CN112230443A - 基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，包括显示器和可调液晶微透镜阵列，所述的可调液晶微透镜阵列贴合在显示器前。所述的可调液晶微透镜阵列为电控液晶微透镜阵列或偏振光调制液晶微透镜阵列。本发明利用微透镜单元可平移、焦距可调的液晶微透镜阵列替代传统微透镜阵列的集成成像显示器，能够在增加景深的同时增加像素，实现大景深、高分辨率和大视角的三维显示图像。

Description

基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置

技术领域

本发明涉及一种集成成像显示技术。

背景技术

光场显示技术是一种利用再现空间中物体表面散射光场的方法来实现三维显示的技术。集成成像显示技术作为实现光场显示技术的方法之一，其具体实现的方法如图1所示，是在显示器前附加一微透镜阵列来实现对连续的光场信息的离散重建，具有造价低、便于实现等优点，极具产业化的可能。但该技术受制于传统微透镜阵列的物理特性影响，有三维图像分辨率低、视角小和景深浅的问题，该缺陷限制了集成成像显示技术的商业话。

如图1所示的传统的集成成像显示技术是采用了传统的固定微透镜阵列。由于该技术是对连续光场信息的重建，因此，当用于重建的离散点越多，则还原的三维画面图像质量越好，图像越平滑，分辨率越高。在显示器大小不变的情况下，受传统微透镜阵列的局限，重建的离散点个数是固定不变的，可近似的认为等于该微透镜阵列上微透镜的个数；而三维图像的视角又与该微透镜的大小有关。图2显示了影响视角的因素为微透镜的大小、以及屏与微透镜阵列间的距离，该三维图像的横向视角α和纵向视角β分别可用以下方法计算：

α＝2arctan(w/2g)

β＝2arctan(h/2g)

其中，g是显示器与微透镜阵列的距离，w是基础图像宽度，h是基础图像高度。

当增加重建的离散点时，需减小微透镜的大小，以增加微透镜的个数，为维持原有三维图像视角，则屏与透镜阵列间的距离也需减小，但这样就会使图像景深减小，影响三维图像的可视深度。

上述分析表明了衡量集成成像显示技术三维图像质量的各个因素(三维图像的像素、视角和景深)之间存在一定的权衡。具体表现为：在显示屏不变的情况下，增加微透镜的个数可以扩大三维图像分辨率，但视角下降；增加透镜的焦距，可以增加景深，但同时减小视角；增加微透镜的大小(减小微透镜的个数)，则可以增加视角，但降低图像分辨率。

根据以上对传统微透镜阵列集成成像技术的描述可知，造成这些制约条件的原因在于现有的传统微透镜阵列自身构造的局限，限定了集成成像显示的三维显示像素固定的内奎斯特采样频率上限，从而限制了集成图像显示的图像质量。

发明内容

为了克服传统微透镜阵列带来的奈奎斯特采样定理的局限，本发明提供一种基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，利用微透镜单元可平移、焦距可调的液晶微透镜阵列替代传统微透镜阵列的集成成像显示器，能够在增加景深的同时增加像素，实现大景深、高分辨率和大视角的三维显示图像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，包括显示器和可调液晶微透镜阵列，所述的可调液晶微透镜阵列贴合在显示器前。

所述的可调液晶微透镜阵列为电控液晶微透镜阵列或偏振光调制液晶微透镜阵列。

所述的电控可调微透镜阵列，包括上下基板、上下电极对和液晶，所述的上下电极对分别布设在上下基板上，在上下基板之间填充液晶，通过对上下电极对施加电压形成液晶透镜，通过对不同位置处的上下电极对施加电压控制液晶微透镜单元的平移，通过在上下电极对上施加不同的电压值实现液晶透镜的焦距变化。

所述的上下电极上涂布有导向层，摩擦后对液晶分子起导向作用。

所述的液晶采用蓝相液晶，上下基板为方形，在下基板上表面覆盖有下电极，在上基板下表面均布有纵横交错的若干条形电极作为上电极，在上基板的一边上，任意相隔设定距离p的条形电极作为一对；在t₁时刻，t₁电极对工作，其余电极不导电，液晶在t₁电极对的电场作用下形成了微透镜单元一；同理，在t₂时刻，对应的t₂电极对工作，其余电极不导电，形成了微透镜单元二；在t₁、t₂时刻形成的微透镜单元一、二发生了平移，彼此的光轴平行；在移动微透镜单元的同时，在t₁、t₂时刻的电极对上施加不同的电压，分别标记为V₁、V₂，不同的工作电压使不同时刻透镜的焦距也不同，为f₁、f₂，电压越大，焦距越小。

所述的偏振光可调液晶微透镜阵列，包含入射光偏振调制器、上下基板、预制部分和液晶层，所述的预制部分设置在上下基板相对的一面，预制部分之间注入液晶，并形成液晶微透镜阵列，预制部分的面型曲率半径不同，且预制部分面形中心线并不重合。

所述的预制部分表面涂布有导向层。

所述的预制部分由透光材料制成，其形状决定液晶微透镜单元的形状，预制部分的面形根据显示需求设置为平行排列的柱透镜面形、球面面形、二次旋转曲面面形或自由曲面，且上下基板的预制部分曲面中心线相错，且上、下预制部分的折射率n_p上、n_p下如果不同，则n_p上＝n_o、n_p下＝n_e，或n_p上＝n_e、n_p下＝n_o；如果n_p上与n_p下相同，则与液晶或液晶聚合物双折射率中某一折射率匹配；所述的二次旋转曲面面形包括旋转双曲线、旋转抛物面和旋转椭圆面。

所述的预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，或上下都是平行排列的凸面，或上下都是平行排列的凹面，上下预制部分的曲率半径不同，分别为R_上和R_下；当使用正光性液晶材料时，液晶的非寻常光折射率n_e和寻常光折射率n_o满足n_e>n_o；若预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，当要求实现两个凸透镜时，则要求n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，当入射光为非寻常光时，光在液晶与下预制表面处发生折射，焦距为

当入射光为寻常光时，光在液晶与上预制表面处发生折射，焦距为

当要求实现两个凹透镜时，则要求n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，当入射光为非寻常光时，焦距

当入射光为寻常光时，焦距

若预制部分上下都是平行排列的凸面，n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，入射光为非寻常光时为凹透镜，入射光为寻常光时为凸透镜；若预制部分上下都是平行排列的凹面，n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，入射光为非寻常光时为凸透镜，而入射光为寻常光时为凹透镜。

本发明还包括控制器和播放器，所述的控制器用于控制液晶微透镜阵列中每个微透镜单元的平移和变焦；对电控液晶微透镜阵列而言，控制器与液晶微透镜阵列相连，直接通过对不同的电极对施加相同或不同的电压来实现对液晶微透镜单元的调控；对偏振光调制液晶微透镜阵列而言，控制器控制偏振光调节器的开和关，实现入射光的偏振状态的变化；所述的播放器用于处理、存储、播放不同时刻需要播放的二维画面。

本发明的有益效果是：为了突破传统微透镜阵列带来的集成图像分辨率的内奎斯特采样频率限制，本发明利用时分复用的方法，在一显示周期内实现显示单元左右、前后平移。因此，在该显示周期内，三维显示的总体效果为显示单元平移后叠加的总体效果，从而提高集成成像显示的图像质量。

具体来说，本发明利用人眼视觉暂留的特性，在同一周期的不同时间段内，播放不同景深处的图像，由于人眼的视觉暂留特性，前一时刻的图像并不会马上消失，而是和后一时刻的图像叠加在一起，在该视觉暂留时间段内，人眼观看到的图像是为该时间段内所有播放图片叠加的综合效果，因此，该综合图像的景深为不同时间段内景深的叠加，图像的像素个数也为不同时间段内播放图像像素的总和。综上所述，本发明即可增加三维图像的景深，又可增加三维图像的像素，从而改善集成成像显示的图像质量。

为了实现上述方法，集成成像显示器前附加的微透镜阵列必须满足以下要求：1)该透镜阵列上每个微透镜单元可以同时、沿相同方向移动相同距离；2)该透镜阵列上每个微透镜单元可以同时、变焦相同幅度。传统微透镜阵列可以通过机械移动的方法满足条件1)，但不能实现条件2)，且机械移动的方法构造复杂，器件体积庞大。现有的液晶透镜技术可以满足变焦，即条件2)，但不能满足条件1)，即微透镜单元可移动，而本发明提出的液晶微透镜阵列可以同时满足条件1)和2)。

如图6所示，在一周期内存在n个时刻(t₁、t₂、……、t_n)，在不同的时刻内，液晶微透镜阵列上的微透镜单元处于不同的位置处，但每个液晶微透镜单元的平移方向和平移位移都相同，这样，相当于整个微透镜阵列沿某一方向同时平移了一定的位移，效果与传统微透镜阵列通过机械运动产生的平移相同。

液晶微透镜阵列上微透镜单元的移动，使其对应的显示单元在不同的时刻不同，且其在不同时刻内被液晶微透镜单元投影到对应的不同的空间位置处。由于该周期在人眼视觉暂留的时间内，因此，在同一周期内，观看者的观看感受是该周期内所有不同时刻所投影图像的重叠，因此，该一周期内的3D图像像素个数就为原来的n倍。

传统微透镜阵列的透镜焦距是固定的，所成图像的景深也是固定的。液晶微透镜阵列具有焦距可调的特点，因此，可以突破传统微透镜阵列固定焦距的局限。如图7所示，在一周期内n个不同的时刻，液晶微透镜分别变焦m次(m≤n)，其焦距分别为f₁、f₂、…、f_m，其对应的中央焦平面分别为图中S₁、S₂、…、S_m，而对应的景深分别为FL₁、FL₂、…、FL_m，这些景深大小可以一一相邻，彼此相接如图中所示，也可以在边缘处相互重叠。这样，在一周期内，三维图像的整体景深大小为FL＝FL₁+FL₂+…+FL_m。

这里液晶微透镜单元平移和变焦可以有如下选择：

1)每平移1次，变焦m次，该显示方法强调了三维显示的景深；

2)每平移n次，变焦1次，该显示方法强调了三维显示的像素；

3)每平移N次(1≤N<n)，变焦1次。

综上所述，液晶透镜在n时刻内变焦和平移的总次数最大不超过m×n次，但该次数越大，液晶透镜变焦或平移的速度越快，对液晶透镜的响应速度要求越高。

针对上述采用了可调液晶微透镜阵列的集成显示技术，其对应的播放内容需根据不同时刻重新编排。可以采用实时采集的方法，即在采集三维图像的CCD或仪器前加一同款液晶微透镜阵列，该液晶微透镜阵列在工作周期内变换光轴和焦距，采集后的图像，通过带有同款液晶微透镜阵列的显示器顺时显示，重现被采集的三维图像；或者，利用图像处理软件生成对应的不同时刻处的图像，在此过程中，需对三维场景根据不同的景深进行分层，并对该层的图像分别进行编译，如图8所示。

综上所述，本发明利用了人眼视觉暂留的特点，利用时分复用的方法，突破传统集成成像显示技术，由于采用固定微透镜阵列作为主要光学器件而带来的内奎斯特采样上限。本发明利用可调液晶微透镜阵列代替传统固定微透镜阵列作为主要光学器件，该液晶微透镜阵列具有响应速度快、微透镜单元可同步平移、焦距可同步可调的特点。本发明中的集成成像显示器增加像素取决于可调微透镜阵列中微透镜单元可平移的次数，在一个显示周期内，该液晶微透镜单元可平移的次数越多，则增加的像素越多，可以认为该新型集成成像显示器可增加的像素与液晶微透镜单元可平移次数成正比；同样，在一个周期内，通过液晶微透镜单元的变焦改变该显示器的景深，变焦次数越多，则景深增加越多。本发明中集成成像显示器可增加景深和像素的范围，取决于该可调液晶微透镜阵列的响应速度。与传统集成成像显示器相比，本发明中的可调液晶微透镜阵列集成成像显示器在增加视角的同时，可以通过液晶微透镜单元的平移不仅不减少三维显示图像的像素，还可以增加像素；同时，通过变焦增加三维图像的景深。因此，本发明中的集成成像显示器打破了内奎斯特采样定理对传统集成成像显示的限制，突破了景深、视角和三维图像像素间的权衡，具有一定的新颖性和创造性。

附图说明

图1是集成成像显示器的结构示意图；

图2是集成成像显示单元与透镜单元的关系示意图；

图3是可调液晶微透镜阵列集成成像显示器示意图；

图4是蓝相液晶微透镜阵列示意图，其中，(a)是蓝相液晶微透镜阵列剖面图，(b)是上基板电极与不同时刻微透镜单元示意图；

图5是预制液晶微透镜阵列的可能预制结构剖面图；

图6是同一周期内不同时刻液晶微透镜阵列投影图像叠加示意图；

图7是液晶微透镜单元变焦增加景深示意图；

图8是可调液晶微透镜阵列集成成像显示器所需播放素材采集或编译示意图；

图9是一种偏振光可调预制液晶微透镜阵列集成成像显示器的结构图，其中，(a)是整体构造，(b)是液晶微透镜阵列下基板预制部分构造，(c)是液晶微透镜阵列上基板预制部分构造；

图10是偏振光调制液晶透镜工作原理示意图，其中，(a)是入射光为o光模式，(b)是入射光为e光模式；

图11是偏振光调控液晶预制透镜阵列集成成像显示器的景深示意图；

图12是偏振光调控液晶预制透镜阵列集成成像显示器的像素增加示意图；

图13是偏振光调控液晶预制透镜阵列集成成像显示器的三维图像成像示意图；

图中，1-显示器，2-传统微透镜阵列，3-单个微透镜单元，4-基础图像单元，5-可调液晶微透镜阵列，6-可调液晶微透镜单元，7-可调液晶微透镜阵列控制器，8-显示器播放器，9-上电极对组，10-下电极，11-上基板，12-下基板，13-蓝相液晶，14-微透镜单元一，15-微透镜透镜二，16-微透镜透镜三，17-液晶，18-上预制面，19-下预制面，20-可能的导向层，21-偏振光调节器，22-显示图像，23-远景，24-近景，25-观看处。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明如图3所示，包括显示器、在显示器前贴合的一可调液晶微透镜阵列、液晶微透镜阵列的控制器、集成成像显示器的播放器，该液晶微透镜阵列具有响应速度快、微透镜单元可平移和变焦的特性。

所述的显示器可采用现有的LCD、LED或OLED显示器，一般选择分辨率高的显示屏，对于显示器的子像素无严格要求，可以是传统RGB(Red、Green、Blue)模式，也可为RGBY(Red、Green、Blue、Yellow)模式。

所述的可调液晶微透镜阵列可以选择电控液晶微透镜阵列，也可以选择偏振光调制液晶微透镜阵列。

所述的电控可调微透镜阵列，包括上下基板、上下电极对、可能有的导向层(有些液晶或液晶聚合物由于其本身的特性，并不需要导向层)和液晶。具体来说，在上下基板上布有上下电极，在电极上涂布导向层，摩擦后对液晶分子起导向作用，在这样形成的液晶盒内填充液晶。通过对上下电极对施加电压形成液晶透镜，通过对不同位置处的上下电极对施加电压控制液晶微透镜单元的平移，通过在上下电极对上施加不同的电压值实现液晶透镜的焦距变化。

作为本发明的优选方案之一，如图4(a)所示，所述的液晶采用蓝相液晶，上下基板为方形，在下基板上表面覆盖有下电极，在上基板下表面均布有纵横交错的若干条形电极作为上电极，在上基板的一边上，任意相隔设定距离p的条形电极作为一对；如图4(b)所示，在t₁时刻，t₁电极对工作，其余电极不导电，液晶在t₁电极对的电场作用下形成了微透镜单元1；同理，在t₂时刻，对应的t₂电极对工作，其余电极不导电，形成了微透镜单元2；同理，t₃时刻，对应的t₃电极对工作，其余电极不导电，形成了微透镜单元3；在t₁、t₂和t₃时刻形成的微透镜单元1、2、3发生了平移，彼此的光轴平行；在移动微透镜单元的同时，在t₁、t₂和t₃时刻的电极对上施加不同的电压，分别标记为V₁、V₂和V₃，不同的工作电压使不同时刻透镜的焦距也不同，为f₁、f₂、f₃，电压越大，焦距越小。

所述的偏振光可调液晶微透镜阵列，包含入射光偏振调制器、上下基板、预制部分、可能的导向层(有些液晶或液晶聚合物不需要导向层)和液晶层，所述的预制部分设置在上下基板相对的一面，在预制表面涂布有导向层，预制部分之间注入液晶，并形成液晶微透镜阵列，预制部分的面型曲率半径不同，且预制部分面形中心线并不重合。

偏振光调节器实现对线偏振光的偏振方向的调节，该器件可以为一TN盒，也可为任何可以改变光的偏振方向的器件。

所述的预制部分由高透光率材料制成，其形状决定液晶微透镜单元的形状，预制部分的面形根据显示需求可以为平行排列的柱透镜面形、球面面形、二次旋转曲面面形(旋转双曲线、旋转抛物面和旋转椭圆面)或自由曲面，且上下基板的预制部分曲面中心线相错，且上、下预制部分的折射率n_p上、n_p下根据所用液晶或液晶聚合物材料的性质可以相同，也可以不同；如果n_p上与n_p下不同，则n_p上、n_p下分别与液晶的双折射率中匹配，即n_p上＝n_o、n_p下＝n_e，或n_p上＝n_e、n_p下＝n_o，具体匹配的需求与预制面的面形和液晶的特性有关；如果n_p上与n_p下相同，则与液晶或液晶聚合物双折射率中某一折射率匹配，具体与哪一折射率匹配，与预制部分的面形和液晶或液晶聚合物的参数有关。

所述的预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，或上下都是平行排列的凸面，或上下都是平行排列的凹面，上下预制部分的曲率半径不同，分别为R_上和R_下；当使用正光性液晶材料时，液晶的非寻常光折射率n_e和寻常光折射率n_o满足n_e>n_o；若预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，当要求实现两个凸透镜时，则要求n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，当入射光为非寻常光时，光在液晶与下预制表面处发生折射，焦距为

当入射光为寻常光时，光在液晶与上预制表面处发生折射，焦距为

当要求实现两个凹透镜时，则要求n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，当入射光为非寻常光时，焦距

当入射光为寻常光时，焦距

若预制部分上下都是平行排列的凸面，n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，入射光为非寻常光时为凹透镜，入射光为寻常光时为凸透镜；若预制部分上下都是平行排列的凹面，n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，入射光为非寻常光时为凸透镜，而入射光为寻常光时为凹透镜。

液晶微透镜阵列的控制器用来配合播放需求，控制液晶微透镜阵列中每个微透镜单元的平移和变焦。对电控液晶微透镜阵列而言，该控制器与液晶微透镜阵列相连，直接通过对不同的电极对施加相同或不同的电压来实现对液晶微透镜单元的调控；对偏振光调制液晶微透镜阵列而言，该控制器控制偏振光调节器的开和关，实现入射光的偏振状态的变化。

集成成像显示器的播放器用来处理、存储、播放不同时刻需要播放的二维画面，该画面与可调液晶透镜阵列的所处的状态有关。

图9所示为一利用偏振光调制液晶微透镜阵列来实现可同时增加3D显示像素和增加景深的集成成像显示设备。该显示设备由显示器、TN盒和一上下表面都有预制部分的液晶透镜组成。TN盒起改变入射光偏振状态的作用。其对入射线偏振光的调制作用简述如下：

1)当TN盒接近显示器的下基板摩擦方向，与显示器的偏振片偏振方向平行时，该TN盒的入射光偏振方向与TN盒下基板附近液晶分子的长轴方向平行；在TN盒不通电时，由于TN盒的旋光效应，TN盒的出射光依然为线偏振光，但偏振方向与该盒的入射光偏振方向相比旋转了90°；

2)当TN盒接近显示器的下基板摩擦方向，与显示器的偏振片偏振方向垂直时，该TN盒的入射光偏振方向与TN盒下基板附近液晶分子的长轴方向垂直；在TN盒不通电时，由于TN盒的旋光效应，TN盒的出射光依然为线偏振光，偏振方向与该盒的入射光偏振方向相比旋转了90°；

3)当TN盒加上饱和电压时，TN盒的旋光效应消失，不再改变入射光的偏振方向，即TN盒的入射光偏振方向与出射光偏振方向相同。

本实例中为了便于说明，采用了显示器出射光为垂直偏振的状态，且与TN盒的下基板摩擦方向平行。

液晶微透镜阵列为折射率匹配型透镜，上下基板上有柱透镜状或凹、或凸的预制部分，如图9(b)和(c)所示。液晶透镜中间为液晶层，该液晶层的液晶双折射率分别为n_e(e光折射率)和n_o(o光折射率)。上下基板上的预制部分有相同的周期宽度p，并且折射率分别为n_p1和n_p2，其与液晶的折射率有如下关系：n_p1＝n_o和n_p2＝n_e。在该实例中，采用如下构造：上下基板上预制部分单元分别为弧面曲率半径为R_上和R_下的平凹和平凸柱透镜单元。上下基板上的预制部分单元互相平行，但中心光轴并不重合，而是水平平移了了1/2p。在制作预制液晶透镜时，对上下预制部分表面涂布导向层，且沿柱透镜长轴方向摩擦，对液晶分子进行配向。

这里设定60Hz为一工作周期(即16ms)，在此周期内有两个时刻t₁和t₂，在t₁时刻内，TN盒不加电，此时，由于液晶分子的旋光效应，如图10(a)所示的线偏振光经过TN盒后偏振方向旋转90度，与液晶透镜内液晶分子的长轴方向垂直，对液晶而言，该入射光为o光，因此，对于该偏振方向的入射光，液晶的折射率为n_o，即对于该光束而言，下基板的预制部分起透镜作用，且该透镜的焦距为

在t₂时刻内，TN盒加电，如图10(b)所示的线偏振光经过TN盒后偏振方向不变，与液晶透镜内液晶分子的长轴方向平行，对液晶而言，该入射光为e光，此时，对于该偏振方向的入射光，液晶的折射率为n_e，即对于该光束而言，与上基板接触的液晶层形成的弧面起透镜作用，该弧面的曲率半径为与上基板预制部分的曲率半径相同，为R_上，此时该液晶透镜的焦距为

这里根据显示需求R_上与R_下的关系可以是：

1)R_上>R_下，则f_上>f_下；

2)R_上<R_下，f_上<f_下。

这里为了讨论方便，设定R_上<R_下。由上述分析可知，由焦距决定的中央成像平面在t₁和t₂时刻分别处在空间中不同的位置。

如图11所示，在一显示器前贴合可调预制液晶微透镜阵列，该透镜阵列与显示器间的距离为g，且f_上＜g＜f_下。在t₁时刻，3D图像被投影到显示器前的中央成像面S₁，且由于透镜阵列与显示器间的距离g比f₁略大，则起景深为

FL₁＝2l₁

在t₂时刻，3D图像被投影到显示器后的中央成像面S₂，且由于透镜阵列与显示器间的距离g比f₂略小，则起景深为

FL₂＝2l₂

因此，在一周期内，该集成成像显示设备的景深为FL＝FL₁+FL₂。与单一景深的集成成像显示器相比，该可调液晶预制微透镜阵列集成成像器的中央成像平面增加，且其在一周期内的三维物体景深也增加了。

图11中所示集成成像显示器除了增加景深外，由于由于t₁和t₂时刻两透镜的光轴并不重合，t₂时刻与t₁时刻相比，成像平面水平移动了1/2p的距离。若原3D图像的像素为M×N，则经过一周期内光轴的平移，该3D图像的像素增加为2×M×N，如图12所示。

在此实例中，液晶微透镜阵列变焦2次，有两个中央成像面S₁和S₂，且一个在显示器前，一个在显示器后，因此在准备播放素材时，需要对原有的3D图像进行处理。如图13所示，对该3D场景根据前后景深关系，沿中心线C切割为两个部分，各部分根据所在中央成像面所在位置的不同进行处理，生成合适的基础图片，并分别在不同时刻t₁和t₂播放。

Claims (10)

1.一种基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，包括显示器和可调液晶微透镜阵列，其特征在于：所述的可调液晶微透镜阵列贴合在显示器前。

2.根据权利要求1所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的可调液晶微透镜阵列为电控液晶微透镜阵列或偏振光调制液晶微透镜阵列。

3.根据权利要求2所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的电控可调微透镜阵列，包括上下基板、上下电极对和液晶，所述的上下电极对分别布设在上下基板上，在上下基板之间填充液晶，通过对上下电极对施加电压形成液晶透镜，通过对不同位置处的上下电极对施加电压控制液晶微透镜单元的平移，通过在上下电极对上施加不同的电压值实现液晶透镜的焦距变化。

4.根据权利要求3所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的上下电极上涂布有导向层，摩擦后对液晶分子起导向作用。

5.根据权利要求3所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的液晶采用蓝相液晶，上下基板为方形，在下基板上表面覆盖有下电极，在上基板下表面均布有纵横交错的若干条形电极作为上电极，在上基板的一边上，任意相隔设定距离p的条形电极作为一对；在t₁时刻，t₁电极对工作，其余电极不导电，液晶在t₁电极对的电场作用下形成了微透镜单元一；同理，在t₂时刻，对应的t₂电极对工作，其余电极不导电，形成了微透镜单元二；在t₁、t₂时刻形成的微透镜单元一、二发生了平移，彼此的光轴平行；在移动微透镜单元的同时，在t₁、t₂时刻的电极对上施加不同的电压，分别标记为V₁、V₂，不同的工作电压使不同时刻透镜的焦距也不同，为f₁、f₂，电压越大，焦距越小。

6.根据权利要求2所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的偏振光可调液晶微透镜阵列，包含入射光偏振调制器、上下基板、预制部分和液晶层，所述的预制部分设置在上下基板相对的一面，预制部分之间注入液晶，并形成液晶微透镜阵列，预制部分的面型曲率半径不同，且预制部分面形中心线并不重合。

7.根据权利要求6所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的预制部分表面涂布有导向层。

8.根据权利要求6所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的预制部分由透光材料制成，其形状决定液晶微透镜单元的形状，预制部分的面形根据显示需求设置为平行排列的柱透镜面形、球面面形、二次旋转曲面面形或自由曲面，且上下基板的预制部分曲面中心线相错，且上、下预制部分的折射率n_p上、n_p下如果不同，则n_p上＝n_o、n_p下＝n_e，或n_p上＝n_e、n_p下＝n_o；如果n_p上与n_p下相同，则与液晶或液晶聚合物双折射率中某一折射率匹配；所述的二次旋转曲面面形包括旋转双曲线、旋转抛物面和旋转椭圆面。

9.根据权利要求6所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：所述的预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，或上下都是平行排列的凸面，或上下都是平行排列的凹面，上下预制部分的曲率半径不同，分别为R_上和R_下；当使用正光性液晶材料时，液晶的非寻常光折射率n_e和寻常光折射率n_o满足n_e>n_o；若预制部分上下分别为平行排列的若干凸面与凹面，当要求实现两个凸透镜时，则要求n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，当入射光为非寻常光时，光在液晶与下预制表面处发生折射，焦距为

当入射光为寻常光时，光在液晶与上预制表面处发生折射，焦距为

当要求实现两个凹透镜时，则要求n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，当入射光为非寻常光时，焦距

当入射光为寻常光时，焦距

若预制部分上下都是平行排列的凸面，n_p上＝n_e，n_p下＝n_o，入射光为非寻常光时为凹透镜，入射光为寻常光时为凸透镜；若预制部分上下都是平行排列的凹面，n_p上＝n_o，n_p下＝n_e，入射光为非寻常光时为凸透镜，而入射光为寻常光时为凹透镜。

10.根据权利要求1所述的基于可调液晶微透镜阵列的集成成像显示装置，其特征在于：还包括控制器和播放器，所述的控制器用于控制液晶微透镜阵列中每个微透镜单元的平移和变焦；对电控液晶微透镜阵列而言，控制器与液晶微透镜阵列相连，直接通过对不同的电极对施加相同或不同的电压来实现对液晶微透镜单元的调控；对偏振光调制液晶微透镜阵列而言，控制器控制偏振光调节器的开和关，实现入射光的偏振状态的变化；所述的播放器用于处理、存储、播放不同时刻需要播放的二维画面。

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