空间立体显示装置的制作方法

本实用新型涉及三维显示技术领域，具体而言，涉及一种空间立体显示装置。

背景技术：

三维显示领域中，提供的待显示的图像是具有立体信息的，也就是说提供的图像是有一定深度的，传统的头盔显示器只能够眼提供单个虚拟平面的显示信息，基于人眼的双目视差效应而使得观看者产生3D景深效果，人眼为了看清不同深度的物体需要调节人眼的晶状体使得人眼聚焦到这个虚拟平面上，虚拟物体深度和虚拟平面的深度差异越大，就会越大，这样会造成人眼的不适感。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种空间立体显示装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种空间立体显示装置，包括：背光模组、光学渲染模组、空间光调制器及光调制模组；

所述背光模组，用于为所述空间光调制器提供平行或近平形的照明光束；

所述光学渲染模组与所述空间光调制器和光调制模组相连，用于根据待显示的三维虚拟物体计算所述空间光调制器的每一个像素在每个时间段内的灰度值并输出到所述空间光调制器上，以及根据待显示的三维虚拟物体计算所述光调制模组的每一阵列单元的光束偏转角度并输出到所述光调制模组上；

所述空间光调制器为透射式像素阵列光调制器，所述空间光调制器的每一个像素根据所述光学渲染模组输出的灰度值进行显示；

所述光调制模组为光束偏转可控的透射式微结构阵列排布的控光结构，所述光调制模组的阵列单元与所述空间光调制器的像素一一对应，对空间光调制器每个像素对应的光束分别进行角度偏转控制。

可选地，所述空间光调制器设置于所述背光模组的出射端，所述光调制模组设置于所述空间光调制器的出射端。

可选地，所述背光模组输出的平行光束与所述空间光调制器的工作平面的法线ON之间的角度afa1为非0值时，空间光调制器与光调制模组之间的间距d满足以下关系：

W＝d/tan(afa1)

其中,W为空间光调制器上的一个像素与光调制模组上与该像素对应的阵列单元沿着Y方向上的距离。

可选地，所述光调制模组设置于所述背光模组的出射端，所述空间光调制器设置于所述光调制模组的出射端。

可选地，所述空间立体显示装置还包括靠近所述光调制模组的第二光调制模组，所述第二光调制模组与所述光学渲染模组连接，所述第二光调制模组为光束偏转可控的透射式微结构阵列排布的控光结构。

可选地，所述空间光调制器为LCOS空间光调制器或LCD空间光调制器。

可选地，所述背光模组包括照明光源和光束整形合束器。

本实用新型提供的空间立体显示装置通过对背光模组、光学渲染模组、空间光调制器及光调制模组的巧妙集成与设计，在待显示三维虚拟空间中形成了密集的具有各个不同方向的光束组成的空间光场，人眼接收到的不再是一个二维信息的平面图像，而是具有不同深度信息的三维立体图像。当进行显示三维虚拟物体时，显示的三维虚拟物体中的每一个点可以在人眼瞳孔中形成来自不同方向的光束，故人眼可以自然聚焦到不同的位置，符合人眼平常自然观察真实世界物体的方式，而不存在人眼的聚焦位置和视差所导致的双眼辐辏位置不重合的现象。因此，本实用新型提供的空间立体显示装置能够解决人眼的汇聚和辐辏不一致问题。

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为本实用新型实施例提供的一种空间立体显示装置的成像原理图。

图2为本实用新型实施例提供的一种空间立体显示装置的另一种成像原理图。

图3为本实用新型实施例提供的另一种空间立体显示装置的结构示意图。

图4为空间光调制器设置于光调制模组出射端且两者距离较大时，不能正确成像的原理图。

图5为本实用新型实施例提供的另一种空间立体显示装置的结构示意图。

图标：1-空间立体显示装置；10-背光模组；30-光学渲染模组；50-空间光调制器；70-光调制模组；90-第二光调制模组。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

图1示出了本实用新型较佳实施例提供的一种空间立体显示装置1。该空间立体显示装置1包括背光模组10、光学渲染模组30、空间光调制器50及光调制模组70。

背光模组10，用于为所述空间光调制器50提供平行或近平形的照明光束。背光模组10可以包括照明光源和光束整形合束器。其中，照明光源可以采用激光光源、LED光源等。照明光源可以是单色光源也可以是多色光源。可选地，在本实施例中，照明光源采用多色LED光源。如，照明光源包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源。其中，LED光源中各个LED的颜色还可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要。光束整形合束器设置于照明光源的光路上，用于对照明光源发出的光束进行准直整形、合束处理。

光学渲染模组30分别与所述空间光调制器50和光调制模组70相连，用于根据待显示的三维虚拟物体计算所述空间光调制器50的每一个像素在每个时间段内的灰度值并输出到所述空间光调制器50上，以及根据待显示的三维虚拟物体计算所述光调制模组70的每一阵列单元的光束偏转角度并输出到所述光调制模组70上。

空间光调制器50为透射式像素阵列光调制器，所述空间光调制器50的每一个像素根据所述光学渲染模组30输出的灰度值进行显示。所述空间光调制器50可以为LCOS空间光调制器50或LCD空间光调制器50。

光调制模组70为光束偏转可控的透射式微结构阵列排布的控光结构，所述光调制模组70的阵列单元与所述空间光调制器50的像素一一对应，对空间光调制器50每个像素对应的光束分别进行角度偏转控制。

可选地，在本实施例中，空间光调制器50设置于所述背光模组10的出射端，光调制模组70设置于所述空间光调制器50的出射端。图1中，背光模组10为空间光调制器50提供具有平行输出的光束或近平行输出的光束的背光照明。背光模组10输出的平行光束与空间光调制器50的工作平面的法线ON之间的角度为0值，空间光调制器50和光调制模组70之间可以紧靠一起也可以间隔一定的距离。

如图2所示，背光模组10输出的平行光束与空间光调制器50的工作平面的法线ON之间的角度afa1也可以为非0值。此时为使得从空间光调制器50每个像素调制的光束入射至预设置的光调制模组70的阵列单元上，空间光调制器50与光调制模组70之间的间距需满足以下关系：

W＝d/tan(afa1)

其中W为空间光调制器50上的一个像素与光调制模组70上与该像素对应的阵列单元沿着Y方向上的距离；d为空间光调制器50与光调制模组70之间的距离。

如图3所示，在其他实施方式中，光调制模组70可以设置于所述背光模组10的出射端，空间光调制器50设置于所述光调制模组70的出射端。此时空间光调制器50和光调制模组70之间需要紧靠一起，即d的取值为0或接近于0。如此背光模组10的平行或近平行光束被光调制模组70分别转换为具有不同偏转角度的光束能够一一对应的被空间光调制器50上的像素单元进行调制。当d的取值为较大的非0值时，由光调制模组70的阵列单元偏转的光束将进入空间光调制器50上的其他像素上，从而不能获得正确的显示，如图4所示。

请继续参考图1，光调制模组70中的N个阵列单元分别对于其一一对应的的空间光调制器50上像素位置输出的光束进行不同角度的光束偏转，该N束偏转后的光束形成待显示三维虚拟物体的一个像素点的空间光场，有限个这样的N束偏转后的光束分别形成待显示三维虚拟物体的有限个像素点的空间光场。在图1中，N仅以3示意，在实际实施时，N为大于等于2的整数。如此，在待显示三维虚拟空间中形成的是密集的具有各个不同方向的光束组成的空间光场，人眼接收到的不再是一个二维信息的平面图像，而是具有不同深度信息的三维立体图像。当进行显示三维虚拟物体时，显示的三维虚拟物体中的每一个点可以在人眼瞳孔中形成来自不同方向的光束，故人眼可以自然聚焦到不同的位置，符合人眼平常自然观察真实世界物体的方式，而不存在人眼的聚焦位置和视差所导致的双眼辐辏位置不重合的现象。因此，本实用新型提供的空间立体显示装置1能够解决人眼的汇聚和辐辏不一致问题。

为了获得真实的立体视觉感，构成每一个虚拟物点的光束应不少于2束，上述的N值为大于等于2的整数。理论上最终获得的待显示三维虚拟物体的分辨率为空间光调制器50的分辨率的1/N倍，为了获得更高分辨率的三维虚拟物体，可以采用时分方法。例如，在预设显示刷新率对应的时间T内，总共进行M次的上述显示过程。如，在第一个1/M*T的时间内，显示1/N倍空间光调制器50分辨率的三维虚拟物点对应的空间光束，在第二个1/M*T的时间内，显示其他的1/N倍空间光调制器50分辨率的三维虚拟物点对应的空间光束，依次类推，最终在T时间内完成M个1/N倍空间光调制器50分辨率的三维虚拟物点显示，因此提高了三维虚拟物点的最终显示分辨率。M为大于1的整数。

可选地，本实施例提供的空间立体显示装置1还包括靠近所述光调制模组70的第二光调制模组90。第二光调制模组90与所述光学渲染模组30连接。在此实施方式中，由光调制模组70和第二光调制模组90根据光学渲染模组30分别输出的控制信息共同对由空间光调制器50件或背光模组10输出的光束进行光偏转控制。第二光调制模组90的设置方式可以有多种，以图1为例，第二光调制模组90的设置方式可以如图5所示。显而易见，在其他实施方式中，空间立体显示装置1还可以包括第三光调制模组、第四光调制模组、第五光调制模组……。

综上所示，本实用新型实施例提供的空间立体显示装置1通过对背光模组10、光学渲染模组30、空间光调制器50及光调制模组70的巧妙集成与设计，解决了人眼的汇聚和辐辏不一致问题。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。