一种裸眼3D显示装置的制作方法

一种裸眼3d显示装置
技术领域
1.本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种裸眼3d显示装置。


背景技术：

2.裸眼3d显示技术最大的优势是摆脱了眼镜的束缚。裸眼3d显示装置可以分为光屏障式(barrier)、柱状透镜式(lenticular lens)、指向光源式(directional back light)以及直接成像四种。随着3d显示的发展，柱状透镜已经成为实现裸眼3d显示的主要光学材料。裸眼3d技术在显示装置上的应用可以分为两类，分别为基于手机、pad、笔记本电脑等个人终端的两视点技术，以及基于电视、拼接屏、led大屏等公共展示的多视点技术。提供一种适于大型商展应用的多视点裸眼3d显示装置，以给用户沉浸式体验，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本公开实施例提供一种裸眼3d显示装置，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
4.本公开实施例提供一种裸眼3d显示装置，包括：
5.显示装置本体，包括用于显示图像的显示面，显示面呈柱状表面；
6.透镜阵列，包括阵列排布的多个透镜，透镜阵列围绕显示装置本体设置在显示面的外围，透镜阵列被配置为使得显示面显示的图像通过透镜阵列中的透镜在显示面的内侧呈现虚像。
7.在一些可能的实现方式中，显示面与透镜阵列中各透镜之间的距离小于透镜的焦距。
8.在一些可能的实现方式中，显示面与透镜阵列中各透镜之间的距离均相同。
9.在一些可能的实现方式中，显示面呈环形柱状表面，或者，显示面呈多边形柱状表面。
10.在一些可能的实现方式中，显示面呈环形柱状表面，显示面与透镜阵列中各透镜之间的距离被配置为使得虚像与显示面之间的距离小于显示面的半径。
11.在一些可能的实现方式中，显示面呈多边形柱状表面，显示面与透镜阵列中各透镜之间的距离被配置为使得虚像与显示面之间的距离小于显示面的内接圆的半径。
12.在一些可能的实现方式中，透镜阵列中各透镜在显示面上的正投影包含多个完整的像素，且透镜阵列中各透镜在显示面上的正投影边界与显示面上的各像素均不相交。
13.在一些可能的实现方式中，透镜阵列中各透镜均为凸透镜，或者，透镜阵列中各透镜均为凹透镜。
14.在一些可能的实现方式中，透镜为柱状透镜，柱状透镜的延伸方向与显示面的延伸方向平行。
15.在一些可能的实现方式中，显示装置本体的形状呈空心柱状，或者，显示装置本体
的形状呈实心柱状。
16.本公开实施例中的显示装置，采用显示装置本体与透镜阵列结合，实现裸眼3d显示；通过将显示装置本体设置为具有柱状的显示面，并将透镜阵列围绕显示装置本体设置在显示面的外围，使得显示面显示的图像通过透镜阵列中的透镜在显示面的内侧呈现虚像，从而，位于各个角度的用户均可以观看到显示装置呈现的3d效果图像，实现了开放环境下的多视角裸眼3d显示，提升用户体验。
17.上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本公开进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
18.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。
19.图1为本公开一实施例中裸眼3d显示装置的结构示意图；
20.图2为图1所示实施例中显示装置的任一切点位置的微分分析示意图；
21.图3为本公开一实施例显示装置的成像原理示意图；
22.图4为本公开另一实施例中裸眼3d显示装置的结构示意图；
23.图5为本公开一实施例中3d裸眼显示装置显示立体虚像时的一个示意图。
具体实施方式
24.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
25.图1为本公开一实施例中裸眼3d显示装置的结构示意图。如图1所示，裸眼3d显示装置可以包括显示装置本体20和透镜阵列1。显示装置本体20包括用于显示图像的显示面2，显示面2呈柱状表面。透镜阵列1包括阵列排布的多个透镜11，透镜阵列1围绕显示装置本体20设置在显示面2的外围，透镜阵列1被配置为使得显示面2显示的图像通过透镜阵列1中的透镜11在显示面2的内侧呈现虚像。
26.本公开实施例中的显示装置，采用显示装置本体20与透镜阵列1结合，实现裸眼3d显示；通过将显示装置本体20设置为具有柱状的显示面，并将透镜阵列围绕显示装置本体20设置在显示面2的外围，使得显示面2显示的图像通过透镜阵列1中的透镜11在显示面2的内侧呈现虚像，从而，位于各个角度的用户均可以观看到显示装置呈现的3d效果图像，实现了开放环境下的多视角裸眼3d显示，提升用户体验。
27.本公开实施例中的显示装置，显示面2显示的图像通过透镜阵列1中的透镜11在显示面2的内侧呈现虚像，从而，用户观看到的3d图像均位于柱状显示面2的内部，避免出现虚像位于外部影响用户观看。
28.本公开实施例中的显示装置，适用于大型商展用裸眼3d显示，可以给用户提供沉浸式的体验。
29.在一种实施方式中，如图1所示，显示面2呈环形表面。从而，围绕显示面2的360
°
范围内的用户均可以观看到显示装置的3d显示图像，实现了开放环境下的360
°
视角裸眼3d显示。
30.图1中示意性地示出了显示面2和透镜阵列1的横截面形状，如图1所示，显示面2的横截面呈圆形，透镜阵列1的横截面也呈圆形，透镜阵列1围绕在显示面2的外侧。图1中示意性地示出了虚屏幕3和成像面4。需要说明的是，虚屏幕3为透镜成像的焦平面，亦即虚屏幕3为显示面2上显示的图像通过透镜所成的虚像所在的面，虚屏幕3为3d图像的中心深度面。成像面4为用户观看到的立体图像所在的面。可以理解的是，在人眼观看本公开实施例中的裸眼3d显示装置时，人眼观看到3d图像，人眼感官上会觉得3d图像位于成像面4上，可以理解的是，成像面4是假想的面。图1中只是示意性地示出了虚屏幕3和成像面4，但实际中，成像面4并非限定为环形表面，成像面4可以为以虚屏幕3的中心为中心的一个区域。
31.图2为图1所示实施例中显示装置的任一切点位置的微分分析示意图。为了对显示装置的成像原理进行说明，根据无限微分原理，在透镜阵列1、显示面2、虚屏幕3和成像面4的任意一个角度做一组切线，对各个切点位置进行放大，对各个切点位置进行微分分析，效果如图2所示，各切线分别为透镜阵列1’、显示面2’、虚屏幕3’和成像面4’。在各微区域内，如图2所示，存在多个透镜和多个像素，每个透镜均遵循透镜的光学成像原理。
32.图3为本公开一实施例显示装置的成像原理示意图。在图2和图3中，以透镜为凸透镜为例进行说明。如图3所示，将围绕显示面的方向定义为第一方向，在第一方向上，显示装置本体20的显示面2上的像素尺寸为p，显示装置本体20的分辨率为rd，3d图像的分辨率为rl，透镜的直径为p0，3d图像(即透镜尺寸范围内的图像所成的虚像)尺寸为p1，显示面2与透镜11之间的距离为g，虚屏幕3’与透镜阵列之间间距为l，图像深度信息为zm，透镜焦距为f，柱状显示面2的半径为rd。
33.为了实现本公开实施例中显示装置的显示效果，在一种实施方式中，如图3所示，显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离g小于透镜11的焦距f，即g<f。根据凸透镜成像原理，将显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离设置为小于透镜11的焦距f，可以使得显示面2显示的图像通过透镜11呈现虚像，并且虚像与显示面2位于透镜阵列1的同一侧。从而，显示装置外部的用户可以观看到位于显示面2内侧的虚像。
34.在一种实施方式中，如图1所示，显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离g均相同。从而，位于显示装置不同视角的用户观看到的3d图像的尺寸大小相同，避免用户从一个视角转移到另一个视角时观看到不同大小尺寸的图像，保证了显示装置显示效果的一致性。
35.在一种实施方式中，显示面2尽量靠近透镜阵列1，以使得所成的虚像大小与显示面2显示图像大小尽量接近。
36.在一种实施方式中，如图1和图3所示，显示面2呈环形柱状表面，也就是说，显示面2的横截面呈环形，例如圆环形、椭圆环形。显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离被配置为使得显示面2显示的图像的虚像与显示面2之间的距离小于显示面2的半径。显示面2显示的图像的虚像与透镜阵列1中各透镜11之间的距离为l，显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离为g，显示面2显示的图像的虚像与显示面2之间的距离为l
‑
g，则要求l
‑
g<rd。
37.在一种实施方式中，如图3所示，显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离被配
置为使得显示面2显示的图像对应的3d图像相对于显示面2的深度小于显示面2的半径。显示面2显示的图像对应的3d图像相对于显示面2的深度为l
‑
g zm/2，存在l
‑
g zm/2<rd。这样的设置方式，可以保证各个视角的用户看到的3d图像均位于显示面2的中心与显示面2之间，避免各个视角的3d图像出现交叉，进而用户感官上可以感觉到显示装置内部存在3d图像的承载体，提高3d显示的效果，提高用户的沉浸式体验。
38.图4为本公开另一实施例中裸眼3d显示装置的结构示意图。在一种实施方式中，如图4所示，显示面2可以呈多边形柱状表面，也就是说，显示面2的横截面呈多边形，例如正多边形。显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离被配置为使得显示面2显示的图像的虚像与显示面2之间的距离小于显示面2的内接圆的半径。将显示面2的内接圆的半径为rd’，那么，显示面2显示的图像的虚像与透镜阵列1中各透镜11之间的距离为l，显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离为g，显示面2显示的图像的虚像与显示面2之间的距离为l
‑
g，则l
‑
g<rd’。显示面2与透镜阵列1中各透镜11之间的距离被配置为使得显示面2显示的图像对应的3d图像相对于显示面2的深度小于显示面2的内接圆的半径，即l
‑
g zm/2<rd’。
39.在一种实施方式中，如图3所示，透镜阵列1中各透镜11在显示面2上的正投影包含多个完整的像素。并且，各透镜11在显示面2上的正投影边界与显示面2上的各像素均不相交。从而，各透镜11在显示面2上的正投影的范围内的像素个数为整数个。这样就可以保证，显示面2上的各像素显示的图像均可以通过一个透镜11成像，避免一个像素呈现的图像通过两个透镜成像导致的图像不清晰，提高了显示装置的显示效果。
40.为了实现各透镜11在显示面2上的正投影内的像素个数为整数个，透镜的直径p0为显示面2上的像素尺寸p的整数倍。
41.本公开实施例的显示装置中，各透镜11在第一方向上的尺寸对应一个3d图像在第一方向x上的尺寸，第一方向x为围绕显示面2的方向，如图3中的水平方向，图3中示出了一个透镜11对应的3d图像的宽度尺寸p1。在一种实施方式中，3d图像在第一方向上的分辨率rl＝1/p1，即3d图像在第一方向上1英寸(inch)内像素的个数。
42.在一种实施方式中，rl＝1/pl＝g/(l*p)＝g*rd/l。
43.在一种实施方式中，tan(α/2)＝p0/2g。
44.在一种实施方式中，zm＝2*(l
‑
p1*g/p0)。
45.在一种实施方式中，显示面2可以呈环形表面，例如圆形或椭圆形等。在一种实施方式中，显示面可以呈多边形表面。这样的显示面2，可以提供多视角的观看效果，可以将这种结构的显示装置放置在商展的中心，从而，各个角度的用户均可以观看到显示装置的3d显示效果。
46.在一种实施方式中，透镜阵列1中的各透镜均为凸透镜。
47.在一种实施方式中，透镜阵列1中的各透镜均为凹透镜。当各透镜均为凹透镜时，显示面2显示的图像通过各透镜的成像遵循凹透镜的光学成像原理。
48.在一种实施方式中，透镜阵列1可以包括多行多列透镜。
49.在一种实施方式中，透镜阵列1可以包括多个柱状透镜，柱状透镜的延伸方向与显示面2的延伸方向平行。示例性地，显示面2为沿第二方向(例如竖直方向)延伸的柱状表面，柱状透镜沿第二方向延伸，多个柱状透镜围绕显示面2依次排列，形成透镜阵列1。
50.示例性地，透镜阵列中的透镜可以为变焦透镜，只要可以实现本公开实施例中的
技术效果即可。
51.在一种实施方式中，显示装置本体20的形状呈空心柱状，或者，显示装置本体的形状呈实心柱状。
52.在一种实施方式中，显示装置本体20可以为发光二极管(led)显示装置、有机发光二极管(oled)显示装置、lcd显示装置、曲面lcd显示装置等类型的显示装置，在此不作具体限制。
53.在一种实施方式中，显示装置本体可以包括投影装置，显示面呈空心柱状，投影装置设置在空心柱内，投影装置从空心柱内表面进行360度投影显示。
54.另一方面，关于显示载体，不同显示载体的特点不同，结构上会有变化，也应属于本专利保护范围内，如采用投影装置实现基础显示，可以空心柱为载体，从空心柱内表面360度投影显示；如从柱体外表面投影，可采用拼接投影方法实现柱体表面360度全覆盖显示，同时，柱状显示载体表面的柱透镜系统也需要重新设计，如采用聚焦模式。
55.图5为本公开一实施例中3d裸眼显示装置显示立体虚像时的一个示意图。从图5中可以推导出观看者角度可观看到的立体显示面信息量，以及观看者角度β、眼间距d
eye
、显示面的柱状半径rd、观看者与显示面之间的距离d之间的关系，关系式如下：sin(β/2)＝rd/((rd2 (deye/2)2 (rd d)2)
1/2
。
56.图5中的点1和点2代表不同成像深度的两个代表点，根据观察者位置和像点位置，可借助光学成像软件倒推出成像点和所经透镜到达人眼的光路图。
57.在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
59.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
60.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
61.上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了
简化本公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
62.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。