CN110703456A - 大景深集成成像三维显示装置及方法 - Google Patents
大景深集成成像三维显示装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110703456A CN110703456A CN201911085210.4A CN201911085210A CN110703456A CN 110703456 A CN110703456 A CN 110703456A CN 201911085210 A CN201911085210 A CN 201911085210A CN 110703456 A CN110703456 A CN 110703456A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid crystal
- layer
- array
- lens
- sub
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
- G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/1396—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
Abstract
本发明提供大景深集成成像三维显示装置及方法,其中大景深集成成像三维显示装置包括:依次排列的显示面板层、液晶透镜阵列层、小孔阵列液晶面板层;液晶透镜阵列层包括若干子透镜单元;液晶透镜阵列层用于汇聚2D图像对应的不同像素所发出的光并汇聚于预设的不同焦平面以形成3D图像;小孔阵列液晶层用于形成小孔阵列;小孔阵列液晶层包括通光口径驱动模块单元,通光口径驱动模块单元用于控制小孔阵列中任一小孔的通光口径;所述液晶透镜阵列层中的任一子透镜单元的焦距独立可调。通过调整公共透镜单元对应的小孔阵列的通光口径,改变三维物体的成像景深,解决景深失配问题。
Description
技术领域
本发明涉及集成成像三维显示,尤其涉及大景深集成成像三维显示装置及方法。
背景技术
集成成像是一种非常有潜力并最有可能产业化的三维显示方法。但是受限于微透镜阵(Micro-lens array MLA)性能的影响,其景深和分辨率都受到严重的影响。
为了获得大景深的三维显示,目前主要的解决方法是多显示屏叠加,基于时序可变焦微透镜阵列的方法等。
多显示屏叠加不仅成本高,系统复杂,而且其图像亮度及质量都不同程度的降低。
基于时序可变焦微透镜阵列则需要微透镜阵列的刷新频率达到KHz,所有子透镜在电压的控制下连续变焦,实现深度方向的往复扫描,但是目前的液晶透镜还无法达到如此高刷新速率。即便有的液晶材料诸如蓝相液晶透镜能达到该速度,但其稳定性差,且不易产业化。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述技术问题,一方面,提供一种大景深集成成像三维显示装置,另一方面,提供一种大景深集成成像三维显示方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:大景深集成成像三维显示装置,其特征在于包括:依次排列的显示面板层、液晶透镜阵列层、小孔阵列液晶层;所述显示面板层用于产生集成显示的2D图像;所述液晶透镜阵列层包括若干子透镜单元;所述液晶透镜阵列层用于汇聚所述2D图像对应的不同像素所发出的光并汇聚于预设的不同焦平面以形成3D图像;所述小孔阵列液晶层用于形成小孔阵列,以透射或遮蔽所述液晶透镜阵列层所射出的光线;所述小孔阵列液晶层包括通光口径驱动模块单元,所述通光口径驱动模块单元用于控制所述小孔阵列中任一小孔的通光口径;所述液晶透镜阵列层中的任一子透镜单元的焦距独立可调。
较优的,所述液晶透镜阵列层为基于预制曲面的液晶透镜阵列层,所述液晶透镜阵列层包括偏振调制器阵列单元,所述偏振调制器阵列单元设有与所述子透镜单元数量匹配的若干TN液晶单元,通过每个所述TN液晶单元对照射到每个所述子透镜单元上的光波的偏振方向进行调制,实现所述子透镜单元的焦距变换。
较优的,所述液晶透镜阵列层为GRIN液晶透镜阵列层,所述GRIN液晶透镜阵列层中任一所述子透镜单元的电极彼此绝缘且可独立控制,通过调整施加在任一所述子透镜单元的电极上的电压,改变子透镜单元的焦距。
较优的,所述小孔阵列液晶层包括LCD液晶层,通过所述LCD液晶层的两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能。
较优的,所述小孔阵列液晶层还包括偏光片、TFT玻璃。
较优的,所述显示面板层包括偏光片、滤光片、液晶、TFT玻璃、集成显示驱动模块单元。
较优的,所述液晶透镜阵列层上每个所述子透镜单元设有独立的驱动模块单元,每个所述驱动模块单元能独立调控其对应的所述TN液晶单元的偏振方向。
较优的,所述若干子透镜单元构成平面型透镜阵列。
较优的,所述若干子透镜单元构成曲面型透镜阵列。
较优的,所述小孔阵列中任一小孔的通光口径符合:
D=4λL′2/p2
式中,D为景深;
λ代表波长;
L′为预设三维物点所在中央聚焦平面到液晶透镜阵列层的距离;
p代表所述通光口径。
另一方面,本发明提供一种大景深集成成像三维显示方法,包括前述的大景深集成成像三维显示装置,所述方法包括:
S1:根据人眼的轴向分辨率来对要显示的三维物体进行分层;其中每一层对应所述液晶微透镜阵列层的一个中央聚焦面;
S2:对在具有公共透镜单元的相邻物点中间的物点预设一层中央聚焦面;
S3:通过调整所述子透镜单元的焦距,使经过所述公共透镜单元的光线聚焦到所述预设的中央聚焦面;
S4:通过调整所述公共透镜单元所述对应的所述小孔阵列的通光口径,改变所述三维物体的成像景深。
本发明的有益效果是,通过子透镜单元的焦距变换,使经过公共透镜单元的光线聚焦到预设的中央聚焦面,避免微透镜阵列上的区域会出现重叠的现象,通过调整公共透镜单元对应的小孔阵列的通光口径,改变三维物体的成像景深,解决景深失配问题。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步描述。
图1是本发明中三维显示成像原理图。
图2是本发明中动态景深补偿原理示意图。
图3是o光和e光经过透镜阵列后聚焦示意图。
图4是本发明中基于快速光偏振调制器件的独立可调微透镜阵列示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明中三维显示成像原理图,图2是本发明中动态景深补偿原理示意图,图3是o光和e光经过透镜阵列后聚焦示意图,图4是本发明中基于快速光偏振调制器件的独立可调微透镜阵列示意图。
图1-2中,Display表示显示面板层,MLA表示液晶透镜阵列层,Mask/pinhole表示小孔阵列液晶层,显示区域大小用符号w表示,f表示对应区域中微透镜所需焦距,Area-1表示显示面板层上第1个显示区域,Area-2表示显示面板层上第2个显示区域Area-(n-1)表示显示面板层上第n-1个显示区域,依次内推,Area-n表示显示面板层上第n个显示区域,MLA表示液晶透镜阵列层,CFPC表示显示面板层上对应显示区域成像的中央聚焦平面,CFP1表示显示面板层上第1个显示区域成像的中央聚焦平面,CFPn-1表示显示面板层上第n-1个显示区域成像的中央聚焦平面,CFPn表示显示面板层上第n个显示区域成像的中央聚焦平面,3D object point表示三维物体在焦平面上的像点,对应的点在图上用P表示,P的下标表示对应点,例如,P1代表显示面板层上第1个显示区域在其对应焦平面上的像点;L代表显示面板层上第1个显示区域成像的中央聚焦平面到液晶透镜阵列层的距离,g表示显示面板层到液晶透镜阵列层的距离;α表示集成成像视场角。
图3-图4中,未作说明的符号,其含义与图1及图2中的含义一致,需要说明的是,在图3-4中,o表示偏振光o光,e表示偏振光e光,n表示折射率
人们在观看集成成像三维显示图像时,根据三维物体的遮挡特性,人们只能观察到没有被遮挡的物体信息。另一方面,由于受到集成成像视场角的限制,构建非遮挡的三维物体的空间采样点的光线并不是由透过全部微透镜阵列的光线形成,如图1所示。
根据上述集成成像特性,将三维物体在深度上进行多层分解。其分解方法主要基于成像系统的轴向分辨率,具体的由于集成成像系统在其深度方向的显示分辨率受到透镜阵列聚焦误差的影响。如果把人眼也当作是一个光学系统,只有当两个点的间距达到最大聚焦误差时,人眼才能感觉到这两个点分布在不同层面上。另一方面,由于人眼所能分辨出的最大聚焦误差取为1/7D,分辨范围为8D,因此从明视距离0.25m到无限远的距离,只要将三维物体离散成56层即可满足人眼的轴向分辨率要求。因此可以根据人眼的轴向分辨率来对三维物体进行分层。其每一层对应微透镜阵列的一个中央聚焦面(center focal plane,CFP)。
假设任意三维物点P在中央聚焦平面CFPn上,经过P点的光线由对应的微透镜阵列区域上的微透镜聚焦形成。该对应的区域的大小w由集成成像视场角α,三维物点所在中央聚焦平面CFPn到MLA(液晶透镜阵列层)的距离L决定,如公式(1):
w=2(L+∑n-1ΔLn)×tan(α/2) (1)
其中n表示三维物体在深度方向上的采样数。由上式可以进一步求得该区域中微透镜所需焦距fn,如公式(2):
公式(2)中,g表示显示面板层到液晶透镜阵列层的距离,具体地,其代表显示面板层的2D图像所在平面到液晶透镜阵列层中心的距离,由以上分析可以看出,对于三维物体的不同深度上的物点信息,由液晶透镜阵列层的不同区域贡献产生,因此在显示时只要根据所显示的三维物体所在深度,对应地调节变换其相应区域的微透镜焦距即可。
对于空间上相邻的三维物点,其微透镜阵列上的区域会出现重叠的现象,如图2中的公共区域(Common Area)。
图2中,公共区域内的微透镜将光线投射到空间中不同深度的三维物点Pn和Pn-1上。由于三维物点Pn和Pn-1坐落在不同的中央聚焦面(不同的景深范围),无法用同一焦距的子透镜同时产生不同的中央聚焦面,即如果满足了Pn的景深需求,则无法满足物点Pn-1的景深需求,反之亦然。因此具有公共微透镜区域的空间物点景深受到影响,这里称之为景深失配。
为了解决景深失配的问题,本发明提出动态景深补偿方法,即在具有公共透镜区域的相邻物点中间产生一层中央聚焦面CFPc。为了使三维物点Pn和Pn-1均在其所对应的景深范围内,在液晶透镜阵列层后加入小孔阵列液晶面板层,该小孔阵列液晶面板层由LCD产生小孔的图案来实现,小孔阵列液晶面板层产生的小孔与液晶透镜阵列层上的子透镜单元一一对应。通过小孔控制子透镜单元的通光孔径来调整景深大小,具体可由下式计算:
D=4λL′2/p2=Ln-Ln-1
其中D为景深,等于Pn和Pn-1的间距,p为孔径尺寸,L'为新加入的中央聚焦面到透镜阵列的距离,该新加入的中央聚焦面根据三维物点Pn和Pn-1之间的间距预设。
进一步可以求出公共区域微透镜的焦距fc:
其中L′=Ln-(Ln-Ln-1)/2。
根据上述,提供一种大景深集成成像三维显示装置,包括:依次排列的显示面板层、液晶透镜阵列层、小孔阵列液晶层;所述显示面板层用于产生集成显示的2D图像;所述液晶透镜阵列层包括若干子透镜单元;所述液晶透镜阵列层用于汇聚所述2D图像对应的不同像素所发出的光并汇聚于预设的不同焦平面以形成3D图像;所述小孔阵列液晶层用于形成小孔阵列,以透射或遮蔽所述液晶透镜阵列层所射出的光线;所述小孔阵列液晶层包括通光口径驱动模块单元,所述通光口径驱动模块单元用于控制所述小孔阵列中任一小孔的通光口径;所述液晶透镜阵列层中的任一子透镜单元的焦距独立可调。本发明中,显示面板层可以是LED显示器,MICRO LED显示器,OLED,液晶显示面板。
进一步,所述液晶透镜阵列层为基于预制曲面的液晶透镜阵列层,所述液晶透镜阵列层包括偏振调制器阵列单元,所述偏振调制器阵列单元设有与所述子透镜单元数量匹配的若干TN液晶单元,通过每个所述TN液晶单元对照射到每个所述子透镜单元上的光波的偏振方向进行调制,实现所述子透镜单元的焦距变换。
进一步,所述小孔阵列液晶层包括LCD液晶层,通过所述LCD液晶层的两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能。
进一步,所述小孔阵列液晶层还包括偏光片、TFT玻璃。
进一步,所述显示面板层包括偏光片、滤光片、液晶、TFT玻璃、集成显示驱动模块单元。
进一步,所述液晶透镜阵列层上每个所述子透镜单元设有独立的驱动模块单元,每个所述驱动模块单元能独立调控其对应的所述TN液晶单元的偏振方向。
进一步,所述若干子透镜单元构成平面型透镜阵列。
进一步,所述若干子透镜单元构成曲面型透镜阵列。
进一步,所述小孔阵列中任一小孔的通光口径符合:D=4λL′2/p2,式中,D为景深;λ代表波长;L′为预设三维物点所在中央聚焦平面到液晶透镜阵列层的距离;p代表所述通光口径。
实施例1,为了实现独立可调多焦距微透镜阵列,本发明提出了一种可行的设计方案。独立可调多焦距微透镜阵列有两部分组成,参考图4所示。第一部分为双焦距液晶透镜阵列,如图3所示,该液晶透镜阵列层中的液晶透镜选用具有双折射特性的液晶材料,其中no≠ne≠npi,即其在偏振光o光和e光下的折射率不同,同时也不等于该液晶透镜中预制透镜所用材料的折射率npi。在该设计下,通过调制入射光的偏振方向,可实现透镜阵列的焦距变化。
第二部分为偏振调制器阵列单元(Polarization liquid crystal,PLC):TN液晶器件可以实现对偏振光的快速调制变换。本发明提将偏振调制器阵列单元放到显示面板层与液晶透镜阵列层之间,PLC阵列上每个TN液晶器件可以加载不同的电压获得不同偏振调制状态。PLC数目与液晶透镜阵列层中子透镜单元相对应,通过每个TN液晶器件对照射到每一个子透镜单元上的光波的偏振方向进行调制,从而实现子透镜单元的焦距在fo和fe两者之间快速变换,从而实现子透镜单元独立可调多焦距微透镜阵列器件。
这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。
图2是根据示例性实施例示出的动态景深补偿原理示意图。如图2所示,大景深集成成像三维显示装置包括小孔阵列液晶面板Pinhole、液晶透镜阵列MLA,液晶显示面板display。
小孔阵列液晶面板、液晶透镜阵列和液晶显示面板按照由前至后的顺序依次设置。
小孔阵列液晶面板包括偏光片、液晶、TFT玻璃、驱动IC与印刷电路板,用于形成小孔阵列,以对液晶显示面板上的集成图像进行空间上的调制。
液晶显示面板包括偏光片、滤光片、液晶,TFT玻璃、驱动IC与印刷电路板组,用于显示集成图像。
液晶透镜阵列可为任意一种形式的液晶透镜阵列,其中液晶透镜阵列上每个子液晶透镜背后的驱动电路之间相对独立,可以单独独立调控子液晶透镜的焦距,液晶透镜阵列在中央处理器的控制下调控光线聚焦位置。
例如,液晶透镜阵列中的子透镜为M x N个,其中M=300,N=300,共有90000个,分别为K1、K2、K3、K4……K90000。根据3D显示物体的深度层数P,将液晶透镜阵列分为P个部分,例如构建深度层数4层,则将透镜阵列分为4个主区域。这4个主区域是根据重建三维物体的深度分布情况采用动态分配,并不具有固定的区域与尺寸。每个区域内的子透镜具有相同焦距,分别为f1,f2,f3和f4。另外,每个主区域根据重建三维物体内容可分为若干个子区域。每个区域大小可由公式(1)求得。
例如所用液晶透镜阵列中子透镜的孔径为1mm,距离液晶显示面板的距离为2mm,集成成像视场角为28度,所要构建的三维物体分别距离透镜50mm,100mm,150mm和200mm处,则其所对应区域的焦距分别为:1.9231mm,1.9737mm,1.9868mm和1.9912mm。距离透镜阵列50mm,150mm,300m和450mm处三维物体上每个空间像素所需液晶透镜尺寸为:25mm x 25mm,50mm x 50mm,75mm x 75mm和100mm x 100mm。
对于成像空间上相距较近的三维物点,其微透镜阵列上的区域可能会出现重叠的现象,如图2中的公共区域(Common Area)。举例说明,任意两个相邻物点Pn和Pn-1,分别距透镜100mm和150mm处,其空间间距d为50mm,则它们在微透镜阵列上的重叠部分区域为10mm,共有10个子透镜。这个10个子透镜存在景深失配的问题,利用本发明提出的动态景深补偿方法,可以解决其景深失配问题。即在具有公共透镜区域的相邻物点中间加入一层中央聚焦面。为了使三维物点Pn和Pn-1均在其所对应的景深范围内,本发明在透镜阵列后加入一个由LCD产生的小孔阵列,小孔阵列数目与透镜阵列的子透镜一一对应,例如为M x N个,其中M=300,N=300,共有90000个,分别为Q1、Q2、Q3、Q4……Q90000。通过控制透镜的通光孔径来调整景深大小。在本实例中,Pn和Pn-1在深度上的间距为50mm,新产生的中央聚焦面到透镜阵列的距离为125mm,波长选择绿光波长532nm,根据公式可以求出重叠部分区域子透镜对应的小孔大小为0.67mm,进一步可以求出公共区域子透镜的焦距为1.9685mm。
实施例2,与实施例1不同的是,液晶透镜阵列层还可以是GRIN液晶透镜阵列层GRIN液晶透镜阵列层中任一所述子透镜单元的电极彼此绝缘且可独立控制,通过调整施加在任一所述子透镜单元的电极上的电压,改变子透镜单元的焦距。
另外,本发明提出了一种大景深集成成像三维显示方法,包括前述的大景深集成成像三维显示装置,大景深集成成像三维显示方法包括:
S1:根据人眼的轴向分辨率来对要显示的三维物体进行分层;其中每一层对应所述液晶微透镜阵列层的一个中央聚焦面;
S2:对在具有公共透镜单元的相邻物点中间的物点预设一层中央聚焦面;
S3:通过调整所述子透镜单元的焦距,使经过所述公共透镜单元的光线聚焦到所述预设的中央聚焦面;
S4:通过调整所述公共透镜单元所述对应的所述小孔阵列的通光口径,改变所述三维物体的成像景深。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (11)
1.大景深集成成像三维显示装置,其特征在于包括:
依次排列的显示面板层、液晶透镜阵列层、小孔阵列液晶层;
所述显示面板层用于产生集成显示的2D图像;
所述液晶透镜阵列层包括若干子透镜单元;所述液晶透镜阵列层用于汇聚所述2D图像对应的不同像素所发出的光并汇聚于预设的不同焦平面以形成3D图像;
所述小孔阵列液晶层用于形成小孔阵列,以透射或遮蔽所述液晶透镜阵列层所射出的光线;所述小孔阵列液晶层包括通光口径驱动模块单元,所述通光口径驱动模块单元用于控制所述小孔阵列中任一小孔的通光口径;
所述液晶透镜阵列层中的任一子透镜单元的焦距独立可调。
2.根据权利要求1所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于:所述液晶透镜阵列层为基于预制曲面的液晶透镜阵列层,所述液晶透镜阵列层包括偏振调制器阵列单元,所述偏振调制器阵列单元设有与所述子透镜单元数量匹配的若干TN液晶单元,通过每个所述TN液晶单元对照射到每个所述子透镜单元上的光波的偏振方向进行调制,实现所述子透镜单元的焦距变换。
3.根据权利要求1所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于:所述液晶透镜阵列层为GRIN液晶透镜阵列层,所述GRIN液晶透镜阵列层中任一所述子透镜单元的电极彼此绝缘且可独立控制,通过调整施加在任一所述子透镜单元的电极上的电压,改变子透镜单元的焦距。
4.根据权利要求2所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述小孔阵列液晶层包括LCD液晶层,通过所述LCD液晶层的两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能。
5.根据权利要求4所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述小孔阵列液晶层还包括偏光片、TFT玻璃。
6.根据权利要求2所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述显示面板层包括偏光片、滤光片、液晶、TFT玻璃、集成显示驱动模块单元。
7.根据权利要求4-6任一项所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述液晶透镜阵列层上每个所述子透镜单元设有独立的驱动模块单元,每个所述驱动模块单元能独立调控其对应的所述TN液晶单元的偏振方向。
8.根据权利要求4-6任一项所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述若干子透镜单元构成平面型透镜阵列。
9.根据权利要求4-6任一项所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述若干子透镜单元构成曲面型透镜阵列。
10.根据权利要求5所述的大景深集成成像三维显示装置,其特征在于,所述小孔阵列中任一小孔的通光口径符合:
D=4λL′2/p2
式中,D为景深;
λ代表波长;
L′为预设三维物点所在中央聚焦平面到液晶透镜阵列层的距离;
p代表所述通光口径。
11.大景深集成成像三维显示方法,其特征在于包括权利要求1-10任一项所述的大景深集成成像三维显示装置,所述方法包括:
S1:根据人眼的轴向分辨率来对要显示的三维物体进行分层;其中每一层对应所述液晶微透镜阵列层的一个中央聚焦面;
S2:对在具有公共透镜单元的相邻物点中间的物点预设一层中央聚焦面;
S3:通过调整所述子透镜单元的焦距,使经过所述公共透镜单元的光线聚焦到所述预设的中央聚焦面;
S4:通过调整所述公共透镜单元所述对应的所述小孔阵列的通光口径,改变所述三维物体的成像景深。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911085210.4A CN110703456B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 大景深集成成像三维显示装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911085210.4A CN110703456B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 大景深集成成像三维显示装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110703456A true CN110703456A (zh) | 2020-01-17 |
CN110703456B CN110703456B (zh) | 2021-07-20 |
Family
ID=69205519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911085210.4A Active CN110703456B (zh) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | 大景深集成成像三维显示装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110703456B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111290164A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 京东方科技集团股份有限公司 | 透明显示面板、显示装置及眼镜 |
CN111679445A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-18 | 深圳市洲明科技股份有限公司 | 一种光场显示装置及立体显示方法 |
CN112230443A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-15 | 深圳英伦科技股份有限公司 | 基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置 |
WO2022077898A1 (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 可穿戴显示设备 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5126760B1 (ja) * | 2012-07-10 | 2013-01-23 | 美濃商事株式会社 | 装飾表示体 |
CN104297930A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-21 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种集成成像三维立体显示装置及显示系统 |
CN105892069A (zh) * | 2014-05-15 | 2016-08-24 | 北京康得新三维科技有限责任公司 | 动态电子光栅 |
US20180292179A1 (en) * | 2015-04-21 | 2018-10-11 | University Of Rochester | Cloaking systems and methods |
WO2019182592A1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Methods of rendering light field images for integral-imaging-based light filed display |
-
2019
- 2019-11-08 CN CN201911085210.4A patent/CN110703456B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5126760B1 (ja) * | 2012-07-10 | 2013-01-23 | 美濃商事株式会社 | 装飾表示体 |
CN105892069A (zh) * | 2014-05-15 | 2016-08-24 | 北京康得新三维科技有限责任公司 | 动态电子光栅 |
CN104297930A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-21 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 一种集成成像三维立体显示装置及显示系统 |
US20180292179A1 (en) * | 2015-04-21 | 2018-10-11 | University Of Rochester | Cloaking systems and methods |
WO2019182592A1 (en) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Methods of rendering light field images for integral-imaging-based light filed display |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111290164A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 京东方科技集团股份有限公司 | 透明显示面板、显示装置及眼镜 |
CN111679445A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-18 | 深圳市洲明科技股份有限公司 | 一种光场显示装置及立体显示方法 |
CN112230443A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-15 | 深圳英伦科技股份有限公司 | 基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置 |
CN112230443B (zh) * | 2020-09-22 | 2024-02-13 | 深圳英伦科技股份有限公司 | 基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置 |
WO2022077898A1 (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 可穿戴显示设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110703456B (zh) | 2021-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110703456B (zh) | 大景深集成成像三维显示装置及方法 | |
KR101472052B1 (ko) | 표시장치 | |
CN102162964B (zh) | 液晶透镜和显示装置 | |
CN101840072B (zh) | 自动立体影像显示装置 | |
US8786683B2 (en) | Stereoscopic display unit | |
TWI574096B (zh) | 光束整形裝置 | |
JP5329231B2 (ja) | 自動立体表示装置 | |
KR100440956B1 (ko) | 2d/3d 겸용 디스플레이 | |
KR100477638B1 (ko) | 2d/3d 겸용 디스플레이 | |
CN102207632B (zh) | 一种立体显示器 | |
US8179426B2 (en) | Pixel arrangement for an autostereoscopic display apparatus | |
US20120075434A1 (en) | Three dimensional image display | |
JP2011514980A (ja) | 自動立体視(autostereoscopic)表示装置 | |
KR20120074966A (ko) | 회절 소자를 이용한 영상 표시 장치 | |
US8836873B2 (en) | Display devices and methods of manufacturing the same | |
US20170038597A1 (en) | Display apparatus | |
Krijn et al. | 2‐D/3‐D displays based on switchable lenticulars | |
CN102955258A (zh) | 三维图像显示装置 | |
WO2018166207A1 (zh) | 显示切换装置、显示器和电子设备 | |
CN102804027A (zh) | 自动立体显示装置 | |
US10247950B2 (en) | Three-dimensional image display device | |
JP4929636B2 (ja) | 液晶表示装置 | |
CA2913953C (en) | Multi-view display device | |
Cai et al. | Switchable liquid crystal lenticular microlens arrays based on photopolymerization-induced phase separation for 2D/3D autostereoscopic displays | |
KR20120027394A (ko) | 포커싱 장치를 갖는 액정 디스플레이 디바이스 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |