[发明专利]可增大分光角度的裸眼3D光栅

说明书

本发明公开的3D光栅，由一层凸柱镜光栅和一层凹柱镜光栅复合而成，中间保持合适的距离，简称为凸凹柱镜光栅。通过扩大分光角度，缩短观看距离，使手机、PAD等手持设备通过外贴膜技术就可以实现裸眼3D显示，同时具有屏幕保护效果。智能手机贴上3D光栅膜，配合专用APP可以实现3D拍摄、显示，同时保持2D显示和触摸功能不受影响。

技术领域：

本发明涉及一种可增大分光角度的裸眼3D光栅，所述裸眼3D光栅可用于智能手机、PAD等个人手持设备的外贴膜。

背景技术：

3D光栅是实现裸眼3D显示的重要器件，3D光栅主要包括柱镜光栅和狭缝光栅，两者分别依据凸透镜成像和小孔成像原理并一维简化而来。3D光栅一个重要的特性是：显示平面上相邻的两个像素点发出的光线，经过一个柱面镜单元的光心，或一条狭缝后直线出射，如图1所示。对于手持设备上的显示屏来说，观看距离H≈350mm，人眼瞳距L≈65mm，5.5英寸1080P显示屏的点距p≈0.063mm，这样可以估算出3D光栅的焦距D≈0.34mm。考虑到像素平面到显示屏外侧的距离，以及3D光栅膜的厚度，在如此短的焦距下，3D光栅只能置放于触摸屏和显示屏之间，即内贴膜方式。

采用内贴膜的裸眼3D手机和PAD，目前市场上出现了近10种品牌，3D显示效果均满足使用要求。然而，更大的市场需求是发展外贴膜技术实现裸眼3D显示，即任意一部智能手机贴上3D光栅膜，可以达到保护屏幕的目的，配合APP还可以实现裸眼3D显示，同时保持2D显示和触摸功能不受影响。目前市场上出现了采用外贴膜显示的3D手机壳，受限于3D光栅的技术特点，其最近可观看距离＞800mm，远大于正常手持距离。

发明内容：

本发明公开了一种可增大分光角度的裸眼3D光栅，目的在于通过扩大分光角度，将屏幕外贴光栅膜的观看距离缩短到正常手持范围，使手机、PAD等手持设备通过外贴光栅保护膜就可以实现裸眼3D显示。

如图3所示，可增大分光角度的裸眼3D光栅由一层凸柱镜光栅和一层凹柱镜光栅复合而成，中间保持合适的距离d，下面我们把这种结构的3D光栅简称为凸凹柱镜光栅。如图2所示的凹透镜虚物成像光路图，解释了凸凹柱镜光栅能够显示裸眼3D的原理。显示屏图像平面与凸柱镜光栅的距离为物距u₀，凸柱面镜的焦距为f₀，u₀＞f₀，图像上的像素点通过对应的柱面镜成倒立的实像，像距为v₀。作凹透镜成像光路图时有虚物和实物之分，所谓虚物体，是指上一个光学器件所成的像，在尚未到达成像点之前，就遇到下一个光学器件，在这里，上一个光学器件指凸柱面镜，下一个光学器件指凹柱面镜。因为从凸柱面镜出射的光线到达成像点之前就进入凹柱面镜，即v₀＞d，所以对于凹柱面镜来说就是虚物成像。当u₁＝f₁，虚物处于凹柱面镜的焦平面时，成像位置在无穷远，即从凹柱面镜出射的光为平行光，并且方向向外侧发生了偏转，增大了分光角度。

作为对比，常规柱镜光栅的图像面处于焦平面上，像素点发出的光线经过柱面镜成像后变成平行光出射，u₀＝f₀。

显然，凸凹柱镜光栅立体成像满足下列条件：

u₀＞f₀

v₀＝d+f₁

作为手机外贴膜使用时，物距u₀就是从显示屏图像平面到触摸屏外表面层的总厚度，d≤0.6mm，否则影响到触屏功能。

根据透镜成像公式可推导分光角度的增大幅度：

凸凹柱镜之间的间距d越大，凹柱面镜的焦距f₁越小，分光角度的增幅就越大，但要受到凸凹柱镜光栅总厚度，以及小焦距加工工艺的制约。