CN108594448B - 高光学效率和均匀分辨率双视3d显示装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高光学效率和均匀分辨率双视3D显示装置及方法，偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列，图像元1和图像元2分别与偏振单元1和偏振单元2对应且对齐，在不增大3D图像分辨率的前提下，使得3D图像的分辨率更加均匀，改善了显示效果；无需移动观看位置，通过佩戴不同的偏振眼镜来切换不同的3D图像；渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，增大了光学效率，提高了3D图像的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及双视3D显示，更具体地说，本发明涉及高光学效率和均匀分辨率双视3D显示装置及方法。
背景技术
集成成像双视3D显示是双视显示技术和集成成像3D显示技术的融合。它可以使得观看者在不同的观看方向上看到不同的3D画面。但是，现有的集成成像双视3D显示存在三个明显的缺点：1、两个3D视区分离，观看者需要移动观看位置才能看到另外一个3D画面；2、分辨率不均匀；3、光学效率低。因此，限制了集成成像双视3D显示在家庭娱乐设备和医疗设备等设备中的应用。
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，提供高光学效率和均匀分辨率双视3D显示装置及方法，基于该显示方法的显示装置可以在同一个视区内同时提供分辨率均匀的两个不同的高亮度的3D图像。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
高光学效率和均匀分辨率双视3D显示装置，如附图1和附图2所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜1，偏振眼镜2；所述偏振阵列由偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元1与所述偏振单元2的偏振方向正交，所述偏振阵列中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，如附图3所示；所述偏振眼镜1与所述偏振单元1的偏振方向相同，所述偏振眼镜2与所述偏振单元2的偏振方向相同；
所述显示屏用于显示微图像阵列，所述微图像阵列由图像元1和图像元2在水平和垂直方向上交替排列组成，如附图4所示；所述图像元1通过3D场景1获取，所述图像元2通过3D场景2获取；所述图像元1和所述图像元2分别与所述偏振单元1和所述偏振单元2对应且对齐；
在所述渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大；
所述微图像阵列、所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列均包含m×n个单元，其中，水平方向上m个单元，垂直方向上n个单元，所述显示屏与所述渐变孔径针孔阵列的间距为g，所述图像元1的节距、所述图像元2的节距、所述偏振单元1的节距、所述偏振单元2的节距、所述针孔的节距均为p，观看距离为l，位于所述渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度分别为a和b，则所述渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度h i 和第j行针孔的垂直孔径宽度v j 分别由下式计算得到：
（1）
（2）
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数。
双视3D显示装置的光学效率φ计算如下：
（3）
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数。
优选的，所述显示屏，所述偏振阵列和所述渐变孔径针孔阵列的中心均对应且对齐。
优选的，所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列紧密贴合。
高光学效率和均匀分辨率双视3D显示方法，包括：
偏振方向正交的偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列，所述偏振阵列中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，
通过3D场景1和3D场景2获取的所述图像元1和所述图像元2分别与所述偏振单元1和所述偏振单元2对应且对齐；
所述偏振单元1将所述图像元1发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元1对应的针孔重建3D图像1，且只能通过所述偏振眼镜1看到；
所述偏振单元2将所述图像元2发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元2对应的针孔重建3D图像2，且只能通过所述偏振眼镜2看到；
所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大，增大了光学效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明中的偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列，图像元1和图像元2分别与偏振单元1和偏振单元2对应且对齐，在不增大3D图像分辨率的前提下，使得3D图像的分辨率更加均匀，改善了显示效果；
2、进一步的，无需移动观看位置，通过佩戴不同的偏振眼镜来切换不同的3D图像；
3、进一步的，所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从边缘到中心逐渐增大，增大了光学效率，提高了3D图像的亮度。
附图说明
附图1为本发明的双视3D显示的结构和参数图
附图2为本发明的双视3D显示的结构和参数图
附图3为本发明的偏振阵列的排列示意图
附图4为本发明的微图像阵列的排列示意图
上述附图中的图示标号为：
1显示屏，2偏振阵列，3 渐变孔径针孔阵列，4 偏振眼镜1，5偏振眼镜2，6偏振单元1，7偏振单元2，8微图像阵列，9 图像元1，10图像元2，11 3D图像1，12 3D图像2。
具体实施方式
下面详细说明利用本发明的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
高光学效率和均匀分辨率双视3D显示装置，如附图1和附图2所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜1，偏振眼镜2；所述偏振阵列由偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元1与所述偏振单元2的偏振方向正交，所述偏振阵列中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，如附图3所示；所述偏振眼镜1与所述偏振单元1的偏振方向相同，所述偏振眼镜2与所述偏振单元2的偏振方向相同；
所述显示屏用于显示微图像阵列，所述微图像阵列由图像元1和图像元2在水平和垂直方向上交替排列组成，如附图4所示；所述图像元1通过3D场景1获取，所述图像元2通过3D场景2获取；所述图像元1和所述图像元2分别与所述偏振单元1和所述偏振单元2对应且对齐；
在所述渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大；
所述微图像阵列、所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列均包含m×n个单元，其中，水平方向上m个单元，垂直方向上n个单元，所述显示屏与所述渐变孔径针孔阵列的间距为g，所述图像元1的节距、所述图像元2的节距、所述偏振单元1的节距、所述偏振单元2的节距、所述针孔的节距均为p，观看距离为l，位于所述渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度分别为a和b，则所述渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度h i 和第j行针孔的垂直孔径宽度v j 分别由下式计算得到：
（1）
（2）
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数。
双视3D显示装置的光学效率φ计算如下：
（3）
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数。
优选的，所述显示屏，所述偏振阵列和所述渐变孔径针孔阵列的中心均对应且对齐。
优选的，所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列紧密贴合。
高光学效率和均匀分辨率双视3D显示方法，包括：
偏振方向正交的偏振单元1和偏振单元2在水平和垂直方向上交替排列，所述偏振阵列中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，
通过3D场景1和3D场景2获取的所述图像元1和所述图像元2分别与所述偏振单元1和所述偏振单元2对应且对齐；
所述偏振单元1将所述图像元1发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元1对应的针孔重建3D图像1，且只能通过所述偏振眼镜1看到；
所述偏振单元2将所述图像元2发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元2对应的针孔重建3D图像2，且只能通过所述偏振眼镜2看到；
所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大，增大了光学效率。
微图像阵列、偏振阵列与渐变孔径针孔阵列均包含10×10个单元，其中，水平方向上10个单元，垂直方向上10个单元，图像元1的节距、图像元2的节距、偏振单元1的节距、偏振单元2的节距、针孔的节距均为p=5mm，显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g=5mm，观看距离为l=500mm，位于渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度a和垂直孔径宽度b均为1mm；根据式（1）和（2）计算得到，渐变孔径针孔阵列第1~10列针孔的水平孔径宽度分别为1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.1mm、1mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm；渐变孔径针孔阵列第1~10行针孔的垂直孔径宽度分别为0.28mm、0.24mm、0.2mm、0.16mm、0.12mm、0.12mm、0.16mm、0.2mm、0.24mm、0.28mm，3D图像1和3D图像2均有10行和10列像素；3D图像1和3D图像2每一行的像素数目均为5个，每一列的像素数目均为5个，根据式（3）计算得到双视3D显示装置的光学效率为5.76%；基于上述参数的传统集成成像双视3D显示中，3D图像1奇数行的像素数目为10个，偶数行的像素数目为0个；3D图像2奇数行的像素数目为0个，偶数行的像素数目为10个，双视3D显示装置的光学效率为4%。
Claims (2)
1.高光学效率和均匀分辨率集成成像双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜一，偏振眼镜二；所述显示屏，所述偏振阵列和所述渐变孔径针孔阵列的中心均对应且对齐；所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列紧密贴合；所述偏振阵列由偏振单元一和偏振单元二在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元一与所述偏振单元二的偏振方向正交，所述偏振阵列中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交；所述偏振眼镜一与所述偏振单元一的偏振方向相同，所述偏振眼镜二与所述偏振单元二的偏振方向相同；所述显示屏用于显示微图像阵列，所述微图像阵列由图像元一和图像元二在水平和垂直方向上交替排列组成；所述图像元一通过3D场景一获取，所述图像元二通过3D场景二获取；所述图像元一和所述图像元二分别与所述偏振单元一和所述偏振单元二对应且对齐；在所述渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平孔径宽度相同，任意一行的针孔的垂直孔径宽度相同，且所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大；所述微图像阵列、所述偏振阵列与所述渐变孔径针孔阵列均包含m×n个单元，其中，水平方向上m个单元，垂直方向上n个单元，所述显示屏与所述渐变孔径针孔阵列的间距为g，所述图像元一的节距、所述图像元二的节距、所述偏振单元一的节距、所述偏振单元二的节距、所述针孔的节距均为p，观看距离为l，位于所述渐变孔径针孔阵列中心位置的针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度分别为a和b，则所述渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度hi和第j行针孔的垂直孔径宽度vj分别由下式计算得到：
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数；双视3D显示装置的光学效率计算如下：
其中，i是小于或等于m的正整数，j是小于或等于n的正整数。
2.根据权利要求1所述的高光学效率和均匀分辨率集成成像双视3D显示装置的显示方法，其特征在于，包括：所述偏振单元一将所述图像元一发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元一对应的针孔重建3D图像一，且只能通过所述偏振眼镜一看到；所述偏振单元二将所述图像元二发出的光线调制为偏振光，上述偏振光通过所述图像元二对应的针孔重建3D图像二，且只能通过所述偏振眼镜二看到；所述渐变孔径针孔阵列的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大，增大了光学效率。
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