裸眼3D显示装置的制作方法

本实用新型涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种用于平板电脑的裸眼3D显示装置。

背景技术：

随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，人们对生活品质的要求也随之提高，于视觉感官方面，普通的二维屏幕显示已经无法满足人们的需求，因此自进入21世纪以来，3D显示技术突飞猛进，正逐渐成为人们日常生活中重要的娱乐方式。同样地，3D显示技术在娱乐生活中的渗透不胜枚举，例如，2015年英超首次开启3D电视实况转播阿森纳曼联大战；第52届格莱美首开3D版MV致敬杰克逊；英国天空广播公司（BskyB）计划推出欧洲首个3D卫星电视频道；Discovery计划推出第一个“24小时不间断”的3D电视频道等。

由于3D影视逐渐走入人们的日常生活，因此对3D影视播放的技术和设备（即、3D显示技术和设备）提出了空前的挑战。目前的3D显示技术主要是基于双眼视差的立体显示（Stereoscopic）技术，可以分为两种：被动立体和主动立体，即、眼镜式和裸眼式。

其中，眼镜式3D技术主要用于以3D电影为主的消费级市场，较为成熟，可细分为三种：色差式、快门式和偏光式，亦称色分法、时分法和光分法。裸眼式3D技术目前主要应用在工业显示领域，可细分为三种：光屏障式、柱状透镜、以及指向光源。并且，各种技术的原理和成像效果具有一定的差别。

眼镜式3D技术中，色差式3D技术（Anaglyphic 3D）配合被动式红-蓝（或者红-绿、红-青）滤色3D眼镜，通过旋转的滤光轮提取光谱信息、并使用不同颜色的滤光片对画面进行滤光，从而使一个图片产生出两幅图像，人的左右眼则通过色差眼镜观察到不同的图像。这种技术成像原理简单，实现成本相当低廉，但是3D画面效果一般，容易使画面边缘产生偏色。

偏光式3D技术（Polarization 3D）配合被动式偏光眼镜，可以有多种技术途径，比如应用于投影机行业的偏光式3D采用两台以上性能参数完全相同的投影机实现3D效果，而应用于电视行业的偏光式3D技术则需要画面具有240Hz或者480Hz以上的刷新率。偏光式3D技术的图像效果较好，而且眼镜成本也不算太高，不过其对显示设备的亮度要求较高。

主动快门式3D技术（Active Shutter 3D）配合主动式快门3D眼镜，通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz）来实现3D效果，当3D信号输入到显示设备后，120Hz的图像便以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像，从而在大脑中产生观看到立体影像的错觉。该技术能够保持画面的原始分辨率，图像效果出色，不过其匹配的3D眼镜价格较高，并且戴上眼镜之后亮度减少较多，而且为防止串扰重影现象，观看时需关灯。

虽然眼镜式3D技术的立体图像逼真、效果好，但所需设备复杂昂贵，并且观众需要佩戴特殊的眼镜，对观看舒适度产生一定的影响，也不太适合家庭或户外使用。相对于此，裸眼式3D技术可摆脱眼镜的束缚，提高视觉感受。

其中，光屏障式（Barrier）3D技术使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层等电子技术，利用背光模块与LCD面板间的视差障壁，在立体显示模式下，将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。该技术与既有的液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势，但由于挡光，其画面亮度低，分辨率易受影响。

柱状透镜（Lenticular Lens）3D技术在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，将图像的像素分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素，于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素，从而实现3D图像显示。该技术透光因而3D显示效果较好，但其相关制造与现有的液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线，故而生产成本比较高。

指向光源（Directional Backlight）3D技术搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序（sequential）方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。该技术3D显示效果车色，但结构复杂成本较高，尚不成熟。

由此可知，以上三种裸眼3D技术虽然无需佩戴眼镜，但所需设备昂贵制造成本高，同时对设备的维护和使用的要求也很高，因此限制了裸眼3D技术的实际应用，难以应用于平板电脑，故而大规模的商业应用尚不成熟。

技术实现要素：

基于上述课题，发明人注意到近年来出现了一种旋转发光二极管3D技术（Rotating LED Display）（Al Loughani M, Alhamed K, Meer A, et al. Rotating LED Display[J]. 2015.），其是通过控制高速旋转的发光二极管点阵板在特定的位置发光，利用人眼的“视觉暂留”效果（POV）实现全真3D成像的3D显示技术。

然而，虽然这种技术在低成本的前提下实现了3D显示技术，但由于这种技术需要显示设备进行高速旋转，因此仅限于二极管点阵的3D显示，目前尚无法实现任意图像的3D显示。

鉴于以上所述，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种裸眼3D显示装置，能够保证具有空间、深度的逼真立体影像的同时，可实现任意图像的3D显示，并且造价低廉、工艺简单、便于携带等。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的一种裸眼3D显示装置，包括：具有平面播放能力的平板显示组件；能够反射所述平板显示组件所播放的平面图像、且能够按预定轨迹运动的反射单元；和与所述反射单元连接且控制所述反射单元的运动的控制单元；所述平面图像通过所述反射单元的反射而形成大小颜色相同但空间位置不同的虚像，进而通过所述反射单元的运动改变所述虚像的空间位置以使所述虚像形成三维轨迹。

根据本实用新型的裸眼3D显示装置通过使反射单元运动，让平板显示组件的虚像在空间中形成三维轨迹，在满足人眼“视觉暂留效果”的条件下，实现全真裸眼3D的成像与播放。由此可通过平板显示组件播放特定的视屏，以实现3D成像显示与连续播放。因而，无需使用任何眼镜设备即可低廉的成本让普遍使用的诸如平板电脑等平板显示组件播放出具有空间、深度的逼真立体3D影像，且由于本实用新型所提供的装置成本低廉、工艺简单，便于大规模批量化制备，更由于方便携带且可实现任意图像的3D显示，因而有益于3D显示技术的进一步普及。

优选地，所述反射单元包括：支承组件；由所述控制单元驱动旋转、且安装于所述支承组件上的安装轴；和安装于所述安装轴上、且随所述安装轴运动的镜面组件。

优选地，所述控制单元包括变速部及驱动部；所述驱动部为能提供驱动力的变速马达；所述变速部包括连接于所述驱动部与所述安装轴之间的变速齿轮箱和连轴器。

优选地，所述镜面组件可由玻璃、塑料、或金属制成。

优选地，所述反射单元的运动可为旋转或平移、亦可旋转加平移。

优选地，所述平板显示组件可为平板电脑、智能手机或微型电脑。

优选地，所述变速马达可通过交流电源变频控制其转速。

优选地，所述变速马达可通过直流电源变压控制其转速。

优选地，所述变速马达可通过电路负反馈控制其转速。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本实用新型的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置的平板显示组件和镜面组件之间的关系的结构示意图；

图2是示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置所形成的虚像的示意图；

图3 是概略示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置成像的一个示例的原理图；

图4是示出根据本实用新型的一个实施形态的结构示意图；

附图标记：

1、1A 平板显示组件（平板电脑）；

2、20 镜面组件；

3、30a、30b 支承组件；

40 安装轴；

5 控制单元；

10 底座；

11 内框；

51 变速部；

52 驱动部；

53 变速齿轮箱；

54 双膜片连轴器；

55 调速器。

具体实施方式

下面结合具体实施形态和附图来说明本实用新型的实质性特点和显著性的进步。应理解，这些实施形态仅用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以下将结合优选的实施形态对本实用新型的裸眼3D显示装置进行说明。图1是示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置的平板显示组件和镜面组件之间的关系的示意图；图2是示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置所形成的虚像的示意图；图3 是概略示出根据本实用新型的裸眼3D显示装置成像的一个示例的原理图；图4 是示出根据本实用新型的一个实施形态的结构示意图。

如图1及图2所示，本实用新型的裸眼3D显示装置可包括：具有平面播放能力的平板显示组件1；能够反射该平板显示组件1所播放的平面图像、且能够按预定轨迹运动的反射单元。此外，还包括与该反射单元连接且控制其运动的控制单元。上述平板显示组件1所播放的平面图像通过反射单元的反射而形成大小颜色相同但空间位置不同的虚像，进而通过反射单元的运动改变虚像的空间位置以使虚像形成三维轨迹。

具体而言，上述反射单元可包括置于所述平板显示组件1之上、表面光滑且具有反射光线能力的镜面组件2；支承所述镜面组件2的支承组件3；安装于所述支承组件3上的安装轴（图示省略）；所述镜面组件2安装于所述安装轴上。上述控制单元与所述安装轴连接以驱动该安装轴旋转进而带动所述镜面组件2的运动。所述平板显示组件1通过所述镜面组件2形成大小颜色相同但空间位置不同的虚像；所述虚像通过所述镜面组件2的运动而改变空间位置，从而在空间中运动，进而形成三维轨迹。

当平板显示组件1播放特定视频时，控制单元控制安装轴的移动，从而改变安装于其上的镜面组件2的运动，进而改变因镜面反射而形成的虚像的空间位置，换言之，通过控制轨迹中每一点的颜色变化，从而控制三维轨迹的形状和颜色。在移动频率满足人眼“视觉暂留效果”的条件下，实现全真裸眼3D的成像与播放。

现结合图3，以简单的二维三角形为例，进一步说明根据本实用新型的裸眼3D显示装置的成像原理。该二维三角形通过镜面反射后形成虚像，即通过镜面组件2的运动而形成空间位置不同的多个虚像，而由于人眼的视觉残留效果，上述虚像中三角形的组合会形成一个3D三棱柱的影像，即形成一个完整的3D图像。

更具体而言，如图3所示，平板显示组件1上显示的图像（即、二维三角形）通过镜面组件2发生反射形成虚像。平板显示组件1固定不动，通过调整镜面组件2和安装轴与支承组件3的角度，可以改变虚像所在的位置。例如，控制镜面组件2以0.1秒为周期旋转，计算平板显示组件1上坐标（x，y，0）对应的虚像坐标（x1，y1，z1）。结合Matlab数学建模软件，可以模拟得到镜面组件2旋转10个不同周期（分别为0秒、0.01秒、0.02秒、0.03秒、0.04秒、0.05秒、0.06秒、0.07秒、0.08秒、0.09秒、0.1秒）时所产生的虚像的位置和形状。

将这10张二维虚像组合成一个可以在平板显示组件1上播放的视频，然后在平板显示组件上以0.01秒为一帧播放，通过旋转的镜面，将平板显示组件1上所放映的二维图像反射到空间，就可以在镜面旋转所处的三维空间中看到连续快速放映的这10张虚像。基于人眼的视觉残留效果，物体在快速运动时，当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像。所以，通过本实用新型所提供的装置，观看者就可以看到一个由这10张虚像快速播放所构成的3D图像，最终实现裸眼3D显示。

（第一实施形态）

现结合图4说明根据本实用新型的上述结构的第一实施形态的裸眼3D显示装置为旋转镜面3D显示装置（如图4所示），作为平板显示组件1例如可采用目前最常用的平板电脑1A，本实施形态中采用iPad来播放平面二维图像。将平板电脑1A以嵌入形式固定在预先制作的底座10的内框11中，该底座10的材质例如可为不锈钢，但不限于此；该底座10的尺寸例如可为232mm×280mm×4mm，但不限于此；该内框11的尺寸例如可为175mm×242mm，亦不限于此。

如图4所示，在底座10上且于平板电脑1A两侧，垂直固定有一对支承组件30a、30b，本实施形态中一对支承组件30a、30b为不锈钢材质的二个圆柱形立柱，尺寸为Φ15mm×107mm，但可根据实际需求而调整上述支承组件的具体材质及尺寸形状等。支承组件30a、30b上安装有安装轴40，本实施形态中为如图4所示的钛合金材质的水平横梁，尺寸为Φ1mm，同样地，材质及尺寸等均不限于此，可根据具体情况而调整。

镜面组件20在本实施形态中为双面反射镜，材质例如可为不锈钢，尺寸例如可为160mm×170mm×1mm，但不限于此。镜面组件20安装于上述安装轴40上，本实施形态中采用螺栓固定、并以安装轴40为对称轴与长度方向上平分镜面组件20，但不限于此，可具体变更上述安装方式及安装位置等。

将安装轴40与控制单元5连接，本实施形态中具体而言，控制单元5可包括变速部51及驱动部52，其中，变速部51还包括变速齿轮箱53和诸如双膜片连轴器54的连轴器；驱动部52为能提供驱动力的变速马达，本实施形态中例如为单相交流电机，3GN5K。安装轴40通过变速齿轮箱53和双膜片连轴器54与驱动部52连接，安装轴40通过驱动部52的驱动而转动，从而带动镜面组件20旋转，可通过变速部51改变驱动部52的转速，可连续且可控制地改变镜面组件20镜面旋转速率。以此，可使镜面组件20所形成的虚像在空间中运动而形成三维轨迹。其中图4所示变速器55的作用为调节驱动部52的马达运转速度。

根据本实用新型第一实施形态的裸眼3D显示装置通过使镜面组件20旋转，让平板电脑1A的虚像在空间中形成三维轨迹，再通过平板电脑1A播放特定的视屏，进而实现3D成像显示与连续播放。因此，根据本实用新型，可在平板电脑上以低廉的价格实现裸眼3D的显示技术，让普遍使用的平板电脑播放出得具有空间、深度的逼真3D立体影像，并且成本低廉、工艺简单，便于大规模批量化制备。

（其他实施形态）

在上述第一实施形态中采用了不锈钢制的双面反射镜，但也可以采用玻璃、塑料及金属等表面光滑且具有反射光线能力的物品。在上述第一实施形态中使镜面组件2旋转而使虚像的空间位置改变，但也可以使镜面组件2平移、或者同时使镜面组件2平移加旋转。在上述第一实施形态中使用的平板显示组件1为平板电脑，但只要是具有平面播放能力的设备即可，例如可以是智能手机、微型电脑等。在上述第一实施形态中通过交流电源变频控制马达转速从而控制镜面组件2的转动速度，但也可以使用直流电源变压进行控制，亦可使用电路负反馈控制等。

在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。