CN112835206A - 三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种三维显示装置，属于显示技术领域，包括指向性背光板，用于将光源发出的光线进行准直；空间光调制器，用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像；谐衍射透镜阵列，用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点；可以解决现有的裸眼3D显示装置的衍射效率低、难以消除零级光的影响的问题；由于谐衍射透镜阵列具有更高的衍射效率，因此可以根据空间光调制器上滤光片的中心波长设计谐衍射透镜阵列的谐衍射的相位因子，使得不同波长的出射光聚焦至空间同一点以实现裸眼彩色3D显示，可以消除色散；同时谐衍射透镜阵列为连续形面，理论衍射效率可以达到100％，可以提高衍射效率，从而提高光能利用率。

Description

三维显示装置

技术领域

本申请涉及一种三维显示装置，属于显示技术领域。

背景技术

三维(3Dimensions，3D)显示技术是指使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的二维平面上的技术。3D显示技术包括眼镜式和裸眼式，眼镜式3D显示技术需要借助额外的辅助设备(比如3D眼镜等)才能观察到立体图像。而裸眼式3D显示技术由于无需辅助设备、观看便捷等因素成为未来3D显示技术的主要发展趋势。

基于视差原理的裸眼3D显示技术包括视障法、微柱透镜法等。在这些技术中，视障屏或者微柱透镜阵列被设置在液晶显示面板表面以实现不同视角的图像在空间角度上的分离。现有的裸眼3D显示装置包括背光板、空间光调制器和位相板，其中，位相板为普通衍射元件。

然而，现有的普通衍射元件的裸眼3D显示装置的衍射效率低，难以消除零级光的影响，光能利用率不高。

发明内容

本申请提供了一种三维显示装置，可以解决现有的裸眼3D显示装置的衍射效率低、难以消除零级光的影响的问题。本申请提供如下技术方案：提供一种三维显示装置，包括：

指向性背光板，用于将光源发出的光线进行准直；

空间光调制器，用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像；

谐衍射透镜阵列，用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点。

可选地，所述光源为面阵点光源；所述指向性背光板包括第一遮光板和位于所述第一遮光板一个表面上微纳光学膜；

所述遮光板包括：与所述面阵点光源上每个点光源相对的小孔；

所述微纳光学膜包括透镜阵列，所述透镜阵列中的每个透镜的焦点与所述小孔相对。

可选地，所述微纳光学膜第一微纳光学膜，所述第一微纳光学膜用于对光源的波形进行调整，得到平顶波形。

可选地，所述第一微纳光学膜上的微纳结构为衍射光学元件DOE。

可选地，所述微纳光学膜包括第二微纳光学膜，所述第二微纳光学膜用于对入射的光线准直。

可选地，所述第二微纳光学膜为微透镜阵列、菲涅尔波带片阵列、菲涅尔透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。

可选地，所述面阵点光源上不同点光源之间的间距相同。

可选地，所述谐衍射透镜阵列包括多个像素单元，每个像素单元为一个谐衍射透镜或者为一个谐衍射透镜的一部分，所述像素单元用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至所述目标视点。

可选地，所述目标视点的数量为n个，所述n为正整数；

n个像素单元构成一个体像素，每个体像素中的n个像素单元与n个目标视点一一对应。

可选地，每个体像素中的n个像素单元具有不同的周期和不同取向，以使入射的具有不同波长的光线会聚至对应的目标视点。

可选地，所述空间调制器包括多个子像素，所述多个子像素的位置与所述多个像素单元的位置一一对应。

可选地，不同像素单元之间设置有第二遮光板。

可选地，所述空间光调制器位于所述指向性背光板和所述谐衍射透镜阵列之间；或者，谐衍射透镜阵列位于所述指向性背光板和所述空间光调制器之间。

本申请的有益效果在于：通过设置指向性背光板，用于将光源发出的光线进行准直；空间光调制器，用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像；谐衍射透镜阵列，用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点；可以解决现有的裸眼3D显示装置的衍射效率低、难以消除零级光的影响的问题；由于谐衍射透镜阵列与普通衍射元件相比具有更高的衍射效率，因此，可以根据空间光调制器上滤光片的中心波长设计谐衍射透镜阵列的谐衍射的相位因子，使得不同波长的出射光聚焦至空间同一点，以实现裸眼彩色3D显示，可以消除色散；同时谐衍射透镜阵列为连续形面，理论衍射效率可以达到100％，可以提高衍射效率，从而提高光能利用率。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的谐衍射透镜的塌陷过程示意图；

图2是本申请一个实施例提供的谐衍射透镜的俯视图；

图3是本申请一个实施例提供的谐衍射透镜与普通衍射元件的厚度比较示意图；

图4是本申请一个实施例提供的多种谐衍射透镜阵列中锯齿型棱镜的剖视图；

图5是本申请一个实施例提供的三维显示装置的结构示意图；

图6是本申请一个实施例提供的三维显示装置中裸眼3D显示的示意图；

图7是本申请一个实施例提供的指向性背光板的结构示意图；

图8是本申请一个实施例提供的谐衍射透镜像素化过程的示意图；

图9是本申请一个实施例提供的谐衍射透镜阵列的像素单元与空间光调制器的子像素对应的示意图；

图10是本申请另一个实施例提供的三维显示装置中裸眼3D显示的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

需要说明的是，结合附图所阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示其中可以实践本文所描述的概念的唯一配置。本文中所记载的装置实施例和方法实施例将在下面的详细描述中进行描述，并在附图中通过各种框、模块、单元、组件、电路、步骤、过程、算法等等(统称为“要素”)来予以示出。这些要素可以使用电子硬件、计算机软件或者其任意组合来实现。至于这些要素是实现为硬件还是软件，取决于特定应用和施加在整体系统上的设计约束。本申请的说明书和权利要求书以及说明书附图中的术语如果使用“第一”、“第二”等描述，该种描述是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

需要说明的是，在没有明示的特别说明的情况下，本申请各实施例中的各项技术特征可视为能够进行相互组合或者结合，只要该种组合或者结合不是因为技术的原因而无法实施。为了较为充分的说明本申请，一些示例性的，可选地，或者优选的特征在本申请各实施例中与其他技术特征结合在一起进行描述，但这种结合不是必须的，而应该理解该示例性的，可选地，或者优选的特征与其他的技术特征都是彼此可分离的或者独立的，只要该种可分离或者独立不是因为技术的原因而无法实施。方法实施例中的技术特征的一些功能性描述可以理解为执行该功能、方法或者步骤，装置实施例中的技术特征的一些功能性描述可以理解为使用该种装置来执行该功能、方法或者步骤。

首先，对本申请涉及的若干名词进行解释。

谐衍射透镜(Harmonic Diffractive Element，HDE)：是指一个面为平面，另一面刻有同心圆倾斜螺纹的透镜。其中，螺纹的倾角和半径由螺纹对光汇聚至焦点的位置要求决定，谐衍射透镜能够通过结构设计克服色散影响，使多个波长的光汇聚至空间同一点。

由于普通衍射光学元件使用+1级次衍射光，会表现出很大的负色散。基于这个问题，利用谐衍射理论进行谐衍射透镜设计，相比于普通衍射使用+1级，谐衍射的设计方法是使用+m阶衍射光，其色散性能介于普通衍射与折射之间。

谐衍射透镜通过增加普通衍射元件表面微结构的刻蚀深度，改变其相位调制函数，使其在相邻环带的相位差等于2π的整数倍。利用谐衍射在多个分立谐波长能够实现100％的理论衍射效率，且不同谐波长在不同衍射级次实现相同光焦度的特点，提出了在可见光宽波段内实现谐衍射消色差以及在光学系统中应用谐衍射来实现多波段共路共焦的思想。谐衍射能克服普通衍射元件因色散而产生的离焦，并在一系列谐波长上具有相同的光焦度，而且理论上能够保持100％的衍射效率。红R、绿G和蓝B光具有相同的光焦度，即经过线性菲尼尔透镜后同一个像素的R、G和B光具有相同的焦点聚焦在同一处，实现彩色3D显示。

参考图1和图2所示的谐衍射透镜的示意图，普通球面透镜(最右侧)的表面相位分布可以为多个2π的叠加，不同的相位可以使光线发生不同程度的弯曲。将透镜表面的相位以2π为单元进行分割，再进行塌陷，去除2π整数倍的相位留下余数，余数为0-2π分布，最后形成同心圆环。

根据谐衍射理论，谐波长满足如下公式：

其中，λ₀为设计波长，λ为实际入射光的中心波长，p为谐衍射的相位因子，m为衍射阶次。通过合理设计p和m，来保证三种不同波长的子像素(R、G和B)发出的入射光束经过谐衍射透镜，能获得较高的衍射效率。

台阶数与衍射效率有对应关系：

λ₀为设计波长，λ为实际入射光的中心波长，p为谐衍射的相位因子，m为衍射阶次。根据上述公式可知，台阶数越多，衍射效率越高，而连续界面的台阶数趋于无穷大，因此，衍射效率接近100％。

根据这种谐衍射的设计方法设计的谐衍射透镜的高度为：

其中，n为折射率。

从剖面看，谐衍射透镜的表面由一系列锯齿型棱镜(锯齿形光栅或称闪耀光栅或称闪耀环带)组成，中心部分是椭圆型弧线。每个棱镜都与相邻棱镜之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点，棱镜高度为与设计波长有关。若棱镜的塌陷单位为P*2π，则所有同心圆环的半径相应同时扩大，而棱镜高度也同时扩大P倍，但是焦距仍然不变。

衍射透镜焦平面上的能量分布可看作光线通过各锯齿形棱镜之后在焦平面干涉的结果。若光线的波长为λ，则其焦距为：

其中，λ₀为设计波长，f₀为设计波长的焦距。

与普通的衍射透镜相比较，HDE环带间光程差为pλ₀，不是λ₀。相当于设计波长为pλ₀，焦距为f₀的特殊透镜。若对波长为λ的光线的m级次成像，则其焦距为：

有效焦距与谐衍射的相位因子p、衍射级次m有关。如果f₀的的系数为1，则第m衍射级次的焦点与设计波长的焦点重合，达到消除色散的目的。

图3中(a)为普通衍射元件的厚度，(b)为谐衍射透镜的厚度。

可选地，参考图4，锯齿型棱镜可以是三棱锥(a)；或者，是至少一个平面是曲面的三棱锥(b)和(c)；或者，是至少一个平面是曲面的四棱台(d)。锯齿型棱镜的倾角、深度等信息可以通过上述公式根据实际需求计算得到，以使宽光谱的入射光经过像素上微纳米结构的调制，出射光具有一定方向性和指向性。

谐衍射透镜的棱镜结构可以由灰度光刻、激光刻蚀等方法制备，并且可以通过超声清洗洗去表面多余残胶，采用热烘方式平整表面形貌，最大限度消除因加工误差产生的结构毛刺导致的色散。

可选地，谐衍射透镜包括线性菲涅耳透镜。

图5是本申请一个实施例提供的三维显示装置的结构示意图，如图5所示，该三维显示装置至少包括：指向性背光板110、空间光调制器120和谐衍射透镜阵列130。

指向性背光板110是用来照明被动发光显示装置如液晶显示屏的光源装置。指向性是指将光线偏转到特定方向。指向性背光板110用于将光源140发出的光线进行准直。

可选地，光源140可以作为三维显示装置的组成单元(比如：作为指向性背光板110的一部分)；当然，光源140也可以作为独立的组件设置在三维显示装置之外。

可选地，光源140为面阵点光源。面阵点光源包括分布在指向性背光板110背部的多个点光源。可选地，每个点光源为单色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)。面阵点光源可以是白色LED灯珠阵列，本实施例不对面阵点光源的实现方式作限定。

空间光调制器120用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像。

谐衍射透镜阵列130用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点。

可选地，空间光调制器120设置于指向性背光板110与谐衍射透镜阵列130之间(如图5所示)；或者，谐衍射透镜阵列130设置于指向性背光板110与空间光调制器120之间。

参考图6所示的裸眼3D的显示应用示意图，指向性背光板110用于将光源140发出的光线转换为准直光束B1；空间光调制器120位于准直光束B1传输方向上，用于对准直光束进行振幅调制，并将多视角混合图像信息加载至准直光束B1，得到准直光束B2；谐衍射透镜阵列130位于准直光束B2传输方向上，用于将准直光束B2变换至目标视点，这样，不同用户可以在目标视点观察到图像，实现大视场下的裸眼3D显示。

需要补充说明的是，准直光束B2包括多种波长的光束，比如：R、G、B三种颜色波长的光束，基于谐衍射透镜的特性(公式1和4)，通过合理设计谐衍射透镜阵列130的相位因子p和衍射级次m，可以使得具有不同波长的光束发生谐衍射并会聚至同一视点。此时，谐衍射透镜阵列130只需要同一谐衍射透镜结构即可实现将三种颜色的光束会聚至同一视点。而不需要像普通衍射元件一样，不同颜色波长的光束需要对应不同的衍射结构，可以简化三维显示装置的结构。

另外，本申请所提及的准直光、平行光或指向性光是指发散角半高宽在30°以内的出射光线。优选地，出射光线的发散角半高宽在10°范围内。

参考图7，指向性背光板110包括第一遮光板111和位于第一遮光板一个表面上微纳光学膜112。

第一遮光板111包括：与面阵点光源上每个点光源相对的小孔1111；微纳光学膜112包括透镜阵列，透镜阵列中的每个透镜1121的焦点与小孔相对。

其中，第一遮光板111的小孔1111用于将点光源140发出的光引导至微纳光学膜112对应的透镜，且对应位置的光不会发散至其它位置的透镜。

可选地，第一遮光板111可以是单层；或者，也可以是多层，本实施例不对第一遮光板111的层数作限定。

可选地，第一遮光板111可以通过激光直写方式制备出小孔阵列，每个小孔直径范围为1-30um，每个小孔的位置与点光源的位置严格对应，可以有效约束LED点光源的发散角。

微纳光学膜112用于对入射的光线进行准直，将该光线调节为平行光源。微纳光学膜112还用于将光源的波形转化为平顶波形。

可选地，微纳光学膜112包括第一微纳光学膜，第一微纳光学膜用于对光源的波形进行调整，得到平顶波形。示意性地，第一微纳光学膜上的微纳结构为衍射光学元件(Diffractive Optical Elements，DOE)。

可选地，微纳光学膜112包括第二微纳光学膜，第二微纳光学膜用于对入射的光线准直。第二微纳光学膜上的微纳结构具有光学屈光度，可对光线进行光场变换。出射光线为某个(或某几个)特定角度的平行照明光线，或某个(或某几个)特定角度的汇聚光线。示意性地，第二微纳光学膜为微透镜阵列、菲涅尔波带片阵列、菲涅尔透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。

可选地，面阵点光源140上不同点光源之间的间距相同，即均匀分布。相应地，基于点光源的分布方式，第一遮光板111上的小孔1111也均匀分布、微纳光学膜112上的透镜也均匀分布。

微纳光学膜112可以利用机械加工，灰度光刻直写，激光刻蚀等工艺能够加工，并利用压印技术实现批量复制。结构设计中，通过优化微纳光学膜的焦距以及LED点光源的周期，可以实现出射光的较小入射角和良好的均匀性。

按照光线的传输方向，指向性背光板110的堆叠顺序依次为：第一遮光板111和微纳光学膜112。可选地，当三维显示装置还包括光源140时，按照光线的传输方向，指向性背光板110的堆叠顺序依次为：光源140、第一遮光板111和微纳光学膜112。

空间光调制器120用于振幅调制，即加载多视角视差图像。其中，视差图像可以是对实景拍摄得到；或者，也可以是由电脑软件合成，本实施例不对视差图像的来源作限定。

可选地，空间光调制器120包括显示面板、驱动电路、控制系统和软件控制等，本实施例不对空间光调制器120的具体结构作限定。根据具体应用领域需要，空间光调制器120可以实现单色或彩色显示。

可选地，空间光调制器120可以是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。空间光调制器120包括多个子像素，每个子像素包括R像素、G像素和B像素。

谐衍射透镜阵列130包括多个像素单元，每个像素单元为一个谐衍射透镜或者为一个谐衍射透镜的一部分，像素单元用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点。

可选地，谐衍射透镜阵列130的谐衍射的相位因子可以根据液晶面板上滤光片的中心波长决定，设计谐衍射的相位因子、透镜中心波长使得液晶面板上RGB三种波长的出射光聚焦至空间同一点，并且有很高的衍射效率。

图6中以带有视差图像的光经过谐衍射透镜被聚焦至一个目标视点为例进行说明。由于在观察空间内，只有在视点位置才能观察到视差图像，在别的位置不能观察到视差图像。为了扩大观察视野，可以通过将谐衍射透镜像素化将视差图像汇聚至多个目标视点。由于目标视点的空间位置与谐衍射透镜的中心位置相对应，因此，可以通过设计不同谐衍射透镜中心点的坐标，实现将视差图像汇聚至多个目标视点。

参考图8所示的谐衍射透镜的像素化过程，若目标视点的数量为n(图8中以n＝4为例进行说明，在实际实现时n为正整数)，则将n个谐衍射透镜划分为m个部分(m为正整数)，n个谐衍射透镜的中心位置与n目标视点的空间位置一一对应；n个谐衍射透镜中的一个部分共同组成一个体像素81。此时，如果有一束平行光入射至体像素81内，则在自由空间范围内将形成n个目标视点。也即是说，谐衍射透镜阵列130的n个像素单元构成一个体像素，每个体像素中的n个像素单元与n个目标视点一一对应。

如果将单个谐衍射透镜分成更多的部分，那么相应会有更多的体像素，进而视差图象将拥有更高的分辨率。

如果增加谐衍射透镜的数量，那么在空间内将形成更多的视点，更多的视差图象会被聚集至空间视点位置，观察的视角范围会增大，视差信息量增多。

可选地，每个谐衍射透镜中的n个部分是均分得到的。

可选地，每个体像素81中的n个像素单元具有不同的周期和不同取向，以使入射的具有不同波长的光线会聚至对应的目标视点。

空间光调制器120中多个子像素的位置与体像素81中多个像素单元的位置一一对应。换句话说，空间光调制器120中多个子像素的位置与体像素81中多个像素单元的位置一一对准。

参考图9所示的空间光调制器120中一个子像素91与体像素81中一个像素单元131对应的示意图。通过对应的像素单元131，能使对应位置上的子像素91中的RGB光线(不同波长的光线)同时汇聚至空间内同一点，而没有色散。子像素91与谐衍射透镜像素阵列中的像素单元131进行严格对准，使得经过单个液晶面板像素的光只能通过对应的像素单元131，而不会透过其他像素单元。谐衍射透镜针对液晶的滤光片透过波长设计结构，使得三色波长的光汇聚于空间同一焦点，因此无需为不同颜色的光设计不同的衍射结构。

可选地，在实际设计中，可以优化谐衍射透镜像素的形状大小；或者，在不同的像素单元之间添加第二遮光板使得液晶像素的出射光不至于泄露至相邻像素单元中。此时，不同像素单元131之间设置有第二遮光板。

参见图10所示的谐衍射透镜阵列实现多视点的示意图。图10中以目标视点的数量为4个为例进行说明，此时，谐衍射透镜阵列的每个体像素有四个子像素，每个子像素能将出射光聚焦至对应的目标视点位置处。如图10，透过空间光调制120的光经过谐衍射透镜之后被改变方向，对应序号为1的信息被聚焦至视点1处，其他序号的信息被聚焦至相应序号的视点位置处。通过实景拍摄或者电脑软件合成产生的不同的视差图被聚焦至各视点位置，人眼处于不同的空间位置能观察到不同的视差图，实现裸眼3D的效果。

可选地，在实际结构设计中，可以调整谐衍射透镜像素的形状使之更加匹配空间光调制器，也可以再两者之间添加遮光板进一步约束发散角。体像素内的子像素数量可以增加，进而增加视点数量，拓宽观察范围。

综上所述，本实施例提供的三维显示装置，通过设置指向性背光板，用于将光源发出的光线进行准直；空间光调制器，用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像；谐衍射透镜阵列，用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点；可以解决现有的裸眼3D显示装置的衍射效率低、难以消除零级光的影响的问题；由于谐衍射透镜阵列与普通衍射元件相比具有更高的衍射效率，因此，可以根据空间光调制器上滤光片的中心波长设计谐衍射透镜阵列的谐衍射的相位因子，使得不同波长的出射光聚焦至空间同一点，以实现裸眼彩色3D显示，可以消除色散；同时谐衍射透镜阵列为连续形面，理论衍射效率可以达到100％，可以提高衍射效率，从而提高光能利用率。

另外，谐衍射透镜阵列中的一个像素单元就可以实现将不同波长的出射光聚焦至空间同一点，因此，无需为不同波长的光设计不同的衍射结构，可以简化三维显示装置的结构。

另外，相对于传统的相位板，由于谐衍射透镜阵列无需为不同波长的光设计不同的衍射结构，因此，会更加轻薄，可以集成于手机平板等小型设备中，实现轻薄地裸眼彩色3D显示，扩大了应用场景。

另外，通过直接在遮光板上设置小孔，并在遮光板上设置微纳光学膜以形成指向性背光板；可以解决现有的背光板需要集成导光板、遮光板和至少一层光学膜，导致背光板的体积较大，难以集成在小型设备中的问题；由于指向性背光板无需设计导光板，直接通过遮光板实现导光，可以减小背光板的体积，使得背光板可以集成于手机平板等小型设备中，实现轻薄地裸眼3D彩色显示，扩大了应用场景。

另外，指向性背光板可模块化设计，每个模块实现相对独立的单个光学特性(照明均匀性、出射光发散角等)，使各参数解耦，设计简单方便，光学参数易调。

另外，三维显示装置由多个薄膜光器件堆叠组成的指向性背光板和谐衍射透镜组成，可与现有液晶屏幕构架兼容，应用领域广阔，结构紧凑，体积轻薄。

另外，指向性背光板和谐衍射透镜可通过现有的纳米压印技术工业化生产，制作工艺成熟，生产难度较低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种三维显示装置，其特征在于，所述三维显示装置，包括：

指向性背光板，用于将光源发出的光线进行准直；

空间光调制器，用于对接收到光线进行振幅调制，并加载多视角视差图像；

谐衍射透镜阵列，用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至目标视点。

2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述光源为面阵点光源；所述指向性背光板包括第一遮光板和位于所述第一遮光板一个表面上微纳光学膜；

所述遮光板包括：与所述面阵点光源上每个点光源相对的小孔；

所述微纳光学膜包括透镜阵列，所述透镜阵列中的每个透镜的焦点与所述小孔相对。

3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，所述微纳光学膜包括第一微纳光学膜，所述第一微纳光学膜用于对光源的波形进行调整，得到平顶波形。

4.根据权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于，所述第一微纳光学膜上的微纳结构为衍射光学元件DOE。

5.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，所述微纳光学膜包括第二微纳光学膜，所述第二微纳光学膜用于对入射的光线准直。

6.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，所述第二微纳光学膜为微透镜阵列、菲涅尔波带片阵列、菲涅尔透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。

7.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，所述面阵点光源上不同点光源之间的间距相同。

8.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述谐衍射透镜阵列包括多个像素单元，每个像素单元为一个谐衍射透镜或者为一个谐衍射透镜的一部分，所述像素单元用于将接收到的具有不同波长的光线会聚至所述目标视点。

9.根据权利要求8所述的三维显示装置，其特征在于，所述目标视点的数量为n个，所述n为正整数；

n个像素单元构成一个体像素，每个体像素中的n个像素单元与n个目标视点一一对应。

10.根据权利要求9所述的三维显示装置，其特征在于，每个体像素中的n个像素单元具有不同的周期和不同取向，以使入射的具有不同波长的光线会聚至对应的目标视点。

11.根据权利要求8所述的三维显示装置，其特征在于，所述空间调制器包括多个子像素，所述多个子像素的位置与所述多个像素单元的位置一一对应。

12.根据权利要求8所述的三维显示装置，其特征在于，不同像素单元之间设置有第二遮光板。

13.根据权利要求1至12任一所述的三维显示装置，其特征在于，所述空间光调制器位于所述指向性背光板和所述谐衍射透镜阵列之间；或者，谐衍射透镜阵列位于所述指向性背光板和所述空间光调制器之间。

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