基于同心透镜阵列的宽视角3d集成成像显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成成像和3D立体显示技术领域，具体涉及一种通过同心透镜阵列拓宽可视角度的3D集成成像显示装置。
【背景技术】
[0002]3D集成成像包括场景记录和再现显示两个过程。在场景记录过程，透镜阵列会聚3D场景的不同角度光线信息，位于透镜阵列焦平面的图像记录设备会记录具有视差的单元图像阵列，每一单元透镜对应一个单元图像；在再现显示过程，单元图像阵列通过显示面板显示，由与记录过程透镜阵列参数相同的重构透镜阵列对光线进行会聚还原，根据光路可逆原理，可再现3D场景的全真立体图像。
[0003]3D集成成像与其它3D成像相比，3D集成成像具有无需辅助观看设备和相干光源，且具有视点连续、全视差、全彩色的优点，避免了视觉疲劳问题，从而成为3D显示领域的重要研究方向，在3D显示、3D电视等领域具有广阔的应用前景。
[0004]尽管3D集成成像具有以上诸多优势，但其也存在许多不足。特别地，可视角度窄的缺陷极大的制约了显示性能，是阻碍3D集成成像走向商业应用的一个主要因素。
[0005]为了克服3D集成成像可视角度窄的问题，国内外学者提出了许多解决方案。主要通过以下三类方法实现:1、通过追踪技术来拓宽可视角度，如中国专利申请公布号CN 103702099 A，名称为“一种基于头部追踪的超大视角集成成像3D显示方法”中，公开了一种拓宽集成成像可视角度的方法，该发明通过追踪装置捕获观看者所处的空间范围，根据观察者所处的视区合成相应的单元图像阵列，实现可视角度的增强，该发明存在的缺陷是需要一个复杂的控制系统，只能满足单人观看。2、通过时分复用技术，结合自适应、偏振等技术来拓宽可视角度，如2014年Chih-Wei Chen, Myungjin Cho, Y1-PaiHuang 等人在“Improved Viewing Zones for Project1n Type Integral Imaging3D Display Using Adaptive Liquid Crystal Prism Array” (JOURNAL OF DISPLAYTECHNOLOGY, VOL.10，N0.3，198-203)中提出了一种使用自适应液晶棱镜阵列结合投影式集成成像的装置，通过时分复用技术来实现可视角度的拓宽，但该装置需要额外的计算机控制系统，且需要快速刷新不同的单元图像阵列，因此装置结构和控制复杂。3、通过改变透镜阵列的结构或在显示面板显示侧填充特殊的传输介质来拓宽可视角度，如中国专利申请公布号CN 102868900 A，名称为“一种宽视角和无串扰的集成成像3D显示装置”中，公开了一种拓宽集成成像可视角度的装置，该装置通过在显示面板显示侧填充高折射率介质，使显示屏发出的光线的传播方向发生偏折的方法来拓宽可视角度，该发明的实施例中拓宽后的可视角度为10.9°，因此该方法存在的缺陷是只能小幅拓宽可视角度。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述已有技术存在的不足，提出了一种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，用于解决现有技术存在的拓宽可视角度效果差且装置结构复杂的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0008]—种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，包括显示面板I和透镜阵列；显示面板I用于显示单元图像阵列，透镜阵列采用由MXN个同心透镜单元排列形成的同心透镜阵列4，M彡2，N彡2，同心透镜单元由中心球体和逐层包裹该中心球体的多个球壳组成，用于拓宽可视角度；在同心透镜单元的最外层球壳内部设置有光阑单元，用于减小像差，MXN个光阑单元组成与同心透镜阵列4排列方式相同的光阑阵列5 ;同心透镜阵列4平行设置于显示面板I的显示侧，其间设置有光纤束阵列2，用于定向传输显示面板I发出的光线，所述同心透镜单元和组成光纤束阵列2的光纤束单元的位置相互对应，且中心对齐；所述光纤束阵列2的入射端紧贴在显示面板I上，光纤束单元的出射端形状为凹形球面，其上设置有透射式散射膜3，且该透射式散射膜3位于同心透镜单元的后焦面，用于将光纤传输的光线耦合到对应的同心透镜单元。
[0009]上述基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，所述同心透镜阵列4中相邻的同心透镜单元彼此相切，同心透镜单元的中心球体和包裹该中心球体的多个球壳，采用光学玻璃或光学塑料材料，且中心球体与多个球壳的曲率中心重合。
[0010]上述基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，所述光阑单元采用平面环形结构，环面平行于显示面板I。
[0011]上述基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，所述光纤束单元是由多根彼此相切的光纤并行排列形成的正方形阵列，其边长与同心透镜单元的直径尺寸相等，光纤直径小于显示面板I的像素尺寸。
[0012]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0013]1、本发明由于采用同心透镜阵列实现对单元图像阵列的重构，组成同心透镜阵列的同心透镜单元由中心球体和逐层包裹该中心球体的多个球壳组成，具有短焦特性，与现有技术通过在显示面板前填充高折射率介质拓宽可视角度的的装置相比，有效地拓宽了重构图像的可视角度。
[0014]2、本发明由于采用同心透镜阵列拓宽可视角度，与现有技术通过追踪技术拓宽可视角度和通过时分复用技术拓宽可视角度相比，无需额外设置控制系统，简化了装置系统结构。
[0015]3、本发明由于采用同心透镜阵列拓宽可视角度，与现有技术通过追踪技术拓宽可视角度只能满足单人观看相比，无须对观看者进行追踪，可满足多人同时进行观看。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的结构剖视图；
[0017]图2为本发明实施例中光阑阵列结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述:
[0019]有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0020]参照图1，基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，包括显示面板1、光纤束阵列2、透射式散射膜3、同心透镜阵列4和光阑阵列5 ;显示面板I采用由背光层和液晶层组成的液晶显示面板，用于显示单元图像阵列；同心透镜阵列4由20X20个同心透镜单元排列形成；同心透镜单元由中心球体41和球壳42组成，中心球体41的球面与球壳42内表面相切；在球壳42内部设置有光阑单元，光阑单元采用平面环形结构，环面平行于显示面板I，光阑中心与同心透镜单元的曲率中心重合；同心透镜阵列4平行设置于显示面板I的液晶层一侧，光纤束阵列2设置在同心透镜阵列4和显示面板I之间，用于定向传输显示面板I发出的光线，同心透镜单元和组成光纤束阵列2的光纤束单元的位置相互对应，且中心对齐；光纤束单元的入射端紧贴在显示面板I上，其出射端形状为凹形球面，该球面上设置有透射式散射膜3，用于将光纤传输的光线耦合到对应的同心透镜单元，且该透射式散射膜3位于同心透镜单元的后焦面。
[0021]显示面板的像素尺寸为0.0779mm。
[0022]组成同心透镜单元的中心球体41和球壳42的曲率中心重合，中心球体41的材料是F_SILICA型光学玻璃，其焦距为36.878，曲率半径为0.530mm，外层球壳42的材料是S-NBH8型光学玻璃，其焦距为18.187mm，曲率半径为0.926mm，球壳厚度为0.396mm，计算可得同心透镜单元的焦距为2mm，进而计算得可视视角度为49.68°，能有效拓宽重构图像的可视角度。
[0023]光纤束单元是由多根彼此相切的光纤并行排列形成的正方形阵列，正方形的边长为1.852mm，光纤的直径为0.050mm。
[0024]透射式散射膜可将光纤传输的光线耦合到对应的同心透镜单元，因此可以避免相邻同心透镜单元之间的串扰。
[0025]参照图2，光阑阵列5由20X20个光阑单元正交排列形成，相邻光阑单元彼此相切，由于光阑单元抑制了只通过外层球壳的光线，因此可减小同心透镜带来的像差。
[0026]本发明利用同心透镜阵列I的短焦特性，结合光纤束阵列2的传输作用以及透射式散射膜3的耦合作用，有效的拓宽了集成成像的可视角度。
【主权项】
1.一种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，包括显示面板(I)和透镜阵列；其特征在于，显示面板(I)用于显示单元图像阵列；透镜阵列采用由MXN个同心透镜单元排列形成的同心透镜阵列(4)，M彡2，N彡2，同心透镜单元由中心球体和逐层包裹该中心球体的多个球壳组成，用于拓宽可视角度；在同心透镜单元的最外层球壳内部设置有光阑单元，用于减小像差，MXN个光阑单元组成与同心透镜阵列(4)排列方式相同的光阑阵列(5);同心透镜阵列(4)平行设置于显示面板(I)的显示侧，其间设置有光纤束阵列(2)，用于定向传输显示面板(I)发出的光线；所述同心透镜单元和组成光纤束阵列(2)的光纤束单元的位置相互对应，且中心对齐；所述光纤束阵列(2)的入射端紧贴在显示面板(I)上，光纤束单元的出射端形状为凹形球面，其上设置有透射式散射膜(3)，且该透射式散射膜(3)位于同心透镜单元的后焦面，用于将光纤传输的光线耦合到对应的同心透镜单J L ο2.根据根据权利要求1所述的基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，其特征在于，所述同心透镜阵列(4)中相邻的同心透镜单元彼此相切，同心透镜单元的中心球体和包裹该中心球体的多个球壳，米用光学玻璃或光学塑料材料，且中心球体与多个球壳的曲率中心重合。3.根据根据权利要求1所述的基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，其特征在于，所述光阑单元采用平面环形结构，环面平行于显示面板(I)。4.根据根据权利要求1所述的基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，其特征在于，所述光纤束单元是由多根彼此相切的光纤并行排列形成的正方形阵列，其边长与同心透镜单元的直径尺寸相等，光纤直径小于显示面板(I)的像素尺寸。
【专利摘要】本发明提出了一种基于同心透镜阵列的宽视角3D集成成像显示装置，用于解决现有技术存在的拓宽可视角度效果差且装置结构复杂的问题，包括显示面板、光纤束阵列、光阑阵列、透射式散射膜和同心透镜阵列；光纤束阵列位于平行设置的同心透镜阵列和显示面板之间，且光纤束单元的输入端紧贴显示面板,其输出端为与同心透镜单元后焦平面重合的凹形球面,在该凹形球面上设置有透射式散射膜；同心透镜单元由中心球体和逐层包裹该中心球体的多个球壳组成，光阑单元设置在同心透镜单元最外层球壳内部；同心透镜单元和组成光纤束阵列的光纤束单元的位置相互对应，且中心对齐。本发明具有可视角度宽、结构简单的优点，可用于3D电视等显示领域。
【IPC分类】G02B27/22
【公开号】CN105137604
【申请号】CN201510523569
【发明人】王晓蕊, 张建磊, 杜军辉, 刘鑫, 刘德连, 黄曦, 张建奇
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月24日