一种大视角的集成成像3d显示屏的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成成像技术，特别涉及一种大视角的集成成像3D显示屏。
【背景技术】
[0002] 集成成像包括3D拍摄和3D显示两个过程。3D拍摄由微透镜阵列和CCD成像器件完 成。3D拍摄过程中，由于被拍摄场景通过微透镜阵列的每个透镜元都能生成一个独立的像， 每个透镜元从不同的方向记录下3D场景的一部分信息，在每个透镜元的后焦平面上都会生 成一个微小图像，称之为图像元，因此在微透镜阵列的后焦平面上就会形成一个记录3D场 景不同角度信息的微图像阵列。3D显示是由微透镜阵列和2D显示屏完成。3D显示过程中，把 显示图像元的2D显示屏放置在透镜元的后焦平面上，根据光路可逆原理，微透镜阵列把所 有与之相对应的图像元发出的光线进行会聚还原，就会在微透镜阵列的前方重建出与记录 时完全相同的3D图像。
[0003] 3D观看视角是集成成像3D显示的重要性能参数，它是指能看到无跳变、无串扰、完 整的3D图像的观看角度。3D观看视角越大，观看的自由度越大。，常规集成成像3D显示器的 主视区的3D观看视角非常窄，只有几度到十几度，而且各个阶次视区间存在较大的串扰区， 这是制约集成成像发展的一个重要因素。
[0004] 如附图1所示，常规集成成像3D显示屏由2D显示屏和微透镜阵列组成，它的3D观看 视角为：
其中，为微透镜阵列中透镜元的节距，为微透镜阵列到2D显示屏的距离。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种大视角的集成成像3D显示屏。附图2所示，该集成成像3D显示屏由 2D显示屏、微凸透镜阵列和微凹透镜阵列组成，微凸透镜阵列和微凹透镜阵列之间的距离 为零，且微凸透镜阵列中透镜元的右曲率半径等于微凹透镜阵列中透镜元的左曲率半径。 2D显示屏处于微凸透镜阵列的后焦平面上用于显示微图像阵列，微凸透镜阵列、微凹透镜 阵列中透镜元的个数和微图像阵列中图像元的个数相同，2D显示屏上图像元发出的光线经 过微凸透镜阵列和微凹透镜阵列折射，在微凹透镜阵列前方形成放大的虚拟微图像阵列， 经过光线的会聚还原，再现出一个大视角的3D图像。
[0006] 2D显示屏上图像元的节距、微凸透镜阵列中透镜元的节距、以及微凹透镜阵列中 透镜元的节距都相等，都为W，并且每个图像元及其相对应的凸透镜元和凹透镜元一一对 应。微凹透镜阵列中透镜元的左曲率半径r 3和右曲率半径r4需满足条件：
附图3为本发明提出的3D显示屏的3D观看视角示意图。cU和山分别为微凸透镜阵列和 微凹透镜阵列的厚度，W1为凸透镜元左球面顶点到物方主平面的距离，W2为凸透镜元右球面 顶点到像方主平面的距离，W3为凹透镜元左球面顶点到物方主平面的距离，为凸透镜元的 焦距，它们满足关系：
如附图3所示，本发明所提出集成成像3D显示屏的3D观看视角为：
其中β为微凸透镜阵列和微凹透镜阵列相对微图像阵列的放大率，并由下式决定：
其中h为凸透镜元的物距，1/为凹透镜元的像距，f2为凹透镜元的焦距。
[0007] 当微凹透镜阵列中的凹透镜元满足公式（2)和（3)时，可得到#.>:〖，很显然存在 fi > Q，即本发明提出的集成成像3D显示屏的3D观看视角要比常规的集成成像3D显示屏的 3D观看视角大。
【附图说明】
[0008] 附图1为常规集成成像3D显示屏的3D观看视角示意图 附图2为本发明提出的一种大视角的集成成像3D显示屏示意图 附图3为本发明提出的一种大视角的集成成像3D显示屏的3D观看视角示意图 上述附图中的图示标号为： 1. 2D显示屏，2.微凸透镜阵列，3.微凹透镜阵列，4.凸透镜元，5.凹透镜元 应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
【具体实施方式】
[0009] 下面详细说明本发明的一种大视角的集成成像3D显示屏的一个典型实施例，对本 发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的 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。
[0010]本发明提出一种大视角的集成成像3D显示屏，附图3所示。该集成成像3D显示屏由 2D显示屏、微凸透镜阵列和微凹透镜阵列组成，2D显示屏将图像阵列直接投影到微凸透镜 阵列的后焦面上，微凸透镜阵列、微凹透镜阵列与微图像阵列包含的图像元的个数相同，都 为i〇 微凹透镜阵列中凹透镜元的曲率半径满足公式（2)，且凸透镜元的左曲 率半径和凹透镜元的右曲率半径相等，厚度需满足公式(3)，2D显示屏上图像元的节距、微 凸透镜阵列透镜元的节距和微凹透镜阵列透镜元的节距三者相等，都为W，并且每个图像元 相对应的凸透镜元和凹透镜元三者一一对应。微凸透镜阵列和微凹透镜阵列对2D显示屏投 影的光线进行发散，在微凹透镜阵列的虚焦平面上形成放大的虚拟图像阵列，然后光线进 行会聚再现出3D图像。
[0011] 微凸透镜阵列和微凹透镜阵列之间的距离为零，且微凸透镜阵列中透镜元的右曲 率半径r2与微凹透镜阵列中凹透镜元的左曲率半径r 3相等。微凸透镜阵列的节距W=lmm，厚 度di=0 · 6mm，折射率m=l · 586，ri=3 · 742mm，Γ2=-3 · 742mm。微凹透镜阵列的节距W=lmm，r3=-3.7421111]1，14=0.61]11]1，折射率112=1.50，厚度为(12。在聚焦模式时，图像元阵列与微凸透镜阵列 之间的距离为8=3.2!11 111，(12=1.1111111，可得出常规集成成像30显示屏在聚焦模式的30观看视角 Ω =10.83°，由公式（4)得出本发明集成成像3D显示屏在聚焦模式的3D观看视角Ω'= 28.67°。在实模式时，g=4mm，d 2=l. 1mm，可得出常规集成成像3D显示屏在实模式的3D观看视 角Ω=1〇. 85°，由公式（4)得出本发明集成成像3D显示屏在实模式的3D观看视角Ω'= 22.79°。在虚模式时，g=2mm，d2=l. 1mm，可得出常规集成成像3D显示屏在虚模式的3D观看视 角Ω =20.03°，由公式（5)得出本发明集成成像3D显示屏在虚模式的3D观看视角度Ω~ 36.47°。综上所述，在聚焦模式、实模式、虚模式时，由上面的数据可以得出：本发明集成成 像3D显示屏的3D观看视角大于常规集成成像3D显示屏的3D观看视角。
[0012] 所述微凸透镜阵列和微凹透镜阵列对2D显示屏的光线进行散射，在微凹透镜阵列 的像方焦距上形成一个放大的虚拟图像阵列，虚拟图像阵列经过光线的会聚还原，再现出 一个大视角的3D图像。
【主权项】
1. 一种大视角的集成成像3D显示屏，其特征在于，该集成成像3D显示屏由2D显示屏、微 凸透镜阵列和微凹透镜阵列组成，微凸透镜阵列和微凹透镜阵列之间的距离为零，且微凸 透镜阵列中透镜元的右曲率半径等于微凹透镜阵列中透镜元的左曲率半径，2D显示屏处于 微凸透镜阵列的后焦平面上用于显示微图像阵列，微凸透镜阵列、微凹透镜阵列中透镜元 的个数和微图像阵列中图像元的个数相同，2D显示屏上图像元发出的光线经过微凸透镜阵 列和微凹透镜阵列折射，在微凹透镜阵列前方形成放大的虚拟微图像阵列，经过光线的会 聚还原，再现出一个大视角的3D图像。2. 根据权利要求1所述的一种大视角的集成成像3D显示屏，其特征在于，凸透镜元与凹 透镜元的节距都为W，凸透镜元右曲率半径^与凹透镜元左曲率半径r 3相等，微凹透镜阵列 中凹透镜元的左曲率半径r3和右曲率半径r4需满足条利，且凸透镜元的左曲 率半径和凹透镜元的右曲率半径相等。3. 根据权利要求1所述的一种大视角的集成成像3D显示屏，其特征在于，微凹透镜阵列 需满足其中，cU和山分别为微凸透镜阵列和 微凹透镜阵列的厚度，W1为凸透镜元左球面顶点到物方主平面的距离，w2为凸透镜元右球面 顶点到像方主平面的距离，w3为凹透镜元左球面顶点到物方主平面的距离，为凸透镜元的 焦距。4. 根据权利要求1所述的一种大视角的集成成像3D显示屏，其特征在于，本发明所提出 集成成像3D显示屏的3D观看视角戈，其中，W为微凸透镜阵列中透镜元的 节距，g为微凸透镜阵列到2D显示屏的距离，β为微凸透镜阵列和微凹透镜阵列相对微图像 阵列的放大率其中1 i为凸透镜元的物距，1 /为凹透镜元的像距， f2为凹透镜元的焦距。
【专利摘要】本发明提出一种大视角的集成成像3D显示屏。该集成成像3D显示屏由2D显示屏、微凸透镜阵列和微凹透镜阵列组成，微凸透镜阵列和微凹透镜阵列之间的距离为零，且微凸透镜阵列中透镜元的右曲率半径等于微凹透镜阵列中透镜元的左曲率半径。2D显示屏处于微凸透镜阵列的后焦平面上用于显示微图像阵列，微凸透镜阵列、微凹透镜阵列中透镜元的个数和微图像阵列中图像元的个数相同，2D显示屏上图像元发出的光线经过微凸透镜阵列和微凹透镜阵列折射，在微凹透镜阵列前方形成放大的虚拟微图像阵列，经过光线的会聚还原，再现出一个大视角的3D图像。
【IPC分类】G02B27/22
【公开号】CN105607269
【申请号】CN201510978567
【发明人】王琼华, 张汉乐, 邓欢, 熊召龙, 邢妍
【申请人】四川大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月24日