CN109856808B - 悬浮显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬浮显示装置，包括：显示面板，包括用于显示原始图像的至少两个显示区域；偏振分光器件，用于将显示面板出射的光线分为能够被偏振分光器件反射、以在偏振分光器件的第一侧形成虚像的第一偏振光，以及能够被偏振分光器件透射的第二偏振光；至少两个光转换器件，与至少两个显示区域一一对应设置，每个光转换器件用于将对应的第二偏振光转化为第一偏振光、并沿着第二偏振光的方向的反方向返回至偏振分光器件，再经偏振分光器件反射、形成与相应的显示区域显示的原始图像对应的第一实像；可变焦微透镜阵列；控制结构，用于控制可变焦微透镜阵列在不同的焦距之间不断切换、利用视觉暂留现象、形成具有不同深度的立体三维悬浮图像。

Description

悬浮显示装置

技术领域

本发明涉及显示产品制作技术领域，尤其涉及一种悬浮显示装置。

背景技术

随着现代科技技术的发展,新奇酷炫的显示技术一直吸引着人们的眼球，悬浮三维显示，因在空中不使用任何显示屏而在空间中呈现静态和动态的物体，而吸引人们的关注，特别在一些宣传和展示方面，能够给人们带来很好的视觉效果。然而当前很大部分悬浮显示技术不能提供深度信息，不能实现真正的3D显示。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种悬浮显示装置，解决目前的悬浮显示技术不能提供深度信息，不能实像3D显示的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬浮显示装置，包括：

显示面板，包括用于显示原始图像的至少两个显示区域；

偏振分光器件，用于将所述显示面板出射的光线分为能够被偏振分光器件反射、以在所述偏振分光器件的第一侧形成虚像的第一偏振光，以及能够被偏振分光器件透射的第二偏振光；

至少两个光转换器件，与至少两个所述显示区域一一对应设置，每个光转换器件用于将对应的所述第二偏振光转化为第一偏振光、并沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述偏振分光器件，再经所述偏振分光器件反射、以在所述偏振分光器件的与所述第一侧相对的第二侧形成与相应的显示区域显示的原始图像对应的第一实像，且至少两个光转换器件形成的至少两个第一实像的成像位置不同；

可变焦微透镜阵列；

控制结构，用于调整所述可变焦微透镜阵列的焦距、以形成与至少两个第一实像一一对应的至少两个第二实像，并控制所述可变焦微透镜阵列在不同的焦距之间不断切换、利用视觉暂留现象、形成具有不同深度的立体三维悬浮图像，其中，至少两个所述第一实像与至少两个所述第二实像分别位于所述可变焦微透镜阵列的相对的两侧。

可选的，所述光转换器件包括层叠设置的1/4玻片和回反射器件；

所述回反射器件用于使得从所1/4玻片出射的光线、入射至所述回反射器件后沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述1/4玻片；

所述1/4玻片用于使得入射至所述1/4玻片的所述第二偏振光两次经过所述1/4玻片后转换为所述第一偏振光。

可选的，所述偏振分光器件包括一偏振分光棱镜或金属线栅偏光膜。

可选的，所述偏振分光器件为一对直角棱镜粘合构成，其一对直角棱镜中的一个直角棱镜的斜面上设置有偏振分光介质膜。

可选的，所述偏振分光器件以45度角倾斜设置于所述显示面板的出光侧，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向的夹角为90度。

可选的，所述偏振分光器件在所述显示面板上的垂直投影的面积不小于多个所述显示区域的面积。

可选的，所述第一偏振光为S光，所述第二偏振光为P光。

可选的，所述光转换器件的入光面面向所述显示面板的出光面设置，且所述光转换器件的入光面与所述显示面板的出光面平行。

可选的，所述回反射器件为由多个角锥棱镜阵列组成的平面阵列单元，或球形空心透镜微珠组成的曲面阵列单元。

可选的，所述可变焦微透镜阵列由液晶透镜组成，所述控制结构通过调整为液晶透镜提供的电压以改变液晶透镜的焦距。

本发明的有益效果是：通过光转换器件和可变焦微透镜阵列的设置时，实现了获得具有深度的悬浮大景深范围的三维场景。

附图说明

图1表示本发明实施例中悬浮显示装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对目前的悬浮显示技术不能提供深度信息，不能实现真正的3D显示的问题，本实施例提供一种悬浮显示装置，通过光转换器件和可变焦微透镜阵列的设置时，实现了获得具有多深度中心的悬浮大景深范围的三维场景。

具体的，如图1所示，本实施例提供一种悬浮显示装置，包括：

显示面板1，包括用于显示原始图像的至少两个显示区域；

偏振分光器件2，用于将所述显示面板1出射的光线分为能够被偏振分光器件2反射、以在所述偏振分光器件2的第一侧形成虚像的第一偏振光100，以及能够被偏振分光器件2透射的第二偏振光；

至少两个光转换器件3，与至少两个所述显示区域一一对应设置，每个光转换器件3用于将对应的所述第二偏振光转化为第一偏振光100、并沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述偏振分光器件2，再经所述偏振分光器件2反射、以在所述偏振分光器件2的与所述第一侧相对的第二侧形成与相应的显示区域显示的原始图像对应的第一实像，且至少两个光转换器件3形成的至少两个第一实像的成像位置不同；

可变焦微透镜阵列4；

控制结构，用于调整所述可变焦微透镜阵列4的焦距、以形成与至少两个第一实像一一对应的至少两个第二实像，并控制所述可变焦微透镜阵列4在不同的焦距之间不断切换、利用视觉暂留现象、形成具有不同深度的立体三维悬浮图像，其中，至少两个所述第一实像与至少两个所述第二实像分别位于所述可变焦微透镜阵列4的相对的两侧。

采用上述技术方案，偏振分光器件2将所述显示面板1出射的光线分光形成的能够被偏振分光器件2反射的第一偏振光100，以及能够被偏振分光器件2透射的第二偏振光，被偏振分光器件2反射的第一偏振光100在所述偏振分光器件2的第一侧形成虚像，以被位于所述偏振分光器件2的第一侧的观察者观察到，被所述偏振分光器件2分光形成的能够被所述偏振分光器件2透射的第二偏振光，则会入射至所述光转换器件3，光转换器件3的设置使得入射至所述光转换器件3的所述第二偏振光转换为所述第一偏振光100，并沿着入射至所述光转换器件3的所述第二偏振光的入射方向返回至所述偏振分光器件2，被所述光转换器件3反射回来的所述第一偏振光100则被所述偏振分光器件2反射至相应的成像位置形成所述第一实像，每个所述显示区域显示的原始图像对应形成一个所述第一实像，对应于不同的所述显示区域的所述第一实像的成像位置不同，即可获得多层实像的显示，这样通过可变焦微透镜阵列4，则可获得具有一定的景深范围的悬浮三维场景。

且经过所述可变焦微透镜阵列4后形成的所述第二实像，与所述第一实像分别位于所述可变焦微透镜阵列4的相对的两侧，即所述悬浮三维场景图像与观察者位于所述可变焦微透镜阵列4的同一侧，观察者可直接与成实像的悬浮三维图像进行交互，而不是通过触控实体屏幕的方式进行交互，提升用户的立体交互体验。

本实施例中，至少两个所述第一实像与所述可变焦微透镜阵列4之间的距离不同，从而通过调整所述可变焦微透镜阵列4的焦距可以在所述可变焦微透镜阵列4的所述第二侧的不同位置形成至少两个所述第二实像，至少两个所述第二实像与所述可变焦微透镜阵列4的距离不同，从而通过控制结构控制所述可变焦微透镜阵列4在不同的焦距之间不断切换、利用视觉暂留现象、形成具有深度的立体三维悬浮图像。

本实施例中，可以通过调整可变焦微透镜阵列4的焦距以改变可变焦微透镜阵列4的放大倍数，以调整至少两个所述第二实像与所述可变焦微透镜阵列4的距离，从而可以获得不同深度的立体三维悬浮图像，且在所述可变焦微透镜阵列4的放大作用下，可获得较大的空间深度感。

本实施例中，所述显示面板1发出的光线经过所述偏振分光器件2分光形成的所述第一偏振光100可在所述偏振分光器件2的第一侧形成所述虚像(图中未示)，所述显示面板1发出的光线经过所述偏振分光器件2分光形成的所述第二偏振光、依次经过所述光转换器件3、所述可变焦微透镜阵列4后可在所述偏振分光器件2的所述第二侧形成悬浮图像，这样，可以观察到所述悬浮图像的第一观察者01可以透过该悬浮显示装置看到所述虚像，可以观察到所述虚像的第二观察者02也可以看到所述第一观察者01的操作，图1中表示出了所述第一观察者01和所述第二观察者02的位置，对于示范操作指导展示将有很好的应用效果。

本实施例中，所述光转换器件3包括层叠设置的1/4玻片31和回反射器件32，所述1/4玻片31位于所述回反射器件32和所述偏振分光器件2之间；

所述回反射器件32用于使得从所1/4玻片31出射的光线、入射至所述回反射器件32后沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述1/4玻片31；

所述1/4玻片31用于使得入射至所述1/4玻片31的所述第二偏振光两次经过所述1/4玻片31后转换为所述第一偏振光100。

本实施例中，所述回反射器件32的设置利用了逆反射的原理，逆反射又称作反光、回射、回归反射、回复反射、定向反射或反向反射，是反射光线从接近入射光线的反方向返回的一种反射。当入射光线的方向在较大范围内变化时，仍能保持这种性质。逆反射(Retroreflection)一词由两部分组成，Retro的意思是向后的，Reflect的意思是反射。Retro－reflection在这里是特指光线照射到一表面后反射回到光源方向的现象。

逆反射在被照射的物体表面反射一部分入射光线回光源方向时发生。一般来说，逆反射技术使用非常微小的球体或立方角体元素(棱镜)去完成光线折返的功能。球面反射的工作方式是：一个入射的光线从玻璃珠前面进入，在玻璃珠内被折射后穿透玻璃珠在后面离开，再被玻璃珠后面的镜面反射回玻璃珠，光线从玻璃珠后面再次穿透后从前面出来，返回光源的方向。而立方角体不同于球体的是它的形状和对光线的反射线路，立方角体是具有逆反射性能的透镜元素，每个元素有三个相互垂直的反射表面，一个入射光线会在这三个反射表面上分别镜面反射一次以后返回到和入射光平行的方向。它的工作原理类似于在房间的墙角上扔篮球后被反弹回来。

所述光转换器件3的设置不但可以在所述偏振分光器件2的所述第二侧形成至少两个所述第一实像，且所述回反射器件32的设置使得入射至所述回反射器件32的光线可以沿着入射光线的反方向返回，便于控制至少两个所述第一实像的成像位置的确定，参考图1，入射至所述1/4玻片31的入射光标号为200，依次经过所述1/4玻片31、所述回反射器件32、所述1/4玻片31后再次从所述1/4玻片31出射的光线标号为300，可见入射至所述1/4玻片31的入射光的方向与再次从所述1/4玻片31出射的出射光的方向平行且相反。

所述回反射器件32的具体结构形式可以根据实际需要设定，只要可以实现将入射至所述回反射器件32的光线沿与入射光线的入射方向相反的方向返回即可，本实施例中，所述回反射器件32为由多个角锥棱镜阵列组成的平面阵列单元，或球形空心透镜微珠组成的曲面阵列单元，但并不以此为限。

所述偏振分光器件2的具体结构形式可以有多种，本实施例中，所述偏振分光器件2包括一偏振分光棱镜或金属线栅偏光膜，但并不以此为限。

本实施例一具体实施方式中，所述偏振分光器件2为一对直角棱镜粘合构成，其一对直角棱镜中的一个直角棱镜的斜面上设置有偏振分光介质膜。

本实施例中，所述偏振分光器件2在所述显示面板1上的垂直投影的面积不小于多个所述显示区域的面积，以保证每个所述显示区域出射的光线均能进入所述偏振分光器件2，并被所述偏振分光器件2分光形成能够被所述偏振分光器件2反射的所述第一偏振光100和能够被所述偏振分光器件2透射的所述第二偏振光。

本实施例中，所述偏振分光器件2以45度角倾斜设置于所述显示面板1的出光侧，所述第一偏振光100和所述第二偏振光的偏振方向的夹角为90度，参考图1。

本实施例一具体实施方式中，所述第一偏振光100为S光，所述第二偏振光为P光。

本实施例中，所述光转换器件3的入光面面向所述显示面板1的出光面设置，且所述光转换器件3的入光面与所述显示面板1的出光面平行。即所述1/4玻片31的入光面位于所述显示面板1的出光侧，且所述1/4玻片31的入光面平行于所述显示面板1的出光面，所述光转换器件3与相应的所述第一实像相对于垂直于所述偏振分光器件2的出光面的透光轴对称设置，这样可以使得所述第一实像与所述虚像位于所述偏振分光器件2的相对的两侧，则经过所述可变焦微透镜阵列4形成的悬浮图像与所述虚像位于所述偏振分光器件2的相对的两侧，这样，可以观察到所述悬浮图像的第一观察者01可以透过该悬浮显示装置看到所述虚像，可以观察到所述虚像的第二观察者02也可以看到所述第一观察者01的操作，图1中表示出了所述第一观察者01和所述第二观察者02的位置，对于示范操作指导展示将有很好的应用效果。

本实施例中，所述可变焦微透镜阵列4由液晶透镜组成，所述控制结构通过调整为液晶透镜提供的电压以改变液晶透镜的焦距，但并不以此为限。

本实施例中，多个所述显示区域的具体数量可以根据实际需要设定，图1中显示面板1上具有两个显示区域，但并不以此为限

本实施例中，所述显示面板1上的每个所述显示区域可以显示一个完整的图像，也可以分别显示一个完整的图像中的一部分。

本实施例的一实施方式中，所述显示面板1上可以设置分隔件、以分隔形成多个所述显示区域，避免多个所述显示区域入射至所述偏折分光器件的光线互相干扰、以影响悬浮图像的效果。

本实施例的另一实施方式中，所述悬浮装置可以具有多个显示面板1，每个显示面板1显示一个图像，具体的显示原始图像的显示面板1的设置可以根据实际需要设定。

具体的，本实施例中，所述显示面板1上具有两个显示区域(第一显示区域和第二显示区域)以显示原始图像，每个显示区域显示一部分原始图像，相应的所述光转换器件3具有两个，所述偏振分光器件2以45度角倾斜于所述显示面板1的出光面设置于所述显示面板1的出光侧，以下具体介绍采用本实施例中的悬浮显示装置获得具有深度的悬浮图像的过程。

如图1所示，所述显示面板1上的第一显示区域显示原始图像的一部分图像A，第二显示区域显示原始图像的另一部分图像B，所述显示面板1第一显示区域出射的光线经所述偏振分光器件2分光形成为能够被所述偏振分光器件2反射的第一偏振光100(S偏振光)，和能够被所述偏振分光器件2透射的第二偏振光200(P偏振光)，所述第一偏振光100在所述偏振分光器件2的第一侧形成所述虚像，以供所述第二观察者02观察，所述第二偏振光200入射至所述光转换器件3，依次经过所述1/4玻片31、所述回反射器件32，并在所述回反射器件32产生逆反射使得从所述回反射器件32出射的光线沿着入射至所述回反射器件32的入射光的方向(所述第二偏振光200的传播方向)的反方向再次入射至所述1/4玻片31，所述第二偏振光200两次经过所述1/4玻片31后转换为所述第一偏振光(300所表示的光线)，被所述1/4玻片31转换形成的所述第一偏振光被所述偏振分光器件2反射在第一位置处形成第一实像A'；同理，所述第二显示区域出射的光线、经所述偏振分光器件2、相应的所述光转换器件3后在第二位置处形成第一实像B'。

控制结构调整为所述可变焦微透镜阵列4提供的电压，使得所述可变焦微透镜阵列4的焦距为第一焦距时，在所述可变焦微透镜阵列4的另一侧的第三位置形成与原始图像A对应的第二实像A"，所述可变焦微透镜阵列4的焦距为第二焦距时，在所述可变焦微透镜阵列4的另一侧的第四位置形成与原始图像B对应的第二实像B"，由于所述第一实像A'和所述第一实像B'到所述可变焦微透镜阵列4的距离不同，所以第二实像A"和B"到所述可变焦微透镜阵列4的距离不同，所述控制结构控制所述可变焦微透镜阵列4的焦距在所述第一焦距和所述第二焦距之间在预设间隔内不断切换，利用视觉暂留现象，从而获得具有一定深度的立体三维悬浮图像。

所述悬浮显示装置中的显示面板可以为：液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。

以上所述为本发明较佳实施例，需要指出的是，对于本领域普通技术人员来说，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保护范围。

Claims (10)

1.一种悬浮显示装置，其特征在于，包括：

显示面板，包括用于显示原始图像的至少两个显示区域；

偏振分光器件，用于将所述显示面板出射的光线分为能够被偏振分光器件反射、以在所述偏振分光器件的第一侧形成虚像的第一偏振光，以及能够被偏振分光器件透射的第二偏振光；

至少两个光转换器件，与至少两个所述显示区域一一对应设置，每个光转换器件用于将对应的所述第二偏振光转化为第一偏振光、并沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述偏振分光器件，再经所述偏振分光器件反射、以在所述偏振分光器件的与所述第一侧相对的第二侧形成与相应的显示区域显示的原始图像对应的第一实像，且至少两个光转换器件形成的至少两个第一实像的成像位置不同；

可变焦微透镜阵列；

控制结构，用于调整所述可变焦微透镜阵列的焦距、以形成与至少两个第一实像一一对应的至少两个第二实像，并控制所述可变焦微透镜阵列在不同的焦距之间不断切换、利用视觉暂留现象、形成具有不同深度的立体三维悬浮图像，其中，至少两个所述第一实像与至少两个所述第二实像分别位于所述可变焦微透镜阵列的相对的两侧，且至少两个所述第二实像与所述可变焦微透镜阵列之间的距离不同。

2.根据权利要求1所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述光转换器件包括层叠设置的1/4玻片和回反射器件；

所述回反射器件用于使得从所1/4玻片出射的光线、入射至所述回反射器件后沿着所述第二偏振光的方向的反方向返回至所述1/4玻片；

所述1/4玻片用于使得入射至所述1/4玻片的所述第二偏振光两次经过所述1/4玻片后转换为所述第一偏振光。

3.根据权利要求1所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述偏振分光器件包括一偏振分光棱镜或金属线栅偏光膜。

4.根据权利要求3所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述偏振分光器件为一对直角棱镜粘合构成，其一对直角棱镜中的一个直角棱镜的斜面上设置有偏振分光介质膜。

5.根据权利要求1所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述偏振分光器件在所述显示面板上的垂直投影的面积不小于多个所述显示区域的面积。

6.根据权利要求5所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述偏振分光器件以45度角倾斜设置于所述显示面板的出光侧，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向的夹角为90度。

7.根据权利要求5所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述第一偏振光为S光，所述第二偏振光为P光。

8.根据权利要求7所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述光转换器件的入光面面向所述显示面板的出光面设置，且所述光转换器件的入光面与所述显示面板的出光面平行。

9.根据权利要求2所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述回反射器件为由多个角锥棱镜阵列组成的平面阵列单元，或球形空心透镜微珠组成的曲面阵列单元。

10.根据权利要求1所述的悬浮显示装置，其特征在于，所述可变焦微透镜阵列由液晶透镜组成，所述控制结构通过调整为液晶透镜提供的电压以改变液晶透镜的焦距。

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