一種具有縱深視區的裸眼3d顯示方法、裝置和系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法、裝置和系統，該方法包括：沿垂直于圖像顯示層的方向配置若干發光模組，所述發光模組對應一視區；檢測雙眼與所述圖像顯示層之間的觀察距離，得到所述雙眼的觀察位置；根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投射。本發明通過檢測雙眼與圖像顯示層之間的觀察距離來選擇合適的發光模組，使得發光模組對應的視區處于雙眼所在的位置。
【專利說明】-種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法、裝置和系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于立體圖像顯示領域，具體公開了一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方 法、裝置和系統。
【背景技術】
[0002] 裸眼3D顯示作為顯示領域發展的必然技術，吸引了科研、工業以及娛樂界的注 意。主流的裸眼3D顯示技術主要有基于柱透鏡或光柵的裸眼3D顯示主流架構。通過圖像 的定向傳輸，實現向雙眼提供視差圖像，左右眼視差圖像分別進入左右眼圖像后，經大腦融 合后，可使觀看者看到立體畫面。
[0003] 目前基于柱透鏡或光柵的裸眼3D顯示技術，普遍存在視區甜點，即左右眼同時存 在一個最佳觀看距離。觀看者在這個最佳觀看距離前后一小段距離的范圍內，才能看到最 優質的立體圖像。然而，當用戶離開這個最佳觀看距離進行觀看時，串擾率和圖像均勻性都 會引起一定程度的惡化，使得3D影像的圖像質量大幅下降。這嚴重限制觀賞者的觀看自由 度。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有縱深視區的裸眼3D顯示 方法、裝置和系統，旨在解決現有3D顯示領域中存在的僅能在一定范圍內才能獲取較佳立 體圖像的技術缺陷。
[0005] 為此，本發明所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示方法采用的技術方案如下：
[0006] 一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法，包括以下步驟：
[0007] 沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組，所述每個距離發光 模組對應一不同觀察距離的視區，所有發光模組形成縱深視區；
[0008] 在靠近圖像顯示層的位置，配置光束整形擴散膜層（LSD)增加圖像顯示均勻性， 同時還配置有透鏡陣列單元。
[0009] 檢測雙眼與所述圖像顯示層之間的相對位置，得到所述雙眼的觀察位置，其中，對 應左右眼的光源，需要配合圖像顯示單元左右眼視差圖像的刷新狀態；
[0010] 根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投射，形成不同縱 深的視區。
[0011] 作為一種優選的技術方案，還包括：根據所述觀察位置調整所述發光模組的發光 單元。
[0012] 每個視區對應的發光單元發光狀態，需要同步圖像顯示單元視差圖像的刷新狀 態。
[0013] 本發明另外還提供了具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置的技術方案如下：
[0014] 一種具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置，包括：
[0015] 配置模塊，用于沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組，在 靠近圖像顯示層的位置配置透鏡單元陣列和光束整形擴散片（LSD)，所述每個距離的發光 模組對應一不同觀察距離的視區；所述所有發光模組形成縱深視區。
[0016] 檢測模塊，用于檢測雙眼與所述圖像顯示層之間的相對位置，得到所述雙眼的觀 察位置。其中，對應左右眼的光源，需要配合圖像顯示單元左右眼視差圖像的刷新狀態；
[0017] 調整模塊，用于根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投 射，形成不同縱深的視區。
[0018] 本發明又提供了一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統的技術方案如下：
[0019] 一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，包括背光源單元、光束整形擴散片（LSD)、 透鏡單元陣列、圖像顯示層和用于檢測雙眼與所述圖像顯示層之間距離的距離檢測模塊，
[0020] 所述圖像顯示層的靠近所述背光源單元的一側設有光束整形擴散片（LSD)和透 鏡單元陣列；
[0021] 所述的光束整形擴散片（LSD)是一種能夠使光線在一個方向弱擴散，在正交的方 向強擴散的膜層。
[0022] 所述背光源單元包括若干發光模組，所述發光模組沿垂直于所述圖像顯示層的方 向進行配置，所述距離檢測模塊與所述背光源單元的發光模組連接。
[0023] 所述發光模組包括若干發光單元，所述發光單元組合形成一弧形的發光曲面。
[0024] 作為一種優選的技術方案，所述透鏡單元陣列包括單個或多個透鏡形成的陣列。
[0025] 作為一種優選的技術方案，所述透鏡單元陣列包括菲涅爾透鏡陣列。
[0026] 作為一種優選的技術方案，所述圖像顯示單元包括一透射式顯示面板。
[0027] 作為一種優選的技術方案，還包括一偏振膜層，所述偏振膜層設于所述背光源單 元與所述圖像顯示層之間。
[0028] 作為一種優選的技術方案，所述偏振膜層設于所述發光模組的靠近所述圖像顯示 層的一側，和/或設于所述透鏡單元陣列的靠近所述發光模組的一側。
[0029] 本發明所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示方法、裝置和系統通過檢測雙眼與圖 像顯示層之間的觀察距離來選擇合適的發光模組，使得發光模組對應的視區處于雙眼所在 的位置。在雙眼移動的過程中可以再次自動調整發光模組，在觀看過程中始終能夠獲取最 優質的立體圖像，提高觀察者的觀看自由度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法一實施方式的流程示意 圖；
[0031] 圖2是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置一實施方式的結構示意 圖；
[0032] 圖3a是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統一實施方式的結構示意 圖，圖中雙眼處于距離圖像顯示層較近的位置；
[0033] 圖3b是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統一實施方式的結構示意 圖，圖中雙眼處于距離圖像顯示層較遠的位置；
[0034] 圖4是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統另一實施方式的結構示 意圖；
[0035] 圖5是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統又一實施方式的結構示 意圖；
[0036] 圖中：
[0037] 10 :背光源單兀；11 :第一發光模組；111 :第一發光單兀；112 :第二發光單兀；12 : 第二發光模組；121 :第三發光單元；122 :第四發光單元；21 :光束整形擴散片（LSD) ;22 :透 鏡單元陣列；23 :圖像顯示層；24 :偏振膜層；30 :視區單元；41 :右眼；42 :左眼。
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖，對本發明的若干實施方式做進一步說明。本發明實施方式涉及的 方法、裝置和系統通過檢測雙眼（例如人眼）與圖像顯示層23的距離來選擇對應的發光模 組進行投射，使得雙眼所在的位置處于3D顯示的視區之內，從而可以給觀察者良好的3D顯 示畫面。
[0039] 參見圖1，圖1是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法一實施方式的 流程示意圖。在圖1示出的實施方式中，該方法包括：
[0040] 步驟S101 :沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組，所述每 個距離發光模組對應一個不同觀察距離的視區，所有發光模組形成縱深視區；
[0041] 在靠近圖像顯示層的位置，配置光束整形擴散膜層（LSD)增加圖像顯示均勻性。
[0042] 步驟S102 :檢測雙眼與所述圖像顯示層23之間的觀察距離，得到所述雙眼的觀察 位置；
[0043] 步驟S103 :根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投射。
[0044] 在一些優選的實施方式中，還包括根據所述觀察位置調整所述發光模組的發光單 元。該實施方式涉及的3D顯示方法可以根據雙眼的位置選擇相應的發光模組，使得雙眼所 在的位置處于3D顯示的視區之內。當雙眼（例如人眼）的位置前后發生移動，重新判斷人 眼新的位置。通過改變不同深度層次背光源的亮暗狀態，即可以實現"最佳觀看距離可調節 的裸眼3D顯示"。
[0045] 參見圖2,圖2是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置一實施方式的 結構示意圖。在圖2示出的實施方式中，該具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置，包括：
[0046] 配置模塊201，用于沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組， 在靠近圖像顯示層的位置配置透鏡單元陣列和光束整形擴散片（LSD)，所述每個距離的發 光模組對應一不同觀察距離的視區；所述所有發光模組形成縱深視區；；
[0047] 檢測模塊202,用于檢測雙眼與所述圖像顯示層23之間的觀察距離，得到所述雙 眼的觀察位置；
[0048] 調整模塊203,用于根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進 行投射。
[0049] 該裝置通過配置模塊，將發光模組沿垂直于圖像顯示層23的方向配置。在使用 時，通過檢測模塊檢測雙眼與所述圖像顯示層23之間的相對位置，得到所述雙眼的觀察 位置，然后通過調整模塊選擇相應的發光模組，使得雙眼所在的位置處于3D顯示的視區之 內。當雙眼（例如人眼）的位置前后發生移動，重新判斷人眼新的位置。通過改變不同深 度層次背光源的亮暗狀態，實現"最佳觀看距離可調節的裸眼3D顯示"，即可以實現具有縱 深視區的裸眼3D顯示。
[0050] 參見圖3a和圖3b，圖3a是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統一實 施方式的結構示意圖，圖中雙眼處于距離圖像顯示層23較近的位置；圖3b是本發明所述一 種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統一實施方式的結構示意圖，圖中雙眼處于距離圖像顯 示層23較遠的位置。在圖3a和圖3b示出的一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統的實施 方式中，其包括背光源單元10、圖像顯示層23和用于檢測雙眼與所述圖像顯示層23之間距 離的距離檢測模塊，圖像顯示層23的靠近所述背光源單元10的一側設有光束整形擴散片 (LSD) 21和透鏡單元陣列22。
[0051] 所述背光源單元10包括若干發光模組，所述發光模組沿垂直于所述圖像顯示層 23的方向進行配置，即發光模組沿距離圖像顯示層23遠近的方向進行配置，各發光模組與 圖像顯示層23的距離均不同。因此，各發光模組對應的視區與圖像顯示層23的距離也存 在不同。為了便于說明，在圖3a和圖3b示出的實施方式中，背光源單元10僅僅顯示出了 兩個沿垂直于圖像顯示層23方向配置的發光模組：第一發光模組11和第二發光模組12， 其中第一發光模組11距離圖像顯示層23較遠，而第二發光模組12距離圖像顯示層23較 近。然而，在實際應用中，發光模組的數量可以據實際情況進行設置，本發明對此不作限制。
[0052] 在本實施例中，各背光模組包含若干個發光單元，每個發光單元的亮暗狀態和開 關狀態可獨立控制。背光模組中的這些發光單元沿著曲面成弧形分布。所述的背光模組為 用于提供照明的同時，背光模組中的發光單元，也用于配合光束整形擴散片（LSD)21和透 鏡單元陣列22形成視區。同樣，為了便于說明，圖3a和圖3b中的實施方式中的第一發光 模組11僅僅顯示了第一發光單元111和第二發光單元112,而第二發光模組12僅僅顯示了 第三發光單元121和第四發光單元122。然而，在實際應用中，發光模組的發光單元的數量 可以據實際情況進行設置，本發明對此不作限制。
[0053] 發光單元發出的光線通過光束整形擴散片（LSD)21，透鏡單元陣列22和圖像顯示 單元以形成對應的視區單元30。同一個背光模組的相鄰發光單元配合擴散膜層和透鏡單元 陣列22所形成的視區應該是連續不間斷的。
[0054] 所述圖像顯示層23是一個透射式的顯示面板。在本實施例中是液晶面板，用于以 時分的方式交替顯示視差圖像。該液晶面板被設置在光學膜層的前方，
[0055] 所述擴散膜層可以是弱擴散膜層，或者一維但在正交維度強擴散的擴散膜層，或 者上述兩種膜層功能組合的膜層，其用于讓屏幕顯示效果更加均勻，達到優化視區亮度均 勻性和擴展視角的作用。
[0056] 所述透鏡單元陣列22包括單個或多個透鏡形成的陣列，例如菲涅爾透鏡陣列。
[0057] 其中，擴散膜層和透鏡單元陣列22的位置是可以互換的，在本實施例中擴散膜層 置于靠近背光源的一側。
[0058] 距離檢測模塊用于檢測雙眼與圖像顯示層23的距離，并且與發光模組連接。距離 檢測模塊可以是對人眼或者人臉進行識別進行檢測，例如可以是人臉識別模塊或者人眼識 別模塊。
[0059] 在圖3a示出的實施方式中，第一發光單元111發出的光線經擴散膜層和透鏡單元 陣列22后，配合圖像顯示層23 (液晶面板）加載左圖像，使左圖像主光束傳到左眼42所在 視區；同理，第二發光單元112會形成右眼圖像視區，形成適合近距離觀看的裸眼3D視區單 元30。同時，在圖3b中，關閉第一發光單元111和第二發光單元112,開啟另一個深度層次 背光模組（第二背光模組）中的第三發光單元121和第四發光單元122,可以形成適合遠距 離觀看的裸眼3D視區單元30。通過這種控制不同深度層次的背光模組中發光單元的開啟 和關閉，實現最佳觀看距離的調節。
[0060] 當人位于如圖3a所示，離圖像顯示層23較近的位置時，第一背光模組中的第一發 光單元111和第二發光單元112被開啟。第一發光單元111和第二發光單元112的光線經過 光束整形擴散片（LSD)和透鏡單元以及圖像顯示層23 (即液晶顯示面板）后，分別形成相 應的左右眼視區。由于第一發光單元111和第二發光單元112距離光束整形擴散片（LSD)、 透鏡單元、液晶顯示面板較遠，所以形成的視區距離屏幕較近，可以滿足人在較近的距離觀 看到良好的立體影像。其中，當圖像顯示層23(即液晶顯示面板）刷新出現左眼圖像時，開 啟第一發光單元111，關閉第二發光單元112,使得左眼主光束加載左眼圖像傳入左眼所在 時區；當圖像顯示層23(液晶顯示面板）刷新出現右眼圖像時，關閉第一發光單元111，開 啟第二發光單元112,使得右眼41主光束加載右眼圖像傳入右眼41所在時區。
[0061] 當用戶的位置往后發生移動至位于如圖3b所示的位置時，系統中的距離檢測模 塊（例如人臉識別模塊或人眼識別模塊），識別了用戶的左右眼逐漸遠離屏幕，并判斷用戶 左右眼新的位置。對應用戶左右眼位置的第二背光模組中的第三發光單元121和第四發光 單元122,配合擴散膜層、透鏡單元以及圖像顯示層23,形成相應的左、右眼視區，投影新的 位置，即是投影在距離屏幕較遠的視區當中。其中，當圖像顯示層23刷新出現左眼圖像時， 開啟第三發光單元121，關閉第四發光單元122,使得左眼主光束加載左眼圖像傳入左眼42 所在時區；當圖像顯示層23刷新出現右眼圖像時，關閉第三發光單元121，開啟第四發光單 元122,使得右眼主光束加載右眼圖像傳入右眼41所在時區。
[0062] 圖3a和圖3b示出的實施方式中示出的僅僅是一個透鏡單元、兩個背光模組、擴散 膜層等組成的結構，但實際應用中可能存在多個這樣的結構，形成如圖4所示的立體影響 顯示結構，其背光源單元10具有多個背光模組。
[0063] 如圖5所示，圖5是本發明所述一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統又一實施方 式的結構示意圖。在圖5示出的實施方式中，該系統還可以在每個發光模組前設置偏振膜 層24,同時在每個透鏡單元前也設置相應的偏振膜層24,其中相鄰背光模組前的偏振膜層 24是不同的，而相鄰透鏡單元貼合的偏振膜層24也是不同。具體如圖5所示，以其中一個 背光模組為例，通過在每個背光模組前設置偏振膜層24,其中相鄰背光模組前設置的偏振 膜層是不同，呈交替排布。相鄰透鏡單元陣列前設置的偏振膜層也是不同的，呈交替排布 的。每個背光模組發出的光線，可以透過相應的透鏡單元，但難以透過相鄰的透鏡單元。在 本實施例中，所述的膜層順序是呈偏振膜層24、光束整形擴散片（LSD)、透鏡單元陣列膜層 的順序排列的。但實際上的上述3個膜層的順序可以是任意的。
[0064] 從上面的若干實施方式可以看出，本發明所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示方 法、裝置和系統通過檢測雙眼與圖像顯示層23之間的觀察距離來選擇合適的發光模組，使 得發光模組對應的視區處于雙眼所在的位置。在雙眼移動的過程中可以再次自動調整發光 模組，在觀看過程中始終能夠獲取最優質的立體圖像，提高觀察者的觀看自由度。
[0065] 應該理解，本發明并不局限于上述實施方式，凡是對本發明的各種改動或變型不 脫離本發明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發明的權利要求和等同技術范圍之 內，則本發明也意味著包含這些改動和變型。
【權利要求】
1. 一種具有縱深視區的裸眼3D顯示方法，其特征在于，包括以下步驟： 沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組，所述每個距離發光模組 對應一不同觀察距離的視區，所述發光模組形成縱深視區；此外，在靠近圖像顯示層的位 置，配置光束整形擴散膜層和透鏡陣列單元； 檢測雙眼與所述圖像顯示層之間的相對位置，得到所述雙眼的觀察位置，其中，對應左 右眼的光源，需要配合圖像顯示單元左右眼視差圖像的刷新狀態； 根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投射，形成不同縱深的 視區。
2. 如權利要求1所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示方法，其特征在于：還包括：根據 所述觀察位置調整所述發光模組的發光單元。
3. -種具有縱深視區的裸眼3D顯示裝置，其特征在于包括： 配置模塊，用于沿垂直于圖像顯示層的方向在不同的距離配置若干發光模組，在靠近 圖像顯示層的位置配置透鏡單元陣列和光束整形擴散片，所述每個距離的發光模組對應一 不同觀察距離的視區，所述所有發光模組形成縱深視區； 檢測模塊，用于檢測雙眼與所述圖像顯示層之間的相對位置，得到所述雙眼的觀察位 置，其中，對應左右眼的光源，需要配合圖像顯示單元左右眼視差圖像的刷新狀態； 調整模塊，用于根據所述觀察位置選擇所述雙眼所在視區對應的發光模組進行投射， 形成不同縱深的視區。
4. 一種具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，包括背光源單元、光束整形擴散片（LSD)、透 鏡單元陣列、圖像顯示層和用于檢測雙眼與所述圖像顯示層之間距離的距離檢測模塊，其 特征在于： 所述圖像顯示層的靠近所述背光源單元的一側設有所述光束整形擴散片（LSD)和透 鏡單元陣列； 所述背光源單元包括若干發光模組，所述發光模組沿垂直于所述圖像顯示層的方向進 行配置，所述距離檢測模塊與所述背光源單元的發光模組連接。
5. 如權利要求4所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：所述發光模組 包括若干發光單元，所述發光單元組合形成一弧形的發光曲面。
6. 如權利要求5所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：所述透鏡單元 陣列包括單個或多個透鏡形成的陣列。
7. 如權利要求6所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：所述透鏡單元 陣列包括菲涅爾透鏡陣列。
8. 如權利要求4所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：所述圖像顯示 單元包括一透射式顯示面板。
9. 如權利要求4所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：還包括一偏振 膜層，所述偏振膜層設于所述背光源單元與所述圖像顯示層之間。
10. 如權利要求9所述的具有縱深視區的裸眼3D顯示系統，其特征在于：所述偏振膜 層設于所述發光模組的靠近所述圖像顯示層的一側，和/或設于所述透鏡單元陣列的靠近 所述發光模組的一側。
【文檔編號】G02B27/26GK104216130SQ201410472299
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】周建英, 范杭彼, 得·克雷布斯, 周延桂, 李焜陽, 王嘉輝, 梁浩文, 王曉露, 林岱昆 申請人:中山大學