專利名稱：基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，使用視差障柵方式和柱透鏡方式工作的自由立體顯示系統(tǒng)，無需佩戴輔助式眼鏡即可實現(xiàn)立體視覺，其已經(jīng)在電視、數(shù)字標牌等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
自由立體顯示技術(shù)的基本原理為:柱透鏡陣列(或視差障柵)設(shè)置在圖像顯示單元(如液晶顯示面板)的上面，觀察者透過柱透鏡陣列(或視差障柵)觀看到立體效果。觀察者在預定的位置，向預定的方向觀看自由立體顯示器時，來自不同視差圖像的光線通過柱透鏡陣列(或視差障柵)后分別進入觀看者的左、右眼，從而令觀察者感知到立體圖像。
基于視障光柵下和柱透鏡技術(shù)的顯示方式下，不同視差的圖像有規(guī)律的顯示在同一個屏幕上，該顯示方式與二維顯示的情況相比，分辨率至少降低一半，同時，相比附帶眼鏡的3D顯示方案，串擾率也比較高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的，就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低串擾率、可變背光指向的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，該裝置可以結(jié)合自動跟蹤技術(shù)，實現(xiàn)分別向左、右眼定向傳輸立體顯示的視差圖像。
為了達到上述目的，采用如下技術(shù)方案:
—種基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，包括光學膜層和靠近光學膜層設(shè)置的圖像顯示層，所述光學膜層的另一側(cè)設(shè)置有背光源單元，所述背光源單元與光學膜層之間預留有間隙，所述光學膜層包括單個透鏡或若干個透鏡形成的陣列，所述背光源單元包括若干個獨立可控的發(fā)光區(qū)域，所有發(fā)光區(qū)域整體形成朝向光學膜層的凹面，所述發(fā)光區(qū)域呈連續(xù)或離散狀分布。
作為一種具體實施例，所述凹面由垂直于圖像顯示層的平面截得的橫截面呈曲線段或直線段。
進一步地,所述凹面整體呈中心對稱圖形。
作為一種具體實施例，所述凹面由垂直于圖像顯示層的平面截得的橫截面呈鏈狀結(jié)構(gòu)，所述鏈狀結(jié)構(gòu)由若干條首尾順次連接的曲線段和/或直線段構(gòu)成。
作為一種具體實施例，每個發(fā)光區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少一個發(fā)光單元。
進一步地，所述發(fā)光單元為發(fā)光二極管。
作為一種具體實施例，所述圖像顯示層為透射式顯示面板。
進一步地,所述圖像顯示層為液晶顯示面板。
作為一種具體實施例，所述透鏡為凸透鏡。
作為一種具體實施例，所述透鏡為菲涅爾透鏡。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:在光學膜層后設(shè)置帶凹面的背光源單元，一方面顯著降低了立體影像顯示系統(tǒng)的串擾率，提高屏幕亮度和均勻度，另一方面配合光學膜層，能夠?qū)π纬傻牧Ⅲw影像觀察視區(qū)進行選擇性的校正，或選擇性的輸入，形成特定形狀的立體影像觀察視區(qū)，最終形成可結(jié)合自動跟蹤技術(shù)的、可變背光指向的立體影像顯示光學結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅可以實現(xiàn)雙視點的裸眼立體影像顯示，而且可以實現(xiàn)多視點的裸眼立體影像顯示。根據(jù)需要，該裝置按照預定的、設(shè)計好的方式實現(xiàn)顯示性能。


圖1是實施例1所述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例1所述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置的立體圖像成像示意圖。圖3是實施例2所述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置的俯視結(jié)構(gòu)及立體圖像成像示意圖。實施例1:11_背光源單元；12_光學膜層；13_圖像顯示層；4 5_發(fā)光區(qū)域；6-觀察視區(qū)；61-視點一 ；62_視點二 ； 1-弧形凹面。實施例2:2_離散凹面；21_背光源單元；22_光學膜層；23_圖像顯示層；7_觀察視區(qū)視點三；72_視點四；73_視點五；74_視點六；2_組合凹面；9 12-發(fā)光區(qū)域。
具體實施例方式下面參見附圖及具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明:實施例1參見圖1-圖2，一種基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，包括光學膜層12和靠近光學膜層12設(shè)置的圖像顯示層13，所述光學膜層12的另一側(cè)設(shè)置有背光源單元11，所述背光源單元11與光學膜層12之間預留有間隙，所述光學膜層12包括單個透鏡或若干個透鏡形成的陣列，所述背光源單元11包括若干個獨立可控的發(fā)光區(qū)域，所有發(fā)光區(qū)域整體形成朝向光學膜層的凹面，所述發(fā)光區(qū)域呈連續(xù)或離散狀分布，其中:背光源單元11用于為產(chǎn)生立體影像提供照明光源，背光源單元11的凹面可以是弧形凹面，也可以是由弧面或平面或者弧面和平面的結(jié)合組合形成的連續(xù)凹面。本實施例中，上述凹面優(yōu)選為弧形凹面1，所述弧形凹面I由垂直于圖像顯示層的平面截得的橫截面呈曲線段或直線段狀?；⌒伟济鍵的發(fā)光區(qū)域4、5內(nèi)分別設(shè)置有至少一個發(fā)光單元，這些發(fā)光單元可以是發(fā)光二極管或其他發(fā)光體，該發(fā)光二極管可以以直下式或者側(cè)入式的形式構(gòu)成發(fā)光單元的光源部分。發(fā)光單元的開關(guān)狀態(tài)及亮度可以進行獨立控制，也可以進行統(tǒng)一控制，。本實施例中，不同的發(fā)光區(qū)域4，5之間連續(xù)分布從而形成一個整體弧形凹面1，該整體在靠近光學膜層12 —側(cè)形成一個連續(xù)的發(fā)光面，其中發(fā)光面的每個發(fā)光區(qū)域都可以被單獨控制。光學膜層12本身是一個光學元件，用于控制來自背光源單元11上不同發(fā)光區(qū)域的主光束，使之進入不同的空間位置的視區(qū)，光學膜層12可以單個透鏡或者多個透鏡形成的陣列，其設(shè)置于背光源單元11和圖像顯示層13之間并靠近圖像顯示層13，上述透鏡為凸透鏡，該凸透鏡最好是菲涅爾透鏡，尤其是線性菲尼爾透鏡。
圖像顯示層13為一個透射式的顯示面板，其可以是液晶顯示(LED面板)或其他透射式顯示面板，其被設(shè)置于光學膜層單元12的前方，用于顯示圖像。
基于上述結(jié)構(gòu)，背光源單元11上不同空間位置的發(fā)光區(qū)域4、5發(fā)出的光線，經(jīng)光學膜層12后，配合圖像顯示單元13加載圖像，使左圖像主光束指向左圖像觀察點，右圖像主光束指向右圖像觀察點，配合自動跟蹤技術(shù)和顯示單元視差圖像的顯示，通過控制背光源單元I中的發(fā)光單元，實現(xiàn)一種可以結(jié)合自動跟蹤技術(shù)的、可變背光指向的立體影像顯不光學結(jié)構(gòu)。
上述背光源單元11的表面結(jié)構(gòu)取決于立體影像觀察視區(qū)及擬配合的光學膜層12的相對位置，需要根據(jù)觀察視區(qū)要求及擬配合的光學膜層12的特征計算得出。不同的光學膜層12配合相同的觀察點視區(qū)可對應(yīng)產(chǎn)生不同的背光源單元11的結(jié)構(gòu)參數(shù)及設(shè)置位置。同樣地，相同的光學膜層單元12配合不同的觀察點視區(qū)，也將導致背光源單元11的結(jié)構(gòu)參數(shù)及設(shè)置位置發(fā)生變化。
例如在本實施例中，針對呈平面形態(tài)的觀察視區(qū)6，背光源單元I將呈現(xiàn)一個曲線形或多段線形的背光源結(jié)構(gòu)。而一旦圖1中的觀察視區(qū)變形為曲線形，則由發(fā)光區(qū)域組成的凹面形狀將發(fā)生變形，相應(yīng)的背光源單元11的結(jié)構(gòu)也將相應(yīng)的隨之發(fā)生變化。在實踐中，由于觀察視區(qū)基本固定，則可以根據(jù)觀察視區(qū)分布情況確定背光單元11上發(fā)光區(qū)域組成的凹面的光學結(jié)構(gòu)，并根據(jù)計算結(jié)果選擇性地對凹面的結(jié)構(gòu)進行加工，以最終獲得不同精度的光源結(jié)構(gòu)，用于立體影像顯示裝置，以使立體影像顯示裝置按照預定的、設(shè)計好的方式實現(xiàn)其性能。
下面介紹利用本發(fā)明所述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置獲得立體視覺的光學原理。參見圖2，背光源單元11中包括若干個發(fā)光區(qū)域，如發(fā)光區(qū)域4或5。當發(fā)光單元4亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層單元12后，主光束指向視點一 61 ;為發(fā)光單元5亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層單元12后，主光束指向視點62，從而實現(xiàn)光源結(jié)構(gòu)不同空間位置的發(fā)光面發(fā)出的光束經(jīng)光學膜層12后，配合圖像顯示層13加載圖像后進入不同的視點，配合自動跟蹤技術(shù)和圖像顯示層13視差圖像的顯示，通過控制背光源單元11中的發(fā)光區(qū)域，從而實現(xiàn)一種可以結(jié)合自動跟蹤技術(shù)的、可變背光指向的立體影像顯示光學結(jié)構(gòu)。這種光學結(jié)構(gòu)有效地降低了現(xiàn)有立體影像顯示系統(tǒng)的串擾率。
需要說明的是，圖中只是示例性的給出兩個發(fā)光區(qū)域4、5以說明其原理，實際的視覺效果由無數(shù)個發(fā)光區(qū)域共同形成。同時，上述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置既可以單獨作為顯示裝置的主體結(jié)構(gòu)，也可以作為大型顯示系統(tǒng)中的一個基本單元，在基于該基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置的大型顯示系統(tǒng)中，上述基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置數(shù)量為若干個并呈矩陣狀排列。
應(yīng)該理解，以上關(guān)于利用基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置形成立體圖像的原理，也同樣適用于本說明書的其他實施。
實施例2
本實施例與實施例1的不同在于，本實施例中，背光源單元的每個發(fā)光區(qū)域是不連續(xù)。參見圖3，本實施例中背光源單元包括若干個獨立可控的發(fā)光區(qū)域，所有發(fā)光區(qū)域整體形成朝向光學膜層的凹面，所述發(fā)光區(qū)域呈離散狀分布。本示施例的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置包括多個離散發(fā)光區(qū)域，參見圖3，圖中示意性地標識了 4個發(fā)光區(qū)域9、10、11和12。這些發(fā)光區(qū)域沿曲面或沿多邊形排列，共同形成朝向光學膜層22的離散凹面2，每個發(fā)光區(qū)域內(nèi)至少有一個發(fā)光單元，這些發(fā)光單元可以是發(fā)光二極管或其他發(fā)光體。發(fā)光區(qū)域9、10、11、12的結(jié)構(gòu)和位置，取決于立體影像觀察視區(qū)即擬配合的光學膜層22的相對位置。不同的光學膜層配合相同的觀察點視區(qū)，對應(yīng)產(chǎn)生不同的發(fā)光區(qū)域的結(jié)構(gòu)參數(shù)及空間排布位置。相同的光學膜層單元配合不同的觀察點視區(qū)，也將導致發(fā)光區(qū)域的結(jié)構(gòu)參數(shù)及排布位置發(fā)生變化。在本實施例中，針對平面形態(tài)的視區(qū)分布，背光源單元21中發(fā)光區(qū)域9、10、11、12的空間排布呈多段線狀。下面以背光源單元上有四個發(fā)光區(qū)域為例說明本實施例所述的立體影像顯示裝置獲得立體視覺的光學原理。參見圖3，本實施例中的發(fā)光區(qū)域9-12排列成凹面，該凹面由垂直于圖像顯示層的平面截得的成界面呈鏈狀結(jié)構(gòu)，所述鏈狀結(jié)構(gòu)由若干條首尾順次連接的直線段構(gòu)成，當發(fā)光區(qū)域9亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層22后，主光束指向視點三71 ;發(fā)光區(qū)域10亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層12后，主光束指向視點四72 ;發(fā)光區(qū)域11亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層22后，主光束指向視點五73 ;發(fā)光區(qū)域12亮起時，其發(fā)出的光經(jīng)過光學膜層22后，主光束指向視點六74 ;從而實現(xiàn)讓發(fā)自背光源單元21上不同空間位置的光束，經(jīng)光學膜層22后進入不同的視點。配合圖像顯示層23分別加載左右視差圖像后，可以使左圖像主光束指向左圖像觀察點，且使右圖像主光束指向右圖像觀察點，配合自動跟蹤技術(shù)和圖像顯示層視差圖像的顯示，通過控制背光源單元21中的發(fā)光單元，從而實現(xiàn)可以結(jié)合自動跟蹤技術(shù)的、可變背光指向的立體影像顯示效果。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不局限于上述具體實施例，如實施例1中的曲線凹面并不限于圖中所示的形狀，還可以是類似凹透鏡凹面的中心對稱圖形，在實施例2中的鏈狀結(jié)構(gòu)可以全部弧線段首尾順次連接而成，也可以由弧線段和直線段間雜連接而成；總之，凡是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，包括光學膜層和靠近光學膜層設(shè)置的圖像顯示層，所述光學膜層的另一側(cè)設(shè)置有背光源單元，所述背光源單元與光學膜層之間預留有間隙，所述光學膜層包括單個透鏡或若干個透鏡形成的陣列，所述背光源單元包括若干個獨立可控的發(fā)光區(qū)域，所有發(fā)光區(qū)域整體形成朝向光學膜層的凹面，所述發(fā)光區(qū)域呈連續(xù)或離散狀分布。
2.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述凹面由垂直于圖像顯示層的平面截得的橫截面為曲線段或直線段。
3.如權(quán)利要求2所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述凹面整體呈中心對稱圖形。
4.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述凹面由垂直于圖像顯示層的平面截得的橫截面呈鏈狀結(jié)構(gòu)，所述鏈狀結(jié)構(gòu)由若干條首尾順次連接的曲線段和/或直線段構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，每個發(fā)光區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少一個發(fā)光單元。
6.如權(quán)利要求5所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述發(fā)光單元為發(fā)光二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述圖像顯示層為透射式顯示面板。
8.如權(quán)利要求7所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述圖像顯示層為液晶顯示面板。
9.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述透鏡為凸透鏡。
10.如權(quán)利要求1所述的基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，其特征在于，所述透鏡為菲涅爾透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于弧形背光與透鏡的裸眼立體影像顯示光學裝置，包括光學膜層和靠近光學膜層設(shè)置的圖像顯示層，所述光學膜層的另一側(cè)設(shè)置有背光源單元，所述背光源單元與光學膜層之間預留有間隙，所述光學膜層包括單個透鏡或若干個透鏡形成的陣列，所述背光源單元包括若干個獨立可控的發(fā)光區(qū)域，所有發(fā)光區(qū)域整體形成朝向光學膜層的凹面，所述發(fā)光區(qū)域呈連續(xù)或離散狀分布，本發(fā)明一方面降低了立體影像顯示系統(tǒng)的串擾率，提高了屏幕亮度和均勻度，另一方面配合光學膜層，能夠?qū)π纬傻牧Ⅲw影像觀察視區(qū)進行選擇性的校正或選擇性的輸入，形成特定形狀的立體影像觀察視區(qū)，最終形成可結(jié)合自動跟蹤技術(shù)的、可變背光指向的立體影像顯示光學結(jié)構(gòu)。
文檔編號G02F1/13357GK103197428SQ20131013192
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者周建英, 范杭, 周延桂, 王嘉輝, 梁浩文, 彼得·克雷布斯 申請人:佛山市英視通電子科技有限公司