集成立体显示装置的制作方法

本申请涉及显示领域，具体而言，涉及一种集成立体显示装置。

背景技术：

集成立体显示(Integral Imaging)是一种三维影像显示技术，通过二维微透镜阵列能够捕获和虚拟再现光场，其具有全方向的视差，可随观察者的位置和距离而变化。

在捕获模式下，如图1所示的捕获光路，每个透镜1’获取到目标物体01从该透镜1’的位置的视点(viewpoint)看过去的图像。在再现模式下，如图2所示的再现光路，每个透镜1’允许每个观察眼仅能看到目标物体01的一个部分，该部分对应于从眼睛所在空间位置向目标物体看过去应该为可见的部分。

现有技术中，如图1与图2所示，集成立体显示装置包括捕获设备与再现设备，捕获设备包括透镜1'与图像传感器单元2'，再现设备包括透镜1'与图像显示单元3'。并且，该装置中的捕获设备和再现设备中的光路必须完全对准，即在捕获设备中的矩阵传感器和微透镜阵列的相对位置要与再现设备中矩阵显示装置与微透镜阵列之间的相对位置严格一致，这样才能准确在空间中还原重构的光点，使得目标物体01与重构图像02完全一致(包括位置)。

但是，上述集成立体显示装置中，这种相对位置严格一致的要求对工艺和设备的要求都非常高，在实际中很难达到，进而造成最终的立体显示效果不够理想。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种集成立体显示装置，以解决现有技术中的捕获设备和再现设备的光路难以对准的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种集成立体显示装置，该集成立体显示装置包括透镜单元与图像显示和捕获的集成设备，透镜单元包括至少一个透镜；图像显示和捕获的集成设备设置在上述透镜单元的一侧，上述透镜单元所在的平面与上述集成设备平行，在捕获模式下，上述集成设备用于通过透镜单元捕获目标物体的图像信息，在再现模式下，上述集成设备用于显示上述目标物体的图像信息。

进一步地，上述透镜单元包括二维透镜阵列，上述二维透镜阵列包括多个上述透镜。

进一步地，上述集成设备包括多个集成单元，上述透镜与上述集成单元一一对应，在上述捕获模式下，上述多个集成单元用于捕获不同角度的目标物体的图像信息，在上述再现模式下，上述多个集成单元用于显示不同角度的上述目标物体的图像信息，各上述集成单元包括：多个图像传感器单元，用于通过上述透镜单元捕获目标物体的图像信息；多个图像显示单元，上述图像显示单元用于显示上述目标物体的图像信息。

进一步地，多个上述图像传感器单元与多个上述图像显示单元形成二维矩阵，在上述二维矩阵的行方向与列方向上，上述图像传感器单元与上述图像显示单元均交替设置。

进一步地，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，在上述列方向上，上述图像传感器单元与上述图像显示单元的中间的上述显示像素相邻。

进一步地，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，各上述图像显示单元中，至少一个上述显示像素与其他两个上述显示像素相邻且具有间隙，上述图像传感器单元设置在各上述间隙中。

进一步地，各上述图像显示单元中，任意一个上述显示像素与其他两个上述显示像素相邻且具有间隙，各上述图像传感器单元设置在各最大的上述间隙中。

进一步地，上述集成设备包括显示平面，各上述图像显示单元中的各上述显示像素在上述显示平面上的中心的连线形成三角形，各上述图像传感器单元在上述显示平面上的中心位于上述三角形的中心。

进一步地，各上述显示像素均为相同的圆柱像素，且上述三角形为等边三角形，上述图像传感器单元为圆柱形传感器单元，上述集成单元包括多个上述图像显示单元形成的显示矩阵，在每行的上述图像显示单元中，任意相邻的两个上述图像显示单元中的各显示像素在上述显示平面上中心的连线形成平行四边形，每列的上述图像显示单元均相同。

进一步地，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，任意一个上述显示像素均与其他两个上述显示像素接触设置，各上述图像传感器单元位于对应的上述图像显示单元内的中心区域。

进一步地，上述集成设备包括显示平面，各上述显示像素均为相同的六棱柱显示像素且各上述图像显示单元中的各上述显示像素在上述显示平面上的中心的连线形成等边三角形，各上述图像传感器单元均为相同的六棱柱传感器单元，各上述图像传感器单元在上述显示平面上的中心点位于上述等边三角形的中心，各上述集成单元中的多个上述显示像素形成蜂窝结构。

进一步地，各上述图像传感器单元包括三个传感器，分别为红色传感器、蓝色传感器与绿色传感器，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，各上述图像显示单元中的上述显示像素与对应的上述图像传感器单元的上述传感器一一对应，且各上述传感器位于对应的上述显示像素围成的区域中，且上述传感器的几何中心与对应的各上述显示像素的几何中心重合。

应用本申请的技术方案，本申请中的集成立体显示装置中，包括图像显示和捕获的集成设备，该集成设备将图像显示与图像捕获集成在一起，并且，该集成设备中的任意一个平面上的任意一点与透镜单元所在的平面的距离均相同，不需要进行对准，捕获光路与再现光路就具有较好的一致性，且该集成立体显示装置相对于现有技术中的分离集成立体显示装置来说，稳定性更好。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的集成立体显示装置的捕获设备结构图以及捕获光路图；

图2示出了图1对应的集成立体显示装置中的再现设备结构图以及再现光路图；

图3示出了本申请的一种实施例提供的集成立体显示装置的结构示意图；

图4示出了本申请的实施例1提供的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；

图5示出了图4对应的集成立体显示装置的局部捕获光路示意图；

图6示出了图4对应的集成立体显示装置的局部再现光路示意图；

图7示出了本申请的实施例2的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；

图8示出了本申请的实施例3的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；

图9示出了本申请的实施例4的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；

图10示出了本申请的实施例5的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；

图11示出了本申请的实施例6的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图；以及

图12示出了本申请的实施例7的图像显示和捕获的集成设备的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

01、目标物体；02、重构图像；1'、透镜；2'、图像传感器单元；3'、图像显示单元；1、透镜单元；2、图像显示和捕获的集成设备；10、透镜；20、集成单元；21、图像传感器单元；22、图像显示单元。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的集成立体显示装置为分立元件，包括捕获设备和再现设备，二者的光路难以对准，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种集成立体显示装置。

如图3所示，该集成立体显示装置包括透镜单元1与图像显示和捕获的集成设备2，其中，透镜单元1包括至少一个透镜10；图像显示和捕获的集成设备2设置在上述透镜单元1的一侧，且上述集成设备中任意一个平面上的任意一点与上述透镜单元所在的平面的距离相同，在捕获模式下，上述集成设备用于通过透镜单元捕获目标物体的图像信息，在再现模式下，上述集成设备用于显示上述目标物体的图像信息。

本申请中的集成立体显示装置中，包括图像显示和捕获的集成设备，该集成设备将图像显示与图像捕获集成在一起，并且，该集成设备中的任意一个平面上的任意一点与透镜单元所在的平面的距离均相同，不需要进行对准，就可以使得捕获光路与再现光路具有较好的一致性，且该集成立体显示装置相对于现有技术中的分离集成立体显示装置来说，稳定性更好。

本申请的一种实施例中，如图3所示，上述透镜单元1包括二维透镜阵列，上述二维透镜阵列包括多个上述透镜10。通过多个透镜可以捕获并且重现目标物体在多个角度上的图像。

为了更好地捕获目标物体的三维图像或者重现三维的目标物体，如图3所示，本申请的一种实施例中，上述集成设备包括多个集成单元20，上述透镜10与上述集成单元20一一对应，在上述捕获模式下，上述多个集成单元20用于捕获不同角度的目标物体的图像信息，在上述再现模式下，上述多个集成单元20用于显示不同角度的上述目标物体的图像信息，各上述集成单元包括多个图像传感器单元与多个图像显示单元，其中，图像传感器单元用于通过上述透镜单元捕获目标物体的图像信息；图像传感器单元将其捕获的图像信息传输至图像显示单元中，上述图像显示单元用于显示上述目标物体的图像信息。当在捕获模式下，各图像传感器单元开启(图像显示单元可以开启，也可以关闭)，各图像传感器通过对应的透镜捕获目标物体的某些点在某个角度时的图像信息，每个集成单元中的图像传感器可以捕获某个角度时的目标物体的二维图像信息；因此，多个集成单元捕获到的不同二维图像信息之间存在一定的视差关系。在再现模式下，各图像显示单元开启(图像传感器单元可以开启，也可以关闭)，显示目标物体的某些点在某个角度对应的图像，一个集成单元中的所有的图像显示单元可以显示目标物体在某个角度上的二维图像，从集成设备远离透镜单元一侧朝透镜单元看过去，在每个特定的角度上都可以看到目标物体在该特定角度上的图像，进而实现集成立体显示。

当然也可以利用光线可逆性的原理来解释上述捕获和再现模式：

在捕获模式下，物体上的一个点反射的不同角度的光线被多个透镜单元分别聚焦到对应的集成单元中的图像传感器单元中；

在再现模式下，又通过图像传感器单元附近的图像显示单元将图像信号进行显示，实现近似光路的逆向传播，在空间中相同或相近的位置重现该物体上的同一点，由此实现集成立体显示。

本申请的再一种实施例中，如图4与图7所示，多个上述图像传感器单元与多个上述图像显示单元形成二维矩阵，在上述二维矩阵的行方向与列方向上，上述图像传感器单元与上述图像显示单元均交替设置。

具体地，如图4所示的实施例1中，图像传感器单元21与图像显示单元22在行方向与列方向上均交替设置，这样能够保证集成立体显示装置的捕获光路与再现光路具有较好的一致性。如图5所示的捕获光路图与图6所示的再现光路图，这两个均是一个透镜与对应的集成单元的光路图。

需要说明的是，没有特殊说明的情况下，本申请中的附图中的字母“S”代表图像传感器单元，字母“D”代表图像显示单元。

由图5和图6对比可以看出，虽然严格上讲，再现光路中重构图像02的位置与原目标物体01的位置之间存在细微偏差，但相对于现有技术中需要两个分离的系统(即再现光路和捕获光路)之间实现对准，本发明中的对准难度和精度方面显然要远远优于现有技术中采用两套独立系统的方案。

具体地，如图7所示的实施例2中，各上述图像显示单元22包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，行方向上，上述图像传感器单元21与上述图像显示单元22的边缘的上述显示像素相邻，在上述列方向上，上述图像传感器单元与上述图像显示单元的中间的上述显示像素相邻。图4中，在列方向上，图像显示单元22中，绿色像素为中间的显示像素，因此，该图中图像传感器单元21与绿色像素相邻，当各图像显示单元22中的中间的显示像素为其他像素时，图像传感器单元21与其他的像素相邻。

图7中的字母“R”代表红色像素，“G”代表绿色像素，“B”代表蓝色像素，并且，如果没有特殊说明的情况下，本申请中的其他附图中的这些字母与图7中的字母的含义相同。

上段的实施例2中，之所以在列方向上，将图像传感器单元与图像显示单元中的中间的显示像素相邻，是为了实现在列方向上，每个图像传感器单元均与其他行的R、G、B三个子像素构成的图像显示单元的中心对齐，进而实现在列的方向上，图像传感器单元与图像显示单元整体上呈交替排列，进而使得重构的目标物体的虚像与实际目标物体的位置尽量相同。

本申请的另一种实施例中，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，各上述图像显示单元中，至少一个上述显示像素与其他两个上述显示像素相邻且具有间隙，上述图像传感器单元设置在各上述间隙中。

一种具体的实施例中，各上述图像显示单元中，任意一个上述显示像素与其他两个上述显示像素相邻且具有间隙，各上述图像传感器单元设置在各最大的上述间隙中。

更具体地，如图8所示的实施例3中，各图像显示单元22中的三个显示像素的中心点的连线形成一个三角形，任意两个显示像素之间均具有间隙，其中，最大的间隙是红色像素与蓝色像素之间，因此，图像传感器单元21设置在二者的间隙中。

另一种具体的实施例中，上述集成设备包括显示平面，各上述图像显示单元中的各上述显示像素在上述显示平面上的中心的连线形成三角形，各上述图像传感器单元在上述显示平面上的中心位于上述三角形的中心。这样将图像传感器单元的中心设置在图像显示单元的几何中心，能够进一步保证捕获光路与再现光路具有较好的一致性。

更具体地，如图9所示的实施例4中，各上述显示像素均为相同的圆柱像素，且上述三角形为等边三角形，图像传感器单元21也为圆柱形传感器单元，其中心位于在等边三角形的中心，上述集成单元20包括多个上述图像显示单元22形成的显示矩阵，在每行的上述图像显示单元22中，任意相邻的两个上述图像显示单元22中的各显示像素在上述显示平面上中心的连线形成平行四边形，每列的上述图像显示单元22均相同。

本申请的再一种实施例中，各上述图像显示单元包括三个显示像素，分别为红色像素、蓝色像素与绿色像素，任意一个上述显示像素均与其他两个上述显示像素接触设置，各上述图像传感器单元位于对应的上述图像显示单元内的中心区域，将图像传感器单元设置在图像显示单元的中心区域(即以几何中心为中心的区域)，能够保证捕获光路与再现光路具有较好的一致性。

且本申请的一种优选实施例中，为了保证捕获模式与再现模式中的光路尽可能一致，即再现光路与捕获光路尽可能一致，上述图像传感器单元的厚度与图像显示单元的厚度相同。

具体地，如图10所示的实施例5中，上述集成设备包括显示平面，各上述显示像素均为相同的六棱柱显示像素且各上述图像显示单元22中的各上述显示像素在上述显示平面上的中心的连线形成等边三角形，各上述图像传感器单元21均为相同的六棱柱传感器单元，各上述图像传感器单元21在上述显示平面上的中心点位于上述等边三角形的中心，这样能够更好地保证图像传感器单元位于图像显示单元的几何中心，进一步保证了该显示装置的捕获光路与再现光路具有较好的一致性，进一步保证目标物体与重构的其的虚像的位置基本重合，各上述集成单元中的多个上述显示像素形成蜂窝结构。

具体地，如图11所示的实施例6中，各上述图像显示单元22与对应的上述图像传感器单元21的几何中心重合，即图像显示单元22的圆环体的几何中心与图像传感器单元21的几何中心相同，这样以简单的方式就能实现二者较好的对准，进而保证捕获光路与再现光路具有较好的一致性。

需要说明的是，上述的实施例中，当各图像显示单元包括红、绿与蓝三个显示像素(即RGB三色像素)时，每个图像传感器单元应该均能够对RGB三色光进行成像，一种具体实现的方式是每个图像传感器单元S在内部划分为与R、G和B三个像素对应的传感器，分别对红、绿与蓝三种颜色的光进行成像。

如图12所示的实施例7中，各上述图像传感器单元21包括三个传感器，分别为红色传感器(图中用S_R表示)、蓝色传感器(图中用S_B表示))与绿色传感器(图中用S_G表示))，各上述图像显示单元22包括三个显示像素，分别为红色像素R、蓝色像素B与绿色像素G，各上述图像显示单元22中的上述显示像素与对应的上述图像传感器单元21的上述传感器一一对应，且各上述传感器位于对应的上述显示像素内，即位于上述传感器围成的区域的内部，且各上述传感器的几何中心与对应的各上述显示像素的几何中心重合，如图12所示，红色传感器为圆柱体，其位于圆环体的红色像素内的空白区域，且二者的几何中心重合，绿色传感器为圆柱体，其位于圆环体的绿色像素内的空白区域，且二者的几何中心重合，蓝色传感器为圆柱体，其位于圆环体的蓝色像素内的空白区域，且二者的几何中心重合。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请中的集成立体显示装置中，包括图像显示和捕获的集成设备，该集成设备将图像显示与图像捕获集成在一起，并且，该集成设备中的任意一个平面上的任意一点与透镜单元所在的平面的距离均相同，不需要进行对准，就可以使得捕获光路与再现光路具有较好的一致性，且该集成立体显示装置相对于现有技术中的分离集成立体显示装置来说，稳定性更好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。