CN108761817A - 一种裸眼3d光学膜 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种裸眼3D光学膜，包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列；其中，所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合。通过裸眼3D光学膜中负光焦度透镜阵列和正光焦度透镜阵列的光学成像作用，将显示屏显示的包含不同视差的图像分别折射到人眼的左右眼中，使人眼同时看到不同视差的图像，形成立体感，实现了裸眼3D功能，且该光学膜结构简单成本低廉，且便于随身携带。
Description
技术领域
本发明实施例涉及3D显示技术领域，更具体地，涉及一种裸眼3D光学膜。
背景技术
由于人的左右眼之间存在一定的间距，因此它们会从不同的角度观察3D场景，采集到3D物体的不同侧面。通过两个瞳孔呈现在视网膜上的内容会略有差异，这种差异就是双目视差。人的大脑通过对双目视差进行融合，获取到空间中3D场景的深度关系，便可以形成立体感，这就是双目视差形成立体视觉的原理。
目前，越来越多可以为人们带来3D体验的设备出现市场上，例如：3D眼镜、AR眼镜、VR头盔等，但是这些3D设备大多数都需要再额外佩戴设备，才能给用户带来3D体验。
发明内容
本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的裸眼3D光学膜。
本发明实施例提供了一种裸眼3D光学膜，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列；其中，
所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合。
进一步地，所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
进一步地，所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
进一步地，所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
进一步地，所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
进一步地，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列，其中，
所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合；
所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
本发明实施例提供的一种裸眼3D光学膜，包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列；其中，所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合。通过裸眼3D光学膜中负光焦度透镜阵列和正光焦度透镜阵列的光学成像作用，将显示屏显示的包含不同视差的图像分别折射到人眼的左右眼中，使人眼同时看到不同视差的图像，形成立体感，实现了裸眼3D功能，且该光学膜结构简单成本低廉，且便于随身携带。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种裸眼3D光学膜的结构示意图；
图2为本发明实施例中多种负光焦度透镜阵列的结构示意图；
图3为本发明实施例中经填平后的多种负光焦度透镜阵列的结构示意图；
图4为本发明实施例中多种正光焦度透镜阵列的结构示意图；
图5为本发明实施例中经填平后的多种正光焦度透镜阵列的结构示意图；
图6为本发明实施例中多种菲涅尔透镜的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种裸眼3D光学膜的结构示意图，如图1所示，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件10、负光焦度透镜阵列20及正光焦度透镜阵列30。其中：
所述负光焦度透镜阵列20设置于所述透明平板光学元件10的一侧，所述正光焦度透镜阵列30设置于所述透明平板光学元件10的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列20与所述显示源的显示面相贴合。
其中，透明平板光学元件10可以由钢化的透明玻璃材料制作，也可以是透明的塑料材料制作，也可以是不同材料组成的多层复合平板元件。透明平板光学元件10主要作用是在光学膜受到强烈碰撞，挤压等外力时能够有效缓解冲击力，有效防止光学膜出现裂痕。同时，将光学膜贴到手机等设备上后，在手机受到强烈碰撞，挤压等外力时也可有效缓解冲击力，防止手机屏幕受到外力作用而破裂，防止屏幕碎片伤害人体，贴膜之后，一旦受到外力，手机屏幕也不会碎开，更加安全。
具体地，在该裸眼3D光学膜贴合在显示源的显示屏上之后，通过裸眼3D光学膜中负光焦度透镜阵列和正光焦度透镜阵列的光学成像作用，将显示屏显示的包含不同视差的图像分别折射到人眼的左右眼中，使人眼同时看到不同视差的图像，形成立体感。
本发明实施例提供的一种裸眼3D光学膜，包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列；其中，所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合。通过裸眼3D光学膜中负光焦度透镜阵列和正光焦度透镜阵列的光学成像作用，将显示屏显示的包含不同视差的图像分别折射到人眼的左右眼中，使人眼同时看到不同视差的图像，形成立体感，实现了裸眼3D功能，且该光学膜结构简单成本低廉，且便于随身携带。
在上述实施例中，所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
具体地，如图2所示，负光焦度透镜阵列可以是图2中任意一种结构或是它们之间彼此胶合在一起的复合结构。例如图2中的弯月透镜和平凹透镜可以组合成双胶合透镜组。图中R0是光学透镜的曲率半径，R0的绝对值大于0。除此之外，对于两种类型的弯月凹透镜组，要保证负光焦度，其R01的绝对值要大于R02的绝对值。L是光学透镜的中心厚度，其取值范围是10mm≥L>0mm。D是光学膜的边缘厚度，其取值范围是10mm≥D>0mm。负光焦度透镜的形状可以是矩形，圆形，正方形，六边形等任意形状，因此D0是指每个负光焦度透镜外接圆的直径，其取值范围是10mm≥D0>0mm。在加工中，负光焦度透镜可以通过UV固化成型工艺制作，所用材料为UV胶，所使用UV胶的折射率没有限定。此外，还可以用热压成型的工艺制作，其材料可以是塑料树脂材料(如PMMA，PC，COC，POLYCARB等)；也可以是传统冷加工工艺制作，材料可以是各种玻璃材料(如冕牌玻璃，火石玻璃，重冕玻璃，重火石玻璃或是LA系玻璃等)；也可以在表面镀各种光学膜(例如增透减反膜)来改变元件的光学性能。
在上述实施例中，所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
如图3所示，在填平的平凹透镜组中，满足N1折射率大于N2折射率，此透镜组的光焦度为负值。在填平的凹平透镜组中，满足N1折射率大于N2折射率，此透镜组的光焦度也为负值。同样的，在双凹透镜组中通过改变N1，N2，N3三个折射率的相互关系，双凹透镜组光焦度也可为负值。所以无论采用什么方法，只要是最后整体透镜组的光焦度为负值，均在本发明的保护范围之内。
在上述实施例中，所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
具体地，如图4所示，正光焦度透镜阵列可以是图4中任意一种结构或是它们之间彼此的胶合在一起的复合结构。例如图6中的弯月透镜和平凸透镜可以组合成双胶合透镜组或者再加上平凸组合成三胶合透镜结构。图中R0是光学透镜的曲率半径，R0的绝对值大于0。除此之外，对于两种类型的弯月凹透镜组，要保证正光焦度，其R01的绝对值要小于R02的绝对值。L是光学透镜的中心厚度，其取值范围是10mm≥L>0mm。D是光学膜的边缘厚度，其取值范围是10mm≥D>0mm。正光焦度透镜的形状可以是矩形，圆形，正方形，六边形等任意形状，因此D0是指每个正光焦度透镜外接圆的直径，其取值范围是10mm≥D0>0mm。在加工中，正光焦度透镜所用的材料可以是各种透明玻璃材料(如冕牌玻璃，火石玻璃，重冕玻璃，重火石玻璃或是LA系玻璃等)；也可以是透明塑料树脂材料(如PMMA，PC，COC，POLYCARB等)。
在上述实施例中，所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
具体地，如图5所示，在填平的平凸透镜组中，满足N1折射率大于N2折射率，此透镜组的光焦度为正值。在填平的凸平透镜组中，满足N1折射率大于N2折射率，此透镜组的光焦度也为正值。同样的，在双凹透镜组中通过改变N1，N2，N3三个折射率的相互关系，双凸透镜组光焦度也可为正值。所以无论采用什么方法，只要是最后整体透镜组的光焦度为正值，均在本发明的保护范围之内。
在上述实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
具体地，负光焦度透镜阵列中的第一透镜除了是传统透镜也可以是相对应的负光焦度菲涅尔透镜达到负光焦度透镜的效果；正光焦度透镜阵列中的透镜除了是传统透镜也可以是相对应的正光焦度菲涅尔透镜达到正光焦度透镜的效果。如图6所示，菲涅尔透镜的厚度取值范围是：20mm≥d>0mm。菲涅尔透镜的形状可以是矩形，圆形，正方形，六边形等任意形状，因此D指每个菲涅尔透镜外接圆直径的尺寸，其范围是：20mm≥D>0mm。菲涅尔透镜的环距的取值范围是0.01mm-5mm。在加工中，菲涅尔透镜可以通过UV固化成型工艺制作，所用材料为UV胶，所使用UV胶的折射率没有限定。此外，还可以用热压成型的工艺制作，其材料可以是塑料树脂材料(如PMMA，PC，COC，POLYCARB等)；也可以是各种玻璃材料(如冕牌玻璃，火石玻璃，重冕玻璃，重火石玻璃或是LA系玻璃等)；也可以在表面镀各种光学膜(例如增透减反膜)来改元件的光学性能。需要说明的是图6只是示意出几种菲涅尔透镜的形式，并不是限制发明的保护范围和权限。实际上，菲涅尔透镜的每个齿的齿深，倾斜角，拔模角都可以根据实际生产工艺和要求在保证实现效果的情况下做出调整。菲涅尔透镜每个齿既可以是直线三角锯齿，也可以是与其相应透镜等效的弧线型齿。这些都在本发明所要保护的范围之内。
在上述实施例中，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列，其中，
所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合；
所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
在上述实施例中，本发明实施例提出的适用于手机等设备的裸眼3D光学膜，其正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜的具体面型参数是根据裸眼3D成像规律要求设计得到的。在优化设计正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列面型时，首先要确定人眼的最佳观看距离，再确定人眼的最佳观看视角，最后确定所用正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列选用何种类型的透镜。
以上这些都是整个系统所有优化的目标值，要达到这些目标值，需要在选定优化变量后利用优化算法不断迭代计算，最终得到满足目标值的各个优化变量的值和具体面型参数。该裸眼3D光学膜的优化变量有：中间层透明平板光学元件的厚度、正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列的透镜厚度，正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列的表面曲率半径，正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列所选用的材料以及所要遵循的面型公式(包括公式中的各个变量：曲率，非球面系数等)(可以是已有的球面或非球面面型公式，亦或是用户自定义的面型公式)。表1和表2分别是按照上述方法计算得到的正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列面型参数(单位均为mm)：
表1
表2
表1和表2中正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列遵循的面型公式为：
上式中，Z是透镜的矢高，c是曲率，r是径向口径，k是圆锥系数，a1～a5是非球面系数。
以上的实例只是其中的一种可能性，实际上，系统优化目标值的改变、优化变量选用的改变、优化顺序的改变、面型公式的选择(内部变量的选择)及优化算法选用都能得出不同的变量值和面型参数，因此会有无数个满足要求的面型参数的结果。这些都属于本行业人员在不付出创造性劳动的情况下在参考上述实施例后可以通过修改而得到不同的面型参数，这些应都属于本发明的保护范围。
同样的，正光焦度透镜阵列和负光焦度透镜阵列不仅仅是传统透镜，也可以是菲涅尔透镜或者是传统透镜和菲涅尔透镜的组合。对于这些情况的优化方法，变量选择，面型公式的选择等都是一致的。对于菲涅尔透镜，可以根据优化得到的面型数据在确定环距之后，计算得出菲涅尔透镜的齿高，倾角等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种裸眼3D光学膜，其特征在于，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列；其中，
所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合。
2.根据权利要求1所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
3.根据权利要求2所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
4.根据权利要求1所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm。
5.根据权利要求4所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列。
6.根据权利要求2或4所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
7.根据权利要求1所述裸眼3D光学膜，其特征在于，所述裸眼3D光学膜包括透明平板光学元件、负光焦度透镜阵列及正光焦度透镜阵列，其中，
所述负光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的一侧，所述正光焦度透镜阵列设置于所述透明平板光学元件的另一侧，且在进行3D成像时将所述正光焦度透镜阵列与所述显示源的显示面相贴合；
所述负光焦度透镜阵列由多个第一透镜阵列排布而成，所述第一透镜为凹透镜、双凹透镜或弯月凹透镜，所述第一透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第一透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述负光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述正光焦度透镜阵列由多个第二透镜阵列排布而成，所述第二透镜为平凸透镜、双凸透镜或弯月凸透镜，所述第二透镜的中心厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的边缘厚度的取值范围为0-10mm，所述第二透镜的外接圆直径的取值范围为0-10mm；所述正光焦度透镜阵列为经填平处理后的透镜阵列；
所述第一透镜和所述第二透镜为传统透镜或菲涅尔透镜，且当所述第一透镜和所述第二透镜为菲涅尔透镜时，所述菲涅尔透镜的厚度的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的外接圆直径的取值范围为0-20mm，所述菲涅尔透镜的环距的取值范围为0.01-5mm。
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