CN115166994A - 三维显示***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维显示***及方法，该***包括：介质层，介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或介质层的厚度小于第二预设阈值，待调制光源的光线穿过介质层；控光结构，待调制光源的光线穿过介质层后投射到控光结构，控光结构用于对待调制光源的光线进行调制；介质层和控光结构沿着待调制光源的光路依次设置。本发明使得待调制光源的光线在入射到控光结构前，先经过特定折射率和/或特定厚度的介质层，可保护光线在经过控光结构前尽量不受影响，最终经过控光结构形成的三维光场，可有效抑制光路中的畸变，以提高三维显示***的显示清晰度，增大三维显示***的景深，提升三维显示***的显示效果。

Description

三维显示***及方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种三维显示***及方法。
背景技术
传统的显示技术只能通过平面显示二维的图像，丢失了深度关系等重要信息，而且显示信息单一，不能通过多角度观察到不同的侧面信息。不仅不符合人眼观察世界的习惯，更重要的是，局限的二维显示不能为一些具有高精度显示要求的领域提供显示技术。而理想的三维显示技术可以完美地再现真实的三维空间，不仅可以为观众提供身临其境的感觉，还可以表达二维显示无法具备的信息，在很多领域具有开阔的应用潜力。因此，三维显示是倍受关注的研究热点，但是现在仍然缺少高质量的三维显示方案。
传统三维显示技术的视角、景深、分辨率和空间信息容量(视点数)等显示参数存在着相互的权衡和固有的制约，因此每一种显示质量出色的三维显示技术都显得尤为珍贵。但是三维显示***作为一种光学***，总是不可避免的受到光学像差的影响。光学像差的存在使设计的三维显示***不能够按照理想的光路构建光场，因此，绝大多数三维显示***方案总是不能呈现较为理想的显示效果。
畸变是对三维显示***显示质量影响最大的光学像差之一。如图1所示，理想的三维显示光学***可以在一个完整的视区中构建若干个理想的视点，用图1中的椭圆表示，L表示视点与控光结构之间的垂直距离，D表示控光结构与显示单元之间的垂直距离。在这些视点位置处填入对应的视差图像，观众便可以体验到理想的三维观感。但是，如图2所示，具有畸变的三维显示***的光路与理想三维显示***的光路有一些偏差，而这种偏差往往越远离光轴，体现的越为明显。
畸变对于三维显示***的影响主要体现在视点间的相互串扰。根据具体的表现形式可分为两类，一是视区内部视点的影响，如图2中光线投射的中间视点，由于构成每个视点中视差图像内容的像素来源于整块屏幕上不同透镜的不同位置，受畸变的影响，来自一个视点的视差图像内容就不能汇聚到一个视点处。也就是说，观众在一个视点位置处看到的视差图像内容会受到相近视点的串扰。而显示内容的景深范围越大，相近视点的内容差异就越大，畸变影响下的每个视点显示质量也就越差。因此，畸变的存在会直接影响到一个显示***的显示清晰度和显示的景深范围。
畸变对于三维显示***的影响在视区边界的视点会有另一种表现形式，如图2中光线投射的左端视点。与视区内部视点的影响类似，视区边界的视点同样会因畸变受到串扰的问题，而视区边界处视点的相近视点很有可能是相邻视区的视点，而不同视区间的相近视点内容相差是十分大的。因此，这样的串扰出现对于三维显示观看来说是不可容忍的。由于畸变导致的这种影响，三维显示***的视区间跳变会出现拖延的现象，而由于在光学***中，越远离光轴，畸变越严重，因此视角越大的三维显示***受到畸变的影响越大，视区间跳变的不流畅越严重。
发明内容
本发明提供一种三维显示***及方法，用以解决现有技术中三维显示***受畸变的影响较大的缺陷，实现抑制三维显示畸变，提高三维显示质量。
本发明提供一种三维显示***，包括：
介质层，所述介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值，待调制光源的光线穿过所述介质层；
控光结构，所述待调制光源的光线穿过所述介质层后投射到所述控光结构，所述控光结构用于对所述待调制光源的光线进行调制；
所述介质层和所述控光结构沿着所述待调制光源的光路依次设置。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述控光结构设置有基底。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述基底与所述待调制光源位于所述控光结构的不同侧。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述基底位于所述介质层与所述控光结构之间，所述基底的折射率与所述环境介质的折射率之间的差值小于所述第一预设阈值，或者所述基底的厚度小于第三预设阈值。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述介质层为所述基底。
根据本发明提供的一种三维显示***，在所述三维显示***处于空气中时，所述介质层为空气。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述介质层为一层或多层。
根据本发明提供的一种三维显示***，所述控光结构包括狭缝光栅、柱透镜光栅、微孔阵列和透镜阵列中的一种或多种。
本发明还提供一种三维显示方法，包括：
将待调制光源的光线投射到介质层；所述介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值；
将穿过所述介质层的光线投射到控光结构，以供所述控光结构对所述光线进行调制后显示。
本发明提供的三维显示***及方法，通过在待调制光源和控光结构之间设置介质层，且介质层与三维显示***所在环境介质的折射率相近或相同，或者介质层的厚度较小，使得待调制光源的光线在入射到控光结构前，先经过特定折射率和/或特定厚度的介质层，可保护光线在经过控光结构前尽量不受影响，最终经过控光结构形成的三维光场，可有效抑制光路中的畸变，以提高三维显示***的显示清晰度，增大三维显示***的景深，提升三维显示***的显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的理想三维显示光学***的光路示意图；
图2是现有技术提供的具有畸变的三维显示光学***的光路示意图；
图3是本发明提供的三维显示***的结构示意图；
图4是本发明提供的三维显示***的光路示意图之一；
图5是本发明提供的三维显示***的光路示意图之二；
图6是本发明提供的三维显示***的光路示意图之三；
图7是本发明提供的三维显示***的光路示意图之四；
图8是本发明提供的三维显示方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图3描述本发明的一种三维显示***，包括：介质层2，所述介质层2的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值，待调制光源1的光线穿过所述介质层2；
本实施例中的待调制光源1为显示面板。可选地，待调制光源1为LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)显示面板。
显示面板作为信息输入端，显示三维场景的编码图像，并将携带编码图像的视点信息的光线穿过介质层2投射到控光结构3。视点信息为构成三维显示的离散化三维数据形态。
通过设置介质层2与环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，使得介质层2与环境介质的折射率相同或相近。
通过设置介质层2的厚度小于第二预设阈值，使得介质层的厚度较小，将畸变控制在可接受范围内。
本实施例与传统的三维显示***的最大不同在于，在待调制光源1与控光结构3之间存在介质层2，而且介质层2的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率相同或相近，或者介质层的厚度较小。这样的特殊结构使得三维显示***的部分畸变得到较好的抑制。
控光结构，所述待调制光源的光线穿过所述介质层后投射到所述控光结构，所述控光结构用于对所述待调制光源的光线进行调制；所述介质层和所述控光结构沿着所述待调制光源的光路依次设置。
可选地，控光结构为狭缝光栅。控光结构通过对光线进行调制，使得光线按照视点信息进行显示。沿待调制光源的光路，依次设置介质层和控光结构。本实施例可配合抑制畸变的3D合成算法共同抑制畸变。
如图4所示，介质层2为空气，狭缝光栅(控光结构3)中一个狭缝单元左侧x的光源发射的光线最终到达X1'。其中，斜虚线所绘为理想光路，斜实线所绘为实际光路。三维显示***不存在畸变，构建的光场可提供高质量的三维观感。
畸变是像差的一种，光学***中轴上物点与视场边缘具有不同的放大率，物和像因此不再完全相似，这种像对物的变形像差称为畸变。
本实施例通过在待调制光源和控光结构之间设置介质层，且介质层与三维显示***所在环境介质的折射率相近或相同，或者介质层的厚度较小，使得待调制光源的光线在入射到控光结构前，先经过特定折射率和/或特定厚度的介质层，可保护光线在经过控光结构前尽量不受影响，最终经过控光结构形成的三维光场，可有效抑制光路中的畸变，以提高三维显示***的显示清晰度，增大三维显示***的景深，提升三维显示***的显示效果。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述控光结构设置有基底。
三维显示***中的控光结构自身稳定性往往不高，因此控光结构一般会有一个起支撑作用的稳定结构或基底。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述基底与所述待调制光源位于所述控光结构的不同侧。
如图5所示，介质层2为空气，狭缝光栅(控光结构3)中一个狭缝单元左侧x的光源发射的光线最终到达X2'。其中，斜虚线所绘为理想光路，斜实线所绘为实际光路。
本实施例中的控光结构3具有稳定的基底4，其与待调制光源1位于控光结构的不同侧。控光结构的控光面面向待调制光源，即面向介质层。待调制光源的光线穿过介质层投射到控光结构的控光面，对到达的光线进行空间控光，以形成抑制畸变的立体光场。
与图4中不设置基底的光路相比，三维显示***虽然具有畸变，但畸变产生的原因是光线经过控光结构的基底时引起的一段位移，而基底厚度d一般较小，因此最终产生的畸变极小，可极大的抑制三维显示***中的畸变。
作为上述基底设置位置的并列方案，本实施例中所述基底4位于所述介质层2与所述控光结构3之间，所述基底4的折射率与所述环境介质的折射率之间的差值小于所述第一预设阈值，或者所述基底4的厚度小于第三预设阈值。
如图6所示，介质层2为空气，狭缝光栅(控光结构3)中一个狭缝单元左侧x的光源发射的光线最终到达X3'。其中，斜虚线所绘为理想光路，斜实线所绘为实际光路。本实施例中的控光结构3具有稳定的基底4，其置于介质层2与控光结构3之间。
与图4中不设置基底的光路相比，三维显示***具有畸变，畸变产生的原因是光线从基底出射时出射角发生了变化，而且由于观看距离L一般较大，角度的细微变化会随着观看距离被放大，此时的畸变就很难忽视。
但值得一提的是，若基底的厚度较小，或折射率与环境折射率相近时，此时的畸变依然可以控制在可接受范围内。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述介质层为所述基底。
如图7所示，当控光结构3与待调制光源1之间的介质层2为基底时，狭缝光栅(控光结构3)中一个狭缝单元左侧x的光源发射的光线最终到达X4'。其中，斜虚线所绘为理想光路，斜实线所绘为实际光路。
与图4中介质层为空气的光路相比，三维显示***虽然具有畸变，同样具有畸变，畸变产生的原因同样是基底出射时出射角的变化，而此时的出射角变化要较图6更为剧烈，同样此时的畸变比图6的畸变更加严重，这样的畸变严重影响了三维显示***的显示质量。
同时值得一提的是，若介质层2的折射率与空气折射率相近时，此时的畸变可以控制到可接受范围内。
在上述各实施例的基础上，本实施例中在所述三维显示***处于空气中时，所述介质层为空气。
本实施例中在待调制光源1和控光结构3之间设置的介质层2为空气。由于整个三维显示***处于空气中，介质层的折射率与空气的折射率相同。
在上述各实施例的基础上，本实施例中所述介质层为一层或多层。
在上述各实施例的基础上，本实施例中所述控光结构包括狭缝光栅、柱透镜光栅、微孔阵列和透镜阵列中的一种或多种。
下面对本发明提供的三维显示方法进行描述，下文描述的三维显示方法与上文描述的三维显示***可相互对应参照。
如图8所示，该方法包括：步骤801，将待调制光源的光线投射到介质层；所述介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值；
步骤802，将穿过所述介质层的光线投射到控光结构，以供所述控光结构对所述光线进行调制后显示。
本实施例通过在待调制光源和控光结构之间设置介质层，且介质层与三维显示***所在环境介质的折射率相近或相同，或者介质层的厚度较小，使得待调制光源的光线在入射到控光结构前，先经过特定折射率和/或特定厚度的介质层，可保护光线在经过控光结构前尽量不受影响，最终经过控光结构形成的三维光场，可有效抑制光路中的畸变，以提高三维显示***的显示清晰度，增大三维显示***的景深，提升三维显示***的显示效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种三维显示***，其特征在于，包括：
介质层，所述介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值，待调制光源的光线穿过所述介质层；
控光结构，所述待调制光源的光线穿过所述介质层后投射到所述控光结构，所述控光结构用于对所述待调制光源的光线进行调制；
所述介质层和所述控光结构沿着所述待调制光源的光路依次设置。
2.根据权利要求1所述的三维显示***，其特征在于，所述控光结构设置有基底。
3.根据权利要求2所述的三维显示***，其特征在于，所述基底与所述待调制光源位于所述控光结构的不同侧。
4.根据权利要求2所述的三维显示***，其特征在于，所述基底位于所述介质层与所述控光结构之间，所述基底的折射率与所述环境介质的折射率之间的差值小于所述第一预设阈值，或者所述基底的厚度小于第三预设阈值。
5.根据权利要求2所述的三维显示***，其特征在于，所述介质层为所述基底。
6.根据权利要求1-5任一所述的三维显示***，其特征在于，在所述三维显示***处于空气中时，所述介质层为空气。
7.根据权利要求1-5任一所述的三维显示***，其特征在于，所述介质层为一层或多层。
8.根据权利要求1-5任一所述的三维显示***，其特征在于，所述控光结构包括狭缝光栅、柱透镜光栅、微孔阵列和透镜阵列中的一种或多种。
9.一种三维显示方法，其特征在于，包括：
将待调制光源的光线投射到介质层；所述介质层的折射率与三维显示***所在环境介质的折射率之间的差值小于第一预设阈值，和/或所述介质层的厚度小于第二预设阈值；
将穿过所述介质层的光线投射到控光结构，以供所述控光结构对所述光线进行调制后显示。
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