[发明专利]360°集成成像桌面3D显示系统

说明书

本发明公开了360°集成成像桌面3D显示系统，包括背光源组、准直透镜、微透镜阵列、透射型显示面板、系统外壳，背光源组位于最底层，往上依次是准直透镜、微透镜阵列和透射型显示面板。背光源组、准直透镜、微透镜阵列、透射型显示面板被置于系统外壳中，系统外壳的上表面中间镂空，透射型显示面板被置于系统外壳的镂空处。背光源组由多个点状背光源成圆形排列而成，并时序点亮；准直透镜用于光束准直，产生倾斜平行光束；微透镜阵列用于将倾斜平行光束会聚，产生具有特定传播方向和发散角的点光源阵列；透射型显示面板用于显示集成成像片源。一个点状背光源点亮，产生一个角度的桌面3D图像，多个点状背光源时序点亮，产生360°的桌面3D图像。

技术领域

本发明涉及桌面显示技术和集成成像3D显示技术，特别涉及360°集成成像桌面3D显示系统。

背景技术

理想的桌面显示应提供360°的环绕观看功能，因此桌面显示屏像素发出的光线不像常规显示屏一样朝正前方发散，而是向显示屏的一侧偏转，光线发散角的对称轴与显示屏的法线方向具有一定夹角，使得环绕在桌面显示屏周围的观看者位于光线发散角的中间位置，从而获得良好的360°环视观看效果。由于常规墙面显示屏的像素光线向正前方发散，发散角以显示屏的法线方向为对称轴，适合于正视观看，因此不能直接将常规墙面显示屏平躺放置来实现桌面显示。同时，理想的桌面显示应该为不同方位的观看者提供场景不同角度的图像信息，裸眼3D显示技术就是很好的选择方案。

集成成像3D显示是一种真3D显示技术，通过在显示屏前附加微透镜阵列，并将显示屏上显示的微图像阵列与微透镜阵列精密匹配，微透镜阵列将微图像阵列发出的光线聚集还原，在空间中重建出原3D物体的光场信息，从而实现3D图像显示。集成成像3D显示具有裸眼、全真3D再现、无视疲劳、具有正确的深度暗示和准连续的观看视点等优点。将集成成像显示与桌面显示技术相结合，能为不同方位的观看者提供不同的3D图像信息，在桌面显示屏上还原出物体的真实形貌，且显示的虚拟3D图像还可与空间中的真实物体融合在一起，获得增强现实的显示效果。

发明内容

本发明提出360°集成成像桌面3D显示系统。如附图1所示，所述系统包括背光源组、准直透镜、微透镜阵列、透射型显示面板和系统外壳。背光源组位于最底层，往上依次是准直透镜、微透镜阵列和透射型显示面板。如图2所示，背光源组、准直透镜、微透镜阵列、透射型显示面板被置于系统外壳中，系统外壳的上表面中间镂空，透射型显示面板被置于系统外壳的镂空处。

所述背光源组，位于准直透镜的焦平面上，如附图3所示，由多个点状背光源成圆形排列而成，并时序点亮。

所述准直透镜，用于将所述背光源组的点状背光源发出的光束进行光束准直，产生倾斜平行光束。

所述微透镜阵列，由多个透镜元等间距排列而成，用于将入射的倾斜平行光束会聚，产生具有特定传播方向和发散角的点光源阵列。

所述透射型显示面板，用于显示集成成像片源，集成成像片源是一幅由多个图像元组成的微图像阵列，每个图像元包含3D图像的一小部分信息。

所述系统的一个点状背光源点亮，产生一个角度的桌面3D图像，多个点状背光源时序点亮，产生360°的桌面3D图像。

所述一个点状背光源点亮，产生一个角度的桌面3D图像，如附图4所示。背光源组中的一个点状背光源被点亮，发出的光束到达准直透镜，被准直为倾斜平行光束，该倾斜平行光束再经过微透镜阵列会聚，在微透镜阵列的焦平面上产生一组点光源阵列，该点光源阵列进一步照明透射型显示面板上显示的集成成像片源。来自同一物点的同名像素被其对应的点光源的一束光束照明，在空间中重建出3D像点。一个点状背光源点亮产生的垂直观看视角θ_v和水平观看视角θ_h分别如附图5和附图6所示，分别由式（1）和式（2）计算得出。