CN105158919A - 一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，在其中一个图像元发出的光线通过它对应的针孔形成了正常3D图像的同时，水平方向上相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰，实现了宽视角集成成像3D显示。

Description

一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置

技术领域

本发明涉及一种集成成像3D显示装置，特别涉及一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置。

背景技术

集成成像3D显示装置利用了光路可逆原理，通过针孔阵列或者微透镜阵列将3D场景的立体信息记录到图像记录设备上，生成微图像阵列，然后把该微图像阵列显示于2D显示屏上，透过针孔阵列或者微透镜阵列重建出原3D场景的立体图像。与基于微透镜阵列的集成成像3D显示装置相比，基于针孔阵列的集成成像3D显示装置具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。如附图1所示，在传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示装置中，一个图像元发出的光线通过它对应的针孔形成了正常3D图像；但是，水平方向上与该图像元相邻的图像元发出的一部分光线也通过该针孔，造成了水平方向上相邻图像元之间的串扰，从而减小了水平观看视角。

发明内容

本发明的目的在于克服现有基于针孔阵列的集成成像3D显示装置中，一个图像元发出的光线通过它对应的针孔形成了正常3D图像的同时，其水平方向上相邻的图像元发出的一部分光线也通过针孔，造成了水平方向上相邻图像元之间的串扰，从而减小了水平观看视角的问题，提供一种水平方向上相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰的基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，实现了宽视角集成成像3D显示。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，包括用于显示微图像阵列的2D显示屏、针孔阵列、第一偏振光栅、第二偏振光栅，所述第一偏振光栅与2D显示屏贴合，第二偏振光栅与针孔阵列贴合；所述第一偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第一偏振光栅中栅线单元的数目与微图像阵列水平方向上图像元的数目相等，第一偏振光栅中栅线单元的水平宽度与微图像阵列中图像元的水平宽度相等；

所述第二偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第二偏振光栅中栅线单元的数目与针孔阵列水平方向上针孔的数目相等，第二偏振光栅中栅线单元的水平宽度与针孔阵列中针孔的水平宽度相等。

优选的，每一个图像元对应的第一偏振光栅中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的针孔对应的第二偏振光栅中栅线单元的偏振方向相同，第一偏振光栅使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，第二偏振光栅对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列中每个图像元透过该图像元对应的针孔重建出正常3D图像，且水平方向上与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰。

优选的，在观看距离l处，所述3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=2arctan\[\frac{p+w}{2g}-\frac{(m-1)p}{2l}\]$

其中，w为针孔的水平孔径宽度，p为图像元的水平宽度，g为2D显示屏与针孔阵列的距离，m为微图像阵列水平方向上图像元的数目。

优选的，所述微图像阵列与针孔阵列均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏与针孔阵列的间距为g＝5mm，图像元的水平宽度为p＝5mm，针孔的水平孔径宽度为w＝1mm，观看距离l＝500mm，水平观看视角θ为49°。

与现有技术相比，本发明的有益效果：提供了一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，在其中一个图像元发出的光线通过它对应的针孔形成了正常3D图像的同时，水平方向上相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰，实现了宽视角集成成像3D显示。

附图说明：

图1为传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示中水平方向上相邻图像元串扰示意图。

图2为本发明的集成成像3D显示装置的结构示意图。

图3为本发明的集成成像3D显示装置的原理和参数示意图。

图中标记：1-微图像阵列，2-针孔阵列，3-图像元，4-传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示中单个图像元形成正常3D图像的理论区域，5-传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示中单个图像元形成正常3D图像的实际区域，6-传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示中水平方向上相邻图像元形成的串扰区域，7-2D显示屏，8-第一偏振光栅，9-第二偏振光栅。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本发明提供地一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，有效消除了现有基于针孔阵列的集成成像3D显示装置在水平方向上相邻图像元之间的串扰，实现了宽视角集成成像3D显示。

参看图1所示的现有技术中的基于针孔阵列的集成成像3D显示装置，在一个图像元3发出的光线通过它对应的针孔形成了正常3D图像时，标记4为其形成正常3D图像的理论区域，标记5为其形成正常3D图像的实际区域，但由于其水平方向上与该图像元3相邻的图像元发出的一部分光线也通过该针孔，造成了水平方向上相邻图像元之间的串扰，其中标记6为其水平方向上相邻图像元形成的串扰区域，由于串扰区域的存在，从而减小了水平观看视角，具体的，在观看距离l处，传统的基于针孔阵列的集成成像3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=2arctan\[\frac{p-w}{2g}-\frac{(m-1)p}{2l}\]$

其中，w为针孔的水平孔径宽度，p为图像元的水平宽度，g为2D显示屏与针孔阵列的距离，m为微图像阵列水平方向上图像元的数目。

本发明提出了一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，包括用于显示微图像阵列的2D显示屏1、针孔阵列2、第一偏振光栅8、第二偏振光栅9，所述第一偏振光栅8与2D显示屏7贴合，第二偏振光栅9与针孔阵列2贴合。

所述第一偏振光栅8由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第一偏振光栅8中栅线单元的数目与微图像阵列1水平方向上图像元3的数目相等，第一偏振光栅8中栅线单元的水平宽度与微图像阵列1中图像元3的水平宽度相等。

所述第二偏振光栅9由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第二偏振光栅9中栅线单元的数目与针孔阵列2水平方向上针孔的数目相等，第二偏振光栅9中栅线单元的水平宽度与针孔阵列2中针孔的水平宽度相等。

综上，每一个图像元3对应的第一偏振光栅8中栅线单元的偏振方向与该图像元3对应的针孔对应的第二偏振光栅9中栅线单元的偏振方向相同，第一偏振光栅8使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而第二偏振光栅9对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列1中每个图像元3透过该图像元3对应的针孔重建出正常3D图像，且水平方向上与该图像元3相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰。

具体的，在观看距离l处，本发明所述的集成成像3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=2arctan\[\frac{p+w}{2g}-\frac{(m-1)p}{2l}\]$

其中，w为针孔的水平孔径宽度，p为图像元3的水平宽度，g为2D显示屏7与针孔阵列2的距离，m为微图像阵列1水平方向上图像元3的数目。

实际应用时，微图像阵列1与针孔阵列2均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏7与针孔阵列2的间距为g＝5mm，图像元3的水平宽度为p＝5mm，针孔的水平孔径宽度为w＝1mm。在观看距离l＝500mm处，根据式得到本发明所述的集成成像3D显示装置的水平观看视角为49°；而基于上述参数的传统的集成成像3D显示装置的水平观看视角为29°。

综上，本发明所述的集成成像3D显示装置实现了宽视角集成成像3D显示。

Claims (4)

1.一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，包括用于显示微图像阵列的2D显示屏、针孔阵列、第一偏振光栅、第二偏振光栅，所述第一偏振光栅与2D显示屏贴合，第二偏振光栅与针孔阵列贴合；其特征在于，

所述第一偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第一偏振光栅中栅线单元的数目与微图像阵列水平方向上图像元的数目相等，第一偏振光栅中栅线单元的水平宽度与微图像阵列中图像元的水平宽度相等；

所述第二偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第二偏振光栅中栅线单元的数目与针孔阵列水平方向上针孔的数目相等，第二偏振光栅中栅线单元的水平宽度与针孔阵列中针孔的水平宽度相等。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，其特征在于，每一个图像元对应的第一偏振光栅中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的针孔对应的第二偏振光栅中栅线单元的偏振方向相同，第一偏振光栅使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，第二偏振光栅对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列中每个图像元透过该图像元对应的针孔重建出正常3D图像，且水平方向上与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰。

3.根据权利要求2所述的一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，其特征在于，在观看距离l处，所述3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=2arctan\[\frac{p+w}{2g}-\frac{(m-1)p}{2l}\]$

其中，w为针孔的水平孔径宽度，p为图像元的水平宽度，g为2D显示屏与针孔阵列的距离，m为微图像阵列水平方向上图像元的数目。

4.根据权利要求3所述的一种基于偏振光栅的宽视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述微图像阵列与针孔阵列均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏与针孔阵列的间距为g＝5mm，图像元的水平宽度为p＝5mm，针孔的水平孔径宽度为w＝1mm，观看距离l＝500mm，水平观看视角θ为49°。