CN108761824A - 无串扰和高分辨率双视3d显示装置及方法 - Google Patents
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- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
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Abstract
本发明公开了无串扰和高分辨率双视3D显示装置及方法，包括显示屏1、显示屏2、偏振针孔阵列1、偏振针孔阵列2、障壁阵列、偏振眼镜1、偏振眼镜2；可以在同一个视区内同时提供两个不同的完整的高分辨率和无串扰3D图像。
Description
技术领域
本发明涉及双视3D显示，更具体地说，本发明涉及无串扰和高分辨率双视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显示存在五个明显的缺点：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、分辨率低；3、3D图像的奇数行（列）或偶数行（列）缺失；4、观看视角窄；5、存在串扰。
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，提供无串扰和高分辨率双视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两个不同的完整的高分辨率和无串扰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：
无串扰和高分辨率双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏1、显示屏2、偏振针孔阵列1、偏振针孔阵列2、障壁阵列、偏振眼镜1、偏振眼镜2；所述显示屏1和所述显示屏2平行放置；所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2分别与所述显示屏1和所述显示屏2贴合；如附图2和附图3所示，所述偏振针孔阵列1由偏振单元1、偏振单元2和针孔阵列1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，所述偏振针孔阵列1中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，所述偏振针孔阵列2由偏振单元3、偏振单元4和针孔阵列2在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元3与所述偏振单元1的偏振方向相同，所述偏振单元4与所述偏振单元2的偏振方向相同，所述偏振针孔阵列2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1与所述偏振单元1和所述偏振单元3的偏振方向相同，所述偏振眼镜2与所述偏振单元2和所述偏振单元4的偏振方向相同；
如附图4和附图5所示，所述显示屏1用于显示复合微图像阵列1，所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别与所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2对应且对齐，所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3与所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1对应且对齐；所述显示屏2用于显示复合微图像阵列2，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别与所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4对应且对齐，所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4与所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2对应且对齐；
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、所述偏振单元2、所述针孔阵列1的节距与所述针孔阵列3的节距均相同；所述图像元3的节距、所述图像元4的节距、所述偏振单元3、所述偏振单元4、所述针孔阵列2的节距与所述针孔阵列4的节距均相同；且所述偏振单元1与所述偏振单元2的节距大于所述偏振单元3与所述偏振单元4的节距；
障壁阵列由一系列障壁组成，障壁的一端位于所述偏振针孔阵列1中偏振单元的边缘上，障壁的另一端位于所述偏振针孔阵列2中与上述偏振单元对应的针孔的边缘上。
优选的，所述显示屏1、所述显示屏2、所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2的中心均对应且对齐。
优选的，所述针孔为一维针孔。
优选的，所述针孔为二维针孔。
优选的，所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度相同；所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度相同；且所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度大于所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度。
优选的，所述针孔阵列1的节距为p，所述针孔阵列1的孔径宽度为w，所述偏振针孔阵列1与所述偏振针孔阵列2的间距为g，则所述针孔阵列2的节距q由下式计算得到：
所述针孔阵列2的孔径宽度v由下式计算得到：
其中，l为最佳观看距离。
优选的，3D图像1和3D图像2的观看视角θ由下式计算得到：
其中，p为针孔阵列1的节距，v为针孔阵列2的孔径宽度， g为偏振针孔阵列1与偏振针孔阵列2的间距。
优选的，位于偏振单元的边缘上的障壁的端的长度等于偏振单元的节距，位于针孔的边缘上的障壁的端的长度等于针孔的孔径宽度。
优选的，所述图像元1与所述图像元3的深度翻转；所述图像元2与所述图像元4的深度翻转。
无串扰和高分辨率双视3D显示方法，包括：
所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成；
将所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1、所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2和所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4用做透光针孔阵列；
将所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3用做点光源阵列；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元1和所述复合微图像阵列2中的图像元3相互独立地重建出的两个3D图像1；所述图像元1的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元3的节距，所有所述图像元1和所述图像元3的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像1的观看视角；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元2和所述复合微图像阵列2中的图像元4相互独立地重建出的两个3D图像2；所述图像元2的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元4的节距，所有所述图像元2和所述图像元4的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像2的观看视角；
所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2分别将所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4分别将所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
两个3D图像1在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜1看到；
两个3D图像2在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜2看到。
附图说明
附图1为所述针孔为一维针孔时本发明的双视3D显示的结构图
附图2为所述针孔为一维针孔时本发明的偏振针孔阵列1的排列示意图
附图3为所述针孔为一维针孔时本发明的偏振针孔阵列2的排列示意图
附图4为所述针孔为一维针孔时本发明的复合微图像阵列1的排列示意图
附图5为所述针孔为一维针孔时本发明的复合微图像阵列2的排列示意图
上述附图中的图示标号为：
1显示屏1，2显示屏2，3偏振针孔阵列1，4偏振针孔阵列2，5 障壁阵列，6 偏振眼镜1，7偏振眼镜2，8偏振单元1，9偏振单元2，10偏振单元3，11偏振单元4，12 复合微图像阵列1，13复合微图像阵列2，14 针孔阵列1，15 针孔阵列2，16 针孔阵列3，17 针孔阵列4，18 图像元1，19图像元2，20 图像元3，21图像元4，22 3D图像1，23 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。
无串扰和高分辨率双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏1、显示屏2、偏振针孔阵列1、偏振针孔阵列2、障壁阵列、偏振眼镜1、偏振眼镜2；所述显示屏1和所述显示屏2平行放置；所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2分别与所述显示屏1和所述显示屏2贴合；如附图2和附图3所示，所述偏振针孔阵列1由偏振单元1、偏振单元2和针孔阵列1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，所述偏振针孔阵列1中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，所述偏振针孔阵列2由偏振单元3、偏振单元4和针孔阵列2在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元3与所述偏振单元1的偏振方向相同，所述偏振单元4与所述偏振单元2的偏振方向相同，所述偏振针孔阵列2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1与所述偏振单元1和所述偏振单元3的偏振方向相同，所述偏振眼镜2与所述偏振单元2和所述偏振单元4的偏振方向相同；
如附图4和附图5所示，所述显示屏1用于显示复合微图像阵列1，所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别与所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2对应且对齐，所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3与所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1对应且对齐；所述显示屏2用于显示复合微图像阵列2，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别与所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4对应且对齐，所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4与所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2对应且对齐；
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、所述偏振单元2、所述针孔阵列1的节距与所述针孔阵列3的节距均相同；所述图像元3的节距、所述图像元4的节距、所述偏振单元3、所述偏振单元4、所述针孔阵列2的节距与所述针孔阵列4的节距均相同；且所述偏振单元1与所述偏振单元2的节距大于所述偏振单元3与所述偏振单元4的节距；
障壁阵列由一系列障壁组成，障壁的一端位于所述偏振针孔阵列1中偏振单元的边缘上，障壁的另一端位于所述偏振针孔阵列2中与上述偏振单元对应的针孔的边缘上。
优选的，所述显示屏1、所述显示屏2、所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2的中心均对应且对齐。
优选的，所述针孔为一维针孔。
优选的，所述针孔为二维针孔。
优选的，所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度相同；所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度相同；且所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度大于所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度。
优选的，所述针孔阵列1的节距为p，所述针孔阵列1的孔径宽度为w，所述偏振针孔阵列1与所述偏振针孔阵列2的间距为g，则所述针孔阵列2的节距q由下式计算得到：
所述针孔阵列2的孔径宽度v由下式计算得到：
其中，l为最佳观看距离。
优选的，3D图像1和3D图像2的观看视角θ由下式计算得到：
其中，p为针孔阵列1的节距，v为针孔阵列2的孔径宽度， g为偏振针孔阵列1与偏振针孔阵列2的间距。
优选的，位于偏振单元的边缘上的障壁的端的长度等于偏振单元的节距，位于针孔的边缘上的障壁的端的长度等于针孔的孔径宽度。
优选的，所述图像元1与所述图像元3的深度翻转；所述图像元2与所述图像元4的深度翻转。
无串扰和高分辨率双视3D显示方法，包括：
所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成；
将所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1、所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2和所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4用做透光针孔阵列；
将所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3用做点光源阵列；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元1和所述复合微图像阵列2中的图像元3相互独立地重建出的两个3D图像1；所述图像元1的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元3的节距，所有所述图像元1和所述图像元3的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像1的观看视角；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元2和所述复合微图像阵列2中的图像元4相互独立地重建出的两个3D图像2；所述图像元2的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元4的节距，所有所述图像元2和所述图像元4的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像2的观看视角；
所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2分别将所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4分别将所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
两个3D图像1在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜1看到；
两个3D图像2在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜2看到。
复合微图像阵列1包含40列图像元，其中，20列图像元1，20列图像元2，复合微图像阵列2包含39列图像元，其中，20列图像元1，19列图像元2，复合微图像阵列1包含39列针孔，复合微图像阵列2包含40列针孔，偏振针孔阵列2包含39列针孔，偏振针孔阵列1包含40列针孔，偏振针孔阵列1与偏振针孔阵列2的间距为g=5mm，针孔阵列1的节距为p=5.05mm，最佳观看距离为l=495mm，则由公式计算得到，针孔阵列2的节距为q=5mm，针孔阵列1的孔径宽度为w=1.01mm，由公式计算得到，针孔阵列2的孔径宽度为v=1mm，由公式计算得到，3D图像1和3D图像2的观看视角θ均为62°，3D图像1包含40列图像元，3D图像2包含39列图像元；基于上述参数的传统集成成像双视3D显示中，3D图像1和3D图像2的观看视角θ均为22°，3D图像1只在奇数列显示，偶数列缺失，即只有20列；3D图像2只在偶数列显示，奇数列缺失，即只有20列。
Claims (10)
1.无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏1、显示屏2、偏振针孔阵列1、偏振针孔阵列2、障壁阵列、偏振眼镜1、偏振眼镜2；所述显示屏1和所述显示屏2平行放置；所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2分别与所述显示屏1和所述显示屏2贴合；所述偏振针孔阵列1由偏振单元1、偏振单元2和针孔阵列1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，所述偏振针孔阵列1中水平和垂直方向上相邻的偏振单元的偏振方向正交，所述偏振针孔阵列2由偏振单元3、偏振单元4和针孔阵列2在水平和垂直方向上交替排列组成，所述偏振单元3与所述偏振单元1的偏振方向相同，所述偏振单元4与所述偏振单元2的偏振方向相同，所述偏振针孔阵列2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1与所述偏振单元1和所述偏振单元3的偏振方向相同，所述偏振眼镜2与所述偏振单元2和所述偏振单元4的偏振方向相同；
所述显示屏1用于显示复合微图像阵列1，所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2分别与所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2对应且对齐，所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3与所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1对应且对齐；所述显示屏2用于显示复合微图像阵列2，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别通过3D场景1和3D场景2获取，所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4分别与所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4对应且对齐，所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4与所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2对应且对齐；
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、所述偏振单元2、所述针孔阵列1的节距与所述针孔阵列3的节距均相同；所述图像元3的节距、所述图像元4的节距、所述偏振单元3、所述偏振单元4、所述针孔阵列2的节距与所述针孔阵列4的节距均相同；且所述偏振单元1与所述偏振单元2的节距大于所述偏振单元3与所述偏振单元4的节距；
障壁阵列由一系列障壁组成，障壁的一端位于所述偏振针孔阵列1中偏振单元的边缘上，障壁的另一端位于所述偏振针孔阵列2中与上述偏振单元对应的针孔的边缘上。
2.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述显示屏1、所述显示屏2、所述偏振针孔阵列1和所述偏振针孔阵列2的中心均对应且对齐。
3.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述针孔为一维针孔。
4.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述针孔为二维针孔。
5.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度相同；所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度相同；且所述针孔阵列1的孔径宽度与所述针孔阵列3的孔径宽度大于所述针孔阵列2的孔径宽度与所述针孔阵列4的孔径宽度。
6.如权利要求5所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述针孔阵列1的节距为p，所述针孔阵列1的孔径宽度为w，所述偏振针孔阵列1与所述偏振针孔阵列2的间距为g，则所述针孔阵列2的节距q由下式计算得到：
所述针孔阵列2的孔径宽度v由下式计算得到：
其中，l为最佳观看距离。
7.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，3D图像1和3D图像2的观看视角θ由下式计算得到：
其中，p为针孔阵列1的节距，v为针孔阵列2的孔径宽度， g为偏振针孔阵列1与偏振针孔阵列2的间距。
8.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，位于偏振单元的边缘上的障壁的端的长度等于偏振单元的节距，位于针孔的边缘上的障壁的端的长度等于针孔的孔径宽度。
9.如权利要求1所述的无串扰和高分辨率双视3D显示装置，其特征在于，所述图像元1与所述图像元3的深度翻转；所述图像元2与所述图像元4的深度翻转。
10.无串扰和高分辨率双视3D显示方法，包括：
所述复合微图像阵列1由图像元1、图像元2和针孔阵列3在水平和垂直方向上交替排列组成，所述复合微图像阵列2由图像元3、图像元4和针孔阵列4在水平和垂直方向上交替排列组成；
将所述偏振针孔阵列1中的针孔阵列1、所述偏振针孔阵列2中的针孔阵列2和所述复合微图像阵列2中的针孔阵列4用做透光针孔阵列；
将所述复合微图像阵列1中的针孔阵列3用做点光源阵列；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元1和所述复合微图像阵列2中的图像元3相互独立地重建出的两个3D图像1；所述图像元1的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元3的节距，所有所述图像元1和所述图像元3的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像1的观看视角；
所述障壁阵列使得所述复合微图像阵列1中的图像元2和所述复合微图像阵列2中的图像元4相互独立地重建出的两个3D图像2；所述图像元2的节距大于所述针孔阵列2的节距，所述针孔阵列3的节距大于所述图像元4的节距，所有所述图像元2和所述图像元4的成像区域在最佳观看距离处重合，增大了3D图像2的观看视角；
所述偏振针孔阵列1中的偏振单元1和偏振单元2分别将所述复合微图像阵列1中的图像元1和图像元2重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
所述偏振针孔阵列2中的偏振单元3和偏振单元4分别将所述复合微图像阵列2中的图像元3和图像元4重建的3D图像1和3D图像2的光线调制为正交的偏振光；
两个3D图像1在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜1看到；
两个3D图像2在观看区域合并，且只能通过所述偏振眼镜2看到。
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