回收式狭缝照明自由立体成像装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种回收式背光照明自由立体成像装置，它包括一个半封闭的光回收机构和图像层，所述的半封闭的光回收机构包括狭缝反射膜、底层反射膜和侧面反射膜，狭缝反射膜、底层反射膜和侧面反射膜镀制在同一块基板上或分别镀制在各自不同的基板上形成中空结构。本发明专利技术还公开了利用该装置形成立体图像的方法：即光束经来回反射后从狭缝射出后；从狭缝中射出的发光单元经立体显示器后在观看面形成没有串影的立体图像；当观看者的左眼置于左图像在成像空间、右眼置于右图像在成像空间时，将观看到立体图像。本发明专利技术从根本上解决了串影问题与显示亮度之间的矛盾，同时，本发明专利技术具有很好的平面显示兼容性和对观看者进行头部跟踪（视点跟踪）的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自由立体图像成像装置及其图像显示方法，特别是涉及一种高亮度平板立体成像装置及其图像显示方法，属于信息显示

技术介绍
立体图像显示器将场景的三维信息完全地再现出来，显示的是具有纵深感的图像。犹如观看立体电影那样，观看者可以直接看出图像中景物的远近、纵深，犹如身临其境，获得强烈的视觉冲击。有别于佩带立体眼镜观看的立体显示器，自由立体显示器无需借助任何辅助工具，肉眼可以在屏幕上直接观看到立体画面，即自由立体显示(Auto-stereo Display)或无眼镜立体显示(Stereo Display without Glasses)技术。目前，平板型自由立体液晶显示方式可以分为三大类第一类基于狭缝背光照明，这种方式具有平面与立体显示兼容的优点，但在立体显示的情况下，显示亮度下降很大。第二类基于前置式狭缝光栅，这种方式具有平面与立体显示兼容的优点，但在立体显示的情况下，显示亮度下降也很大。第三类基于前置式柱面光栅，这种方式的立体显示亮度与同等的平面显示器显示亮度相同，但不兼容立体显示。自由立体显示的主要技术指标包括1、有效观看区即能够使观看者清晰观看到立体图像的空间区域，在此区域，观看者的每只眼睛只能单独观看到单视点画面，不会出现串影(Cross talk)现象。有效观看区的大小与串影区域有关，在串影区，观看者的眼睛不能单独观看到单视点画面，而是同时观看到左右画面，从而导致立体显示效果下降。串影现象严重的情况下，显示器的立体显示效果将完全散失，图像重影严重。在目前的三大类平板型自由立体液晶显示方式中，串影现象是无法避免的问题。2、兼容性是立体显示器的另一个主要技术指标，在目前平面显示器占据显示器几乎100％市场的情况下，立体显示器必须具有与平面显示器兼容的性能，也就是说立体显示器既能显示立体图像又可以显示平面图像。3、立体显示亮度理想的立体显示方式应当能够做到立体显示模式下的现实亮度与平面显示模式下的现实亮度没有明显的亮度变化。在与本专利技术所涉及的背光照明立体显示方式中，目前采用的背光照明方式存在的最大问题是，立体显示模式下的显示亮度与同等参数的平面图像显示亮度下降很大。如图1所示，对于照明狭缝的发光单元a0，在设计的最佳观看平面的成像区域为A01A02，OA01，OA02段各形成左右两幅独立的图像。当光源扩展为a1a2时，观看平面的成像区域扩展为A21A12，其中两端A21A11，A22A12以及中央O1O2存在左右图像交叉，在图像交叉区域出现串影现象。只有O1A11和O2A22分别是单纯的左、右图像成像区域，即有效的立体图像显示区域。设狭缝宽为p，狭缝与图像平面距离为d，图像单元宽为t。则图像的重叠率为R＝p/t。设计的最佳图像观看平面的串影区与理想观看区之间的比值与图像的重叠率R相等，R越大，串影越严重。显然，当光源的狭缝宽度p等于零时，设计最佳观看平面的串影现象消失。因此，为了得到理想的自由立体显示效果，必须在保证足够显示亮度的前提下，尽可能地减小狭缝光源的狭缝宽度。实际上，背光照明立体显示方式下，有效观看区的扩大和显示亮度两者之间存在着相互的矛盾1、为了扩大有效观看区，必须缩小狭缝照明光源的狭缝宽度。2、为了提高显示亮度，必须充分利用背光能量。因此，照明光源的狭缝宽度越大，显示亮度越亮。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种新的自由立体成像装置，它利用光回收技术，构成对背光回收利用，使得背光元的光强度得到充分利用，同时又能提供极其狭窄的阵列狭缝照明光源，从而根本上解决了串影问题与显示亮度之间的矛盾，同时，本专利技术具有很好的平面显示兼容性。本专利技术的另一目的在于提供一种回收式背光照明自由立体成像装置的图像显示方法。本专利技术一种回收式狭缝照明自由立体成像装置是采取以下的技术方案来实现的一种回收式狭缝背光照明自由立体成像装置，它包括一个半封闭的光回收机构和图像层，所述的半封闭的光回收机构包括狭缝反射膜和底层反射膜，狭缝反射膜和底层反射膜镀制在同一块基板上或分别镀制在各自不同的基板上形成中空结构。光线在机构内往复反射后从狭缝射出，形成高亮度狭缝光源。图像层位于狭缝光源的狭缝反射膜层上方，显示内容是交替排列的立体图像对阵列。立体图像单元的宽度t与狭缝间隔g之间的关系是t＝g-Δ。狭缝光源照射图像显示层，并将立体图像对阵列投射到成像装置的图像显示空间，形成立体图像。本专利技术回收式背光照明自由立体成像装置还可以采取以下的技术方案来进一步实现前述的回收式背光照明自由立体成像装置，其特征在于在狭缝反射膜的狭缝处印制折射率大于基板折射率的漫射体，所述的折射率至少在90％以上。以减小光回收机构内光的反射次数、增加狭缝光源的发散角。前述的回收式背光照明自由立体成像装置，其特征在于在狭缝反射膜的前面还添加一片柱面光栅或液晶柱面透镜。前述的回收式背光照明自由立体成像装置，其特征在于在基板灯管的相对侧面还镀制有一侧面反射膜，所述的侧面反射膜与狭缝反射膜和底层反射膜镀制在同一块基板上或分别镀制在各自不同的基板上形成中空结构，侧面反射膜置于在基板灯管的相对侧面，侧面反射膜、狭缝反射膜与底层反射膜之间构成四边形的三个边。为了提高对光线的捕获能力，可以将侧面反射膜与狭缝反射膜之间的平行关系加以改进，使其两者之间有所倾斜，形成一个夹角。这样侧面反射膜、狭缝反射膜与底层反射膜之间就构成一个三角形。为了提高狭缝光源亮度的均匀性，基板上下表面可增加有规律性分布的漫射体，或者底层反射膜基板和狭缝反射膜基板的内侧增加有规律性分布的漫射体；所谓规律性分布系指漫射体的分布密度不同，靠近灯管处的漫射体稀疏，距离灯管越远、漫射体的密度越密。前述的回收式背光照明自由立体成像装置，其特征在于在柱面光栅或液晶柱面透镜的前面还有一片聚合物分散液晶板。前述的回收式背光照明自由立体成像装置，其特征在于在狭缝反射膜的前面还有一片聚合物分散液晶板。利用回收式背光照明自由立体成像装置获得高亮度平面兼容立体图像的方法，其特征在于狭缝反射膜、底层反射膜具有至少大于90％的可见光反射率，导入基板的光束在狭缝反射膜与底层反射膜之间来回反射，包括(1)光束经机构中来回反射后从狭缝射出；(2)从狭缝中射出的发光单元经立体显示器后在观看面形成左右两幅单纯的图像，即形成图1所示的OA01、OA02，没有图像重叠的区域；(3)当观看者的左眼置于左图像的成像空间、右眼置于右图像的成像空间时，将观看到立体图像。前述的利用回收式背光照明自由立体成像装置获得高亮度平面兼容立体图像的方法，其中所述的光束经来回反射后从狭缝中射出包括以下几种情况(1)光束投射到狭缝反射膜后被反射并经底层反射膜再次反射，这样经至少两次反射之后，最终从狭缝射出；(2)或光束直接投射到狭缝处，因基板折射率大于狭缝处介质的折射率，光被全反射回基板，再经底层反射膜反射，至少两次往复反射后从狭缝射出；(3)或光束投射到狭缝处，并且入射角小于全反射临界角，从狭缝射出。下面结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的分析基于上述方案，本专利技术提出利用“光回收”而非遮挡的办法，得到高亮度的狭缝光源，其原理性结构如图2所示。设狭缝反射膜、底层反射膜具有足够高的可见光反射率(一般要求大于90％)，导入基板的光束在狭缝反射膜与底层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收式背光照明自由立体成像装置，它包括一个半封闭的光回收机构和图像层，其特征在于所述的半封闭的光回收机构包括狭缝反射膜和底层反射膜，狭缝反射膜和底层反射膜镀制在同一块基板上或分别镀制在各自不同的基板上形成中空结构，图像层位于狭缝光源的狭缝反射膜层上方，显示内容是交替排列的立体图像对阵列，立体图像单元的宽度ｔ与狭缝间隔ｇ之间满足ｔ＝ｇ－Δ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王元庆，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]