可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置与方法与流程

本发明涉及图像显示领域，具体涉及一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置与方法。

背景技术：

3D裸眼技术可以使人产生视觉错觉，将二维平面效果感知为三维立体，从而实现视觉效果升华。由于为实现虚拟现实模拟提供了可能性，其在医疗、传媒、工业、农业等行业都表现出极强的发展潜力，迅速得到媒体的热切关注。目前，3D市场已借助裸眼3D技术开发出3D、4D虚拟游戏眼镜、3D裸眼手机等设备，实现了小视角优质裸眼3D效果呈现，掀起全民3D体验热潮，为3D裸眼技术的进一步发展倾注了源动力。

但是，在3D裸眼技术应用于诸如家用显示、商用显示、虚拟现实空间模拟等中大型3D裸眼显示设备时，普遍存在无法获得优质的观看效果，观看范围受限严重，体验感明显较差等一系列问题。

因此，扩大3D裸眼显示视角、以及优化整体亮度均匀提高观看效果成为了现阶段3D裸眼技术发展的最核心问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示方法与装置，其可以解决或部分解决现有裸眼3D显示设备观看视角受限、观看效果差的问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一个实施方式提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置，其包括图像显示层，用于显示视区图像；

背光源，其设置在所述图像显示层的一侧，所述背光源包括有若干背光单元，每个背光单元配置有一发光元组，所述发光元组包括有若干独立发光元；

透镜阵列膜层，其设置在所述图像显示层与所述背光源之间；

光束整形扩散膜层，设于所述图像显示层的另一侧，用于检测观察点与图像显示层的相对位置，并根据所述相对位置确定所述观察点所处的视区；

调整单元，根据所述观察点所处的视区，控制所述若干背光单元的若干独立发光元进行组合形成若干新发光元组，所述若干新发光元组发出的光线经所述透镜阵列膜层，成像于所述观察点所处的视区。

作为一种具体的实施例，当所述背光源仅包括有单个背光单元时，所述新发光元组为所述单个背光单元的若干独立发光元中的任意个的组合。

作为一种具体的实施例，当所述背光源包括有至少两个背光单元时，所述新发光元组为：

某一个背光单元的若干独立发光元中的任意个的组合；或至少两个背光单元的所有独立发光元中的任意个的组合，且构成所述新发光元组的若干个独立发光元分布在至少两个背光单元中。

进一步地，所述至少两个背光单元采用一自由曲面上的圆弧状拼接方式形成所述背光源。

作为一种具体的实施例，所述透镜阵列膜层由一自由曲面上的若干圆弧状菲涅尔透镜单元拼接而成。

作为一种具体的实施例，所述图像显示层由若干液晶显示屏幕拼接而成。

进一步地，在所述若干液晶显示屏幕上，分别配置有光束整形扩散膜层。

本发明的另一个实施方式提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示方法，其包括以下步骤：

检测观察点与图像显示层的相对位置；

根据所述相对位置确定所述观察点所处的视区；

根据所述观察点所处的视区，控制若干背光单元的若干独立发光元进行组合形成若干新发光元组，所述若干新发光元组发出的光线经透镜阵列膜层，成像于所述观察点所处的视区；

当所述观察点发生移动时，重复上述步骤。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

根据本发明，可以提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置与方法，其通过检测到观察点与显示图像层的相对位置来改变图像显示层另一侧的发光元组合，使得发光元组合发出的光线成像于观察点所在的视区，在观察点移动的过程中不断调整发光元组合使其对应此时所在视区，保证了观看者在整个观察过程中都能得到优质的3D立体图像，提高了观看者的观看自由性，优化了观看者的体验感。

附图说明

图1是本发明的可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置的结构框图；

图2是本发明第一种实施例的可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置的结构示意图；

图3是本发明的实施例的两个背光单元拼接后的结构示意图；

图3a是图3中两个背光单元拼接后，所有独立发光元中的任意个发光元的一种组合图；

图3b是图3中两个背光单元拼接后，所有独立发光元中的任意个发光元的另一种组合图；

图3c是图3中两个背光单元拼接后，所有独立发光元中的任意个发光元的另一种组合图；

图3d是图3中两个背光单元拼接后，所有独立发光元中的任意个发光元的另一种组合图；

图4a是本发明第二种实施例的可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置的结构示意图，图中，观察点处于初始位置；

图4b是图4a中处于初始位置的观察点移动后的结构示意图；

图5是可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示方法的流畅框图。

图6是本发明第三种实施例的可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。

本发明实施例提供了一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置，如图1所示，所述可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置包括：

显示部分21：

其中，所述显示部分21包括图像显示层32、背光源10和透镜阵列膜层31。如图2所示，所述图像显示层32，用于显示视区40图像；所述背光源10，其设置在所述图像显示层32的一侧；所述透镜阵列膜层31，其设置在所述图像显示层32与所述背光源10之间。所述背光源10发出的光线经所述透镜阵列膜层31，成像于用户观察点所处的视区40，所述视区40位于所述图像显示层31的另一侧。

其中，如图2所示，所述背光源10包括有若干背光单元11，每个背光单元11配置有一发光元组，所述发光元组包括有若干独立发光元110。

检测部分22：

所述检测部分包括：光束整形扩散膜层33。如图2所示，所述光束整形扩散膜层33设于所述图像显示层32的另一侧，用于检测观察点51和52与图像显示层32的相对位置，并根据所述相对位置确定所述观察点51和52所处的视区40。

调整部分23：

所述调整部分包括：调整单元。所述调整单元根据所述观察点51和52所处的视区40，控制所述若干背光单元的若干独立发光元进行组合形成若干新发光元组，所述若干新发光元组发出的光线经所述透镜阵列膜层31，成像于所述观察点所处的视区40。

本发明实施例的裸眼3D显示装置通过将发光元110配置在图像显示层32的一侧，装置工作时，配置于图像显示层边缘一位置的光束整形扩散膜层33对观察点(观察位置)进行检测，确定观察点对应的视区40后调控发光元进行组合，使得发光元组合后的成像投影于所对应的视区40，使观察者获得3D立体图像。

当观察点发生变化，光束整形扩散膜层33将对观察点进行重新检测，改变发光元组合，重新将成像投影于改变后对应的视区。通过这一装置实现各观察点获得的最优3D影像。

下面对本发明实施例的背光源10做详细阐述：

本发明实施例的背光源10，其包括有若干背光单元11，每个背光单元11配置有一发光元组，所述发光元组包括有若干独立发光元110。

当所述背光源10仅包括有单个背光单元11时，所述新发光元组为所述单个背光单元11的若干独立发光元110中的任意个的组合。换言之，当所述背光源10只有一个背光单元时，投影于视区40上的图像，是由新发光元组发出的光线经过透镜阵列膜层31成像形成的。其中，单个背光单元11包括有若干个独立发光元，所述若干个独立发光元中的任意个，进行自由组合，形成该新发光元组。

当所述背光源包括有至少两个背光单元时，换言之，所述背光源由所述至少两个背光单元拼接而成。其中，所述新发光元组为：某一个背光单元的若干独立发光元中的任意个的组合；或至少两个背光单元的所有独立发光元中的任意个的组合，且构成所述新发光元组的若干个独立发光元分布在至少两个背光单元中。如图3所示，所述背光源10包括有两个背光单元11，每个背光单元包括有若干个独立的发光元110。如图3a所示，新发光元组211可以是某一个背光单元的若干独立发光元中的任意个的组合，如图3a、3b、3c、3d所示，新发光元组212(213和214)可以是两个背光单元的所有独立发光元中的任意个的组合，且构成所述新发光元组的若干个独立发光元分布在两个背光单元中。

如图4a、图4b、图5所示，所述背光源包括有多个背光单元，各个背光单元相互拼接形成所述背光源。

作为一种优选的实施例，各个背光单元采用于一自由曲面上的圆弧状拼接方式形成背光源10。

需强调的是：当两个及以上背光单元拼接后发光元组合不仅限于单个背光板上组合，如各示例中单个背光单元上可有若干发光元与另一拼接背光单元上若干发光元组合形成新的发光元组合，通过此方式可优化大屏幕显示下的3D画面的亮度均匀性以及显示连续性。

本实施方式中通过实现所述各独立发光元的任意组合形成发光元组，即交叠控制发光元组合使得装置显示画面流畅，连续性增强。

下面对本发明实施例的透镜阵列膜层31进行详细阐述：

透镜阵列膜层31由若干菲涅尔透镜单元拼接而成。如图2所示，所述透镜阵列膜层31整体呈圆弧状，所述透镜阵列膜层31仅包括有1块菲涅尔透镜单元。

如图4a、图4b、图5所示，所述透镜阵列膜层31包括至少两块菲涅尔透镜单元，所述透镜阵列膜层31由所述至少两块菲涅尔透镜单元拼接而成，形成菲涅尔透镜阵列。如图4a、图4b所示，所述透镜阵列膜层31包括菲涅尔透镜单元311和菲涅尔透镜单元312。

作为一种优选的实施方案，透镜阵列膜层31的结构采用一自由曲面上的圆弧状菲涅尔透镜单元进行拼接组成。此实施方式降低了制作透镜阵列膜层31的工艺难度，为大面积透镜阵列膜层31的拼接制作提供了可能性。

下面对本发明实施例的图像显示层32进行详细阐述：

所述图像显示层32由若干液晶显示屏幕拼接而成。如图2、图4a、图4b所示，所述图像显示层32仅包括有1块液晶显示屏幕。

当所述图像显示层32包括至少两块液晶显示屏幕时，所述图像显示层32由所述至少两块液晶显示屏幕拼接而成。如图5所示，所述图像显示层32由所述三块液晶显示屏幕拼接而成。

进一步地，在所述若干液晶显示屏幕上，分别配置有光束整形扩散膜层33。其中，所述光束整形扩散膜层33的检测方法包括但不限于人眼识别、人脸识别等方式。

如图5所示，所述图像显示层32由所述三块液晶显示屏幕拼接而成，采用大规模菲涅尔透镜阵列拼接的方式组成透镜阵列膜层，在各屏幕上方配置光束整形扩散膜层33，从三个不同的方位同时确定此时观察点所在的位置，确定所在视区40，随后控制各背光单元上出现相对应的发光元组合，其中图像显示层工作模式为不断刷新左右眼视区图像使人的左右眼交替地接收到不同的左右眼图像，通过产生视差使得人脑接收到3D立体图像，在这一具体实施例中具体工作方式为：当图像显示层32刷新出左眼图像时，第一发光组开启，关闭第二发光组，使得左眼主光束加载左眼图像传入左眼41所在视区；当图像显示层32刷新出右眼图像时，关闭第一发光组，开启第二发光组，使得右眼主光束加载左眼图像传入右眼42所在视区。

本发明实施例的图像显示层通过多屏幕拼接极大地拓展了可观看的视区范围，保证了显示的分辨率与连续性，可满足多人同时观看3D影像，为大型3D裸眼设备的开发提供了一种可能的方式。

下面对本发明实施例中当观察点发生变化，光束整形扩散膜层将对观察点进行重新检测，改变发光元组合，重新将成像投影于改变后对应的视区进行详细阐述：

为了便于说明，取一种较简单的情况进行示例：如图4a和4b所示，背光源由三个背光单元拼接而成，发光元组为背光单位上各连续若干个发光元的组合，且透镜阵列膜层为两个透镜单位拼接组成。

如图4a所示，观察点41和42位于视区中心位置，当光束整形扩散膜层检测到观察位置处于视区40时，各背光单位上进行相应发光元组合，使此时观察点落于视区40中。也即成像于所述视区40，使得用户在观察点41和42的位置可以观看到3D立体投影。

具体地，第一发光元组合1101发出光线后经过透镜阵列膜层31与光束整形扩散膜层33后，配合图像显示层32对左眼图像进行加载，使发出光束最后成像于左眼视区41；同理第二发光元组合1102发出光线后经过透镜阵列膜层31与光束整形扩散膜层33后，配合图像显示层32对左右眼图像进行加载，使发出光束最后成像于右眼视区42，此时观察者可获得不同的左、右眼图像，借助视差在大脑中反映为3D图像。

如图4b所示，在观看的过程观察点发生变化，光束整形扩散膜层检测到观察点改变至视区50时，各背光单位上发光元组合进行调整，由发光元组1101与发光元组1102调整至发光元组1103与发光元组1104，发光组1103与1104发出的光束经过透镜阵列膜层32与光束整形扩散膜层33后分别成像于此时对应的左眼视区51与右眼视区52，观察者借助视差再次获得3D图像。

图4a所示人眼的观察位置位于初始位置时，发光膜组中第一发光组1101和第二发光组1102处于工作状态，第一发光组1101和第二发光组1102发出的光线经过透镜阵列膜层31、图像显示层32以及光束整形透镜33后分别成像于对应人眼的左右眼视区。由于第一发光组1101和第二发光组1102是根据光束整形扩散膜层33检测后确定，故此时所述发光组对应此时观察点所在位置的视区，使得观看者此时获得3D图像。其中，图像显示层工作模式为持续更新左右眼视区图像使人的左右眼交替接收到不同的左右眼图像，通过产生视差使得人脑接收到3D立体图像，具体工作方式：当图像显示层32刷新出左眼图像时，第一发光组1101开启，关闭第二发光组1102，使得左眼主光束加载左眼图像传入左眼41所在视区；当图像显示层32刷新出右眼图像时，关闭第一发光组1101，开启第二发光组1102，使得右眼主光束加载左眼图像传入右眼42所在视区。

图4b所示人眼的观察位置与所述初始观察位置发生了变化，此时发光模组改变至第三发光组1103和第四发光组1104处于工作状态。第三组发光组1103和第四组发光组1104发出的光线经过透镜阵列膜层31、图像显示层32以及光束整形透镜33后分别成像于对应改变后人眼的左右眼视区，此时所述发光组对应此时观察点所在位置的视区，使得观看者此时获得3D图像。图像显示层不断更新左右眼视区图像使人的左右眼交替接收到不同的左右眼图像，通过产生视差使得人脑接收到3D立体图像，此时具体工作方式：当图像显示层32刷新出左眼图像时，第三发光组1103开启，关闭第四发光组1104，使得左眼主光束加载左眼图像传入左眼51所在视区；当图像显示层32刷新出右眼图像时，关闭第三发光组1103，开启第四发光组1104，使得右眼主光束加载左眼图像传入右眼52所在视区。

本发明的另一个实施方式提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示方法，其适用于用户在观看可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置的显示画面的过程。如图6所示，其包括以下步骤：

S1：检测观察点与图像显示层的相对位置；

S2：根据所述相对位置确定所述观察点所处的视区；

S3：根据所述观察点所处的视区，控制若干背光单元的若干独立发光元进行组合形成若干新发光元组，所述若干新发光元组发出的光线经透镜阵列膜层，成像于所述观察点所处的视区；

S4：当所述观察点发生移动时，重复上述步骤。

根据本发明，可以提供一种可交叠控制的指向性背光式裸眼3D显示装置与方法，其通过检测到观察点与显示图像层的相对位置来改变图像显示层另一侧的发光元组合，使得发光元组合发出的光线成像于观察点所在的视区，在观察点移动的过程中不断调整发光元组合使其对应此时所在视区，保证了观看者在整个观察过程中都能得到优质的3D立体图像，提高了观看者的观看自由性，优化了观看者的体验感。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。