CN201063782Y - 一种可实现显示模式切换的自由立体显示器 - Google Patents

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吴华夏
董戴
王�忠
张永生
沈健
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Abstract

本实用新型公开了一种可实现显示模式切换的自由立体显示器，包括图像显示***，图像源处理***，其特征在于：位于所述的图像显示***后设有具有2D与3D显示模式切换功能的视差光栅***；视差光栅***由两块偏振片、两块光学阵列构成。显示器利用两个由两种双折射元件构成的光学平面，通过改变其相对位置，产生黑白间隔条纹的光栅屏障，以此可以达到在2D与3D模式间切换的功能。安装在显示***后的视差光栅，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。

Description

一种可实现显示模式切换的自由立体显示器
技术领域
本实用新型涉及显示器，具体地说是涉及一种可实现显示模式切换的自由立体显示器。
背景技术
人对现实世界的细微观察，是通过人眼同时对同一场景或物体的观察实现的，由于两只眼睛对所观察景物的细微差别，使所观察的景物除了呈现色彩、明暗外，还包含了景物间的相对位置及其与观察者之间的位置等空间信息。而目前广泛被人们所使用的显示设备均为2D显示，只能重现景物的色彩和明暗而无法重现原有的空间信息，而要真实重现景物的色彩、明暗和空间信息等3D显示功能的显示设备我们称之为立体显示器。目前各种立体显示设备已通过各种方式为公众所知，实现方式上主要有佩戴式(即需要配戴辅助眼镜的)和自由立体式(即无需配戴辅助设施的)，后者(即自由立体显示器)将是立体显示器的发展方向。
当前的自由立体显示器得实现种类主要有以下几种：柱透镜式、光栅式和全息成像式。由于全息成像的原理复杂，景物记录和实现对客观条件要求均比较高，以致一直没有很大的进展。目前比较广泛使用且被人熟知的方法主要为前两种，如图1所示，他们均是基于双目视差的方法，让用户的左右眼分别观察到相应的具有微小差别的视差图像，从而形成立体视觉效果。为使左眼与右眼分别观察到具有视差的图像，立体显示器需能够将两幅影像分别传送到显示器不同的像素区域，再通过光学***的实现左右眼接收不同图像。典型的实现方式包括使用视差光栅、在显示器表面安装柱面透镜组和光栅式。如何在视差光栅式立体显示器上实现显示二维图像，是现有技术需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供了一种通过视差光栅可实现显示模式切换的自由立体显示器。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是一种可实现显示模式切换的自由立体显示器，包括图像显示***，图像源处理***，其特征在于：位于所述的图像显示***前设有具有2D与3D显示模式切换功能的视差光栅***；所述的视差光栅***，用于利用两个由两种双折射元件构成的光学平面，通过机械机构改变其相对位置，产生黑白间隔条纹的光栅屏障。
所述视差光栅***包括：依次设有的第一偏振片，用于透射具有第一偏振方向的光；第一光学平面，用于使偏振光向不同方向旋转；第二光学平面，使偏振光在第一光学平面的基础上继续向相同或不同方向旋转；第二偏振片，用于阻挡其偏振方向不同的光线，透过与其偏振相同的偏振光，从而形成黑白相间的视差光栅。通过机械机构能在很小的空间内使用两块光学平面阵列间的微小移动来实现2D模式和3D模式间的切换。
可实现显示模式切换的自由立体显示器中，所述的第一光学平面、第二光学平面与机械机构的连接方式，是在固定了第一个光学平面的基础上，通过弹性构件将第二个光学平面固定于框架的一边，在其相对的另一边中间处安装一插销件并与框架相匹配，其结构类似于自动圆珠笔，通过插销件的按进与按出，改变了第二个光学平面的位置，以达到2D/3D显示模式的转换。
可实现显示模式切换的自由立体显示器，所述的视差光栅***，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。
一种可实现显示模式切换的自由立体显示器，由于采用上述结构，包括图像显示***，图像源处理***，位于所述的图像显示***后设有具有2D与3D显示模式切换功能的视差光栅***；视差光栅***由两块偏振片、两块光学阵列构成。显示器利用两个由两种双折射元件构成的光学平面，通过改变其相对位置，产生黑白间隔条纹的光栅屏障，以此可以达到在2D与3D模式间切换的功能。安装在显示***后的视差光栅，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明；
图1A、图1B为现有技术柱透镜、光栅的立体显示效果示意图；
图2A、图2B为本实用新型一种可实现显示模式切换的自由立体显示器结构示意图；
图3A、图3B为本实用新型在2D模式下显示器结构示意图；
图4A、图4B、图4C为图2所示显示***中像素的排布和用于立体显示的两幅图像的不同排列方式示意图；
图5为图2所示视差光栅***2D显示状况示意图；
图6为图2所示视差光栅***3D显示状况示意图。
在图2、图3、图5、图6中，1、图像显示***、11、第一偏振片；12、第二偏振片；21、第一光学平面；22、第二光学平面。
具体实施方式
图1A、图1B为目前现有技术常用的两种自由立体显示技术，光栅式和柱透镜光栅式。他们都是利用双眼视差的原理，通过光学组件使人的左右两眼分别感受到两幅具有视差的图像，从而产生立体视觉的效果。
图2介绍了本专利中可实现2D/3D转换的视差光栅。图2A为立体图，图2B为俯视图。图中1为图像显示***，第一偏振片11和第二偏振片12分别是偏振方向不同的偏振片，第一偏振片11为垂直偏振片，第二偏振片12为水平偏振片。为了消除色散和摩尔条纹，图像显示***1以倾斜角a将两幅图像依次相插，此时第一光学平面21和第二光学平面22为匹配图像源，其中的双折射元件也以相同的倾角进行排布。
图3为显示器是在2D显示下的视差光栅结构示意图，图3A为立体图，图3B为俯视图。
图4显示的是显示***中像素的排布(图4A)和用于立体显示的两幅图像的不同排列方式。图4B显示了两幅图像以直列方式进行排列的情况，此方法在操作上较为简单，且在光学元件的制作等方便较为易行，但此方式下的立体显示会出现严重的色散和摩尔条纹现象严重干扰了，立体显示的效果。图4c是我们所采用的两幅图像斜插的排列方式，大大降低了图4B中出现的不良现象，更好的显示立体图像。
显示***1中，显示的关键部件——液晶盒中，像素的排布如图4A所示，R、G、B子像素分别一列一列的相邻排布。要实现3D的显示，需要以像素为单位依次间隔的显示两幅图像(左眼图像L和右眼图像R)，通过视差光栅使左眼图像只被左眼接收，右眼图像只被右眼接收，如图4B、图4C所示，其中由于各子像素的规则排布，当用于立体显示的两幅图像被显示于液晶屏时，若采用图4B的方式，视差光栅的排布为与图像相对应从而进行立体显示，势必将其与图像分布一致，像素的列状排布和图像与视差光栅这三种的规则形排布，将造成摩尔条纹和色散现象，为此我们显示***1采用了图4C的图像***方式，倾斜a角后两幅图像依次相插，为立体显示提供了图像源。
图5和图6分别介绍了3D、2D下的视差光栅的形成和消失。第一块光学平面21是由双折射元件211、双折射元件212两种双折射元件构成，为配合立体图像源的排布，此光学平面中两双折射元件以倾斜角a等距的排列在此平面阵列内；第二块光学平面22是由双折射元件223、双折射元件224两种双折射元件构成，其亦以倾斜角a等距的排列在此平面阵列内。在这两光学阵列内，双折射元件211、双折射元件213和双折射元件212、224分别是两种相同的双折射元件，其中双折射元件211、双折射元件213的作用是将入射的偏振光的相位延迟+45度，双折射元件212、双折射元件224的作用是将入射的偏振光的相位延迟-45度。
图5中，当显示***1中由背光源发出的光经过液晶屏，再通过第一偏振片11时，其所有的光线均是垂直偏正，此时光线在经过第一光学平面21时，由于第一光学平面21中的双折射元件211和双折射元件212分别让偏振光的相位延迟±45度，通过光学平面21的偏振光将是±45度相互垂直的两种偏振状态；接着当光线透过第二光学平面22时，第二光学平面22中的双折射元件223和双折射元件224也分别让偏振光的相位延迟±45度，此时两个光学平面中双折射元件211和双折射元件223相对，双折射元件212和双折射元件224相对，分别透过双折射元件223和双折射元件224的偏振光在各自原有相位延迟的基础上继续旋转45度，得到了水平偏振的偏振光；第二偏振片12为水平偏振片，此时的光线将全部透过，此时显示的即为2D显示。
在图6中，所示的两个光学平面21和22通过机械机构有了一个微小的移动。此时光线经过第一偏振片11时，其所有的光线均是垂直偏正，再经过第一光学平面21时，由于双折射元件211和双折射元件212的作用，分别让偏振光的相位延迟±45度，通过第一光学平面21的偏振光将是±45度的两种偏振状态；再经过第二光学平面22时，用于第一光学平面21和第二光学平面22相互间有一定的偏移，此时双折射元件211和双折射元件223相对，双折射元件212和双折射元件224相对的部分，偏振光在原有基础上继续旋转45度得到了水平偏振的偏振光，从而透过了第二偏振片12；而双折射元件211和双折射元件224相对，双折射元件212和双折射元件223相对的部分，由于双折射元件211与双折射元件224，双折射元件212和双折射元件223时偏振光的旋转方向相反，所以此时透过双折射元件211和双折射元件224相对，双折射元件212和双折射元件223相对的那部分偏振光，其偏振方向由恢复到了原有的状态，即垂直偏振，它与第二偏振片12的偏正方向垂直，故光线无法透过第二偏振片12。此时即形成了一种黑白相间的视差光栅。此时这一单元变成为视差光栅，从而达到3D显示的模式。

Claims (2)

1.一种可实现显示模式切换的自由立体显示器，包括图像显示***(1)，图像源处理***，其特征在于：位于所述的图像显示***(1)前设有具有2D与3D显示模式切换功能的视差光栅***；
所述的视差光栅***，用于利用两个由两种双折射元件构成的光学平面，通过机械机构改变其相对位置，产生黑白间隔条纹的光栅屏障。
2.根据权利要求1所述的可实现显示模式切换的自由立体显示器，其特征在于：所述视差光栅***包括：依次设有的第一偏振片(11)，用于透射具有第一偏振方向的光；第一光学平面(21)，用于使偏振光向不同方向旋转；第二光学平面(22)，使偏振光在第一光学平面(21)的基础上继续向相同或不同方向旋转；第二偏振片(12)，用于阻挡其偏振方向不同的光线，透过与其偏振相同的偏振光，从而形成黑白相间的视差光栅。
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Patentee before: Huadong Photoelectric Technique Institute of Anhui Province

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