一种采用空间光调制器的无辅助立体显示装置的制作方法

本发明涉及信息显示技术领域，，是一种采用空间光调制器的无辅助立体显示装置。

二、

背景技术：

3D感知在人的信息获取中，占有极其重要地位，吸引了科学、工程和企业界相当大的关注，并且各种不同的3D显示方法都得到研究。大多数的3D显示至少都可以划归于三大类中的某一类：双眼立体(Stereosis)、空间体(Volumetric)或全息术(Holography)显示。在双眼立体显示中，离散的2D图像被分别呈送给观察者的左右眼；在空间体显示中，图像被显示在一个3D的空间内；而在全息术中，图像由波阵面重构并为观察者提供一个完全舒适和逼真的体验。双眼立体又可以分为辅助立体和自由立体。辅助立体需要佩戴相应的辅助设备，限制了其应用，而自由立体不需要佩戴其他设备，观看方式灵活。因此或得了很大的发展。

辅助立体技术相对成熟，主要特征为佩戴眼镜、头盔等设备。主要原理始保证左右图像分别进入观看者的左右眼，在人脑的视觉中枢合成立体图像。具体实现方式有偏振眼镜，主动快门式眼镜，互补色眼镜等。

裸眼3D技术可以分为光屏障式、柱状透镜式、多层显示技术、以及方向性背光3D技术。

光屏障式3D显示技术是由夏普公司欧洲研发部的几位工程师共同研发出来的新型显示技术，该技术是通过在LCD液晶面板和内部发光器件之间增设偏振模和高分子层，当图像通过液晶面板显示在观众面前时，偏振模可以将左右眼接受的画面区分开来，从而在观众大脑中形成立体的显示画面。这种技术是将偏振模和高分子层集成在了显示器的内部，在一定程度上控制了成本。但是在图像的显示方面难以提高亮度，同时难以达到高清显示效果。因此也不算是一种成熟的裸眼3D显示技术。在实施过程中，将光屏障倾斜放置来平衡立体图像分辨率在水平和竖直方向的损失，并同时减小莫尔条纹的影响.但是，却因此造成了相邻视点图像间的串扰。串扰的存在降低了立体图像质量，且易引起观看者的视觉疲劳。

柱状透镜式顾名思义就是要使用到柱状的透镜。在液晶显示屏幕前加装一排柱状的透镜，这样图像就会呈现在透镜的焦平面上。从而将图像中的各个像素点通过透镜呈现在人的两个眼睛中，一旦像素点的光通过不同的角度进入左右眼后，人就会在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加形成3D图像。柱状透镜式3D显示技术与其他的显示技术相比，主要优势就是在于能够达到图像的亮度要求，但是图像毕竟是通过了一层透镜呈现在观众眼前，所以在图像的分辨率上很难有更大的突破。而且在液晶屏幕前加装透镜需要更大的制造成本，后期维护成本也很高，不利于推广使用。

美国的PureDepth公司研究开发出来的多层显示技术(MLD-Multi Layer Display)就是一种裸眼3D显示技术，这种技术的好处是不会让观众产生观看的不良反应，如恶心，眩晕等。同时这种技术还突破了视野以及角度的限制，使得观看场所可以进一步的扩大，但是存在视差不宜控制的问题。

方向性光源3D技术在显示原理上和上述显示技术基本类似，不同的是该技术在呈现3D画面时需要两块背景光源。在观众的左右眼同时接收画面时，处在不同方向上的背景光源依次交替点亮，透过3M反射膜交替在观众面前呈现左右眼画面。由于人眼具有一定的视觉暂停时间，所以交替出现的画面就能够在人脑中形成3D画面。该技术需要辅助人眼跟踪，同时为了获得很好的立体效果，需要严格控制光源尺寸，因此显示器亮度普遍不高。具体可参考中国专利：平板化无辅助立体显示装置及方法-103605211A。

而本发明提供采用空间光调制器的无辅助立体显示装置，克服了传统立体显示器的缺点。本发明的凸出特点为可在多个距离观看、串扰率低、平面立体兼容、便携、可用于各尺寸显示器。

三、

技术实现要素：

本发明目的是，提出一种采用空间光调制器的无辅助立体显示装置与立体显示方法，采用空间光调制器的无辅助立体显示装置，克服传统立体显示器的缺点。在自动给予观者在多个距离(位置)观看、图像的串扰率低、平面立体兼容、便携、可用于各尺寸立体显示显示器。

本发明通过以下技术方案实现，采用空间光调制器的无辅助立体显示装置，即能多个距离观看的无辅助(装置)的立体显示装置，包括观看者空间位置探测模块、位置调整机构、智能背光2、液晶显示屏构成的空间光调制器3；位置调整机构置于智能背光于空间光调制器之间；液晶显示屏具有的显示单元长度c、狭缝光栅与液晶显示屏距离d，观看者瞳孔间距u；

观看者空间位置探测模块探测到观看者与智能背光2的距离发生变化以后，位置调整机构的控制引擎发出指令控制位置调整结构调节空间光调制器和智能背光之间的距离，实现在不同的距离形成左右观看窗口即左右观看窗口在特定距离实现汇聚；空间光调制器和智能背光之间的距离与左右观看窗口的距离有对应的数学关系，L1、L2和L3代表不同的观看距离，d1、d2和d2代表空间光调制器和智能背光(发光平面)之间的距离；两者的对应关系为：

分别L1、L2和L3不同的观看距离。

进一步，智能背光的控制引擎控制智能背光发出不同的光线，在检测到显示平面内容时，智能背光产生漫射光，在检测到显示立体内容时，智能背光产生狭缝光。

进一步，空间光调制器和智能背光之间通过高精度电动丝杆(尤其是通过三根高精度电动丝杆)连接，在静止和相对移动的过程中均能保持相对平行。空间光调制器的控制引擎控制高精度电动丝杆的运动调节空间光调制器和智能背光的距离。

进一步，空间光调制器采用了超高清液晶显示屏。根据光学原理，在立体模式下有一定的分辨率损失，在平面模式显示分辨率等于物理分辨率。在平面显示模式下，播放内容为普通的平面画面，因此显示分辨率可以等于显示屏的物理分辨率，实现超高清显示。在播放立体画面时，左右视图相互融合后透过狭缝进行显示，并在不同的位置实现汇聚，因此左右图的分辨率为显示屏物理分辨率的一半，分辨率有所降低。

进一步，采用观看者空间位置探测模块，能实时检测观看者与装置之间的距离，并实现高精度的瞳孔追踪；空间光调制器控制引擎通过位置信息和距离信息调整装置，调节空间光调制器进行模式切换，实现左右观看窗口在观看者左右瞳孔实现汇聚，将左右视图分别投射到左右瞳孔；实现左右观察窗口随左右瞳孔移动，保证左右视图分别进入到观看者的左右瞳孔。

进一步，空间光调制器和智能背光之间通过高精度丝杆连接，在静止和相对移动的过程中均能保持相对平行。

采用空间光调制器的无辅助立体显示方法，观看者空间位置探测模块实时检测观看者与装置之间的距离，并实现高精度的瞳孔追踪，调节空间光调制器进行模式切换，实现左右观看窗口在观看者左右瞳孔实现汇聚，将左右视图分别投射到左右瞳孔；控制引擎通过位置信息和距离信息调整装置，实现左右观察窗口随左右瞳孔移动，保证左右视图分别进入到观看者的左右瞳孔；在观看者与装置之间发生距离变化以后，空间光调制器的控制引擎发出指令控制位置调整机构，改变空间光调制器和智能背光之间的距离，实现左右观看窗口在不同的距离实现汇聚；空间光调制器的控制引擎可根据显示内容的不同控制智能背光提供不同的光源，在立体模式下发出狭缝光，在平面模式下发出漫射光；

智能背光2控制引擎可根据显示内容的不同控制智能背光提供不同的光源，在立体模式下发出狭缝光，在平面模式下发出漫射光。观看者空间位置探测模块可实时检测观看者与装置之间的距离，并实现高精度的瞳孔追踪。控制引擎通过位置信息和距离信息调整装置，实现左右观察窗口随左右瞳孔移动，保证左右视图分别进入到观看者的左右瞳孔。

空间光调制器即液晶显示屏采用光栅实现分光原理，前置和后置光栅原理相同。显示单元长度c、狭缝光栅与液晶显示屏距离d、瞳孔间距u、观看距离L；通过光线调制的方式，实现左右观看窗口的任意对换。观看者在不同的位置进行观看时，控制引擎通过调节空间光调制器进行模式切换，实现左右观看窗口在观看者左右瞳孔实现汇聚，将左右视图分别投射到左右瞳孔；

空间光调制器和智能背光之间的距离与左右观看窗口的距离有对应的数学关系，L1、L2和L3代表不同的观看距离，d1、d2和d2代表空间光调制器和智能背光之间的距离；两者的对应关系为：

根据光学原理，空间光调制器和智能背光之间距离的改变会引起左右观看窗口的前后移动；观看者空间位置探测模块在检测到观看者与装置之间的距离发生变化以后，控制引擎控制位置调整机构调整空间光调制器和智能背光之间的距离，实现左右观看窗口在特定距离实现汇聚。

进一步的，用位置调节机构实现多距离观看。空间光调制器和智能背光相互平行，且在移动的过程中保持相互平行。

进一步的，采智能背光。控制引擎可以控制智能背光发出不同的光线；在检测到显示平面内容时，智能背光产生漫射光，在检测到显示立体内容时，智能背光产生狭缝光。

观看者空间位置探测模块获得自由观看距离和瞳孔位置信息。控制引擎根据自由观看距离，控制位置调整结构改变智能背光和空间光调制器之间的距离，实现观看窗口在不同自由观看距离的汇聚。根据观看者的瞳孔位置信息，调整空间光调制器使对应的左右观看窗口在观看者左右瞳孔汇聚，并且跟随瞳孔实时移动。

该方案采用智能背光为显示器提供背光。在平面播放模式下，智能背光发出漫射光，具有大视场角、亮度均匀等特点。在立体播放模式下，发出的高亮度狭缝光源通过空间光调制器在特定的位置形成左右观看窗口。智能背光的发光状态由控制引擎检测到的播放内容决定，实现平面立体兼容。

该方案采用空间光调制器实现左右观看窗口跟随观看者左右瞳孔。狭缝光照射到空间光调制器以后，会在特定位置形成左右观看窗口。在此观看窗口范围的观看者可以看到两幅具有视差的图像，在大脑的视觉中枢合成立体场景。观看者位置变化以后，观看者空间位置探测模块及时追踪到瞳孔位置变化，并将位置信息传递给控制引擎。空间光调制器根据控制引擎的相应指令改变光线调制模式，将左右观看窗口汇聚到移动后的左右瞳孔位置。此过程动态响应，实时性高，完全避免了切换过程中的抖动问题。控制引擎通过位置信息和距离信息调整装置，实现左右观察窗口随左右瞳孔移动，保证左右视图分别进入到观看者的左右瞳孔。观看者在不同的位置进行观看时，空间光调制器控制引擎通过调节空间光调制器进行模式切换，实现左右观看窗口在观看者左右瞳孔实现汇聚，将左右视图分别投射到左右瞳孔。空间光调制器控制引擎可根据显示内容的不同控制智能背光提供不同的光源，在立体模式下发出狭缝光，在平面模式下发出漫射光。通过这种方式，实现平面立体的兼容，装置紧凑，实用性强。

该方案采用位置调节机构实现多距离观看。空间光调制器和智能背光相互平行，且在移动的过程中保持相互平行。根据光学系统特性，空间光调制器和智能背光的距离不同时，光线可以在不同的距离实现汇聚，形成左右观看窗口。位置调节机构通过调节两者之间的距离，实现了在不同距离观看立体画面。

该方案采用观看者空间位置探测模块实时捕捉观看者的位置变化，包括观看者与装置之间的距离和平行于装置的空间位置。当观看者在装置前特定距离时，位置调节机构改变空间光调制器和智能背光的距离，实现在该特定自由观看距离形成左右观看窗口。与此同时，捕捉观看者平行于装置的空间位置变化，空间光调制器根据位置变化实现光线调制，实现在观看者左右瞳孔形成左右观看窗口。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，其显著优点是：

1、采用空间光调制器。可在观看区域的任何位置形成左右观看窗口；

2、采用智能背光。智能控制出光模式，实现平面立体兼容。

3、采用被测者空间位置探测模块。该模块可实现观看者空间三维位置的探测。根据自由观看距离控制控制空间光调制器和智能背光之间的距离，根据观看者左右瞳孔位置控制空间光调制器实现在特定位置形成左右观看窗口；实现了自由观看立体图像的目的。

4、平面立体兼容。不仅可以作为立体显示器使用，制备成的立体显示器也可以作为普通平面显示器使用。

5、整体结构紧凑、轻薄；

总之，本发明提供了采用空间光调制器的无辅助立体显示装置，克服了传统立体显示器的缺点。可在多个距离观看，给观者有好的体验，无须任何辅助眼镜等装置、图像串扰率低、平面立体兼容、便携、可用于各尺寸显示器。

四、附图说明

图1、一个实施实例的整体结构侧视图；

图2、空间光调制器引擎用于多距离观看的原理图；

图3、两视点前置光栅原理图；

图4、两视点出瞳交错排列示意图；

图5、智能背光原理图。

五、具体实施方式

图1中，位置调整机构1、智能背光2、空间光调制器3、观看位置A、观看位置B。图2中，最佳观看距离V(A)，最佳观看距离V(B)。图3中，显示单元长度c、狭缝光栅与液晶显示屏距离d、瞳孔间距u、观看距离L，L1、L2和L3代表不同的观看距离，d1、d2和d2代表空间光调制器和智能背光之间的距离。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，本发明的基本思想是当观看者与装置之间发生距离变化以后，控制引擎发出指令控制位置调整机构，改变空间光调制器和智能背光之间的距离，实现左右观看窗口在不同的距离实现汇聚。观看者空间位置探测模块可实时检测观看者与装置之间的距离，并实现高精度的瞳孔追踪。控制引擎通过位置信息和距离信息调整装置，实现左右观察窗口随左右瞳孔移动，保证左右视图分别进入到观看者的左右瞳孔。控制引擎可根据显示内容的不同控制智能背光提供不同的光源，在立体模式下发出狭缝光，在平面模式下发出漫射光。有必要在此指出的是，以下实施实例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术成熟人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

在本实施实例中，装置由空间光调制器、观看者空间位置探测模块、控制引擎、智能背光和位置调整机构构成组成。在此实施实例中，空间光调制器采用了超高清液晶显示屏。根据光学原理，在立体模式下有一定的分辨率损失，在平面模式显示分辨率等于物理分辨率。

在本实施实例中，装置采用光栅实现分光原理，前置和后置光栅原理相同。显示单元长度c、狭缝光栅与液晶显示屏距离d、瞳孔间距u、观看距离L。由图3可得以下公式。

通过改变智能背光和液晶显示器之间的距离，实现了光线在不同的距离形成左右观看窗口。传统的光栅分光原理在某些区域存在反立体，即左视图进入到右瞳孔，右视图进入到左瞳孔。如图4所示，反立体显示没有好的立体效果，而且会引起视觉不适。

在本实施实例中，装置采用空间光调制器即液晶显示屏，可以通过光线调制的方式，实现左右观看窗口的任意对换。观看者在不同的位置进行观看时，控制引擎可以通过调节空间光调制器进行模式切换，实现左右观看窗口在观看者左右瞳孔实现汇聚，将左右视图分别投射到左右瞳孔。如图1所示，观看者在移动的过程中，观看者位置探测模块通过摄像头捕捉左右瞳孔位置信息，空间光调制器根据其位置移动改变调制方式，使左右观看窗口始终跟随左右瞳孔移动，例如从观看位置A移动到观看位置B的过程中，观看窗口的汇聚位置发生变化，但是始终与左右瞳孔重合，实现了自由观看立体图像的目的。

在本实施实例中，装置采用位置调整机构实现左右观看窗口在不同的距离实现汇聚，如图2。观看者空间位置探测装置检测到观看者与装置的距离发生变化以后，控制引擎发出指令控制位置调整结构调节空间光调制器和智能背光之间的距离，从而实现在不同的距离形成左右观看窗口。空间光调制器和智能背光之间的距离与左右观看窗口的距离有对应的数学关系，L1、L2和L3代表不同的观看距离，d1、d2和d2代表空间光调制器和智能背光之间的距离。两者的对应关系为：

根据光学原理，空间光调制器和智能背光之间距离的改变会引起左右观看窗口的前后移动。观看者空间位置探测模块在检测到观看者与装置之间的距离发生变化以后，控制引擎控制位置调整机构调整空间光调制器和智能背光之间的距离，实现左右观看窗口在特定距离实现汇聚。空间光调制器和智能背光之间通过高精度丝杆连接，在静止和相对移动的过程中均能保持相对平行。

在本实施实例中，该装置采用智能背光，如图5。控制引擎可以控制智能背光发出不同的光线。在检测到显示平面内容时，智能背光产生漫射光，在检测到显示立体内容时，智能背光产生狭缝光。光源由普通的白光LED构成，成阵列模式。光线经过电控扩散膜，在立体模式下，光线经过压缩以后从狭缝发出，形成均匀狭缝光。在平面模式下，电控扩散板相当于普通的扩散膜，形成平面显示所需要的漫射光。

在本实施实例中，观看者空间位置探测模块由硬件和软件两部分构成。通过摄像头捕捉观看者的位置信息，包括观看者距离装置的距离，瞳孔位置信息等。控制引擎根据观看者的位置信息，调整空间光调制器和智能背光之间的距离，同时实现空间光调制器的调光方式切换。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。