[发明专利]基于LED的无辅助设备的立体显示器的指向性背光结构和方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种无辅助设备的自由立体显示器指向性背光方法，特别是设计一种较薄的可满足三个不同距离观看的指向性背光结构，属于信息显示技术领域。

二、背景技术

LED背光源作为一项高端技术，具有节能环保、耗能少等特点，已被广泛运用到照明装饰等各个领域。

当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。

自由立体显示技术是裸视3D显示技术的一种。它基于双目视差原理，通过光学部件将普通2D显示屏上显示的左、右视差图像分别送入观看者的左、右眼，经过大脑神经融合后获得立体感知。欧美、日韩等国家和地区从上世纪80年代开始进行三维立体显示的研究，我国虽然在此领域起步较晚，与国际水平存在差距，但是一些高校和科研院所也在立体显示领域进行了大量研究并取得了显著的成果。

如今的自由立体显示方式主要有狭缝光栅式和柱镜光栅式两种，狭缝光栅式立体显示技术根据狭缝光栅与屏幕的相对位置分为前置与后置式，前置式即光栅放在显示屏前，将显示器的奇、偶列分开，使得观察者可以在特定的位置分别观看到奇、偶列图像，如果在奇数列显示一幅图像，在偶数列显示另一幅图像，那么就可以借助狭缝光栅使观察者看到左右图像对，后置式光栅立体又称作狭缝照明式，光源通过狭缝直接照射到图像上。柱镜光栅式是在显示屏前放置一系列完全相同的小圆柱透镜单元线排列而成的阵列，在排列方向，每一个小透镜单元起着汇聚光线的作用，而且其一端的平面为透镜的焦平面，通过对每一列光线的分离将显示器的奇、偶列分开。然而这两种方法会造成图像分辨率损失，而且需要提供多个视图以供多人观看，立体视域不连续造成立体感不强烈等缺点；而且，其中的狭缝光栅由一条条不透明的黑色线条间隔透明线条构成，显示设备的光线一部分被狭缝光栅遮挡，造成亮度损失。

鉴于此，如今迫切需要设计一种轻薄的、可供多人观看的自由立体显示装置，以便可以在设备较为简单的前提下实现质量较高的立体显示效果。

三、发明内容

本发明的目的是：提出无需借助眼镜、头盔等辅助设备的，能在3个不同距离产生指向性出瞳的无辅助自由立体显示背光结构和方法。

本发明的技术方案为：一种基于LED的无辅助设备的立体显示器的指向性背光设置方法，采用可寻址背光模块、人眼位置跟踪模块和控制接口模块使普通图像的平板显示屏提供立体显示效果，所述可寻址背光模块包括指向性光学组件和可寻址光源，可寻址光源基于时分原理，使显示屏交替显示观看者左右眼观看的左右图像；利用同步时序控制光源的点亮时序，亦即显示左图像时，点亮相应位置的LED光源单元，显示右图像时，点亮相应位置的LED光源单元；使用切换方法以实现三个汇聚观察窗口即三个不同距离观看，在满足第一个汇聚观察窗口时，LED光源单元的光线经过成像透镜(16)至反射镜(14)，并通过反射镜入射到指向性光学组件的厚导光板内，通过掠入射显示结构形成出瞳；为了满足第二个汇聚观察窗口，设有一个旋转机构将反射镜旋转出光路，从而此光路光线进入第二成像透镜(20)，并通过第二成像透镜和反射镜射入厚导光板，且为掠入射显示结构，经过指向性光学组件厚导光板形成出瞳；为了满足第三个汇聚观察窗口，在第二成像透镜处也设置一个旋转机构，此处旋转机构是在第二成像透镜处替换成另一个焦距不同的成像透镜，从而在第三个距离产生指向性出瞳；

所述的指向性光学组件包括柱透镜、导光板包括薄导光板与厚导光板且是平行导光板、薄导光板端部安装的折光反射棱镜及成像透镜；柱透镜将LED光源单元发出的发散光在一个平面内压缩成平行光并通过导光板传输，而保持传播特性不变；导光板的作用是使光线在其中保持全反射传输并增加光程，用成像透镜成像；而成像透镜则将该只在一个平面内被压缩成平行光的光束在正交方向进行压缩传输，形成第二、第三汇聚观察窗口；通过上述三个部件，形成具有指向特性的汇聚出瞳，并保证人眼在出瞳位置处能看到整个屏幕。

所述掠入射折光显示结构，由反射镜，导光板和微结构膜组成，其中反射镜放置在厚导光板的光线入射处，并调整到合适角度使光线全部摄入到导光板内，微结构膜是由一系列有机聚酯微型结构组成，光线经由反射镜入射进导光板，一部分光通过微结构膜向上全反射，剩下一部分光线通过导光板后部的反射镜反射到微结构膜上，从而被再次利用，同样经过全反射后向上射出。