[实用新型]基于近似球面波照明的裸眼三维显示系统

说明书

技术领域

本实用新型属于三维显示技术领域，具体涉及一种基于近似球面波照明的裸眼三 维显示系统，利用该系统可以实现图像动态三维显示。

背景技术

裸眼三维显示是未来显示技术发展的重要方向，其中基于柱透镜阵列或者微透镜 阵列的自由立体显示技术极具前景，已经吸引了众多研究机构的注意。现有的自由立体显 示系统主要分为两类：一类基于液晶、投影等电子显示技术的可刷新立体显示。另一类是基 于打印或者印刷技术的三维打印或者立体印刷技术，只能显示静态的一幅或者几幅三维图 像。

裸眼三维技术已经应用于诸如游戏界面、影像传播、空间投影等方面；但是无论是 动态还是静态立体显示系统，都使用固定的均匀扩散光源，这在很大程度上限制了三维显 示系统的设计自由度，制约了三维显示系统的性能。

目前，基于电子显示技术的可刷新立体显示为实现三维图像的放大、缩小或者三 维图像的空间位置的变换，都需要软件系统对基元图像进行相应的缩放和变换计算，以获 得新的基元图像，然后用新的基元图像刷新显示器上的旧图像，最终实现三维图像的刷新。 基元图像的每次变化，都需要重新计算投影参数，计算复杂且计算量很大，这导致系统的响 应时间过长，大大降低了三维显示系统的性能，从而降低裸眼观影舒适度。

采用印刷或者打印的基元图像进行三维显示时，现有的显示系统无法对三维图像 的空间位置、大小和分辨率等进行实时调节，只能显示静态的图像，无动态或者实时三维显 示功能。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于近似球面波照明的裸眼三维显示系统，首次利 用近似球面波照明装置照明三维显示系统，无需图像刷新即可实现动态三维显示。

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于近似球面波照明 的裸眼三维显示系统，包括近似球面波照明装置、基元图像以及透镜阵列；所述基元图像位 于近似球面波照明装置以及透镜阵列之间或者所述透镜阵列位于近似球面波照明装置以 及基元图像之间；所述基元图像不位于所述透镜阵列的物方焦平面或者像方焦平面上；所 述近似球面波照明装置包括近似球面波光源。

本实用新型中，近似球面波照明装置包括近似球面波光源，其发射近似球面光波； 近似球面光波照明基元图像与透镜阵列。近似球面波照明装置发射出的近似球面光波为汇 聚球面光波或者发散球面光波，近似球面光波曲率半径取值大于零小于无穷大；近似球面 光波汇聚形成有限大小的光斑或者发散成有限大小的光源。有限大小的光斑或者有限大小 的光源的面积相对于所述透镜阵列的面积足够小。

上述技术方案中，所述基元图像可以位于透镜阵列的物方空间，也可位于透镜阵 列的像方空间，即基元图像位于近似球面波照明装置以及透镜阵列之间或者透镜阵列位于 近似球面波照明装置以及基元图像之间。

本实用新型中，基元图像优选位于透镜阵列的两倍物方焦距与两倍像方焦距之 间，除去所述透镜阵列的物方焦平面（物方焦点所在平面）和像方焦平面（像方焦点所在平 面）。

上述技术方案中，基元图像进一步优选位于透镜阵列的物方焦平面和像方焦平面 之间，不包括物方焦平面和像方焦平面。

上述技术方案中，基元图像可以打印或者印刷在承印介质上作为印刷品，也可以 显示输出在电子显示屏幕如液晶显示屏上作为电子显示图像。

上述技术方案中，透镜阵列的透镜单元优选自球面透镜、柱面透镜、非球面透镜。 透镜单元的排列方式可以是周期性排列，也可以是非周期性排列或者随机排列。

本实用新型中，近似球面波照明装置发射近似球面光波照明基元图像，近似球面 波光源与基元图像之间的距离为s，距离s可以实时调制，通过s的调制即可实现用于照明的 近似球面光波曲率半径的调制。基元图像位于距离透镜阵列距离为g的平面处，g不等于透 镜阵列的焦距，优选为两倍物方焦距与两倍像方焦距之间，进一步优选为一倍物方焦距与 一倍像方焦距之间。在近似球面光波的照明下基元图像经过透镜阵列在距离透镜阵列为d 处的空间中合成三维图像。通过调制距离s，合成的三维图像的空间位置d和放大率将发生 实时调制。三维图像可以是实像，也可以是虚像。三维图像的空间位置可以位于透镜阵列物 方空间一侧，也可以位于像方空间一侧。