CN109445003B - 一种彩色立体莫尔成像光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了彩色立体成像光学装置，包括微图文层，所述微图文层包括阵列排布的透明微图文单元，所述透明微图文单元与透明微图文单元之间设置有不透明背景层；背光模组，其位于微图文层的一侧，所述背光模组为微图文层提供均匀的光照；微聚焦层，其位于微图文层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，所述微聚焦层与所述微图文层之间设置有间隔层；通过所述微聚焦层能够裸眼观测到立体的、彩色的、放大的微图文图像。其能够形成彩色立体图像，裸眼可看，宽视场，立体感逼真，在立体成像和显示领域具有应用前景。

Description

一种彩色立体莫尔成像光学装置

技术领域

本发明涉及立体成像技术领域，具体涉及一种彩色立体莫尔成像光学装置。

背景技术

三维成像是显示技术的终极目标。国家、企业和研究机构不断投入大量财力物力进行研究。近年来，得益于海量的研发投入与光电技术的进步，各种三维成像技术蓬勃发展，为人们带来了前所未有的视觉体验。

体视镜显示技术是可以实现裸眼观看3D影像的显示设备。该技术中，一般都需要有控光结构实现对二维的显示器发出的光线方向进行控制，形成空间视点，达到左右眼分别接受不同视差图的目的，再经大脑融合即可形成立体感。传统的用于自由立体显示技术采用柱透镜阵列光栅。柱透镜阵列光栅利用透镜的成像将不同像素的位置信息转化为不同视点光强的方向信息。2D显示器需要放置在柱透镜阵列光栅的焦平面上。通过一排垂直排列的柱透镜阵列控制2D显示器中左右图像光线的射向，在空间中形成视点排布。使右眼图像聚焦于观看者右眼，左眼图像聚焦于观看者左眼，从而让观看者在不同角度看到不同的影像，产生立体影像。体视镜技术只能提供双目视差，无法提供运动视差等其它立体信息，所以长时间观看这种立体图像会引起严重的视觉疲劳、头晕恶心等不良反应。另外，有5％－10％的人群无法通过观察这种立体图像获得正确的三维感知。

1994年，文献首次报道了微聚焦莫尔成像效应。在任何光环境下，不需要辅助工具，在大视角范围就能观察到具有3D效果和动感的图像。莫尔图像成为莫尔效应和光学成像领域内非常特别的研究方向。但是，这一类的莫尔成像薄膜的视觉效果局限性非常明显，主要表现在：1)颜色单一，只能展示一种颜色效果；2)成像对比度和亮度不高，且无法调节；3)受环境光影响，形成多个莫尔放大图像，影响了观看效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种彩色立体莫尔成像光学装置，其能够形成彩色立体图像，裸眼可看，宽视场，立体感逼真，在立体成像和显示领域具有应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供了彩色立体莫尔成像光学装置，包括：微图文层，所述微图文层包括阵列排布的透明微图文单元，所述透明微图文单元与透明微图文单元之间设置有不透明背景层；背光模组，其位于微图文层的一侧，所述背光模组为微图文层提供均匀的光照；微聚焦层，其位于微图文层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，所述微聚焦层与所述微图文层之间设置有间隔层；通过所述微聚焦层能够裸眼观测到立体的、彩色的、放大的微图文图像。

作为优选的，所述微聚焦单元为折射型结构、衍射型结构或折射-衍射组合结构。

作为优选的，所述微聚焦单元为菲涅尔透镜。

作为优选的，所述微聚焦单元的口径范围为0.03mm至5.0mm。

作为优选的，所述微图文层位于微聚焦单元的焦距±20％的范围内，即所述微聚焦单元的焦距为f，所述微聚焦单元位于微图文层一侧的焦点为A，所述微图文层位于A±20％*f内。

作为优选的，所述透明微图文单元的光学透光率大于60％，所述不透明背景层的光学透过率不高于5％。

作为优选的，所述背光模组为直下式照明方式，所述背光模组包括光源和均光片，所述均光片位于光源和微图文层之间。

作为优选的，所述背光模组为侧入式照明方式，所述背光模组包括光源、反光片、导光片和均光片，所述反光片、导光片和均光片依次紧贴设置，所述均光片位于导光片与微图文层之间，所述光源位于导光片的侧面。

作为优选的，所述光源由一组或多组发光二极管组成，所述发光二极管依据时序混色彩色显示。

本发明还公开了一种彩色立体成像***，包括上述的彩色立体成像光学装置。

本发明的有益效果：

1、本发明公开了一种彩色立体光学成像装置，通过微聚焦层、微图文层和背光模组共同作用，提供了一种高亮度、高对比度的立体成像光学装置。

2、本发明中的立体视觉效果不受外部环境光影响、无需佩戴眼镜、裸眼可视，具有宽视场、立体感逼真且不会有眩晕感等优点。

3、本发明可以通过调节背光模组的光照模式，展示变换的多种颜色效果，同时可以调节亮度和对比度。

4、本发明的应用范围广泛，在立体成像、显示等领域有应用价值，例如可用于广告牌、防伪或者产品标志展示。

附图说明

图1为本发明中彩色成像光学装置结构示意图一；

图2为本发明中选用的一种菲涅尔透镜阵列的结构示意图；

图3为本发明的另一种菲涅尔透镜阵列的结构示意图；

图4为本发明中一种微图文层及其成像示意图；

图5为本发明中光源的照明方式结构示意图；

图6为本发明中彩色成像光学装置结构示意图二。

图中标号说明：10、微聚焦层；20、间隔层；30、微图文层；301、透明微图文单元；302、不透明背景层；31、微图文放大图像；40、均光片；41、导光片；42、反光片；50、光源；51、时序控制***。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-图6所示，本发明公开了一种彩色立体莫尔成像光学装置，包括微图文层30、背光模组和微聚焦层10。

微图文层30包括阵列排布的透明微图文单元301，透明微图文单元301与透明微图文单元301之间设置有不透明背景层302。背光模组位于微图文层30的一侧，背光模组为微图文层30提供均匀的光照。微聚焦层10位于微图文层30的另一侧，微聚焦层10包括阵列排布的微聚焦单元。

微聚焦层10与微图文层30之间设置有间隔层20。间隔层20提供了微聚焦层10和微图文层30之间的距离。

微图文层位于微聚焦单元的焦距±20％的范围内，即微聚焦单元的焦距为f，微聚焦单元位于微图文层30一侧的焦点为A，微图文层30位于A±20％*f内。

其中，透明微图文单元301的光学透光率大于60％，不透明背景层302的光学透过率不高于5％。

微聚焦层10的排布方式为正方排列、蜂窝排列、随机排布，或者为其它规则或不规则的排列中的一种或者多种组合。而微聚焦单元间的周期性或局部周期或非周期性的特征间距为30微米至5000微米，优选的为50微米至1000微米。微聚焦单元间的间距可以为50微米，微聚焦单元间的间距也可以为1000微米。

人裸眼通过微聚焦层10能够裸眼能够观测到立体的、彩色的、放大的微图文图像。

在本实施例中，微聚焦层10作为取样合成层，提供高的光学效率、光学放大率和立体视差效果。微图文层30提供了要展示的图像，为了提供更丰富的图像效果，组成阵列的透明微图文单元可以相同，或者存在几何形状上的变换关系，如旋转、缩放或其它形式的渐变。

如图1所示，为本发明中彩色成像光学装置结构示意图一。其中，背光模组为侧入式照明方式，背光模组包括光源50、反光片42、导光片41和均光片40，反光片42、导光片41和均光片40依次紧贴设置，均光片40位于导光片41与微图文层30之间，光源50位于导光片41的侧面。光源50为立体成像提供均匀的照明光源50。侧入式照明方式的设计使得该装置的整体结构较薄。反光片42为楔形结构，楔形结构有利于光从光源50侧导入中央区域，形成均匀的照明效果。

微聚焦单元为折射型结构、衍射型结构或折射-衍射组合结构。微聚焦单元可选用菲涅尔透镜。

本发明中，微聚焦单元可以选用平凸结构的普通微透镜阵列，平凸微透镜的透镜高度可能有十几微米。本发明中微聚焦单元也可选用菲涅尔透镜。菲涅尔透镜结构薄，只有几微米的高度，制造比较容易。

如图2所示，为本发明中选用的一种菲涅尔透镜阵列的结构示意图。其包括按照相等厚度切削圆透镜，而每个微聚焦单元内的结构的宽度从中央到边缘逐渐收窄。

如图3所示，为本发明的另一种菲涅尔透镜阵列的结构示意图。其包括按照相等宽度切削圆透镜，而每个微聚焦单元内的结构的高度从中央到边缘逐渐升高。

在本实施例中，微聚焦单元的口径范围为0.03mm至5.0mm。

如图4所示，为本发明中一种微图文层及其成像示意图。其中，图(a)为一种微图文层的结构示意图；图(b)为图(a)的成像示意图。微图文层30具有通光部分(微图文“5”字符阵列)和不透明背景部分。微图文层30与微聚焦层10结合，呈现出综合放大的微图文放大图像31：“5”字符阵列。综合放大的微图文图像31倍数为透明微图文层的50-300倍，且具有上浮或者下沉的立体效果。微图文层可以在金属铬版上制作。结合半导体制版工艺，经过曝光、显影、刻蚀，形成通光部分和不透明背景部分，它们组成微图文层。微图文层的通光和还可以通过印刷方式获得，其中不透明背景部分为由不透明油墨印刷材料组成。

光源50由一组或多组发光二极管组成，发光二极管依据时序混色彩色显示。如图5所示，为本发明中光源50的照明方式结构示意图。光源50包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的光源，三种颜色的光源与时序控制***51连接。通过调配RGB原色相对光量，由视觉***对光刺激的残留效应，形成并察知该颜色。该方法将原本以空间轴混色改为以时间轴混色，就是让R、G、B三色快速切换，若转换时间短于人眼视觉所能分辨的时间，借助人眼的视觉残留效应，就能产生混色效果，从而形成一种彩色立体成像。

在另一实施例中，背光模组为直下式照明方式。如图6所示，为本发明中彩色成像光学装置结构示意图二。其中，背光模组为直下式照明方式，背光模组包括光源50和均光片40，均光片40位于光源50和微图文层30之间。相对于图1中的侧入式照明，直下式照明无需复杂的背光模组，结构简单。

上述的彩色立体成像光学装置还可应用于彩色立体成像***中，从而便于人裸眼观测放大的、立体的、彩色的图像。本发明的应用范围广泛，在立体成像、显示等领域有应用价值，例如可用于广告牌或者产品标志展示。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种彩色立体成像光学装置，其特征在于，包括：

微图文层，所述微图文层包括阵列排布的透明微图文单元，所述透明微图文单元与透明微图文单元之间设置有不透明背景层；

背光模组，其位于微图文层的一侧，所述背光模组为微图文层提供均匀的光照，其中，所述背光模组包括光源，所述光源由一组或多组发光二极管组成，发光二极管依据时序混色彩色显示；

微聚焦层，其位于微图文层的另一侧，所述微聚焦层包括阵列排布的微聚焦单元，所述微聚焦层与所述微图文层之间设置有间隔层；

通过所述微聚焦层能够裸眼观测到立体的、彩色的、放大的微图文图像。

2.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述微聚焦单元为折射型结构、衍射型结构或折射-衍射组合结构。

3.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述微聚焦单元为菲涅尔透镜。

4.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述微聚焦单元的口径范围为0.03mm至5.0mm。

5.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述微图文层位于微聚焦单元的焦距±20％的范围内，即所述微聚焦单元的焦距为f，所述微聚焦单元位于微图文层一侧的焦点为A，所述微图文层位于A±20％*f内。

6.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述透明微图文单元的光学透光率大于60％，所述不透明背景层的光学透过率不高于5％。

7.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述背光模组为直下式照明方式，所述背光模组包括均光片，所述均光片位于光源和微图文层之间。

8.如权利要求1所述的彩色立体成像光学装置，其特征在于，所述背光模组为侧入式照明方式，所述背光模组包括反光片、导光片和均光片，所述反光片、导光片和均光片依次紧贴设置，所述均光片位于导光片与微图文层之间，所述光源位于导光片的侧面。

9.一种彩色立体成像***，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项权利要求所述的彩色立体成像光学装置。

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