CN110456430A - 多焦点菲涅尔透镜阵列及具有该阵列的多视显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多焦点菲涅尔透镜阵列及具有该阵列的多视显示装置。该多焦点菲涅尔透镜阵列包括：由3组或以上透镜单元结构互不相同的菲涅尔透镜子阵列拼接而成；所述透镜子阵列由一系列透镜单元周期性排列而成；在透镜单元中，具有2个或以上型号的锯齿,每一种型号的锯齿具有相同的聚光点；不同型号的锯齿高度一样，宽度不相同，交错排布。本发明的多焦点菲涅尔透镜阵列和显示装置可以解决目前双视等多视显示装置的分辨率下降、成本高、厚度、视角范围等问题，同时拓宽多视显示的应用，让显示器更加智能化、更有效率。

Description

多焦点菲涅尔透镜阵列及具有该阵列的多视显示装置

技术领域

本发明涉及多焦点菲涅尔透镜，属于指向性显示器领域，特别是涉及一种多焦点菲涅尔透镜阵列及具有该焦点菲涅尔透镜阵列的多视显示装置。

背景技术

菲涅尔透镜表面排布着很多细微的齿纹结构，具有聚焦的作用，因其成本低和便携，而被广泛应用在光路设计中。目前，现有的单焦点菲涅尔透镜应用在指向性显示器上，视角小，限制了最佳观看位置的区域范围，最佳观看区域外影像亮度较低，甚至无法观看正常影像。

另外，现有技术的指向性背光显示器显得厚重、体积大，因此，需要设计一种短焦的、具有多焦点的菲涅尔透镜运用在显示器上，来降低显示器的厚度，获取更广的观看区域，并能实现多人同时观看的新功能。

目前的裸眼3D显示器等类型的显示器主要满足单人观看，若能多人同时观看则会带来更好的体验和发挥显示器更大的作用。比如在汽车领域，随着车载导航系统已逐渐被人们所认识，其巨大的市场也引起车企的关注。车载导航系统前装市场出货量也随之迅猛增长，汽车GPS导航系统前装化将成为趋势。

然而，目前的车载显示屏主要服务于驾驶员，副驾驶员则没有较好的娱乐体验。于是，双视技术应运而生。在双视技术的支持下，驾驶员通过车载双视显示屏可以完成地图导航、路况查询等操作，而副驾驶员可以观看电影、综艺节目等等。另外，双视技术也可以广泛应用于机动游戏，家庭影院等方面，具有较好的应用前景。

然而，目前的双视等多视显示装置均普遍存在分辨率下降、成本高、厚度、视角范围等技术问题，仍需要所述领域技术人员进一步改进其结构的必要。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明的目的是提供一种新型的多焦点菲涅尔透镜阵列，旨在解决现有指向性显示系统的厚度过宽、视角受限、只限单人观看的问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提出一种多焦点菲涅尔透镜，包括：

多焦点菲涅耳透镜阵列由3组或以上透镜单元结构互不相同的菲涅尔透镜子阵列拼接而成；

同一组的菲涅耳透镜子阵列内部，具有3个或以上结构相同的透镜单元；所述结构相同的透镜单元具有相同的表面锯齿分布。

作为优选，在同一个菲涅耳透镜单元中，具有2个或以上型号的锯齿；所述锯齿具有2个或以上的型号指，在特定位置的一个背光单元(如一颗LED)照射下，透射经过同一个菲涅耳透镜单元的2种或以上型号的锯齿，光束具有2个或以上的聚光点；每一种型号的锯齿具有相同的聚光点；并且不同型号的锯齿交错排布。

作为优选，不同的菲涅耳子阵列的透镜单元具有相同数量的锯齿型号且一一对应，对应型号的锯齿宽度不同但配合不同的背光单元后形成相同的聚光点；并且每个菲涅尔透镜子阵列中透镜单元的锯齿高度一样，宽度不相同；对于同一型号的锯齿，越远离对应聚光点，锯齿的宽度越大。

本发明的一个实施方式提供一种多视显示装置，其包括：

上述记载的某一种多焦点菲涅尔透镜，导光层，背光层，以及液晶层；

所述导光层一面平整，一面为锯齿形貌；平整一面贴紧透镜，锯齿一面贴紧背光；锯齿一面每一锯齿结构对应一个菲涅耳透镜单元；同组菲涅耳透镜子阵列对应的锯齿结构相同；

所述背光层对每一个透镜单元配备2组或以上的背光列；且每一个透镜单元的背光列均与其他透镜单元的其中一背光列对应，对应的背光列同步控制，不对应的背光列独立控制；每一组对应的背光列透过透镜形成2个或以上的聚光点；

所述液晶层包括横向刷屏的TFT，交替刷新播放2个或以上不同的画面，背光层与液晶层同步刷新，前一帧在整屏完成刷新以前，提前刷新下一帧的画面，且前一帧继续刷新；

所述液晶层横向刷新时，刷新位置附近3个透镜单元对应的背光关闭，其余透镜单元，根据对应刷新的画面，打开一组对应背光列。

本发明提供的技术方案具有如下优点和有益技术效果：

1)本发明提供的新型多焦点菲涅尔透镜，能很好地降低指向性显示系统的厚度，在扩大观看范围的同时，也能维持背光的均匀分布，有效地提高了用户的观看体验。基于此新型菲涅尔透镜的裸眼3D显示器，还能实现多人观看的功能。

2)本发明具有多焦点菲涅尔透镜阵列的显示装置可以解决目前双视等多视显示装置的分辨率下降、成本高、厚度、视角范围等问题，同时拓宽多视显示的应用，让显示器更加智能化、更有效率。

附图说明

图1显示的是多焦点菲涅尔透镜结构示意图；

图2显示的是菲涅尔透镜子阵列的一个透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图；

图3显示的是菲涅尔透镜子阵列的相邻透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图；

图4显示的是不同的菲涅尔透镜子阵列的透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图；

图5显示的是多视显示装置示意图；

图6显示的是液晶刷新方式示意图；

图7显示的是双视效果示意图；

附图标记说明：

1：第一组菲涅尔透镜子阵列

1a：第一组菲涅尔透镜子阵列的第一组透镜单元

1b：第一组菲涅尔透镜子阵列的第二组透镜单元

2：第二组菲涅尔透镜透镜子阵列

2a：第二组菲涅尔透镜子阵列的第一组透镜单元

2b：第二组菲涅尔透镜子阵列的第二组透镜单元

3：第三组菲涅尔透镜透镜子阵列

3a：第三组菲涅尔透镜子阵列的第一组透镜单元

3b：第三组菲涅尔透镜子阵列的第二组透镜单元

21a:第二组菲涅尔透镜子阵列的第一组透镜单元的第一个锯齿

22a:第二组菲涅尔透镜子阵列的第一组透镜单元的第二个锯齿

a1：第一锯齿左边工作面在入射面的投影宽度

b1：第一锯齿右边工作面在入射面的投影宽度

A：背光单元L1上的一点

A1：透镜光轴上的第一聚光点

A2：透镜光轴上的第二聚光点

B：背光单元L2上的一点

C：背光单元L3上的一点

10：LCD 11：第二光学膜 12：第三导光层

13：LED 14：光学隔板 15：第二导光层

16：第一光学膜 17：第一导光层

18：双视显示屏 19：主驾驶的视区范围

20：副驾驶的视区范围 21：某时刻的显示屏显示内容

21a：第一视频源图像 21b：第二视频源图像

22：下一时刻显示屏刷新后的显示内容23：再下一时刻显示屏刷新后的显示内容

具体实施方式

为了能够更清晰地了解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图对本发明进行详细介绍。

本发明公开了一种多焦点菲涅尔透镜阵列及具有该阵列的多视显示装置。该多焦点菲涅尔透镜阵列包括：由3组或以上透镜单元结构互不相同的菲涅尔透镜子阵列拼接而成；所述透镜子阵列由一系列透镜单元周期性排列而成；在透镜单元中，具有2个或以上型号的锯齿,每一种型号的锯齿具有相同的聚光点；不同型号的锯齿高度一样，宽度不相同，交错排布。

本发明的多焦点菲涅尔透镜阵列和显示装置可以解决目前双视等多视显示装置的分辨率下降、成本高、厚度、视角范围等问题，同时拓宽多视显示的应用，让显示器更加智能化、更有效率。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

图1为本实施例的多焦点菲涅尔透镜，其包括一入射面和一出射面，在所述出射面上包括3组透镜单元结构互不相同的菲涅尔透镜子阵列1、2、3，同一组的菲涅耳透镜子阵列内部。

在本实施例中，第一组菲涅尔透镜子阵列1的第一组透镜单元1a和第二组透镜单元1b，第二组菲涅尔透镜子阵列2的第一组透镜单元2a和第二组透镜单元2b、第三组菲涅尔透镜子阵列3的第一组透镜单元3a和第二组透镜单元3b，同一组的菲涅耳透镜子阵列的各透镜单元具有相同的表面锯齿分布。

其中，所述透镜单元包括：

如图1局部放大图所示，在一个菲涅耳透镜单元2a中，沿着透镜单元中心至透镜单元边缘的方向，依次分布有第21a、22a、…个不同型号的锯齿，每个锯齿的高度一样，但每个锯齿的左、右边工作面在入射面的投影的宽度(a和b)不同，即b1<b2<b3…<bi，a1>a2>a3…>ai；不同型号的锯齿交错排布。

下面对多焦点菲涅尔透镜的工作原理进一步说明：

图2示意图为本发明的菲涅尔透镜子阵列的一个透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图。

所述的锯齿的齿深一致，但宽度不同，并且每个锯齿都有两个工作面。背光单元与对应透镜单元光轴相交处的b背光单元L₁上的一点A发出的光线通过相同型号锯齿的右工作斜面，设置适当的齿深和齿宽，使光从锯齿斜边的中心点出射，根据折射定律光线将重新聚焦到透镜光轴上的视区内的第一聚光点A-1；背光单元L₁上的点A发出的光线通过相同型号的锯齿的左工作斜边，光从锯齿斜边的中心点出射，重新聚焦到透镜光轴上的视区内的第二聚光点A-2。

可见，特定位置的一个背光单元照射下，透射经过同一个菲涅耳透镜单元的2种或以上型号的锯齿，光束具有2个或以上的聚光点。

图3示意图为菲涅尔透镜子阵列的相邻透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图。2a和2b是同一组菲涅尔透镜子阵列的相邻透镜单元，它们具有相同的表面锯齿分布。通过控制背光单元L₁上的一点A和背光单元L₂上的一点B，可以使得透镜单元上相同型号的锯齿将背光单元发出的光线聚焦到相同的聚光点A-1和A-2。

图4示意图为不同的菲涅尔透镜子阵列的透镜单元上的锯齿对光线的聚焦示意图。2a和3b是不同组菲涅尔透镜子阵列的两个透镜单元，它们具有相同数量的锯齿但表面锯齿分布不一样。通过控制背光单元上的一点A和背光单元L₃上的一点C以及调整透镜单元的锯齿的结构参数，可以使得透镜单元上的锯齿将背光单元发出的光线聚焦到相同的聚光点A-1和A-2。

可知，同一个菲涅耳透镜单元中，在特定位置的一个背光单元(如一颗LED)照射下，透射经过同一个菲涅耳透镜单元的2种或以上型号的锯齿，光束具有2个或以上的聚光点。另外，不同的菲涅耳子阵列的透镜单元具有相同数量的锯齿型号且一一对应，即对应型号的锯齿宽度不同但配合不同的背光单元后形成相同的聚光点；对于同一型号的锯齿，越远离对应聚光点，锯齿的宽度越大。

本发明实施例的菲涅尔透镜的锯齿宽度总体上变化范围小，变化趋势平缓，有效减少了加工误差引起的菲涅耳透镜亮度缺陷、亮度分布不均匀和莫尔条纹的问题；巧妙设计了具有特定齿宽分布的菲涅尔透镜单元，利用双工作面的锯齿对光线的聚焦实现多焦点的功能。

实施例2

如图5所示的是基于多焦点菲涅尔透镜阵列的多视显示屏结构，包括多焦点菲涅尔透镜阵列、液晶层10、导光层、背光层等。

所述导光层包括：第一导光层17、第一光学膜16、第二导光层15、第三导光层12、以及第二光学膜11。

该第一导光层17出射光扩散，增透，形成柱状光源。

该第一光学膜16使出射光发光中心方向朝向透镜，提高能效，减少反光。

该第二导光层15出射光二次扩散，消除第一光学膜周期特性，并防反光。

该第三导光层12增加光程，减少系统厚度，与背光结构贴合，作为支撑，下表面呈锯齿结构，形成所需规定区域的所需光分布(背光曲线)。

该第二光学膜11为主体分光膜层，将出射光分为两个互不影响的(照明)观看范围，形成两个同屏异视视区。

所述背光层包括：对每一个透镜单元配备2组或以上的背光列；且每一个透镜单元的背光列均与其他透镜单元的其中一背光列对应，对应的背光列同步控制LED13，不对应的背光列独立控制；每一组对应的背光列透过透镜形成2个或以上的聚光点；

所述液晶层10包括：横向刷屏的TFT，交替刷新播放2个或以上不同的画面，背光层与液晶层同步刷新，前一帧第一视频源图像21a在整屏完成刷新以前，提前刷新下一帧的第二视频源图像21b，且前一帧继续刷新，达到高帧率的要求。液晶层横向刷新时，刷新位置附近3个透镜单元对应的背光关闭，其余透镜单元，根据对应刷新的画面，打开一组对应背光列。

如图6所示，可以清晰表达出连续时刻两个视频源图像的变化：某时刻的显示屏显示内容21，下一时刻显示屏刷新后的显示内容22，再下一时刻显示屏刷新后的显示内容23。

实施例3

下面说明本发明实施例的显示装置，其包括上述实施例1、实施例2所述的多焦点菲涅尔透镜及显示屏(多视显示装置)。

图7所示的是应用该多焦点菲涅尔透镜的双视效果图。背光单元配合本发明的多焦点菲涅尔透镜等构成的光学结构形成两个视区，每个视区有较宽的观看范围。

该多视显示装置应用在车载显示领域，在双视技术的支持下，提供驾驶位与副驾位两位置观看与屏幕同等分辨率，但画面不同的显示内容。驾驶员通过车载双视显示屏可以完成地图导航、路况查询等操作，而副驾驶员可以观看电影、综艺节目等等。在呈现图像时，亮度分布均匀观看效果好，优化了用户在不同视区的观看效果。

本发明的多焦点菲涅尔透镜阵列和显示装置可以解决目前双视等多视显示装置的分辨率下降、成本高、厚度、视角范围等问题，同时拓宽多视显示的应用，让显示器更加智能化、更有效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种多焦点菲涅尔透镜阵列，其特征在于其包括：

由3组或以上透镜单元结构互不相同的菲涅尔透镜子阵列拼接而成；

所述透镜子阵列由一系列透镜单元周期性排列而成；

所述透镜单元具有2个或以上型号的锯齿，每一种型号的锯齿具有相同的聚光点；不同型号的锯齿高度一样，宽度不相同，交错排布。

2.如权利要求1所述的多焦点菲涅尔透镜阵列，其特征在于：

同一组的菲涅耳透镜子阵列内部，具有3个或以上结构相同的透镜单元；所述结构相同的透镜单元指各透镜单元具有相同的表面锯齿分布；

所述锯齿具有2个或以上的型号指，在特定位置的一个背光单元(如一颗LED)照射下，透射经过同一个菲涅耳透镜单元的2种或以上型号的锯齿，光束具有2个或以上的聚光点；每一种型号的锯齿具有相同的聚光点；不同型号的锯齿交错排布。

3.如权利要求2所述的多焦点菲涅尔透镜阵列，其特征在于：

不同的菲涅耳子阵列的透镜单元具有相同数量的锯齿型号且一一对应，即对应型号的锯齿宽度不同但配合不同的背光单元后形成相同的聚光点。

4.如权利要求2所述的多焦点菲涅尔透镜阵列，其特征在于：对于同一型号的锯齿，越远离对应聚光点，锯齿的宽度越大。

5.一种具有多焦点菲涅尔透镜阵列的多视显示装置，其特征在于其包括：权利要求1-4中任一项所述的多焦点菲涅尔透镜阵列，导光层，背光层，以及液晶层；

所述导光层一面平整，一面为锯齿形貌；平整一面贴紧透镜，锯齿一面贴紧背光层；锯齿一面每一锯齿结构对应一个菲涅耳透镜单元；

所述背光层对每一个透镜单元配备2组或以上的背光列；且每一个透镜单元的背光列均与其他透镜单元的其中一背光列对应，对应的背光列同步控制，不对应的背光列独立控制；

所述液晶层包括横向刷屏的TFT，交替刷新播放2个或以上不同的画面，上述背光层与液晶层同步刷新，前一帧在整屏完成刷新以前，提前刷新下一帧的画面，且前一帧继续刷新。

6.如权利要求5所述的多视显示装置，其特征在于：所述导光层中，同组菲涅耳透镜子阵列对应的导光层的锯齿结构相同。

7.如权利要求4所述的多视显示装置，其特征在于：所述背光层中，每一组透镜单元对应的背光列透过透镜形成2个或以上的聚光点。

8.如权利要求4所述的多视显示装置，其特征在于：

所述液晶层横向刷新时，刷新位置附近3个透镜单元对应的背光关闭，其余透镜单元，根据对应刷新的画面，打开一组对应背光列。