CN109831661A - 一种空间可编程的复合立体显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间可编程的复合立体显示***，涉及用于立体显示的关键光学器件设计技术，该结构包括发光层1，调制层2和显示层3。所述的调制层2位于发光层1和显示层3之间。调制层2可以为空间编程的相位调制层，或者为散射介质层。该结构有两种模式；模式一要求当调制层2为散射介质层时，发光层1为可编程发光单元阵列，模式二要求当调制层2为可空间编程的ECB液晶层时，其显示内容为重建光场不同深度位置对应的编辑相位图，发光层1可以为任意光源；该立体显示***结构简单，不仅可用于生产穿戴式微立体显示***中，也适用于超大尺寸裸眼立体显示。

Description

一种空间可编程的复合立体显示***

技术领域

本发明公开了一种空间可编程的复合立体显示***，涉及立体显示***设计的技术领域。

背景技术

目前的近目显示方案大多是通过一些光学元件，如自由曲面，光学透镜，半透半反镜，光波导等，将放置在非明视距离内的显示***的像源内容投射到瞳孔内。但目前的方案中仍然存在很多挑战，例如设备体积小型化，轻量化，***低功耗，图像高分辨率，渲染实时性，以及最重要的视觉舒适度等问题。其中为了保障用户可以长时间的使用设备，一个良好的观看体验是必不可少的，然而遗憾的是目前还没有任何一种方案可以有效的同时解决以上所以问题。不过针对视觉舒适度里最重要的调节与辐辏角冲突问题，目前有很多有效的方案可以通过提供准确或者接近准确的深度线索来缓解，如基于麦克斯韦视图的显示方案；基于多平面的显示方案；基于全息的光场显示方案；基于双层液晶的光场显示方案；以及基于集成成像原理的光场显示方案等等。

其中基于集成成像原理的光场显示方案被视为最佳3D重建方案。其主要原理是基于微透镜阵列或者小孔阵列来实现对光线的调控。但是，由于显示原理的限制，具有分辨率损失严重，摩尔条纹明显，立体串扰度高等问题，导致了该方案的成像质量不佳，严重影响立体显示技术的推广与应用。

发明内容

技术问题：为了解决上述问题。本发明公开了一种空间可编程的复合立体显示***。模式一采用调制层显示相位信息和显示层显示强度信息的方式，将原始光场的相位和振幅分开显示，可以有效建立准确的深度线索，实现精确三维重建的目的，为新型显示方式。模式二采用了散射介质记录与重建的方式，通过对原始光场高密度的光场波前记录并显示，散射介质层可有效降低***摩尔条纹，且为新型显示方式。

技术方案：本发明是一种空间可编程的复合立体显示***，涉及用于立体显示的关键光学器件技术，该***包括发光层，调制层和显示层；所述的调制层位于发光层与显示层之间，调制层为可空间编程的相位调制层或者为散射介质层。

所述的调制层为可空间编程的相位调制层即可空间编程的ECB液晶层时，其显示内容为原始光场的不同深度位置对应的相位信息图，发光层为任意光源，所述的显示层所显示内容为所对应的光场强度信息。

所述的调制层为散射介质层时，发光层为可编程发光单元阵列，

所述的发光层为可编程发光单元阵列或者均匀背光。

所述的可编程发光单元阵列，为微LED阵列、液晶显示***或OLED显示***；可编程发光单元阵列任意位置的发光单元可以被单独驱动。

所述的散射介质层为毛玻璃、电控聚合物分散液晶或者全息膜。

所述的可空间编程的相位调制层，为透射式可编程器件；发光层所发射的光线可以穿过该透射式可编程器件，照射到显示层上。

所述调制层为散射介质层时，发光层为可编程发光单元阵列，发光层的可编程发光单元按照需要显示原始光场波前信息，所述的显示层显示渲染后的立体像源，其渲染流程如下：

a).信息采集：在相机和待记录的三维场景之间放置一散射介质层，三维场景的原始光场信息经过散射介质层之后的波前，被相机记录下来，该波前称为原始光场波前信息，相机中每个光感单元记录的信息称为单位光场波前信息；

b).显示输入：由于可编程发光单元阵列任意位置的发光单元可以被单独驱动，因此使每个发光单元显示对应的单位光场波前信息，该发光层可以重构出原始光场波前信息，该波前信息通过同样的散射介质层之后，就会重建出原始光场的相位信息；

c).显示输出：显示层显示的原始光场的强度信息，原始光场波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为原始光场的振幅信息；带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

8、根据权利要求2所述的一种空间可编程的复合立体显示***，其特征在于：所述调制层为可空间编程的ECB液晶层时，其显示内容为原始光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图，发光层可以为任意光源，如可编程发光单元阵列或者均匀背光；所述的显示层显示渲染后的立体像源，其渲染流程如下：

a).发光层中所有发光单元全部点亮；可空间编程的ECB液晶层显示重建光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图，发光层的波前经过ECB液晶层的显示单元时，会带上该单元上所显示的相位信息继续向前传播，称之为波前相位；

b).显示层显示的重建光场的强度图，波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为波前振幅；

c).带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

有益效果：本发明具有以下益处：

1.模式一采用调制层显示相位信息和显示层显示强度信息的方式，将原始光场的相位和振幅分开显示，可以有效建立准确的深度线索，实现精确三维重建的目的，为新型显示方式。

2.模式二采用了散射介质记录与重建的方式，通过对原始光场高密度的光场波前记录并显示，散射介质层可有效降低***摩尔条纹，且为新型显示方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中需要使用原始的附图作简单地介绍。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的模式一的采集端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，该结构包括发光层1，调制层2和显示层3。所述的调制层2位于发光层1和显示层3之间。发光层1可以为普通的均匀背光，如激光扩束光源或者LED点光源等，也可以为可编程的发光单元阵列，如微LED阵列、液晶显示***或OLED显示***。调制层2可以为可编程的ECB液晶层，也可以为不可编程的散射介质层，如毛玻璃，电控聚合物分散液晶或者全息膜等。显示层3主要用来显示光场强度信息。该显示***包括两种模式：

模式一为散射介质层时与可编程发光单元阵列组成的显示***，该模式下要求可编程发光单元与显示层进行耦合显示。散射介质层在记录光场信息的过程中，主要起到波前散射的作用。相机通过散射介质对三维物体进行拍照记录过程中，由于散射介质中的微小颗粒或者粗糙的表面，使得波前的传播方向不再沿着固定方向传播，而是发生散射。散射后的波前经过三维物体后，区别于原来单一方向的波前，就会有多个方向的波前照射到三维物体上。因此相机经过散射介质层对三维物体进行拍照的过程实际上就是进行多角度的光场记录过程。这样记录下来的波前信息会包括三维物体的深度信息。

由于光路可逆性，对记录下来的波前信息进行显示，并使之穿过相同的散射介质，杂乱的波前又会变成规则的波前信息。再与显示层的振幅信息相叠加，可以获得高精度的重建光场。

模式二为可空间编程的ECB液晶层与任意光源组成的显示***。发光层1中所有发光单元全部点亮；可空间编程的ECB液晶层显示重建光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图。发光层的波前经过ECB液晶层的显示单元时，会带上该单元上所显示的相位信息继续向前传播，称之为波前相位。显示层3显示的重建光场的强度图，波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为波前振幅。带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种空间可编程的复合立体显示***(模式一)

模式一为基于可编程发光层和散射介质层的空间可编程的复合立体显示***，其工作原理如下：

如图2所示的三维场景信息的采集过程，在相机和待记录的三维场景之间放置一散射介质层，目镜用来光线汇聚。三维场景的原始光场信息经过散射介质层之后的波前，被相机记录下来，该波前称为原始光场波前信息，相机中每个光感单元记录的信息称为单位光场波前信息；由于可编程发光单元阵列任意位置的发光单元可以被单独驱动，因此使每个发光单元显示对应的单位光场波前信息。所以该发光层可以重构出原始光场波前信息。该波前信息通过同样的散射介质层之后，就会重建出原始光场的相位信息；显示层3显示的原始光场的强度信息，原始光场波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为原始光场的振幅信息。带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

实施例2

一种空间可编程的复合立体显示***(模式二)

模式二为基于可空间编程的ECB液晶层与发光层的复合立体显示***，其工作原理如下：

发光层1中所有发光单元全部点亮；可空间编程的ECB液晶层显示重建光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图。发光层的波前经过ECB液晶层的显示单元时，会带上该单元上所显示的相位信息继续向前传播，称之为波前相位。显示层3显示的重建光场的强度图，波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为波前振幅。带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

Claims (9)

1.一种空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，该***包括发光层(1)，调制层(2)和显示层(3)；所述的调制层(2)位于发光层(1)与显示层(3)之间，调制层(2)为可空间编程的相位调制层或者为散射介质层。

2.根据权利要求1所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的调制层(2)为可空间编程的相位调制层即可空间编程的ECB液晶层时，其显示内容为原始光场的不同深度位置对应的相位信息图，发光层(1)为任意光源，所述的显示层(3)所显示内容为所对应的光场强度信息。

3.根据权利要求1所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的调制层(2)为散射介质层时，发光层(1)为可编程发光单元阵列。

4.根据权利要求2所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的发光层(1)为可编程发光单元阵列或者均匀背光。

5.根据权利要求4所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的可编程发光单元阵列，为微LED阵列、液晶显示***或OLED显示***；可编程发光单元阵列任意位置的发光单元可以被单独驱动。

6.根据权利要求1所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的散射介质层为毛玻璃、电控聚合物分散液晶或者全息膜。

7.根据权利要求1所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于，所述的可空间编程的相位调制层，为透射式可编程器件；发光层所发射的光线可以穿过该透射式可编程器件，照射到显示层(3)上。

8.根据权利要求3所述的空间可编程的复合立体显示***，其特征在于：所述调制层(2)为散射介质层时，发光层(1)为可编程发光单元阵列，发光层(1)的可编程发光单元按照需要显示原始光场波前信息，所述的显示层(3)显示渲染后的立体像源，其渲染流程如下：

a).信息采集：在相机和待记录的三维场景之间放置一散射介质层，三维场景的原始光场信息经过散射介质层之后的波前，被相机记录下来，该波前称为原始光场波前信息，相机中每个光感单元记录的信息称为单位光场波前信息；

b).显示输入：由于可编程发光单元阵列任意位置的发光单元可以被单独驱动，因此使每个发光单元显示对应的单位光场波前信息，该发光层可以重构出原始光场波前信息，该波前信息通过同样的散射介质层之后，就会重建出原始光场的相位信息；

c).显示输出：显示层(3)显示的原始光场的强度信息，原始光场波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为原始光场的振幅信息；带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。

9.根据权利要求2所述的一种空间可编程的复合立体显示***，其特征在于：所述调制层(2)为可空间编程的ECB液晶层时，其显示内容为原始光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图，发光层(1)可以为任意光源，如可编程发光单元阵列或者均匀背光；所述的显示层(3)显示渲染后的立体像源，其渲染流程如下：

a).发光层(1)中所有发光单元全部点亮；可空间编程的ECB液晶层显示重建光场的不同深度位置对应的编辑相位信息图，发光层的波前经过ECB液晶层的显示单元时，会带上该单元上所显示的相位信息继续向前传播，称之为波前相位；

b).显示层(3)显示的重建光场的强度图，波前经过显示层中的液晶单元时，会带上该液晶单元上所显示的强度信息，称之为波前振幅；

c).带有相位信息和振幅信息的波前会在显示器前面对原始光场进行重建。