【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维显示，特别是涉及一种基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置。
技术介绍
1、集成成像技术是一种简单、高效、高性能的裸眼3d显示技术。它不需要依赖额外的助视设备，仅仅通过透镜阵列与图像阵列精密耦合就可提供深度信息，被认为是一项很有前景的立体显示技术，在医疗，军事，教育等多个领域具有极大的应用潜力。在集成成像技术中，视角是一项关键指标，较宽的视角能够尽可能多的还原物体的真实信息，并且支持多个观看者同时观看。遗憾的是，目前在集成成像
，视角窄仍然是一个技术缺点。如附图1所示，传统集成成像具有周期性结构，造成了显示空间中主视区和次视区的周期性排列，每个视区中显示相同信息内容，这不仅限制了显示视角，也造成了显示空间的浪费。
2、目前有一些增大视角的技术方案，人眼追踪方式能够获取观看者位置，并实时更新对应位置的3d图像，但这种方法不能支持多人同时观看，仅仅提升了单人观看体验。弯曲的显示器件和透镜阵列可以避免上述人眼追踪的缺点，但这种方法对显示面板和透镜阵列的制造工艺提出了巨大的要求，并且弯曲的3d显示设备容易导致图像失真，装置整体稳定性差，缺少便捷性的特点。时分复用技术通过光学器件的快速响应与显示面板相配合，在时间的维度上增加透镜孔径或图像元节距以增加视角。但是在这类方法中，光电器件较高的刷新率、机械结构的精密移动或是系统复杂结构都是难以克服的问题。目前增大视角的方法中，都没有从集成成像本身的视区原理出发，大都聚焦在扩大主视区范围方面。
技术实现思路
2、所述交织编码的微图像阵列，由多个交织微图像元组成，每个交织微图像元由2d显示屏的m个子像素构成，包含所有分离视区中的部分光场信息。
3、所述光场导向层为微透镜阵列，位于2d显示屏上方，由多个参数相同的微透镜排列而成，对2d显示屏出射的光线进行第一次光场调控。如附图3所示，每个微透镜调制其覆盖的一个交织微图像元中的n个子像素，每个交织微图像元中不同位置的子像素发出的光线经微透镜折射，产生n个方向的分离光束。
4、优选地，所述2d显示屏位于光场导向层下方焦平面处，以减小分离光束发散角，避免二次光场调制时相邻光束之间的串扰。
5、优选地，所述微透镜所调制子像素数量n应在30以下，以减弱微透镜的边缘像差对光线调制的影响，同时保证大透镜阵列节距不会过大而降低3d显示效果。
6、所述光场重构层为大透镜阵列，位于光场导向层上方，由多个参数相同的大透镜排列而成，对2d显示屏出射的光线进行第二次光场调控。如附图4所示，由光场导向层产生的n个方向的分离光束分别照射至n个相邻的大透镜，同时，每个大透镜受到个相邻微透镜折射的分离光束的照射。在参数设计时，确保为整数。每个大透镜将分离光束折射汇聚，形成n个相邻的分离视区，通过调整这n个分离视区的3d内容，可将n个分离视区合并为一个完整视区。完整视区的可视角度θ可由公式(1)计算：
7、
8、其中，pd为2d显示屏子像素宽度，d为光场导向层与光场重构层之间的距离。
9、如附图5所示，为保证不同分离视区的光场信息能够被精确分离并重构，子像素参数、光场导向层参数和光场重构层参数需要满足：
10、
11、
12、其中，fl和pl为光场导向层的焦距和节距，ql为光场重构层的节距。
13、优选地，所述2d显示屏、光场导向层与光场重构层的中心对齐，使得单个分离光束宽度刚好照射一个大透镜，确保每个大透镜不会重构照射相邻大透镜的分离光束。
14、优选地，所述光场导向层与光场重构层之间的距离d不小于以保证照射同一个大透镜的分离光束能够完全重合。
15、本专利技术提出一种基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，利用多个视区显示不同内容再拼接重组的方法扩大显示视角。2d显示屏显示交织编码的微图像阵列，提供具有不同视区信息的交织光场。光场导向层进行一次光场调控，将交织微图像元中子像素的出射光线进行导向分离，形成多个分离光束。光场重构层进行二次光场调控，将分离光束重构为分离视区，再利用在不同分离视区展示连续3d信息，以有效扩大视角。
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1.基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述装置由2D显示屏、光场导向层和光场重构层组成，2D显示屏位于装置最底层，往上依次是光场导向层和光场重构层；2D显示屏用于显示交织编码的微图像阵列，为装置上层结构提供具有不同视区信息的交织光场；光场导向层为微透镜阵列，用于调制2D显示屏出射的光线，将具有不同视区信息的交织光场在空间中导向分离；光场重构层为大透镜阵列，用于接收光场导向层调制后的分离光束，并将不同方向的分离光束分别重构为分离视区，同时对这些分离视区进行合并，实现3D视角的扩大。
2.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述交织编码的微图像阵列由多个交织微图像元组成，每个交织微图像元由2D显示屏的m个子像素构成，包含所有分离视区中的部分光场信息。
3.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述光场导向层为微透镜阵列，位于2D显示屏上方，由多个参数相同的微透镜排列而成，对2D显示屏出射的光线进行第一次光场调控；每个微透镜调制其覆盖的一个交织微图像元中的n
4.根据权利要求3所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述2D显示屏位于光场导向层下方焦平面处，以减小分离光束发散角，避免二次光场调制时相邻光束之间的串扰。
5.根据权利要求3所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述微透镜所调制子像素数量n应在30以下，以减弱微透镜的边缘像差对光线调制的影响，同时保证大透镜阵列节距不会过大而降低3D显示效果。
6.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述光场重构层为大透镜阵列，位于光场导向层上方，由多个参数相同的大透镜排列而成，对2D显示屏出射的光线进行第二次光场调控；由光场导向层产生的n个方向的分离光束分别照射至n个相邻的大透镜，同时，每个大透镜受到个相邻微透镜折射的分离光束的照射；在参数设计时，确保为整数；每个大透镜将分离光束折射汇聚，形成n个相邻的分离视区，通过调整这n个分离视区的3D内容，可将n个分离视区合并为一个完整视区；完整视区的可视角度θ可由公式计算，其中，pd为2D显示屏子像素宽度，d为光场导向层与光场重构层之间的距离。
7.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，为保证不同分离视区的光场信息能够被精确分离并重构，子像素参数、光场导向层参数和光场重构层参数需要满足公式和其中，fl和pl为光场导向层的焦距和节距，QL为光场重构层的节距。
8.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述2D显示屏、光场导向层与光场重构层的中心对齐，使得单个分离光束宽度刚好照射一个大透镜，确保每个大透镜不会重构照射相邻大透镜的分离光束。
9.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述光场导向层与光场重构层之间的距离d不小于以保证照射同一个大透镜的分离光束能够完全重合。
...【技术特征摘要】
1.基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，其特征在于，所述装置由2d显示屏、光场导向层和光场重构层组成，2d显示屏位于装置最底层，往上依次是光场导向层和光场重构层；2d显示屏用于显示交织编码的微图像阵列，为装置上层结构提供具有不同视区信息的交织光场；光场导向层为微透镜阵列，用于调制2d显示屏出射的光线，将具有不同视区信息的交织光场在空间中导向分离；光场重构层为大透镜阵列，用于接收光场导向层调制后的分离光束，并将不同方向的分离光束分别重构为分离视区，同时对这些分离视区进行合并，实现3d视角的扩大。
2.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，其特征在于，所述交织编码的微图像阵列由多个交织微图像元组成，每个交织微图像元由2d显示屏的m个子像素构成，包含所有分离视区中的部分光场信息。
3.根据权利要求1所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，其特征在于，所述光场导向层为微透镜阵列，位于2d显示屏上方，由多个参数相同的微透镜排列而成，对2d显示屏出射的光线进行第一次光场调控；每个微透镜调制其覆盖的一个交织微图像元中的n个子像素，每个交织微图像元中不同位置的子像素发出的光线经微透镜折射，产生n个方向的分离光束。
4.根据权利要求3所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，其特征在于，所述2d显示屏位于光场导向层下方焦平面处，以减小分离光束发散角，避免二次光场调制时相邻光束之间的串扰。
5.根据权利要求3所述的基于二次光场调控的大视角集成成像3d显示装置，其特征在于，所述微透镜所调制...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓欢，陈宇昂，白玉成，唐骏，杨洁，赵崇吉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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