CN204086696U - 用于裸眼3d透镜拼接的拼接装置 - Google Patents

Abstract

一种用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，一种用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，该装置包括平面光源、透镜基板、机械移动装置、光路返回装置、光学检测装置、计算终端以及投影装置；其中透镜基板叠置在平面光源之上用于承托需要拼接的透镜，在透镜基板一侧设有机械移动装置，在透镜基板上方悬空设置了光路返回装置以及光学检测装置；该光路返回装置将平面光源透过透镜发出的光投影到透镜装置上，而光学检测装置以能够捕捉到投影装置上的影像的角度对着投影装置。本实用新型利用光路返回装置以及光学检测装置，通过对明暗条纹的检测以及对比，能够判断透镜的拼接效果，能够完成大尺寸的透镜的拼接，并且利用明暗条纹对准性，来避免大尺寸大规模透镜拼接时整体透镜产生拼接的一致性差的问题。

Description

用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置

【技术领域】

本实用新型涉及裸眼3D技术，尤其涉及对裸眼3D技术中透镜的拼接方法。

【背景技术】

本实用新型涉及裸眼3D技术，大屏幕裸眼3D领域，以及光学检测领域。近年来，3D显示技术迅速发展，得到了长足的进步。而裸眼3D技术作为目前3D技术发展的新趋势以及未来的热门方向，受到3D领域技术研究人员的极大关注，而目前仍在不断改进完善研发中。人眼在看到实际物体时，由于两眼视距有一个细微的差距，导致我们看到物体呈立体状态。而我们所谓3D技术就是让人从屏幕/平面上看到的被拍摄的物体呈现实际物体的立体感。所以根据我们眼睛视物的原理，我们只要能为左右眼分别提供对同一对象的角度有细微差异图像，在左右眼中形成自然视距差异的效果，则可以让在大脑中合成立体的图像。目前成熟的3D技术均需要一定在外在设备的辅助，如3D眼镜或者头盔。则视觉体验的效果不佳。裸眼3D同样是利用两眼具有视差的特性，但是是利用技术手段让屏幕自然投射出两种不同效果的画面给左右眼，而无需观看者另行佩戴辅助装置，即可获得具有空间、深度的逼真立体影像。

目前，一种裸眼3D技术采用的是光屏障式技术，其原理是使用开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的锤子条纹。通过这些条纹的光就形成了垂直的细条珊模式，称之为视差障壁。而该技术正是利用了安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁。通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。另一种技术是柱状透镜，柱状透镜技术的原理是将图像的像素分成几个子像素然后以不同的方向投射每个子像素。目前市场上已经出现基于这种技术上的小屏幕的裸眼3D手机，裸眼3D电视机等。

但是如果需要在户外、商场上进行广告传媒的屏幕都是大尺寸屏幕，现有裸眼3D技术受到尺寸的限制，无法在大尺寸屏幕上应用。究其原因之一就是无法制作出品质精良的大尺寸透镜(柱状透镜或是偏振膜)。依据现有的精密加工工艺，如光刻，纳米压印均无法达到大尺寸的要求。因此，利用一定的技术手段将一定数量的小尺寸透镜拼接成大尺寸的透镜成为了解决大屏幕裸眼3D显示所需透镜的关键问题。

因为透镜有着精密的结构，最容易实现的拼接方法就是，利用高倍显微镜，观察透镜的微细结构，然后将相邻透镜的微细结构对准，这样就能够实现透镜的拼接。但这种拼接方法的难以克服的问题在于：首先，显微镜的放大倍数有一定的要求，当然放大倍数越高越好，因此对拼接造成一定的门槛。其次，显微镜的观察视野有限，无法看到很多块的透镜，故可能造成整体透镜拼接的一致性差。

【发明内容】

本实用新型针对以上情况提出了一种裸眼3D透镜的拼接方法，使用纯色平面光源发出光线，经过光源前面的透镜，能够形成明暗相间的条纹。基于该明暗相间条纹的简易拼接方法，能够摆脱显微镜视野的限制，降低多块非相邻透镜之间拼接不一致性。

本实用新型所涉及的裸眼3D透镜拼接方法，包括以下步骤：

将大致初步拼接过的若干透镜放置在透镜基板上，平面光源发出的光线经过透镜的作用在投影屏幕上形成明暗相间的条纹，让平面光源距离透镜的位置与该透镜的焦点位置一致；

用光学检测装置CCD图像传感器(CCD Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或者光学检测装置CMOS检测明暗条纹的属性，明暗条纹的宽度，或者光照强度，通过传感器得到明暗条纹属性、宽度或者光照强度的数值，使得测量得到的条纹属性数据与理论计算的条纹宽度(或光照强度)数据进行对比；

如果符合，则表示拼接规范

如果不符合，则利用机械移动装置移动数据不符合的单块透镜的位置至光学检测装置能检测到符合理论计算值的的明暗条纹的宽度的位置。

该平面光源是指LED、LCD光源。

该机械移动装置是指微距移动装置。

一种用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，该装置包括平面光源、透镜基板、机械移动装置、光路返回装置、光学检测装置以及投影装置；其中透镜基板叠置在平面光源之上用于承托需要拼接的透镜，在透镜基板一侧设有能够推动透镜的机械移动装置，在透镜基板上方悬空设置了光路返回装置以及光学检测装置；该光路返回装置将平面光源透过透镜发出的光投影到透镜装置上，而光学检测装置以能够捕捉到投影装置上的影像的角度对着投影装置。

该平面光源为呈平面均布的LED或者LCD光源。

该透镜基板透明材质制成。

光路返回装置为反光镜，在透镜上方与透镜所在平面呈45°夹角。

光学检测装置为CCD图像传感器或者光学检测装置CMOS。

本实用新型利用光路返回装置以及光学检测装置，通过对明暗条纹的检测以及对比，能够判断透镜的拼接效果，能够完成大尺寸的透镜的拼接，并且利用明暗条纹对准性，来避免大尺寸大规模透镜拼接时整体透镜产生拼接的一致性差的问题。

【附图说明】

图1是本实用新型裸眼3D透镜拼接装置的结构示意图；

图2是本实用新型对透镜进行拼接方式示意图；

图3是本实用新型对透镜进行拼接方式示意图；

其中：10、平面光源；20、透镜基板；30、机械移动装置；40、光路返回装置；50、光学检测装置；60、投影装置；70、透镜。

01、第一块透镜；01’第一列第一块透镜；02、第二块透镜；02’、第二列第一块透镜；03，03’、机械移动爪。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细说明。

请参考附图1的布局，依照本实用新型的步骤：

将大致初步拼接过的若干透镜放置在透镜基板上，平面光源发出的光线经过透镜的作用在投影屏幕上形成明暗相间的条纹，让平面光源距离透镜的位置与该透镜的焦点位置一致；

用光学检测装置CCD图像传感器(CCD Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或者光学检测装置CMOS检测明暗条纹的属性，明暗条纹的宽度，或者光照强度，通过传感器得到明暗条纹属性、宽度或者光照强度的数值，使得测量得到的条纹属性的数据与理论计算的条纹宽度(或光照强度)数据做对比；

如果符合，则表示拼接规范

如果不符合，则利用机械移动装置移动单块透镜的位置至光学检测装置能检测符合理论计算值的的明暗条纹的宽度的位置。

在进行透镜的拼接过程中需要用到一种用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，该装置包括平面光源10、透镜基板20、机械移动装置30、光路返回装置40、光学检测装置50、计算终端以及投影装置60；其中透镜基板20叠置在平面光源10之上用于承托需要拼接的透镜，该透镜基板20采用透明材质制成，且有一定硬度能够支承多块透镜放置于其上比如玻璃或者亚克力材料；在透镜基板20一侧设有能够推动透镜的机械移动装置30，在透镜基板20上方悬空设置了光路返回装置40以及光学检测装置50；该光路返回装置40将平面光源10透过透镜发出的光投影到投影装置60上，该投影装置60与平面光源10面垂直；而光学检测装置50以能够捕捉到投影装置60上的影像的角度对着投影装置60，光学检测装置50将捕捉到的图像转换为电子信息发至计算终端。

该平面光源10为呈平面均布的LED或者LCD光源。

光路返回装置40为反光镜或者其他能够反射光线的装置，在透镜上方与透镜所在平面呈45°夹角。光路返回装置所起到的作用是将从平面光源10透过透镜发出的竖直光线反射为水平光线，从而以垂直投影装置60的角度投射在投影装置60上。

光学检测装置为CCD图像传感器或者光学检测装置CMOS图像传感器。

具体实际实施时：我们采用玻璃作为透镜基板20的材料，支撑在LED平面光源10上方，根据裸眼3D影像的最佳观察距离结合透镜到LED显示屏幕的距离，以及人眼间距，按照一定的几何关系得出透镜与平面光源之间的距离，也即透镜基板20与平面光源10之间的距离，必须为透镜的焦距，在本实施例中透镜基板20与平面光源10之间的距离设为58mm，且投影装置60的投影面与LED平面光源的发光面垂直并且与经过透镜发射出的光路平行。其次CCD相机的的采光面应对置投影装置60。CCD相机与投影装置60的距离为1m，CCD相机采用的2/3"的，500w像素的工业相机。

采用反光镜作为光路返回装置40，反光镜的镜面与LED平面光源的发光平面的所夹角度为45°，光路返回装置所起到的作用是将从平面光源10透过透镜发出的竖直光线反射为水平光线，从而以垂直投影装置60的角度投射在投影装置60上。请参考附图1，在本实施例中为了让从透镜—光路返回装置—投影装置之间的光路距离总和为5m，则反光镜中心位置与LED平面光源10中心位置的竖直距离设为0.5m。反光镜中心位置与投影装置60之间的距离为4.5m。

本拼接方法的实施需选用具有一定精度的微距机械移动装置，根据透镜微结的最小尺寸，选择的机械移动装置需要比透镜微结最小尺寸低一个数量级，例如精密的十字滑台。在本实施例中采用的机械移动装置30为神津株式会社的纳米级XY移动平台，配以相应的机械爪结构用来移动透镜。

操作顺序为：首先点亮LED平面光源10，待屏幕发出纯色的光，并且稳定之后，将一块透镜70放置在光学玻璃上，打开CCD相机以及相应的软件，用CCD相机捕捉条纹后，通过相应的条纹处理算法，计算亮条纹的宽度并且与理论上的亮条纹的宽度做对比。如果结果与理论计算结果不一致，其一致性的判断基于容差范围内，通过XY滑台带动机械爪移动透镜的位置，直到CCD相机采集到的条纹符合了理论计算的要求。到此，第一块透镜的位置达到最佳。本方案应用的是紫外固化胶将透镜固定在光学玻璃上。

如附图2，本实用新型的透镜拼接顺序依照一列一列的进行(当然并不局限与此，也可采用逐行拼接)。在透镜基板20上放置第一块透镜01，用XY移动平台的机械移动爪03移动第二块透镜02，直到检测到亮条纹的宽度达到理论计算的亮条纹宽度为止。注意此时是两块同时点亮的条纹的宽度，两块透镜投射的条纹位置重合时候才达到最佳。如与理论计算不一致，则不断移动条纹的位置，直到CCD相机能够检测到亮条纹的宽度符合理论计算的要求为止。当亮条纹的宽度达到理论计算的要求时，用紫外胶固定第二块透镜。

按照上述步骤逐块拼接第一列的透镜。然后依次固定第一列的每块透镜。

依照附图3，将第二列的第一块透镜02’放置在透镜基板上，利用机械移动爪03’移动第二列第一块透镜02’使得第二列第一块透镜02’上边缘与第一列第一块透镜01’的上边缘对齐，然后按照拼接第一列第二块的方式，左右移动第二列第二块透镜，使得CCD相机检测到的亮条纹的宽度与理论计算的宽度一致。重复按照第一列第二块的拼接方式逐列拼接第二列的透镜并且固定。

需要注意的是每次新增加的透镜投射出的条纹必须与原来投射出的条纹位置重叠来保证拼接透镜与单块透镜的光学性能一致。

重复上述步骤按照需要拼接第三列或者更多的透镜列。并且采用紫外固化胶固定形成大尺寸透镜。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，该装置包括平面光源、透镜基板、机械移动装置、光路返回装置、光学检测装置、计算终端以及投影装置；其中透镜基板叠置在平面光源之上用于承托需要拼接的透镜，在透镜基板一侧设有能够推动透镜的机械移动装置，在透镜基板上方悬空设置了光路返回装置以及光学检测装置；该光路返回装置将平面光源透过透镜发出的光投影到透镜装置上，而光学检测装置以能够捕捉到投影装置上的影像的角度对着投影装置，光学检测装置将捕捉到的图像转换为电子信息发至计算终端。

2.根据权利要求1所述用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，该平面光源为呈平面均布的LED或者LCD光源。

3.根据权利要求1所述用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，该透镜基板透明材质制成。

4.根据权利要求1所述用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，光路返回装置为反光镜，在透镜上方与透镜所在平面呈45°夹角。

5.根据权利要求1所述用于裸眼3D透镜拼接的拼接装置，其特征在于，光学检测装置为CCD图像传感器或者光学检测装置CMOS图像传感器。