CN105182554A - 一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置及方法，装置中第一显示屏上的视差图像通过第二显示屏和第二偏振狭缝光栅中的透光条被人眼观看到，第一显示屏上的条状光源照亮第二显示屏上的视差图像被人眼观看到，因此第一显示屏和第二显示屏上的视差图像均能够被人眼观看到，从而提高了观察者通过狭缝光栅自由立体显示装置观看到的立体图像的分辨率。

Description

一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置及方法

技术领域

本发明涉及自由立体显示，特别涉及一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置及方法。

背景技术

基于双目视差的自由立体显示是一种无需任何助视设备的3D显示。根据成像设备的不同，它可以分为柱透镜光栅自由立体显示和狭缝光栅自由立体显示。与柱透镜光栅自由立体显示相比，狭缝光栅自由立体显示具有成本低、重量小和器件厚度薄等优点。

狭缝光栅自由立体显示包括显示屏和狭缝光栅。显示屏用于显示N(N大于等于2)幅视差图像。狭缝光栅的透光条和挡光条相间排列，由于挡光条对光的遮挡作用和透光条对光的透光作用，将显示屏上的N幅视差图像的光线在观看区域分开。观看者的双眼分别观看到其中的两幅视差图像，从而产生立体感。但是，观看者的双眼观看到的立体图像存在分辨率较低的问题，仅仅是显示屏分辨率的1/N，从而限制了狭缝光栅自由立体显示的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种提高了立体图像的分辨率基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置，包括：第一显示屏、第二显示屏、第一偏振狭缝光栅、第二偏振狭缝光栅，所述第一显示屏用于显示相间排列的视差图像和条状光源，所述第二显示屏用于显示相间排列的视差图像和透光条，所述第一显示屏与所述第一偏振狭缝光栅贴合，所述第二显示屏与第二偏振狭缝光栅贴合；

所述第一偏振狭缝光栅和第二偏振狭缝光栅由透光条和偏光条相间排列组成；所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的偏振方向与所述第二偏振狭缝光栅中偏光条的偏振方向正交或者相反；

所述第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐，所述第二显示屏上的视差图像与所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐；所述第一显示屏上的条状光源与所述第一偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐，所述第二显示屏上的透光条与所述第二偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐。

优选的，所述第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条的宽度相等，所述第二显示屏上的视差图像与所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条的宽度相等；所述第一显示屏上的条状光源与所述第一偏振狭缝光栅中的透光条的宽度相等，所述第二显示屏上的透光条与所述第二偏振狭缝光栅中的透光条的宽度相等。

优选的，所述第一显示屏为液晶显示屏、等离子显示屏、有机电致发光显示屏或投影屏；所述第二显示屏为任何光强透过型的显示屏；当所述第一显示屏和第二显示屏为液晶显示屏时，与该液晶显示屏贴合的偏振狭缝光栅能够代替该液晶显示屏中的一个偏振片，但同时也可以保留该偏振片。

优选的，所述第一偏振狭缝光栅中透光条的宽度w与第二偏振狭缝光栅中偏光条的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

优选的，所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

优选的，当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏的分辨率，N为第二显示屏的分辨率。

一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，包含以下步骤：

在第一显示屏上显示相间排列的视差图像和条状光源，在第二显示屏上显示相间排列的视差图像和透光条；

第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐，第二显示屏上的视差图像与第二偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐；第一显示屏上的条状光源与第一偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐，第二显示屏上的透光条与第二偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐；

经过所述第一偏振狭缝光栅和第二偏振狭缝光栅中透光条的光的偏振态不变，所述第一偏振狭缝光栅中的偏光条使得通过它的光变为具有特定偏振方向的偏振光，所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条对偏振光具有调制作用，使得通过第一偏振狭缝光栅中的偏光条的光只能通过第二偏振狭缝光栅中的透光条；

通过所述第二显示屏和所述第二偏振狭缝光栅中的透光条看到所述第一显示屏上的视差图像，所述第一显示屏上的条状光源可以照亮所述第二显示屏上的视差图像被人眼观看到，因此所述第一显示屏和第二显示屏上的视差图像均能够被人眼观看到，从而提高了立体图像的分辨率。

优选的，所述第一偏振狭缝光栅中透光条的宽度w与第二偏振狭缝光栅中偏光条的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

优选的，所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

优选的，当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏的分辨率，N为第二显示屏的分辨率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：提高了狭缝光栅自由立体显示装置的立体图像的分辨率。

附图说明：

图1为本发明的基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示的原理、结构和参数示意图。

图2为本发明的第一显示屏上视差图像和条状光源的排列示意图。

图3为本发明的第二显示屏上视差图像和透光条的排列示意图。

图中标记：1-第一显示屏，2-第二显示屏，3-第一偏振狭缝光栅，4-第二偏振狭缝光栅，5-第一显示屏上的视差图像，6-第一显示屏上的条状光源，7-第二显示屏上的视差图像，8-第二显示屏上的条状光源，9-第一偏振狭缝光栅上的偏光条，10-第一偏振狭缝光栅上的透光条，11-第二偏振狭缝光栅上的偏光条，12-第二偏振狭缝光栅上的透光条，13-观看者的眼睛。

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

一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置，参看图1，包括：第一显示屏1、第二显示屏2、第一偏振狭缝光栅3、第二偏振狭缝光栅4，所述偏振狭缝光栅为线偏振狭缝光栅或圆偏振狭缝光栅。所述第一显示屏1用于显示相间排列的视差图像和条状光源，图2为本发明的第一显示屏上视差图像和条状光源的排列示意图。所述第二显示屏2用于显示相间排列的视差图像和透光条，图3为本发明的第二显示屏上视差图像和透光条的排列示意图。所述第一显示屏1与所述第一偏振狭缝光栅3紧密贴合，所述第二显示屏2与第二偏振狭缝光栅4紧密贴合。

所述第一偏振狭缝光栅3和第二偏振狭缝光栅4由透光条和偏光条相间排列组成。

所述第一偏振狭缝光栅3中偏光条9的偏振方向与所述第二偏振狭缝光栅4中偏光条11的偏振方向正交或者相反。

所述第一显示屏1上的视差图像5与第一偏振狭缝光栅3中的偏光条9对应对齐且宽度相等，所述第二显示屏2上的视差图像7与所述第二偏振狭缝光栅4中的偏光条11对应对齐且宽度相等；所述第一显示屏1上的条状光源6与所述第一偏振狭缝光栅3中的透光条10对应对齐且宽度相等，所述第二显示屏2上的透光条与所述第二偏振狭缝光栅4中的透光条12对应对齐且宽度相等。

经过所述第一偏振狭缝光栅3和所述第二偏振狭缝光栅4中透光条的光的偏振态不变，经过所述第一偏振狭缝光栅3和所述第二偏振狭缝光栅4中偏光条的光的偏振方向与它所经过的偏光条的偏振方向相同。

所述第一显示屏2上的视差图像5可以通过所述第二显示屏2和所述第二偏振狭缝光栅4中的透光条被人眼观看到，所述第一显示屏2上的条状光源6可以照亮所述第二显示屏2上的视差图像7被人眼观看到，因此所述第一显示屏1和所述第二显示屏2上的视差图像均能够被人眼观看到，从而提高了立体图像的分辨率。在具体应用时，当所述显示屏为液晶显示屏，与该液晶显示屏贴合的偏振狭缝光栅能够代替该液晶显示屏中的一个偏振片，但同时也可以保留该偏振片。

所述第一偏振狭缝光栅3中透光条10的宽度w与第二偏振狭缝光栅4中偏光条11的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅3与第二偏振狭缝光栅4的间距；

所述第一偏振狭缝光栅3中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅4中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅3与第二偏振狭缝光栅4的间距；

当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏1的分辨率，N为第二显示屏2的分辨率。

本发明还提供一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，包含以下步骤：

在所述第一显示屏1上显示相间排列的视差图像5和条状光源6，在第二显示屏2上显示相间排列的视差图像7和透光条。

将第一显示屏1上的视差图像5与第一偏振狭缝光栅3中的偏光条9对应对齐，第二显示屏2上的视差图像7与第二偏振狭缝光栅4中的偏光条11对应对齐；第一显示屏1上的条状光源6与第一偏振狭缝光栅3中的透光条9对应对齐，第二显示屏2上的透光条与第二偏振狭缝光栅4中的透光条12对应对齐。

经过所述第一偏振狭缝光栅3和第二偏振狭缝光栅4中透光条的光的偏振态不变，且所述第一偏振狭缝光栅3中的偏光条9使得通过它的光变为具有特定偏振方向的偏振光，所述第二偏振狭缝光栅4中的偏光条11对偏振光具有调制作用，使得通过第一偏振狭缝光栅3中的偏光条9的光只能通过第二偏振狭缝光栅4中的透光条12。

然后通过所述第二显示屏2和所述第二偏振狭缝光栅4中的透光条看到所述第一显示屏2上的视差图像5，所述第一显示屏1上的条状光源6可以照亮所述第二显示屏2上的视差图像7被人眼观看到，因此所述第一显示屏1和第二显示屏2上的视差图像均能够被人眼13观看到，从而提高了立体图像的分辨率。

在实际应用中，所述第一偏振狭缝光栅3中透光条10的宽度w与第二偏振狭缝光栅4中偏光条11的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅3与第二偏振狭缝光栅4的间距；

所述第一偏振狭缝光栅3中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅4中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅3与第二偏振狭缝光栅4的间距；

当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏1的分辨率，N为第二显示屏2的分辨率。

结合上述公式，当显示装置的视点数K为4，第一显示屏1的分辨率为1920×1080，第一显示屏1的像素宽度为0.2mm，第二显示屏2的分辨率为1920×1080，第二显示屏2的像素宽度为0.18mm，第一偏振狭缝光栅3中偏光条9的宽度a为0.8mm，第二偏振狭缝光栅4中偏光条11的宽度v为0.72mm，第一偏振狭缝光栅3中透光条10的宽度w为0.2mm，第二偏振狭缝光栅4中透光条12的宽度v为0.18mm。第一偏振狭缝光栅3与第二偏振狭缝光栅4的间距D为10mm，则根据公式或者可得最佳观看距离L为90mm。在最佳观看距离L处，根据公式可得观看者观看到的立体图像的分辨率为768×1080。在基于上述参数的传统的四视点狭缝光栅自由立体显示装置中，观看者观看到的立体图像的分辨率为480×1080。因此，本发明的方法及装置可以增大立体图像的分辨率。

Claims (10)

1.一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置，其特征在于，包括：第一显示屏、第二显示屏、第一偏振狭缝光栅、第二偏振狭缝光栅，所述第一显示屏用于显示相间排列的视差图像和条状光源，所述第二显示屏用于显示相间排列的视差图像和透光条，所述第一显示屏与所述第一偏振狭缝光栅贴合，所述第二显示屏与第二偏振狭缝光栅贴合；

所述第一偏振狭缝光栅和第二偏振狭缝光栅由透光条和偏光条相间排列组成；所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的偏振方向与所述第二偏振狭缝光栅中偏光条的偏振方向正交或者相反；

所述第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐，所述第二显示屏上的视差图像与所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐；所述第一显示屏上的条状光源与所述第一偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐，所述第二显示屏上的透光条与所述第二偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐。

2.根据权利要求1所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置，其特征在于，所述第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条的宽度相等，所述第二显示屏上的视差图像与所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条的宽度相等；所述第一显示屏上的条状光源与所述第一偏振狭缝光栅中的透光条的宽度相等，所述第二显示屏上的透光条与所述第二偏振狭缝光栅中的透光条的宽度相等。

3.根据权利要求2所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置，其特征在于，所述第一显示屏为液晶显示屏、等离子显示屏、有机电致发光显示屏或投影屏；所述第二显示屏为任何光强透过型的显示屏；当所述第一显示屏和第二显示屏为液晶显示屏时，与该液晶显示屏贴合的偏振狭缝光栅能够代替该液晶显示屏中的一个偏振片。

4.根据权利要求2所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，所述第一偏振狭缝光栅中透光条的宽度w与第二偏振狭缝光栅中偏光条的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

5.根据权利要求2所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

6.根据权利要求5所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏的分辨率，N为第二显示屏的分辨率。

7.一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，包含以下步骤：

在第一显示屏上显示相间排列的视差图像和条状光源，在第二显示屏上显示相间排列的视差图像和透光条；

第一显示屏上的视差图像与第一偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐，第二显示屏上的视差图像与第二偏振狭缝光栅中的偏光条对应对齐；第一显示屏上的条状光源与第一偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐，第二显示屏上的透光条与第二偏振狭缝光栅中的透光条对应对齐；

经过所述第一偏振狭缝光栅和第二偏振狭缝光栅中透光条的光的偏振态不变，所述第一偏振狭缝光栅中的偏光条使得通过它的光变为具有特定偏振方向的偏振光，所述第二偏振狭缝光栅中的偏光条对偏振光具有调制作用，使得通过第一偏振狭缝光栅中的偏光条的光只能通过第二偏振狭缝光栅中的透光条；

通过所述第二显示屏和所述第二偏振狭缝光栅中的透光条看到所述第一显示屏上的视差图像，所述第一显示屏上的条状光源可以照亮所述第二显示屏上的视差图像被人眼观看到，因此所述第一显示屏和第二显示屏上的视差图像均能够被人眼观看到，从而提高了立体图像的分辨率。

8.根据权利要求8所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，所述第一偏振狭缝光栅中透光条的宽度w与第二偏振狭缝光栅中偏光条的宽度v满足公式：

$\frac{v}{w}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

9.根据权利要求8所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，所述第一偏振狭缝光栅中偏光条的宽度a与第二偏振狭缝光栅中透光条的宽度b满足公式：

$\frac{b}{a}=\frac{L}{L+D}$

L为最佳观看距离，D为第一偏振狭缝光栅与第二偏振狭缝光栅的间距。

10.根据权利要求9所述的一种基于双显示屏的狭缝光栅自由立体显示装置的显示方法，其特征在于，当在最佳观看距离L处，观看者观看到的立体图像的分辨率H满足公式：

$H=\frac{M+N}{K+1}$

其中，K为视点数，M为第一显示屏的分辨率，N为第二显示屏的分辨率。