CN103197428B - 基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，包括光学膜层和靠近光学膜层设置的图像显示层，所述光学膜层的另一侧设置有背光源单元，所述背光源单元与光学膜层之间预留有间隙，所述光学膜层包括单个透镜或若干个透镜形成的阵列，所述背光源单元包括若干个独立可控的发光区域，所有发光区域整体形成朝向光学膜层的凹面，所述发光区域呈连续或离散状分布，本发明一方面降低了立体影像显示系统的串扰率，提高了屏幕亮度和均匀度，另一方面配合光学膜层，能够对形成的立体影像观察视区进行选择性的校正或选择性的输入，形成特定形状的立体影像观察视区，最终形成可结合自动跟踪技术的、可变背光指向的立体影像显示光学结构。

Description

基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置

技术领域

本发明涉及光学领域，更具体地，涉及一种基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置。

背景技术

现有技术中，使用视差障栅方式和柱透镜方式工作的自由立体显示系统，无需佩戴辅助式眼镜即可实现立体视觉，其已经在电视、数字标牌等领域得到应用。

自由立体显示技术的基本原理为：柱透镜阵列(或视差障栅)设置在图像显示单元(如液晶显示面板)的上面，观察者透过柱透镜阵列(或视差障栅)观看到立体效果。观察者在预定的位置，向预定的方向观看自由立体显示器时，来自不同视差图像的光线通过柱透镜阵列(或视差障栅)后分别进入观看者的左、右眼，从而令观察者感知到立体图像。

基于视障光栅下和柱透镜技术的显示方式下，不同视差的图像有规律的显示在同一个屏幕上，该显示方式与二维显示的情况相比，分辨率至少降低一半，同时，相比附带眼镜的3D显示方案，串扰率也比较高。

发明内容

本发明的第一个目的，就是克服现有技术的不足，提供一种低串扰率、可变背光指向的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，该装置可以结合自动跟踪技术，实现分别向左、右眼定向传输立体显示的视差图像。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，由光学膜层、靠近光学膜层设置的图像显示层及背光源单元组成，所述光学膜层的另一侧设置有所述背光源单元，所述背光源单元与光学膜层之间预留有间隙，所述光学膜层包括单个透镜或若干个透镜形成的阵列，所述背光源单元包括若干个独立可控的发光区域，所有发光区域整体形成朝向光学膜层的凹面，所述发光区域呈连续或离散状分布。

作为一种具体实施例，所述凹面由垂直于图像显示层的平面截得的横截面呈曲线段或直线段。

进一步地，所述凹面整体呈中心对称图形。

作为一种具体实施例，所述凹面由垂直于图像显示层的平面截得的横截面呈链状结构，所述链状结构由若干条首尾顺次连接的曲线段和/或直线段构成。

作为一种具体实施例，每个发光区域内设置有至少一个发光单元。

进一步地，所述发光单元为发光二极管。

作为一种具体实施例，所述图像显示层为透射式显示面板。

进一步地，所述图像显示层为液晶显示面板。

作为一种具体实施例，所述透镜为凸透镜。

作为一种具体实施例，所述透镜为菲涅尔透镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在光学膜层后设置带凹面的背光源单元，一方面显著降低了立体影像显示系统的串扰率，提高屏幕亮度和均匀度，另一方面配合光学膜层，能够对形成的立体影像观察视区进行选择性的校正，或选择性的输入，形成特定形状的立体影像观察视区，最终形成可结合自动跟踪技术的、可变背光指向的立体影像显示光学结构。该结构不仅可以实现双视点的裸眼立体影像显示，而且可以实现多视点的裸眼立体影像显示。根据需要，该装置按照预定的、设计好的方式实现显示性能。

附图说明

图1是实施例1所述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置的俯视结构示意图。

图2是实施例1所述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置的立体图像成像示意图。

图3是实施例2所述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置的俯视结构及立体图像成像示意图。

实施例1：11-背光源单元；12-光学膜层；13-图像显示层；4～5-发光区域；6-观察视区；61-视点一；62-视点二；1-弧形凹面。

实施例2：2-离散凹面；21-背光源单元；22-光学膜层；23-图像显示层；7-观察视区；71-视点三；72-视点四；73-视点五；74-视点六；2-组合凹面；9～12-发光区域。

具体实施方式

下面参见附图及具体实施例，对本发明做进一步说明：

实施例1

参见图1-图2，一种基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，包括光学膜层12和靠近光学膜层12设置的图像显示层13，所述光学膜层12的另一侧设置有背光源单元11，所述背光源单元11与光学膜层12之间预留有间隙，所述光学膜层12包括单个透镜或若干个透镜形成的阵列，所述背光源单元11包括若干个独立可控的发光区域，所有发光区域整体形成朝向光学膜层的凹面，所述发光区域呈连续或离散状分布，其中：

背光源单元11用于为产生立体影像提供照明光源，背光源单元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结合组合形成的连续凹面。本实施例中，上述凹面优选为弧形凹面1，所述弧形凹面1由垂直于图像显示层的平面截得的横截面呈曲线段或直线段状。弧形凹面1的发光区域4、5内分别设置有至少一个发光单元，这些发光单元可以是发光二极管或其他发光体，该发光二极管可以以直下式或者侧入式的形式构成发光单元的光源部分。发光单元的开关状态及亮度可以进行独立控制，也可以进行统一控制，。本实施例中，不同的发光区域4,5之间连续分布从而形成一个整体弧形凹面1，该整体在靠近光学膜层12一侧形成一个连续的发光面，其中发光面的每个发光区域都可以被单独控制。

光学膜层12本身是一个光学元件，用于控制来自背光源单元11上不同发光区域的主光束，使之进入不同的空间位置的视区，光学膜层12可以单个透镜或者多个透镜形成的阵列，其设置于背光源单元11和图像显示层13之间并靠近图像显示层13，上述透镜为凸透镜，该凸透镜最好是菲涅尔透镜，尤其是线性菲尼尔透镜。

图像显示层13为一个透射式的显示面板，其可以是液晶显示(LED面板)或其他透射式显示面板，其被设置于光学膜层单元12的前方，用于显示图像。

基于上述结构，背光源单元11上不同空间位置的发光区域4、5发出的光线，经光学膜层12后，配合图像显示单元13加载图像，使左图像主光束指向左图像观察点，右图像主光束指向右图像观察点，配合自动跟踪技术和显示单元视差图像的显示，通过控制背光源单元1中的发光单元，实现一种可以结合自动跟踪技术的、可变背光指向的立体影像显示光学结构。

上述背光源单元11的表面结构取决于立体影像观察视区及拟配合的光学膜层12的相对位置，需要根据观察视区要求及拟配合的光学膜层12的特征计算得出。不同的光学膜层12配合相同的观察点视区可对应产生不同的背光源单元11的结构参数及设置位置。同样地，相同的光学膜层单元12配合不同的观察点视区，也将导致背光源单元11的结构参数及设置位置发生变化。

例如在本实施例中，针对呈平面形态的观察视区6，背光源单元1将呈现一个曲线形或多段线形的背光源结构。而一旦图1中的观察视区变形为曲线形，则由发光区域组成的凹面形状将发生变形，相应的背光源单元11的结构也将相应的随之发生变化。在实践中，由于观察视区基本固定，则可以根据观察视区分布情况确定背光单元11上发光区域组成的凹面的光学结构，并根据计算结果选择性地对凹面的结构进行加工，以最终获得不同精度的光源结构，用于立体影像显示装置，以使立体影像显示装置按照预定的、设计好的方式实现其性能。

下面介绍利用本发明所述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置获得立体视觉的光学原理。参见图2，背光源单元11中包括若干个发光区域，如发光区域4或5。当发光单元4亮起时，其发出的光经过光学膜层单元12后，主光束指向视点一61；为发光单元5亮起时，其发出的光经过光学膜层单元12后，主光束指向视点62，从而实现光源结构不同空间位置的发光面发出的光束经光学膜层12后，配合图像显示层13加载图像后进入不同的视点，配合自动跟踪技术和图像显示层13视差图像的显示，通过控制背光源单元11中的发光区域，从而实现一种可以结合自动跟踪技术的、可变背光指向的立体影像显示光学结构。这种光学结构有效地降低了现有立体影像显示系统的串扰率。

需要说明的是，图中只是示例性的给出两个发光区域4、5以说明其原理，实际的视觉效果由无数个发光区域共同形成。同时，上述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置既可以单独作为显示装置的主体结构，也可以作为大型显示系统中的一个基本单元，在基于该基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置的大型显示系统中，上述基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置数量为若干个并呈矩阵状排列。

应该理解，以上关于利用基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置形成立体图像的原理，也同样适用于本说明书的其他实施。

实施例2

本实施例与实施例1的不同在于，本实施例中，背光源单元的每个发光区域是不连续。参见图3，本实施例中背光源单元包括若干个独立可控的发光区域，所有发光区域整体形成朝向光学膜层的凹面，所述发光区域呈离散状分布。

本示施例的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置包括多个离散发光区域，参见图3，图中示意性地标识了4个发光区域9、10、11和12。这些发光区域沿曲面或沿多边形排列，共同形成朝向光学膜层22的离散凹面2，每个发光区域内至少有一个发光单元，这些发光单元可以是发光二极管或其他发光体。

发光区域9、10、11、12的结构和位置，取决于立体影像观察视区即拟配合的光学膜层22的相对位置。不同的光学膜层配合相同的观察点视区，对应产生不同的发光区域的结构参数及空间排布位置。相同的光学膜层单元配合不同的观察点视区，也将导致发光区域的结构参数及排布位置发生变化。

在本实施例中，针对平面形态的视区分布，背光源单元21中发光区域9、10、11、12的空间排布呈多段线状。

下面以背光源单元上有四个发光区域为例说明本实施例所述的立体影像显示装置获得立体视觉的光学原理。参见图3，本实施例中的发光区域9-12排列成凹面，该凹面由垂直于图像显示层的平面截得的成界面呈链状结构，所述链状结构由若干条首尾顺次连接的直线段构成，当发光区域9亮起时，其发出的光经过光学膜层22后，主光束指向视点三71；发光区域10亮起时，其发出的光经过光学膜层12后，主光束指向视点四72；发光区域11亮起时，其发出的光经过光学膜层22后，主光束指向视点五73；发光区域12亮起时，其发出的光经过光学膜层22后，主光束指向视点六74；从而实现让发自背光源单元21上不同空间位置的光束，经光学膜层22后进入不同的视点。配合图像显示层23分别加载左右视差图像后，可以使左图像主光束指向左图像观察点，且使右图像主光束指向右图像观察点，配合自动跟踪技术和图像显示层视差图像的显示，通过控制背光源单元21中的发光单元，从而实现可以结合自动跟踪技术的、可变背光指向的立体影像显示效果。

应该理解，本发明并不局限于上述具体实施例，如实施例1中的曲线凹面并不限于图中所示的形状，还可以是类似凹透镜凹面的中心对称图形，在实施例2中的链状结构可以全部弧线段首尾顺次连接而成，也可以由弧线段和直线段间杂连接而成；总之，凡是熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，由光学膜层、靠近光学膜层设置的图像显示层及背光源单元组成，所述光学膜层的另一侧设置有所述背光源单元，所述背光源单元与光学膜层之间预留有间隙，所述光学膜层包括单个透镜或若干个透镜形成的阵列，所述背光源单元包括若干个独立可控的发光区域，所有发光区域整体形成朝向光学膜层的凹面，所述发光区域呈连续或离散状分布。

2.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述凹面由垂直于图像显示层的平面截得的横截面为曲线段或直线段。

3.如权利要求2所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述凹面整体呈中心对称图形。

4.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述凹面由垂直于图像显示层的平面截得的横截面呈链状结构，所述链状结构由若干条首尾顺次连接的曲线段和/或直线段构成。

5.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，每个发光区域内设置有至少一个发光单元。

6.如权利要求5所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述发光单元为发光二极管。

7.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述图像显示层为透射式显示面板。

8.如权利要求7所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述图像显示层为液晶显示面板。

9.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述透镜为凸透镜。

10.如权利要求1所述的基于弧形背光与透镜的裸眼立体影像显示光学装置，其特征在于，所述透镜为菲涅尔透镜。