[发明专利]用于裸眼观看的光学立体显示屏幕

说明书

本发明提供了一种无需佩戴眼睛的光学3D立体显示屏幕，其包括光学元件组件，其中光学元件组件利用折射效应来产生以下观看模式之一：正视差超立体观看模式、正视差弱立体观看模式、负视差超立体观看模式和负视差弱立体观看模式，这可以使得观看者对诸如电影，电视，计算机，平板电脑，游戏机，广告牌，移动设备等传统显示屏幕上显示的2D图像内容感觉出3D立体视觉。

技术领域

本发明属于光学立体显示屏幕领域。确切地说，本发明涉及裸眼观赏常规显示屏上的二维(“2D”)影视节目时可感知出三维(“3D”)立体视觉的光学立体显示屏幕。

背景技术

追求“增强现实”与“沉浸式”观赏屏幕意味着色彩鲜艳、高清显示与立体显示。除立体显示外，现有的高清晰度显示及明快鲜艳色彩技术已日趋完美。现有的裸眼观赏立体显示可分为非全息裸眼显示与全息裸眼显示两种技术手段，非全息裸眼显示又分为空间方式(Spatial Pattern)如视差屏障法(Parallax Barrier)、柱状透镜法(LenticularLens)、体积型点阵法(Volumetric Matrix)、微透镜投影法(Micro-Mirrier Projection)等技术方案，时间方式(Time Pattern)如微位相差板法(Micro Retarded Plate Method)、指向源法(Pointing Source Method)等技术方案。除了以牺牲亮度与分辨率换取立体显示外，现行非全息裸眼显示的缺点是(a)可视角度受限；(b)亮度及成像分辨率低；(c)眼睛与屏幕处于等高位置；(d)画面不流畅；(e)有串扰现象；(f)成本高价格贵；(g)节目片源匮乏；(h)观看者产生眩晕与恶心。全息裸眼显示如透镜全息法(Lens Holographic Method)、反射全息法(Reflection Holographic Method)、合成全息法(Synthetic HolographicMethod)、体积全息法(Volumetric Holographic Method)等技术方案。目前，全息裸眼显示仍有许多技术难题尚待解决。

人眼观看自然空间的景物时有3D立体视觉，这是由于处于并排紧邻位置的双眼观看景物同一区域时每只眼睛的视角略有不同，生成两幅具有空间偏移的像图称之为双目视差。自然的3D立体视觉是人类大脑融合两幅偏移像图的结果，大脑匹配两幅偏移像图的相同之处并添加其微小差异，正是两幅偏移像图的细微差异使大脑感知出3D立体视觉。通常情况下，观赏真实空间景物时，观赏者的双眼同时聚焦并会聚于被观察的景物，双目视差据此预示大脑感知景物的空间位置与景深。观赏常规显示屏上的3D节目时，如电影、电视、电脑、平板电脑、游戏机、广告牌、便携式设备，手机等屏幕，观赏者的双眼表现不同于真实空间，它们聚焦于显示屏幕但会聚于视觉空间被观察的景物，形成空间视差。视差是指沿着两条视线方向观看景物时形成的位置差或位移，视差使观赏者的大脑对2D屏幕上的景物感知出立体视觉。此外，在观赏空间，当被观赏的景物成像在观赏者与常规显示屏之间，称之为负视差效应；当被观赏的景物成像在常规显示屏的后方，称之为正视差效应。观赏常规显示屏上的2D节目时，观赏者的双眼表现不同于真实空间，它们聚焦并会聚于显示屏幕，零视差使观赏者的大脑对2D屏幕上的景物感知为2D平面视觉。零视差的影响如此之大，以至于完全消除了大脑的空间感知，尽管一些表征空间的信息如空间透视、相对位置、相对运动等存在，这一现象被称之为零视差对3D立体视觉的负效应。因此，为了观看常规显示屏上的2D节目时再现空间感知，技术方案是消除零视差的负效应。

人眼具有双目调节、辐辏及视差特性。对所拍摄场景，双目调节将场景映射到观赏者的视网膜，辐辏则将成像在左眼视网膜上的左眼偏移图像及成像在右眼视网膜上的右眼偏移图像组合并处理成一个像图，同时避免重影现象；视差则进一步诱使观赏者感知出场景的空间位置与空间深度。即当左眼像图与右眼像图展示出特定的差异或形成空间位移时，视差将诱使观赏者获取3D立体感知。