CN204044385U - 一种3d成像光栅组件及3d显示装置 - Google Patents

Abstract

为解决现有的分光透镜阵列由于厚度较大，导致体积大、重量重，不利于加工和安装的问题，本实用新型实施案例提供了一种3D成像光栅组件及3D显示装置。一种3D成像光栅组件，包括分光透镜阵列光栅及准直透镜阵列光栅；所述准直透镜的宽度为显示面板的像素或子像素的宽度的1/N，所述分光透镜的宽度为所述显示面板上视点组的宽度的M倍；其中，所述N、M为自然数。本实用新型提供的3D成像光栅组件，可降低该分光透镜阵列光栅的厚度，3D成像光栅组件的厚度更低，降低了其重量，使其可以采用全贴合的方式，直接安装在显示面板的表面，因此简化了其安装工艺。同时，其加工过程也较简单，适合大批量生产。

Description

一种3D成像光栅组件及3D显示装置

技术领域

本实用新型涉及3D显示领域，尤其指3D显示中应用的柱面透镜式(LC)3D显示。

背景技术

目前的3D(即3Dimension，中文：三维)显示技术可以分为裸眼式和眼镜式两种。而裸眼式3D技术可分为透镜阵列式、屏障栅栏式和指向光源式三种，每种技术的原理和成像效果都有一定的差别。

其中，屏障栅栏式(英文全称：Parallax Barriers，中文也有翻译成视差屏障或视差障栅的)，其原理和偏振式3D较为类似，其原理是在显示面板前方或者后方设置一光栅，该光栅设有透光的透光狭缝和透光狭缝之间不透光的光栅线；这些透光狭缝宽几十微米，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。在立体显示模式下，应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使显示面板上的左眼图像进入右眼、右眼图像进入左眼，最终使观者获得3D成像生理心理体验。

柱状透镜(Lenticular Lens)技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术，其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层分光透镜阵列，这样透镜就能以不同的方向投影每个像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的像素。因为柱状透镜不会阻挡背光，因此画面亮度能够得到很好地保障。不过由于它的3D显示基本原理仍与视差障壁技术有异曲同工之处，所以分辨率仍是一个比较难解决的问题。

指向光源式(Directional Backlight)3D技术搭配LED(发光二极管)，配合快速反应的LCD光栅和驱动方法，让3D内容以排序(sequential)方式进入观看者的左右眼互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。

上述描述了三种裸眼式3D的原理。其中，以应用在户外显示为例，在户外影像显示中，户外3D显示技术有着广泛的应用范围，包括在户外广告、户外显示等在内的领域。户外3D显示技术利用透镜的分光功能形成3D显示效果，3D显示可以使画面更加逼真，更加吸引受众的注意力，从而达到更好的广告宣传效果。

然后现有LED或LCD面板3D显示仍然存在一定的问题，因为3D显示的显示面板一般较大，因此一般采用LED发光灯在横向、纵向上呈阵列分布后形成LED的显示面板，每一个LED发光灯即作为一个图像像素(也即发光光源)，这使得一般LED或LCD的显示屏体积较大。当然，室内的某些大型3D显示装置的显示面板的体积也较大。

户外的观察距离一般较远(数十米乃至100米级范围)，要实现较远距离的3D观察效果，如图1所示，一般采用较厚的透明基材上形成柱状透镜的方式，上述柱状透镜成阵列排布。或者也可以这样理解：图1中的若干平行的长条状柱状透镜101从左向右排列成阵列，形成柱状透镜阵列10，其中柱状透镜阵列10的底面为平整平面102，顶面形成若干阵列分布的半圆柱面104，即该柱状透镜阵列10的横截面上部为若干半圆形排列的形状。柱状透镜阵列10下方的显示面板12的上的图像通过左眼图像121和右眼图像122复合而成，通过该分光透镜阵列10的分光作用，将左眼图像、右眼图像分别投送给观察者的眼睛14。即分别将左眼图像121投射给左眼，将右眼图像122投射给右眼。采用这种方式，因现有显示面板的各像素一般为LED发光二极管作为发光光源，该LED发光灯发出的光线为发散光，这就需要将显示面板放置在分光透镜阵列的焦平面上，才能实现3D显示的功能。

故现有的柱状透镜阵列与显示面板的发光面之间需要保留一定间隔，间隔距离一般近似于柱状透镜阵列中透镜的焦距F，可由焦距计算公式F＝r/(n-1)求出。其中n是透镜的折射率，一般在1.4～1.7之间，由公式可以看出，在n确定的情况下，曲率半径r就是公式中的唯一变量，观看距离与焦距F和折射率n₁相对应，为实现合适的焦距，一般情况下，会采用刚性或半刚性透明光学材料(如光学玻璃、PMMA、PE等)和四周具有一定厚度的其它材料组装而成。在小尺寸显示面板上这不失为解决问题的一种方案，但是，如果要使观看距离更远，势必要加大曲率半径r，这样焦距也会更大，因此，在大尺寸显示面板上，通过以上方法实现3D显示的难度也就加大了。而户外观察距离一般较远，至少10米以上，因此其上述柱状透镜阵列10的厚度更厚，这导致了其体积很大，重量很重，不利于加工和安装。

另外，由于在重力作用下，显示面板的中心相对边缘通常会呈现出凹陷状态，而且尺寸越大，这个效果越明显。其解决办法是全贴合(即分光透镜阵列与显示面板表面紧密贴合在一起)，而依靠刚性或半刚性介质很难实现全贴合，如果不全贴合则使光栅与显示屏不是处处都是处于焦距上。

实用新型内容

为解决现有的柱状透镜阵列由于厚度较大，导致体积大、重量重，不利于加工和安装，以及现有柱状透镜阵列常依附在一个刚性或半刚性的介质上，而LCD或LED显示面板是柔性或表面不全是平整的，难以全贴合的问题，本实用新型实施例提供了一种3D成像光栅组件及3D显示装置。

本实用新型实施例一方面提供了一种3D成像光栅组件，包括分光透镜阵列光栅及准直透镜阵列光栅；

所述准直透镜阵列光栅上设有若干呈阵列分布的准直透镜；

所述分光透镜阵列光栅包括若干呈阵列排布的分光透镜；

所述准直透镜的宽度为显示面板的像素或子像素的宽度的1/N，所述分光透镜的宽度为所述显示面板上视点组的宽度的M倍；其中，所述N、M为自然数。

本实用新型实施例提供的3D成像光栅组件，由于包括分光透镜阵列光栅和准直透镜阵列光栅。一方面，准直透镜阵列光栅把显示面板上每个像素发出的光线变成准直光，另一方面，分光透镜阵列光栅起到视点间倒序分光作用，这样不同的图像就在不同的方向，从而可以看到3D的成像效果。由于采用准直透镜阵列光栅预先将显示面板上各像素发出的发散光变成准直光，因此可任意调节分光透镜阵列光栅与准直之间间距，只要分光透镜的半径满足观察距离的要求，即可实现3D显示的功能。如此，可降低该分光透镜阵列光栅的厚度，3D成像光栅组件的厚度更低，降低了其重量，使其可以采用贴合的方式，直接安装在显示面板的表面，因此简化了其安装工艺。同时，采用本实用新型实施例提供的3D成像光栅组件，其加工过程也较简单，适合大批量生产。

优选地，所述N的范围为1～10，M的取值范围为1～4。

优选地，所述准直透镜阵列光栅和所述分光透镜阵列光栅之间胶合连接，其胶合连接所用的粘合剂的折射率n₁<n₂，其中，n₂为所述准直透镜阵列光栅和所述分光透镜阵列光栅的介质的折射率。

优选地，所述准直透镜阵列光栅上准直透镜为平凸透镜、凹凸透镜或双凸透镜。

优选地，所述准直透镜为平凸透镜；所述平凸透镜的入射光面为平面，其出射光面为曲面，所述曲面包括外凸柱面或者抛物面、椭圆面、双曲线面、高次曲线拟合形成的高次曲面或者高次曲面去除高次项形成的二次曲面。

优选地，所述准直透镜的曲面为圆锥曲线延伸构成的外凸柱面；所述圆锥曲线呈中心轴对称。

优选地，所述圆锥曲线的方程为：Y²-2R+(K+1)X＝0；其中k的取值范围是-0.9<k<-1.5，1/R为x＝0处的曲率半径，且满足1.5k>R>＝1k。

优选地，所述分光透镜为平凸透镜；所述平凸透镜的入射光面为平面，其出射光面为外凸柱面，所述外凸柱面包括外凸圆柱面或者抛物面、椭圆面、双曲线面、高次曲线拟合形成的高次曲面或者高次曲面去除高次项形成的二次曲面。

本实用新型实施例第二方面提供了一种3D显示装置，包括显示面板及上述第一方面提供的3D成像光栅组件；

所述3D成像光栅组件安装在所述显示面板前方。

本实用新型实施例提供的3D显示装置，由于其采用改进后的上述3D成像光栅组件。一方面，准直透镜阵列光栅把显示面板上每个像素发出的光线变成准直光，另一方面，分光透镜阵列光栅起到分光作用，这样不同的图像就在不同的方向，从而可以看到3D的成像效果。由于采用准直透镜阵列光栅预先将显示面板上各像素发出的发散光变成准直光，因此可任意调节分光透镜阵列光栅的厚度，只要其分光透镜半径满足观察距离的要求，即可实现3D显示的功能。如此，可降低该分光透镜阵列光栅的厚度，3D成像光栅组件的厚度更低，降低了其重量，使其可以采用贴合的方式，直接安装在显示面板的表面，因此简化了其安装工艺。同时，采用本实用新型实施例提供的3D成像光栅组件，其加工过程也较简单，适合大批量生产。

优选地，所述显示面板为LED显示屏，其包括在横向、纵向上呈阵列分布的若干LED发光灯。

附图说明

图1是现有技术中提供的3D显示装置示意图；

图2a、图2b是本实用新型具体实施方式中提供的3D显示装置立体分解示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中提供的3D显示装置剖面示意图；

图4是本实用新型具体实施方式中提供的显示面板为LED发光灯作为发光光源的主视示意图；

图5是本实用新型具体实施方式中提供的3D显示装置工作原理示意图；

图6是本实用新型具体实施方式中提供的准直透镜阵列光栅粘贴在显示面板上的示意图；

图7是图6中A处放大示意图；

图8是分光透镜阵列光栅与准直透镜阵列光栅贴合形成一体的3D成像光栅组件与显示面板胶合连接示意图；

图9是准直透镜光路原理图。

其中具体实施方式中附图标记说明如下：1、分光透镜阵列光栅；2、显示面板；3、准直透镜阵列光栅；11、分光透镜；20、像素；30、准直透镜；21、LED发光灯。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本例将对本实用新型公开的3D成像光栅组件进行详细说明，如图2a、图2b所示，其公开了包括3D成像光栅组件和显示面板2的3D显示装置立体分解示意图；该3D成像光栅组件包括分光透镜阵列光栅1及准直透镜阵列光栅3；

所述准直透镜阵列光栅3上设有若干呈阵列分布的准直透镜30；

所述分光透镜阵列光栅1包括若干呈阵列排布的分光透镜11；

其中，如图3所示，所述准直透镜的宽度D为显示面板2的像素或子像素(下面将以像素为单位进行举例说明)宽度的1/N，所述分光透镜11的宽度H为所述显示面板2上视点组的宽度的M倍，其中，所述N、M为自然数。

所谓的视点和视点组均为本领域技术人员所公知，本例中不做重复的详细说明，仅在后续描述过程中结合附图做简单介绍。

该3D成像光栅组件在使用过程中被安装在显示面板2的前方，所谓前方指观察者的一侧，即3D成像光栅组件被置于观察者和显示面板2之间。

所谓准直透镜阵列光栅3的作用是把显示面板2上每个像素或子像素发出的发散光变成准直光(平行光或者准平行光)，可以显著减少光线的发散角度。为实现该功能，本例中准直透镜阵列光栅3上的准直透镜30呈图中所示的长条形的柱面结构；所述准直透镜30可以为平凸透镜、凹凸透镜或双凸透镜等，比如，图2中所示，每个准直透镜30的横截面呈平凸透镜的结构，其下方的面(入射光面)为平面，其上方的面(出射光面)为外凸柱面，所述外凸柱面包括外凸圆柱面、抛物面、椭圆面或双曲面等二次曲面；或高次曲线拟合形成的高次曲面，或由该高次曲面去除高次项形成的二次曲面，采用上述抛物面、椭圆面或者双曲面等二次曲面或者高次曲面，可有效矫正球差，更好的起到准直的作用)。具体地，如图9所示，上述外凸柱面通过如下方式形成：准直透镜30的剖面由多段曲线组成，包括三个直线段302、303、304及弧线段301，本例中该弧线段301为圆锥曲线，所谓圆锥曲线包括椭圆曲线或者双曲线，两侧的直线段302、303的长度可以为0。将此剖面沿与剖面垂直方向(即图9中沿垂直于纸面的方向)拉伸可以形成单个准直透镜，弧线段301拉伸后即获得所述外凸柱面，再将此准直透镜做阵列化即可制作成准直透镜阵列光栅3。

优选地，所述准直透镜30的曲面为圆锥曲线延伸构成的外凸柱面；所述圆锥曲线呈中心轴对称。本例中优选上述弧线段301为圆锥曲线，因实际工程中椭圆曲线或双曲线上的一段弧线可以非常理想接近准直光性能，而工程实际中要求准直偏差在0.25度之内，单个曲面为完全圆柱面的透镜很难达到这个容许要求。通过各种补偿的方法可以实现准直偏差小于0.25度，但是透镜组(多个透镜组合形成的平凸透镜或双凸透镜)或是非球面二次曲线构成封闭剖面的加工难以实现。而通过圆锥曲线的方式，易于加工，准直效果也好，虽然会使准直透镜焦距增加，导致准直透镜与像素或子像素的距离增加，而距离增加仅是毫米级。每个准直透镜的宽度是像素或子像素的1/N，理论上，N越大，准直效果更好，但实际操作中，N越大，准直透镜的宽度越小，操作时更难实现，经试验证明，N取大于等于1，小于等于10时容易实现，且大大改善准直分布均匀性和准直的误差范围。本例中以N＝1为例进行说明。

具体的，准直透镜阵列光栅3的参数确定：以每个准直透镜30的剖面为圆锥曲线为例，该圆锥曲线为二次曲线，其方程为：Y²-2R+(K+1)X＝0，如果K＝0，则该曲线是一段圆弧，如果-1<K<0，该曲线是一段椭圆曲线，如果k＝-1，则该曲线是一段抛物线曲线，K<-1是一段双曲线。理论上来说圆弧曲线和抛物线存在一定球差，椭圆曲线和双曲线在一定误差范围是可以认为没有球差的，其中双曲线可以比椭圆曲线高一两个数量级，但是在一定球差误差范围内，双曲线的R会增加，因为曲率＝1/R,这对减少曲线的最高点到汇聚点的距离是不利的，因为这会导致透镜的厚度增加。如果在一定球差容限差范围，确定的k值的情况下，而曲率越大，R越小，曲率越小，R越大。汇聚点越远，透镜的厚度就会增加。相反如果厚度要求有限制，那么K取值范围在椭圆范围(-1<K<0)，如果不考虑透镜厚度限制，但要求球差误差范围更小，那么K值选在双曲线范围(K<-1)。而在实际应用中，只要满足一定球差和厚度的要求，k值取值范围无论在双曲线或是椭圆曲线范围内均可。优选地，其中k的取值范围是-1.5<k<-0.9，1/R为x＝0处的曲率半径，范围是：1.5k>R>＝1k。

其中，准直透镜30的宽度D需要满足如下条件，D>＝f＝R/(n-1)，否则，无法满足以上的准直要求。准直透镜30的厚度由x＝0点即x₀点的曲率半径r₀，也就是该点的焦距F₀＝r₀/n-1决定的。焦距越大，透镜越厚，反之，则越薄。

若干的准直透镜30被重复排列形成阵列；因其作用是将每个像素或子像素(也即发光光源)的光线起到准直的作用，只要每个准直透镜30的宽度D为显示面板2上各像素或子像素的宽度的1/N即可。

分光透镜11的作用是将一个视点组中若干视点像素或子像素相邻两视点左右顺序倒置，如1、2、3、4、5倒序变为5、4、3、2、1，以便观察者的左右眼在规定的距离上可以同时看到图像。这和一般柱面透镜原理没有不同，只是一般柱面透镜要求像素点和透镜之间距离要放在焦距上，而本例中由于经过准直透镜阵列光栅3后，每个像素或子像素发出的光由发散光线变为准直光线，则不受焦距限制。

所谓的分光透镜11，即图2中所示的长条形的柱状结构，若干的分光透镜11被重复排列形成阵列，当然，并不是由单个的分光透镜11拼合而成，而是整体成型的一体结构。该图2中示出了7个分光透镜11组成了一分光透镜阵列光栅1，当然，在实际应用过程中，该分光透镜阵列光栅1的大小取决于显示面板2的大小。从该图2中可看出，每个分光透镜11的横截面也呈平凸透镜的结构，其入射光面(下方的面)即为平面，其出射光面(上方的面)即为外凸柱面。所述外凸柱面包括外凸圆柱面或者抛物面、椭圆面、双曲线面、高次曲线拟合形成的高次曲面或者高次曲面去除高次项形成的二次曲面。由于该分光透镜11所起作用为分光，根据需要形成不同的出射方向，因此，其宽度H与视点组的宽度相同。

下面对其原理进行简单解释，该准直透镜30将各发光光源发出的散射光准直形成准直光；该分光透镜11的作用是根据透镜的特性，把相同方向的平行光导到同一个方向，这样不同的图像就在不同的方向，从而可以看到3D的成像效果。分光透镜11的宽度H一般取决于分光透镜11下方(图中所示为图3左侧)显示面板2上像素20的个数。一般在每一个分光透镜11下方，在一横排(一个分光透镜11下方沿柱面延伸方向有若干横排)上，为了拓展视区，分光透镜11的宽度H可以是基本视点数(即视点组内的像素个数)的整倍数M(M为正整数)，M的取值范围优选为1～4；M的取值越大，其视区越大。本例中以M＝1为例，比如，图3中所示，一个视点组中设置了5个视点，因此，其分光透镜11下方设置了20a、20b、20c、20d、20e共5个像素20，每个像素20的图像经该分光透镜11后向5个不同的方向投射，如图5所示，分别形成5个视点S1、S2、S3、S4、S5的图像。当然，根据需要，视点的个数可以增加或者减少，本例中5个仅作为举例说明，并不限定视点个数。显然，视点组中的视点个数越多，其分光透镜11的宽度更宽，且对于该上述原理，均为本领域技术人员所公知，本实用新型并不对其做出改进。

在一定的观察范围内，如图5中所示的椭圆框代表观察者双眼所在位置，当观察者站在合适的位置时，其左眼EL和右眼ER将分别观察到不同的图像，比如该图中观察者站在视点S2和S3之间的位置，则其左眼EL和右眼ER将分别观察到视点S3和视点S2的图像，从而观察到该位置处的3D显示图像。

即该分光透镜阵列光栅1起到将显示面板2上不同的图像分别投向左眼EL和右眼ER的功能，这样就实现了3D显示的功能，如图3所示，该分光透镜11的中心处厚度最大，向两端逐渐缩小。因此，每个分光透镜11实际上是凸透镜，只不过不是表面为球面的凸透镜，而是表面为柱面的凸透镜。

根据凸透镜的焦距计算公式，可知，其分光透镜的焦距f仅与分光透镜11的两个面的半径(其入射光面的半径为R1，出射光面的半径为R2)和折射率n有关。而该分光透镜11的入射光面为一平面，其出射光面为一外凸柱面。为简化起见，后续描述过程中所说的分光透镜11的半径即指该出射光面的半径R2。

本例中，上述准直透镜阵列光栅3的厚度与各准直透镜的宽度和半径有关。比如，可为0.1-1mm。所述分光透镜阵列光栅1的厚度为0.1-1mm。所述3D成像光栅组件的整体厚度为0.2-2mm。

综上可知，所述3D成像光栅组件的人眼的观看距离受所述分光透镜11的半径(即图2中所示分光透镜11出射光面的半径)和折射率控制。所以可以选取适当的半径即可实现合理的观看距离，比如当半径为10mm时，观看距离约为5m左右；当半径为50mm时，观看距离为25m左右。半径越小，分光透镜的发散作用越明显，反之，当分光透镜的半径增大，直至无穷大时，就变成了平板玻璃，出射的平行光方向就不会变化，也就没有发散作用了。即当分光透镜的半径越大，其观看距离越远。

优选地，所述分光透镜阵列光栅1上各分光透镜的半径大于5mm。

关于该准直透镜阵列光栅3和分光透镜阵列光栅1之间的连接方式，并不特别限定，只要其能起到将两者组装在一起，并起到各自的功能即可。比如，所述准直透镜阵列光栅3和所述分光透镜阵列光栅1之间胶合连接。所谓的胶合连接，指在准直透镜阵列光栅3和分光透镜阵列光栅1之间通过粘合剂将两者粘贴成一体，所谓的粘合剂可以采用本领域技术人员公知的各种折射率较低的透明胶，其折射率小于准直透镜阵列光栅3和分光透镜阵列光栅1的折射率；比如可以是树脂类。即其胶合连接所用的粘合剂的折射率n₁<n₂，其中，n₂为所述准直透镜阵列光栅3和所述分光透镜阵列光栅1的介质的折射率。

当采用透明介质将两分光透镜阵列光栅1和准直透镜阵列光栅3贴合为一体时，可以如图2中所示，准直透镜阵列光栅3上的柱面和分光透镜阵列光栅1上的柱面均朝上，也可以如图3所示的方式，将准直透镜阵列光栅3的柱面朝下，将准直透镜阵列光栅3的平面与分光透镜阵列光栅1的平面贴合。将两者粘贴为一体。优选采用图3的方式。

该分光透镜阵列光栅1和准直透镜阵列光栅3的材质可以采用透明玻璃、塑料类(比如透明有机材料、透明聚合物材料)等，常见采用PMMA(亚克力)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)。优选材料PMMA制作。

对于采用透明玻璃材料制作的分光透镜阵列光栅1，可以采用切削、粗磨、精磨等步骤制作而成。对于塑料类的分光透镜阵列光栅1，可以采用模压热固成型(比如通过模具压铸成型)、或者光刻热熔胶+等离子蚀刻等方法制作而成。可以采用常用的制作透镜阵列的方法形成，不再赘述。

本例提供的3D成像光栅组件，由于包括分光透镜阵列光栅1和准直透镜阵列光栅3。一方面，准直透镜阵列光栅3把显示面板2上每个像素发出的光线变成准直光，另一方面，分光透镜阵列光栅1起到分光作用，这样不同的图像就在不同的方向，从而可以看到3D的成像效果。由于采用准直透镜阵列光栅3预先将显示面板2上各像素发出的发散光变成准直光，因此可任意调节分光透镜阵列光栅1的厚度，只要分光透镜的半径满足观察距离的要求，即可实现3D显示的功能。如此，可降低该分光透镜阵列光栅1的厚度，3D成像光栅组件的厚度更低，降低了其重量，使其可以采用贴合的方式，直接安装在显示面板2的表面，因此简化了其安装工艺。同时，采用本实用新型实施例提供的3D成像光栅组件，其加工过程也较简单，适合大批量生产。

实施例2

本例将结合附图描述3D显示装置。如图3所示，包括显示面板2及3D成像光栅组件；

所述3D成像光栅组件安装在所述显示面板2前方。

安装时，如图6-图8所示，采用透明介质4将该3D成像光栅组件安装在该显示面板2前方，即将准直透镜阵列光栅3的一面粘贴在显示面板2上。具体的，该透明介质4的厚度跟显示面板2上像素的宽度和发散角θ有关。

如图6、图7所示，显示面板2上的每个像素或子像素均为一个发光光源，发光光源比如为LED发光灯21。图中w1为准直透镜30的最薄处厚度，w2为准直透镜30与显示面板2表面之间的距离，也即透明介质4填充的厚度。w3表示准直透镜30曲面的最高点至显示面板2表面之间的距离，w4表示准直透镜30的最厚处厚度，也即准直透镜阵列光栅3的厚度。其中θ为显示面板2上像素20(即发光光源)的发散角，则可以推算出显示面板2表面与准直透镜30之间的距离w2＝D1/(2*tan(θ/2))，同时，准直透镜阵列光栅3的厚度 $w4=\sqrt{\mathrm{RD}}-$ $\sqrt{\mathrm{RD}-(K+1)D^2/4}.$

显示面板2，用于显示图像的多个可寻址的像素20，像素20被分组(即视点组)以使视点组中的不同像素20对应于该图像的不同视图。

该显示面板2可以为LED(英文全称：Light Emitting Diode，中文全称：发光二极管)显示屏，也可以为LCD(英文全称：Liquid Crystal Display，中文全称：液晶显示屏)；如图4所示，户外的显示面板2一般采用LED显示屏，即其包括在横向、纵向上呈阵列分布的若干LED发光灯21作为发光光源，靠LED发光灯21(单灯)的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。理论上每一个LED发光灯21的大小就是一个像素20(当然，实际情况中也要看LED发光灯21分布的密度)。LED发光灯21一般由单个LED晶片，反光碗，金属阳极，金属阴极构成，外包具有透光聚光能力的环氧树脂外壳。可用一个或多个(不同颜色的)单灯构成一个基本像素20，具有亮度高等优点。LED发光灯21的宽度大致为3.0mm。在该图4中，举例说明了采用5个LED发光灯21作为像素20，则其每个分光透镜11的宽度H大约为1.5厘米-2.0厘米。在其一剖面处，其中20a、20b、20c、20d、20e被作为一组像素20设置在其中的一个分光透镜11下方。

因在上述实施例1中已经对3D成像光栅组件做了具体解释，因此本例中不再重复说明。

本例提供的3D显示装置，由于其采用改进后的上述3D成像光栅组件。一方面，准直透镜阵列光栅3把显示面板2上每个像素发出的光线变成准直光，另一方面，分光透镜阵列光栅1起到分光作用，这样不同的图像就在不同的方向，从而可以看到3D的成像效果。由于采用准直透镜阵列光栅3预先将显示面板2上各像素发出的发散光变成准直光，因此可任意调节分光透镜阵列光栅1的厚度，只要分光透镜的半径满足观察距离的要求，即可实现3D显示的功能。如此，可降低该分光透镜阵列光栅1的厚度，3D成像光栅组件的厚度更低，降低了其重量，使其可以采用贴合的方式，直接安装在显示面板2的表面，因此简化了其安装工艺。同时，采用本实用新型实施例，提供的3D成像光栅组件，其加工过程也较简单，适合大批量生产。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D成像光栅组件，其特征在于，包括分光透镜阵列光栅及准直透镜阵列光栅；

所述准直透镜阵列光栅上设有若干呈阵列分布的准直透镜；

所述分光透镜阵列光栅包括若干呈阵列分布的分光透镜；

所述准直透镜的宽度为显示面板的像素或子像素的宽度的1/N，所述分光透镜的宽度为所述显示面板上视点组的宽度的M倍；其中，所述N、M为自然数。

2.根据权利要求1所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述N的范围为1～10，M的取值范围为1～4。

3.根据权利要求2所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述准直透镜阵列光栅和所述分光透镜阵列光栅之间胶合连接，其胶合连接所用的粘合剂的折射率n₁<n₂，其中，n₂为所述准直透镜阵列光栅和所述分光透镜阵列光栅的介质的折射率。

4.根据权利要求3所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述准直透镜阵列光栅上准直透镜为平凸透镜、凹凸透镜或双凸透镜。

5.根据权利要求4所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述准直透镜为平凸透镜；所述平凸透镜的入射光面为平面，其出射光面为外凸柱面，所述外凸柱面包括外凸圆柱面或者抛物面、椭圆面、双曲线面、高次曲线拟合形成的高次曲面或者高次曲面去除高次项形成的二次曲面。

6.根据权利要求5所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述准直透镜的曲面为圆锥曲线延伸构成的外凸柱面；所述圆锥曲线呈现中心轴对称。

7.根据权利要求6所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述圆锥曲线的方程为：Y²-2R+(K+1)X＝0；其中k的取值范围是-1.5<k<-0.9，1/R为x＝0处的曲率半径，且满足1.5k>R>＝1k。

8.根据权利要求4所述的3D成像光栅组件，其特征在于，所述分光透镜为平凸透镜；所述平凸透镜的入射光面为平面，其出射光面为外凸柱面，所述外凸柱面包括外凸圆柱面或者抛物面、椭圆面、双曲线面、高次曲线拟合形成的高次曲面或者高次曲面去除高次项形成的二次曲面。

9.一种3D显示装置，其特征在于，包括显示面板及权利要求1-8中任意一项所述的3D成像光栅组件；

所述3D成像光栅组件安装在所述显示面板前方。

10.根据权利要求9所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示面板为LED及LCD显示面板，其包括在横向、纵向上呈阵列分布的若干LED发光灯。