桌面式3D光场显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桌面式3D光场显示装置，该3D显示装置包括激光投影仪，指向性3D光场调制器和定向扩散膜。其中激光投影仪用于投射多视角图像源；指向性3D光场调制器由像素型纳米光栅结构组成，其功能是将视角图像进行空间调制，并在水平方形进行分离投射，形成360°视点分布；定向扩散膜用于将视点进行定向扩散调制，填补视点之间的间隙，形成水平方向360°连续光场分布的桌面式3D显示效果。本发明专利技术能够增强视觉体验效果、降低显示系统成本。

【技术实现步骤摘要】
桌面式3D光场显示装置
本专利技术涉及3D光场显示
，特别是涉及一种桌面式3D光场显示装置。
技术介绍
3D显示能够提供全方位的、立体的视觉冲击感，被认为是信息显示技术的终极目标之一。桌面式3D光场显示作为3D显示技术方式的一种，能够提供周视、无视觉疲劳、多用户观看的三维显示效果，在医疗、教育、军事、广告等多个领域都具有巨大的应用价值。中国专利ZL201610239265.6公开了一种周视裸眼3D显示装置，所描述的3D显示装置包括光源、位相信息调制装置和图像信息调制装置。图像信息调制装置提供周视视角图像信息，经过位相信息调制装置调制后进行空间分离投射，形成360°视窗的周视三维显示。但由于投射的视角之间间隙较大，要形成连续视角光场，需要大量的视点信息，因此会大大减小显示图像的分辨率，降低视觉体验效果。中国专利ZL201710829816.9和ZL201710829887.9公开了一种360°集成成像桌面3D显示系统，采用圆形排列的点状背光源时序点亮，将通过准直透镜、微透镜阵列和显示面板的视角图像信息进行快速时序刷新分离投射于360°视窗，形成桌面式3D显示效果。但系统要形成满足人眼视觉暂留效应的周视集成成像效果，需要超高刷新率的显示设备和同步控制系统，造成系统成本太高，难以产业化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种桌面式3D光场显示装置，以增强视觉体验效果、降低显示系统成本。一种桌面式3D光场显示装置，包括由下而上依次排布的激光投影仪，指向性3D光场调制器和定向扩散膜；所述激光投影仪用于提供3D光场显示系统的入射光源和视角图像源；所述指向性3D光场调制器用于对入射的视角图像进行空间调制，形成水平方向360°分离投射；所述定向扩散膜用于将投射图像进行二次调制，填补视角间隙，在水平方向形成连续360°视场分布的桌面式3D光场显示效果。上述桌面式3D光场显示装置，其中，所述激光投影仪由下而上投射图像源，单幅图像源由多幅视角图像经过一定编码排列组合形成，其中图像像素数目等于各幅视角图像像素数目之和。视角图像由相机对三维物体从不同角度拍摄而成，并且需要与所观看的视角信息相一致。上述桌面式3D光场显示装置，其中，所述指向性3D光场调制器由多组像素阵列组成，各组像素阵列之间以有序或无序的方式彼此互相嵌合，并均匀分布在所述指向性3D光场调制器的出光面上，同一组的像素阵列发出的光指向相同视点，不同组的像素阵列指向不同视点，多组像素阵列共同形成水平方向360°环形视点分布。上述桌面式3D光场显示装置，其中，所述指向性3D光场调制器中的像素单元由纳米光栅结构填充，纳米光栅结构的周期和取向满足全息记录和再现原理，每个纳米光栅的参数能够根据光栅衍射方程进行计算，所述纳米光栅出射为透射方式。上述桌面式3D光场显示装置，其中，所述纳米光栅周期处于100nm到2000nm之间，取向角度处于0°到360°之间。上述桌面式3D光场显示装置，其中，所述定向扩散膜为透射式光调制功能膜，能够将特定角度入射的光在其传播方向上以一定的扩散角进行定向扩散，从而填补视点之间的间隙。所述激光投影仪投射的图像信息，经过指向性3D光场调制器后，能够在水平方向上形成环形360°视角分离投射，最后，经过定向扩散膜二次调制后，在水平方向上形成连续360°视场分布的3D光场显示效果。本专利技术提出采用一种激光投影指向性3D光场调制系统，结合定向扩散膜，形成水平360°视场分布的桌面式3D光场显示效果。相比现有技术，根据本专利技术提出的桌面式3D光场显示装置，具有以下有益效果：第一，指向性3D光场调制器能够将激光投影仪由下而上投射的混合视角图像进行视角空间分离，在水平方向360°环形视场投射视角图像，形成桌面式观察窗口，相比高时序刷新式的桌面3D显示，简化了显示系统模块，降低了显示系统成本；第二，显示系统采用定向扩散膜对投射的视角图像进行二次光场调制，将投射的离散视点在投射方向上进行定向扩散，填补视点之间的空隙，在水平方向360°环形视场中不仅减小了视点所需的数目，增加了单幅视角图像的分辨率，而且形成了平滑连续的视场，增强了视觉体验效果。因此本专利技术采用激光投影指向性3D光场调制系统结合定向扩散膜的二次调制，能够获得水平方向连续360°视场分布的3D光场显示效果，同时系统结构简单，能够应用于桌面式3D显示应用中。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是像素型纳米光栅在XY平面下的结构图。图2是图1中的像素型纳米光栅在XZ平面下的结构图。图3是本专利技术实施方式下的一种桌面式3D光场显示装置原理图。图4是本专利技术实施方式下的3D显示系统中单视角调制原理图。图5是本专利技术实施方式下的3D显示系统中多视角调制原理图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。正如
技术介绍
中所述，在实现桌面3D光场显示多种手段中，采用激光投影指向性3D光场调制系统结合定向扩散膜二次调制，实现水平方向连续360°视场分布的3D光场显示效果，得到了本领域技术人员的青睐，成为未来最有可能大规模应用在桌面式3D显示系统中的技术之一。请先参见图1和图2，图1和图2是一个特征尺寸在纳米级别的像素型衍射光栅在XY平面和XZ平面下的结构示意图。根据光栅衍射方程，像素型纳米光栅101的周期和取向角、入射光的入射角、衍射光的衍射角满足以下关系：（1）（2）其中，光线由下往上以一定倾角沿z轴正方向传输，α1和β1依次表示入射光201与x轴和y轴的夹角；α2和β2依次表示衍射光202与x轴和y轴的夹角；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桌面式3D光场显示装置，其特征在于：包括由下而上依次排布的激光投影仪，指向性3D光场调制器和定向扩散膜；/n所述激光投影仪用于提供3D光场显示系统的入射光源和视角图像源；/n所述指向性3D光场调制器用于对入射的视角图像进行空间调制，形成水平方向360°分离投射；/n所述定向扩散膜用于将投射图像进行二次调制，填补视角间隙，在水平方向形成连续360°视场分布的桌面式3D光场显示效果；/n所述指向性3D光场调制器由多组像素阵列组成，各组像素阵列之间以有序或无序的方式彼此互相嵌合，并均匀分布在所述指向性3D光场调制器的出光面上，同一组的像素阵列发出的光指向相同视点，不同组的像素阵列指向不同视点，多组像素阵列共同形成水平方向360°环形视点分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种桌面式3D光场显示装置，其特征在于：包括由下而上依次排布的激光投影仪，指向性3D光场调制器和定向扩散膜；
所述激光投影仪用于提供3D光场显示系统的入射光源和视角图像源；
所述指向性3D光场调制器用于对入射的视角图像进行空间调制，形成水平方向360°分离投射；
所述定向扩散膜用于将投射图像进行二次调制，填补视角间隙，在水平方向形成连续360°视场分布的桌面式3D光场显示效果；
所述指向性3D光场调制器由多组像素阵列组成，各组像素阵列之间以有序或无序的方式彼此互相嵌合，并均匀分布在所述指向性3D光场调制器的出光面上，同一组的像素阵列发出的光指向相同视点，不同组的像素阵列指向不同视点，多组像素阵列共同形成水平方向360°环形视点分布。


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【专利技术属性】
技术研发人员：万文强，林立庄，刘志敏，黄克林，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36