折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的制作方法

本發明屬于裸眼立體顯示領域，具體涉及一種折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統。

背景技術：

自由立體顯示技術是裸眼3D顯示技術的一種。而自由立體顯示技術主要有3個技術流派，分別是基于視障光柵(Barrier)的裸眼立體顯示技術、基于柱透鏡(Lenticular)的裸眼立體顯示技術、基于指向背光式的裸眼立體顯示技術。它們都是利用視差原理，通過將左右眼圖像分別輸送進入左右眼中，并在大腦中融合，從而使人感知到立體信息。

其中，基于視障光柵(Barrier)的技術、基于柱透鏡(Lenticular)的技術是目前主流的裸眼立體顯示方法。二者主要是通過匹配光柵/柱透鏡與液晶像素，從而實現左右眼圖像光束的分離，但是上述的方案會降低圖像的分辨率。

基于指向背光的裸眼立體顯示技術，是先實現光束的定向傳播，再加載圖像信息，從而實現左右眼圖像光束的定向傳播。這種技術不會降低圖像分辨率。但這種技術常見于中小尺寸的屏幕。如平板式無輔助立體顯示裝置CN 103605211 A，該技術需要將面光源發出的發散光，先壓縮成平行光。而平行光的要求，使得光學系統的實現變得復雜。同時，這種基于單一透鏡的結構會使得顯示器體積太大。如果利用透鏡陣列結構可以進一步減小體積厚度，并通過增加光束擴散膜層，使得屏幕達到均勻顯示。而對于大尺寸的屏幕，特別是臺式裸眼立體顯示技術，基于這種技術的顯示器普遍比較厚，而且最佳觀察位置被限定在特定的距離。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種折疊式指向背光與透鏡陣列的全分辨率(全高清或者超高清)裸眼立體顯示系統，以降低基于指向背光技術的裸眼立體顯示系統的厚度。

為此，本發明提供了一種折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統，包括若干折疊式的背光照明模組和光源控制模塊，以及層疊設置的光束整形擴散膜層、透鏡陣列和圖像顯示單元，

所述折疊式的背光照明模組包括若干發光單元和若干反射膜層，所述發光單元發出的光束入射到所述反射膜層后，通過所述反射膜層的一次或者一次以上的反射，實現光路折疊， 并向靠近所述圖像顯示單元的方向傳播，所述反射膜層反射的光束經過所述光束整形擴散膜層進行光束整形后，照明所述圖像顯示單元。

所述多個背光照明模組的光束經過所述透鏡陣列中的多個透鏡分別實現定向傳播，通過層疊設置的所述透鏡陣列、光束整形擴散膜層和圖像顯示單元形成多個裸眼3D視區。

所述光源控制模塊分別與所述背光照明模組和所述圖像顯示單元電性連接。

進一步，所述背光照明模組在水平面的投影整體朝向所述圖像顯示單元，對所述圖像顯示單元進行照明。

進一步，所述背光照明模組在豎直面的投影整體朝向所述圖像顯示單元，對所述圖像顯示單元進行照明。

進一步，所述背光照明模組輸出大于或者等于100Hz的脈沖光束，所述脈沖光束的頻率同步于所述圖像顯示單元的圖像刷新頻率。

進一步的，每個所述背光照明模組至少包括兩個亮暗狀態獨立可控的發光單元，這些發光單元可以是發光二極管(LED)、有機發光二極管(OLED)等。

進一步，所述背光照明模組包括多個反射膜層，所述發光單元發出的光束經所述反射膜層多次反射后向靠近所述圖像顯示單元的方向傳播。

進一步，所述透鏡陣列包括多個透鏡，并且所述透鏡陣列對應于至少兩個所述發光單元。

進一步，所述透鏡為菲涅爾透鏡，所述透鏡陣列為菲涅爾透鏡陣列。

進一步，所述菲涅爾透鏡陣列以平面結構對光束的傳播方向進行調整。

進一步，所述菲涅爾透鏡陣列以彎曲的弧面結構對光束的傳播方向進行調整。

進一步，所述圖像顯示單元以大于或者等于100赫茲的頻率交替刷新立體圖像。所述發光單元發出的光束在以透射方式穿透所述圖像顯示單元的過程中，所述圖像顯示單元加載圖像信息，并傳遞到對應的視區空間位置。

進一步，所述圖像顯示單元可以是液晶顯示屏幕(LCD)，也可以有機發光二極管(OLED)屏幕等。

進一步，所述光源控制模塊從所述圖像顯示單元中獲取圖像刷新的同步信號，并同步控制所述發光單元，使得所述發光單元以大于或者等于100赫茲的頻率輸出照明光束，其中，對應左眼的所述發光單元同步左眼圖像信號的刷新，對應右眼的所述發光單元同步右眼圖像信號的刷新。

進一步，所述光束整形擴散膜層對入射光束在豎直方向上實現強擴散，在水平方向上實現小于5度的弱擴展。

進一步，還包括跟蹤識別模塊，用于獲取觀看者人眼或人臉在視區空間的位置，所述跟 蹤識別模塊與所述光源控制模塊連接。所述識別和跟蹤模塊，可以識別出觀看者在視區空間中的位置，并可以實時獲取人眼/人臉的位置數據，所述光源控制模塊通過所獲得的位置數據，控制所述發光單元的狀態。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統將背光照明模組中的發光單元設置在反射膜層的靠近所述圖像顯示單元的一側實現折疊光路，從而可以減少裸眼立體顯示系統的厚度，而且，發光單元可以使用普通的光源，而不需要使用平行光。

進一步的，本發明提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統在不同位置并列設置多個背光照明模組，實現多個不同的裸眼立體顯示觀看距離。在每一個觀看距離，每只眼睛所能接收到的圖像分辨率為全分辨率，并維持在全高清或者超高清的水平，實現一種更加可靠、反應靈敏、平滑的視區拓展方法。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是本發明第一實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖2是本發明第二實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖3是本發明第三實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖4是本發明第四實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖5是本發明第五實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖6是本發明第六實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。

圖中：

10：背光照明模組；11：反射膜層；12：發光單元；20：光束整形擴散膜層；30：透鏡陣列；40：圖像顯示單元；50：光源控制模塊；60：人眼跟蹤識別模塊；70：視區；71：左眼視區；72：右眼視區；81：左眼；82：右眼。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施方式及實施方式中的特征可以相互組合。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，所描述的實施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在限制本發明。

在本發明的各實施例中，為了便于描述而非限制本發明，本發明專利申請說明書中以及權利要求書中使用的術語“連接”并非限定于物理的或者機械的連接，也可以是電性的連接，不管是直接的還是間接的。“上”、“下”、“左”、“右”等僅用于表示相對位置關系，當被描述對象的絕對位置改變后，該相對位置關系也相應地改變。

圖1是本發明第一實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。如圖1所示，該折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統包括若干折疊式的背光照明模組10和光源控制模塊50，以及層疊設置的光束整形擴散膜層20、透鏡陣列30和圖像顯示單元40。

本實施例中，所述折疊式的背光照明模組10輸出大于或者等于100Hz的脈沖光束，所述背光照明模組10輸出的光束相互平行或者所述背光照明模組10輸出的光束的傳播曲線為朗伯體分布。所述折疊式的背光照明模組10包括若干發光單元12和若干反射膜層。在一個實施例中，所述的多個背光照明模組10，以一種整體朝向圖像顯示單元40的立體結構，在空間中分布，對圖像顯示單元40進行照明。在另一個實施例中，所述的多個背光照明模組10，以一種平行的結構，平行的分布在立體空間中。

發光單元12發出的光束將直接入射到反射膜層11后，通過所述的反射膜層11的一次或一次以上的反射，實現光路的折疊，并向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播，所述反射膜層11反射的光束經過所述光束整形擴散膜層20進行光束整形后，照明所述圖像顯示單元40。本實施例中，所述發光單元12設于所述反射膜層11的靠近所述圖像顯示單元40的一側，所述發光單元12至少包括兩個亮暗狀態獨立可控的發光源。這些發光源可以是發光二極管(LED)、有機發光二極管(OLED)等，兩個LED光源分別對應左眼視區71和右眼視區72。發光單元12發射出照明光束，照射到反射膜層11后，照明光束發生反射，從而實現光路的 折疊。發光單元12在顯示立體影像的模式下，這些發光單元12發出的光束是近平行光。在另外一個實施例中，是配光曲線近似朗伯體分布的光束，或者是呈其他分布的發散光光束。

光束經過反射后，向圖像顯示單元40的方向傳播。該反射膜層11可以是一種前表面反射鏡(Front surface mirror)，也可以是一種普通反射鏡。

所述光束整形擴散膜層20對入射光束在豎直方向上實現強擴散，在水平方向上實現小于5度的弱擴展。所述多個背光照明模組10的光束也將經過所述透鏡陣列30中的多個透鏡分別實現定向傳播，依次通過層疊設置的所述光束整形擴散膜層20、透鏡陣列30和圖像顯示單元40形成多個裸眼3D視區。

所述透鏡陣列30包括多個透鏡，并且所述透鏡陣列對應于至少兩個所述發光單元12。在另一個實施例中，透鏡陣列30的透鏡為菲涅爾透鏡，所述透鏡陣列為菲涅爾透鏡陣列。在一個實施例中，透鏡陣列30可以是一個二維平面結構對光束的傳播方向進行調整，或者透鏡陣列30以彎曲的弧面結構對光束的傳播方向進行調整。其中，圖1示出的透鏡陣列30和光束整形擴散膜層20的位置可以調換。透鏡陣列中的每一個透鏡，或者菲涅爾透鏡陣列中的每一個菲涅爾透鏡陣列，都獨立的將與之對應的發光單元12的光源成像到像空間，形成觀察視區70。每一個透鏡或者每一個菲涅爾透鏡陣列所形成的視區70需要嚴格的重合。

圖像顯示單元40用于刷新立體圖形序列，圖形顯示單元可以為一個液晶顯示單元(LCD)也可以有機發光二極管(OLED)屏幕等。圖像顯示單元40優選以100赫茲或以上的頻率交替刷新立體圖像序列。背光照明模組10的發光單元12發出的光束在以透射方式穿透圖像顯示單元40的過程中，所述圖像顯示單元加載圖像信息，并傳遞到特定的視區70的空間位置。。

所述光源控制模塊50分別與所述背光照明模組10和所述圖像顯示單元40電性連接。光源控制模塊50用于獲取圖像顯示單元40的同步信號，并以此頻率同步控制發光單元12，使得發光單元12能夠以大于或者等于100赫茲的頻率輸出照明光束。其中，對應左眼81的發光單元12同步左眼圖像信號的刷新，對應右眼82的發光單元12同步右眼圖像信號的刷新。在圖像顯示單元40刷新左眼圖像信號的時候，光源控制模塊50同步控制對應左眼發光單元12的刷新。在圖像顯示單元40刷新右眼圖像信號的時候，光源控制模塊50同步控制對應右眼82發光單元12的刷新。

在本實施方式中，發光單元12設置在反光膜層的下方，所述發光單元12發出的光束向上入射到所述反射膜層11后，通過所述反射膜層11反射向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播。所述發光單元12發出的光束入射到所述反射膜層11后，通過所述反射膜層11反射向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播。反射光束將入射到透鏡陣列30中，從而實現光束在空間中的定向傳播，在空間中形成立體圖像的觀看視區70。光束經過光束整形擴散膜層20， 在垂直方向上對光束實現強擴散，實現對圖像顯示單元40的均勻照明。光束在傳播過程中，圖像顯示單元40以一種大于或者等于100赫茲的刷新速度交替刷新立體圖像對。光源控制模塊50實時獲取圖像的刷新頻率，并以此頻率同步控制發光單元12，決定發光單元12的發光頻率和時長。

圖2是本發明第二實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。需要說明的是，在本發明的精神或者基本特征的范圍內，適用于第一實施方式的各具體方案也可以相應的適用于第二實施方式中，為節省篇幅及避免重復起見，在此就不再贅述。如圖2所示，發光單元12的位置可以位于反射膜層11的上方并靠近圖像顯示單元40的一側，或者是位于反射膜層11的下方并靠近圖像顯示單元40的一側。所述發光單元12發出的光束向下入射到所述反射膜層11后，通過所述反射膜層11反射向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播。

圖3是本發明第三實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。需要說明的是，在本發明的精神或者基本特征的范圍內，適用于第一實施方式的各具體方案也可以相應的適用于第三實施方式中，為節省篇幅及避免重復起見，在此就不再贅述。如圖3所示，所述背光照明模組10包括多個反射膜層，所述發光單元12發出的光束經所述反射膜層11多次反射后向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播。在本實施方式的裸眼立體顯示系統具有2個反射膜層11，發光單元12發出的光束在第一個反射膜層11反射后，再次反射到第二個反射膜層11，實現對光路的進一步折疊。反射膜層11反射出的光束向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播，實現照明圖像顯示單元40。

圖4是本發明第四實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。需要說明的是，在本發明的精神或者基本特征的范圍內，適用于第一實施方式的各具體方案也可以相應的適用于第四實施方式中，為節省篇幅及避免重復起見，在此就不再贅述。如圖4所示，該折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統包括多個背光照明模組10和光源控制模塊50，每個所述發光單元12設于所述反射膜層11的靠近所述圖像顯示單元40的一側，利用多個背光照明模組10配合光束整形擴散膜層20，實現光束在一個垂直方向上大角度的擴散，在水平方向實現5度以內的小角度擴散，從而實現對圖像顯示單元40的均勻照明。并且，每個所述發光單元12發出的光束入射到該發光單元12對應的所述反射膜層11后，通過所述反射膜層11反射向靠近所述圖像顯示單元40的方向傳播。

此外，本實施方式中，該折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統還包括跟蹤識別模塊60，用于獲取觀看者人眼在視區70的空間位置，并可以實時獲取人眼/人臉的位置數據。所述人眼跟蹤識別模塊60與所述光源控制模塊50連接，通過所獲得的位置數據，控制 發光單元12的狀態。

圖5是本發明第五實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。需要說明的是，在本發明的精神或者基本特征的范圍內，適用于第一實施方式的各具體方案也可以相應的適用于第五實施方式中，為節省篇幅及避免重復起見，在此就不再贅述。如圖6所示，該折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統還包括人眼跟蹤識別模塊60，用于獲取觀看者人眼在視區70空間的位置，所述人眼跟蹤識別模塊60與所述光源控制模塊50連接。本實施方式中，裸眼立體顯示系統具有多個背光照明模組10，所述背光照明模組10在水平面的投影整體朝向所述圖像顯示單元40，以一種平行的結構平行的分布在立體空間中，對所述圖像顯示單元40進行照明。此外，所述的多個背光照明模組10在豎直面的投影整體朝向所述圖像顯示單元40，對所述圖像顯示單元40進行照明。

圖6是本發明第六實施方式提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統的結構示意圖。需要說明的是，在本發明的精神或者基本特征的范圍內，適用于第一實施方式的各具體方案也可以相應的適用于第六實施方式中，為節省篇幅及避免重復起見，在此就不再贅述。如圖6所示，該折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統還包括人眼跟蹤識別模塊60，用于獲取觀看者人眼在視區70空間的位置，所述人眼跟蹤識別模塊60與所述光源控制模塊50連接。發光單元12設置在反光膜層的上方或下方，即反射膜層11的上方或者下方并列多個LED光源，并在空間中形成適合雙目觀看的左眼視區71和右眼視區72。所形成的視區由左眼81和右眼82的位置決定。而左眼81和右眼82的位置數據由人眼識別和跟蹤模塊索取，從而決定應該點亮的位置的光源。

本發明提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統將背光照明模組10中的發光單元12設置在反射膜層11的靠近所述圖像顯示單元40的一側實現折疊光路，從而可以減少裸眼立體顯示系統的厚度，而且，發光單元12可以使用普通的光源，而不用形成平行光

進一步的，本發明提供的折疊式指向背光與透鏡陣列的裸眼立體顯示系統在不同位置并列設置多個背光照明模組10，實現多個不同的裸眼立體顯示觀看距離。在每一個觀看距離，每只眼睛所能接收到的圖像分辨率為全分辨率，并維持在全高清或者超高清的水平，實現一種更加可靠、反應靈敏、平滑的視區70拓展方法。

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。