一种超宽视角三维光场显示装置
阅读说明：本技术 一种超宽视角三维光场显示装置 (Ultra-wide viewing angle three-dimensional light field display device ) 是由 杨可扬 夏军 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超宽视角三维光场显示装置。该装置包括显示屏和固定于显示屏上的两层微透镜阵列。两层微透镜阵列紧密贴合,形成一个级联的透镜系统。本发明相较于传统的三维光场显示装置具有超宽的视角,同时像差不会明显增大。(The invention discloses a super-wide viewing angle three-dimensional light field display device. The device comprises a display screen and two layers of micro-lens arrays fixed on the display screen. The two layers of micro lens arrays are tightly attached to form a cascaded lens system. Compared with the traditional three-dimensional light field display device, the three-dimensional light field display device has an ultra-wide viewing angle, and meanwhile, the aberration is not obviously increased.)
技术领域
本发明涉及三维光场领域，特别是涉及一种超宽视角三维光场显示装置。
背景技术
采用贴合了微透镜阵列的显示屏是当前实现三维光场显示的关键方法之一。传统的三维显示屏上仅贴合有单层微透镜阵列，该装置实现三维光场显示的方案具有视场角小的缺陷。此外，传统的朗伯面光源发射的光由于散射范围大，容易将部分光散射到相邻的透镜中，增大串扰。
增大视场角可以通过减小微透镜焦距的方法实现。但是，如果通过直接改变单层显示屏上微透镜的几何形态，如使用曲率半径更小的微透镜，则会增大像差，降低三维显示成像质量。因此，需要更合适的方法实现三维光场显示的视场角的扩展。
紧密贴合的级联的透镜可以看作一个系统，该系统的等效焦距由透镜本身的焦距等参数决定。通过合适的设计，可以使级联的微透镜阵列具有更小焦距的同时，不会增大成像的像差。基于这一原理，可以采用贴合有级联的两层透镜阵列的显示屏作为三维光场显示装置，获得超宽视角的显示效果。另一方面，采用准直光源可以降低串扰，提高三维成像质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超宽视角三维光场显示装置，该装置采用基于级联微透镜阵列的方式，实现在不增大像差的同时，获得超宽视角的显示效果，并可以通过采用准直光源的方式减小串扰，提高成像质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超宽视角三维光场显示装置，包括：
显示屏以及固定在所述显示屏上的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列；其中，
所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的等效焦距小于第一微透镜阵列的焦距以及第二微透镜阵列的焦距。
进一步的，所述显示屏为液晶屏、OLED或者MicroLED。
进一步的，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为一维阵列或二维阵列。
进一步的，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为二维微透镜阵列，所述第一微透镜阵列贴合在所述显示屏上，并且所述第二微透镜阵列贴合在透明基板上，其中，
所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列相向放置，且在所述显示屏和所述透明基板之间设置有聚合物，用以固定所述显示屏和所述透明基板。
进一步的，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为二维微透镜阵列，所述显示装置还包括透明基板，其中，
所述第一微透镜阵列设置在所述透明基板与所述显示屏之间，并且所述第一微透镜阵列贴合在所述透明基板的侧面，所述第二微透镜阵列贴在所述透明基板的另外一侧，在所述显示屏和所述透明基板之间设置有聚合物，用以固定所述显示屏和所述透明基板。
进一步的，所述第一微透镜阵列为液晶相位调制器，所述液晶相位调制器贴合在所述显示屏上，所述第二微透镜阵列为二维微透镜阵列，并且贴合在所述液晶相位调制器上，其中，
所述液晶相位调制器对入射光叠加菲涅尔透镜相位，用以实现超宽视角显示。
进一步的，所述液晶相位调制器对入射光叠加与所述第二微透镜阵列相反的相位，所述显示装置实现二维光场显示。
进一步的，所述第一微透镜阵列和第二微透镜阵列为一维微透镜阵列，所述显示屏为MicroLED显示屏，所述显示装置还包括透明基板，其中，
所述第一微透镜阵列设置在所述透明基板与所述显示屏之间，并且所述第一微透镜阵列贴合在所述透明基板的侧面，所述第二微透镜阵列贴在所述透明基板的另外一侧，在所述显示屏和所述透明基板之间设置有聚合物，用以固定所述显示屏和所述透明基板。
进一步的，所述显示屏发出的光源采用准直光，用以减小串扰。
本发明的有益效果是：
本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：第一，级联的透镜系统具有更短的焦距，因此可以产生超宽的视角，同时不会增大像差，保证了成像质量；第二，采用液晶相位调制器组成的显示屏还具有二维与三维显示切换的功能；最后，采用准直光源具有串扰减小的优势。
附图说明
图1为超宽视角三维光场显示装置的示意图。
图2为超宽视角三维光场显示装置的侧视示意图。
图3为超宽视角三维光场显示装置的侧视示意图。
图4为采用液晶相位调制器的超宽视角三维光场显示装置的侧视示意图。
图5为准直光源和朗伯面光源效果对比示意图。
图6为采用一维微透镜阵列的超宽视角三维光场显示装置的示意图。
图中：
1-显示屏、2-第一微透镜阵列、3-第二微透镜阵列、4-透明基板、5-聚合物、6-液晶相位调制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供一种超宽视角三维光场显示装置，该装置由一层显示屏1与固定在显示屏上的第一微透镜阵列2和第二微透镜阵列3构成。
在本实施例中，显示屏1采用MicroLED显示屏。
具体的说，在本实施例中，该显示装置的侧视示意图如图2所示。显示屏1上贴合有第一微透镜阵列2，第二微透镜阵列3贴合在透明基板4上。显示屏1和透明基板4贴合有微透镜阵列的一侧相向放置，透明基板4与显示屏1之间通过聚合物固定。
根据透镜系统的焦距公式，若两层的微透镜焦距分别为f1与f2，则两层微透镜阵列系统组合的等效焦距约为可知fn<f1且fn<f2。一般情况下，焦距越短，视场角越大，因此本实施提出的显示装置具有比单层微透镜阵列更大的视场角。同时，由于透镜系统没有采用曲率更大的透镜，因此不会增大像差，保证了成像质量。
实施例2
参见图1和图3，本实施提供一种超宽视角三维光场显示装置，该装置由一层显示屏1与固定在显示屏1上的第一微透镜阵列2和第二微透镜阵列3构成。
在本实施例中，显示屏1采用OLED显示屏。
具体的说，在本实施例中，该显示装置的侧视示意图如图3所示。两层透镜分别贴合在一层透明基板4的两侧。透明基板4与显示屏1之间通过聚合物固定。
根据透镜系统的焦距公式，若两层的微透镜焦距分别为f1与f2，则两层微透镜阵列系统组合的等效焦距约为可知fn<f1且fn<f2。一般情况下，焦距越短，视场角越大，因此本实施例提出的显示装置具有比单层微透镜阵列更大的视场角。同时，由于透镜系统没有采用曲率更大的透镜，因此不会增大像差，保证了成像质量。
实施例3
参见图1和图4，本实施例提供一种超宽视角三维光场显示装置，该显示装置的侧视示意图如图4所示。该装置依次由显示屏1、第一微透镜阵列2以及贴合在第一微透镜阵列2上的第二微透镜阵列3构成。
具体的说，在本实施例中，第一微透镜阵列2采用液晶相位调制器6，第二微透镜阵列3为二维微透镜阵列，显示屏1采用液晶显示屏。
若微透镜焦距f1，令液晶相位调制器6上加载有菲涅尔透镜相位φ1＝g1(x,y)，其等效透镜焦距为f2。根据透镜系统的焦距公式，液晶相位调制器6及微透镜阵列系统组合的等效焦距约为可知fn<f1且fn<f2。一般情况下，焦距越短，视场角越大，因此本实施例提出的显示装置具有比单层微透镜阵列更大的视场角。
设显示屏1上微透镜阵列对于光场的调制作用等效于加载相位分布为θ＝h(x,y)，此时切换液晶相位调制器6上加载的相位为φ2＝g2(x,y)，并令φ2＝-θ。此时透镜系统在入射光场上叠加的总相位量为0，因此此时实现二维显示功能。通过切换液晶相位调制器6上加载的相位，可以实现二维、三维显示之间的切换。
实施例4
参见图1、图3和图5，本实施提供一种超宽视角三维光场显示装置。该装置由一层显示屏1与固定在显示屏1上的第一微透镜阵列2和第二微透镜阵列3构成。
具体的说，在本实施例中，显示屏1采用液晶显示屏。
具体的说，在本实施例中，该显示装置的侧视示意图如图3所示。两层透镜分别贴合在一层透明基板4的两侧。透明基板4与显示屏1之间通过聚合物固定。
根据透镜系统的焦距公式，若两层的微透镜焦距分别为f1与f2，则两层微透镜阵列系统组合的等效焦距约为可知fn<f1且fn<f2。一般情况下，焦距越短，视场角越大，因此本实施例提出的显示装置具有比单层微透镜阵列更大的视场角。同时，由于透镜系统没有采用曲率更大的透镜，因此不会增大像差，保证了成像质量。
液晶显示屏的光源采用准直光源。如图5中(a)图所示，准直光源发射的光集中在90°内，与其正对的微透镜相对应，不会泄露到相邻的微透镜区域，相比起图5中(b)图所示的朗伯面光源产生到相邻微透镜区域的光的泄露，本实施例采用准直光源的方式具有更小的串扰，成像质量更高。
实施例5
参见图3和图6，本实施例提供一种超宽视角三维光场显示装置。该装置由一层显示屏1和固定在显示屏1上的第一微透镜阵列2和第二微透镜阵列3构成。
具体的说，在本实施例中，第一微透镜阵列2和第二微透镜阵列3均为一维微透镜阵列，并且显示屏1采用MicroLED显示屏。
具体的说，在本实施例中，该显示装置的侧视示意图如图3所示。显示屏1上贴合有第一微透镜阵列2。第二微透镜阵列3贴合在透明基板4上。显示屏1和透明基板4贴合有微透镜阵列的一侧相向放置，透明基板4与显示屏1之间通过聚合物固定。
根据透镜系统的焦距公式，若两层的微透镜焦距分别为f1与f2，则两层微透镜阵列系统组合的等效焦距约为可知fn<f1且fn<f2。一般情况下，焦距越短，视场角越大，因此本实施例提出的显示装置具有比单层微透镜阵列更大的视场角。同时，由于透镜系统没有采用曲率更大的透镜，因此不会增大像差，保证了成像质量。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
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