一种单向匀光扩束屏及三维显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种单向匀光扩束屏及三维显示装置。其中单向匀光扩束屏包括至少一个柱状菲涅尔透镜和柱镜光栅；柱状菲涅尔透镜位于投影单元和柱镜光栅之间；柱状菲涅尔透镜包括多个沿第二方向延伸的齿状结构，柱状菲涅尔透镜用于将投影单元出射的光束偏折正入射到柱镜光栅；柱镜光栅的栅线沿第二方向延伸，柱镜光栅用于将柱状菲涅尔透镜出射的光束沿第一方向均匀扩束；其中，第一方向与第二方向交叉。本发明专利技术实施例的提供的单向匀光扩束屏可以对投影单元出射的光束进行单向均匀扩束，当多个投影单元成像拼接时，可以使拼缝亮度均匀，用于三维显示装置时可以提高显示亮度和均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种单向匀光扩束屏及三维显示装置
本专利技术实施例涉及三维显示技术，尤其涉及一种单向匀光扩束屏及三维显示装置。
技术介绍
现有技术中，利用全息投影、柱镜光栅、体三维、集成成像等原理可以实现裸眼三维显示。就实现方式而言，柱镜光栅利用柱透镜的折射效应将不同画面呈现到不同角度，将左右眼图像分开，利用视差产生三维视觉效果。在三维显示装置中，可以利用矢量像素作为图像源，利用柱镜光栅对矢量像素进行单向扩束，可以减少矢量像素的用量以降低成本，当扩束角度比较小时，光束均匀度比较一致，当需要大角度扩束时，边缘区域亮度会比中间区域亮度低，导致在扩束方向的不同位置观看时，会出现亮度跳变，导致显示的不均匀。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种单向匀光扩束屏及三维显示装置，其中单向匀光扩束屏可以对投影单元出射的光束沿同一方向扩束为强度均匀、分布相同的光锥，沿第二方向的传播方向及发散角不变，并使两个投影单元出射的光线经过单向均匀扩束后亮度一致，避免拼接的像产生亮度跃变，用于三维显示装置时可以提高显示亮度和均匀性。第一方面，本专利技术实施例提供一种单向匀光扩束屏，用于使投影单元出射的不同出射角的光束沿第一方向扩束为强度均匀、分布相同的光锥，沿第二方向的传播方向及发散角不变；所述单向匀光扩束屏包括至少一个柱状菲涅尔透镜和柱镜光栅；所述柱状菲涅尔透镜位于所述投影单元和所述柱镜光栅之间；所述柱状菲涅尔透镜包括多个沿所述第二方向延伸的齿状结构，所述柱状菲涅尔透镜用于将所述投影单元出射的光束偏折正入射到所述柱镜光栅；所述柱镜光栅的栅线沿所述第二方向延伸，所述柱镜光栅用于将所述柱状菲涅尔透镜出射的光束沿所述第一方向均匀扩束；当所述柱状菲涅尔透镜的数量包括至少两个时，所述柱状菲涅尔透镜沿所述第一方向排列，相邻两个所述柱状菲涅尔透镜的拼缝位置处接收的、沿所述第一方向上相邻两个所述投影单元出射的光束经过所述单向匀光扩束屏后形成相同的分布；其中，所述投影单元与对应的所述柱状菲涅尔透镜的垂直距离等于所述柱状菲涅尔透镜的焦距，所述第一方向与所述第二方向交叉。可选的，所述投影单元设置于对应的所述柱状菲涅尔透镜的焦点位置处。可选的，所述投影单元设置于对应的所述柱状菲涅尔透镜的焦面上，所述投影单元与所述柱状菲涅尔透镜的焦点的距离h满足：其中，L表示所述柱状菲涅尔透镜的焦距，表示所述单向匀光扩束屏沿所述第一方向的实际扩束角度，θ表示沿所述第一方向所需的视角。可选的，还包括位于所述柱镜光栅背离所述投影单元一侧的支撑镜，所述支撑镜用于支撑所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅。可选的，所述支撑镜靠近所述投影单元一侧的第一表面为曲面，所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅贴附于所述支撑镜的第一表面。可选的，所述支撑镜为等厚透镜或柱形凹透镜。可选的，所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅为一体式膜片，所述柱状菲涅尔透镜的齿状结构位于所述一体式膜片靠近所述投影单元一侧的表面，所述柱镜光栅位于所述一体式膜片背离所述投影单元一侧的表面。可选的，所述单向匀光扩束屏包括依次层叠的第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第一介质层位于所述第二介质层靠近所述投影单元的一侧，所述第一介质层和所述第三介质层的折射率均大于所述第二介质层的折射率；所述第一介质层和所述第二介质层的交界面设置有所述柱状菲涅尔透镜的齿状结构，所述第二介质层和所述第三介质层的交界面设置有所述柱镜光栅，所述第三介质层背离所述第二介质层的表面为平面。可选的，所述第一介质层和所述第三介质层的折射率相同。可选的，所述单向匀光扩束屏包括层叠设置的第四介质层和第五介质层，所述第四介质层位于所述第五介质层靠近所述投影单元的一侧，所述第五介质层的折射率大于所述第四介质层的折射率；所述第四介质层靠近所述投影单元一侧的表面设置有所述柱状菲涅尔透镜的齿状结构，所述第四介质层和所述第五介质层的交界面设置有所述柱镜光栅，所述第五介质层背离所述第四介质层的表面为平面。可选的，所述投影单元中一个像素在所述单向匀光扩束屏上沿第一方向的光斑宽度为d1，所述柱镜光栅的光栅常数为d2，d1≥3d2。第二方面，本专利技术实施例还提供一种三维显示装置，包括：转台，围绕所述转台的中心轴转动，所述中心轴沿第一方向延伸；至少一个灯杆，固定于所述转台上，所述灯杆包括至少一个投影单元，用于向垂直于所述第一方向的平面内至少朝两个方向发光，以形成至少两个视点；以及上述任一所述单向匀光扩束屏，所述单向匀光扩束屏与所述灯杆一一对应设置，且位于所述投影单元的出射光路上。可选的，所述投影单元包括沿所述第一方向排布的第一矢量像素、第二矢量像素和第三矢量像素；所述单向匀光扩束屏包括多个与所述投影单元一一对应的柱状菲涅尔透镜，所述第二矢量像素的中心与所述柱状菲涅尔透镜的中心的高度相同。可选的，所述投影单元包括包括第一矢量像素、第二矢量像素、第三矢量像素和合色镜，所述合色镜用于将所述第一矢量像素、所述第二矢量像素和所述第三矢量像素出射的光线从同一位置出射；所述单向匀光扩束屏包括多个与所述投影单元一一对应的柱状菲涅尔透镜，所述合色镜的中心与所述柱状菲涅尔透镜的中心的高度相同。可选的，所述投影单元包括一个矢量像素；所述单向匀光扩束屏包括多个与所述投影单元一一对应的柱状菲涅尔透镜，所述投影单元的中心与所述柱状菲涅尔透镜的中心的高度相同。可选的，还包括曲面镜，所述曲面镜位于所述灯杆与所述单向匀光扩束屏之间。本专利技术实施例提供的单向匀光扩束屏，包括至少一个柱状菲涅尔透镜和柱镜光栅；柱状菲涅尔透镜位于投影单元和柱镜光栅之间；柱状菲涅尔透镜包括多个沿第二方向延伸的齿状结构，柱状菲涅尔透镜用于将投影单元出射的光束偏折正入射到柱镜光栅；柱镜光栅的栅线沿第二方向延伸，当柱状菲涅尔透镜的数量包括至少两个时，柱状菲涅尔透镜沿第一方向排列，柱镜光栅用于将柱状菲涅尔透镜出射的光束沿第一方向均匀扩束；相邻两个柱状菲涅尔透镜的拼缝位置处接收的、沿第一方向上相邻两个投影单元出射的光束经过单向匀光扩束屏后形成相同的分布；其中，投影单元与对应的柱状菲涅尔透镜的垂直距离等于柱状菲涅尔透镜的焦距，第一方向与第二方向交叉。通过设置柱状菲涅尔透镜，柱状菲涅尔透镜将投影单元出射的发散光束偏折为近似平行的光束，然后近似垂直入射到柱镜光栅；通过柱镜光栅将柱状菲涅尔透镜出射的光束沿第一方向扩展视角，沿第二方向传播方向及发散角不变，由于柱状菲涅尔透镜的偏折作用，柱镜光栅可以实现第一方向上的均匀扩束，当多个投影单元成像拼接时，可以使拼缝亮度均匀，用于三维显示装置时可以提高显示亮度和均匀性，提升显示效果。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种单向匀光扩束屏的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种单向匀光扩束屏扩束时的光路示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种投影单元的有效设置区域的结构示意图；...

【技术保护点】
1.一种单向匀光扩束屏，其特征在于，用于使投影单元出射的不同出射角的光束沿第一方向扩束为强度均匀、分布相同的光锥，沿第二方向的传播方向及发散角不变；所述单向匀光扩束屏包括至少一个柱状菲涅尔透镜和柱镜光栅；/n所述柱状菲涅尔透镜位于所述投影单元和所述柱镜光栅之间；/n所述柱状菲涅尔透镜包括多个沿所述第二方向延伸的齿状结构，所述柱状菲涅尔透镜用于将所述投影单元出射的光束偏折正入射到所述柱镜光栅；/n所述柱镜光栅的栅线沿所述第二方向延伸，所述柱镜光栅用于将所述柱状菲涅尔透镜出射的光束沿所述第一方向均匀扩束；/n当所述柱状菲涅尔透镜的数量包括至少两个时，所述柱状菲涅尔透镜沿所述第一方向排列，相邻两个所述柱状菲涅尔透镜的拼缝位置处接收的、沿所述第一方向上相邻两个所述投影单元出射的光束经过所述单向匀光扩束屏后形成相同的分布；/n其中，所述投影单元与对应的所述柱状菲涅尔透镜的垂直距离等于所述柱状菲涅尔透镜的焦距，所述第一方向与所述第二方向交叉。/n

【技术特征摘要】
1.一种单向匀光扩束屏，其特征在于，用于使投影单元出射的不同出射角的光束沿第一方向扩束为强度均匀、分布相同的光锥，沿第二方向的传播方向及发散角不变；所述单向匀光扩束屏包括至少一个柱状菲涅尔透镜和柱镜光栅；
所述柱状菲涅尔透镜位于所述投影单元和所述柱镜光栅之间；
所述柱状菲涅尔透镜包括多个沿所述第二方向延伸的齿状结构，所述柱状菲涅尔透镜用于将所述投影单元出射的光束偏折正入射到所述柱镜光栅；
所述柱镜光栅的栅线沿所述第二方向延伸，所述柱镜光栅用于将所述柱状菲涅尔透镜出射的光束沿所述第一方向均匀扩束；
当所述柱状菲涅尔透镜的数量包括至少两个时，所述柱状菲涅尔透镜沿所述第一方向排列，相邻两个所述柱状菲涅尔透镜的拼缝位置处接收的、沿所述第一方向上相邻两个所述投影单元出射的光束经过所述单向匀光扩束屏后形成相同的分布；
其中，所述投影单元与对应的所述柱状菲涅尔透镜的垂直距离等于所述柱状菲涅尔透镜的焦距，所述第一方向与所述第二方向交叉。


2.根据权利要求1所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述投影单元设置于对应的所述柱状菲涅尔透镜的焦点位置处。


3.根据权利要求1所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述投影单元设置于对应的所述柱状菲涅尔透镜的焦面上，所述投影单元与所述柱状菲涅尔透镜的焦点的距离h满足：



其中，L表示所述柱状菲涅尔透镜的焦距，表示所述单向匀光扩束屏沿所述第一方向的实际扩束角度，θ表示沿所述第一方向所需的视角。


4.根据权利要求1所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，还包括位于所述柱镜光栅背离所述投影单元一侧的支撑镜，所述支撑镜用于支撑所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅。


5.根据权利要求4所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述支撑镜靠近所述投影单元一侧的第一表面为曲面，所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅贴附于所述支撑镜的第一表面。


6.根据权利要求4所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述支撑镜为等厚透镜或柱形凹透镜。


7.根据权利要求1～6任一所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述柱状菲涅尔透镜和所述柱镜光栅为一体式膜片，所述柱状菲涅尔透镜的齿状结构位于所述一体式膜片靠近所述投影单元一侧的表面，所述柱镜光栅位于所述一体式膜片背离所述投影单元一侧的表面。


8.根据权利要求1～6任一所述的单向匀光扩束屏，其特征在于，所述单向匀光扩束屏包括依次层叠的第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第一介质层位于所述第二介质层靠近所述投影单元的一侧，所述第一介质层和所述第三介质层的折射率均大于所述第二介质层的折射率；
所述第一介...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢增祥，
申请(专利权)人：亿信科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81