一种具有高景深的集成成像3D显示装置的制作方法

本发明涉及集成成像立体显示的技术领域，尤其涉及一种具有高景深的集成成像3d显示装置。

背景技术：

3d显示技术以其立体逼真的效果目前已广泛应用于电影、体感游戏等娱乐行业，在广告展示、艺术展览、医疗检测等领域也在发挥更多的价值。集成成像立体显示属于裸眼3d显示范畴，具有水平视差和垂直视差、无视觉疲劳等优点，具有较强的推广价值，但其也存在视场角受限、深度有限的缺点。因此，构建一种宽视角、高景深的集成成像3d显示装置具有重要意义。

增强现实技术作为一种新兴的将真实世界信息和虚拟世界信息相结合的技术，给人带来更强大的感官体验。将虚拟的立体图像与现实环境相结合，是3d显示技术的延伸与拓展。因此，构建一种具有增强现实效果的集成成像3d显示装置具有重要价值。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有高景深的集成成像3d显示装置。

本发明采用的技术方案为：一种具有高景深的集成成像3d显示装置，包括变焦集成成像装置和浮空显示装置，其中：

所述变焦集成成像装置由显示屏、电动变焦透镜、微透镜阵列构成，用于产生具有高景深的立体图像，显示屏上的图像元经高频变化的电动变焦透镜产生不同深度的图像元阵列，再经微透镜阵列的光线会聚还原作用产生立体图像；

所述浮空显示装置由半透半反镜和微角锥棱镜阵列构成，用于在关于半透半反镜镜像对称的位置产生立体图像，使立体图像浮于空中，达到增强现实的效果。

其中，所述变焦集成成像装置，由高斯成像公式：可得：所述微透镜阵列焦距为f，所述图像元阵列与微透镜阵列之间的间距为g，所述成像面到微透镜阵列之间的距离为l。所述电动变焦透镜的作用为改变图像元阵列与微透镜阵列之间的间距g，使得在较大景深范围内均可得到清晰的立体图像，从而扩大成像面到微透镜阵列间的深度范围。

其中，浮空显示装置中微角锥棱镜阵列的作用是使光线沿入射方向反射回去。

其中，所述浮空显示装置使立体图像发出的光线通过半透半反镜的透射作用，到达微角锥棱镜阵列表面，沿原入射方向返回的光线通过半透半反镜的反射作用，在关于半透半反镜镜像对称的位置形成具有高景深的浮空的立体图像。

从上述技术方案可以看出，本发明的一种具有高景深的集成成像3d显示装置具有以下有益效果：

(1)通过电动变焦透镜的变焦作用改变显示屏与微透镜阵列之间的间距g，从而扩大立体图像的成像深度。

(2)通过微角锥棱镜阵列的回射作用和半透半反镜的透射、反射作用，可以得到浮空的立体图像，与现实环境相融合，达到增强现实的效果。

(3)成像方式为实像模式，不存在对图像元的切割。

(4)本发明的集成成像3d显示装置结构简单，便于操作，适合多人同时在不同角度观看，不会产生视觉疲劳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是根据本发明具体实施例的一种具有高景深的集成成像3d显示装置的示意图；

图2是根据本发明具体实施例变焦集成成像装置产生高景深立体图像的示意图；

图3为根据本发明具体实施例提供的微角锥棱镜元的回射性能示意图。

图中附图标记含义为：

010-显示屏；020-电动变焦透镜；021-电动变焦透镜固定框；030-图像元阵列一；031-图像元阵列二；040-微透镜阵列；050-半透半反镜；060-微角锥棱镜阵列；070-立体图像一；071-立体图像二；080-浮空立体图像一；081-浮空立体图像二；090-真实立体物体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供了一种具有高景深的集成成像3d显示装置。该集成成像3d显示装置主要包括：变焦集成成像装置，用于产生具有高景深的立体图像；浮空显示装置，用于形成浮空的立体图像，与现实环境相结合，产生增强现实效果。

优选地，如图1和图2所示，所述变焦集成成像装置由显示屏010、电动变焦透镜020、微透镜阵列040构成，用于产生具有高景深的立体图像。显示屏上的图像元经高频变化的电动变焦透镜产生不同深度的图像元阵列，每一个图像元由不同角度拍摄立体图像得到，本发明实施例取图像元阵列一030与图像元阵列二031为例，与微透镜阵列之间的间距分别为g1和g2，微透镜阵列焦距为f，由高斯成像公式：得到与微透镜阵列之间的距离为l1和l2的立体图像一070与立体图像二071。所述电动变焦透镜的作用为改变图像元阵列与微透镜阵列之间的间距g，使得在较大景深范围内均可得到清晰的立体图像，从而扩大成像面到微透镜阵列间的深度范围。

优选地，如图3所示，微角锥棱镜元由三个相互垂直的平面镜组成，入射光正入射至一个平面上，经过三次全反射后会沿着入射方向反射回去。多个微角锥棱镜元组成微角锥棱镜阵列060，起到回射作用。

优选地，所述浮空显示装置由半透半反镜050和微角锥棱镜阵列060构成，用于立体图像一070与立体图像二071在关于半透半反镜050镜像对称的位置产生浮空立体图像一080与浮空立体图像二081，使立体图像浮于空中，与真实立体物体090相融合，达到增强现实的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

1.一种具有高景深的集成成像3d显示装置，其特征在于：包括变焦集成成像装置和浮空显示装置，其中：

所述变焦集成成像装置由显示屏、电动变焦透镜、微透镜阵列构成，用于产生具有高景深的立体图像，显示屏上的图像元经高频变化的电动变焦透镜产生不同深度的图像元阵列，再经微透镜阵列的光线会聚还原作用产生立体图像；

所述浮空显示装置由半透半反镜和微角锥棱镜阵列构成，用于在关于半透半反镜镜像对称的位置产生立体图像，使立体图像浮于空中，达到增强现实的效果。

2.根据权利要求1所述的一种具有高景深的集成成像3d显示装置，其特征在于：所述变焦集成成像装置，由高斯成像公式：可得：所述微透镜阵列焦距为f，所述图像元阵列与微透镜阵列之间的间距为g，所述成像面到微透镜阵列之间的距离为l，所述电动变焦透镜的作用为改变图像元阵列与微透镜阵列之间的间距g，使得在较大景深范围内均可得到清晰的立体图像，从而扩大成像面到微透镜阵列间的深度范围。

3.根据权利要求1所述的一种具有高景深的集成成像3d显示装置，其特征在于：所述浮空显示装置中微角锥棱镜阵列的作用是使光线沿入射方向反射回去。

4.根据权利要求1所述的一种具有高景深的集成成像3d显示装置，其特征在于：所述浮空显示装置使立体图像发出的光线通过半透半反镜的透射作用，到达微角锥棱镜阵列表面，沿原入射方向返回的光线通过半透半反镜的反射作用，在关于半透半反镜镜像对称的位置形成具有高景深的浮空的立体图像。

技术总结
本发明公开了一种具有高景深的集成成像3D显示装置，包括变焦集成成像装置和浮空显示装置。其中：所述变焦集成成像装置由显示屏(010)、电动变焦透镜(020)、微透镜阵列(040)构成，用于产生具有高景深的立体图像。显示屏上的图像元经高频变化的电动变焦透镜产生不同深度的图像元阵列，再经微透镜阵列的光线会聚还原作用产生立体图像；所述浮空显示装置由半透半反镜(050)和微角锥棱镜阵列(060)构成，用于立体图像在关于半透半反镜(050)镜像对称的位置产生浮空立体图像，与真实立体物体(090)相融合，达到增强现实的效果。本发明利用电动变焦透镜的变焦特性，可以获得具有高景深的立体图像。通过浮空显示装置实现了虚拟图像与现实环境的融合。

技术研发人员：马凤华;王安廷;吴水梅;明海
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2019.09.16
技术公布日：2019.11.29