一种视区纵深可调的裸眼3d显示方法、装置和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种视区纵深可调的裸眼3D显示方法、装置和系统，该方法包括：在图像显示层一侧配置若干组发光单元，每组所述发光单元在所述图像显示层的另外一侧对应一视区；检测观察点与所述图像显示层之间的相对距离，得到所述观察点的观察位置；根据所述观察位置调整所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置。本发明通过检测观察点与图像显示层之间的观察距离来改变发光单元的发光面积，使得发光单元对应的视区处于观察点所在的位置。
【专利说明】-种视区纵深可调的裸眼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，具体公开了一种视区纵深可调的裸眼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视区纵深可调的裸眼3D显示 方法、装置和系统，旨在解决现有裸眼3D显示领域中观察视区受限在一定范围的技术缺 陷。
[0005] 为此，本发明所述的视区纵深可调的裸眼3D显示方法采用的技术方案如下：
[0006] 一种视区纵深可调的裸眼3D显示方法，包括以下步骤：
[0007] 在距离图像显示层一定距离的位置配置若干发光单元，每个所述发光单元在所述 图像显示层的另外一侧对应一视区，在靠近图像显示层的位置配置光束整形扩散膜层和透 镜阵列膜层；
[0008] 检测观察点与所述图像显示层之间的相对距离，得到所述观察点的观察位置；
[0009] 通过控制所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置至所述观察位置。
[0010] 作为一种优选的技术方案，所述通过控制所述所述发光单元的发光面积，调整所 述视区的位置至所述观察位置的步骤包括：
[0011] 如果检测到所述观察点与所述图像显示层之间的距离较远，则减小所述发光单元 的发光面积；
[0012] 如果检测到所述观察点与所述图像显示层之间的距离较近，则增加所述发光单元 的发光面积。
[0013] 一种视区纵深可调的裸眼3D显示装置，包括：
[0014] 配置模块，用于在距离图像显示层一定距离的位置配置若干发光单元，每个所述 发光单元在所述图像显示层的另外一侧对应一视区，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膜层；
[0015] 检测模块，用于检测观察点与所述图像显示层之间的相对距离，得到所述观察点 的观察位置；
[0016] 调整模块，用于通过控制所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置至所述 观察位置。。
[0017] 一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统，包括背光源、图像显示层，还包括用于检 测观察点与所述图像显示层之间距离的距离检测模块，其中：
[0018] 所述图像显示层的靠近所述背光源的一侧设有光束整形扩散膜层和透镜阵列膜 层；
[0019] 所述背光源包括若干具有若干发光单元的发光模组，所述发光模组配置于所述图 像显示层的一侧；
[0020] 所述发光单元与所述距离检测模块连接，根据所述距离检测模块检测的观察点与 所述图像显示层之间相对距离调整发光面积。
[0021] 作为一种优选的技术方案，所述发光模组中的发光单兀组合，形成一弧形的发光 曲面。
[0022] 作为一种优选的技术方案，所述透镜阵列膜层包括单个或多个透镜单元形成的阵 列。
[0023] 作为一种优选的技术方案，所述透镜阵列膜层包括菲涅尔透镜阵列。
[0024] 作为一种优选的技术方案，还包括若干与所述发光模组对应的偏振膜层阵列，所 述偏振膜层阵列设于所述发光模组与所述图像显示层之间。
[0025] 作为一种优选的技术方案，所述偏振膜层阵列设于所述发光模组的靠近所述图像 显示层的一侧，和/或设于所述透镜阵列膜层的靠近所述发光模组的一侧。
[0026] 本发明所述的视区纵深可调的裸眼3D显示方法、装置和系统通过检测观察点与 图像显示层之间的相对距离来改变发光单元的发光面积，使得发光单元对应的视区处于观 察点所在的位置。在观察点移动的过程中可以再次自动调整发光单元的发光强度，在观看 过程中始终能够获取最优质的立体图像，可以增大低串扰的裸眼立体观看视角，同时实现 视区纵深可调的裸眼3D立体显示。此外，该方法和结构还可以实现允许单人或者多人观看 的的裸眼立体显示。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示方法一实施方式的流程示意 图；
[0028] 图2是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示装置一实施方式的结构示意 图；
[0029] 图3a是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意 图，图中观察点处于距离图像显示层较近的位置；
[0030] 图3b是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意 图，图中观察点处于距离图像显示层较远的位置；
[0031] 图4是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统另一实施方式的结构示 意图；
[0032] 图5是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统又一实施方式的结构示 意图；
[0033] 图中：
[0034] 10 :背光源；11 :发光模组；111 :第一发光单兀；112 :第二发光单兀；21 :光束整 形扩散膜层（LSD) ;22 :透镜阵列膜层；23 :图像显示层；24 :偏振膜层阵列；30 :视区单元； 41 :右眼；42 :左眼。
【具体实施方式】
[0035] 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观察点（例如人眼）与图像显示层23的距离来改变对应的发光 单元的发光强度，使得观察点所在的位置处于3D显示的视区之内，从而可以给观察者良好 的3D显示画面。
[0036] 参见图1，图1是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼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：
[0037] 步骤S101 :在图像显示层23 -侧配置若干组发光单元，每组所述发光单元在所述 图像显示层23的另外一侧对应一视区；
[0038] 在一些优选的实施方式中，在靠近图像显示层23的位置，还可以配置光束整形扩 散膜层21 (LSD)增加图像显示均匀性。
[0039] 步骤S102 :检测观察点与所述图像显示层23之间的相对距离，得到所述观察点的 观察位置；
[0040] 步骤S103 :根据所述观察位置调整所述发光单元的发光强度，调整所述视区的位 置，形成不同纵深的视区。其中，在一些优选实施方式中，如果检测到所述观察点与所述图 像显示层23之间的距离较远，则减少所述发光单元的发光强度；如果检测到所述观察点与 所述图像显示层23之间的距离较近，则提高所述发光单元的发光强度。上述的实施方式 中，可以通过调整所述发光单元的发光面积来改变所述发光模组11的发光强度。
[0041] 该实施方式涉及的3D显示方法可以根据观察点的位置增大和减小对应发光单元 的发光面积，例如调整该发光单元的发光面积和位置来调整发光强度，使得观察点所在的 位置始终处于3D显示的视区之内。当观察点（例如人眼）的位置前后发生移动，重新判断 人眼新的位置。通过发光单元的发光面积，即可以实现"最佳观看距离可调节的裸眼3D显 示"。
[0042] 参见图2,图2是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼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，该视区纵深可调的裸眼3D显示装置，包括 ：
[0043] 配置模块201，用于在图像显示层23 -侧配置若干组发光单元，每组所述发光单 元在所述图像显示层23的另外一侧对应一视区，在靠近图像显示层23的位置配置透镜阵 列膜层22和光束整形扩散膜层21 (LSD);
[0044] 检测模块202,用于检测观察点与所述图像显示层23之间的相对距离，得到所述 观察点的观察位置；
[0045] 调整模块203,用于根据所述观察位置调整所述发光单元的发光强度，调整所述视 区的位置。
[0046] 该装置通过配置模块，将发光单元配置图像显示层23 -侧。在使用时，通过检测 模块检测观察点与所述图像显示层23之间的相对距离，得到所述观察点的观察位置。然后 通过调整模块增大或减小发光单元的发光面积，使得观察点所在的位置处于3D显示的视 区之内。当观察点（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 对应发光单元的发光面积，实现"最佳观看距离可调节的裸眼3D显示"，即可以实现视区纵 深可调的裸眼3D显示。
[0047] 参见图3a和图3b，图3a是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统一实 施方式的结构示意图，图中观察点处于距离图像显示层23较近的位置；图3b是本发明所述 一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意图，图中观察点处于距离图 像显示层23较远的位置。在图3a和图3b示出的一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统的 实施方式中，其包括背光源10、图像显示层23,以及用于检测观察点与所述图像显示层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10的一侧设有光束整形扩散 膜层（LSD) 21和透镜阵列膜层22。
[0048] 所述背光源10包括若干具有发光单元的发光模组11，所述发光模组11设置在图 像显示层23的一侧。为了便于说明，在图3a和图3b示出的实施方式中，背光源10仅仅显 不出了 一个发光模组11，该发光模组11具有两个发光单兀：第一发光单兀111和第二发光 单元112,其中第一发光单元111和第二发光单元112可以增大或者减小其发光面积。而 且，第一发光单元111和第二发光单元112是分别单独可控的。然而，在实际应用中，发光 模组11的数量，以及各发光模组11具有的发光单元的数量都可以据实际情况进行设置，本 发明对此不作限制。
[0049] 在本实施例中，发光模组11中的这些发光单元沿着曲面呈弧形分布。所述的发光 模组11为用于提供照明的同时，发光模组11中的发光单元，也用于配合光束整形扩散膜层 (LSD) 21和透镜阵列膜层22形成视区。
[0050] 发光单元发出的光线通过光束整形扩散膜层（LSD)21，透镜阵列膜层22和图像显 示单元以形成对应的视区单元30。同一个发光模组11的相邻的发光单元配合光束整形扩 散膜层21和透镜阵列膜层22所形成的视区应该是连续不间断的。
[0051] 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束整形扩散膜层21的前方。所述光 束整形扩散膜层21可以是弱光束整形扩散膜层，或者一维弱扩散但在正交维度强扩散的 光束整形扩散膜层，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。
[0052] 所述透镜阵列膜层22包括单个或多个透镜形成的阵列，例如菲涅尔透镜阵列。
[0053] 其中，光束整形扩散膜层21和透镜阵列膜层22的位置是可以互换的，在本实施例 中光束整形扩散膜层21置于靠近背光源10的一侧。
[0054] 距离检测模块用于检测观察点与图像显示层23的距离，并且与背光源10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。
[0055] 在图3a不出的实施方式中，第一发光单兀111发出的光线经光束整形扩散膜层21 和透镜阵列膜层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，降低第一发光单元111和第二发光单元112的发光面 积，可以形成适合远距离观看的裸眼3D视区单元30。通过改变发光模组11中发光单元的 发光面积，实现最佳观看距离的调节。
[0056] 当人位于如图3a所示，离图像显示层23较近的位置时，发光模组11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 过光束整形扩散膜层21 (LSD)和透镜阵列膜层22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的发光面积 相对较大，配合光束整形扩散膜层21 (LSD)、透镜阵列膜层22、液晶显示面板，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。
[0057] 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。因此，降低第一发光单元111和第二发光单元112的发光面积，配合光束 整形扩散膜层21、透镜阵列膜层22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42 所在时区；当图像显示层23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,使得右眼主光束加载右眼图像传入右眼41所在视区。
[0058] 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、两个发光模组11、光 束整形扩散膜层21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 示的立体影像显示结构，其背光源10具有多个发光模组11。
[0059] 如图5所示，图5是本发明所述一种视区纵深可调的裸眼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11前设置偏振 膜层阵列24,同时在每个透镜单元前也设置相应的偏振膜层阵列24,其中相邻发光模组11 前的偏振膜层阵列24的偏振膜层单元是不同的，而相邻透镜单元贴合的偏振膜层阵列24 的偏振膜层单元也是不同的。具体如图5所示，以其中一个发光模组11为例，通过在每个 发光模组11前设置偏振膜层阵列24的偏振膜层单元，其中相邻发光模组11前设置的偏振 膜层阵列24的偏振膜单元是不同，呈交替排布。相邻透镜阵列膜层22前设置的偏振膜层 阵列24的偏振膜单元也是不同的，呈交替排布的。每个发光模组11发出的光线，可以透过 相应的偏振膜单元，但难以透过相邻的偏振膜单元。在本实施例中，膜层顺序是呈偏振膜层 阵列24、光束整形扩散膜层21 (LSD)、透镜阵列膜层22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。
[0060] 从上面的若干实施方式可以看出，本发明所述的视区纵深可调的裸眼3D显示方 法、装置和系统通过检测观察点与图像显示层23之间的观察距离来改变发光单元的发光 面积，使得发光模组11对应的视区处于观察点所在的位置。在观察点移动的过程中可以再 次自动调整发光单元，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。
[0061] 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. 一种视区纵深可调的裸眼3D显示方法，其特征在于包括以下步骤： 在距离图像显示层一定距离的位置配置若干发光单元，每个所述发光单元在所述图像 显示层的另外一侧对应一视区，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 列膜层； 检测观察点与所述图像显示层之间的相对距离，得到所述观察点的观察位置； 通过控制所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置至所述观察位置。
2. 如权利要求1所述的视区纵深可调的裸眼3D显示方法，其特征在于：所述通过控制 所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置至所述观察位置的步骤包括： 如果检测到所述观察点与所述图像显示层之间的距离较远，则减小所述发光单元的发 光面积； 如果检测到所述观察点与所述图像显示层之间的距离较近，则增大所述发光单元的发 光面积。
3. -种视区纵深可调的裸眼3D显示装置，其特征在于包括： 配置模块，用于在距离图像显示层一定距离的位置配置若干发光单元，每个所述发光 单元在所述图像显示层的另外一侧对应一视区，在靠近图像显示层的位置配置光束整形扩 散膜层和透镜阵列膜层； 检测模块，用于检测观察点与所述图像显示层之间的相对距离，得到所述观察点的观 察位置； 调整模块，用于通过控制所述发光单元的发光面积，调整所述视区的位置至所述观察 位置。
4. 一种视区纵深可调的裸眼3D显示系统，包括背光源、图像显示层，其特征在于：还包 括用于检测观察点与所述图像显示层之间距离的距离检测模块，其中： 所述图像显示层的靠近所述背光源的一侧设有光束整形扩散膜层和透镜阵列膜层； 所述背光源包括若干具有若干发光单元的发光模组，所述发光模组配置于所述图像显 不层的一侧； 所述发光单元与所述距离检测模块连接，根据所述距离检测模块检测的观察点与所述 图像显示层之间相对距离调整发光面积。
5. 如权利要求4所述的视区纵深可调的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述发光模组 中的发光单元组合，形成一弧形的发光曲面。
6. 如权利要求5所述的视区纵深可调的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述透镜阵列 膜层包括单个或多个透镜单元形成的阵列。
7. 如权利要求6所述的视区纵深可调的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述透镜阵列 膜层包括菲涅尔透镜阵列。
8. 如权利要求4所述的视区纵深可调的裸眼3D显示系统，其特征在于：还包括若干与 所述发光模组对应的偏振膜层阵列，所述偏振膜层阵列设于所述发光模组与所述图像显示 层之间。
9. 如权利要求8所述的视区纵深可调的裸眼3D显示系统，其特征在于：所述偏振膜层 阵列设于所述发光模组的靠近所述图像显示层的一侧，和/或设于所述透镜阵列膜层的靠 近所述发光模组的一侧。
【文档编号】H04N13/04GK104216133SQ201410471940
【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, 彼得·克雷布斯, 李焜阳, 范杭, 周延桂, 王嘉辉, 梁浩文, 林岱昆, 王晓露 申请人:中山大学