專利名稱：自動(dòng)立體顯示器的光學(xué)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示器的光學(xué)方案，借助于透鏡和小光源，有效降低功耗，提高用戶看到的圖像亮度的方法。
背景技術(shù)：
使用自動(dòng)立體顯示器，用戶不需要立體眼鏡等輔助設(shè)備，兩眼直接能看到不同的圖像，裸眼就能產(chǎn)生立體感。目前，自動(dòng)立體顯示技術(shù)中應(yīng)用最成功的、使用最多的技術(shù)路線是對(duì)普通液晶顯示器的改進(jìn)。在液晶前面或后面添加一排焦距很小的柱透鏡(或者狹縫或者長(zhǎng)遮光條)，控制光線方向，一部分像素的光線主要射到一只眼睛，這些像素上的圖片只能被一只眼睛看到。同樣另一部分像素發(fā)出的光線主要到另一眼睛，另一只眼睛只能看到另一幅圖片，兩幅圖片稍有差異，人腦融合兩幅不同的圖像，產(chǎn)生立體感和距離感。但是在這類技術(shù)路線中，大量的光線被浪費(fèi)了，功耗大，用戶看到的圖像亮度低，難以在強(qiáng)環(huán)境光下使用；同時(shí)只有在特定的位置才能看到立體圖像，不能滿足高品質(zhì)立體顯示的需要。因此如何降低功耗和增加圖像亮度是重要的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有自動(dòng)立體顯示器功耗大、亮度低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種新的自動(dòng)立體顯示器光學(xué)系統(tǒng)的方案，該方案不僅能夠降低顯示器的功耗，而且能有效地提高自動(dòng)立體顯示器的亮度，還可以根據(jù)用戶的位置，改變光線的方向，適應(yīng)不同位置觀看的需要。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在立體顯示器中增加會(huì)聚透鏡，將多只小光源排列在一起，與會(huì)聚透鏡進(jìn)行有效組合，對(duì)光線方向進(jìn)行控制后，再讓光線經(jīng)過(guò)一排柱透鏡(或狹縫或長(zhǎng)遮光條或它們的組合)、液晶面板等元件，使用戶兩眼看到不同圖片。
由單組小光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡，如果簡(jiǎn)化柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條、或它們的組合)的影響，光線將主要集中在人的兩眼附近，經(jīng)過(guò)柱透鏡后(或狹縫或長(zhǎng)遮光條等其它元件)會(huì)使光線分散，左右眼分別得到來(lái)自不同像素的光線，人眼附近的光仍然較強(qiáng)，從而提高用戶看到的圖像亮度。如果用戶眼睛的上下左右位置發(fā)生變化，沒(méi)有正對(duì)著顯示器，則打開(kāi)其它小光源，關(guān)閉先前的小光源，在用戶兩眼附近光強(qiáng)仍然較高。在立體顯示狀態(tài)下，任何瞬間都只有很少的一部分光源在工作，所以功耗較低。
本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)使用了低功耗、高亮度、驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單的小光源，降低了顯示器的功耗和簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，而且由于較好地控制光線，有效地提高亮度，并且當(dāng)用戶位置改變后，光線能改變方向，以適應(yīng)新的位置。


圖1是自動(dòng)立體顯示器方案的原理示意中，1是小光源，2是會(huì)聚透鏡，3中包含液晶面板、一排柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條或它們的組合)等元件，4是用戶位置。其中2和3也可以組合在一起，兩者之間可以沒(méi)有任何間隙，甚至在一塊元件上既制作會(huì)聚透鏡又制作一排柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條、或它們的組合)。任何滿足聚焦要求的透鏡或透鏡組都可以作為會(huì)聚透鏡，為了減小體積或降低成本，可以選擇菲涅爾透鏡(Fresnel)作為會(huì)聚透鏡。
由小光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡和一排柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條、或它們的組合)后，光線方向得到良好的控制，人眼睛附近明顯比其它位置亮度高，左、右眼分別只能看到各自的圖像，兩只眼睛看到的圖像不一致。
小光源1由任何可獨(dú)立調(diào)節(jié)工作狀態(tài)、單獨(dú)開(kāi)關(guān)的光學(xué)元件構(gòu)成，常見(jiàn)的有發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)、小燈泡、液晶元件、DMD芯片、LCOS芯片，或者任何其它的小型發(fā)光元器件。每組小光源也可以由多個(gè)元件共同組合而成，也可以是大面積光源的一部分。
具體實(shí)施例方式
整體實(shí)施過(guò)程分為幾步，首先初步確定各元件的參數(shù)，然后用軟件優(yōu)化，尋找最佳解，完成設(shè)計(jì)。
第一步初步選擇小光源或液晶屏。根據(jù)小光源的性能、參數(shù)和液晶屏的特性，估計(jì)顯示器的光學(xué)性能、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣指標(biāo)能不能滿足要求，顯示器的亮度、顏色、光源的發(fā)光角度是否合適等，根據(jù)結(jié)果選擇小光源或液晶屏。
第二步根據(jù)立體顯示的要求，兩只眼睛看到的像素不一樣，大致設(shè)計(jì)各元器件，初步確定柱透鏡(或狹縫或遮光條或它們的組合)和會(huì)聚透鏡的參數(shù)。
第三步以上述結(jié)果為初始值，考慮各種因素，比如用戶位置的變化、各元器件的幾何參量、光學(xué)特性、機(jī)械性能、公差、像差、加工性能、價(jià)格、工藝、安裝和校準(zhǔn)等等，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算和模擬仿真，以及反復(fù)試驗(yàn)，確定光路和元器件的最佳參數(shù)，完成設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)立體顯示器的光學(xué)方案，通過(guò)改變立體顯示器的背光光源和光學(xué)器件解決傳統(tǒng)自動(dòng)立體顯示器高功耗和低亮度的問(wèn)題，其特征是采用多個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)工作狀態(tài)、單獨(dú)開(kāi)關(guān)的小光源作為背光光源，與會(huì)聚透鏡進(jìn)行有效組合，對(duì)光源發(fā)出的光線進(jìn)行控制，讓光線經(jīng)過(guò)柱透鏡(或狹縫或長(zhǎng)遮光條或它們的組合)、液晶面板等元件，使用戶兩眼看到不同的圖片，產(chǎn)生立體感，同時(shí)也使得發(fā)出的光線匯聚在用戶眼睛附近，提高用戶看到的圖像亮度，并且有效降低了顯示器的功耗。為了滿足用戶在不同位置觀看的需要，可以改變不同的小光源的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光光源，其特征是背光光源由2組或2組以上小光源排列在一起構(gòu)成；小光源由任何可獨(dú)立調(diào)節(jié)工作狀態(tài)、單獨(dú)開(kāi)關(guān)的光學(xué)元件構(gòu)成，常見(jiàn)的有發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)、小燈泡、液晶元件、DMD芯片、LCOS芯片，或者任何其它的小型發(fā)光元器件，每組小光源也可以由多個(gè)元件共同組合而成，也可以是大面積光源的一部分，也可以只有一個(gè)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)聚透鏡，其特征是通過(guò)該透鏡和柱透鏡(或狹縫或長(zhǎng)遮光條或它們的組合)后，用戶眼睛附近明顯比其它位置的光更強(qiáng)一些，任何滿足該要求的透鏡或透鏡組都可以作為會(huì)聚透鏡，為了減小體積，可以選擇菲涅爾透鏡(Fresnel)作為會(huì)聚透鏡。也可以將柱透鏡(或狹縫或長(zhǎng)遮光條)和會(huì)聚透鏡組合在一起，兩者之間可以沒(méi)有任何間隙，甚至在一塊元件上既制作會(huì)聚透鏡又制作一排柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條、或它們的組合)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，為了滿足不同位置觀看的需要，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的小光源，使用戶在不同的位置，兩眼都能得到明亮的圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)立體顯示器的光學(xué)方案，借助于透鏡和小光源，降低功耗，使用戶看到更亮的圖像的方法。該方案中，采用多個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)工作狀態(tài)、單獨(dú)開(kāi)關(guān)的小光源替代冷陰極熒光燈，作為自動(dòng)立體顯示器的背光光源，利用會(huì)聚透鏡和柱透鏡(或狹縫、長(zhǎng)遮光條)的有效組合對(duì)光源發(fā)出的光線進(jìn)行控制，將光線匯聚在用戶眼睛附近，從而提高亮度、降低功耗，并且不需要立體眼鏡，用戶裸眼就能觀看立體圖像。該方案中，還可以根據(jù)用戶的位置使用不同的小光源，以改變光線的方向，適應(yīng)不同位置觀看的需要。本發(fā)明能夠有效提高用戶得到的圖像亮度、降低功耗和簡(jiǎn)化背光結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)立體顯示器中。
文檔編號(hào)G02B27/22GK1945379SQ200610147130
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者朱向冰, 蔣峰 申請(qǐng)人:朱向冰