CN102455516A - 三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维显示装置，其包括一个二维显示屏、一个收容框、一个相对该二维显示屏的三维显示屏、一个设置在该收容框外的镜头、一个设置在该收容框外的近接感测器、一个设置在该收容空间内的驱动单元、以及一个控制单元。该收容框内形成一个收容空间。该三维显示屏设置在该收容空间内且位于观察者的眼睛与该二维显示屏之间。该镜头用于感测观测者眼睛的位置。该近接感测器用于根据该镜头所感测到的人眼位置对该收容框与人眼之间的距离进行感测。该驱动单元用于驱动该三维显示屏沿邻近或远离该二维显示屏的方向移动。该控制单元用于控制该驱动单元驱动该三维显示屏移动至一最佳成像位置，以使人眼观测到清晰之三维图像。

Description

三维显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，尤其涉及一种三维显示装置。

背景技术

便携式电子装置，如手机，MP3，个人数位助理，照相机，以及笔记本电脑等，极大地丰富了人们的生活，相应地，消费者也对产品的性能提出了更多的要求，例如，希望能从这些便携式电子装置上用裸眼看到三维图像。然而，现有具有图像显示功能的便携式电子装置大多只能显示平面的二维图像，因此其难以满足消费者的需求。而现有能够显示三维图像的便携式电子装置又要求消费者在使用时戴上特制的三维眼镜才能观测到影像，对于观测三维图像而言实为不便。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种无需佩戴三维眼镜即可观看到清晰之三维图像的三维显示装置。

一种三维显示装置，其包括一个二维显示屏、一个收容框、一个与该二维显示屏相对设置的三维显示屏、一个设置在该收容框外的镜头、一个设置在该收容框外的近接感测器、一个设置在该收容空间内的驱动单元、以及一个控制单元。该收容框内形成一个收容空间。该三维显示屏设置在该收容空间内且位于观察者的眼睛与该二维显示屏之间。该镜头用于感测观测者眼睛的位置。该近接感测器用于根据该镜头所感测到的人眼位置对该收容框与人眼之间的距离进行感测。该驱动单元用于驱动该三维显示屏沿邻近或远离该二维显示屏的方向移动。该控制单元根据该近接感测器所感测到的结果计算该二维显示屏与人眼之间的距离、并根据成像原理分析处理得到用于控制驱动单元的控制信号，该驱动单元响应该控制信号驱动该三维显示屏移动至一最佳成像位置，以使人眼观测到清晰之三维图像。

相对于现有技术，本发明所提供的三维显示装置结构简单，使用者可无需佩戴三维镜片仅通过裸眼就能直接观看到三维图像，因此十分便于使用，另外，所述三维显示装置通过镜头与近接感测器相结合对收容框与人眼之间的距离进行感测，而驱动单元可根据该感测结果驱动三维显示屏以调节该三维显示屏与二维显示屏之间的距离，从而使人眼观测到清晰之三维图像。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的三维显示装置的俯视示意图。

图2是图1所示三维显示装置沿II-II线的剖面示意图。

图3是本发明第二实施例提供的三维显示装置的剖视示意图。

主要元件符号说明

三维显示装置                100、200

二维显示屏                  10、210

收容框                      20、220

三维显示屏                  30、230

镜头                        40

近接感测器                  50

驱动单元                    60、260

压电致动器                  61

控制单元                    70

顶板                        21

底板                        23、223

脚座                        25、225

收容空间                    20a

方形通孔                    20b

永久磁铁                    261

电磁线圈                    262

内侧壁                      2250

具体实施方式

下面将结合具体实施例，以对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供的一种三维显示装置100，其包括一个二维显示屏10、一个收容框20、一个三维显示屏30、一个镜头40、一个近接感测器(proximity sensor)50、一个驱动单元60、以及一个控制单元70。

该二维显示屏10可为一个液晶显示屏(liquid crystal display，LCD)，如一个薄膜晶体管液晶显示屏(thin-film transistor liquidcrystal display，TFT-LCD)。本实施例中，该二维显示屏10大致为长方形板状。

该收容框20为一方形筒状结构，其具有一中心轴M。具体地，该收容框20包括一个顶板21、一个底板23、以及一个位于该顶板21与该底板23之间的脚座25，其中，该顶板21相对该底板23设置，该脚座25环绕该中心轴M且连接该顶板21与该底板23。该顶板21、该底板23、以及该脚座25相结合形成一个收容空间20a。本实施例中，该收容框20具有一个方形通孔20b，该方形通孔20b贯穿该顶板21及该底板23，并与该收容空间20a相贯通，该二维显示屏10设置在该底板23对应该方形通孔20b的开口处。

如图2所示，该三维显示装置100可具有一个背光模组80，该背光模组80用于将点光源或线光源(图未示)发出的非均匀光转换成均匀平面光，从而照射在该二维显示屏10上。本实施例中，该背光模组80与该二维显示屏10相结合位于该底板23对应该方形通孔20b的开口处。可以理解的是，该方形通孔20b也可仅仅贯通该顶板21而不贯穿该底板23，此时，该背光模组80与该二维显示屏10可相结合设置在该底板23上。

可以理解的是，该收容框20也可具有其它形状，如中空圆筒状等，并不局限于具体实施例。

该三维显示屏30相对该二维显示屏10设置，本实施例中，该三维显示屏30大致为长方形板状。本实施例中，该三维显示屏30为一个柱状透镜阵列(lenticular lens array)，该柱状透镜阵列由多个平行设置的柱状透镜单元31所组成。另外，该三维显示屏30可由透明材料，如塑料或玻璃制成。

该镜头40设置在该收容框20的顶板21上且暴露在该收容空间20a外，其用于感测观测者眼睛的位置，具体地，该镜头40至少包括镜片(图未示)及影像感测器，其中，镜片用于将外界物体成像，如观测者的眼睛成像于影像感测器上，该影像感测器用于感测观测者眼睛的位置。本实施例中，该影像感测器可为电荷耦合感测器(Charge CoupledDevice，CCD)或互补金属氧化物半导体感测器(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)。

该近接感测器50同样设置在该收容框20的顶板21上且暴露在该收容空间20a外，本实施例中，该近接感测器50邻近该镜头40设置，用于根据该镜头40所感测到的人眼位置对其与人眼之间的距离进行感测。

该控制单元70设置在该收容空间20a内。本实施例中，该控制单元70设置在该收容框20的底板23上，且该控制单元70分别与该镜头40的影像感测器及该近接感测器50电性连接。

该驱动单元60位于该收容空间20a内，其用于驱动该三维显示屏30沿邻近或远离该二维显示屏10的方向移动。本实施例中，该驱动单元60包括两个压电致动器(piezoelectric actuator)61。具体地，该两个压电致动器61分别设置在该收容框20的底板23相对该中心轴M的两侧，且该两个压电致动器61位于该三维显示屏30的其中一侧。该三维显示装置100可一步包括两个弹性元件，如两个弹簧65。该两个弹簧65位于该三维显示屏30相对该两个压电致动器61的另一侧，且该两个弹簧65的两端分别与该三维显示屏30及该顶板21对应该收容空间20a的内壁相连接。

工作时，在近接感测器50与二维显示屏10的距离已知的情况下，该控制单元70根据该近接感测器50所感测到的结果可计算得到该二维显示屏10与人眼之间的距离T，而T＝p+q，其中，p代表该二维显示屏10位于最佳成像位置(在该最佳成像位置人眼可观测到清晰之三维图像)时三维显示屏30与人眼之间的第一距离，q代表该二维显示屏10位于最佳成像位置时该三维显示屏30与该二维显示屏10之间的第二距离。进一步地，该控制单元70根据成像原理分析处理得到上述第一距离p与第二距离的q的具体值，例如，根据成像原理公式：1/f＝1/p+1/q，在T及柱状透镜单元31的焦距f为已知的情况下，即可计算得到第一距离p、第二距离q。由此，该控制单元70可进一步分析处理得到一个用于控制驱动单元60的控制信号。该驱动单元60可响应该控制信号以驱动该三维显示屏30移动至与二维显示屏10的距离为q的最佳成像位置，以使人眼可观测到清晰的三维图像。

可以理解的是，在本实施例中，该驱动单元60所包含的压电致动器61的数目为两个，该两个压电致动器61分别连接该三维显示屏30的两端，其可同时作动以较平稳地移动该三维显示屏30。在其它变更实施方式中，该驱动单元60也可仅包含一个压电致动器61以驱动该三维显示屏30，或包括多个，如三个、四个环绕该收容框20的中心轴M的压电致动器61对三维显示屏30进行驱动，该驱动单元60所包含的压电致动器61的数目并不局限于具体实施例，以使该三维显示屏30可平稳地进行移动为宜。

请参阅图3，本发明第二实施例提供的一种三维显示装置200，其与第一实施例所述的三维显示装置200的结构及工作原理相类似，区别在于，驱动单元260包含两个第一磁性元件261及两个对应该第一磁性元件261的第二磁性元件262。

该两个第一磁性元件261及该两个第一磁性元件262两两分布于该收容框220相对其中心轴M的两侧，其中，该两个第一磁性元件261分别连接于三维显示屏230沿垂直该中心轴的方向的两端，并分别与收容框220的底板223相隔离，该第二磁性元件262固连于收容框220的脚座225的内侧壁2250。本实施例中，该第一磁性元件261为一永久磁铁，该第一磁性元件261为一电磁线圈。

工作时，对该两个第二磁性元件262通电使其产生磁场，根据安培定律，位于该磁场中的两个第一磁性元件261将相应地受到磁性吸引力或磁性排斥力作用，从而驱动三维显示屏230沿远离或邻近二维显示屏210的方向移动至与二维显示屏10的距离为q的位置，从而使得人眼可观测到清晰的三维图像。

可以理解的是，在另一变更实施方式中，该第一磁性元件261也可为一电磁线圈，而该第二磁性元件262可为一永久磁铁，该第一、第二磁性元件261、262同样可相结合实现驱动三维显示屏230沿远离或邻近二维显示屏210的方向进行移动，以使得人眼可观测到清晰之三维图像之目的。所述第一、第二实施例中提供的三维显示装置100、200结构简单，使用者可无需佩戴三维镜片仅通过裸眼就能直接观看到三维图像，因此十分便于使用。

应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种三维显示装置，包括：

一个二维显示屏；

一个收容框，该收容框内形成一个收容空间；

一个与该二维显示屏相对设置的三维显示屏，该三维显示屏设置在该收容空间内且位于观察者的眼睛与该二维显示屏之间；

一个设置在该收容框外的镜头，该镜头用于感测观测者眼睛的位置；

一个设置在该收容框外的近接感测器，该近接感测器用于根据该镜头所感测到的人眼位置对该收容框与人眼之间的距离进行感测；

一个设置在该收容空间内的驱动单元，该驱动单元用于驱动该三维显示屏沿邻近或远离该二维显示屏的方向移动；以及

一个控制单元，该控制单元根据该近接感测器所感测到的结果计算该二维显示屏与人眼之间的距离、并根据成像原理分析处理得到用于控制驱动单元的控制信号，该驱动单元响应该控制信号驱动该三维显示屏移动至一最佳成像位置，以使人眼观测到清晰之三维图像。

2.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，该二维显示屏为一个液晶显示屏。

3.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，该三维显示屏为一个柱状透镜阵列，该柱状透镜阵列包括多个平行设置的柱状透镜单元。

4.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，该驱动单元包括至少一与该三维显示屏相连接的压电致动器，该至少一压电致动器位于该三维显示屏的其中一侧。

5.如权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，该驱动单元包括至少一与该三维显示屏相连接的第一磁性元件，以及至少一邻近该第一磁性元件且与该收容框相连接的第二磁性元件，该至少一第一磁性元件与该至少一第二磁性元件相结合并通过磁性吸引力或磁性排斥力带动该三维显示屏移动。

6.如权利要求4或5中任意一项所述的三维显示装置，其特征在于，该三维显示装置进一步包括至少一位于该三维显示屏相对该驱动单元另一侧的弹性元件，且该至少一弹性元件的两端分别与该三维显示屏及该收容框对应该收容空间的内壁相连接。

7.如权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，该第一磁性元件为永久磁铁，该第二磁性元件为电磁线圈。

8.如权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，该第一磁性元件为电磁线圈，该第二磁性元件为永久磁铁。

9.如权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，该收容框为方形筒状结构。

10.如权利要求9所述的三维显示装置，其特征在于，该至少一第一磁性元件包含两个第一磁性元件，该至少一第二磁性元件两个第二磁性元件，该两个第一磁性元件及该两个第二磁性元件两两分布于该收容框相对其中心轴的两侧。

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