[发明专利]一种基于投射光非对称分布的裸眼光场显示方法

说明书

本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及基于投射光非对称分布的裸眼光场显示方法，本专利所述方法，由显示器件各像素或子像素对应调控单元引导该像素或子像素投射光指向、约束该像素或子像素投射光的角分布特性，通过各像素或子像素投射光于观察面上非对称分布区域的空间排列，构建各像素或子像素沿第一方向间距大于观察者瞳孔直径且小于观察者双瞳最小间距、沿第二方向间距小于观察者瞳孔直径的视区分布。基于该设计，利用沿第二方向小间距分布的视区，实现向观察者各瞳孔均多于一个的待显示场景二维图像的投射，从而实现裸眼光场三维显示。进一步结合指向性背光和/或瞳孔追踪单元，为观察者提供更大的观察区域。

技术领域

本发明涉及三维图像显示技术领域，更具体地，涉及基于投射光非对称分布的裸眼光场显示方法。

背景技术

在现实的三维世界里，二维显示由于第三维深度信息的丢失而不完美，而呈现立体场景的三维显示技术受到越来越多的关注。基于光栅分光的体视三维显示技术，兼容于主流平板显示器，是目前应用最为广泛的三维技术。通过一维光栅的分光功能，传统光栅式三维显示技术引导显示屏不同组的像素出射光分别可见于一维排列、相邻视区间距大于瞳孔直径的不同视区，使观察者处于不同视区的双瞳分别接收来自不同像素组所投射图像，从而基于双目视差实现三维图像的呈现。受显示屏空间带宽积的限制，体视技术所能呈现的视区数目是有限的；同时为了确保观察者两只眼睛都能接收到不同视图，有限数目的视区需要空间上覆盖观察者的两只瞳孔，由此导致相邻视区的间距较大(大于瞳孔直径)。该较大的相邻视区间距意味着观察者各瞳孔分别只能接收到待显示场景的一幅二维图像(单目单视图)。为了看清楚各自对应的一幅二维图像，观察者的各眼睛必须聚焦于呈现该二维图像的显示屏。基于双目视差原理获得三维视觉时，观察者的双目视向会聚于空间的显示场景，由此导致双目会聚距离和单目聚焦距离的不一致，也即聚焦-会聚冲突，该冲突会引起观察者的头晕和各种视觉不适。

通过沿不同方向分别投射待显示场景的至少两幅不同二维图像给观察者各瞳孔(单目多视图)，过各显示物点沿不同传播方向进入观察者各瞳孔的至少两束光束，于该显示物点处的叠加光分布足够强时，则可实现观察者各目对该显示物点的自然聚焦，解决所述聚焦-会聚冲突问题。通过一维光栅的分光，要实现向观察者各瞳孔至少两幅二维图像的投射，需要其对应视区间距小于观察者瞳孔直径D_p，同时所有视区至少应该覆盖包含观察者双瞳的空间区域。这些要求的满足，要求光栅分光生成较大数量的小间距视区，导致各视区对应二维图像分辨率的极大下降。中国发明专利名称“基于光栅的三维显示方法(公开号CN110035274A，公开日2019年07月19日)”以向观察者各瞳孔分别投射相异图像的显示装置作为图像输入装置，然后再经一维光栅，该图像输入装置所投射任一图像的对应像素，二次分光，分别对应投射光至沿双瞳连线垂向、间距小于观察者瞳孔直径D_p的不同视区。则，通过观察者双瞳连线方向间距大于瞳孔直径D_p、沿双瞳连线垂向上小于瞳孔直径D_p的视区分布，即两个方向上非对称分布的视区，以较小的视区总量实现观察者各瞳至少两个不同二维图像的投射，从而基于单目多视图克服聚焦-会聚冲突问题。该专利所述“向观察者双目分别投射相异图像的显示装置”，可以是各种现有显示装置，例如各像素对应附有调控微结构的指向性显示屏；此时，该显示屏的像素分为多个像素组，同一像素组中，各像素投射光在其对应调控微结构的调控下，会聚形成该像素组共同对应的视区；则通过沿双瞳连线方向间距大于瞳孔直径的视区，向观察者各瞳分别投射各一个视图。再例如该专利所述“向观察者双目分别投射相异图像的显示装置”是其实施例3所述的“图像输入装置显示屏”和“附着于图像输入装置显示屏的固有光栅”组合；该情况下，所述固有光栅和所述一维光栅，是沿不同方向排列的两个一维光栅；该两个沿不同方向排列的两个一维光栅，复合到一个器件时，其可能的一个单元结构如图1所示。明显地，中国发明专利名称“基于光栅的三维显示方法(公开号CN110035274A，公开日2019年07月19日)”中的各分光单元结构对应多于一个的像素。同时，明显地，中国发明专利名称“基于光栅的三维显示方法(公开号CN110035274A，公开日2019年07月19日)”也可以以子像素作为基本显示单元。

发明内容