[發明專利]可增大分光角度的裸眼3D光柵

在審

• 申請號: 201910162738.0
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN111679444A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 鄧云天
• 申請（專利權）人: 鄧云天
• 主分類號: G02B30/27
• 分類號: G02B30/27;G02B5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開的3D光柵，由一層凸柱鏡光柵和一層凹柱鏡光柵復合而成，中間保持合適的距離，簡稱為凸凹柱鏡光柵。通過擴大分光角度，縮短觀看距離，使手機、PAD等手持設備通過外貼膜技術就可以實現裸眼3D顯示，同時具有屏幕保護效果。智能手機貼上3D光柵膜，配合專用APP可以實現3D拍攝、顯示，同時保持2D顯示和觸摸功能不受影響。

技術領域：

本發明涉及一種可增大分光角度的裸眼3D光柵，所述裸眼3D光柵可用于智能手機、PAD等個人手持設備的外貼膜。

背景技術：

3D光柵是實現裸眼3D顯示的重要器件，3D光柵主要包括柱鏡光柵和狹縫光柵，兩者分別依據凸透鏡成像和小孔成像原理并一維簡化而來。3D光柵一個重要的特性是：顯示平面上相鄰的兩個像素點發出的光線，經過一個柱面鏡單元的光心，或一條狹縫后直線出射，如圖1所示。對于手持設備上的顯示屏來說，觀看距離H≈350mm，人眼瞳距L≈65mm，5.5英寸1080P顯示屏的點距p≈0.063mm，這樣可以估算出3D光柵的焦距D≈0.34mm。考慮到像素平面到顯示屏外側的距離，以及3D光柵膜的厚度，在如此短的焦距下，3D光柵只能置放于觸摸屏和顯示屏之間，即內貼膜方式。

采用內貼膜的裸眼3D手機和PAD，目前市場上出現了近10種品牌，3D顯示效果均滿足使用要求。然而，更大的市場需求是發展外貼膜技術實現裸眼3D顯示，即任意一部智能手機貼上3D光柵膜，可以達到保護屏幕的目的，配合APP還可以實現裸眼3D顯示，同時保持2D顯示和觸摸功能不受影響。目前市場上出現了采用外貼膜顯示的3D手機殼，受限于3D光柵的技術特點，其最近可觀看距離＞800mm，遠大于正常手持距離。

發明內容：

本發明公開了一種可增大分光角度的裸眼3D光柵，目的在于通過擴大分光角度，將屏幕外貼光柵膜的觀看距離縮短到正常手持范圍，使手機、PAD等手持設備通過外貼光柵保護膜就可以實現裸眼3D顯示。

如圖3所示，可增大分光角度的裸眼3D光柵由一層凸柱鏡光柵和一層凹柱鏡光柵復合而成，中間保持合適的距離d，下面我們把這種結構的3D光柵簡稱為凸凹柱鏡光柵。如圖2所示的凹透鏡虛物成像光路圖，解釋了凸凹柱鏡光柵能夠顯示裸眼3D的原理。顯示屏圖像平面與凸柱鏡光柵的距離為物距u₀，凸柱面鏡的焦距為f₀，u₀＞f₀，圖像上的像素點通過對應的柱面鏡成倒立的實像，像距為v₀。作凹透鏡成像光路圖時有虛物和實物之分，所謂虛物體，是指上一個光學器件所成的像，在尚未到達成像點之前，就遇到下一個光學器件，在這里，上一個光學器件指凸柱面鏡，下一個光學器件指凹柱面鏡。因為從凸柱面鏡出射的光線到達成像點之前就進入凹柱面鏡，即v₀＞d，所以對于凹柱面鏡來說就是虛物成像。當u₁＝f₁，虛物處于凹柱面鏡的焦平面時，成像位置在無窮遠，即從凹柱面鏡出射的光為平行光，并且方向向外側發生了偏轉，增大了分光角度。

作為對比，常規柱鏡光柵的圖像面處于焦平面上，像素點發出的光線經過柱面鏡成像后變成平行光出射，u₀＝f₀。

顯然，凸凹柱鏡光柵立體成像滿足下列條件：

u₀＞f₀

v₀＝d+f₁

作為手機外貼膜使用時，物距u₀就是從顯示屏圖像平面到觸摸屏外表面層的總厚度，d≤0.6mm，否則影響到觸屏功能。

根據透鏡成像公式可推導分光角度的增大幅度：

凸凹柱鏡之間的間距d越大，凹柱面鏡的焦距f₁越小，分光角度的增幅就越大，但要受到凸凹柱鏡光柵總厚度，以及小焦距加工工藝的制約。