CN106338905B - 一种显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显示装置及其显示方法，属于显示技术领域。其中，光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，所述光学单元的折射率可调，且相邻的光学单元的折射率变化成正弦曲线分布；位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；与所述光学器件连接的驱动电路；与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。本发明的技术方案能够实现全息图像的动态显示。

Description

一种显示装置及其显示方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是指一种显示装置及其显示方法。
背景技术
传统的全息干板是将物光束中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来，形成不规则的干涉条纹。感光后的全息干板，经显影、定影等处理得到的全息照片，相当于一个衍射光栅，光栅槽的厚度与被摄物体形貌有关。在利用参考光束照射全息干板时，人眼在投射光中观看全息干板，便可观看到与原物形状相同的再现图像。
现有技术的不足之处在于全息干板记录的是静态的图像，无法通过全息干板观看到动态的全息图像。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种显示装置及其显示方法，能够实现全息图像的动态显示。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种显示装置，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，所述光学单元的折射率可调，且相邻的光学单元的折射率变化成正弦曲线分布；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
进一步地，所述光学器件包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒；
所述液晶盒划分为多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
进一步地，所述显示装置还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述偏光片的透光轴平行。
进一步地，所述驱动电路具体用于根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率，根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
进一步地，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
进一步地，所述激光光源具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束。
进一步地，在所述光学器件的入光侧未贴附偏光片时，所述激光光源具体用于发出线偏振的激光，且激光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。
本发明实施例还提供了一种显示方法，应用于如上所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
进一步地，所述根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率，根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
进一步地，所述根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板；
根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，光学单元的折射率可调，这样通过控制光学单元的折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
附图说明
图1为传统全息干板进行成像的示意图；
图2为全息干板的截面示意图；
图3和图4为本发明实施例光学器件的截面示意图；
图5为本发明实施例不同光学单元的折射率不同的示意图；
图6为本发明实施例进行虚像显示的示意图；
图7为本发明实施例进行实像显示的示意图。
附图标记
1偏光片 2、4衬底基板 3液晶盒 5第一电极
6第二电极 10与参考光束相同的光束 11扩束镜
13经过光学器件的光束
14经过光学器件的光束的反向延长线 15光学器件
16观察屏 17与参考光束的共轭光束相同的光束
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，传统的全息干板是将物光束中的振幅和位相信息以干涉条纹的反差和明暗变化的形式记录下来，形成不规则的干涉条纹。
其中，θ为参考光束与物光束射到干板时两者的夹角，λ为光束波长。感光后的全息干板，经显影、定影等处理得到的全息照片，相当于一个透过率系数按正弦形式变化的振幅型衍射光栅，对该振幅型衍射光栅进行漂白工艺转变、离子刻蚀技术或者光刻技术能够得到如图2所示的相位型衍射光栅，其中，光栅槽的厚度dj与被摄物体形貌有关(其中，j为大于1的整数)，可以看出，光栅槽的厚度变化成正弦曲线分布。之后再利用参考光束照射全息干板时，人眼在投射光中观看全息干板，便可观看到与原物形状相同的再现图像。
现有技术的不足之处在于全息干板记录的是静态的图像，无法通过全息干板观看到动态的全息图像。
为了解决上述问题，本发明的实施例提供一种显示装置及其显示方法，能够实现全息图像的动态显示。
实施例一
本实施例提供一种显示装置，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，所述光学单元的折射率可调，且相邻的光学单元的折射率变化成正弦曲线分布；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
本实施例中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，光学单元的折射率可调，这样通过控制光学单元的折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
具体实施例中，所述光学器件包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒；
所述液晶盒划分为多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
进一步地，所述光学器件还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述偏光片的透光轴平行。由于光学单元仅能对线偏振的激光进行折射，因此，在光学器件的入光侧还贴附有偏光片，液晶单元中液晶分子的初始配向方向与该偏光片的透光轴平行，该偏光片能够将入射的激光转换成线偏振的激光，以使得光学单元对入射的激光进行折射。
进一步地，所述驱动电路具体用于根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率，根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
进一步地，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
进一步地，所述激光光源具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束。在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束时，人眼能够看到位于光学器件的入光侧的全息图像的虚像；在激光光源发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束时，能够在位于光学器件的出光侧的观察屏上看到全息图像的实像。
进一步地，所述激光光源具体用于发出线偏振的激光，且激光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。在激光光源发出线偏振的激光时，可以省去在光学器件上贴附偏光片。
实施例二
本实施例提供了一种显示方法，应用于如上所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
本实施例中，在进行全息图像显示时，激光光源发出与待显示的全息图像对应的激光光束，光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，光学单元的折射率可调，这样通过控制光学单元的折射率，能够使激光光束在光学器件中产生的光程差与激光光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
进一步地，根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率；
根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
进一步地，所述根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板；
根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
实施例三
下面结合附图对本发明的显示装置进行进一步介绍：
图3为本发明实施例光学器件的结构示意图，光学器件由多个相互独立的光学单元组成，光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，光学单元的折射率可调，且相邻的光学单元的折射率变化成正弦曲线分布。如图3所示，光学器件依次包括：偏光片1、衬底基板2、第一电极5、液晶盒3、第二电极6、衬底基板4。
衬底基板2的上表面设置有第一电极5，衬底基板4的下表面设置有第二电极6，第一电极5和第二电极6都是透明电极，其中，第一电极5为条形电极，第二电极6为面形电极；或第一电极5为面形电极，第二电极6为条形电极。只要，第一电极5和第二电极6之间能够形成驱动液晶层中液晶分子偏转的电场即可。
本实施例中，液晶层3中液晶分子的初始配向方向与偏光片1的透光轴平行。
线偏振的激光经过液晶盒时，其不同的液晶偏转状态对应不同的折射率，若液晶长轴方向与光束偏振方向平行，此时光束在液晶盒内的折射率为ne；若液晶长轴方向与光束偏振方向垂直，此时光束在液晶盒内的折射率为no，其中ne＞no。光束在液晶盒传播中还有介于ne和no之间的多种折射率。利用这一特性，可使光束在液晶盒中传播时，相邻光束间的光程差与该光束在全息干板中传播的光程差相等，从而使液晶盒对光束几何方向的调制等效于一个全息干板对光束几何方向的调制，利用这一性质，可使得液晶盒在性质上等效于全息干板。
通过在第一电极5和第二电极6上施加电压对液晶进行驱动，能够使液晶盒等效于全息干板，其液晶的偏转状态类似如图4所示。
液晶盒等效全息干板的等效原则是使光束在液晶盒中产生的光程差与光束在普通全息干板中的光程差等效。
将待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，如图2所示，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，如图5所示，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数，在液晶盒等效全息干板时，可以根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率。
在显示装置进行全息图像的动态显示时，首先获取待显示的全息图像的图像数据，再根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，利用上述公式计算每一光学单元的折射率，再根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转，即可实现光学器件等效全息干板。
如图6所示，当利用与参考光束相同的光束10照射等效全息干板的光学器件15时，光束10经过扩束镜11进入光学器件15，经过光学器件的光束13进入人眼，则人眼在透射光中观看到等效全息干板的光学器件，便可在光学器件15后观看到与等效全息干板原物相同的再现像，此时该像属于虚像，其中14为经过光学器件的参考光束的反向延长线。
如图7所示，当利用与参考光束的共轭光束相同的光束17照射等效全息干板的光学器件15时，可在等效全息干板的光学器件15的出光侧射出汇聚一点的球面光束，在汇聚点处放置一观察屏16即可呈现与等效全息干板原物相同的再现像，此时该像属于实像。
本实施例中，由于通过调整施加在第一电极和第二电极上的电压可以实现光学单元的折射率可调，这样通过控制光学单元的折射率，能够使参考光束在光学器件中产生的光程差与参考光束在普通全息干板中的光程差等效，从而能够实现全息图像的显示，同时由于光学单元的折射率可进行动态调节，这样利用参考光束或者参考光束的共轭光束照射光学器件时，即可呈现动态的全息图像。
此外，在照射等效全息干板的光学器件的光束为线偏振激光光束，且光束的振动方向与光学器件中液晶分子的初始配向方向平行时，可以省去在光学器件上设置偏光片。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
光学器件，所述光学器件包括多个相互独立的光学单元，所述光学单元能够对入射的线偏振的激光进行折射，所述光学单元的折射率可调，且相邻的光学单元的折射率变化成正弦曲线分布；
位于所述光学器件的入光侧的激光光源，用于发出与待显示的全息图像对应的激光光束；
与所述光学器件连接的驱动电路；
与所述驱动电路连接的全息图像数据存储单元；
所述驱动电路用于从所述全息图像数据存储单元获取待显示的全息图像的图像数据，根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光学器件具体包括：
相对设置的第一透明基板和第二透明基板；
位于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间的液晶盒；
所述液晶盒包括多个相互独立的液晶单元；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别位于不同透明基板上或位于同一透明基板上，所述第一电极和第二电极之间能够产生驱动所述液晶单元中的液晶分子偏转的电场；
每一液晶单元及其对应的第一电极和第二电极组成所述光学单元。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，还包括：
贴附在所述光学器件的入光侧的偏光片，所述液晶单元中液晶分子的初始配向方向与所述偏光片的透光轴平行。
4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述驱动电路具体用于根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率，根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述驱动电路包括：
计算单元，用于根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板，并根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
6.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述激光光源具体用于发出与待显示的全息图像对应的参考光束；或发出与待显示的全息图像对应的参考光束的共轭光束。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，在所述光学器件的入光侧未贴附偏光片时，所述激光光源具体用于发出线偏振的激光，且激光的光束的振动方向与所述光学单元中液晶分子的初始配向方向平行。
8.一种显示方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任一项所述的显示装置，所述显示方法包括：
获取待显示的全息图像的图像数据；
根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率。
9.根据权利要求8所述的显示方法，其特征在于，在所述显示装置包括如权利要求2中所述的光学器件时，所述根据所述图像数据调整每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率，根据所确定的折射率驱动光学单元中的液晶分子偏转。
10.根据权利要求9所述的显示方法，其特征在于，所述根据所述图像数据确定每一光学单元的折射率包括：
根据所述图像数据确定待显示的全息图像对应的全息干板；
根据公式(dj-dj-1)*(n-1)＝d*(nj-nj-1)计算每一光学单元的折射率；
其中，待显示的全息图像对应的全息干板在宽度方向上划分为m个部分，每一部分包括有2N-1个光栅槽，每一部分中相邻光栅槽的深度不同，所述2N-1个光栅槽中，从第1个到第N个光栅槽的深度逐渐变大，从第N个到第2N-1个光栅槽的深度逐渐变小；光学器件在宽度方向上包括有m个与全息干板的每一部分对应的光学单元，每个光学单元划分为2N-1个区域，dj为每一部分中第j个光栅槽的深度，d为液晶盒的盒厚，nj为每一光学单元中第j个区域的折射率，m，N为大于1的整数，j为大于0不大于2N-1的整数。
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