CN105988228B - 三维显示设备及其三维显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维显示设备及其三维显示方法，所述三维显示设备包括：至少两层微透镜阵列、显示装置以及偏振装置，其中，设置于所述显示装置与所述微透镜阵列之间的偏振装置，其以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射。应用本发明，可以提高三维显示质量。

Description

三维显示设备及其三维显示方法

技术领域

本发明涉及裸眼三维显示技术领域，具体而言，本发明涉及一种三维显示设备及其三维显示方法。

背景技术

与二维显示技术相比，三维显示技术能够一定程度上真实地再现客观世界的景象，让人们有身临其境的感觉，因此，在科研、娱乐、医疗、军事等领域都受到越来越多的关注。

根据成像原理的不同，三维显示技术分为两大类：第一类是基于双目视差的非裸眼三维显示技术，但其需要佩戴特殊设备(比如偏光眼镜或头盔)才能看到三维立体成像，减少了观看时的娱乐性和自然性，且长时间观看还伴随视觉疲劳、舒适度下降等问题。第二类是以全息式、体三维式和光栅式为代表的裸眼三维显示技术。其中，需要相干光照明的全息式立体显示***，以及需要高速旋转显示屏的体三维立体显示***的结构都较为复杂。

相比于***复杂的全息式、体三维式，设备简单、具有连续观察点的光栅式裸眼三维显示技术应用更为广泛。

目前，光栅式裸眼三维显示设备，其主要采用光栅式结构的一层微透镜阵列来实现裸眼三维显示。具体地，可以将其实现三维显示的过程分为：记录和再现两部分。记录时，可以利用光栅式结构的微透镜阵列记录不同视角的物体空间信息，形成元素图像阵列；再现时，通过显示屏显示元素图像阵列，根据光路可逆原理，通过上述微透镜阵列中的各个微透镜，从不同视角对显示屏中显示的图像进行成像，以此形成原物形貌。

但是，目前的裸眼三维显示设备在显示方面还存有许多局限性。比如，显示分辨率不高；用户在较小的显示视角内、或与显示屏在一个较小的距离范围内观看，才能看到正确的三维图像，否则会出现重影。

因此，有必要提供一种能够提高显示质量的三维显示设备。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种三维显示设备及其三维显示方法，能够提高三维显示质量。

本发明提供了一种三维显示设备，包括：

至少两层微透镜阵列、显示装置以及偏振装置，其中：

设置于所述显示装置与所述微透镜阵列之间的偏振装置，以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射。

较佳地，所述显示装置用于以时分复用方式显示一帧三维图像的各子图像。

根据本发明的另一方面，还提供了一种三维显示方法，所述方法包括：

显示装置显示三维图像；

设置于显示装置与多层微透镜阵列之间的偏振装置以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射。

较佳地，所述显示装置以时分复用方式显示一帧三维图像的各子图像。

本发明的方案中，三维显示设备中采用至少两层微透镜阵列交替起折光作用进行三维显示，由于微透镜阵列可以提供水平和垂直两个方向的视差，因此，可以使得三维显示设备显示出的三维图像更接近于真实的物体。

而且，本发明的技术方案中，调整各层微透镜阵列的焦距、以及各层微透镜阵列相对显示装置中显示屏的位置关系后，可以采用时分复用的方法，在一帧三维图像显示周期中，利用偏振装置按照设定的偏振转换周期转换光的偏振方向，同时显示装置显示与当前起到折光作用的微透镜阵列对应的子图像，使得各层微透镜阵列交替进行三维显示，提高了显示分辨率、显示深度范围或显示视角等三维显示质量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例的三维显示设备的架构示意图；

图2a为本发明实施例的微透镜为正透镜的微透镜阵列的示意图；

图2b为本发明实施例的微透镜为负透镜的微透镜阵列的示意图；

图3a、3b为本发明实施例的提高分辨率的三维显示设备的架构示意图；

图3c为本发明实施例的两层微透镜阵列的排列示意图；

图3d为本发明实施例的提高分辨率时显示屏与微透镜阵列的对应关系；

图4a、4b为本发明实施例的提高视角的三维显示设备的架构示意图；

图4c为本发明实施例的提高视角时显示屏与微透镜阵列的对应关系；

图5a、5b为本发明实施例的提高显深的三维显示设备的架构示意图；

图5c为本发明实施例的提高显深时显示屏与微透镜阵列的对应关系。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本申请使用的“模块”、“***”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。

本发明的发明人考虑到，可以使用至少两层微透镜阵列来实现物体的更真实显示、以及显示质量的增强。具体地，可以采用时分复用的方法，利用偏振控制单元控制偏振转换器件转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列交替起到光学折光作用，同时显示屏在显示图像引擎的控制下显示与当前起到折光作用的微透镜阵列对应的子图像。这样，可以根据显示屏中显示的子图像、偏振方向、以及微透镜阵列之间的协调，增加人眼反应时间内的成像角度、或成像的微透镜数目，以此实现显示视角、或显示分辨率的提高；或者根据各层微透镜阵列的不同焦距所形成的多个显示深度范围，达到提高三维显示设备的综合的显示深度范围的效果。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种三维显示设备，如图1所示，包括：显示装置110、至少两层微透镜阵列102、设置于显示装置与微透镜阵列之间的偏振装置120。

其中，偏振装置120以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射。

进一步，显示装置110以时分复用方式显示一帧三维图像的各子图像。

其中，显示装置110中具体包括：显示屏101，以及显示图像引擎106。

偏振装置120具体包括：偏振转换器件104、偏振控制单元105。

实际应用中，每层微透镜阵列102可以与显示屏101平行设置；微透镜阵列102中的每个微透镜具有相同的结构，微透镜以矩形或六边形排列，且相邻微透镜间的节距相等。实际应用中，微透镜阵列中的微透镜可以为正透镜，或者微透镜也可以为负透镜，如图2a、2b所示。

本发明的三维显示设备中，为了实现在不同偏振方向的入射光下各层微透镜阵列能够交替起折光作用，相邻层的微透镜阵列的晶体光轴之间可以呈设定夹角。

本发明的三维显示设备中，微透镜阵列可以具有多个折射率，即在不同偏振方向的光下，微透镜阵列的折射率不同。

为了使得微透镜阵列能够在一定情形下具有折光作用，在各层微透镜阵列102之间可以设置间隔材料层103，且间隔材料层的折射率与微透镜阵列的折射率之一相同。其中，间隔材料层103的厚度可以设置在微米量级。

这样，在微透镜阵列的当前折射率与间隔材料层103的折射率相同时，不具有光折射作用；在微透镜阵列的当前折射率与间隔材料层103的折射率不同时，可以进行光折射。

考虑到空气也具有一定的折射率，因此，实际应用中，各层微透镜阵列之间也可以不设置间隔材料层；相应地，在微透镜阵列102的折射率与微透镜阵列之间的空气的折射率不同时，微透镜阵列102具有折光作用。

本发明的方案中，三维显示设备中的微透镜阵列102可以为两层，相应地，微透镜阵列102为双折射率；显示装置110以时分复用方式显示一帧三维图像的两个子图像；偏振装置120与显示装置110同步转换，以时分复用方式转换两种光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射，分别折光显示各子图像。

或者，三维显示设备中的微透镜阵列102可以为三层，相应地，微透镜阵列102为三折射率；显示装置110以时分复用方式显示一帧三维图像的三个子图像；偏振装置120与显示装置110同步转换，以时分复用方式转换三种光的偏振方向，使得各层微透镜阵列分别折光显示各子图像。

或者，三维显示设备中的微透镜阵列102可以为四层，相应地，微透镜阵列102为四折射率；显示装置110以时分复用方式显示一帧三维图像的四个子图像；偏振装置120与显示装置110同步转换，以时分复用方式转换四种光的偏振方向，使得各层微透镜阵列分别折光显示各子图像。

例如，在三维显示设备中的微透镜阵列102具体为两层、微透镜阵列102具体为双折射率的情况下，即三维显示设备包括第一微透镜阵列1021和第二微透镜阵列1022时，相邻层的第一微透镜阵列1021和第二微透镜阵列1022的晶体光轴之间可以正交。比如，在三维显示设备中的微透镜阵列102具体为两层、微透镜阵列102具体为双折射率的情况下，其中一层微透镜阵列102的晶体光轴的方向平行于显示屏101，另一层微透镜阵列102的晶体光轴的方向垂直于显示屏101。

在三维显示设备中的微透镜阵列102具体为两层、微透镜阵列102具体为双折射率的情况下，对于单折射率的间隔材料层103，其折射率可以与微透镜阵列102的双折射率中的一个折射率相同。假设微透镜阵列102的双折射率的取值在n1和n2之间跳变，则间隔材料层103的折射率可以取值为其中的n2。这样，当微透镜阵列102的双折射率取值为n2，光通过微透镜阵列102、间隔材料层103时不会发生折射。

本发明的三维显示设备中，偏振装置120的偏振转换器件104设置于显示屏101与微透镜阵列102之间；偏振装置120的偏振控制单元105用于控制偏振转换器件104转换光的偏振方向。

实际应用中，偏振转换器件104转换光的偏振方向后，在该偏振方向的入射光下，晶体光轴与该偏振方向相同的微透镜阵列102的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同；而晶体光轴与该偏振方向不同的其它层的微透镜阵列102的折射率与间隔材料层103的折射率取值相同。因此，根据各层微透镜阵列102的晶体光轴方向与显示屏的关系，可以通过偏振控制单元105控制偏振转换器件104转换入射光的偏振方向，来改变各层微透镜阵列102的折射率的取值。

在三维显示设备中的微透镜阵列102具体为两层、微透镜阵列102具体为双折射率的情况下，偏振装置120可以按照设定偏振转换周期转换光的偏振方向，使光在平行于显示装置110的方向和垂直于显示装置110的方向中进行转换。

本发明实施例中，一帧三维图像显示周期中可以包括两个设定显示切换周期，显示装置可以按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的各子图像。因此，为了完成一帧三维图像的三维显示，偏振装置120的设定偏振转换周期可以与设定显示切换周期相同。这样，在三维图像显示周期中，偏振装置转换光的偏振方向的同时，显示装置可以切换显示一帧三维图像的子图像，以此完成一帧三维图像的三维显示。

例如，在一帧三维图像显示周期中，一个时间段转换光的偏振方向平行于显示装置110；另一个时间段转换光的偏振方向垂直于显示装置110。

具体地，偏振装置120中的偏振控制单元105在一帧三维图像的显示周期中，一个时间段控制偏振转换器件104转换光的偏振方向平行于显示屏101；另一个时间段控制偏振转换器件104转换光的偏振方向垂直于显示屏101。

这样，在光的偏振方向平行于显示屏101时，晶体光轴的方向平行于显示屏的微透镜阵列102的折射率与间隔材料层103的折射率的取值不同，晶体光轴的方向垂直于显示屏的微透镜阵列102的折射率与间隔材料层103的折射率的取值相同。

进一步地，考虑到偏振转换器件104转换光的偏振方向后，在该偏振方向的入射光下，与间隔材料层103具有不同折射率的微透镜阵列102具有折光作用；而与间隔材料层103具有相同折射率的微透镜阵列102没有折光作用，表现为一块光学平板。

因此，在本发明的三维显示设备中，显示装置110的显示图像引擎105可以根据偏振转换器件104转换的光的偏振方向，控制显示装置110的显示屏101显示与在该偏振方向的入射光下具有折光作用的微透镜阵列102对应的子图像。

其中，与在该偏振方向的入射光下具有折光作用的微透镜阵列102对应的子图像，可以基于该微透镜阵列102的焦距、该微透镜阵列102的中心与显示屏101中心的夹角等因素，对待显示的物体的三维图像进行变换得到。关于三维图像的变换可以采用本领域技术人员公知的技术手段，在此不在详述。

基于上述三维显示设备，本发明还提供了一种三维显示设备的三维显示方法，该方法主要包括：

显示装置显示三维图像；设置于显示装置110与至少两层微透镜阵列之间的偏振装置120以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射。

其中，显示装置110具体以时分复用方式显示一帧图像的多个子图像。

这样，在一帧三维图像显示周期中，在不同的时间段，根据光的偏振方向的转换，各微透镜阵列102交替起折光作用，并对显示装置110中的显示屏101显示的相应子图像进行成像。

实际应用中，对于与具有折光作用的微透镜阵列102对应的子图像，其内容与待显示的物体经过该微透镜阵列折光后的成像内容相同。这样，根据光路可逆的原理，在显示屏中显示与该微透镜阵列对应的子图像后，通过该微透镜阵列可以实现待显示的物体的三维显示。

而且，由于微透镜阵列可以提供水平和垂直方向的视差，因此，通过微透镜阵列所显示出的三维图像与待显示的物体较为接近。

更优地，本发明的三维显示设备中，微透镜阵列102可以采用电控多折射率材料；在微透镜阵列102上施加设定电压时，微透镜阵列102具有与间隔材料层103相同的折射率。也就是说，入射光的偏振方向发生转换时，微透镜阵列102的折射率不变，且与间隔材料层的折射率相同，因此不具有折光作用。这样，三维显示设备可以进行二维图像的显示。而在需要显示三维图像时，则可以在微透镜阵列102上施加另一个设定电压，使得微透镜阵列102恢复上述多折射率的特性。这样，通过控制施加在三维显示设备中的微透镜阵列102的电压，可以实现二维显示模型和三维显示模型的切换，提高用户的体验。

更优地，本发明的三维显示设备中，可以通过调整三维显示设备中的各层微透镜阵列的焦距、各层微透镜阵列相对显示装置中的显示屏的位置关系、以及显示屏中显示的子图像，实现三维显示质量的提高，为用户提供更好的视觉效果。

基于上述三维显示设备及其三维显示方法，本发明提供了三个具体实施例的技术方案。

其中，在实施例一的技术方案中，为了提高三维显示分辨率，可以将多层微透镜阵列中的微透镜交错排列，并针对在转换光的偏振方向后具有折光作用的微透镜阵列，在显示屏中的相应位置显示相应的子图像。

在实施例二的技术方案中，为了提高三维显示视角，可以将多层微透镜阵列中的微透镜交错排列，并针对在转换光的偏振方向后具有折光作用的微透镜阵列，在显示屏中的相同的显示位置显示相应的子图像。

在实施例三的技术方案中，为了提高三维显示深度，可以将焦距相同的多层微透镜阵列中的微透镜对齐排列，并针对在转换光的偏振方向后具有折光作用的微透镜阵列，在显示屏中的相同的显示位置显示相应的子图像。

实施例一

如图3a、3b所示，本发明实施例一的三维显示设备中包括：显示装置1110、至少两层微透镜阵列1102、设置于显示装置与微透镜阵列之间的偏振装置1120。

其中，显示装置1110中具体包括：显示屏1101、显示图像引擎1106。

偏振装置1120具体包括：偏振转换器件104、偏振控制单元105。

进一步地，三维显示设备中还可以包括：设置于各层微透镜阵列1102之间的间隔材料层103。

其中，实施例一的三维显示设备中，每层微透镜阵列1102与显示屏1101平行设置；各层微透镜阵列1102的焦距相同，且各层微透镜阵列1102中的微透镜相对于相邻微透镜阵列1102中的微透镜交错排列。

例如，在三维显示设备中的微透镜阵列1102具体为两层、微透镜阵列1102具体为双折射率的情况下，第二微透镜阵列1122中的微透镜，相对于第一微透镜阵列1121中的微透镜交错排列。

其中，微透镜间的偏移量可以由本领域技术人员根据经验进行设置。比如，第二微透镜阵列1122中的微透镜，与第一微透镜阵列1121中与之相邻的微透镜，在水平和垂直方向相差m个节距；其中，m为1/2，或其它非整数。图3c给出了一种微透镜相差1/2个节距的两层微透镜阵列的排列情况。

由于第一微透镜阵列、第二微透镜阵列中的微透镜在水平和垂直位置上存在差异；对于同一物体，分别经过第一微透镜阵列、第二微透镜阵列后的成像，在位置和显示内容上都是不相同的。

因此，为了使得用户在观看位置上感知的是同一物体，且在该位置上感知到更加丰富的三维立体成像，即分辨率更高的三维立体成像。

本发明实施例一的技术方案中，偏振装置1120可以按照设定偏振转换周期转换光的偏振方向，使光在平行于显示装置1110的方向和垂直于显示装置1110的方向中进行转换；同时，显示装置1110按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的第一子图像和第二子图像；其中，第一子图像在显示屏1101的第一显示位置显示，第二子图像在显示屏1101的第二显示位置显示。

例如，偏振装置1120在一帧三维图像显示周期中，一个时间段转换光的偏振方向平行于显示装置1110；另一个时间段转换光的偏振方向垂直于显示装置1110；同时显示装置1110可以在一帧三维图像显示周期中，一个时间段在显示屏1101的第一显示位置显示第一子图像；另一个时间段在显示屏1101的第二显示位置显示第二子图像。

具体地，如图3d所示，显示图像引擎1106可以在一帧三维图像显示周期中的一个时间段控制显示屏1101在第一显示位置显示第一子图像；另一个时间段控制显示屏1101在第二显示位置显示第二子图像。

本发明实施例一的技术方案中，第一显示位置和第二显示位置在水平和垂直方向相差m个节距；第一子图像、第二子图像是对三维图像基于不同成像角度变换得到的。

具体地，根据两层微透镜阵列中的第一微透镜阵列1121的中心与显示屏1101中心的夹角确定第一成像角度；根据两层微透镜阵列中的第二微透镜阵列1122的中心与显示屏1101中心的夹角确定第二成像角度。这样，分别基于第一、二成像角度对三维图像进行变换，得到第一子图像、第二子图像。也就是说，第一子图像是与第一微透镜阵列1121对应的子图像，第二子图像是与第二微透镜阵列1122对应的子图像。

实际应用中，可以假设第一微透镜阵列1121的晶体光轴的方向垂直于显示屏1101，第二微透镜阵列1122的晶体光轴的方向平行于显示屏1101。

基于本发明实施例一的三维显示设备，为了提高三维显示分辨率，可以采用如下方法进行三维显示：

在一帧三维图像显示周期中的一个时间段，显示图像引擎1106控制显示屏1101在第一显示位置显示第一子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为垂直于显示屏1101，如图3a所示。

这样，在该偏振方向下，第一微透镜阵列1121的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，能够发挥一个透镜的功能，根据显示屏1101在第一显示位置显示的与第一微透镜阵列1121相对应的第一子图像，进行三维显示。而第二微透镜阵列1122的折射率与间隔材料层103的折射率取值相同，表现为一块光学平板。

进而，如图3b所示，在一帧三维图像显示周期中的另一个时间段，显示图像引擎1106控制显示屏1101在第二显示位置显示第二子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为平行于显示屏1101。

这样，在该偏振方向下，第二微透镜阵列1122的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，根据显示屏1101在第二显示位置显示的与第二微透镜阵列1122相对应的第二子图像，进行三维显示。而第一微透镜阵列1121的折射率与间隔材料层103的折射率取值相同，表现为一块光学平板。

本发明实施例一的技术方案中，由于第二微透镜阵列1122中的微透镜与第一微透镜阵列1121中的微透镜交错排列，通过偏振控制单元104以高于人眼反映时间的频率高速控制偏振转换器件105切换偏振方向，同时显示图像引擎1106控制显示屏1101在相应的位置显示相应的子图像，可以使得第一微透镜阵列1121和第二微透镜阵列1122交替成像，其综合成像效果在客观上可以等同于增加参加成像显示的微透镜的数目后的成像效果。因此，可以实现人眼感知的是同一个三维物体，且提高了分辨率。

实施例二

如图4a、4b所示，本发明实施例二的三维显示设备中包括：显示装置2110、至少两层微透镜阵列1202、设置于显示装置与微透镜阵列之间的偏振装置2120。

其中，显示装置2110中具体包括：显示屏1201、显示图像引擎1206。

偏振装置2120具体包括：偏振转换器件104、偏振控制单元105。

进一步地，三维显示设备中还可以包括：设置于各层微透镜阵列1202之间的间隔材料层103。

其中，本发明实施例二的三维显示设备中，每层微透镜阵列1202与显示屏1201平行设置；各层微透镜阵列1202的焦距相同，且各层微透镜阵列1202中的微透镜相对于相邻微透镜阵列1202中的微透镜交错排列。

例如，在三维显示设备中的微透镜阵列1202具体为两层、微透镜阵列1202具体为双折射率的情况下，第一微透镜阵列1221的晶体光轴的方向垂直于显示屏1201，第二微透镜阵列1222的晶体光轴的方向平行于显示屏1201；且第二微透镜阵列1222中的微透镜，与第一微透镜阵列1221中与之相邻的微透镜，在水平和垂直方向相差m个节距；其中，m为1/2，或其它非整数。

考虑到大的三维显示视角可以保证用户观看三维显示内容的舒适性，不会因为用户的头部的简单运动而产生视角跳变，出现重影的情况。而事实上，在各层微透镜阵列中的微透镜相对于相邻微透镜阵列中的微透镜交错排列的情况下，对于同一物体，分别经过各层微透镜阵列后的成像在位置和显示内容上都是不相同的。

因此，更优地，本发明实施例二的技术方案中，为了使得用户在更大的视角内看到没有重影的三维立体图像，偏振装置2120按照设定偏振转换转换光的偏振方向，使光在平行于显示装置2110的方向和垂直于显示装置2110的方向中进行转换；同时，显示装置2110按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的第一子图像和第二子图像；其中，第一子图像与第二子图像在显示屏的相同位置处显示。

例如，偏振装置2120在一帧三维图像显示周期中，一个时间段转换光的偏振方向平行于显示装置2110；另一个时间段转换光的偏振方向垂直于显示装置2110；同时，显示装置2110可以在一帧三维图像显示周期中，一个时间段在显示屏显示第一子图像；另一个时间段在显示屏相同位置处显示第二子图像。

具体地，如图4c所示，显示装置2110中的显示图像引擎1206在一帧三维图像显示周期中的一个时间段控制显示屏1201显示第一子图像；另一个时间段控制显示屏1201在相同位置处显示第二子图像。

本发明实施例二的技术方案中，第一子图像、第二子图像是对三维图像基于不同成像角度变换得到的。具体地，根据两层微透镜阵列中的第一微透镜阵列1221的中心与显示屏1201中心的夹角确定第一成像角度；根据两层微透镜阵列中的第二微透镜阵列1222的中心与显示屏1201中心的夹角确定第二成像角度。这样，分别基于第一成像角度、第二成像角度对三维图像进行变换，得到第一子图像、第二子图像。

实际应用中，可以假设第一微透镜阵列1221的晶体光轴的方向垂直于显示屏1201，第二微透镜阵列1222的晶体光轴的方向平行于显示屏1201。

基于本发明实施例二的三维显示设备，为了提高三维显示视角，可以采用如下方法进行三维显示：

如图4a所示，在一帧三维图像显示周期中的一个时间段，显示图像引擎1206控制显示屏1201在第一显示位置显示第一子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为垂直于显示屏1201。这样，在该偏振方向下，第一微透镜阵列1221的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，因此，可以根据显示屏1201在第一显示位置显示的与第一微透镜阵列1221相对应的第一子图像，进行三维显示。

继而，如图4b所示，在一帧三维图像显示周期中的另一个时间段，显示图像引擎1206控制显示屏1201在第二显示位置显示第二子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为平行于显示屏1201。这样，在该偏振方向下，第二微透镜阵列1222的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，因此，可以根据显示屏1201在第二显示位置显示的与第二微透镜阵列1222相对应的第二子图像，进行三维显示。

本发明实施例二的技术方案中，由于第二微透镜阵列1222中的微透镜与第一微透镜阵列1221中的微透镜交错排列，通过偏振控制单元104以高于人眼反映时间的频率高速控制偏振转换器件105切换偏振方向，同时显示图像引擎1206控制显示屏1201在相同位置显示相应的子图像，可以使得第一微透镜阵列1221和第二微透镜阵列1222交替成像，其综合成像效果在客观上可以等同于快速移动一层微透镜阵列使其在不同的角度进行成像的成像效果，因此，相比利用一层微透镜阵列进行成像，可以获得更大的三维显示视角。

实施例三

如图5a、5b所示，本发明实施例三的三维显示设备中包括：显示装置3110、至少两层微透镜阵列1302、设置于显示装置与微透镜阵列之间的偏振装置3120。

其中，显示装置3110中具体包括：显示屏1301、显示图像引擎1306。

偏振装置3120具体包括：偏振转换器件104、偏振控制单元105。

进一步地，三维显示设备中还可以包括：设置于各层微透镜阵列1302之间的间隔材料层103。

本发明的发明人发现，在光栅式裸眼三维显示技术中，透镜的焦距决定了中心深度平面，而三维显示的显示深度范围是在中心深度平面周围形成的，也就是说，三维显示的显示深度范围与透镜的焦距有关。

因此，本发明实施例三的三维显示设备中，各层微透镜阵列1302中的微透镜对齐排列；且各层微透镜阵列1302的焦距不同。

在三维显示设备中的微透镜阵列1302具体为两层、微透镜阵列1302具体为双折射率的情况下，两层微透镜阵列(即第一微透镜阵列1321、第二微透镜阵列1322)中的微透镜为对齐排列的；且两层微透镜阵列中的微透镜的焦距不同。

由于第一微透镜阵列1321、第二微透镜阵列1322的焦距不同，因此，对于同一物体，分别经过第一微透镜阵列、第二微透镜阵列后的成像内容是不同的。

为了使得用户在观看位置上看到的三维物体是同一个，本发明实施例三的技术方案中，偏振装置3120按照设定偏振转换周期转换光的偏振方向，使光在平行于显示装置3110的方向和垂直于显示装置3110的方向中进行转换；同时，显示装置3110按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的第一子图像和第二子图像；其中，第一子图像与第二子图像在显示屏的相同位置处显示。

例如，偏振装置3120在一帧三维图像显示周期中，一个时间段转换光的偏振方向平行于显示装置3110；另一个时间段转换光的偏振方向垂直于显示装置3110；同时显示装置3110可以在一帧三维图像显示周期中，一个时间段在显示屏1301显示第一子图像；另一个时间段在显示屏1301相同位置处显示第二子图像。

具体地，显示装置3110中的显示图像引擎1306可以在一帧三维图像显示周期中的一个时间段控制显示屏1301显示第一子图像；另一个时间段控制显示屏1301在相同位置处显示第二子图像。

本发明实施例三的技术方案中，第一子图像、第二子图像是对三维图像基于不同的焦距变换得到的；第一焦距系数为第一微透镜阵列1321的焦距；第二焦距系数为第二微透镜阵列1322的焦距。

实际应用中，可以假设第一微透镜阵列1321的晶体光轴的方向垂直于显示屏1301，第二微透镜阵列1322的晶体光轴的方向平行于显示屏1301。

基于本发明实施例三的三维显示设备，为了提高三维显示深度范围，可以采用如下方法进行三维显示：

在一帧三维图像显示周期中的一个时间段，显示图像引擎1306控制显示屏1301在显示第一子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为垂直于显示屏1301，如图5a所示。

这样，在该偏振方向下，第一微透镜阵列1321的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，能够发挥一个透镜的功能，根据显示屏1301在显示的与第一微透镜阵列1321相对应的第一子图像，进行三维显示。

进而，如图5b所示，在一帧三维图像显示周期中的另一个时间段，显示图像引擎1306控制显示屏1301在相同位置处显示第二子图像的同时，偏振控制单元104控制偏振转换器件105将光的偏振方向转换为平行于显示屏1301。

这样，在该偏振方向下，第二微透镜阵列1322的折射率与间隔材料层103的折射率取值不同，根据显示屏1301显示的与第二微透镜阵列1322相对应的第二子图像，进行三维显示。

本发明的实施例三的技术方案中，由于对齐排列的第一微透镜阵列1321与第二微透镜阵列1322的焦距不同，通过偏振控制单元104以高于人眼反映时间的频率高速控制偏振转换器件105切换偏振方向，同时显示图像引擎1306控制显示屏1301在相同位置显示相应的子图像，可以使得第一微透镜阵列1321和第二微透镜阵列1322交替成像。如图5c所示，分别对应第一微透镜阵列1321和第二微透镜阵列1322的两个显示深度范围叠加后，可以得到一个较大的三维显示深度范围，从而提高三维显示质量。

本发明的技术方案中，三维显示设备中采用至少两层微透镜阵列进行三维显示，而微透镜阵列可以提供水平和垂直两个方向的视差，因此，使得三维显示设备显示出的三维图像更接近于真实的物体。

而且，本发明调整各层微透镜阵列的焦距、以及各层微透镜阵列相对显示屏的位置关系后，可以采用时分复用的方法，利用偏振控制单元控制偏振转换器件转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列交替起到光学折光作用，同时显示屏在显示图像引擎的控制下显示与当前起到折光作用的微透镜阵列对应的子图像，以此提高显示分辨率、显示深度范围或显示视角等三维显示质量。

本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (25)

1.一种三维显示设备，其特征在于，包括至少两层微透镜阵列、显示装置以及偏振装置，其中：

设置于所述显示装置与所述微透镜阵列之间的偏振装置，以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射；

其中，若所述微透镜阵列具体为至少两层，所述至少两层微透镜阵列中的微透镜为对齐排列的，且所述至少两层微透镜阵列中的微透镜的焦距不同；

其中，所述显示装置用于切换显示一帧三维图像的第一子图像与第二子图像；所述第一子图像、所述第二子图像是对所述三维图像基于不同的焦距变换得到的。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示装置用于以时分复用方式显示一帧三维图像的各子图像。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，相邻层的所述微透镜阵列的晶体光轴之间为设定夹角。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微透镜阵列具体为两层，两层微透镜阵列的晶体光轴之间正交。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，其中一层微透镜阵列的晶体光轴的方向平行于所述显示装置，另一层微透镜阵列的晶体光轴的方向垂直于所述显示装置。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述偏振装置具体用于按照设定偏振转换周期转换光的偏振方向，使光在平行于所述显示装置的方向和垂直于所述显示装置的方向中进行转换。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示装置用于按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的第一子图像和第二子图像；

其中，第一子图像与第二子图像在显示屏的相同位置处显示。

8.如权利要求1-7任一所述的设备，其特征在于，所述微透镜阵列中的微透镜为正透镜，或者所述微透镜为负透镜。

9.如权利要求1-7任一所述的设备，其特征在于，所述微透镜阵列中的微透镜以矩形或六边形排列，且相邻微透镜间的节距相等。

10.如权利要求1-7任一所述的设备，其特征在于，还包括：

设置于所述微透镜阵列之间的间隔材料层。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述微透镜阵列具有多个折射率；所述间隔材料层的折射率与所述微透镜阵列的折射率之一相同。

12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述微透镜阵列采用电控多折射率材料；以及

在所述微透镜阵列上施加设定电压时，所述微透镜阵列具有与所述间隔材料层相同的折射率。

13.一种三维显示方法，其特征在于，包括：

显示装置显示三维图像；

设置于显示装置与至少两层微透镜阵列之间的偏振装置以时分复用方式转换光的偏振方向，使得各层微透镜阵列依次进行光折射；

其中，若所述微透镜阵列具体为至少两层，所述至少两层微透镜阵列中的微透镜为对齐排列的，且所述至少两层微透镜阵列中的微透镜的焦距不同；

其中，所述显示装置用于切换显示一帧三维图像的第一子图像与第二子图像；所述第一子图像、所述第二子图像是对所述三维图像基于不同的焦距变换得到的。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述显示装置显示三维图像，具体包括：

所述显示装置以时分复用方式显示一帧三维图像的各子图像。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，相邻层的所述微透镜阵列的晶体光轴之间为设定夹角。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列具体为两层，两层微透镜阵列的晶体光轴之间正交；

其中一层微透镜阵列的晶体光轴的方向平行于所述显示装置，另一层微透镜阵列的晶体光轴的方向垂直于所述显示装置。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述偏振装置以时分复用方式转换光的偏振方向，具体包括：

所述偏振装置按照设定偏振转换周期转换光的偏振方向，使光在平行于所述显示装置的方向和垂直于所述显示装置的方向中进行转换。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述显示装置以时分复用方式显示一帧图像的多个子图像，具体包括：

所述显示装置按照设定显示切换周期切换显示一帧三维图像的第一子图像和第二子图像；

其中，第一子图像与第二子图像在显示屏的相同位置处显示。

19.如权利要求13-18任一所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列中的微透镜为正透镜，或者所述微透镜为负透镜。

20.如权利要求13-18任一所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列中的微透镜以矩形或六边形排列，且相邻微透镜间的节距相等。

21.如权利要求13-18任一所述的方法，其特征在于，还包括：

设置于所述微透镜阵列之间的间隔材料层。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列具有多个折射率；所述间隔材料层的折射率与所述微透镜阵列的折射率之一相同。

23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述微透镜阵列采用电控多折射率材料；以及

在所述微透镜阵列上施加设定电压时，所述微透镜阵列具有与所述间隔材料层相同的折射率。

24.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

所述存储器中存储有计算机指令；

所述处理器，用于调用所述计算机指令，以执行权利要求13至权利要求23中任一所述的方法。

25.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述权利要求13至权利要求23中任一项所述的方法。

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