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CN108710217A - 一种集成成像显示装置 - Google Patents

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CN108710217A
CN108710217A CN201810491183.XA CN201810491183A CN108710217A CN 108710217 A CN108710217 A CN 108710217A CN 201810491183 A CN201810491183 A CN 201810491183A CN 108710217 A CN108710217 A CN 108710217A
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crystal
integrated imaging
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魏宝强
陈小川
赵文卿
陈祯祐
牛小辰
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Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种集成成像显示装置，包括：显示器件，以及位于显示器件出光侧的微透镜阵列和低通滤波器件；其中，显示器件，包括：用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元；微透镜阵列，用于将各显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像；低通滤波器件，用于滤除人眼能够识别的莫尔纹。本发明实施例提供的集成成像显示装置，通过在显示器件的出光侧设置能够滤除人眼能够识别的莫尔纹的低通滤波器件，从而可以减弱或消除低通滤波器件的入光侧的各器件产生的莫尔纹，提高了集成成像显示装置的三维显示效果。

Description

一种集成成像显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种集成成像显示装置。
背景技术
由于集成成像具有能显示全真色彩、全视差的实时三维立体影像等诸多优点，已成为裸眼三维显示领域的研究热点。其基本原理是利用微透镜阵列将空间场记录到微透镜阵列后面的胶片上，每个微透镜对应胶片上的一个图像元，每个图像元记录了空间场景中的一部分信息，所有图像元集成起来组成的图像元阵列就记录了整个空间场景的三维信息，根据光路可逆原理，若在图像元阵列前面放置于记录时同样的微透镜阵列，就可以在微透镜阵列前重够起原始的三维空间场景。
现有技术中的集成成像显示装置中，由于存在显示器件中的阵列结构，微透镜阵列以及线性光栅等周期性结构的堆叠现象，很容易出现莫尔纹，如图1中的黑色圆框圈住的结构，莫尔纹是一种由于周期性结构堆叠而形成的不同于原始线性结构的新结构，莫尔纹的出现会影响成像质量，从而导致集成成像显示装置的三维效果较差。
发明内容
本发明实施例提供了一种集成成像显示装置，用以解决现有技术中存在的由于莫尔纹的出现导致集成成像显示装置的三维效果较差的问题。
本发明实施例提供了一种集成成像显示装置，包括：显示器件，以及位于所述显示器件出光侧的微透镜阵列和低通滤波器件；其中，
所述显示器件，包括：用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元；
所述微透镜阵列，用于将各所述显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像；
所述低通滤波器件，用于滤除人眼能够识别的莫尔纹。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述低通滤波器件，包括：能够使光线发生双折射的晶体滤波片；
所述晶体滤波片能够滤除大于截止频率的光线，所述截止频率随着所述晶体滤波片的厚度的增大而增大。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述晶体滤波片的厚度满足以下关系：
其中，θ表示入射光与光轴之间的夹角，no表示寻常光线的折射率，ne表示异常光线的折射率，d为寻常光线与异常光线分开的距离，T表示所述晶体滤波片的厚度。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述晶体滤波片的光轴与所述晶体滤光片的表面的夹角为45°。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述晶体滤波片由石英晶体材料制作。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述低通滤波器件包括一个所述晶体滤波片；或，
所述低通滤波器件包括至少两个所述晶体滤波片，且各所述晶体滤波片的厚度不同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，还包括：位于所述微透镜阵列出光侧的第一透镜；
所述第一透镜，用于汇聚所述微透镜阵列出射的光线；
所述低通滤波器件位于所述显示器件与所述第一透镜之间。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述低通滤波器件为一个；
所述低通滤波器件位于所述显示器件与所述微透镜阵列之间；或，
所述低通滤波器件位于所述微透镜阵列与所述第一透镜之间。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述低通滤波器件为至少两个，且各所述低通滤波器件能够滤除的莫尔纹的空间频率不完全相同；
各所述低通滤波器件均位于所述显示器件与所述微透镜阵列之间；或，
各所述低通滤波器件均位于所述微透镜阵列与所述第一透镜之间；或，
在所述显示器件与所述微透镜阵列之间，以及所述微透镜阵列与所述第一透镜之间分别至少设置一个所述低通滤波器件。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的集成成像显示装置中，所述显示器件，包括；背光模组，以及位于所述背光模组出光方向上的多个层叠设置的液晶显示屏；或，
所述显示器件，包括：多个层叠设置的有机电致发光显示屏。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的集成成像显示装置，包括：显示器件，以及位于显示器件出光侧的微透镜阵列和低通滤波器件；其中，显示器件，包括：用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元；微透镜阵列，用于将各显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像；低通滤波器件，用于滤除人眼能够识别的莫尔纹。本发明实施例提供的集成成像显示装置，通过在显示器件的出光侧设置能够滤除人眼能够识别的莫尔纹的低通滤波器件，从而可以减弱或消除低通滤波器件的入光侧的各器件产生的莫尔纹，提高了集成成像显示装置的三维显示效果。
附图说明
图1为本发明实施例中周期性叠层结构形成的莫尔纹的示意图；
图2为本发明实施例提供的集成成像显示装置的结构示意图之一；
图3a为单个显示单元的成像原理示意图；
图3b为显示器件的成像原理示意图；
图4为本发明实施例提供的集成成像显示装置的结构示意图之二；
图5为本发明实施例中二维频率中莫尔纹的脉冲属性示意图；
图6为本发明实施例中光线通过晶体滤波片后的传播方向示意图；
图7为本发明实施例提供的集成成像显示装置的结构示意图之三；
图8为本发明实施例提供的集成成像显示装置的结构示意图之四；
其中，11—显示器件；11＇—显示单元；111—背光模组；112—液晶显示屏；113—有机电致发光显示屏；12—微透镜阵列；121—微透镜；13—低通滤波器件；14—第一透镜。
具体实施方式
针对现有技术中存在的由于莫尔纹的出现导致集成成像显示装置的三维效果较差的问题，本发明实施例提供了一种集成成像显示装置。
下面结合附图，对本发明实施例提供的集成成像显示装置的具体实施方式进行详细地说明。附图中各膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种集成成像显示装置，如图2所示，包括：显示器件11，以及位于显示器件11出光侧的微透镜阵列12和低通滤波器件13；其中，
显示器件11，包括：用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元；
微透镜阵列12，用于将各显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像；
低通滤波器件13，用于滤除人眼能够识别的莫尔纹。
本发明实施例提供的集成成像显示装置，通过在显示器件的出光侧设置能够滤除人眼能够识别的莫尔纹的低通滤波器件，从而可以减弱或消除低通滤波器件的入光侧的各器件产生的莫尔纹，提高了集成成像显示装置的三维显示效果。
在实际应用中，上述显示器件包括用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元，多个显示单元可以呈阵列排布，上述微透镜阵列，包括：与多个显示单元一一对应的多个微透镜。具体地，各微透镜优选为凸透镜，为了便于制作可以采用平凸透镜。在显示过程中，各显示单元显示不同角度的三维图像信息，微透镜阵列将各显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像，从而使观看者观看到的图像具有三维立体感，具体地，如图3a所示，针对一个显示单元11＇，根据凸透镜的成像原理可知，位于微透镜121的焦距之内的显示单元11＇所显示的图像为MN，经过微透镜121后形成虚像M＇N＇，由M点或N点出发垂直入射到微透镜121的光线，经过经过微透镜121后射向焦点F，而从M点出发经过微透镜121的光轴中心点O光线S1，以及从N点发出的经过微透镜121的光轴中心点O的光线S2的传播方向不发生改变，通过绘制光路图可以得到图3a所示的光路，因此，观察者可以观看到的图像为图中各折射光线的反向延长线的交点所形成的虚像M＇N＇。
如图3b所示，上述显示器件11包括多个显示单元11＇，各显示单元11＇显示的不同角度的三维图像信息，且各显示单元11＇显示相同的图像MN，各显示单元11＇显示的图像在经过对应的微透镜121后成像为同一虚像M＇N＇，也就是说，各显示单元11＇显示的图像经过微透镜阵列成像后合成为同一个三维图像。
在具体实施时，为了提高本发明实施例中的集成成像显示装置的立体效果，上述显示器件可以包括两个或多个显示屏，具体可以按以下方式设置：
方式一：
如图2所示，上述显示器件11，可以包括；背光模组111，以及位于背光模组111出光方向上的多个层叠设置的液晶显示屏112。
方式二：
如图4所示，上述显示器件11，可以包括：多个层叠设置的有机电致发光显示屏113。
上述方式一中，各液晶显示屏112可以共用背光模组111，从而可以简化显示器件的结构，上述方式二中，由于有机电致发光显示屏为主动发光器件，无需设置背光模组，结构更加简单，通过上述方式一和方式二可以使集成成像显示装置更容易实现立体显示，三维显示效果更好。
莫尔纹是一种由于周期性结构堆叠而形成的不同于原始线性结构的新结构，由于显示器件中存在很多周期性结构，例如呈阵列排布的像素结构，呈阵列排布的薄膜晶体管，以及网格状的黑矩阵层等，因而单层显示屏会出现一定程度的莫尔纹，随着周期性结构的增多，莫尔纹现象会越来越明显，甚至影响集成成像显示装置的三维显示效果，例如单层显示屏与微透镜阵列构成的堆叠结构，多层显示屏构成的堆叠结构，以及多层显示屏与微透镜阵列构成的堆叠结构，都会形成比较明显的莫尔纹，而为了提高立体显示效果，通常会将集成成像显示装置中的显示器件设置为多视点单个显示屏，或多层显示屏，因而该集成成像显示装置很容易出现较明显的莫尔纹。
以下结合附图来说明莫尔纹的消除原理：
为了更简要的说明莫尔纹的消除原理，可以用单色图像表示形成莫尔纹的叠层结构中的每个层结构，莫尔纹包括由于反射形成的反射式莫尔纹和由于透射形成的透射式莫尔纹，本实施例中以反射式莫尔纹为例，这些单色图像可以采用反射函数表示，即对于该层结构中的任意一点(x，y)，数值0表示对光线的反射率为0，数值1表示对光线的反射率为1，反射率越高则灰阶值越高，此外，对于透射式莫尔纹可以采用透射函数表示，此处不再赘述。例如莫尔纹由m幅单色图像堆叠形成，堆叠的结果图像可以用m个反射函数的乘积表示，如公式(1)所示：
r(x,y)＝r1(x,y)r2(x,y)…rm(x,y) (1)
根据卷积定理，函数乘积的傅里叶变换是单一函数傅里叶变换的卷积，则公式(1)的傅里叶变换为公式(2)：
R(u,v)＝R1(u,v)**R2(u,v)**...**Rm(u,v) (2)
由于莫尔纹是由周期性结构堆叠形成的，因此，具有周期性结构的图像在时域是连续的，对应的频域是非连续的，即该图形的频谱中含有脉冲，例如一维周期图像线性条栅的频谱为梳状结构的脉冲。如图5所示，二维频谱中的每个脉冲包括3个属性，即脉冲索引、频率向量以及振幅，频率向量的几何位置可以用向量f表示，振幅可以用B表示。
在实际应用中，频域中脉冲是否对应可见的时域中的莫尔纹则取决于人眼视觉系统，人眼不能有效区分高于特定频率的细节，也就是人眼视觉系统等效于一个低通滤波器，在莫尔纹的空间频率中的高频部分中，有一部分能够被人眼视觉系统识别，因此，为了缓解莫尔纹对显示效果的影响，需要至少去除人眼能够识别的至少部分莫尔纹。
本发明实施例中，上述低通滤波器件可以滤除一定频率范围内的光线，且该频率范围与人眼能够识别的莫尔纹的空间频率具有交集，因而上述低通滤波器件可以滤除人眼能够识别的至少部分莫尔纹，当入光侧各器件产生的人眼能够识别的莫尔纹的空间频率在该频率范围内时，该低通滤波器可以滤除所有的人眼能够识别的莫尔纹。对于人眼能够识别的莫尔纹的空间频率的具体数值范围，需要根据显示装置的实际尺寸，应用场景，以及人眼的观看位置等因素确定，例如，尺寸较小的手机，由于尺寸小且人眼观看距离较近，一般手机产生的人眼能够识别的莫尔纹的空间频率较高，而对于尺寸较大的电视机或商场等公共场所中的大屏显示器，由于尺寸较大且人眼观看距离较远，一般产生的人眼能够识别的莫尔纹的空间频率较低。上述低通滤波器件能够滤除的光线的频率范围可以根据实际需要通过改变低通滤波器件的内部结构来确定，从而可以根据实际需要消除各种类型的莫尔纹。
在实际应用中，由于上述显示器件中存在周期性结构的堆叠现象，因而显示器件的出光侧容易出现莫尔纹，而且，上述低通滤波膜能够滤除至少部分人眼能够识别的莫尔纹，因而，可以将低通滤波膜设置在显示器件出光侧的任意位置。本发明实施例中，通过采用低通滤波器件直接滤除莫尔纹的基本周期结构对应的频率成分，可以直接抑制该显示装置形成莫尔纹。
具体地，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，低通滤波器件，可以包括：能够使光线发生双折射的晶体滤波片；
晶体滤波片能够滤除大于截止频率的光线，截止频率随着晶体滤波片的厚度的增大而增大。
也就是说，晶体滤波片能够使频率在[0，f截止]范围内的光线通过，由于截止频率随着晶体滤波片的厚度的增大而增大，因而晶体滤波片的厚度越大，能够通过晶体滤波片的光线的频率范围越大，该晶体滤波片能够滤除的光线的范围越小，因而，可以根据实际需要来设置晶体滤波片的厚度，以调整晶体滤波片的截止频率。
低通滤波器件属于一种光学低通滤波器，可以由一定厚度的晶体滤波片制作而成，也可以由至少两个晶体滤波片层叠而成，此处不对晶体滤波片的数量进行限定。如图6所示，携带有显示信息的入射光射向晶体滤波片后发生双折射，出射光分为寻常光线(e光束)和异常光线(o光束)，寻常光线与异常光线分开的距离为d，距离d的大小决定着晶体滤波片的截止频率，超过截止频率的高频部分能量会大幅衰减，因而该晶体滤波片可以滤除高频莫尔纹，通过改变入射光束将会形成差频的目标频率，达到减弱或消除莫尔纹的目的。在具体实施时，可以根据显示器件的像素尺寸大小和总感光面积计算出人眼可感知到的莫尔纹的空间频率，可以根据实际需要来确定晶体滤波片的数量和位置，通过计算出寻常光线与异常光线分开的距离d，可以得到各晶体滤波器件的厚度，以得到能够滤除莫尔纹的低通滤波器件。
具体地，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，参照图6，晶体滤波片的厚度T与寻常光线和异常光线分开的距离d有关，晶体滤波片的厚度满足以下关系：
其中，θ表示入射光与光轴之间的夹角，no表示寻常光线的折射率，ne表示异常光线的折射率，d为寻常光线与异常光线分开的距离，T表示晶体滤波片的厚度。
当tanθ＝ne/no时，即可求出最大的分开距离，当ne≈no时，tan45°＝1时，公式(3)可简化为公式(4)：
也就是说，当θ＝45°时，即晶体滤波片的光轴与晶体滤光片的表面的夹角为45°时，寻常光线与异常光线分开的距离d最大，d的最大值可以由公式(4)得到。
在实际应用中，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，上述晶体滤波片的光轴与晶体滤光片的表面的夹角为45°，也就是θ＝45°，这样可以使寻常光线与异常光线分开的距离d的取值最大，以满足一维干涉条纹分开的条件，使经过晶体滤波片后的光束发生分离，因而使光束的空间频率发生小量变化。
具体地，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，上述晶体滤波片由石英晶体材料制作。此外，也可以采用其他具有双折射功能的材料，此处不对晶体滤波片的材料进行限定。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，低通滤波器件包括一个晶体滤波片；或，
低通滤波器件包括至少两个晶体滤波片，且各晶体滤波片的厚度不同。
当低通滤波器件仅包括一个晶体滤波片时，在确定了低通滤波器件入光侧产生的人眼能够识别的莫尔纹的空间频率范围后，可以根据该频率范围计算得到该晶体滤波片的截止频率，该截止频率与晶体滤波片的厚度呈正比，根据上述公式(3)可以得到该晶体滤波片的厚度，以使寻常光线与异常光线分开的距离满足消除一维干涉条纹分开的距离，使带有同一图像信息的光束被分为寻常光线和异常光线，形成相对错开的图像，以使光束的频率发生小量变化，以减弱莫尔纹现象。
当低通滤波器件包括两个或两个以上的晶体滤波片时，在确定了低通滤波器件入光侧产生的人眼能够识别的莫尔纹的空间频率范围后，可以将该低通滤波器件包括的各晶体滤波片的厚度设置为各不相同，因而各晶体滤波片的截止频率不同，使各晶体滤波片能够滤除不同频率范围内的莫尔纹，从而提高低通滤波器件滤除莫尔纹的效果，当各晶体滤波片能够滤除的莫尔纹的空间频率的并集大于或等于低通滤波器件入光侧产生的莫尔纹的空间频率范围时，该低通滤波器件能够滤除入光侧产生的所有的莫尔纹，以达到彻底消除莫尔纹的目的。
进一步地，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，如图2所示，还可以包括：位于微透镜阵列13出光侧的第一透镜14；
第一透镜14，用于汇聚微透镜阵列13出射的光线；
低通滤波器件13优选为位于显示器件11与第一透镜14之间。
同时参照图3b，在不设置第一透镜的情况下，显示器件显示的图像在显示器件的入光侧成像，观看者看到的是显示器件背面的虚像，通过第一透镜14对微透镜阵列13出射的光线进行汇聚，显示器件显示的图像在图中A处形成实像，拉近了观看者与显示器件显示的图像距离，使观看者更清晰的观看显示画面。在实际应用中，上述第一透镜14优选为大口径透镜，对光线的汇聚作用更好。
低通滤波器件13不适合设置于第一透镜14的出光侧，这是由于显示器件11显示的图像在第一透镜14的出光侧成像，若在第一透镜14处设置低通滤波器件13去除部分频率的光线，可能会影响成像质量，影响显示装置的显示效果。
具体地，本发明实施例提供的上述集成成像显示装置中，上述低通滤波器件可以按以下方式设置：
设置方式一：低通滤波器件为一个；
如图7所示，低通滤波器件13位于显示器件11与微透镜阵列12之间；这样，低通滤波器件13可以减少或消除显示器件11的周期性结构叠加形成的莫尔纹此外，由于低通滤波器件13减少了显示器件11形成的莫尔纹，因而光线再经过微透镜阵列12后，不容易再产生莫尔纹，从而消除莫尔纹对显示效果的影响。
或者，如图2所示，低通滤波器件13位于微透镜阵列12与第一透镜14之间；这样，低通滤波器件13可以减少或消除显示器件11与微透镜阵列12的周期性结构叠加形成的莫尔纹，从而减弱或消除莫尔纹对显示效果的影响。
设置方式二：低通滤波器件为至少两个，且各低通滤波器件能够滤除的莫尔纹的空间频率不完全相同；
(1)各低通滤波器件均位于显示器件与微透镜阵列之间；或，
(2)各低通滤波器件均位于微透镜阵列与第一透镜之间；或，
(3)如图8所示，在显示器件与微透镜阵列之间，以及微透镜阵列与第一透镜之间分别至少设置一个低通滤波器件。
上述低通滤波器件为两个或多个时，各低通滤波器件能够滤除的莫尔纹的空间频率不完全相同，从而提高滤除莫尔纹的能力，进一步提高显示装置的三维显示效果。
此外，由于莫尔纹存在于任意周期性堆叠结构中，为了充分消除莫尔纹的影响，可将低通滤波器件设置于所有周期性结构光线的出射处，可以根据实际需要对低通滤波器件的位置和数量进行设置，此处不做限定。
本发明实施例提供的集成成像显示装置，通过在显示器件的出光侧设置能够滤除莫尔纹的低通滤波器件，从而减弱或消除低通滤波器件入光侧产生的人眼能够识别的莫尔纹，从而提高集成成像显示装置的三维显示效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种集成成像显示装置，其特征在于，包括：显示器件，以及位于所述显示器件出光侧的微透镜阵列和低通滤波器件；其中，
所述显示器件，包括：用于显示不同角度的三维图像信息的多个显示单元；
所述微透镜阵列，用于将各所述显示单元显示的三维图像信息合成为三维图像；
所述低通滤波器件，用于滤除人眼能够识别的莫尔纹。
2.如权利要求1所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述低通滤波器件，包括：能够使光线发生双折射的晶体滤波片；
所述晶体滤波片能够滤除大于截止频率的光线，所述截止频率随着所述晶体滤波片的厚度的增大而增大。
3.如权利要求2所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述晶体滤波片的厚度满足以下关系：
其中，θ表示入射光与光轴之间的夹角，no表示寻常光线的折射率，ne表示异常光线的折射率，d为寻常光线与异常光线分开的距离，T表示所述晶体滤波片的厚度。
4.如权利要求3所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述晶体滤波片的光轴与所述晶体滤光片的表面的夹角为45°。
5.如权利要求4所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述晶体滤波片由石英晶体材料制作。
6.如权利要求2～5任一项所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述低通滤波器件包括一个所述晶体滤波片；或，
所述低通滤波器件包括至少两个所述晶体滤波片，且各所述晶体滤波片的厚度不同。
7.如权利要求6所述的集成成像显示装置，其特征在于，还包括：位于所述微透镜阵列出光侧的第一透镜；
所述第一透镜，用于汇聚所述微透镜阵列出射的光线；
所述低通滤波器件位于所述显示器件与所述第一透镜之间。
8.如权利要求7所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述低通滤波器件为一个；
所述低通滤波器件位于所述显示器件与所述微透镜阵列之间；或，
所述低通滤波器件位于所述微透镜阵列与所述第一透镜之间。
9.如权利要求7所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述低通滤波器件为至少两个，且各所述低通滤波器件能够滤除的莫尔纹的空间频率不完全相同；
各所述低通滤波器件均位于所述显示器件与所述微透镜阵列之间；或，
各所述低通滤波器件均位于所述微透镜阵列与所述第一透镜之间；或，
在所述显示器件与所述微透镜阵列之间，以及所述微透镜阵列与所述第一透镜之间分别至少设置一个所述低通滤波器件。
10.如权利要求1所述的集成成像显示装置，其特征在于，所述显示器件，包括；背光模组，以及位于所述背光模组出光方向上的多个层叠设置的液晶显示屏；或，
所述显示器件，包括：多个层叠设置的有机电致发光显示屏。
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