CN113687585A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，包括同调光源、显示单元、光扩散元件以及至少一光学元件。同调光源提供一同调光束。显示单元基于对于同调光束的干涉而形成一三维图像光束，三维图像光束在通过显示单元后成像于一中间成像面上。光扩散元件设置于中间成像面上，其中三维图像光束通过光扩散元件而时序性改变三维图像光束的扩散角度。至少一光学元件位于来自于光扩散元件的三维图像光束的传递路径上，用于将通过显示单元的三维图像光束投影出显示装置，以显示三维图像。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种使用同调光束的显示装置，且特别涉及一种使用全息术的显示装置。

背景技术

三维(three-dimensional，3D)显示技术应用于各种图像显示领域，例如，电影、电视(television，TV)、和移动电话等。最终，3D显示的目的是能够使人体验3D效果(仿佛他或她处于真实环境中)，因此，一直在对包括例如身历声方案和多视角方案等的各种各样的技术进行研究。全息术(holography)被代表性地用作将3D空间光信息恢复为真实光的形式的技术。全息术可以基于干涉(即，光的波形性)在空间中将光恢复。

然而，由于使用全息术的显示装置所使用的同调光束具有高同调性，因此在空间形成建设性或破坏性干涉(interference)现象，进而在被照射面上产生斑点状的散斑(speckle)。这种散斑是一种不规则的噪声状图案，具有看似不规则的亮暗杂点，而会导致被照射面上的亮度不均匀。因此，易造成应用此光源的投影装置的影像品质下降，而令使用者视觉观感变差。

现有一种用于消除使用同调光束的一般显示装置的散斑的方法是在同调光源的前面设置振动镜以使同调光束均匀化，但是，由于这种方法会改变相干光束的空间光信息，因此会影响全息图的形成，所以无法被应用于使用全息术的显示装置上。

发明内容

本发明提供一种显示装置，能够提供具有良好影像品质的影像。

本发明的显示装置包括同调光源、显示单元、光扩散元件以及至少一光学元件。同调光源提供一同调光束。显示单元基于对于同调光束的干涉而形成一三维图像光束，三维图像光束在通过显示单元后成像于一中间成像面上。光扩散元件设置于中间成像面上，其中三维图像光束通过光扩散元件而时序性改变三维图像光束的扩散角度。至少一光学元件位于来自于光扩散元件的三维图像光束的传递路径上，用于将通过显示单元的三维图像光束投影出显示装置，以显示三维图像。

在本发明的一实施例中，上述的光扩散元件具有一致动器，致动器与光扩散元件电性连接，并用于以一驱动频率驱动光扩散元件。

在本发明的一实施例中，上述的致动器用于驱动光扩散元件振动，且驱动频率为光扩散元件的振动频率。

在本发明的一实施例中，上述的致动器用于驱动光扩散元件转动，且驱动频率为光扩散元件的转动频率。

在本发明的一实施例中，上述的光扩散元件为一液晶元件，且光扩散元件包括一控制器，控制器控制液晶元件中的液晶分子的排列状态随时序改变。

在本发明的一实施例中，上述的控制器能够控制光扩散元件形成多个扩散图案，各扩散图案分别在不同的时序中对应地形成，且光扩散元件形成其中一扩散图案时的液晶分子的排列状态与光扩散元件形成另一扩散图案时的液晶分子的排列状态彼此不同。

在本发明的一实施例中，上述的控制器能够控制光扩散元件的一扩散图案切换频率，扩散图案切换频率为单位时间内的多个扩散图案形成的频率，且当多个扩散图案的种类为N种时，切换频率的范围大于60赫兹的N倍。

基于上述，本发明的实施例的显示装置可以通过光扩散元件的配置来调节三维图像光束的整体的均匀性。因此，通过光扩散元件形成的三维图像光束具有良好的均匀性，如此，显示装置能够提供呈现均匀亮度的三维图像，进而改善影像品质和使用者的视觉观感。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图2A是依照一比较例的现有显示装置提供的图像的正视图。

图2B是依照图1的显示装置提供的图像的正视图。

图3是依照本发明另一实施例的显示装置的结构示意图。

图4是依照本发明又一实施例的显示装置的结构示意图。

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的显示装置的结构示意图。请参照图1，在本实施例中，显示装置100包括同调光源110、显示单元120、光扩散元件130以及至少一光学元件140。同调光源110用以提供一同调光束50。举例而言，在本实施例中，同调光源110是激光光源，显示单元120可为一硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)，而可用以调制同调光束50的相位，以使通过显示单元120的同调光束50能够基于彼此之间的干涉来形成三维图像光束60。然而，本发明不以此为限，在其他实施例中，显示单元120亦可以是其他可用以调制同调光束50的相位的光束调制器。只要显示单元120可以用作空间光调制器，并且可以具有能够调制同调光束50的相位的结构即可。

此外，如图1所示，在本实施例中，显示装置100还可包括一透镜ML。具体而言，透镜ML可以被设置成对应于显示单元120上的每个像素，并将同调光束50引导到显示单元120中的特定位置上，以使同调光束50能有效地被调制为三维图像光束60，其中三维图像光束60记载了形成三维图像所需的空间光信息(spatial light information)。

如此，显示单元120基于对于同调光束50的干涉而能用以形成三维图像光束60，并且，如图1所示，三维图像光束60在通过显示单元120后成像于一中间成像面IS上。更具体而言，如图1所示，在本实施例中，光扩散元件130也设置于中间成像面IS上。

进一步而言，如图1所示，在本实施例中，光扩散元件130具有一致动器131，致动器131与光扩散元件130电性连接，并用于以一驱动频率驱动光扩散元件130。举例而言，致动器131用于驱动光扩散元件130转动且驱动频率为光扩散元件130的转动频率。

如此，三维图像光束60通过光扩散元件130而时序性改变三维图像光束60的扩散角度。并且，由于视觉暂留的作用，人眼所观察到的被照射面上的光斑亮度会是一视觉暂留时间内的不同时间点的光斑的叠加后的亮度。由于光扩散元件130能使三维图像光束60的光斑分布随时间而改变，但不影响其记录的空间光信息，因此，通过光扩散元件130的三维图像光束60在不同时间点中的光斑分布并不相同，但三维图像光束60仍可以保有其记录的空间光信息。因此，这些视觉暂留时间内的不同时间点的光斑的叠加的后会产生亮度较为均匀的光斑，进而使通过光扩散元件130而形成的三维图像光束60具有更好的均匀度，并仍能保有其记录的空间光信息而能顺利显示三维图像。

具体而言，由于光扩散元件130是配置为用以时序性改变三维图像光束60的扩散角度，因此，光扩散元件130的尺寸优选为略大于三维图像光束60成像于中间成像面IS上的尺寸，以使光扩散元件130能对整体的三维图像光束60的均匀度进行调整。举例而言，在本实施例中，光扩散元件130的尺寸范围大于1公分。

进一步而言，如图1所示，在本实施例中，至少一光学元件140位于来自于光扩散元件130的三维图像光束60的传递路径上，用于将通过显示单元120的三维图像光束60投射出显示装置100，以显示三维图像。举例而言，在本实施例，通过中间成像面IS的三维图像光束60可被传递至光学元件140处，并且经由这些光学元件140投射出显示装置100外后再次成像，以显示三维图像。光学元件140包括凹面镜CM或挡风玻璃WS等的光学元件。如此，由于通过光扩散元件130而形成的三维图像光束60具有良好的均匀度，因此显示装置100也将能够提供亮度均匀的显示画面，进而提升影像品质以及使用者的视觉观感。

图2A是依照一比较例的现有显示装置提供的图像的正视图。图2B是依照图1的显示装置提供的图像的正视图。用以显示图2A的影像的现有显示装置与图1的显示装置100类似，而差异如下所述，现有显示装置不具有光扩散元件130的配置。如此，如图2A所示，现有的显示装置的影像出现了明显的光斑，相对于此，如图2B所示，显示装置100的影像则是亮度均匀且清楚，而具有良好的影像品质并改善使用者的视觉观感。

值得注意的是，在前述的实施例中，致动器131虽以用于驱动光扩散元件130转动为例，但本发明不以此为限。在另一实施例中，致动器131也可驱动光扩散元件130振动，而使三维图像光束60的光斑分布随时间而改变。以下将进行进一步地说明。

图3是依照本发明另一实施例的显示装置的结构示意图。请参照图3，图3的显示装置300与图1的显示装置100类似，而差异如下所述。致动器131用于驱动光扩散元件130振动，且驱动频率为光扩散元件130的振动频率。如此，显示装置100仍可通过光扩散元件130的配置，来对整体的三维图像光束60的均匀度进行调整，而亦可使显示装置300能达到与前述的显示装置100类似的效果与优点，在此就不再赘述。

进一步而言，由于本实施例的光扩散元件130是通过振动的方式来使三维图像光束60的光斑分布随时间而改变，因以相较于通过转动的方式，光扩散元件130的移动范围较小。因此，显示装置300的体积可进一步地减少。

图4是依照本发明又一实施例的显示装置的结构示意图。请参照图4，图4的显示装置400与图3的显示装置300类似，而差异如下所述。在本实施例中，光扩散元件430为一液晶元件LC，且光扩散元件430包括一控制器432，控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列状态随时序改变。举例而言，当液晶元件LC中的的液晶分子的光轴方向实质上互相混乱而互相交错，此时通过光扩散元件430的三维图像光束60会被液晶分子所散射。换言之，当控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列状态为混乱状态时，光扩散元件430则可呈现雾化态，并可用以改变三维图像光束60的扩散角度。另一方面，控制器432控制液晶元件LC中液晶分子的光轴方向实质上一致时，通过光扩散元件430的三维图像光束60的扩散角度则不会被改变。换言之，此时的光扩散元件430则可呈现透明态。

如此，当控制器432控制液晶元件LC中的液晶分子的排列状态随时序改变时，通过光扩散元件430的三维图像光束60的扩散角度也会因此而随时序改变。如此，显示装置400仍可通过光扩散元件430的配置，来对整体的三维图像光束60的均匀度进行调整。因此，显示装置400亦能达到与前述的显示装置300类似的效果与优点。以下将进行进一步的说明。

更具体而言，控制器432还可控制光扩散元件430的液晶分子的排列状态依据其所在区域而呈现特定的排列状态。也就是说，控制器432能够控制光扩散元件430形成多个扩散图案。并且，控制器432还可控制各扩散图案分别在不同的时序中对应地形成，且光扩散元件430形成其中一扩散图案时的液晶分子的排列状态与光扩散元件430形成另一扩散图案时的液晶分子的排列状态彼此不同。

更具体而言，在本实施例中，控制器432能够控制光扩散元件430的一扩散图案切换频率，扩散图案切换频率为单位时间内的多个扩散图案形成的频率，且当多个扩散图案的种类为N种时，切换频率的范围大于60赫兹的N倍。如此，控制器432可通过控制光扩散元件430的扩散图案种类以及其扩散图案切换频率，来对整体的三维图像光束60的均匀度进行调整，而亦可使显示装置400能达到与前述的显示装置300类似的效果与优点，在此就不再赘述。

综上所述，本发明的实施例的显示装置可以通过光扩散元件的配置来调节三维图像光束的整体的均匀性。因此，通过光扩散元件形成的三维图像光束具有良好的均匀性，如此，显示装置能够提供呈现均匀亮度的三维图像，进而改善影像品质和使用者的视觉观感。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种显示装置，包括：

一同调光源，提供一同调光束；

一显示单元，基于对于所述同调光束的干涉而形成一三维图像光束，所述三维图像光束在通过所述显示单元后成像于一中间成像面上；

一光扩散元件，设置于所述中间成像面上，其中所述三维图像光束通过所述光扩散元件而时序性改变所述三维图像光束的扩散角度；以及

至少一光学元件，位于来自于所述光扩散元件的所述三维图像光束的传递路径上，用于将通过所述显示单元的所述三维图像光束投影出所述显示装置，以显示三维图像。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光扩散元件具有一致动器，所述致动器与所述光扩散元件电性连接，并用于以一驱动频率驱动所述光扩散元件。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中所述致动器用于驱动所述光扩散元件振动，且所述驱动频率为所述光扩散元件的振动频率。

4.如权利要求2所述的显示装置，其中所述致动器用于驱动所述光扩散元件转动，且所述驱动频率为所述光扩散元件的转动频率。

5.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光扩散元件为一液晶元件，且所述光扩散元件包括一控制器，所述控制器控制所述液晶元件中的液晶分子的排列状态随时序改变。

6.如权利要求5所述的显示装置，其中所述控制器能够控制所述光扩散元件形成多个扩散图案，各所述扩散图案分别在不同的时序中对应地形成，且所述光扩散元件形成其中一所述扩散图案时的液晶分子的排列状态与所述光扩散元件形成另一所述扩散图案时的液晶分子的排列状态彼此不同。

7.如权利要求6所述的显示装置，其中所述控制器能够控制所述光扩散元件的一扩散图案切换频率，所述扩散图案切换频率为单位时间内的所述多个扩散图案形成的频率，且当所述多个扩散图案的种类为N种时，所述切换频率的范围大于60赫兹的N倍。

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