CN201233473Y - 一种多视角自由立体显示设备 - Google Patents

Abstract

一种多视角自由立体显示设备，设有平面矩形显示设备(2)和固定在平面矩形显示设备前部的视差胶片装置(1)，视差胶片装置中的视差胶片上设有由附着在透明胶片上的黑色银层构成的平行的黑色不透明条纹，黑色不透明条纹与夹在其间的透明条纹周期性排列，其特征在于：所述的平行黑色不透明条纹呈倾斜状，其在垂直方向顺时针或逆时针旋转一角度θ，设一条所述的黑色不透明条纹加一条透明条纹的宽度为一个周期宽度T，每个周期里透明条纹的占空比为五分之一。本实用新型适用于对5个角度视差图像的立体显示，能够在保证有良好立体效果的同时，使亮度及分辨率比现有的自由立体显示器提高60％。

Description

一种多视角自由立体显示设备

技术领域

本实用新型属显示装置，具体涉及一种通过平面显示器来表现立体图像的显示装置。

背景技术

人类之所以能看到立体的世界，是因为两眼视差的存在，左右眼看到的同一物体存在差异，存在差异的两幅图在大脑中合成一幅立体图像。根据这个原理，人们设计出多种不同的立体显示装置。从传统的需要佩带眼镜或者头盔等辅助工具的立体显示装置，到现在的无需佩带任何辅助观看工具的自由立体显示装置。现在市场上存在的自由立体显示设备大多都是基于两眼视差的原理设计的。在屏幕前方放置一种光线选择性滤光装置，屏幕发出的光线通过滤光装置有选择地进入到左右眼从而形成立体图像。这种光线过滤装置在透过需要的光线的同时会遮蔽其他光线的通过，它的透光率只有八分之一到九分之一，由此造成显示装置的亮度和分辨率较低。

所以，有必要设计一种立体效果好，亮度和分辨率较高的自由立体显示装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够在不影响立体显示效果的前提下提高立体显示的亮度和分辨率的多视角自由立体显示设备。

解决上述问题的技术方案是：本实用新型设有平面矩形显示设备(2)和固定在平面矩形显示设备前部的视差胶片装置(1)，视差胶片装置中的视差胶片上设有由附着在透明胶片上的黑色银层构成的平行的黑色不透明条纹，黑色不透明条纹与夹在其间的透明条纹周期性排列，其特征在于：所述的平行黑色不透明条纹呈倾斜状，其在垂直方向顺时针或逆时针旋转角度为：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{1}{3}$

所述θ角的误差范围为：正负0.2×π/180弧度；

设一条所述的黑色不透明条纹宽度加一条透明条纹宽度为一个周期宽度T，每个周期里透明条纹宽度的占空比为五分之一，所述的条纹宽度是指与条纹方向呈垂直方向的宽度。

所述的周期T根据不同显示器的像素点距不同而不同。

本实用新型适用于对5个角度视差图像的立体显示，能够在保证有良好立体效果的同时，使亮度及分辨率比现有的自由立体显示器提高60％。

附图说明

图1、本实用新型实施例结构示意图

图2、图1的A向视图

图3、图1中B部局部层结构放大示意图

图4、图2所示视差胶片装置1中的视差胶片结构示意图

图5、图4的C-C向层结构示意图

图6、本实用新型实施例立体图像编码示意图

图7、本实用新型实施例视差胶片工作原理示意图

图8、多视角自由立体显示设备的视觉范围示意图

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例结构主要包括平面矩阵显示设备2(可以是液晶，等离子，LED，OLED等各种面板)和外置视差胶片装置1，视差胶片装置1固定于平面矩阵显示设备2的前面。这种在平面矩形显示设备2上显示的图像要求是通过立体摄像技术或者立体软件设计成像技术获得多个角度的视差图像，立体摄像技术是通过多镜头的照相机或者摄像机同时拍摄到同一物体的多个角度的图像，这需要相邻镜头之间的摆放距离恰好等于人类平均瞳孔间距。也可以通过单镜头照相机从不同的角度多次进行拍摄来获得多幅视差图像，此方法仅适用于静态物体的拍摄，并且需要专业的定位轨道辅助拍摄；立体软件设计成像技术已经非常成熟，在软件里利用虚拟的多个摄像机从不同的角度得到多个视差图像。而视差胶片装置1的作用是对不同视差的图像从光学上进行分离。

参见图3，本例视差胶片装置1包含有三层结构：视差胶片11通过高透双面胶层12贴在玻璃层13上，视差胶片装置1四周通过双面胶固定在显示器屏幕2的外框上，其中视差胶片11位于对着显示器屏幕的最里层，并与显示器屏幕外壁面之间保持一定距离d。

视差胶片装置1的尺寸可比液晶面板的尺寸略大(长宽分别大5-12毫米)，大出来的部分主要用来封胶用。

由于平面矩阵显示器的像素周期性排列，子像素(RGB子象素)之间存在垂直的分界线。当视差胶片的条纹垂直放置的时候，子像素之间的垂直分界线与视差胶片的周期性条纹会产生摩尔纹((Moiré)，严重影响图像的观赏性。通过将视差胶片上的条纹由垂直方向顺时针或逆时针旋转一定的角度θ，可以有效的消除摩尔纹。同时，旋转角θ的大小要兼顾图像编码的排列方式。

图4显示的是视差胶片的示意图，其中宽条纹11a代表不透光部分，窄条纹11b代表透明部分，视差胶片的条纹与垂直方向按顺时针方向旋转的夹角为θ，为了能使不同视差图的信号进入不同的眼睛，视差胶片旋转θ角后恰能够将不同视差图的像素分离开，通过几何三角关系，计算出：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{1}{3}$

该值为最佳值，误差范围为：正负0.2×π/180弧度；

视差胶片旋转后，周期

T＝(n×s)×cosθ

其中：

T为一条黑色不透明条纹的宽度与一条透明条纹的宽度，该宽度是指与条

纹方向呈垂直方向的宽度，即未旋转前的垂直向条纹的水平宽度。

n等于视差图形的数量，本例采用n＝5

S为平面显示器单个子象素的水平宽度

θ为视差胶片条纹与垂直方向的夹角；

由此得出透明条纹的宽度为1/5T。

下面描述本例使用倾斜角度θ的视差胶片的立体图像的编码方式。

为了提高产品的分辨率和亮度，同时不影响产品的立体效果，经过多次实际测试后，本例采用5幅视差图进行立体图像编码，平面显示器的每一个像素是由3个子象素组成的，分别是R、G、B子象素，本例编码的对象是单个子象素，参见图6本例的编码方式：这种编码方式是从屏幕的左上角的单个子象素开始编码。分别从五福视差图像的左上角开始提取单个子象素，按照顺序放到立体合成图的对应的编号位置，直到完成一幅立体合成图的编码。这种斜向编码的方式能够有效地消除摩尔纹，并能够均衡垂直和水平方向分辨率的差异。

上述斜向编码是按顺时针旋转角θ条纹设计的，同一号编码从右上角向左下角倾斜，如果条纹按逆时针方向旋转θ，则同一号编码即应从左上角向右下角倾斜。

制作视差胶片的材料是透光率高于95％的聚对苯甲酸乙二醇酯，将涂有感光药膜的聚对苯甲酸乙二醇酯胶片基通过激光照射进行感光氧化，然后通过显影定影剂处理后，被激光照射的部分会变为黑色银层附着在透明的聚对苯甲酸乙二醇酯胶片基上，没有被激光照射的部分则会在定影过程中被冲洗掉。这样，在胶片上即可以形成由附着在透明胶片上的直条形黑色银层11a构成的平行黑色不透明条纹。

聚对苯甲酸乙二醇酯胶片具有透光率高、耐热性能好、高温情况下不变形不变色、使用寿命长的优点。

参见图4、图5，位于黑色不透明条纹之间的未附着黑色银层的透明胶片部分形成平行的透明条纹11b，黑色不透明条纹11a与透明条纹周期性排列，若设一个黑色条纹宽度加一个透明条纹的宽度为一个周期T，则每个周期里透明条纹的占空比为1/5，所述的条纹宽度是指与条纹方向呈垂直方向的宽度，即未旋转前的垂直向条纹的水平宽度。

周期T根据不同显示器的像素点距不同而不同，具体如前面公式所示：

T＝(n×s)×cosθ

图7是本例视差胶片的工作原理示意图：图7上方1、2、3、4、5各数字分别代表此子象素位置播放的是来自视差图像1、2、3、4、5的信息，通过视差胶片黑色条纹11a的遮挡，不同视差图像的信息分别通过透明条纹11b进入到左右眼：左眼看到的是来自视差图像5的信息，而右眼看到的是来自视差图像4的信息。这种视差对经过大脑的合成即会产生立体效果。

将视差胶片装置1固定在平面矩阵显示设备上：视差胶片装置中的视差胶片是用超透双面胶固定在超透玻璃或超透有机玻璃上，粘有视差胶片的一面朝向平面显示器。

超透玻璃或者超透有机玻璃厚度一般要求为2～3mm；透光率92％以上。本例采用的玻璃厚度为2mm。

超透双面胶厚度一般要求为0.04～0.06mm，透光率90％以上；本例双面胶厚度为0.05mm，透光率超过95％。

为了产生多个视差观测区，视差胶片装置与平面显示器之间要保持一定的距离d，根据显示器尺寸的不同，d的大小也会不同。

$\frac{s}{d}=\frac{p}{D}$

即：d＝s×D/p

其中p表示人眼平均瞳孔间距，本例设为65mm；

D表示观察者距离屏幕的最佳观测距离，显示器的尺寸不同，最佳观测距离也会不同，通常可以根据不同尺寸显示器的用途以及观察者的观看习惯得到一个观测距离的平均值。

s表示屏幕上像素之间的水平宽度；

以分辨率为1280 x 1024的19英寸显示器为例，平均观测距离D取1.2米，S＝0.098mm，通过上式得出d＝1.8mm，即视差胶片距离屏幕的距离d为1.8mm左右。

上述d值的误差范围应为：正负0.5mm；

如图8所示，本例多视角自由立体显示设备的视觉范围为120°。

经过多次试验证明：本例采用5个视角的自由立体显示装置，可以在保证良好立体效果的同时，比现在市场上的自由立体显示器提高60％的亮度及分辨率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (5)

1、一种多视角自由立体显示设备，设有平面矩形显示设备(2)和固定在平面矩形显示设备前部的视差胶片装置(1)，视差胶片装置中的视差胶片上设有由附着在透明胶片上的黑色银层构成的平行的黑色不透明条纹，黑色不透明条纹与夹在其间的透明条纹周期性排列，其特征在于：所述的平行黑色不透明条纹呈倾斜状，其在垂直方向顺时针或逆时针旋转角度为：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{1}{3}$

所述θ角的误差范围为：正负0.2×π/180弧度；

设一条所述的黑色不透明条纹宽度加一条透明条纹宽度为一个周期宽度T，每个周期里透明条纹宽度的占空比为五分之一，所述的条纹宽度是指与条纹方向呈垂直方向的宽度。

2、根据权利要求1所述的多视角自由立体显示设备，其特征在于：所述的视差胶片装置(1)包含有三层结构：视差胶片(11)通过高透双面胶层(12)贴在玻璃层(13)上，视差胶片装置(1)四周通过双面胶固定在显示器屏幕(2)的前外框上，其中视差胶片(11)位于对着显示器屏幕的最里层，并与显示器屏幕外壁面之间保持一定距离d。

3、根据权利要求2所述的多视角自由立体显示设备，其特征在于：所述视差胶片(11)与显示屏幕之间的距离为：d＝s×D/p，其中

p表示人眼平均瞳孔间距；

D表示观察者距离屏幕的最佳观测距离；

S表示屏幕上单个子像素之间的水平宽度；

d值的误差范围应为：正负0.5mm。

4、根据权利要求1所述的多视角自由立体显示设备，其特征在于：所述一条黑色不透明条纹宽度加一条透明条纹宽度的周期宽度T为：

T＝(n×s)×cos θ

其中：n＝5

S为平面显示器单个子象素的水平宽度

θ为视差胶片条纹与垂直方向的夹角：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{1}{3}$

5、根据权利要求1所述的多视角自由立体显示设备，其特征在于：所述视差胶片(11)是透光率高于95％的聚对苯甲酸乙二醇酯材料。

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