一种基于同步空间光调制器的立体显示系统

本发明属于图像显示领域，尤其是涉及一种基于空间光调制器的立体显示系统。

背景技术：

3d显示技术是未来一种主流显示方向，其中应用最为广泛的是基于视差图像的立体显示方法。左眼和右眼位于空间中不同位置，借助某些方法使得左眼只接收到左眼对应视差图像，右眼只接收到右眼对应的视差图像，经由大脑融合获得3d立体信息。

目前的一种自由立体显示利用狭缝光栅或柱状透镜来实现视差屏障，是基于空分复用原理的一种立体显示技术，虽然该类技术在串扰度上有较好的表现，但视差屏障也会导致背光亮度下降及分辨率损失等问题。另一种是，它通过线性透镜及空间光调制的通光像素窗口的位置来出射光线的方向，由于是基于时分复用原理实现的，故可以保证无分辨率损失和2d/3d切换。

基于空间光调制器的立体显示的背光源往往采用的是扫描式激光，造价昂贵且同步控制方案较为复杂，需要对激光、扫描仪、空间光调制器、液晶面板等多个模块进行同步控制设计。

另外，传统的基于空间光调制器的立体显示系统选择造价昂贵的铁电液晶空间光调制器，虽然在响应时间及串扰度上有优势，但显示范围较小，后续的光学系统较为复杂，系统厚度较大，在家用环境下没有普适性。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于同步空间光调制器的立体显示系统，适用于家用环境，结构紧凑、全分辨率、支持2d/3d切换。

一种基于同步空间光调制器的立体显示系统，包括led背光源、线性透镜阵列、空间光调制器阵列、线性扩散膜i、线性扩散膜ii、图像显示屏、视点检测模块和同步控制模块。线性透镜阵列，用于控制led背光源出射的光线方向；空间光调制器阵列，紧贴于线性透镜阵列的出射面，用于生成可寻址通光像素窗口，位置根据视区中心坐标唯一确定，由同步控制模块驱动；线性扩散膜i，紧贴于空间光调制器阵列的出射面，用于设定空间光调制器出射光线的出瞳扩散方向；线性扩散膜ii，紧贴于图像显示屏的入射面，用于将背光的扩散光束均匀地在图像显示屏前扩散；图像显示屏，为透射式被动显示面板，用于加载3d视频；视点检测模块，用于实时获取观看者视点的空间坐标，并上传至同步控制模块；同步控制模块，用于获取图像显示屏面板的同步信号，以同步信号作为触发信号来确定同步时序，驱动空间光调制器阵列的生成及led背光源的开关；视点检测模块获取视区中心的空间坐标后，上传至同步控制模块；同步控制模块根据左右视区空间坐标计算生成对应的空间光调制器通光像素窗口，根据图像显示屏面板的同步信号同步刷新空间光调制器的通光像素窗口位置。

更进一步具体实施方式中，所述的led背光源，由多个led组成阵列，位于主光轴的矢面，大小与立体显示区域大小相对应，每行有m个led，共n行，阵列位置与带有行间错位的空间光调制器阵列相对应。

更进一步具体实施方式中，所述的线性透镜阵列由多个一维线性透镜组成，每行led对应一个线性透镜，各透镜共面且位于主光轴的矢面，用于对led出射光线在垂直方向上进行准直，在水平方向上自由发散。

更进一步具体实施方式中，所述的线性透镜阵列与led阵列的沿主光轴方向距离l应满足：

其中，观看者视区中心至线性透镜阵列沿主光轴方向距离为，线性透镜阵列中的单个透镜焦距为。

更进一步具体实施方式中，所述的空间光调制器阵列，单个空间光调制器为透射式振幅空间光调制器，由单个长宽固定的通光像素窗口构成，其分布位置由视区中心的空间坐标决定，各像素窗口中心与对应线性透镜阵列中心连线到视点位置；阵列的分布具有行间错位，使扩散光束在图像显示屏平面上的多个扩散光束相结合而形成背光。

更进一步具体实施方式中，所述的视点检测模块的视点检测速度应与图像显示屏的3d视频立体效果输出的刷新速度相匹配。

更进一步具体实施方式中，所述同步控制模块包含图像显示屏面板的同步信号采集模块、led背光源驱动模块和空间光调制器阵列驱动模块，同步信号采集模块用于采集图像显示屏面板的同步信号及像素数据，led背光源驱动模块根据同步信号触发输出背光源的驱动信号，空间光调制器阵列驱动模块负责根据同步信号触发在特定位置生成通光像素窗口。

更进一步具体实施方式中，所述同步控制模块中的同步信号采集电路用于采集图像显示屏面板传输数据中的垂直同步信号、水平同步信号、数据使能信号、像素时钟信号和像素数据信号，同步控制模块结合相关信号对3d视频播放起点时刻进行判断，依据同步信号及时钟信号设定系统的同步时序。

本发明的有益效果：

本发明提出一种基于同步空间光调制器的立体显示系统，采用led阵列作为背光源，相比于传统的基于空间光调制器的自由立体显示系统，具有结构简单紧凑、低成本、全分辨率、支持2d/3d切换等优点，在厚度上有较大的优势，在家用环境下有较高的潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的俯视结构示意图。

图中，110：led背光源；111：led单元；120：线性透镜阵列；130：空间光调制器阵列；140：线性扩散膜i；150：线性扩散膜ii；160：图像显示屏；170：视区；171：右视区中心；172：左视区中心；180：视点检测模块；190：同步控制模块。

图2为本发明实施例的某视区对应的空间光调制器阵列示意图。

图3为本发明实施例的同步控制模块功能流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明所述的一种基于同步空间光调制器的立体显示系统包括led背光源110、线性透镜阵列120、空间光调制器阵列130、线性扩散膜i140、线性扩散膜ii150、图像显示屏160、视点检测模块180和同步控制模块190。

视点检测模块180获取观看者人眼中心的空间坐标后上传至同步控制模块190，经过光线追迹的几何计算来确定空间光调制器的通光像素窗口的具体位置，生成空间光调制器阵列130。

单个空间光调制器的通光像素窗口在轴方向长度应基本等于对应单个线性透镜在轴方向的长度，设选定的中心led背光源对应的空间光调制器为第i=0个通光像素窗口，x轴正方向为i=1,2…,x轴负方向为i=-1,-2…，则第i个通光像素窗口的位置应满足以下关系：

其中，所述led背光源正中心led发光面中心为坐标原点，d为同行的led间隔距离、为线性透镜阵列120中单个透镜的焦距、x为视区中心点x轴坐标、y为视区中心点y轴坐标。

本实施例中，空间光调制器阵列130由彩色液晶面板进行实现，其驱动由同步控制模块190中的hdmi接口进行输出。光线从led背光源110出发，依次经过线性扩散膜i140、线性扩散膜ii150、图像显示屏160到达视区170。对于单个视区中心点位置，如右视区中心171和左视区中心172，空间光调制器阵列130均为唯一对应的，将两个唯一对应的空间光调制器阵列130交替输出，同时该输出与图像显示屏160显示的左右视差图像进行同步刷新，即可实现时分复用的立体显示效果。图2为某视点对应的带有行间错位的空间光调制器阵列130示意图，本实施例以m=3，n=6的led背光源为例。

本实施例中的同步控制模块用fpga平台进行实现，其功能如图3所示。其中同步信号采集电路的输入使用的是图像显示屏160的lvds接口，输出的信号有：垂直同步信号、水平同步信号、数据使能信号、像素时钟信号和像素数据信号。根据其输出信号可以判断3d视频中前置的像素数据变化时刻，结合垂直同步信号的上升沿检测，可以确定3d视频的同步时间节点，最终由垂直同步信号结合延迟时间对led背光源110的驱动模块、空间光调制器阵列130驱动模块进行触发。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内，例如实施例中空间光调制器阵列可以不使用液晶面板实现，而是特殊材料的液晶盒实现。