一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕制造技术

本发明专利技术公开了一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其包括至少一个指向屏幕，指向屏幕的出光面上设有多组像素阵列，同组像素阵列中的像素发出的光指向同一视角。本发明专利技术将含有纳米光栅的指向投影屏幕与显示技术结合，实现超视角裸眼3D显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及裸眼3D显示领域，具体涉及一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕。
技术介绍
全息图是一种携带振幅与位相信息的图像，能真实再现三维信息，不产生视觉疲劳，立体效果与观察者的距离无关。全息显示的原理可概括为：全息图可在空间再现三维虚像或者三维实像，全息图上的每一点均在向空间各个方向传输信息，空间中的每一观察点均可看到整幅的图像。或者说，图像信息通过光场传输会聚在观察点上。因此，在空间不同观察点，应看到不同视角的整幅图像，相互不干扰。但是，数十年来，受到全息记录材料、信息量和技术工艺的限制，全息显示未能成为裸眼3D显示的主流。视差原理专利技术已100多年，虽然国内外企业不断有3D显示的样机展示，但由于图像分辨率和视觉疲劳等问题的限制，裸眼3D显示一直未能真正进入消费领域。传统的多视角三维显示基于几何光学原理，有柱透镜阵列和投影阵列法，然而容易产生辐辏调节矛盾，使人眼观看不自然，例如专利CN20101058659.4(可切换显示模式的LED裸眼显示装置)提出利用柔性狭缝光栅实现2D/3D切换，但其显示效果受观看位置影响较大。超视角裸眼3D显示技术能够减弱辐辏调节矛盾，实现更加自然的视角变换过程。基于柱透镜阵列的超视角三维显示方法光线调控精度差，易产生干扰，投影阵列方法结构很复杂，体积较大，不适合便捷式的显示终端。因此需要一个更为合理的三维显示的方法来解决以上这些问题。超视角裸眼3D显示是基于多视角裸眼3D基础上的改进。其最主要区别在于，超视角三维显示缩短了相邻两个视角间的距离，使人的一只眼睛可以同时看到两个以上的视角。因此，人眼可以观察到连续的视差，保证了图像的三维显示效果。在普通的裸眼3D显示技术中，单眼调焦距离与双眼聚合距离不匹配，容易使眼睛疲劳，采用超视角的方法之后，即可成果解决辐辏调节矛盾，更适合人眼观赏。基于衍射光学的超视角3D显示技术是一种很好的超视角三维显示方法，其采用纳米光栅结构来控制每一个视角，光线调控精度高，且不易产生串扰，结构简单，体积较小，适宜作为便携式的显示终端。是保证3D显示效果的有效方法。已有裸眼3D显示方案最大缺点是视差不连续，影响3D显示效果。同时，目前多视角裸眼3D显示中，单眼调焦距离与双眼聚合距离不匹配，产生辐辏调节矛盾，容易使眼部疲劳。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，将含有纳米光栅的指向投影屏幕与显示技术结合，实现超视角裸眼3D显示。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其包括至少一个指向屏幕，指向屏幕的出光面上设有多组像素阵列，同组像素阵列中的像素发出的光指向同一视角。通过减小同组像素阵列中纳米光栅周期差，从而减小相邻视角间的距离。进一步地，上述相邻视角间距离小于瞳孔大小，当相邻视角间距离小于瞳孔大小时再根据光栅方程求出周期差。进一步地，上述各组像素阵列之间根据全息成像原理将各自像素阵列互相嵌合，分布在指向屏幕的出光面上。不同组的像素阵列具有不同的位置的会聚视点，共同组成超视角视点分布。进一步地，上述像素内部纳米光栅的周期、取向的相互间关系满足全息原理。进一步地，上述指向屏幕的背后或正前方设有三个单色点光源，点光源发出的光从上而下或从下而上入射到指向屏幕的背后。进一步地，上述点光源扩散照明指向屏幕后，将多视角合成图像的像素与指向屏幕上的纳米光栅像素对应，经过空间距离的传播后，形成不同视点的出射光场，多视点光场形成超视。进一步地，上述三个单色为红、绿和蓝。进一步地，上述三个单色点光源的入射角度与波长的关系满足光栅衍射方程。本专利技术提出的一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，将含有纳米光栅的指向投影屏幕与显示技术结合，实现超视角裸眼3D显示。该专利技术的优点在于，第一，观察的图像在空间视点上具有会聚效应，同时携带振幅与位相信息，不同视角图像间不存在串扰。第二，利用纳米光栅调控每个视角，使一个眼睛能够看到两个以上的视角，实现连续的视差，保证自然的三维显示效果。第三，使单眼调焦距离与双眼聚合距离匹配，减少眼部疲劳。第四，用LCD配合图像的刷新，实现超视角裸眼3D视频显示。因此，本专利技术用纳米光栅投影屏幕对出射光方向进行调控，配合LCD显示技术，可实现超视角裸眼3D显示，得到的图像分辨率高，减小串扰，保证视差的连续性，减少辐辏调节矛盾，使观看效果更加自然，保证3D显示效果。附图说明图1为本专利技术实施例中所涉及的人眼结构图。图2为本专利技术实施例中所涉及的视锥细胞分布图。图3和图4为本专利技术实施例中结构尺度在纳米级别的衍射光栅在XY平面和XZ平面下的结构图。图5为本专利技术实施例中多种纳米光栅像素结构示意图。图6为本专利技术实施例中现单个视点汇聚的指向性功能薄膜的纳米结构分布图。图7为本专利技术实施例中一种超视角显示方案图。图8为本专利技术实施例中显示屏结构示意图。图9为本专利技术实施例中彩色超视角裸眼3D显示中显示屏结构示意图。图10a-b为本专利技术实施例中光源照明示意图。图11a-c为本专利技术实施例中多视角裸眼3D显示的两个视角像素密度分布图。图12为本专利技术实施例中平行光再现空频计算所涉及的坐标系示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。本实施例主要描述了一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，用液晶显示器贴合方式提供多视角图像，与屏幕上纳米结构像素阵列对应，每一幅视角图像均由一组纳米结构像素阵列在屏幕周围空间上产生会聚光场(视点)，使人的一个眼睛可以看到两个以上的视点，相邻两个视点间的视差分布尽可能连续，使影像的立体感更贴近真实情况。本专利技术的技术方案是：由含有纳米光栅像素的指向屏幕，将从投影的各视角图像会聚到投影装置位置附近，在空间产生距离较近的视点，实现单眼视差效果。超视角屏幕的像素包含对应于各视角图像的亚像素，其亚像素含有按照全息原理设计的纳米光栅组合，其纳米光栅像素阵列的功能是对入射的视角图像进行波前转换，将平行或点状照明光场，形成相邻瞳孔(2mm)大小以内的会聚视点。本质上，这是全息波前转换成像，将LCD提供的视角信息转变成位相视点，由于视角间隔小于瞳孔直径大小，因此实现单眼视差效果，从而减小了辐辏调节矛盾，保证了相邻视角中间间隔区域视差分布连续，增强3D显示效果。根据本专利技术的目的，提出的一种超视角3D显示装置，包括至少一个指向屏幕。所述指向屏幕的出光面上设有多组像素阵列，各组像素阵列之间根据全息成像原理将各自像素阵列互相嵌合，分布在所述指向屏幕的出光面上。同组像素阵列中的像素发出的光指向同一视角，减小相邻视角间的距离，使单个眼睛能够同时看到多个视角；不同组的像素阵列具有不同的位置的会聚视点，共同组成超视角视点分布。其中，所述像素内部含有纳米光栅结构，像素内部纳米光栅的周期、取向的相互间关系满足全息原理。所述指向屏幕的背后(或者正前方)设有三个单色(红、绿、蓝)点光源，光源发出的光从上而下(或者从下而上)入射到指向屏幕背。采用将液晶显示器(LCD)贴合在指向屏幕上面，由LCD提供多视角平面合成图像，点光源扩散照明指向屏幕后，将多视角合成图像的像素与指向屏幕上的纳米光栅像素对应，经过空间距离的传播后，形成不同视点的出射光场，多视点光场形成超视角，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其特征在于，包括至少一个指向屏幕，所述指向屏幕的出光面上设有多组像素阵列，同组像素阵列中的像素发出的光指向同一视角。

【技术特征摘要】
1.一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其特征在于，包括至少一个指向屏幕，所述指向屏幕的出光面上设有多组像素阵列，同组像素阵列中的像素发出的光指向同一视角。2.根据权利要求1所述的一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其特征在于，所述相邻视角间距离小于瞳孔大小，当相邻视角间距离小于瞳孔大小时再根据光栅方程求出周期差。3.根据权利要求1所述的一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其特征在于，所述各组像素阵列之间根据全息成像原理将各自像素阵列互相嵌合，分布在所述指向屏幕的出光面上，不同组的像素阵列具有不同的位置的会聚视点，共同组成超视角视点分布。4.根据权利要求1所述的一种含纳米光栅像素结构的超视角指向投影屏幕，其特征在于，所述像素内部纳米光栅的周期、取向的相互...

【专利技术属性】
技术研发人员：万文强，陈林森，乔文，徐相杰，黄文彬，朱鸣，陈翔宇，朱鹏飞，浦东林，叶燕，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32