CN110824727A - 一种高分辨率的3d光场显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高分辨率的3D光场显示装置及方法，属于3D显示技术领域。所述装置包括：小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组和中央控制器；小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组按照由前至后的顺序依次设置；小孔阵列液晶面板包括均匀分布的小孔阵列，以形成小孔阵列光栅，小孔阵列由中央处理器提供控制电压对小孔阵列中各小孔的液晶进行偏转控制，以控制各小孔的通光状态；液晶显示面板用于在中央控制器的控制下显示集成图像；背光模组用于在中央控制器的控制下产生背光；中央控制器用于给小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组提供控制信号。上述装置及方法能够低成本地提高3D光场显示装置的分辨率。

Description

一种高分辨率的3D光场显示装置及方法

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，特别涉及一种高分辨率的3D光场显示装置及方法。

背景技术

3D立体显示是当今一个引人注目的前沿科技领域，其中具有全视差、多角度、可多人同时观看的集成成像式3D光场显示是3D显示的一种特殊方式，可应用在军事、广告、医学等显示领域，使观看者获得观看真实景物的感觉。现在获得全视差的显示方式主要有三种：体显示、全息显示、高密度的集成成像显示。

体显示是通过激发某空间内的物质进行发光或使用机械旋转等方法，利用人眼视觉暂留效应使人获得三维感觉，属于真三维显示，立体感觉逼真，但是装置系统庞大复杂。

全息显示也属于真三维显示，它利用全息材料记录三维物体的真实发光波前，但是拍摄条件严苛，限于静态三维图像；而数字全息法虽然可以显示动态三维影像，但是需要非常高分辨率的空间调制器，现今的设备暂无法满足高品质的全息动态三维显示。

集成成像显示采用微透镜阵列对物空间场景进行记录并再现出物空间场景。由于集成成像技术再现的3D图像包含全真色彩以及连续的视差信息，观看者可获得观看真实景物的感觉，同时具有自由视角等优点。

现有的三维集成显示装置一般都需要在显示屏前放置透镜阵列以调制不同的视差图投射到空间的不同方向，但是适用于大屏幕的透镜阵列价格昂贵、体积笨重，一旦固定在二维显示屏前，就无法进行2D/3D切换。并且，虽然现在的显示屏可以做到8K，但是在集成成像显示中，需要将这8K的像素数量分解成集成子图，导致显示器的3D分辨率还是受到很大的限制。

发明内容

为了解决相关技术中无法低成本地提高显示器的3D分辨率的技术问题，本发明提供了一种高分辨率的3D光场显示装置及方法。

第一方面，提供了一种高分辨率的3D光场显示装置，该装置包括小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组和中央控制器；

所述小孔阵列液晶面板、所述液晶显示面板、所述背光模组按照由前至后的顺序依次设置；

所述小孔阵列液晶面板包括均匀分布的小孔阵列，以形成小孔阵列光栅，所述小孔阵列由所述中央处理器提供控制电压对所述小孔阵列中各小孔的液晶进行偏转控制，以控制各小孔的通光状态；所述液晶显示面板用于在所述中央控制器的控制下显示集成图像；所述背光模组用于在所述中央控制器的控制下产生背光；所述中央控制器用于给所述小孔阵列液晶面板、所述液晶显示面板、所述背光模组提供控制信号。

可选的，通过所述控制电压，控制所述小孔阵列的所有小孔在一个时间周期内分为多组依次通光，并且在同一时间只有一组小孔通光。

可选的，所述小孔阵列的通光组数为4组。

可选的，同一时间通光小孔的排布为正方形排布、六角形排布或其他形式排布。

可选的，同一时间通光小孔的排布为正方形排布，同一时间周期内通光小孔以45度角方向移动。

可选的，所述小孔阵列中各小孔的形状为正方形、矩形、圆形或其它形状。

可选的，所述小孔阵列液晶面板还包括偏光片、液晶、TFT玻璃、驱动板与印刷电路板。

可选的，在进行每一帧画面的切换时，为所述背光模组提供一个电压下降的脉冲方波。

可选的，所述脉冲方波的宽度是可调的。

小孔阵列液晶面板和液晶显示面板是采用svs信号对齐的，即小孔阵列液晶面板的板卡发出一个svs信号，液晶显示面板的板卡接收这个信号，这个信号作为两个板卡的帧开始信号。

第二方面，提供了一种高分辨率的3D光场显示方法，包括：

按照预设方式将小孔阵列液晶面板中的所有小孔分为多个组；

调节对各组小孔中液晶的控制电压，使各组小孔在一个时间周期内的不同时间依次切换为通光状态，且在同一时间只有一组小孔处于通光状态。

可选的，该方法还可以包括：

在不同的时间周期切换时，为背光模组提供一个电压下降的脉冲方波。

通过本发明的实施例提供的技术方案能够得到以下有益效果：

高分辨率的3D光场显示装置包括小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组和中央控制器，小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组按照由前至后的顺序依次设置，中央控制器用于给小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组提供控制信号，小孔阵列液晶面板包括均匀分布的小孔阵列，以形成小孔阵列光栅，小孔阵列由中央处理器提供控制电压对小孔阵列中各小孔的液晶进行偏转控制，以控制各小孔的通光状态，并且小孔阵列的所有小孔在一个时间周期内分为多组依次通光，并且在同一时间只有一组小孔通光，从而通过小孔阵列液晶面板中各小孔的时分复用，并利用人眼的视觉暂停效应，产生高分辨率的3D图像，并降低了3D光场显示装置的成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，本发明并不受限制。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种高分辨率的3D光场显示装置的结构图。

图2是根据一示例性实施例示出的小孔阵列与集成图像的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的同一时间通光小孔呈正方形排布、同一时间周期内通光小孔以45度角方向移动时的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的同一时间通光小孔呈六角形排布、同一时间周期内通光小孔以45度角方向排布的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的同一时间通光小孔和同一时间周期内的通光小孔均呈正方形排布的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的脉冲方波的波形示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种高分辨率的3D光场显示方法流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。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。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所记载的、本发明的一些方面相一致的系统和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种高分辨率的3D光场显示装置的结构图，如图1所示，该高分辨率的3D光场显示装置可以包括小孔阵列液晶面板10、液晶显示面板20、背光模组30和中央控制器40。

小孔阵列液晶面板10、液晶显示面板20、背光模组30按照由前至后的顺序依次设置。

小孔阵列液晶面板10包括偏光片、液晶、TFT玻璃、驱动板与印刷电路板，用于形成小孔阵列光栅，以对液晶显示面板20上的集成图像进行空间上的调制。

液晶显示面板20包括偏光片、滤光片、液晶、TFT玻璃、驱动板与印刷电路板组，用于在中央处理器40上的控制下显示集成图像。

背光模组30包括光源、导光板、反射片和光学膜片，用于在中央处理器40上的控制下产生背光，以为液晶显示面板20提供光源。

图2是根据一示例性实施例示出的小孔阵列与集成图像的示意图。

小孔阵列液晶面板10和液晶显示面板20是采用svs信号对齐的，即小孔阵列液晶面板10的板卡发出一个svs信号，液晶显示面板20的板卡接收这个信号，这个信号作为两个板卡的帧开始信号。

中央控制器40用于给小孔阵列液晶面板10、液晶显示面板20、背光模组30提供控制信号。

中央控制器40给小孔阵列液晶面板10提供控制电压，通过控制电压对小孔阵列中各小孔的液晶进行偏转控制，以控制各小孔的通光状态。

小孔阵列中各小孔的形状可为正方形、矩形、圆形或其它形状。

中央控制器40给液晶显示面板20提供控制信号，以控制集成图像进行相应改变。

中央控制器40为背光模组30提供背光控制电压，以控制背光模组30中光源的开关。

通过在液晶显示面板前设置小孔阵列液晶面板，并通过中央处理器控制小孔阵列液晶面板中各小孔的通光状态，实现3D光场显示装置的图像显示，有效降低了3D光场显示装置的成本。

可选的，通过中央控制器40为小孔阵列液晶面板10提供的控制电压，可以分别控制小孔阵列液晶面板10的小孔阵列中各小孔的通光状态，从而可以分别控制各小孔通光或不通光。

在一示例性实施例中，将小孔阵列的所有小孔预先分为多组，进而控制各组的小孔依次通光，并且在同一时间只有一组小孔通光。

例如，小孔阵列中的小孔共有33177600个，分别为K1、K2、K3、K4……K33177600，则将小孔分为4组，第一组包括小孔K1、K5、K9、K13……K33177597，第二组包括小孔K2、K6、K10、K14……K33177598，第三组包括小孔K3、K7、K11、K15……K33177599，第四组包括小孔K4、K8、K12、K16……K33177600。每一时间周期分为4个时间段T1、T2、T3、T4，在时间段T1内第一组小孔通光，其它组小孔不通光；在时间段T2内第二组小孔通光，其它组小孔不通光；在时间段T3内第三组小孔通光，其它组小孔不通光；在时间段T4内第四组小孔通光，其它组小孔不通光。

可选的，小孔阵列的所有小孔划分的组数还可以为2组、3组、5组等，在此不对小孔阵列划分的组数进行具体限定，在具体应用场景中可根据实际需求确定小孔阵列划分的组数。

可选的，在将小孔阵列分为多个组时，每一组内的小孔可呈成各种形式的排布，即同一时间通光小孔的排布为正方形排布、六角形排布或其他形式排布等各种形式。

例如，在实施例1中，如图3所示，同一时间通光小孔的排布为正方形排布，同一时间周期内通光小孔以45度角方向移动。一个时间周期分为4个时间段T1、T2、T3、T4。

时间段T1：中央处理器40控制标志1的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔1对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T2：中央处理器40控制标志2的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔2对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T3：中央处理器40控制标志3的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔3对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T4：中央处理器40控制标志4的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔4对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

标志相同的小孔呈正方形排布，标志为1、2、3、4的小孔呈斜角45°方向排布，由于3D显示的分辨率取决于小孔数量，因此3D显示的分辨率整体上提升至原来的4倍，其中水平方向和竖直方向分别提升至原来的2倍。

若采用120Hz的8K显示屏作为液晶显示面板，在一个时间周期的4次时分复用下，一个时间周期的3D图像刷新率可达到30Hz，依然可以达到流畅播放视频的程度。

又例如，在实施例2中，如图4所示，同一时间通光小孔的排布为六角形排布，且各组小孔以45度角方向排布。一个时间周期分为4个时间段T1、T2、T3、T4。

时间段T1：中央处理器40控制标志1的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔1对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T2：中央处理器40控制标志2的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔2对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T1：中央处理器40控制标志3的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔3对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T4：中央处理器40控制标志4的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔4对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

标志为1、2、3、4的小孔呈图4所示的六角形排布，由于3D显示的分辨率取决于小孔数量，因此3D显示的分辨率整体上提升至原来的4倍，其中水平方向和竖直方向分别提升至原来的2倍。

若采用120Hz的8K显示屏作为液晶显示面板，在一个时间周期的4次时分复用下，一个时间周期的3D图像刷新率可达到30Hz，依然可以达到流畅播放视频的程度。

又例如，在实施例3中，如图5所示，同一时间通光小孔的排布为正方形排布，且同一时间周期内通光小孔也呈正方形排布。一个时间周期分为4个时间段T1、T2、T3、T4。

时间段T1：中央处理器40控制标志1的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器40将小孔1对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T2：中央处理器40控制标志2的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器将小孔2对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T3：中央处理器40控制标志3的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器将小孔3对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

时间段T4：中央处理器40控制标志4的小孔打开通光，其余小孔不通光。此时背光控制电压先下降后上升，中央处理器将小孔4对应的集成图像传输给液晶显示面板20进行显示。

标志相同的小孔呈正方形排布，标志为1、2、3、4的小孔也呈小正方格子排布，由于3D显示的分辨率取决于小孔数量，因此3D显示的分辨率整体上提升至原来的4倍，其中水平方向和竖直方向分别提升至原来的2倍。

若采用120Hz的8K显示屏作为液晶显示面板，在一个时间周期的4次时分复用下，一个时间周期的3D图像刷新率可达到30Hz，依然可以达到流畅播放视频的程度。

可选的，在进行每一帧画面的切换时，为背光模组30提供一个背光调节电压，该背光调节电压为电压下降的脉冲方波，即画面切换时背光减弱或关闭，从而避免通光小孔移动切换时产生闪屏现象。图6是根据一示例性实施例示出的脉冲方波的波形示意图，其中t为液晶显示面板一帧图像的播放时间(例如，对于120Hz显示屏，t＝8.3ms)，Δt为液晶显示面板刷新图像时的响应时间，即脉冲方波的宽度。

需要说明的是，脉冲方波的宽度是可调节的，具体可根据画面切换时背光电压的波动状况而调节。

下述为本发明方法实施例，可以用于执行本高分辨率的3D光场显示方法。对于本发明方法实施例中未披露的细节，请参照本公开高分辨率的3D光场显示装置实施例。

图7是根据一示例性实施例示出的一种高分辨率的3D光场显示方法流程图，如图7所示，该高分辨率的3D光场显示方法可以包括以下步骤。

步骤S110，按照预设方式将小孔阵列液晶面板中的所有小孔分为多个组。

步骤S120，调节对各组小孔中液晶的控制电压，使各组小孔在一个时间周期内的不同时间依次切换为通光状态，且在同一时间只有一组小孔处于通光状态。

通过将所有小孔分为多个组，使各组小孔在一个时间周期内的不同时间依次切换为通光状态，且在同一时间只有一组小孔处于通光状态。

例如，将小孔阵列液晶面板中的所有小孔分为4个组，当采用120Hz的8K显示屏作为液晶显示面板时，在一个时间周期的4次时分复用下，一个时间周期的3D图像刷新率可达到30Hz，并不影响人眼的观看，依然可以达到流畅播放视频的程度。

可选的，在不同的时间周期切换时，为背光模组提供一个电压下降的脉冲方波，使在画面切换时背光减弱或关闭，从而避免通光小孔通光切换时产生闪屏现象。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，本领域技术人员可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种高分辨率的3D光场显示装置，其特征在于，所述装置包括小孔阵列液晶面板、液晶显示面板、背光模组和中央控制器；

所述小孔阵列液晶面板、所述液晶显示面板、所述背光模组按照由前至后的顺序依次设置；

所述小孔阵列液晶面板包括均匀分布的小孔阵列，以形成小孔阵列光栅，所述小孔阵列由所述中央处理器提供控制电压对所述小孔阵列中各小孔的液晶进行偏转控制，以控制各小孔的通光状态；所述液晶显示面板用于在所述中央控制器的控制下显示集成图像；所述背光模组用于在所述中央控制器的控制下产生背光；所述中央控制器用于给所述小孔阵列液晶面板、所述液晶显示面板、所述背光模组提供控制信号；所述小孔阵列液晶面板的驱动板根据读取到的所述液晶显示面板中的时序信号，驱动所述小孔阵列液晶面板进行点亮。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述控制电压，控制所述小孔阵列的所有小孔在一个时间周期内分为多组依次通光，并且在同一时间只有一组小孔通光。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述小孔阵列的通光组数为4组。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，同一时间通光小孔的排布为正方形排布、六角形排布或其他形式排布。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，同一时间通光小孔的排布为正方形排布，同一时间周期内通光小孔以45度角方向移动。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述小孔阵列中各小孔的形状为正方形、矩形、圆形或其它形状。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在进行每一帧画面的切换时，为所述背光模组提供一个电压下降的脉冲方波。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脉冲方波的宽度是可调的。

9.一种高分辨率的3D光场显示方法，其特征在于，所述方法包括：

按照预设方式将小孔阵列液晶面板中的所有小孔分为多个组；

调节对各组小孔中液晶的控制电压，使各组小孔在一个时间周期内的不同时间依次切换为通光状态，且在同一时间只有一组小孔处于通光状态。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在不同的时间周期切换时，控制向背光模组施加一个电压下降的脉冲方波。

Images