CN210323609U - 一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置。该显示装置由光源阵列、柱透镜光栅、逆反射膜及液晶显示面板组成。光源阵列、柱透镜光栅及逆反射膜用于控制该装置中光线传播的方向，光源阵列中任意光源发射的光线经液晶显示面板、柱透镜光栅后，由逆反射膜反射，均可重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内。当光源阵列中某一光源打开时，液晶显示面板提供与该光源空间位置对应的视差图像，从而在当前光源的垂直投影区域内，形成视区。时分复用地，光源阵列中的光源依次打开，液晶显示面板提供与之对应的视差图像，从而可在空间中形成多个视区，当人眼分处于不同的视区时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

Description

一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术，更具体地说，本实用新型涉及立体投影显示技术。

背景技术

投影显示装置可用于立体图像的显示。常见的立体投影显示装置由柱透镜光栅、投影机等元器件构成，其通过投影机提供视差图像，并利用柱透镜分光作用实现立体图像显示。然而，传统立体投影显示装置通常使用投影机进行图像投射，对分辨率要求较高时，还会使用多台投影机进行图像投射，因此本实用新型提出了一种基于光源阵列的基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其不再通过投影机提供视差图像，而是利用液晶显示面板提供视差图像，并利用光源阵列和逆反射膜控制视差图像的投射方向，从而实现立体图像显示，相对于传统的利用投影机实现立体投影的装置，其成本相对较低。

发明内容

本实用新型提出了一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置。附图1为该基于光源阵列的逆反射立体显示装置的结构示意图。该基于光源阵列的逆反射立体显示装置由光源阵列、柱透镜光栅、逆反射膜及液晶显示面板组成。

液晶显示面板、柱透镜光栅及逆反射膜前后依次放置。所述柱透镜光栅置于逆反射膜之前，其由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，用于垂直方向上散射光线，所述逆反射膜上具有光逆反射结构，可将入射到该逆反射膜上的光线按原入射方向进行反射。液晶显示面板用于提供视差图像，其采用低散射面板，其不改变光线的传播方向。

光源阵列、柱透镜光栅及逆反射膜用于控制该装置中光线传播的方向，光源阵列中任意光源发射的光线均可发射至液晶显示面板、柱透镜光栅及逆反射膜位置，并经液晶显示面板、柱透镜光栅后，到达逆反射膜位置。经逆反射膜反射后，其光线再次经过柱透镜光栅和液晶显示面板，并重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内。同一时刻，所述光源阵列中仅有唯一的一个光源打开，其他光源均处于关闭状态，当其中某一光源打开时，液晶显示面板提供与该光源空间位置对应的视差图像，从而通过上述反射过程，在当前光源的垂直投影区域内，形成视区。时分复用地，光源阵列中的光源依次打开，液晶显示面板提供与之对应的视差图像，从而可在空间中形成多个视区。当人眼分处于不同的视区时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

具体地，光源阵列中任一光源所发出的光线首先入射至液晶显示面板，液晶显示面板不改变光线的转播方向，光线穿过液晶显示面板后，到达柱透镜光栅。此时，分垂直和水平方向对光线的传播进行说明。

垂直传播方向上，因柱透镜光栅由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，其在垂直方向上具有透镜聚光作用。故光线经过柱透镜光栅后，在垂直方向上发生传播方向的改变。随后，光线到达逆反射膜，逆反射膜常采用立方晶结构，具有光逆反射特性，光线可在其上形成三次反射，并最终按原入射方向进行出射。但立方晶结构中，反射光线和入射光线之间存在一定的位移。该位移会使得反射光线再次经过柱透镜光栅时，其入射点位置发生变化，从而被柱透镜光栅散射至不同于入射光线的其他垂直空间方向。因此，光线反射后，会在垂直传播方向上产生散射。

水平方向上，因柱透镜光栅由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，其在水平方向上不具有透镜聚光作用。故在水平方向上不会改变光线传播方向。随后，光线达到逆反射膜。按上述原理，逆反射膜将入射光线按原方向反射后，光线再次到达柱透镜光栅。同理，光线再次经过柱透镜光栅时，柱透镜光栅在水平方向上不会改变光线传播方向。故最终，光线在水平方向上将按原入射方向进行反射。

最后，反射经过柱透镜光栅出射的光线再次经过液晶显示面板，并重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内，从而形成视区。

优选地，所述逆反射膜采用立方晶结构，其周期结构由呈九十度正交放置的三个正方形反射平面构成。

优选地，液晶显示面板的像素节距应大于柱透镜光栅节距和逆反射膜周期性结构的节距。

优选地，逆反射膜周期性结构的节距大于或等于柱透镜光栅节距。

可选地，液晶显示面板和柱透镜光栅的前后位置可以互换。

可选地，光源阵列可以为二维阵列。

本实用新型中，由于利用光源阵列和逆反射膜控制视差图像的投射方向，从而实现立体图像显示，相对于传统的利用投影机实现立体投影的装置，其成本相对较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中逆反射膜的结构原理图。

图3为本实用新型中的柱透镜光栅光路图。

图4为本实用新型中水平方向的光路图。

图5为本实用新型中垂直方向的光路图。

图标：010-基于光源阵列的逆反射立体显示装置；100-逆反射膜；200-柱透镜光栅；300-液晶显示面板；410-第一光源；420-第二光源；430-第三光源；440-第四光源；020-逆反射立方晶微观结构；110-逆反射膜入射光线；120-逆反射膜反射光线；030-柱透镜散射过程；040-水平方向分光原理；050-垂直方向散射原理。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

图1为本实施例提供的基于光源阵列的逆反射立体显示装置010的结构示意图。图中x坐标表示空间中的水平方向，y坐标表示空间中的垂直方向，z表示与x-y平面垂直的方向。请参照图1，本实施例提供一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置010，其由具有四个光源410~440的光源阵列、柱透镜光栅200、逆反射膜100及液晶显示面板300组成。

液晶显示面板300、柱透镜光栅200及逆反射膜100前后依次放置。所述柱透镜光200栅置于逆反射膜100之前，其由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，用于垂直方向上散射光线，所述逆反射膜100采用立方晶结构，其周期结构由呈九十度正交放置的三个正方形反射平面构成，可将入射到该逆反射膜上的光线按原入射方向进行反射。液晶显示面板300用于提供视差图像，其采用低散射面板，其不改变光线的传播方向。常见的低散射面板为透明液晶显示面板，光线经过面板时，光线几乎不会发生散射。

下面对本实施例提供的基于光源阵列的逆反射立体显示装置010进行进一步说明。

光源阵列、柱透镜光栅200及逆反射膜100用于控制该装置中光线传播的方向，光源阵列中任意光源发射的光线均可发射至液晶显示面板300、柱透镜光栅200及逆反射膜位置100，并经液晶显示面板300、柱透镜光栅200后，到达逆反射膜100位置。经逆反射膜100反射后，其光线再次经过柱透镜光栅200和液晶显示面板300，并重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内。同一时刻，所述光源阵列中仅有唯一的一个光源打开，其他光源均处于关闭状态，当其中某一光源打开时，液晶显示面板300提供与该光源空间位置对应的视差图像，从而通过上述反射过程，在当前光源的垂直投影区域内，形成视区。时分复用地，光源阵列中的光源依次打开，液晶显示面板提供与之对应的视差图像，从而可在空间中形成多个视区。当人眼分处于不同的视区时，可以看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。

具体地，光源阵列中任一光源所发出的光线首先入射至液晶显示面板300，液晶显示面板300不改变光线的转播方向，光线穿过液晶显示面板300后，到达柱透镜光栅200。此时，分垂直和水平方向对光线的传播进行说明。

垂直传播方向上，因柱透镜光栅200由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，其在垂直方向上具有透镜聚光作用。故光线经过柱透镜光栅200后，在垂直方向上发生传播方向的改变。随后，光线到达逆反射膜100。请参照图2，逆反射膜具有逆反射立方晶微观结构020，逆反射膜入射光线110到达逆反射膜100后，在呈九十度正交放置的三个正方形反射平面上进行三次反射，并最终形成逆反射膜反射光线120，其逆反射膜反射光线120方向与原逆反射膜入射光线110一致，但传播方向相反。同时，反射过程中，逆反射膜反射光线120位置与逆反射膜入射光线110位置产生一定位移。请参照图3，该位移会使得反射光线再次经过柱透镜光栅时，其入射点位置发生变化，从而被柱透镜光栅散射至不同于入射光线的其他垂直空间方向。因此，光线反射后，会在垂直传播方向上将会产生散射。

水平方向上，因柱透镜光栅200由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，其在水平方向上不具有透镜聚光作用。故在水平方向上不会改变光线传播方向。随后，光线达到逆反射膜100。按上述逆反射原理，逆反射膜100将入射光线按原方向反射后，光线再次到达柱透镜光栅200。同理，光线再次经过柱透镜光栅时，柱透镜光栅在水平方向上不会改变光线传播方向。故最终，光线在水平方向上将按原入射方向进行反射。

最后，反射经过柱透镜光栅200出射的光线再次经过液晶显示面板300，并重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内，从而形成视区。

综上所述，本实施例中的基于光源阵列的逆反射立体显示装置010的水平方向分光原理请参考图4。图4以光源420为例，描述了光线在水平方向上的传播过程。光源420处于打开状态，其余光源处于关闭状态，液晶显示面板300提供与该光源420位置对应的视差图像。光源420发出的光线依次经液晶显示面板300、柱透镜光栅200到达逆反射膜100后反射，再次经柱透镜光栅200、液晶显示面板300后，反向汇聚到光源420所在位置，形成视区。人眼处于该视区位置时可以看到与该光源位置对应的视差图像。

本实施例中基于光源阵列的逆反射立体显示装置010的垂直方向分光原理请参考图5。因逆反射膜入射光线110与逆反射膜反射光线120间存在的位移并非常数，故逆反射膜反射光线120被柱透镜光栅200折射后，其在任意垂直方向上均有光线出射。故当人眼处于光源420的垂直投影区域内时，均可看到对应的视差图像。

本实施例中，四台投影机410~420时分复用地投射四幅视差图像，并形成四个不同视区，当观看者左右眼分别处于不同视区时，可以分别看到与之对应的视差图像，从而产生立体视觉。本实施例中，由于利用光源阵列和逆反射膜100控制视差图像的投射方向，从而实现立体图像显示，相对于传统的利用投影机实现立体投影的装置，其成本相对较低。

Claims (5)

1.一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其特征在于：该基于光源阵列的逆反射立体显示装置由光源阵列、柱透镜光栅、逆反射膜及液晶显示面板组成，液晶显示面板、柱透镜光栅及逆反射膜前后依次放置，所述柱透镜光栅置于逆反射膜之前，其由多个柱透镜在垂直方向上排列而成，用于垂直方向上散射光线，所述逆反射膜上具有光逆反射结构，可将入射到该逆反射膜上的光线按原入射方向进行反射，液晶显示面板用于提供视差图像，其采用低散射面板，其不改变光线的传播方向，光源阵列、柱透镜光栅及逆反射膜用于控制该装置中光线传播的方向，光源阵列中任意光源发射的光线均可发射至液晶显示面板、柱透镜光栅及逆反射膜位置，并经液晶显示面板、柱透镜光栅后，到达逆反射膜位置，经逆反射膜反射后，其光线再次经过柱透镜光栅和液晶显示面板，并重新汇聚到光源所在的垂直投影区域内。

2.如权利要求1所述的一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其特征在于：所述逆反射膜采用立方晶结构，其周期结构由呈九十度正交放置的三个正方形反射平面构成。

3.如权利要求1所述的一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其特征在于：液晶显示面板和柱透镜光栅的前后位置可以互换。

4.如权利要求1所述的一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其特征在于：光源阵列可以为二维阵列。

5.如权利要求1所述的一种基于光源阵列的逆反射立体显示装置，其特征在于：柱透镜光栅可替换为柱状凹透镜阵列。

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