三维显示装置的制作方法

本发明涉及三维显示技术领域，具体而言，涉及一种三维显示装置。

背景技术：

三维显示领域中，提供的待显示的图像是具有立体信息的，也就是说提供的图像是有一定深度的，传统的头盔显示器只能够眼提供单个虚拟平面的显示信息，基于人眼的双目视差效应而使得观看者产生3d景深效果，人眼为了看清不同深度的物体需要调节人眼的晶状体使得人眼聚焦到这个虚拟平面上，虚拟物体深度和虚拟平面的深度差异就会越大，即带来人眼的汇聚和辐辏不一致问题，这样会造成人眼的不适感。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维显示装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维显示装置，包括：背光模组、光学渲染模组、空间光调制器、光调制模组及光学目镜系统；

所述背光模组，用于为所述空间光调制器提供平行或近平形的照明光束；

所述光学渲染模组与所述空间光调制器和光调制模组相连，用于根据待显示三维虚拟物体计算所述空间光调制器的每一个像素在每个时间段内的灰度值并输出到所述空间光调制器上，以及控制所述光调制模组对所述空间光调制器或背光模组输出的光束进行角度偏转；

所述空间光调制器为透射式像素阵列光调制器，所述空间光调制器的每一个像素根据所述光学渲染模组输出的灰度值进行显示；

所述光调制模组为光束角度可调的透射式控光结构，用于对由所述空间光调制器输出的灰度调制后的光束进行角度偏转控制，以形成调制后的三维虚拟物体的空间光场，或用于对由所述背光模组输出的光束进行角度偏转控制，以形成三维虚拟物体的空间光场；

所述光学目镜系统，用于对所述光调制模组输出的调制后的三维虚拟物体的空间光场传递至人眼瞳孔中，或用于对所述空间光调制器输出的调制后的三维虚拟物体的空间光场传递至人眼瞳孔中。

可选地，所述空间光调制器设置于所述背光模组的出射端，所述光调制模组设置于所述空间光调制器的出射端。

可选地，所述光调制模组设置于所述背光模组的出射端，所述空间光调制器设置于所述光调制模组的出射端。

可选地，所述光学目镜系统为单片或多片光学透镜构成。

可选地，所述光学目镜系统为反射式光学目镜系统。

可选地，所述光调制模组为电控液晶光栅结构。

可选地，所述背光模组包括照明光源和光束整形合束器。

可选地，所述空间光调制器为lcos空间光调制器或lcd空间光调制器。

本发明提供的三维显示装置，通过对背光模组、光学渲染模组、空间光调制器、光调制模组及光学目镜系统的巧妙集成与设计，在光学目镜系统的出瞳处形成了一个稠密的光场。通过光学渲染模组对光场信息的控制，可以使得人眼观察待显示三维虚拟物点时，不止一个方向的光束进入人瞳孔，而是有多束具有不同方向的光束进入人眼瞳孔，符合人眼正常观察物体时的特性。因此，本发明提供的三维显示装置能够解决人眼的汇聚和辐辏不一致问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维显示装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种三维显示装置的结构示意图。

图3为空间光场形成原理图。

图4为本发明实施例提供的另一种三维显示装置的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的另一种三维显示装置的结构示意图。

图6本发明实施例提供的三维显示装置形成三维虚拟物体的原理图。

图标：1-三维显示装置；10-背光模组；30-光学渲染模组；50-空间光调制器；70-光调制模组；90-光学目镜系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

图1示出了本发明较佳实施例提供的一种三维显示装置1。该三维显示装置1包括背光模组10、光学渲染模组30、空间光调制器50、光调制模组70及光学目镜系统90。

背光模组10，用于为所述空间光调制器50提供平行或近平形的照明光束。背光模组10可以包括照明光源和光束整形合束器。其中，照明光源可以采用激光光源、led光源等。照明光源可以是单色光源也可以是多色光源。可选地，在本实施例中，照明光源采用多色led光源。如，照明光源包括红色led光源、绿色led光源和蓝色led光源。其中，led光源中各个led的颜色还可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要。光束整形合束器设置于照明光源的光路上，用于对照明光源发出的光束进行准直整形、合束处理。

光学渲染模组30与所述空间光调制器50和光调制模组70相连，用于根据待显示三维虚拟物体计算所述空间光调制器50的每一个像素在每个时间段内的灰度值并输出到所述空间光调制器50上，以及控制所述光调制模组70对所述空间光调制器50或背光模组10输出的光束进行角度偏转。

空间光调制器50为透射式像素阵列光调制器。所述空间光调制器50的每一个像素根据所述光学渲染模组30输出的灰度值进行显示。所述空间光调制器50可以为lcos空间光调制器50或lcd空间光调制器50。

光调制模组70为光束角度可调的透射式控光结构。如图1所示，所述空间光调制器50可以设置于所述背光模组10的出射端，所述光调制模组70可以设置于所述空间光调制器50的出射端，此时，所述光调制模组70用于对由所述空间光调制器50输出的灰度调制后的光束进行角度偏转控制，以形成调制后的三维虚拟物体的空间光场。如图2所示，所述光调制模组70可以设置于所述背光模组10的出射端，所述空间光调制器50可以设置于所述光调制模组70的出射端，此时，所述光调制模组70用于对由所述背光模组10输出的光束进行角度偏转控制，以形成三维虚拟物体的空间光场，所述空间光调制器50再对所述光调制模组70输出的光束进行灰度调制，以形成调制后的三维虚拟物体的空间光场。光调制模组70可以是一种电控液晶光栅结构。

由于光调制模组70和空间光调制器50的设置顺序可以交换，但其三维显示原理类似。因此，为节约篇幅在下面描述中，仅以图1所示的顺序进行描述，即，所述光调制模组70设置于所述空间光调制器50的出射端。显而易见，下面的实施方式也适合所述空间光调制器50设置于所述光调制模组70的出射端的情况。

如图3所示，在第一时段内，光调制模组70对由空间光调制器50输出的近平行光束进行第一角度偏转。在第二时段内，光调制模组70对由空间光调制器50输出的近平行光束进行第二角度偏转。依次类推，在第n时段内，光调制模组70对由空间光调制器50输出的近平行光束进行第n角度偏转。其中，第一时段到第n时段的时间总和不大于人眼的视觉残留时间，每一时段内空间光调制器50根据从光学渲染实现模组接收到的信息进行像素灰度调制。如此，在空间中形成的是稠密的具有各个不同方向的光束组成的空间光场，而不再是一个只有二维信息的平面图形，此空间光场经过光学目镜系统90后被转换到人眼入瞳处。当进行显示三维虚拟物体时，显示的图像中的每一个点可以在人眼瞳孔中形成来自不同方向的光束，故人眼可以自然聚焦到不同的位置，符合人眼平常自然观察真实世界物体的方式，而不存在人眼的聚焦位置和视差所导致的双眼辐辏位置不重合的现象。

光学目镜系统90，用于将所述光调制模组70输出的调制后的三维虚拟物体的空间光场传递至人眼瞳孔中，如图1所示。或，光学目镜系统90用于对所述空间光调制器50输出的调制后的三维虚拟物体的空间光场传递至人眼瞳孔中，如图2所示。光学目镜系统90可以是单片或多片光学透镜构成，如图4所示。光学目镜系统90还可以是其他形式的目镜系统，如反射式光学目镜系统90，如图5所示。

采用上述方法获得每一时段内空间光调制器50上每一个像素应该显示的灰度值并将其传给空间光调制器50，即可以在光学目镜系统90的出瞳处获得待显示三维虚拟物体的空间光场，如图6所示。当人眼在光学目镜系统90的出瞳处进行观察时，接收到的不再是单一显示平面的虚拟图像，而是一个稠密的光场。通过光学渲染模组30对光场信息的控制，可以使得人眼观察待显示三维虚拟物点时，不止一个方向的光束进入人瞳孔，而是有多束具有不同方向的光束进入人眼瞳孔，符合人眼正常观察物体时的特性。因此，本发明提供的三维显示装置1能够解决人眼的汇聚和辐辏不一致问题。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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