CN214795266U - 透镜单元、透镜阵列和三维显示系统 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了透镜单元、透镜阵列和三维显示系统。其中，一种透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
Description
技术领域
本公开涉及光学技术领域，具体涉及透镜单元、透镜阵列和三维显示系统。
背景技术
裸眼3D显示技术日益成熟，已经在医疗、娱乐、工业、教育等领域表现出极大的发展潜力和应用价值。其中，指向背光裸眼3D显示因其具有不需佩戴辅助设备、无分辨率损失，高亮度低串扰的优点成为主流的裸眼3D显示技术之一，显示性能获得了众多用户的肯定。指向式背光中的菲涅尔透镜阵列与LCD液晶显示面板都有周期性的结构，两者交叠放置极易产生莫尔条纹。另一方面，菲涅尔透镜阵列的透镜单元间的拼接位置两侧容易由于结构的非连续性而引起亮度差异，从而产生光学边界。
本领域普通技术人员可以理解，除了裸眼3D显示的指向背光中的菲涅尔透镜，其它透镜和其它应用领域也面临莫尔条纹和光学边界问题。
在专利文献CN106597675B《一种裸眼3D摩尔条纹消除装置及其使用方法》中，在LCD与透镜间插入各向异性结构使透镜出射光不再具备周期特性，但是成本较高，而且容易造成3D显示系统串扰率的提升以及影响画面色彩准确性。
在专利文献CN106773082B《一种裸眼3D指向性背光系统中减弱摩尔条纹的方法》中，LCD与透镜间保留一定尺度间隔使进入LCD的光能不再具备周期特性，但是增加了显示系统的厚度。
实用新型内容
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供透镜单元、透镜阵列和三维显示系统。
第一方面，本公开实施例中提供了一种透镜单元，包括：
直角齿和双工作面齿，
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面。
结合第一方面，本公开在第一方面的第一种实现方式中，
所述直角齿的齿宽的取值范围为子像素宽度的0.61至0.78倍，和/或
所述双工作面齿的齿宽小于所述直角齿的齿宽乘以特定倍率。
结合第一方面，本公开在第一方面的第二种实现方式中，
在所述直角齿的顶端设置有弧形结构。
结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第三种实现方式中，
在所述直角齿的顶端设置有四分之一圆弧结构，所述圆弧的半径的取值范围为所述直角齿的齿宽的5％至7％。
结合第一方面，本公开在第一方面的第四种实现方式中，
在所述双工作面齿的第二工作面上设置有粗糙结构。
结合第一方面的第四种实现方式，本公开在第一方面的第五种实现方式中，
所述双工作面齿的第二工作面上的所述粗糙结构的粗糙度的取值范围为2微米至5微米。
第二方面，本公开实施例中提供了一种透镜阵列，包括：
相互拼接的至少两个所述透镜单元，
所述透镜单元，包括：
直角齿和双工作面齿，
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面。
结合第二方面，本公开在第二方面的第一种实现方式中，
所述拼接包括：平面拼接；或圆弧面拼接；或自由曲面拼接。
第三方面，本公开实施例中提供了一种三维显示系统，包括：
至少两个发光单元，用于发出光线；
透镜阵列，靠近所述至少两个发光单元，包括：
相互拼接的至少两个所述透镜单元，
所述透镜单元，包括：
直角齿和双工作面齿，
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面；
液晶屏，靠近所述透镜阵列，并远离所述至少两个发光单元，用于呈现立体图像。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
根据本公开实施例提供的技术方案，通过直角齿和双工作面齿，所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1a示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法所确定的裸眼三维显示系统的实施场景的示例性示意图；
图1b示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法所确定的透镜单元的实施场景的示例性示意图；
图1c示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的实施场景的示例性示意图；
图1d示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的直角齿和双工作面齿结构的实施场景的示例性示意图；
图1e示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的对直角齿的顶端进行平滑处理的实施场景的示例性示意图；
图1f示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的对双工作面齿进行粗糙处理的实施场景的示例性示意图；
图2示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的流程图；
图3示出根据本公开另一实施方式的透镜参数确定方法的流程图；
图4示出根据本公开又一实施方式的透镜参数确定方法的流程图；
图5示出根据本公开再一实施方式的透镜参数确定方法的流程图；
图6示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定装置的结构框图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他标签、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的标签可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
裸眼3D显示技术日益成熟，已经在医疗、娱乐、工业、教育等领域表现出极大的发展潜力和应用价值。其中，指向背光裸眼3D显示因其具有不需佩戴辅助设备、无分辨率损失，高亮度低串扰的优点成为主流的裸眼3D显示技术之一，显示性能获得了众多用户的肯定。指向式背光中的菲涅尔透镜阵列与LCD液晶显示面板都有周期性的结构，两者交叠放置极易产生莫尔条纹。另一方面，菲涅尔透镜阵列的透镜单元间的拼接位置两侧容易由于结构的非连续性而引起亮度差异，从而产生光学边界。
本领域普通技术人员可以理解，除了裸眼3D显示的指向背光中的菲涅尔透镜，其它透镜和其它应用领域也面临莫尔条纹和光学边界问题。
为了解决上述问题，本公开提出一种透镜参数确定方法、装置、电子设备、存储介质和透镜。
图1a示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法所确定的裸眼三维显示系统的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1a示例性地示出了透镜参数确定方法所确定的裸眼三维显示系统的实施场景，而不构成对本公开的限制。
如图1a所示，背光发光单元101发出的光线103经例如菲涅尔透镜的透镜105汇聚和调整方向后，经液晶屏106获取第一图像进入第一光线接收部件107。背光发光单元102发出的光线104经例如菲涅尔透镜的透镜105汇聚和调整方向后，经液晶屏106获取第二图像进入第二光线接收部件108。由于第一图像和第二图像的差异，将第一图像和第二图像分别发送到第一光线接收部件107和第二光线接收部件108，形成三维立体视觉。
本领域普通技术人员可以理解，第一光线接收部件107、第二光线接收部件108可以是人眼，或者模拟人眼的虚拟接收器，或者其它光线接收部件，本公开对此不作限定。
图1a中所示液晶屏106是液晶屏的侧面的示意图。液晶屏106的正面示意图是正视液晶屏109。
在本公开的实施例中，正视液晶屏109的x轴方向宽度为la，具有pa个像素；y轴方向高度为lb，具有pb个像素。而对于彩色正视液晶屏109，在x轴方向可以有红、绿、蓝(RGB)三种不同颜色的像素，正视液晶屏109的子像素大小为
x轴方向的子像素宽度为
在本公开的实施例中，x轴方向的子像素宽度可以例如是wx＝0.092mm。
在本公开的实施例中，透镜105可以是透镜阵列，由多个透镜单元拼接而成。多个透镜单元可以采用同平面拼接的方式，或者采用圆弧面拼接，或者自由曲面拼接的方式，或者其它拼接方式，子像素宽度可以是其它数值，本公开对此不作限定。
图1b示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法所确定的透镜单元的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1b示例性地示出了透镜参数确定方法所确定的透镜单元的实施场景，而不构成对本公开的限制。
具体地，图1b示出了图1a中的透镜105的透镜单元的结构。
在本公开的实施例中，例如菲涅尔透镜单元的透镜单元110包括：位于透镜单元110中间部分的直角齿111和位于透镜单元110外侧部分的双工作面齿112。交界部分113示出直角齿111和双工作面齿112的交界部分，其中包括一个直角齿和一个双工作面齿。
在透镜单元110的单侧，直角齿111占用的整体宽度为L1，双工作面齿112占用的整体宽度为L。
本领域普通技术人员可以理解，透镜单元110除了可以是菲涅尔透镜单元，还可以是柱状透镜单元，多层交错柱镜透镜单元，还可以是其它透镜单元，本公开对此不作限定。
图1c示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1c示例性地示出了透镜参数确定方法的实施场景，而不构成对本公开的限制。
具体地，图1c示出了透镜参数确定方法的示例性步骤，包括步骤S121、S122、S123、S124。
由显示屏幕大小la*lb 121和像素数量pa*pb 122，在步骤S121中，计算子像素大小
由最大截止对比度123，在步骤S122中，使用对比敏感度函数计算莫尔条纹空间频率f的取值范围。
由子像素空间频率124，在步骤S123中，计算周期比值q的取值范围。
在步骤S124中，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围。
在本公开的实施例中，可以通过莫尔条纹的最大截止对比度，使用对比敏感度函数(Contrast Sensitivity Function，CSF)计算莫尔条纹空间频率的取值范围。
其中，S(f)为对比敏感度函数，人眼光学调制传递函数为
人眼接收光强为
信噪比g＝3.0，人眼积分时间T＝0.1秒，人眼量子效应η＝0.03，人眼最大视场角Xmax＝12°，侧神经噪声的频谱密度
线扩散函数中的标准偏差σ＝0.525arc min，人眼积分最大周期数
Nmax＝15cycle，
侧抑制停止时的空间频率f0＝7cycle/deg，光子变换因子
p＝1.179*106/s/*deg2/Td，
屏幕亮度L＝300cd/m2，瞳孔直径d＝4mm。
在本公开的实施例中，可以设定最大截止对比度为0.03，先采用光场仿真计算对比度粗略范围，再使得对比敏感度函数S(f)大于对比敏感度阈值33，在此条件下基本消除莫尔条纹，从而得到图1a中的透镜105和液晶屏106在0度交叠条件下的莫尔条纹空间频率的取值范围为f>35。最大截止对比度可由视觉敏感度阈值计算得到。
在本公开的实施例中，可以由周期结构的空间频率的计算方法
计算得到子像素空间频率f1＝161.257，其中，X0是透镜视场角，D是瞳孔到透镜的距离，T1是透镜视场角内的子像素个数。fi是光栅结构空间频率，Ti是光栅视场角内的光栅单元个数，在本公开的实施例中，光栅以子像素阵列或透镜齿形的方式实现，光栅结构可为子像素对应的f1，T1，也可为透镜齿形对应的f2，T2。
在本公开的实施例中，可以由莫尔条纹空间频率
f＝(k1+k2*q)*f1
以及莫尔条纹产生的哈密顿量(k1，k2)包括(1，-1)、(1，-2)，得到
|1-q|＜0.22,|1-2q|＜0.22
从而计算得到周期比q的取值范围为0.61<q<0.78。
在本公开的实施例中，根据前述x轴方向子像素宽度可以是wx＝0.092mm，得到菲涅尔透镜的直角齿的齿宽的取值范围wx*q可以是子像素宽度的0.61至0.78倍，例如可以是0.056mm～0.072mm。
本领域普通技术人员可以理解，菲涅尔透镜的直角齿的齿宽也可以根据实际需求设定为其它取值范围，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，菲涅尔透镜的齿的参数计算的适用范围包括：直角齿和双工作面齿。通过直角齿、双工作面齿这两种齿形，以及直角齿的齿宽的取值范围，可以降低莫尔条纹至基本不可见。
在本公开的实施例中，双工作面齿的齿宽可以小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，例如1～1.2倍。
本领域普通技术人员可以理解，双工作面齿的齿宽和直角齿的齿宽之间的特定倍率也可以是其它数值，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过双工作面齿的齿宽可以小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，从而降低莫尔条纹至基本不可见。
图1d示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的直角齿和双工作面齿结构的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1d示例性地示出了透镜参数确定方法的直角齿和双工作面齿结构的实施场景，而不构成对本公开的限制。
具体地，图1d示出图1b中的交界部分113的具体结构。
如图1d所示，双工作面齿112的第一工作面131(主工作面，或折射面)远离图1b中的透镜单元110的中心，双工作面齿112的第二工作面132(辅工作面，或非折射面)靠近图1b中的透镜单元110的中心；直角齿111的斜面133(折射面)远离图1b中的透镜单元110的中心，直角齿111的直角面134(非折射面)靠近图1b中的透镜单元110的中心。双工作面齿112的第一工作面131的宽度为d2，双工作面齿112的第二工作面132的宽度为d1，直角齿111的宽度为w。
图1e示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的对直角齿的顶端进行平滑处理的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1e示例性地示出了透镜参数确定方法的对直角齿的顶端进行平滑处理的实施场景，而不构成对本公开的限制。
具体地，图1e示出对图1d中的直角齿的顶端进行平滑处理。
在本公开的实施例中，可以使用四分之一圆弧141对直角齿111的顶端进行平滑处理。
在本公开的实施例中，可以由
计算得到四分之一圆弧141的半径w1，w2＝w-w1。
在本公开的实施例中，可以如图1e所示，在离AD的w1距离处作一平行面BC与直角齿111的斜面133相交于B点，以B点为圆弧端点，圆心O落在BC上，作一四分之一圆弧，取代直角齿顶端的齿尖角。
在本公开的实施例中，可以对图1b所示的每个直角齿111的顶端做相同的平滑处理。
根据本公开的实施方式，通过对直角齿的顶端做平滑处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
图1f示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的对双工作面齿进行粗糙处理的实施场景的示例性示意图。
本领域普通技术人员可以理解，图1f示例性地示出了透镜参数确定方法的对双工作面齿进行粗糙处理的实施场景，而不构成对本公开的限制。
具体地，图1f示出对图1e中的直角齿的顶端进行平滑处理后，对双工作面齿112的第二工作面132(辅工作面)进行粗糙处理。
在本公开的实施例中，可以使用粗糙度计算函数计算双工作面齿112的第二工作面132的粗糙度
Q＝(a-c)*cos[π/(s*L)*(x-L1)]+c
其中，a为最大粗糙度，可以设定为1μm；c为透镜制作时可以达到的最小粗糙度，可以设定为小于或等于0.1μm。x为每个双工作面齿的第二工作面的中心点与透镜单元中心的距离，s是粗糙度函数的调控因子，可以设定为3≤s≤10。
在本公开的实施例中，可以使用粗糙度Q对双工作面齿112的第二工作面132进行粗糙处理，得到粗糙面151。
根据本公开的实施方式，通过对双工作面齿的第二工作面做粗糙处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
本领域普通技术人员可以理解，在实现图1b所示的透镜单元110的过程中，对直角齿的顶端的平滑处理和双工作面齿的辅工作面的粗糙处理，根据具体的实现方式，可以采用如前所述的先平滑处理后粗糙处理的方式，或者先粗糙处理后平滑处理的方式，或者两种处理同时进行，本公开对此不作限定。
图2示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定方法的流程图。
如图2所示，透镜参数确定方法包括：步骤S201、S202、S203、S204。
在步骤S201中，基于显示屏幕大小和像素数量，获取子像素大小。步骤S201是子像素大小获取步骤。
在步骤S202中，基于最大截止对比度，计算莫尔条纹空间频率的取值范围。步骤S202是莫尔条纹空间频率计算步骤。
在步骤S203中，基于莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围。步骤S203是周期比值计算步骤。
在步骤S204中，基于子像素大小和周期比值的取值范围，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围，并限定表面粗糙度和齿尖角。步骤S204是齿宽计算步骤。
在本公开的实施例中，可以由显示屏幕大小la*lb和像素数量pa*pb，计算彩色显示屏的子像素大小
在本公开的实施例中，如图1a所示的x轴方向子像素宽度可以是wx＝0.092mm。
在本公开的实施例中，例如菲涅尔透镜单元的透镜单元可以包括直角齿和双工作面齿。
在本公开的实施例中，可以基于最大截止对比度计算莫尔条纹空间频率的取值范围，基于莫尔条纹空间频率的取值范围和透镜齿形周期计算周期比的取值范围，最后基于子像素大小和周期比值的取值范围，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围，并限定表面粗糙度和齿尖角。
在本公开的实施例中，最大截止对比度可以是0.03，以基本消除莫尔条纹，也可以根据需要设定为其它值，本公开对此不作限定。
本领域普通技术人员可以理解，透镜单元除了可以是菲涅尔透镜单元，还可以是柱状透镜单元，多层交错柱镜透镜单元，还可以是其它透镜单元，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过子像素大小获取步骤，其中，基于显示屏幕大小和像素数量，获取子像素大小；莫尔条纹空间频率计算步骤，其中，基于最大截止对比度，计算莫尔条纹空间频率的取值范围；周期比值计算步骤，其中，基于所述莫尔条纹空间频率的取值范围和字像素空间频率，计算周期比值的取值范围；齿宽计算步骤，其中，基于所述子像素大小和所述周期比值的取值范围，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围，并限定表面粗糙度和齿尖角，其中，所述透镜单元的齿的参数计算的适用范围包括：直角齿和双工作面齿，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，可以通过莫尔条纹的最大截止对比度，使用对比敏感度函数(Contrast Sensitivity Function，CSF)计算莫尔条纹空间频率的取值范围。
其中，S(f)为对比敏感度函数，人眼光学调制传递函数为
人眼接收光强为
信噪比g＝3.0，人眼积分时间T＝0.1秒，人眼量子效应η＝0.03，人眼最大视场角Xmax＝12°，侧神经噪声的频谱密度
线扩散函数中的标准偏差σ＝0.525arc min，人眼积分最大周期数
Nmax＝15cycle,
侧抑制停止时的空间频率f0＝7cycle/deg，光子变换因子
p＝1.179*106/s/*deg2/Td，
屏幕亮度L＝300cd/m2，瞳孔直径d＝4mm。
在本公开的实施例中，可以设定最大截止对比度为0.03，先采用光场仿真计算对比度粗略范围，再使得对比敏感度函数S(f)大于对比敏感度阈值33，在此条件下基本消除莫尔条纹，从而得到菲涅尔透镜和液晶屏在0度交叠条件下的莫尔条纹空间频率的取值范围为f>35。最大截止对比度可由视觉敏感度阈值计算得到。
根据本公开的实施方式，通过莫尔条纹空间频率计算步骤包括：基于最大截止对比度，先采用光场仿真计算对比度粗略范围，再使用对比敏感度阈值计算莫尔条纹空间频率的取值范围，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，可以由周期结构的空间频率的计算方法
计算得到子像素空间频率f1＝161.257，其中，X0是透镜视场角，D是瞳孔到透镜的距离，T1是透镜视场角内的子像素个数。fi是光栅结构空间频率，Ti是光栅视场角内的光栅单元个数。在本公开的实施例中，光栅以子像素阵列或透镜齿形的方式实现，光栅结构可为子像素对应的f1，T1，也可为透镜齿形对应的f2，T2。
在本公开的实施例中，可以由莫尔条纹空间频率
f＝(k1+k2*q)*f1
以及莫尔条纹产生的哈密顿量(k1，k2)包括(1，-1)、(1，-2)，得到
|1-q|＜0.22,|1-2q|＜0.22
从而计算得到周期比q的取值范围为0.61<q<0.78。
根据本公开的实施方式，通过周期比值计算步骤包括：基于瞳孔到透镜的距离，透镜视场角和透镜视场角内的子像素个数计算子像素空间频率；使用哈密尔顿量，基于莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，如图1b所示，透镜单元110包括：直角齿111和双工作面齿112，并结合图1d所示，直角齿111设置于透镜单元110的中间部分，直角齿111的斜面133远离透镜单元110的中心，双工作面112齿设置于透镜单元110的外侧部分，双工作面齿112的第一工作面131(主工作面，折射面)远离透镜单元110的中心，双工作面齿112的第二工作面132(辅工作面，非折射面)靠近透镜单元110的中心。
在本公开的实施例中，双工作面齿的齿宽小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，例如1～1.2倍。
本领域普通技术人员可以理解，特定倍率也可以是根据实际需要设定的其它数值，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，双工作面齿的齿宽小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
图3示出根据本公开另一实施方式的透镜参数确定方法的流程图。
如图3所示，透镜参数确定方法除了包括和图2相同的步骤S201、S202、S203、S204，还包括：步骤S301。
在步骤S301中，使用弧面对直角齿的顶端进行平滑处理。步骤S301是直角齿顶端平滑处理步骤。
根据本公开的实施方式，通过所述透镜参数确定方法还包括：直角齿顶端平滑处理步骤，其中，使用弧面对所述直角齿的顶端进行平滑处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，如图1e所示，可以由
计算得到四分之一圆弧141的半径w1。其中，双工作面齿112的第一工作面131的宽度为d2，双工作面齿112的第二工作面132的宽度为d1，直角齿111的宽度为w。
在离AD的w1距离处作一平行面BC与直角齿111的斜面133相交于B点，以B点为圆弧端点，圆心O落在BC上，作一四分之一圆弧，取代直角齿顶端的齿尖角。
本领域普通技术人员可以理解，也可以根据需要，采用其它弧面对直角齿的顶端进行平滑处理，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过直角齿顶端平滑处理步骤包括：使用直角齿的宽度，双工作面齿的第一工作面的宽度，和双工作面齿的所述第二工作面的宽度计算圆弧的特定半径；使用具有特定半径的圆弧对直角齿的顶端进行平滑处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
图4示出根据本公开又一实施方式的透镜参数确定方法的流程图。
如图4所示，透镜参数确定方法除了包括和图3相同的步骤S201、S202、S203、S204、S301，还包括：步骤S401。
在步骤S401中，使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理。步骤S401是双工作面齿表面粗糙处理步骤。
根据本公开的实施方式，通过还包括：双工作面齿表面粗糙处理步骤，其中，使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，可以使用粗糙度计算函数计算图1f中的双工作面齿112的第二工作面132的粗糙度
Q＝(a-c)*cos[π/(s*L)*(x-L1)]+c
其中，a为最大粗糙度，可以设定为1μm；c为透镜制作时可以达到的最小粗糙度，可以设定为小于或等于0.1μm。x为每个双工作面齿的第二工作面的中心点与透镜单元中心的距离，s是粗糙度函数的调控因子，可以设定为3≤s≤10。
在本公开的实施例中，可以使用粗糙度Q对双工作面齿112的第二工作面132进行粗糙处理，得到粗糙面151。
根据本公开的实施方式，通过双工作面齿表面粗糙处理步骤包括：基于最大粗糙度，最小粗糙度和调控因子，使用粗糙度计算函数计算粗糙度，使用粗糙度对所述双工作面齿的所述第二工作面进行粗糙处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
图5示出根据本公开再一实施方式的透镜参数确定方法的流程图。
如图5所示，透镜参数确定方法除了包括和图4相同的步骤S201、S202、S203、S204、S301、S401，还包括：步骤S501。
在步骤S501中，将至少两个透镜单元拼接为透镜阵列。
在本公开的实施例中，可以将至少两个透镜单元拼接为透镜阵列。透镜单元的设置可以与发光单元保持一致，也可以采用其它设置方式，本公开对此不作限定。透镜单元可以以平面拼接方式拼接成透镜阵列，也可以用弧面拼接方式拼接为透镜阵列，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过将至少两个透镜单元拼接为透镜阵列，从而扩大透镜面积，提高透镜设计的灵活性，减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
图6示出根据本公开一实施方式的透镜参数确定装置的结构框图。
如图6所示，透镜参数确定装置600包括：子像素大小获取模块601，莫尔条纹空间频率计算模块602，周期比值计算模块603，齿宽计算模块604。
子像素大小获取模块601被配置为基于显示屏幕大小和像素数量，获取子像素大小。
莫尔条纹空间频率计算模块602被配置为基于最大截止对比度，计算莫尔条纹空间频率的取值范围。
周期比值计算模块603被配置为基于所述莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围。
齿宽计算模块604被配置为基于所述子像素大小和所述周期比值的取值范围，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围，并限定表面粗糙度和齿尖角。
在本公开的实施例中，例如菲涅尔透镜单元的透镜单元的齿包括：直角齿和双工作面齿。
本领域普通技术人员可以理解，透镜单元除了可以是菲涅尔透镜单元，还可以是柱状透镜单元，多层交错柱镜透镜单元，还可以是其它透镜单元，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过子像素大小获取模块，被配置为基于显示屏幕大小和像素数量，获取子像素大小；莫尔条纹空间频率计算模块，被配置为基于最大截止对比度，计算莫尔条纹空间频率的取值范围；周期比值计算模块，被配置为基于所述莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围；齿宽计算模块，被配置为基于所述子像素大小和所述周期比值的取值范围，计算透镜单元的直角齿的齿宽的取值范围，并限定表面粗糙度和齿尖角，其中，所述透镜单元的齿包括：直角齿和双工作面齿，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，莫尔条纹空间频率计算模块还被配置为：基于最大截止对比度，先采用光场仿真计算对比度粗略范围，再使用对比敏感度阈值计算莫尔条纹空间频率的取值范围。
根据本公开的实施方式，通过莫尔条纹空间频率计算模块还被配置为：基于最大截止对比度，先采用光场仿真计算对比度粗略范围，再使用对比敏感度阈值计算莫尔条纹空间频率的取值范围，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，周期比值计算模块还被配置为：基于瞳孔到透镜的距离，透镜视场角和透镜视场内的子像素个数计算子像素空间频率；使用哈密尔顿量，基于莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围。
根据本公开的实施方式，通过周期比值计算模块还被配置为：基于瞳孔到透镜的距离，透镜视场角和透镜视场内的子像素个数计算子像素空间频率；使用哈密尔顿量，基于莫尔条纹空间频率的取值范围和子像素空间频率，计算周期比值的取值范围，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，双工作面齿的齿宽小于直角齿的齿宽乘以特定倍率。
根据本公开的实施方式，通过直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，双工作面齿的齿宽小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
在本公开的实施例中，透镜参数确定装置还包括：直角齿顶端平滑处理模块，被配置为使用弧面对直角齿的顶端进行平滑处理。
根据本公开的实施方式，通过还包括：直角齿顶端平滑处理模块，被配置为使用弧面对直角齿的顶端进行平滑处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，直角齿顶端平滑处理模块还被配置为：使用直角齿的宽度，双工作面齿的第一工作面的宽度，和双工作面齿的第二工作面的宽度计算圆弧的特定半径；使用具有特定半径的圆弧对直角齿的顶端进行平滑处理。
根据本公开的实施方式，通过直角齿顶端平滑处理模块还被配置为：使用直角齿的宽度，双工作面齿的第一工作面的宽度，和双工作面齿的第二工作面的宽度计算圆弧的特定半径；使用具有特定半径的圆弧对直角齿的顶端进行平滑处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，透镜参数确定装置还包括：双工作面齿表面粗糙处理模块，被配置为使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理。
根据本公开的实施方式，通过还包括：双工作面齿表面粗糙处理模块，被配置为使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，双工作面齿表面粗糙处理模块还被配置为：基于最大粗糙度，最小粗糙度和调控因子，使用粗糙度计算函数计算粗糙度，使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理。
根据本公开的实施方式，通过双工作面齿表面粗糙处理模块还被配置为：基于最大粗糙度，最小粗糙度和调控因子，使用粗糙度计算函数计算粗糙度，使用粗糙度对双工作面齿的第二工作面进行粗糙处理，从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，透镜参数确定装置还包括：拼接模块，被配置为将至少两个所述透镜单元拼接为透镜阵列。
根据本公开的实施方式，通过还包括：拼接模块，被配置为将至少两个所述透镜单元拼接为透镜阵列，从而扩大透镜面积，提高透镜设计的灵活性，减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，本实用新型公开了一种例如菲涅尔透镜单元的透镜单元。如图1b、图1d所示，透镜单元110包括：直角齿111和双工作面齿112，直角齿111设置于透镜单元110的中间部分，直角齿111的斜面远离透镜单元110的中心，直角齿111的直角面靠近透镜单元110的中心，双工作面齿112设置于透镜单元110的外侧部分，双工作面齿112的第一工作面131(主工作面，折射面)远离透镜单元110的中心，双工作面齿112的第二工作面132(辅工作面，非折射面)靠近透镜单元110的中心。
根据本公开的实施方式，通过直角齿和双工作面齿，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的直角面靠近透镜单元的中心，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，第一工作面包括主工作面，第二工作面包括辅工作面，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
本领域普通技术人员可以理解，透镜单元除了可以是菲涅尔透镜单元，还可以是柱状透镜单元，多层交错柱镜透镜单元，还可以是其它透镜单元，本公开对此不作限定。
在本公开的实施例中，直角齿的齿宽的取值范围可以为子像素宽度的0.61至0.78倍，例如0.056毫米至0.072毫米，双工作面齿的齿宽可以小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，例如1～1.2倍。
本领域普通技术人员可以理解，直角齿的齿宽的取值范围可以根据需要设定为其它范围，特定倍率可以是其它数值，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过直角齿的齿宽的取值范围为子像素宽度的0.61至0.78倍，和/或双工作面齿的齿宽小于直角齿的齿宽乘以特定倍率，从而减弱莫尔条纹，无需复杂的菲涅尔透镜与液晶显示面板的对准与空间调节，也无需添加额外的光学元件。
根据本公开的实施方式，通过在直角齿的顶端设置有弧形结构，从而从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，在直角齿的顶端设置有四分之一圆弧结构，圆弧的半径的取值范围为直角齿的齿宽的5％至7％，例如为5微米至7微米。
根据本公开的实施方式，通过在直角齿的顶端设置有四分之一圆弧结构，所述圆弧的半径的取值范围为直角齿的齿宽的5％至7％，从而从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
本领域普通技术人员可以理解，圆弧的半径可以为其它取值范围，在直角齿的顶端可以设置有除四分之一圆弧之外的其它弧形结构，本公开对此不作限定。
在本公开的实施例中，可以在双工作面齿的第二工作面(辅工作面，非折射面)上设置有粗糙结构。
根据本公开的实施方式，通过在双工作面齿的第二工作面上设置有粗糙结构，从而从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
根据本公开的实施方式，通过双工作面齿的第二工作面上的粗糙结构的粗糙度的取值范围为2微米至5微米，从而从而减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
本领域普通技术人员可以理解，双工作面齿的第二工作面上的粗糙结构的粗糙度的取值范围可以为其它取值范围，本公开对此不作限定。
在本公开的实施例中，本实用新型公开了一种透镜阵列，包括相互拼接的至少两个透镜单元，透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，直角齿的直角面靠近透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，第一工作面包括主工作面，第二工作面包括辅工作面。
根据本公开的实施方式，通过相互拼接的至少两个透镜单元，透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，直角齿的直角面靠近透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，第一工作面包括主工作面，第二工作面包括辅工作面，从而扩大透镜面积，提高透镜设计的灵活性，减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，可以通过平面拼接，或圆弧面拼接，或自由曲面拼接的方式，由透镜单元拼接为透镜阵列。
本领域普通技术人员可以理解，还可以采用其它拼接的方式，本公开对此不作限定。
根据本公开的实施方式，通过拼接包括：平面拼接；或圆弧面拼接；或自由曲面拼接，从而扩大透镜面积，提高透镜设计的灵活性，减弱莫尔条纹，达到不同类型齿之间的亮度的连续过度，消除不同类型齿引起的光学边界。
在本公开的实施例中，本实用新型公开了一种三维显示系统，包括：至少两个发光单元，用于发出光线；透镜阵列，靠近至少两个发光单元，包括：相互拼接的至少两个透镜单元，透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，直角齿的直角面靠近透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，第一工作面包括主工作面，第二工作面包括辅工作面；液晶屏，靠近透镜阵列，并远离至少两个发光单元，用于呈现立体图像。
如图1a所示，三维显示系统可以包括：至少两个发光单元101、102用于发出光线；透镜阵列105；液晶屏106，用于分别呈现例如第一图像和第二图像的立体图像，从而在光线接收部件107、108处形成三维立体视觉。
在本公开的实施例中，透镜阵列105靠近发光单元101、102，液晶屏106靠近透镜阵列105，并远离发光单元101、102。
根据本公开的实施方式，通过至少两个发光单元，用于发出光线；透镜阵列，靠近至少两个发光单元，包括：相互拼接的至少两个透镜单元，透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，直角齿设置于透镜单元的中间部分，直角齿的斜面远离透镜单元的中心，直角齿的直角面靠近透镜单元的中心，双工作面齿设置于透镜单元的外侧部分，双工作面齿的第一工作面远离透镜单元的中心，双工作面齿的第二工作面靠近透镜单元的中心，第一工作面包括主工作面，第二工作面包括辅工作面；液晶屏，靠近透镜阵列，并远离至少两个发光单元，用于呈现立体图像，从而形成三维立体视觉。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种透镜单元，包括：直角齿和双工作面齿，其特征在于：
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面，
所述双工作面齿的齿宽小于所述直角齿的齿宽乘以特定倍率；其中，所述直角齿的齿宽的取值范围为子像素宽度的0.61至0.78倍。
2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，
在所述直角齿的顶端设置有弧形结构。
3.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，
在所述直角齿的顶端设置有四分之一圆弧结构，所述圆弧的半径的取值范围为所述直角齿的齿宽的5％至7％。
4.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，
在所述双工作面齿的第二工作面上设置有粗糙结构。
5.根据权利要求4所述的透镜单元，其特征在于，
所述双工作面齿的第二工作面上的所述粗糙结构的粗糙度的取值范围为2微米至5微米。
6.一种透镜阵列，其特征在于，包括：
相互拼接的至少两个透镜单元，
所述透镜单元，包括：
直角齿和双工作面齿，
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面，
所述双工作面齿的齿宽小于所述直角齿的齿宽乘以特定倍率，其中，所述直角齿的齿宽的取值范围为子像素宽度的0.61至0.78倍。
7.根据权利要求6所述的透镜阵列，其特征在于，
所述拼接包括：平面拼接；或圆弧面拼接；或自由曲面拼接。
8.一种三维显示系统，其特征在于，包括：
至少两个发光单元，用于发出光线；
透镜阵列，靠近所述至少两个发光单元，包括：
相互拼接的至少两个透镜单元，
所述透镜单元，包括：
直角齿和双工作面齿，
所述直角齿设置于所述透镜单元的中间部分，所述直角齿的斜面远离所述透镜单元的中心，所述直角齿的直角面靠近所述透镜单元的中心，
所述双工作面齿设置于所述透镜单元的外侧部分，所述双工作面齿的第一工作面远离所述透镜单元的中心，所述双工作面齿的第二工作面靠近所述透镜单元的中心，
所述第一工作面包括主工作面，所述第二工作面包括辅工作面，
所述双工作面齿的齿宽小于所述直角齿的齿宽乘以特定倍率，其中，所述直角齿的齿宽的取值范围为子像素宽度的0.61至0.78倍；
液晶屏，靠近所述透镜阵列，并远离所述至少两个发光单元，用于呈现立体图像。
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