本发明专利技术公开了基于非对称双柱面镜结构的立体显示方法，采用非对称双柱面镜单元排列成阵列，每根非对称双柱面镜单元在长度方向上与显示屏尺寸的高度近似，所述双柱面镜单元是一对焦距不同的柱面镜，两柱面镜的成像面相互重合，成像面处放置转像元件；显示屏处于非对称双柱面镜阵列照明方向的正前方，在非对称双柱面镜阵列形成左眼照明的状态下显示左图像，在非对称双柱面镜阵列形成右眼照明的状态下显示右图像。从而可以实现立体图像的显示。图像显示单元可以是液晶显示器、透明胶片图像、透明印刷图片，用于提供左右图像对。
【技术实现步骤摘要】
基于非对称双柱面镜阵列的立体显示装置及其方法
本专利技术涉及不带任何辅助工具、肉眼可直接观看的自有立体显示(Auto-stereoscoopicdisplay)方法，尤其是一对立体图像对、同时供多人观看的自由立体显示方法。
技术介绍
在以显示器件为主要人机互结构的信息技术时代，显示器是人机交互中不可或缺的器件。另一方面，人的一对眼睛能看到的立体的影像，双眼获得的图像可以使人类感知景象的纵深信息，大脑借助于这些立体信息获得客观世界的三维空间分布，从而能够进行准确的运动、定位、操作等各种复杂的活动。立体显示技术是满足上述需求的主要手段。目前，实现立体显示的方法有多种，各种立体显示方式及各自的特点如下表：表1、立体显示方式分类从技术性能以及可行性角度分析，综合考虑工艺性和可预期的未来市场需求，基于视差原理的立体显示方式是相对现实可行的办法。按照实现立体显示所需要的图像源数量，这种立体显示方式可以分成两大类——两视图和多视图。共有三种，如下表：表2、视差立体显示方式技术特点类型所需图像所需带宽用户视角分辨率单视点立体2窄单用户窄高头跟踪立体2窄单用户宽高多视点立体≥3宽多用户宽低从现有的立体显示方式来看，立体现实器的观看角度与显示器的立体图像个数成比例。为了扩大立体观看角度，通常采用同屏显示多视点立体图像的办法。例如，采用3视点以上的“多视点”立体显示方案。但是，多视点立体显示需要的视频图像信息量惊人，特别是在面向远程或无线传输的应用领域，多视点立体显示方式将受到信道带宽的限制而变得难以实现。另外，由于需要3台以上的摄像装置同时拍摄，使得图像获取环节的成本提高，体积和重量都会不尽如人意，操作也会复杂化。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种基于非对称双柱面镜结构的立体显示方式。该方法犹如单视点立体显示技术那样只需要一对立体图像信号，又能够实现多人同时独立观看。这样，本专利技术自由立体图像显示技术将使得立体视频图像的信号传输带宽降低到最小水平，又可以保证多用户、宽视角地同时观看立体图像。本专利技术的自由立体显示装置采取以下的技术方案实现：基于非对称双柱面镜结构的立体显示方法和装置，由非对称双柱面镜单元排列成阵列构成，每根非对称双柱面镜单元在长度方向上与实用的显示屏尺寸的高度近似，所述双柱面镜单元在垂直于长度方向的纵截面是胶囊形，纵截面两端是一对焦距不同的柱面镜的弧线曲线，其中较短焦距为3±1.5mm，长焦距大于6±1.5mm，两柱面镜的成像面相互重合，成像面之间设置转像元件；显示屏处于非对称双柱面镜阵列照明方向的正前方，在非对称双柱面镜阵列形成左眼照明的状态下显示左图像，在非对称双柱面镜阵列形成右眼照明的状态下显示右图像。转像元件将一只柱面镜的像面转换成另一只柱面镜的物面，转像元件是全息薄膜、漫射面、导光板，结构上可以是平面形态、曲面形态、平面加曲面形态。非对称双柱面镜阵列构成中，各非对称双柱面镜单元的光轴相互平行布局，也可以相互汇聚布局；阵列构成中，设置非对称双柱面镜单元光轴承像面与其光轴的交点称作“主点”处于同一圆弧上，也可以设置成处于同一平面上。短焦距柱镜的焦距为3±1.5mm，长焦距柱镜的焦距为大于6±1.5mm，本专利技术非对称双柱面镜单元阵列处于菲涅尔透镜一方，在菲涅尔透镜的另一方，安置了两排照明光源阵列，照明光源构成阵列，用于改变平行于液晶面板方向的立体显示视窗位置，扩展立体显示器的水平视角；光源阵列沿液晶面板法线方向排成两排，用于改变垂直于液晶面板方向的立体显示视窗位置，扩展立体显示器的纵向显示区。通过这样的设计，可以扩大清晰显示立体图像的空间区域，也可以为多用户同时显示立体图像。菲涅尔透镜的焦距为550±50mm，非对称双柱面镜阵列与照明光源之间还添加了菲涅尔透镜等构成的场镜，照明光源经场镜成像之后，再经过非对称双柱面镜阵列折向。非对称双柱面镜阵列中的各非对称双柱面镜单元之间相互独立，不同双柱面镜单元没有光线的相互进出。与本专利技术方案最相接近的技术方案是基于对称双柱面镜的背投式立体显示器。在这种结构中，其前后双柱面镜具有完全相同的光学参数，而不像本专利技术的前后双柱面镜具有不同的光学焦距；此外，本专利技术的双柱面镜单元之间相互独立成像，也就是说，两个双柱面镜单元之间没有光线的相互进出。而从器件在形成立体图像的作用上讲，对称双柱面镜阵列用于图像投影屏幕，即左右图像直接投影与双柱面镜阵列上；而本专利技术的非对称双柱面镜阵列则是用于照明模块，图像是由液晶屏来显示的。正因为如此，非对称双柱面镜在排列形成阵列的方式上具有灵活性，如图2和图3的平行式和汇聚式结构。由于非对称双柱面镜的视场角放大作用，可以用小视场角分布的照明光源得到大视场角的照明。本专利技术构成的立体显示器具有以下特点：使用两幅立体图像对，可为多用户提供立体图像。这一性能，是目前的立体显示器(见表2)所无法做到的。附图说明图1是本专利技术方法的非对称双柱面镜结构示意图,其中(a)平场对称双柱面镜(b)场曲非对称双柱面镜；图2是本专利技术的平行式非对称双柱镜阵列(a)阵列结构三维示意图；(b)阵列结构端面示意图；图3是本专利技术的汇聚式非对称双柱镜阵列；图4是本专利技术的基于非对称双柱镜阵列的立体液晶显示器；图5是本专利技术的立体液晶显示器实施例结构示意图；图6是投影式立体显示实施例结构示意图。具体实施方式显示装置的核心元件是非对称双柱面镜，如图1所示，由一对焦距互不相同的柱面镜构成，两柱面镜(包括柱镜1和柱镜2)的光轴相互平行或者重合布置。柱面镜的成像面相互重合，在成像面处设置转像元件，如图1(a)所示。转像元件3的作用是将柱镜1的成像点转换成柱镜2的照明光点，结构上，转像元件可以是平面形态、曲面形态、平面加曲面形态。平面形态的转像元件则实现同一平面之间的转换、不同平面之间的转换，曲面形态则实现同一曲面的转换、不同曲面之间的转换，平面加曲面形态则实现平面与曲面之间的转换。几何构造上，转像元件可以是薄膜元件，例如漫射层、全息层，也可以是具有不同结构的三维元件，例如导光元件等。柱镜2的另一端(下表面)可以是球面，也可以设计成近球面的非球面，即截面的曲线可以是圆锥曲线或卵形线等。外界光线经由柱镜1汇聚于转像元件表面，并被漫射后形成大散射角的二次光源，形成二次光源的转像元件表面可称作“承像面”，非对称双柱面镜成像面与其光轴的交点称作“主点”。经柱镜1汇聚的光线在承像面形成细长的光带，光带经柱镜2成像，在柱镜2的像方空间形成带状光照。为了使柱镜2获得大视场角成像，采用图1(a)所示的场曲结构。柱镜1与柱镜2之间，设置导光板，用于像面转换，将柱镜1的像面转换成柱镜2的场曲面。导光板4可以用柱状光导纤维，也可以采用片状光导纤维构成。非对称双柱面镜中，参与成像的表面是两个柱镜的曲面以及承像面，其他表面涂黑，不透光。与通常的对称双柱面镜相比，非对称双柱面镜的特点在于：两个柱面镜具有不同的焦距，具有视场缩放的作用。如果光束由大焦距的透镜入射，从小焦距的透镜出射，则光线的视场角被放大，反之，则被缩小。将非对称双柱面镜组合排列，构成非对称双柱镜阵列，如图2、图3所示。阵列结构可以构成按照图2(a)所示的平行方式布局，也可以按照图3所示的汇聚布局。平行方式布局的特点在于：阵列中的非对称双柱面镜的光轴相互平行本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于非对称双柱面镜结构的立体显示方法，其特征是采用非对称双柱面镜单元排列成阵列，每根非对称双柱面镜单元在长度方向上与显示屏尺寸的高度近似，所述双柱面镜单元是一对焦距不同的柱面镜，两柱面镜的成像面相互重合，成像面处放置转像元件；显示屏处于非对称双柱面镜阵列照明方向的正前方，在非对称双柱面镜阵列形成左眼照明的状态下显示左图像，在非对称双柱面镜阵列形成右眼照明的状态下显示右图像。
【技术特征摘要】
1.基于非对称双柱面镜结构的立体显示方法，其特征是采用非对称双柱面镜单元排列成阵列，每根非对称双柱面镜单元在长度方向上与显示屏尺寸的高度近似，所述双柱面镜单元是一对焦距不同的柱面镜，两柱面镜的成像面相互重合，成像面处放置转像元件；显示屏处于非对称双柱面镜阵列照明方向的正前方，在非对称双柱面镜阵列形成左眼照明的状态下显示左图像，在非对称双柱面镜阵列形成右眼照明的状态下显示右图像；所述非对称双柱面镜阵列构成中，各非对称双柱面镜单元的光轴相互平行或相互汇聚布局；即在非对称双柱面镜阵列构成中，设置非对称双柱面镜单元光轴成像面与其光轴的交点称作“主点”，各主点处于同一圆弧上或处于同一平面上；非对称双柱面镜单元中短焦距柱镜的焦距为3±1.5mm，长焦距柱镜的焦距6±1.5mm；该非对称双柱面镜单元阵列的前方放置一块菲涅尔透镜，在菲涅尔透镜另一方，放置两排照明光源阵列，用于改变平行于液晶面板方向的立体显示视窗位置；光源阵列沿液晶面板法线方向排成两排，用于改变垂直于液晶面板方向的立体显示视窗位置，扩展立体显示器的纵向显示区；非对称双柱面镜阵列中的各非对称双柱面镜单元之间光路相互独立，不同双柱面镜单元没有光线的相互进出。2.基于非对称双柱面镜结构的立体显示装置，其特征是采用非对称双柱面镜单元排列成阵列，每根非对称双柱面镜单元在长度方向上与显示屏尺寸的高度近似，所述双柱面镜单元是一对焦距不同的柱面镜，两柱面镜的成像面相互重合，成像面处放置转像元件；显示屏...
【专利技术属性】
技术研发人员：王元庆，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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