可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置與方法與流程

本發明涉及圖像顯示領域，具體涉及一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置與方法。

背景技術：

3D裸眼技術可以使人產生視覺錯覺，將二維平面效果感知為三維立體，從而實現視覺效果升華。由于為實現虛擬現實模擬提供了可能性，其在醫療、傳媒、工業、農業等行業都表現出極強的發展潛力，迅速得到媒體的熱切關注。目前，3D市場已借助裸眼3D技術開發出3D、4D虛擬游戲眼鏡、3D裸眼手機等設備，實現了小視角優質裸眼3D效果呈現，掀起全民3D體驗熱潮，為3D裸眼技術的進一步發展傾注了源動力。

但是，在3D裸眼技術應用于諸如家用顯示、商用顯示、虛擬現實空間模擬等中大型3D裸眼顯示設備時，普遍存在無法獲得優質的觀看效果，觀看范圍受限嚴重，體驗感明顯較差等一系列問題。

因此，擴大3D裸眼顯示視角、以及優化整體亮度均勻提高觀看效果成為了現階段3D裸眼技術發展的最核心問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示方法與裝置，其可以解決或部分解決現有裸眼3D顯示設備觀看視角受限、觀看效果差的問題。

為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

本發明的一個實施方式提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置，其包括圖像顯示層，用于顯示視區圖像；

背光源，其設置在所述圖像顯示層的一側，所述背光源包括有若干背光單元，每個背光單元配置有一發光元組，所述發光元組包括有若干獨立發光元；

透鏡陣列膜層，其設置在所述圖像顯示層與所述背光源之間；

光束整形擴散膜層，設于所述圖像顯示層的另一側，用于檢測觀察點與圖像顯示層的相對位置，并根據所述相對位置確定所述觀察點所處的視區；

調整單元，根據所述觀察點所處的視區，控制所述若干背光單元的若干獨立發光元進行組合形成若干新發光元組，所述若干新發光元組發出的光線經所述透鏡陣列膜層，成像于所述觀察點所處的視區。

作為一種具體的實施例，當所述背光源僅包括有單個背光單元時，所述新發光元組為所述單個背光單元的若干獨立發光元中的任意個的組合。

作為一種具體的實施例，當所述背光源包括有至少兩個背光單元時，所述新發光元組為：

某一個背光單元的若干獨立發光元中的任意個的組合；或至少兩個背光單元的所有獨立發光元中的任意個的組合，且構成所述新發光元組的若干個獨立發光元分布在至少兩個背光單元中。

進一步地，所述至少兩個背光單元采用一自由曲面上的圓弧狀拼接方式形成所述背光源。

作為一種具體的實施例，所述透鏡陣列膜層由一自由曲面上的若干圓弧狀菲涅爾透鏡單元拼接而成。

作為一種具體的實施例，所述圖像顯示層由若干液晶顯示屏幕拼接而成。

進一步地，在所述若干液晶顯示屏幕上，分別配置有光束整形擴散膜層。

本發明的另一個實施方式提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示方法，其包括以下步驟：

檢測觀察點與圖像顯示層的相對位置；

根據所述相對位置確定所述觀察點所處的視區；

根據所述觀察點所處的視區，控制若干背光單元的若干獨立發光元進行組合形成若干新發光元組，所述若干新發光元組發出的光線經透鏡陣列膜層，成像于所述觀察點所處的視區；

當所述觀察點發生移動時，重復上述步驟。

本發明提供的技術方案具有如下有益效果：

根據本發明，可以提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置與方法，其通過檢測到觀察點與顯示圖像層的相對位置來改變圖像顯示層另一側的發光元組合，使得發光元組合發出的光線成像于觀察點所在的視區，在觀察點移動的過程中不斷調整發光元組合使其對應此時所在視區，保證了觀看者在整個觀察過程中都能得到優質的3D立體圖像，提高了觀看者的觀看自由性，優化了觀看者的體驗感。

附圖說明

圖1是本發明的可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置的結構框圖；

圖2是本發明第一種實施例的可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置的結構示意圖；

圖3是本發明的實施例的兩個背光單元拼接后的結構示意圖；

圖3a是圖3中兩個背光單元拼接后，所有獨立發光元中的任意個發光元的一種組合圖；

圖3b是圖3中兩個背光單元拼接后，所有獨立發光元中的任意個發光元的另一種組合圖；

圖3c是圖3中兩個背光單元拼接后，所有獨立發光元中的任意個發光元的另一種組合圖；

圖3d是圖3中兩個背光單元拼接后，所有獨立發光元中的任意個發光元的另一種組合圖；

圖4a是本發明第二種實施例的可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置的結構示意圖，圖中，觀察點處于初始位置；

圖4b是圖4a中處于初始位置的觀察點移動后的結構示意圖；

圖5是可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示方法的流暢框圖。

圖6是本發明第三種實施例的可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了充分地了解本發明的目的、特征和效果，以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明。

本發明實施例提供了一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置，如圖1所示，所述可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置包括：

顯示部分21：

其中，所述顯示部分21包括圖像顯示層32、背光源10和透鏡陣列膜層31。如圖2所示，所述圖像顯示層32，用于顯示視區40圖像；所述背光源10，其設置在所述圖像顯示層32的一側；所述透鏡陣列膜層31，其設置在所述圖像顯示層32與所述背光源10之間。所述背光源10發出的光線經所述透鏡陣列膜層31，成像于用戶觀察點所處的視區40，所述視區40位于所述圖像顯示層31的另一側。

其中，如圖2所示，所述背光源10包括有若干背光單元11，每個背光單元11配置有一發光元組，所述發光元組包括有若干獨立發光元110。

檢測部分22：

所述檢測部分包括：光束整形擴散膜層33。如圖2所示，所述光束整形擴散膜層33設于所述圖像顯示層32的另一側，用于檢測觀察點51和52與圖像顯示層32的相對位置，并根據所述相對位置確定所述觀察點51和52所處的視區40。

調整部分23：

所述調整部分包括：調整單元。所述調整單元根據所述觀察點51和52所處的視區40，控制所述若干背光單元的若干獨立發光元進行組合形成若干新發光元組，所述若干新發光元組發出的光線經所述透鏡陣列膜層31，成像于所述觀察點所處的視區40。

本發明實施例的裸眼3D顯示裝置通過將發光元110配置在圖像顯示層32的一側，裝置工作時，配置于圖像顯示層邊緣一位置的光束整形擴散膜層33對觀察點(觀察位置)進行檢測，確定觀察點對應的視區40后調控發光元進行組合，使得發光元組合后的成像投影于所對應的視區40，使觀察者獲得3D立體圖像。

當觀察點發生變化，光束整形擴散膜層33將對觀察點進行重新檢測，改變發光元組合，重新將成像投影于改變后對應的視區。通過這一裝置實現各觀察點獲得的最優3D影像。

下面對本發明實施例的背光源10做詳細闡述：

本發明實施例的背光源10，其包括有若干背光單元11，每個背光單元11配置有一發光元組，所述發光元組包括有若干獨立發光元110。

當所述背光源10僅包括有單個背光單元11時，所述新發光元組為所述單個背光單元11的若干獨立發光元110中的任意個的組合。換言之，當所述背光源10只有一個背光單元時，投影于視區40上的圖像，是由新發光元組發出的光線經過透鏡陣列膜層31成像形成的。其中，單個背光單元11包括有若干個獨立發光元，所述若干個獨立發光元中的任意個，進行自由組合，形成該新發光元組。

當所述背光源包括有至少兩個背光單元時，換言之，所述背光源由所述至少兩個背光單元拼接而成。其中，所述新發光元組為：某一個背光單元的若干獨立發光元中的任意個的組合；或至少兩個背光單元的所有獨立發光元中的任意個的組合，且構成所述新發光元組的若干個獨立發光元分布在至少兩個背光單元中。如圖3所示，所述背光源10包括有兩個背光單元11，每個背光單元包括有若干個獨立的發光元110。如圖3a所示，新發光元組211可以是某一個背光單元的若干獨立發光元中的任意個的組合，如圖3a、3b、3c、3d所示，新發光元組212(213和214)可以是兩個背光單元的所有獨立發光元中的任意個的組合，且構成所述新發光元組的若干個獨立發光元分布在兩個背光單元中。

如圖4a、圖4b、圖5所示，所述背光源包括有多個背光單元，各個背光單元相互拼接形成所述背光源。

作為一種優選的實施例，各個背光單元采用于一自由曲面上的圓弧狀拼接方式形成背光源10。

需強調的是：當兩個及以上背光單元拼接后發光元組合不僅限于單個背光板上組合，如各示例中單個背光單元上可有若干發光元與另一拼接背光單元上若干發光元組合形成新的發光元組合，通過此方式可優化大屏幕顯示下的3D畫面的亮度均勻性以及顯示連續性。

本實施方式中通過實現所述各獨立發光元的任意組合形成發光元組，即交疊控制發光元組合使得裝置顯示畫面流暢，連續性增強。

下面對本發明實施例的透鏡陣列膜層31進行詳細闡述：

透鏡陣列膜層31由若干菲涅爾透鏡單元拼接而成。如圖2所示，所述透鏡陣列膜層31整體呈圓弧狀，所述透鏡陣列膜層31僅包括有1塊菲涅爾透鏡單元。

如圖4a、圖4b、圖5所示，所述透鏡陣列膜層31包括至少兩塊菲涅爾透鏡單元，所述透鏡陣列膜層31由所述至少兩塊菲涅爾透鏡單元拼接而成，形成菲涅爾透鏡陣列。如圖4a、圖4b所示，所述透鏡陣列膜層31包括菲涅爾透鏡單元311和菲涅爾透鏡單元312。

作為一種優選的實施方案，透鏡陣列膜層31的結構采用一自由曲面上的圓弧狀菲涅爾透鏡單元進行拼接組成。此實施方式降低了制作透鏡陣列膜層31的工藝難度，為大面積透鏡陣列膜層31的拼接制作提供了可能性。

下面對本發明實施例的圖像顯示層32進行詳細闡述：

所述圖像顯示層32由若干液晶顯示屏幕拼接而成。如圖2、圖4a、圖4b所示，所述圖像顯示層32僅包括有1塊液晶顯示屏幕。

當所述圖像顯示層32包括至少兩塊液晶顯示屏幕時，所述圖像顯示層32由所述至少兩塊液晶顯示屏幕拼接而成。如圖5所示，所述圖像顯示層32由所述三塊液晶顯示屏幕拼接而成。

進一步地，在所述若干液晶顯示屏幕上，分別配置有光束整形擴散膜層33。其中，所述光束整形擴散膜層33的檢測方法包括但不限于人眼識別、人臉識別等方式。

如圖5所示，所述圖像顯示層32由所述三塊液晶顯示屏幕拼接而成，采用大規模菲涅爾透鏡陣列拼接的方式組成透鏡陣列膜層，在各屏幕上方配置光束整形擴散膜層33，從三個不同的方位同時確定此時觀察點所在的位置，確定所在視區40，隨后控制各背光單元上出現相對應的發光元組合，其中圖像顯示層工作模式為不斷刷新左右眼視區圖像使人的左右眼交替地接收到不同的左右眼圖像，通過產生視差使得人腦接收到3D立體圖像，在這一具體實施例中具體工作方式為：當圖像顯示層32刷新出左眼圖像時，第一發光組開啟，關閉第二發光組，使得左眼主光束加載左眼圖像傳入左眼41所在視區；當圖像顯示層32刷新出右眼圖像時，關閉第一發光組，開啟第二發光組，使得右眼主光束加載左眼圖像傳入右眼42所在視區。

本發明實施例的圖像顯示層通過多屏幕拼接極大地拓展了可觀看的視區范圍，保證了顯示的分辨率與連續性，可滿足多人同時觀看3D影像，為大型3D裸眼設備的開發提供了一種可能的方式。

下面對本發明實施例中當觀察點發生變化，光束整形擴散膜層將對觀察點進行重新檢測，改變發光元組合，重新將成像投影于改變后對應的視區進行詳細闡述：

為了便于說明，取一種較簡單的情況進行示例：如圖4a和4b所示，背光源由三個背光單元拼接而成，發光元組為背光單位上各連續若干個發光元的組合，且透鏡陣列膜層為兩個透鏡單位拼接組成。

如圖4a所示，觀察點41和42位于視區中心位置，當光束整形擴散膜層檢測到觀察位置處于視區40時，各背光單位上進行相應發光元組合，使此時觀察點落于視區40中。也即成像于所述視區40，使得用戶在觀察點41和42的位置可以觀看到3D立體投影。

具體地，第一發光元組合1101發出光線后經過透鏡陣列膜層31與光束整形擴散膜層33后，配合圖像顯示層32對左眼圖像進行加載，使發出光束最后成像于左眼視區41；同理第二發光元組合1102發出光線后經過透鏡陣列膜層31與光束整形擴散膜層33后，配合圖像顯示層32對左右眼圖像進行加載，使發出光束最后成像于右眼視區42，此時觀察者可獲得不同的左、右眼圖像，借助視差在大腦中反映為3D圖像。

如圖4b所示，在觀看的過程觀察點發生變化，光束整形擴散膜層檢測到觀察點改變至視區50時，各背光單位上發光元組合進行調整，由發光元組1101與發光元組1102調整至發光元組1103與發光元組1104，發光組1103與1104發出的光束經過透鏡陣列膜層32與光束整形擴散膜層33后分別成像于此時對應的左眼視區51與右眼視區52，觀察者借助視差再次獲得3D圖像。

圖4a所示人眼的觀察位置位于初始位置時，發光膜組中第一發光組1101和第二發光組1102處于工作狀態，第一發光組1101和第二發光組1102發出的光線經過透鏡陣列膜層31、圖像顯示層32以及光束整形透鏡33后分別成像于對應人眼的左右眼視區。由于第一發光組1101和第二發光組1102是根據光束整形擴散膜層33檢測后確定，故此時所述發光組對應此時觀察點所在位置的視區，使得觀看者此時獲得3D圖像。其中，圖像顯示層工作模式為持續更新左右眼視區圖像使人的左右眼交替接收到不同的左右眼圖像，通過產生視差使得人腦接收到3D立體圖像，具體工作方式：當圖像顯示層32刷新出左眼圖像時，第一發光組1101開啟，關閉第二發光組1102，使得左眼主光束加載左眼圖像傳入左眼41所在視區；當圖像顯示層32刷新出右眼圖像時，關閉第一發光組1101，開啟第二發光組1102，使得右眼主光束加載左眼圖像傳入右眼42所在視區。

圖4b所示人眼的觀察位置與所述初始觀察位置發生了變化，此時發光模組改變至第三發光組1103和第四發光組1104處于工作狀態。第三組發光組1103和第四組發光組1104發出的光線經過透鏡陣列膜層31、圖像顯示層32以及光束整形透鏡33后分別成像于對應改變后人眼的左右眼視區，此時所述發光組對應此時觀察點所在位置的視區，使得觀看者此時獲得3D圖像。圖像顯示層不斷更新左右眼視區圖像使人的左右眼交替接收到不同的左右眼圖像，通過產生視差使得人腦接收到3D立體圖像，此時具體工作方式：當圖像顯示層32刷新出左眼圖像時，第三發光組1103開啟，關閉第四發光組1104，使得左眼主光束加載左眼圖像傳入左眼51所在視區；當圖像顯示層32刷新出右眼圖像時，關閉第三發光組1103，開啟第四發光組1104，使得右眼主光束加載左眼圖像傳入右眼52所在視區。

本發明的另一個實施方式提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示方法，其適用于用戶在觀看可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置的顯示畫面的過程。如圖6所示，其包括以下步驟：

S1：檢測觀察點與圖像顯示層的相對位置；

S2：根據所述相對位置確定所述觀察點所處的視區；

S3：根據所述觀察點所處的視區，控制若干背光單元的若干獨立發光元進行組合形成若干新發光元組，所述若干新發光元組發出的光線經透鏡陣列膜層，成像于所述觀察點所處的視區；

S4：當所述觀察點發生移動時，重復上述步驟。

根據本發明，可以提供一種可交疊控制的指向性背光式裸眼3D顯示裝置與方法，其通過檢測到觀察點與顯示圖像層的相對位置來改變圖像顯示層另一側的發光元組合，使得發光元組合發出的光線成像于觀察點所在的視區，在觀察點移動的過程中不斷調整發光元組合使其對應此時所在視區，保證了觀看者在整個觀察過程中都能得到優質的3D立體圖像，提高了觀看者的觀看自由性，優化了觀看者的體驗感。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，故凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。