全光显示装置的制作方法

本实用新型涉及成像设备技术领域，具体涉及全光显示装置。

背景技术：

随着虚拟和增强现实技术的发展，虚拟现实或者增强现实场景展示方面一直存在很多瓶颈。目前通常通过显示器或者是投影设备展示双目3D的源数据，用户佩戴具有匹配镜片的相关眼镜，通过眼镜对光线的选择，在左右眼分别呈现不同的内容，获得可见的立体场景。其中，对于红绿3D、红蓝3D等色彩滤光技术，用户使用红绿或红蓝眼镜可以看到立体场景；对于主动式和被动式等偏振技术，用户使用偏振眼镜也能看到立体场景。另外一种立体场景的展示方式是裸眼3D技术，通过特制的片源，以不同形式的技术手段对左右眼单独显示不同的数据，从而达到无需佩戴任何设备即可观察到立体场景的效果。裸眼3D技术手段有光栅、棱柱和指向光源，其基本原理都是通过遮挡和拆分部分源数据，从而使得左右眼可以分别接收到不同的影像，实现观测立体场景的效果。

然而，在立体场景展示时，对于通过显示器或者投影设备展示双目3D源数据的方式，用户需要佩戴特殊的辅助设备，造成观看不便；辅助设备对光产生影响，而且由于需要分别对左右眼提供不同的图像，容易造成亮度、色彩方面的损失，观看质量低；在时间较长或者场景运动幅度较大的情况下，还会造成用户的眩晕，观看效果差。对于裸眼3D技术，由于需要以固定的设备对移动的人的左右眼展现不同的数据，从而造成视角限制；在场景较大的情况下，由于光栅、棱柱或光源设计问题，不同视点的物体会呈现不同程度的偏差，导致整体立体场景无法完整有效呈现；当用户在移动过程中观察目标场景时，由于左右眼分光的不连续性，所观察的立体场景会出现不同程度的跳跃问题；由于也需要分光，裸眼3D技术也会导致亮度损失，并且在时间较长或者场景运动幅度较大的情况下，也容易造成用户眩晕。因此，如何提供一种观看方便、观看质量高和效果好的立体场景显示装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的立体场景显示技术存在的观影不便、观看质量低、和观看效果差的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种全光显示装置，能够增强用户立体场景的观看体验。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种全光显示装置，该装置包括壳体，以及设置在壳体内的全光镜片和显示单元，其中：

所述显示单元为能够将全光电子信号转换为可视信号的单元；

沿所述显示单元的显示方向，所述全光镜片设置于所述显示单元的前方；

所述全光镜片上设置由多个透镜均匀排布构成的透镜阵列；所述透镜与显示单元上的像素单元簇对应匹配设置，所述透镜的成像面覆盖相应的像素单元簇，且每个像素单元簇的中心位于相对应透镜的焦平面上。

可选地，当像素单元簇为正方形结构时，且所述全光镜片为平面镜片时，与所述像素单元簇相对应的透镜的直径根据如下公式计算得到：

其中，d为透镜的直径，n为像素单元簇中显示像元的个数，r为显示像元直径，e为显示像元的间距，α为全光数据缩放比例。

可选地，当像素单元簇为正方形结构时，且所述全光镜片为弧面镜片时，与所述像素单元簇相对应的透镜的直径根据如下公式计算得到：

其中，d为透镜的直径，n为像素单元簇中显示像元的个数，r为显示像元直径，e为显示像元的间距，α为全光数据缩放比例，β为全光镜片缩放比例。

可选地，所述透镜的形状与像素单元簇的形状一致，其中，所述像素单元簇的形状包括正方形、圆形和六边形中的一种或多种。

可选地，所述透镜的成像区域与对应的像素单元簇的面积相等。

可选地，该装置还包括半透材质的成像面板，沿所述显示单元的显示方向，所述成像面板设置于全光镜片的前方。

可选地，所述成像面板的中轴线与全光镜片的中轴线相重合。

可选地，所述成像面板与全光镜片的间距为产生全光电子信号所使用透镜的焦距。

可选地，所述成像面板活动设置于所述壳体内、且能够沿所述壳体的中轴线滑动。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

1.高还原度，通过特有的结构还原了全光数据所包含的原始场景的信息，其场景还原度和逼真程度超过了目前常见的任何技术，具有广阔的应用前景。

2.观看方便，由于同一位置的不同区域均有多条向量光表达，因此和双眼在自然界看到物体的光学情况非常接近，可以在无需佩戴任何设备的情况下观察所显示的场景，从而方便用户观看。

3.无视觉跳跃，由于使用全光镜片对全光数据以接近自然光方式还原了场景，因此也无需采用棱镜等其他技术，用户在移动观察时也不会产生视觉跳跃。

4.无色彩和亮度损失，由于无需特别对左右眼进行分别成像，因此无需进行分光或者是同步刷新操作，从而保证了成像的色彩和亮度的完整。

5.无观察角度限制，由于以接近自然光方式还原了场景，因此无需采取特定角度或者姿势，即可很好的观察目标场景，消除了各种因视角引起的观察限制。

6.无眩晕，全光镜片以自然光方式还原了场景，而不是以同一平面显示所有信息的形式，能够很好的适应人眼的生理特征，防止用户眩晕。

7.用户体验高，在增强现实应用场景中，也能够很好的实现与自然环境的融合，增强现实的体验会更加逼真，提高用户的观看体验。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种全光显示装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种全光镜片与显示单元的装配示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种全光显示装置的结构示意图；

图1-3的符号表示为：1001-显示单元，1002-像素单元簇，2001-全光镜片，2002-透镜，3001-壳体，4001-成像面板。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

全光数据可以使用全光镜片采集场景中的图像，通过包括光学传感器和数据处理单元的图像处理系统，将全光镜片采集到的图像，转换成数字信号，并对数字信号进行计算、转换、压缩等得到全光电子信号，存储在存储单元，或传输到外置设备，供后期处理。本实用新型实施例提供的全光显示装置应用于上述全光数据的显示。

本实用新型实施例提供的全光显示装置通过全光镜片的透镜阵列与显示单元中像素单元簇的匹配设置，实现全光数据的显示，有效提高显示质量和效果，增强用户的观看体验。对于不同的原始影像，显示单元的像素单元簇的位置和排列均有不同，但这种不同无需进行任何硬件改动，通过软件控制的方式，即可在通用显示器上进行相关信息的显示。以下均以横竖对其排列方式进行描述，其他方式如六边形及错位排序等，其原理是相同的。而且，全光数据采集时，最终生成的图像应以图像簇的方式存在，同时图像簇的排列应具有一定的规律，一般情况图像簇是相互不重叠的。

实施例一

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种全光显示装置的结构示意图，如图1所示的全光显示装置，包括显示单元1001、全光镜片2001和壳体3001。其中，所示显示单元1001和全光镜片2001设置在所述壳体3001内；沿所述显示单元1001的显示方向，所述全光镜片2001设置在所述显示单元1001的前方；需要说明的是，所述显示单元1001的显示方向可以理解显示单元1001向外发射光线的方向。

其中，所述显示单元1001为能够将全光电子信号转换为可视信号的单元。在具体实施时，所述显示单元1001可以选择CRT显示单元、LCD显示单元、LED显示单元和PDP显示单元中的任意一种。而且，根据显示场景的不同，可以选择使用刚性屏或者柔性屏；屏幕所有像素点可以处于同一平面，也可以具有一定的弧度，但需要保证根据所显示全光数据计算所得的一簇像素点，对屏幕前一定距离下，同样屏幕坐标位置的某一点，该簇所有像素点均是同时可见。

同时参见图2，为本实用新型实施例提供的一种全光镜片与显示单元的装配示意图。所述全光镜片2001上设置由多个透镜2002均匀排布构成的透镜阵列；在本实用新型实施例中，所述透镜2002的直径均相等，且所述透镜2002的焦距也均相等。当然，上述透镜2002的直径和焦距的限定仅是一优选方案，在具体实施时，根据显示需求，所述透镜2002的直径或者焦距也可以不必相等；而且所述透镜2002的直径和焦距的具体数值在本实用新型实施例中不做限定，本领域技术人员可以根据实际的显示需求设置上述直径和焦距的具体参数。

显示单元1001接收到全光电子信号后，对所述全光电子信号进行计算处理，并通过多个像素单元簇1002显示相应的图像；其中，所述像素单元簇1002可以理解为图2中所示的显示单元上一簇像素点；根据不同全光数据标准生成的全光电子信号，通过显示单元1001进行显示时，所述显示单元1001可能使用不同的形状的像素单元簇1002，例如所述像素单元簇1002的可以为方形、圆形和六边形等。

为了保证透镜阵列上的每个透镜2002能够对显示单元1001上的像素单元簇1002的图像进行清晰成像，在本实用新型实施例中，透镜阵列中的透镜2002根据显示单元1001的像素单元簇的排布方式进行设置。具体地，所述透镜2002与显示单元1001上的像素单元簇1002对应设置，所述透镜2002的成像面覆盖相应的像素单元簇1002，且每个像素单元簇1002的中心位于相对应透镜2002的焦平面上，同时对应透镜2002的成像面覆盖范围与该像素单元簇1002的大小一致。

在第一种实施方式中，所述显示单元1001为平面显示单元，即所有的像素单元簇1002均分布在同一平面上；所述全光镜片2001为平面镜片，即透镜阵列中的所有透镜2002均分布在同一平面上；所述显示单元1001与所述全光镜片2001相互平行，所述透镜2002的焦距均相等为f；在具体实施时，设置显示单元1001与全光镜片2001的间距为f，而且透镜2002与像素单元簇1002一一对应设置，使得像素单元簇1002的中心位于透镜2002的焦点上，这样，能够保证透镜阵列上的透镜2002对显示单元1001上的对应的像素单元簇1002的图像进行清晰成像。

另外，假设使用的全光数据的图像簇覆盖的显示像元个数为n，在显示时，其缩放比例为α，最简单情况下，α取值可以为1。同时，选取的显示单元1001的显示像元直径为r，像元间距为e。假设n个像素为正方形区域，则全光数据的图像簇在显示单元1001中所占据的面积为：该区域即为像素单元簇1002。

此时，当全光镜片2001为平面时，像素单元簇1002对应的单个透镜的直径应为其焦距为f，同时使得该透镜2002与显示单元1001中像素单元簇1002的距离为f，且平行光通过该透镜成像区域正好覆盖像素单元簇，透镜的成像区域与像素单元簇的面积相等。

在第二种实施方式中，所述显示单元1001为平面显示单元；所述全光镜片2001为弧面镜片，即透镜阵列中的所有透镜2002均分布在同一弧面上；在具体实施时，所述透镜2002与像素单元簇1002一一对应设置，所述透镜2002的光轴与所述像素单元簇1002的中轴线相重合，所述透镜2002与所述像素单元簇1002存在间距f，以使所述像素单元簇1002的中心位于相对应的透镜2002的焦平面上，所述透镜2002的成像面覆盖所述像素单元簇1002，这样透镜2002就能够对像素单元簇1002的图像进行清晰成像。

此时，取全光镜片与显示单元1001的大小缩放比为β，当全光镜片为弧面时，β取值不为1。则像素单元簇对应的单个透镜的直径应为全光镜片中透镜的排列为弧形，使得每个透镜的成像区域均正好覆盖对应的像素单元簇，且透镜的成像区域与像素单元簇的面积相等。

而且，需要说明的是，由于采集图像时所使用的透镜种类有可能不同，如正方形，圆形，正六边形等，因此当显示特定图像时，透镜应与像素单元簇的形状保持一致，当显示方形图形时，透镜2002应采用方形透镜，成像区域应该覆盖且仅覆盖显示单元1001中对应像素单元簇1002的面积。同时全光镜片上的所有的透镜2002和对应的像素单元簇1002均能达成上述描述的覆盖情况，其他形状以此类推，在此不再赘述。

另外，在特定情况下，全光数据的图像簇可能不存在整体一致性，而存在区域规律性和分布特性，如其中一部分区域以圆形成像，同时以交错方式排列，另一部分区域采用方形成像同时以横竖方式排列，此时只需要使用定制的全光镜片，不同区域使用不同透镜，使得每个区域的透镜和对应的像素单元簇均满足覆盖且仅覆盖关系即可。

所述壳体3001是整个装置的支撑结构，包括外壳、内部支撑结构和卡扣等，用于支撑上述显示单元1001和全光镜片2001的安装和固定；而且在具体实施时，所述壳体3001的结构材料根据使用场景的不同可以更换成不同的材质，在本实用新型实施例中不做限定。

由上述实施例的描述可见，本实用新型实施例提供的一种全光显示装置，包括壳体，以及设置在壳体内的全光镜片和显示单元；其中，所述显示单元为能够将全光电子信号转换为可视信号的单元；沿所述显示单元的显示方向，所述全光镜片设置于所述显示单元的前方；所述全光镜片上设置由多个透镜均匀排布构成的透镜阵列；所述透镜与显示单元上的像素单元簇对应设置，所述透镜的成像面覆盖相应的像素单元簇，且每个像素单元簇的中心位于相对应透镜的焦平面上。由于全光数据记录了同一位置不同方向的光线信息，通过使用全光镜片可以还原光线的方向信息，从而以接近自然光方式还原场景，无需佩戴辅助设备，方便用户观看；而且，通过以接近自然光方式还原场景，无需采用棱镜、分光等技术，从而防止视觉跳跃、成像色彩和亮度降低、观察角度限制以及眩晕，有效提高了观看质量和效果；同时，在增强现实应用场景中，该装置的成像也能够很好的实现与自然环境的融合，增强用户体验。

实施例二

参见图3，为本实用新型实施例提供的另一种全光显示装置的结构示意图，如图3所示的全光显示装置包括显示单元1001、全光镜片2001和成像面板4001；其中，所述显示单元1001和全光镜片2001均设置在所述壳体3001内；沿所述显示单元1001的显示方向，所述全光镜片2001设置在所述显示单元1001的前方。实用新型实施例与实施例一的区别之处在于，本实用新型实施例的全光显示装置还包括成像面板4001，所述成像面板4001设置在所述壳体3001内，且设置在全光镜片2001的前方；优选地，所述成像面板4001的中轴线与全光镜片2001的中轴线相重合。

在具体实施时，所述成像面板4001选用半透材质制成的成像面板，如半透明的玻璃或塑料面板等，以作为全光镜片2001所成图像的载体，呈现在观察值的眼中。为了获得最好的呈现效果，所述成像面板4001与全光镜片2001的间距d为采集全光数据时，生成全光电子信号所使用透镜的焦距。

而且，为了提高全光显示装置的灵活性，在本实用新型实施例中，所述成像面板4001活动设置在所述壳体3001内，且能够沿所述壳体3001的中轴线滑动。在具体实施时，可以在壳体3001内部设置滑轨，将成像面板4001通过滑块套接在滑轨上，从而实现成像面板4001的滑动连接。当然，需要说明的是，上述滑动结构尽是一示例性实施例，本领域技术人员还可以使用其他方式例如螺纹旋转的方式实现成像面板4001的滑动连接。这样，成像面和全光镜片组之间的距离d以能够将图像清晰显示在成像面为准，其前后距离可调节，方便用户使用。

本实用新型实施例与实施例一的相同之处，可参见实施例一，在此不再赘述。

由上述实施例的描述可见，本实用新型实施例提供的另一种全光显示装置，通过设置所述成像面板4001，成像面板4001能够对全光镜片传出的影像进行融合，同时消除人眼直接观察全光镜片时，对全光镜片本身所产生的视觉吸引，进一步提高观看效果和体验。

与本实用新型实施提供的全光数据采集装置相对应，本实用新型实施例还提供一种全光数据采集方法，该方法包括以下步骤：

显示单元1001将全光电子信号转换为可视信号，所述可视信号通过显示单元上的多个像素单元簇1002显示；全光镜片2001上的透镜2002，对设置在相应透镜2002焦平面上的像素单元簇1002的图像进行成像。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。