一种具有纵深视区的裸眼3d显示方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有纵深视区的裸眼3D显示方法、装置和系统，该方法包括：沿垂直于图像显示层的方向配置若干发光模组，所述发光模组对应一视区；检测双眼与所述图像显示层之间的观察距离，得到所述双眼的观察位置；根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投射。本发明通过检测双眼与图像显示层之间的观察距离来选择合适的发光模组，使得发光模组对应的视区处于双眼所在的位置。
【专利说明】-种具有纵深视区的裸眼3D显示方法、装置和系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于立体图像显示领域，具体公开了一种具有纵深视区的裸眼3D显示方 法、装置和系统。
【背景技术】
[0002] 裸眼3D显示作为显示领域发展的必然技术，吸引了科研、工业以及娱乐界的注 意。主流的裸眼3D显示技术主要有基于柱透镜或光栅的裸眼3D显示主流架构。通过图像 的定向传输，实现向双眼提供视差图像，左右眼视差图像分别进入左右眼图像后，经大脑融 合后，可使观看者看到立体画面。
[0003] 目前基于柱透镜或光栅的裸眼3D显示技术，普遍存在视区甜点，即左右眼同时存 在一个最佳观看距离。观看者在这个最佳观看距离前后一小段距离的范围内，才能看到最 优质的立体图像。然而，当用户离开这个最佳观看距离进行观看时，串扰率和图像均匀性都 会引起一定程度的恶化，使得3D影像的图像质量大幅下降。这严重限制观赏者的观看自由 度。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有纵深视区的裸眼3D显示 方法、装置和系统，旨在解决现有3D显示领域中存在的仅能在一定范围内才能获取较佳立 体图像的技术缺陷。
[0005] 为此，本发明所述的具有纵深视区的裸眼3D显示方法采用的技术方案如下：
[0006] 一种具有纵深视区的裸眼3D显示方法，包括以下步骤：
[0007] 沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组，所述每个距离发光 模组对应一不同观察距离的视区，所有发光模组形成纵深视区；
[0008] 在靠近图像显示层的位置，配置光束整形扩散膜层（LSD)增加图像显示均匀性， 同时还配置有透镜阵列单元。
[0009] 检测双眼与所述图像显示层之间的相对位置，得到所述双眼的观察位置，其中，对 应左右眼的光源，需要配合图像显示单元左右眼视差图像的刷新状态；
[0010] 根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投射，形成不同纵 深的视区。
[0011] 作为一种优选的技术方案，还包括：根据所述观察位置调整所述发光模组的发光 单元。
[0012] 每个视区对应的发光单元发光状态，需要同步图像显示单元视差图像的刷新状 态。
[0013] 本发明另外还提供了具有纵深视区的裸眼3D显示装置的技术方案如下：
[0014] 一种具有纵深视区的裸眼3D显示装置，包括：
[0015] 配置模块，用于沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组，在 靠近图像显示层的位置配置透镜单元阵列和光束整形扩散片（LSD)，所述每个距离的发光 模组对应一不同观察距离的视区；所述所有发光模组形成纵深视区。
[0016] 检测模块，用于检测双眼与所述图像显示层之间的相对位置，得到所述双眼的观 察位置。其中，对应左右眼的光源，需要配合图像显示单元左右眼视差图像的刷新状态；
[0017] 调整模块，用于根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投 射，形成不同纵深的视区。
[0018] 本发明又提供了一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统的技术方案如下：
[0019] 一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统，包括背光源单元、光束整形扩散片（LSD)、 透镜单元阵列、图像显示层和用于检测双眼与所述图像显示层之间距离的距离检测模块，
[0020] 所述图像显示层的靠近所述背光源单元的一侧设有光束整形扩散片（LSD)和透 镜单元阵列；
[0021] 所述的光束整形扩散片（LSD)是一种能够使光线在一个方向弱扩散，在正交的方 向强扩散的膜层。
[0022] 所述背光源单元包括若干发光模组，所述发光模组沿垂直于所述图像显示层的方 向进行配置，所述距离检测模块与所述背光源单元的发光模组连接。
[0023] 所述发光模组包括若干发光单元，所述发光单元组合形成一弧形的发光曲面。
[0024] 作为一种优选的技术方案，所述透镜单元阵列包括单个或多个透镜形成的阵列。
[0025] 作为一种优选的技术方案，所述透镜单元阵列包括菲涅尔透镜阵列。
[0026] 作为一种优选的技术方案，所述图像显示单元包括一透射式显示面板。
[0027] 作为一种优选的技术方案，还包括一偏振膜层，所述偏振膜层设于所述背光源单 元与所述图像显示层之间。
[0028] 作为一种优选的技术方案，所述偏振膜层设于所述发光模组的靠近所述图像显示 层的一侧，和/或设于所述透镜单元阵列的靠近所述发光模组的一侧。
[0029] 本发明所述的具有纵深视区的裸眼3D显示方法、装置和系统通过检测双眼与图 像显示层之间的观察距离来选择合适的发光模组，使得发光模组对应的视区处于双眼所在 的位置。在双眼移动的过程中可以再次自动调整发光模组，在观看过程中始终能够获取最 优质的立体图像，提高观察者的观看自由度。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示方法一实施方式的流程示意 图；
[0031] 图2是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示装置一实施方式的结构示意 图；
[0032] 图3a是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意 图，图中双眼处于距离图像显示层较近的位置；
[0033] 图3b是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意 图，图中双眼处于距离图像显示层较远的位置；
[0034] 图4是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统另一实施方式的结构示 意图；
[0035] 图5是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统又一实施方式的结构示 意图；
[0036] 图中：
[0037] 10 :背光源单兀；11 :第一发光模组；111 :第一发光单兀；112 :第二发光单兀；12 : 第二发光模组；121 :第三发光单元；122 :第四发光单元；21 :光束整形扩散片（LSD) ;22 :透 镜单元阵列；23 :图像显示层；24 :偏振膜层；30 :视区单元；41 :右眼；42 :左眼。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图，对本发明的若干实施方式做进一步说明。本发明实施方式涉及的 方法、装置和系统通过检测双眼（例如人眼）与图像显示层23的距离来选择对应的发光模 组进行投射，使得双眼所在的位置处于3D显示的视区之内，从而可以给观察者良好的3D显 示画面。
[0039] 参见图1，图1是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示方法一实施方式的 流程示意图。在图1示出的实施方式中，该方法包括：
[0040] 步骤S101 :沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组，所述每 个距离发光模组对应一个不同观察距离的视区，所有发光模组形成纵深视区；
[0041] 在靠近图像显示层的位置，配置光束整形扩散膜层（LSD)增加图像显示均匀性。
[0042] 步骤S102 :检测双眼与所述图像显示层23之间的观察距离，得到所述双眼的观察 位置；
[0043] 步骤S103 :根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投射。
[0044] 在一些优选的实施方式中，还包括根据所述观察位置调整所述发光模组的发光单 元。该实施方式涉及的3D显示方法可以根据双眼的位置选择相应的发光模组，使得双眼所 在的位置处于3D显示的视区之内。当双眼（例如人眼）的位置前后发生移动，重新判断人 眼新的位置。通过改变不同深度层次背光源的亮暗状态，即可以实现"最佳观看距离可调节 的裸眼3D显示"。
[0045] 参见图2,图2是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示装置一实施方式的 结构示意图。在图2示出的实施方式中，该具有纵深视区的裸眼3D显示装置，包括：
[0046] 配置模块201，用于沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组， 在靠近图像显示层的位置配置透镜单元阵列和光束整形扩散片（LSD)，所述每个距离的发 光模组对应一不同观察距离的视区；所述所有发光模组形成纵深视区；；
[0047] 检测模块202,用于检测双眼与所述图像显示层23之间的观察距离，得到所述双 眼的观察位置；
[0048] 调整模块203,用于根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进 行投射。
[0049] 该装置通过配置模块，将发光模组沿垂直于图像显示层23的方向配置。在使用 时，通过检测模块检测双眼与所述图像显示层23之间的相对位置，得到所述双眼的观察 位置，然后通过调整模块选择相应的发光模组，使得双眼所在的位置处于3D显示的视区之 内。当双眼（例如人眼）的位置前后发生移动，重新判断人眼新的位置。通过改变不同深 度层次背光源的亮暗状态，实现"最佳观看距离可调节的裸眼3D显示"，即可以实现具有纵 深视区的裸眼3D显示。
[0050] 参见图3a和图3b，图3a是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统一实 施方式的结构示意图，图中双眼处于距离图像显示层23较近的位置；图3b是本发明所述一 种具有纵深视区的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意图，图中双眼处于距离图像显 示层23较远的位置。在图3a和图3b示出的一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统的实施 方式中，其包括背光源单元10、图像显示层23和用于检测双眼与所述图像显示层23之间距 离的距离检测模块，图像显示层23的靠近所述背光源单元10的一侧设有光束整形扩散片 (LSD) 21和透镜单元阵列22。
[0051] 所述背光源单元10包括若干发光模组，所述发光模组沿垂直于所述图像显示层 23的方向进行配置，即发光模组沿距离图像显示层23远近的方向进行配置，各发光模组与 图像显示层23的距离均不同。因此，各发光模组对应的视区与图像显示层23的距离也存 在不同。为了便于说明，在图3a和图3b示出的实施方式中，背光源单元10仅仅显示出了 两个沿垂直于图像显示层23方向配置的发光模组：第一发光模组11和第二发光模组12， 其中第一发光模组11距离图像显示层23较远，而第二发光模组12距离图像显示层23较 近。然而，在实际应用中，发光模组的数量可以据实际情况进行设置，本发明对此不作限制。
[0052] 在本实施例中，各背光模组包含若干个发光单元，每个发光单元的亮暗状态和开 关状态可独立控制。背光模组中的这些发光单元沿着曲面成弧形分布。所述的背光模组为 用于提供照明的同时，背光模组中的发光单元，也用于配合光束整形扩散片（LSD)21和透 镜单元阵列22形成视区。同样，为了便于说明，图3a和图3b中的实施方式中的第一发光 模组11仅仅显示了第一发光单元111和第二发光单元112,而第二发光模组12仅仅显示了 第三发光单元121和第四发光单元122。然而，在实际应用中，发光模组的发光单元的数量 可以据实际情况进行设置，本发明对此不作限制。
[0053] 发光单元发出的光线通过光束整形扩散片（LSD)21，透镜单元阵列22和图像显示 单元以形成对应的视区单元30。同一个背光模组的相邻发光单元配合扩散膜层和透镜单元 阵列22所形成的视区应该是连续不间断的。
[0054] 所述图像显示层23是一个透射式的显示面板。在本实施例中是液晶面板，用于以 时分的方式交替显示视差图像。该液晶面板被设置在光学膜层的前方，
[0055] 所述扩散膜层可以是弱扩散膜层，或者一维但在正交维度强扩散的扩散膜层，或 者上述两种膜层功能组合的膜层，其用于让屏幕显示效果更加均匀，达到优化视区亮度均 匀性和扩展视角的作用。
[0056] 所述透镜单元阵列22包括单个或多个透镜形成的阵列，例如菲涅尔透镜阵列。
[0057] 其中，扩散膜层和透镜单元阵列22的位置是可以互换的，在本实施例中扩散膜层 置于靠近背光源的一侧。
[0058] 距离检测模块用于检测双眼与图像显示层23的距离，并且与发光模组连接。距离 检测模块可以是对人眼或者人脸进行识别进行检测，例如可以是人脸识别模块或者人眼识 别模块。
[0059] 在图3a示出的实施方式中，第一发光单元111发出的光线经扩散膜层和透镜单元 阵列22后，配合图像显示层23 (液晶面板）加载左图像，使左图像主光束传到左眼42所在 视区；同理，第二发光单元112会形成右眼图像视区，形成适合近距离观看的裸眼3D视区单 元30。同时，在图3b中，关闭第一发光单元111和第二发光单元112,开启另一个深度层次 背光模组（第二背光模组）中的第三发光单元121和第四发光单元122,可以形成适合远距 离观看的裸眼3D视区单元30。通过这种控制不同深度层次的背光模组中发光单元的开启 和关闭，实现最佳观看距离的调节。
[0060] 当人位于如图3a所示，离图像显示层23较近的位置时，第一背光模组中的第一发 光单元111和第二发光单元112被开启。第一发光单元111和第二发光单元112的光线经过 光束整形扩散片（LSD)和透镜单元以及图像显示层23 (即液晶显示面板）后，分别形成相 应的左右眼视区。由于第一发光单元111和第二发光单元112距离光束整形扩散片（LSD)、 透镜单元、液晶显示面板较远，所以形成的视区距离屏幕较近，可以满足人在较近的距离观 看到良好的立体影像。其中，当图像显示层23(即液晶显示面板）刷新出现左眼图像时，开 启第一发光单元111，关闭第二发光单元112,使得左眼主光束加载左眼图像传入左眼所在 时区；当图像显示层23(液晶显示面板）刷新出现右眼图像时，关闭第一发光单元111，开 启第二发光单元112,使得右眼41主光束加载右眼图像传入右眼41所在时区。
[0061] 当用户的位置往后发生移动至位于如图3b所示的位置时，系统中的距离检测模 块（例如人脸识别模块或人眼识别模块），识别了用户的左右眼逐渐远离屏幕，并判断用户 左右眼新的位置。对应用户左右眼位置的第二背光模组中的第三发光单元121和第四发光 单元122,配合扩散膜层、透镜单元以及图像显示层23,形成相应的左、右眼视区，投影新的 位置，即是投影在距离屏幕较远的视区当中。其中，当图像显示层23刷新出现左眼图像时， 开启第三发光单元121，关闭第四发光单元122,使得左眼主光束加载左眼图像传入左眼42 所在时区；当图像显示层23刷新出现右眼图像时，关闭第三发光单元121，开启第四发光单 元122,使得右眼主光束加载右眼图像传入右眼41所在时区。
[0062] 图3a和图3b示出的实施方式中示出的仅仅是一个透镜单元、两个背光模组、扩散 膜层等组成的结构，但实际应用中可能存在多个这样的结构，形成如图4所示的立体影响 显示结构，其背光源单元10具有多个背光模组。
[0063] 如图5所示，图5是本发明所述一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统又一实施方 式的结构示意图。在图5示出的实施方式中，该系统还可以在每个发光模组前设置偏振膜 层24,同时在每个透镜单元前也设置相应的偏振膜层24,其中相邻背光模组前的偏振膜层 24是不同的，而相邻透镜单元贴合的偏振膜层24也是不同。具体如图5所示，以其中一个 背光模组为例，通过在每个背光模组前设置偏振膜层24,其中相邻背光模组前设置的偏振 膜层是不同，呈交替排布。相邻透镜单元阵列前设置的偏振膜层也是不同的，呈交替排布 的。每个背光模组发出的光线，可以透过相应的透镜单元，但难以透过相邻的透镜单元。在 本实施例中，所述的膜层顺序是呈偏振膜层24、光束整形扩散片（LSD)、透镜单元阵列膜层 的顺序排列的。但实际上的上述3个膜层的顺序可以是任意的。
[0064] 从上面的若干实施方式可以看出，本发明所述的具有纵深视区的裸眼3D显示方 法、装置和系统通过检测双眼与图像显示层23之间的观察距离来选择合适的发光模组，使 得发光模组对应的视区处于双眼所在的位置。在双眼移动的过程中可以再次自动调整发光 模组，在观看过程中始终能够获取最优质的立体图像，提高观察者的观看自由度。
[0065] 应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不 脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之 内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。
【权利要求】
1. 一种具有纵深视区的裸眼3D显示方法，其特征在于，包括以下步骤： 沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组，所述每个距离发光模组 对应一不同观察距离的视区，所述发光模组形成纵深视区；此外，在靠近图像显示层的位 置，配置光束整形扩散膜层和透镜阵列单元； 检测双眼与所述图像显示层之间的相对位置，得到所述双眼的观察位置，其中，对应左 右眼的光源，需要配合图像显示单元左右眼视差图像的刷新状态； 根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投射，形成不同纵深的 视区。
2. 如权利要求1所述的具有纵深视区的裸眼3D显示方法，其特征在于：还包括：根据 所述观察位置调整所述发光模组的发光单元。
3. -种具有纵深视区的裸眼3D显示装置，其特征在于包括： 配置模块，用于沿垂直于图像显示层的方向在不同的距离配置若干发光模组，在靠近 图像显示层的位置配置透镜单元阵列和光束整形扩散片，所述每个距离的发光模组对应一 不同观察距离的视区，所述所有发光模组形成纵深视区； 检测模块，用于检测双眼与所述图像显示层之间的相对位置，得到所述双眼的观察位 置，其中，对应左右眼的光源，需要配合图像显示单元左右眼视差图像的刷新状态； 调整模块，用于根据所述观察位置选择所述双眼所在视区对应的发光模组进行投射， 形成不同纵深的视区。
4. 一种具有纵深视区的裸眼3D显示系统，包括背光源单元、光束整形扩散片（LSD)、透 镜单元阵列、图像显示层和用于检测双眼与所述图像显示层之间距离的距离检测模块，其 特征在于： 所述图像显示层的靠近所述背光源单元的一侧设有所述光束整形扩散片（LSD)和透 镜单元阵列； 所述背光源单元包括若干发光模组，所述发光模组沿垂直于所述图像显示层的方向进 行配置，所述距离检测模块与所述背光源单元的发光模组连接。
5. 如权利要求4所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述发光模组 包括若干发光单元，所述发光单元组合形成一弧形的发光曲面。
6. 如权利要求5所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述透镜单元 阵列包括单个或多个透镜形成的阵列。
7. 如权利要求6所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述透镜单元 阵列包括菲涅尔透镜阵列。
8. 如权利要求4所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述图像显示 单元包括一透射式显示面板。
9. 如权利要求4所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：还包括一偏振 膜层，所述偏振膜层设于所述背光源单元与所述图像显示层之间。
10. 如权利要求9所述的具有纵深视区的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述偏振膜 层设于所述发光模组的靠近所述图像显示层的一侧，和/或设于所述透镜单元阵列的靠近 所述发光模组的一侧。
【文档编号】G02B27/26GK104216130SQ201410472299
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】周建英, 范杭彼, 得·克雷布斯, 周延桂, 李焜阳, 王嘉辉, 梁浩文, 王晓露, 林岱昆 申请人:中山大学