.根据权利要求2所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述照明单元为LED点光源。
4.根据权利要求2所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述照明单元为背光板光源；
所述背光板光源包括背光板和针孔板；所述针孔板设置在所述透镜单元和所述背光板之间；所述针孔板上设有多个针孔，每一个所述针孔设置在所述透镜单元的远离所述显示屏的焦点上。
5.根据权利要求2所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述透镜单元包括第一会聚透镜和第二会聚透镜；
所述第一会聚透镜和所述第二会聚透镜间隔设置；所述第一会聚透镜与所述照明单元之间的距离小于所述第二会聚透镜与所述照明单元之间的距离。
6.根据权利要求2所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，相邻两个所述透镜单元的中心点的间距由所述显示屏加载的显示区域的像素个数确定。
7.根据权利要求1所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述显示屏为LCD显示屏。
8.根据权利要求1所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述集成成像三维显示系统还包括补偿模块，所述补偿模块与所述显示屏电连接，所述补偿模块用于对所述显示屏加载的图像的像素值进行补偿。
9.根据权利要求1所述的一种集成成像三维显示系统，其特征在于，所述集成成像三维显示系统还包括光线定向散射膜，所述光线定向散射膜设置在所述显示屏观看侧；所述光线定向散射膜用于对所述显示屏加载的图像进行平滑处理。
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