CN109683338A - 一种光场显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光场显示装置及方法。该装置的一具体实施方式包括显示面板和透镜阵列，还包括位于显示面板的出光侧的起偏器阵列和位于透镜阵列的入光侧的偏振片阵列，起偏器阵列包括交替排列的第一起偏器和第二起偏器，偏振片阵列包括交替排列的第一偏振片和第二偏振片，第一起偏器与第一偏振片对应设置且第二起偏器与第二偏振片对应设置，第一起偏器和第二起偏器的偏振态分别能够在正交的第一偏振态和第二偏振态之间改变，第一偏振片和第二偏振片的偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态。该实施方式可消除视区翻转，扩大视区范围。

Description

一种光场显示装置及方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域。更具体地，涉及一种光场显示装置及方法。

背景技术

光场是最接近人眼观看自然环境的成像方式，光场显示装置可以提供更符合人类视觉的、更逼真的显示效果。光场显示的研究目标是如何完备的构建空间每一点物体发射出的光线，通过对空间光线的构建实现真三维光场重构的目的。目前，集成成像技术是可行度较高的实现光场显示的方案之一，基于集成成像技术的光场显示装置可以依据观看位置的不同为观看者提供不同的透视信息，集成成像图像由一系列的包含有不同方向信息的基元图像组成，通过配合的透镜阵列，观看者在不同的位置可以观察到不同透视信息。集成成像技术分为集成成像记录和再现两个过程，记录过程中，采集平面通过采集透镜阵列进行三维场景的采集，场景中同一物点发出的不同方向的光线通过不同透镜阵列中不同的透镜单元下的光线被记录在同一基元图像内。透镜阵列中不同的透镜对应于在空间中该观察点观察到的场景的透视图像，对应于不同观察位置的基元图像组合构成了集成成像图像。再现过程中，将记录的集成成像图像加载到显示面板上，每一个基元图像都对应于一个透镜阵列中的透镜。表征同一物点不同方向的光线信息经过再现透镜阵列控光作用出射并汇聚到一点，实现空间物点的重构，不同的重构物点组成了完整的重构物体。

如图1所示，现有的基于集成成像技术的光场显示装置包括显示面板100和透镜阵列200，其视区范围由透镜阵列200中的透镜所覆盖的基元图像的大小及透镜距离显示面板100的距离决定，但由于其存在视区翻转的问题，因此其视区范围受到限制。然而，视区范围是评价光场显示装置的重要标准，较大的视区范围是提高观看者3D视觉体验的重要因素之一。现有技术中，通常采用通过增大透镜所覆盖的基元图像的大小或者减小透镜与显示面板100之间的距离来扩大视区范围，但这两种方法均会降低其他显示特性，包括显示景深和空间分辨率，这又会导致降低观看者的3D视觉体验。

因此，需要提供一种新的光场显示装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光场显示装置及方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种光场显示装置，包括显示面板和透镜阵列，还包括位于所述显示面板的出光侧的起偏器阵列和位于所述透镜阵列的入光侧的偏振片阵列，所述起偏器阵列包括交替排列的第一起偏器和第二起偏器，所述偏振片阵列包括交替排列的第一偏振片和第二偏振片，所述第一起偏器与所述第一偏振片对应设置且所述第二起偏器与所述第二偏振片对应设置，所述第一起偏器和第二起偏器的偏振态分别能够在正交的第一偏振态和第二偏振态之间改变，所述第一偏振片和第二偏振片的偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态。

本发明提供的光场显示装置，通过起偏器阵列对显示内容的偏振调制，配合偏振片阵列，实现了约束基元图像的光线只能从预期的对应透镜出射，避免了基元图像的光线从预期的对应透镜的相邻透镜出射，结合起偏器阵列中各起偏器的偏振态的改变，可实现基元图像的光线能从预期的不同透镜出射不同的显示内容，从而在不同视区中重建出不同显示内容的光场，避免了视区翻转，不同视区之间没有跳变，扩大了视区范围。

可选地，所述第一起偏器和第二起偏器分别为第一金属光栅偏振调制器和第二金属光栅偏振调制器。

可选地，所述第一金属光栅偏振调制器包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的第一电光晶体和第一金属光栅，所述第二金属光栅偏振调制器包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的第二电光晶体和第二金属光栅。

可选地，所述起偏器阵列包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的电光晶体阵列、金属光栅阵列和基板，所述电光晶体阵列包括交替排列的第一电光晶体和第二电光晶体，所述金属光栅阵列包括交替排列的第一金属光栅和第二金属光栅，所述第一电光晶体与所述第一金属光栅对应设置且所述第二电光晶体与所述第二金属光栅对应设置。采用此可选方式，便于起偏器阵列的制作及其与显示面板位置关系的设置。

可选地，该装置还包括薄膜晶体管阵列，所述薄膜晶体管阵列包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管分别用于通过向所述第一电光晶体和所述第二电光晶体施加电压以改变所述第一金属光栅和所述第二金属光栅的偏振态。

可选地，所述第一偏振片和第二偏振片分别为金属光栅偏振片。

可选地，所述第一起偏器和所述第二起偏器的偏振态改变频率与所述显示面板的图像刷新频率相同，且大于人眼刷新频率。采用此可选方式，可保证观看者在不同视区观看到连续的不同显示内容。

可选地，所述起偏器阵列与所述显示面板紧邻设置，所述偏振片阵列与所述透镜阵列紧邻设置。采用此可选方式，便于起偏器阵列与显示面板位置关系的设置及偏振片阵列与透镜阵列位置关系的设置，利于实现约束基元图像的光线只能从预期的对应透镜出射。

本发明第二方面提供了一种利用本发明第一方面提供的光场显示装置进行显示的方法，包括

S10、显示面板的图像光线出射到所述起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为第一偏振态，第二起偏器的偏振态设置为与第一偏振态正交的第二偏振态；

S11、经第一起偏器和第二偏振器起偏的图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为所述第一偏振态，第二偏振片的偏振态为所述第二偏振态；

S12、经过偏振片阵列的图像光线经过透镜阵列出射形成第一光场；

S13、在小于人眼刷新频率的时间内，显示面板的下一个图像光线出射到所述起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为所述第二偏振态，第二起偏器的偏振态设置为所述第一偏振态；

S14、经第一起偏器和第二偏振器起偏的所述下一个图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为所述第一偏振态，第二偏振片的偏振态为所述第二偏振态；

S15、经过偏振片阵列的所述下一个图像光线经过透镜阵列出射形成第二光场。

可选地，还包括

重复N次步骤S10-S15，得到N个光场，其中N为大于等于2的自然数。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案通过起偏器阵列对显示内容的偏振调制，配合偏振片阵列，实现了约束基元图像的光线只能从预期的对应透镜出射，避免了基元图像的光线从预期的对应透镜的相邻透镜出射，结合起偏器阵列中各起偏器的偏振态的改变，可实现基元图像的光线能从预期的不同透镜出射不同的显示内容，从而在不同视区中重建出不同显示内容的光场，避免了视区翻转，不同视区之间没有跳变，扩大了视区范围。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出现有的光场显示装置的示意图。

图2示出本发明实施例提供的光场显示装置的示意图。

图3示出起偏器阵列的示意图。

图4示出显示第一显示内容时起偏器阵列的偏振态状态及视区1的示意图。

图5示出显示第二显示内容时起偏器阵列的偏振态状态及视区2的示意图。

图6示出本发明实施例提供的光场显示方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明的一个实施例提供了一种光场显示装置，包括显示面板100和透镜阵列200，还包括位于显示面板100的出光侧的起偏器阵列300和位于透镜阵列200的入光侧的偏振片阵列400，起偏器阵列300包括交替排列的第一起偏器和第二起偏器，偏振片阵列400包括交替排列的第一偏振片和第二偏振片，第一起偏器与第一偏振片对应设置且第二起偏器与第二偏振片对应设置，第一起偏器和第二起偏器的偏振态分别能够在正交的第一偏振态和第二偏振态之间改变，第一偏振片和第二偏振片的偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态。可理解的是，显示面板100包括多个基元图像，透镜阵列200包括多个透镜，基元图像、起偏器、偏振片和透镜之间从数量和位置上来说均是一一对应的关系。

本实施例提供的光场显示装置，通过起偏器阵列300对显示内容的偏振调制，配合偏振片阵列400，实现了约束基元图像的光线只能从预期的对应透镜出射，避免了基元图像的光线从预期的对应透镜的相邻透镜出射，结合起偏器阵列中各起偏器的偏振态的改变，可实现基元图像的光线能从预期的不同透镜出射不同的显示内容，从而在不同视区中重建出不同显示内容的光场，避免了视区翻转，不同视区之间没有跳变，扩大了视区范围。

其中，第一起偏器和第二起偏器交替排列的方式为第一起偏器、第二起偏器、第一起偏器、第二起偏器依次排列，并以此类推。关于对第一偏振片和第二偏振片等器件描述中的交替排列均与此同理。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一起偏器和第二起偏器分别为第一金属光栅偏振调制器和第二金属光栅偏振调制器。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一金属光栅偏振调制器包括由显示面板100的出光侧向透镜阵列200的入光侧的方向依次设置的第一电光晶体和第一金属光栅，第二金属光栅偏振调制器包括由显示面板100的出光侧向透镜阵列200的入光侧的方向依次设置的第二电光晶体和第二金属光栅。在一个具体示例中，第一金属光栅偏振调制器和第二金属光栅偏振调制器分别为亚波长金属光栅偏振调制器，第一金属光栅和第二金属光栅分别为亚波长金属光栅，亚波长金属光栅的制作工艺可采用：全息光刻工艺、电子束直写曝光技术、纳米压印技术等。

在本实施例的一些可选的实现方式中，起偏器阵列300包括由显示面板100的出光侧向透镜阵列200的入光侧的方向依次设置的电光晶体阵列、金属光栅阵列和基板，电光晶体阵列包括交替排列的第一电光晶体和第二电光晶体，金属光栅阵列包括交替排列的第一金属光栅和第二金属光栅，第一电光晶体与第一金属光栅对应设置且第二电光晶体与第二金属光栅对应设置。采用此实现方式，便于起偏器阵列300的制作及其与显示面板100位置关系的设置。在本实施例的一些可选的实现方式中，该装置还包括薄膜晶体管(TFT)阵列，薄膜晶体管阵列包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管分别用于通过向第一电光晶体和第二电光晶体施加电压以改变第一金属光栅和第二金属光栅的偏振态。可理解的是，也可通过其他方式或者说设置其他驱动模块，分别向第第一电光晶体和第二电光晶体施加电压。在一个具体示例中，如图3所示，图3中由下至上依次示出了电光晶体阵列、金属光栅阵列和基板，当通过TFT阵列在电光晶体阵列上外加电压时，电光晶体的介电常数随之改变，对应的金属光栅的偏振调制角度随之改变，可以实现相邻区域偏振态调制角度正交，而每一个金属光栅对应一个基元图像，则可实现相邻基元图像的偏振态正交。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一偏振片和第二偏振片分别为金属光栅偏振片。

在本实施例的一些可选的实现方式中，第一起偏器和第二起偏器的偏振态改变频率与显示面板100的图像刷新频率相同，且大于人眼刷新频率。采用此实现方式，可保证观看者在不同视区观看到连续的不同显示内容，例如同一物体的不同侧面。

在本实施例的一些可选的实现方式中，起偏器阵列300与显示面板100紧邻设置，偏振片阵列400与透镜阵列200紧邻设置。采用此实现方式，便于起偏器阵列300与显示面板100位置关系的设置及偏振片阵列400与透镜阵列200位置关系的设置，利于实现约束基元图像的光线只能从预期的对应透镜出射。

在一个具体示例中，第一偏振态为140°，第二偏振态为50°。在显示面板100显示第一显示内容时，第一起偏器为第一偏振态140°，第二起偏器的为第二偏振态50°，第一起偏器将对应的基元图像的光调制为140°偏振光，第二起偏器将对应的基元图像的光调制为50°偏振光，由于140°偏振光只能通过第一偏振片，50°偏振光只能通过第二偏振片，则此情况下第一显示内容(例如某物体的一个侧面)的视区如图4所示的视区1；在图像刷新后显示面板100显示第二显示内容时，第一起偏器的偏振态同步改变为第二偏振态50°且第二起偏器的偏振态同步改变为第一偏振态140°，即第一起偏器和第二起偏器的偏振调制分别改变了π/2，第一起偏器将对应的基元图像的光调制为50°偏振光，第二起偏器将对应的基元图像的光调制为140°偏振光，则此情况下第二显示内容(例如某物体的另一个侧面)的视区如图5所示的视区2，由于第一起偏器和第二起偏器的偏振态改变频率与显示面板100的图像刷新频率相同，且大于人眼刷新频率，因此观看者可在视区1和视区2内看到内容连续的3D场景，视区1和视区2之间没有跳变，整体视区得到了扩大。

如图6所示，本发明的另一个实施例提供了一种利用上述光场显示装置进行显示的方法，包括：

S10、显示面板的图像光线出射到起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为第一偏振态，第二起偏器的偏振态设置为与第一偏振态正交的第二偏振态；

S11、经第一起偏器和第二偏振器起偏的图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为第一偏振态，第二偏振片的偏振态为第二偏振态；

S12、经过偏振片阵列的图像光线经过透镜阵列出射形成第一光场；

S13、在小于人眼刷新频率的时间内，显示面板的下一个图像光线出射到起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为第二偏振态，第二起偏器的偏振态设置为第一偏振态；

S14、经第一起偏器和第二偏振器起偏的下一个图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为第一偏振态，第二偏振片的偏振态为第二偏振态；

S15、经过偏振片阵列的下一个图像光线经过透镜阵列出射形成第二光场。

可选地，还包括

重复N次步骤S10-S15，得到N个光场，其中N为大于等于2的自然数。

本实施例提供的方法，可在不同视区中重建出不同显示内容的光场，扩大视区范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种光场显示装置，包括显示面板和透镜阵列，其特征在于，还包括位于所述显示面板的出光侧的起偏器阵列和位于所述透镜阵列的入光侧的偏振片阵列，所述起偏器阵列包括交替排列的第一起偏器和第二起偏器，所述偏振片阵列包括交替排列的第一偏振片和第二偏振片，所述第一起偏器与所述第一偏振片对应设置且所述第二起偏器与所述第二偏振片对应设置，所述第一起偏器和第二起偏器的偏振态分别能够在正交的第一偏振态和第二偏振态之间改变，所述第一偏振片和第二偏振片的偏振态分别为第一偏振态和第二偏振态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一起偏器和第二起偏器分别为第一金属光栅偏振调制器和第二金属光栅偏振调制器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一金属光栅偏振调制器包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的第一电光晶体和第一金属光栅，所述第二金属光栅偏振调制器包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的第二电光晶体和第二金属光栅。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述起偏器阵列包括由所述显示面板的出光侧向所述透镜阵列的入光侧的方向依次设置的电光晶体阵列、金属光栅阵列和基板，所述电光晶体阵列包括交替排列的第一电光晶体和第二电光晶体，所述金属光栅阵列包括交替排列的第一金属光栅和第二金属光栅，所述第一电光晶体与所述第一金属光栅对应设置且所述第二电光晶体与所述第二金属光栅对应设置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置还包括薄膜晶体管阵列，所述薄膜晶体管阵列包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管分别用于通过向所述第一电光晶体和所述第二电光晶体施加电压以改变所述第一金属光栅和所述第二金属光栅的偏振态。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏振片和第二偏振片分别为金属光栅偏振片。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一起偏器和所述第二起偏器的偏振态改变频率与所述显示面板的图像刷新频率相同，且大于人眼刷新频率。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述起偏器阵列与所述显示面板紧邻设置，所述偏振片阵列与所述透镜阵列紧邻设置。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的装置进行显示的方法，其特征在于，包括

S10、显示面板的图像光线出射到所述起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为第一偏振态，第二起偏器的偏振态设置为与第一偏振态正交的第二偏振态；

S11、经第一起偏器和第二偏振器起偏的图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为所述第一偏振态，第二偏振片的偏振态为所述第二偏振态；

S12、经过偏振片阵列的图像光线经过透镜阵列出射形成第一光场；

S13、在小于人眼刷新频率的时间内，显示面板的下一个图像光线出射到所述起偏器阵列，其中第一起偏器的偏振态设置为所述第二偏振态，第二起偏器的偏振态设置为所述第一偏振态；

S14、经第一起偏器和第二偏振器起偏的所述下一个图像光线入射到偏振片阵列，其中第一偏振片的偏振态为所述第一偏振态，第二偏振片的偏振态为所述第二偏振态；

S15、经过偏振片阵列的所述下一个图像光线经过透镜阵列出射形成第二光场。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括

重复N次步骤S10-S15，得到N个光场，其中N为大于等于2的自然数。