CN110275312A - 基于矩形偏振阵列的集成成像3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，包括显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列；矩形偏振单元I的水平节距大于其对应矩形偏振单元III的水平节距，矩形偏振单元I的垂直节距大于其对应矩形偏振单元III的垂直节距；矩形图像元的水平节距等于矩形偏振单元I的水平节距，矩形图像元的垂直节距等于矩形偏振单元I的垂直节距；在矩形针孔阵列中，所有矩形针孔的水平节距均等于矩形偏振单元III的水平节距，所有矩形针孔的垂直节距均等于矩形偏振单元III的垂直节距。
Description
技术领域
本发明涉及集成成像3D显示，更具体地说，本发明涉及基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置。
背景技术
集成成像3D显示具有裸眼观看的特点，其拍摄与显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的3D图像，是目前3D显示的主要方式之一。但是，在传统的集成成像3D显示中，微图像阵列中的图像元均为正方形，即图像元的水平节距等于垂直节距；微透镜为圆形，针孔为正方形，微透镜和针孔的水平节距均等于垂直节距。
对于电视和显示器而言，电视和显示器的水平宽度与垂直宽度之比为16:9、16：10或者4:3。即，水平方向上图像元的数目与垂直方向上图像元的数目之比为16:9、16：10或者4:3。其缺点在于：
（1）水平观看视角远小于垂直观看视角，且水平和垂直观看视角分别与水平和垂直方向上图像元的数目、针孔的水平和垂直孔径宽度成反比。
（2）水平方向上的3D像素与垂直方向上的3D像素之比为16:9、16：10或者4:3。由于3D图像的3D像素总量不高，因此垂直方向上的3D像素过少，从而影响了观看效果。
对于手机而言，手机的水平宽度与垂直宽度之比为9:16、10：16或者3:4。即，水平方向上图像元的数目与垂直方向上图像元的数目之比为9:16、10：16或者3:4。其缺点在于：
（1）水平方向上的3D像素与垂直方向上的3D像素之比为9:16、10：16或者3:4。由于3D图像的3D像素总量不高，因此水平方向上的3D像素过少，从而影响了观看效果。
（2）水平和垂直观看视角分别与水平和垂直方向上图像元的数目、针孔的水平和垂直孔径宽度成反比。
发明内容
本发明提出基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列；显示屏用于显示矩形微图像阵列；矩形偏振阵列I与显示屏紧密贴合，矩形偏振阵列I位于显示屏与矩形偏振阵列II之间，矩形偏振阵列II位于矩形针孔阵列与矩形偏振阵列I之间，矩形偏振阵列II与矩形针孔阵列紧密贴合；显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列的水平和垂直中轴线均对应对齐；矩形偏振阵列I的水平宽度等于显示屏的水平宽度；矩形偏振阵列I的垂直宽度等于显示屏的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度等于矩形针孔阵列的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度等于矩形针孔阵列的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度小于矩形偏振阵列I的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度小于矩形偏振阵列I的垂直宽度；如附图3、4、5和6所示，矩形偏振阵列I由矩形偏振单元I和矩形偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，矩形偏振单元I与矩形偏振单元II的偏振方向正交；矩形偏振单元I的水平节距等于矩形偏振单元II的水平节距，矩形偏振单元II的垂直节距等于矩形偏振单元II的垂直节距，且矩形偏振单元I的水平节距不等于矩形偏振单元I的垂直节距；矩形偏振阵列II由矩形偏振单元III和矩形偏振单元IV在水平和垂直方向上交替排列组成；矩形偏振单元III与矩形偏振单元I一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元IV与矩形偏振单元II一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元III的水平节距等于矩形偏振单元IV的水平节距，矩形偏振单元III的垂直节距等于矩形偏振单元IV的垂直节距，且矩形偏振单元III的水平节距不等于矩形偏振单元III的垂直节距；矩形偏振单元I的水平节距大于其对应矩形偏振单元III的水平节距，矩形偏振单元I的垂直节距大于其对应矩形偏振单元III的垂直节距；矩形微图像阵列由一系列尺寸相同的矩形图像元紧密排列组成，矩形图像元的水平节距等于矩形偏振单元I的水平节距，矩形图像元的垂直节距等于矩形偏振单元I的垂直节距；在矩形针孔阵列中，所有矩形针孔的水平节距均等于矩形偏振单元III的水平节距，所有矩形针孔的垂直节距均等于矩形偏振单元III的垂直节距。
优选的，矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形偏振单元I的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元II的水平节距与垂直节距的比值、矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形偏振单元III的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元IV的水平节距与垂直节距的比值、矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形针孔的水平孔径宽度与垂直孔径宽度的比值等于矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值。
优选的，矩形偏振单元I的水平节距a和垂直节距b分别为：
（1）
（2）
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
优选的，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2、水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2、水平光学效率φ 1和垂直光学效率φ 2分别为：
（3）
（4）
（5）
（6）
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，w是矩形针孔的水平孔径宽度，m是矩形微图像阵列中水平方向上矩形图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
优选的，矩形针孔的水平孔径宽度与矩形图像元的水平节距的比值在10%到20%之间最为合适，矩形针孔的垂直孔径宽度与矩形图像元的垂直节距的比值在10%到20%之间最为合适。
附图说明
附图1为本发明的水平方向参数示意图
附图2为本发明的垂直方向参数示意图
附图3为本发明的矩形针孔阵列示意图
附图4为本发明的矩形偏振阵列I示意图
附图5为本发明的矩形偏振阵列II示意图
附图6为本发明的矩形微图像阵列示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2.矩形针孔阵列，3.矩形偏振阵列I，4.矩形偏振阵列II，5.矩形微图像阵列，6. 矩形偏振单元I，7. 矩形偏振单元II，8. 矩形偏振单元III，9. 矩形偏振单元IV。
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
下面详细说明利用本发明基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置的一个典型实施例，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。
本发明提出基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列；显示屏用于显示矩形微图像阵列；矩形偏振阵列I与显示屏紧密贴合，矩形偏振阵列I位于显示屏与矩形偏振阵列II之间，矩形偏振阵列II位于矩形针孔阵列与矩形偏振阵列I之间，矩形偏振阵列II与矩形针孔阵列紧密贴合；显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列的水平和垂直中轴线均对应对齐；矩形偏振阵列I的水平宽度等于显示屏的水平宽度；矩形偏振阵列I的垂直宽度等于显示屏的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度等于矩形针孔阵列的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度等于矩形针孔阵列的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度小于矩形偏振阵列I的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度小于矩形偏振阵列I的垂直宽度；如附图3、4、5和6所示，矩形偏振阵列I由矩形偏振单元I和矩形偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，矩形偏振单元I与矩形偏振单元II的偏振方向正交；矩形偏振单元I的水平节距等于矩形偏振单元II的水平节距，矩形偏振单元II的垂直节距等于矩形偏振单元II的垂直节距，且矩形偏振单元I的水平节距不等于矩形偏振单元I的垂直节距；矩形偏振阵列II由矩形偏振单元III和矩形偏振单元IV在水平和垂直方向上交替排列组成；矩形偏振单元III与矩形偏振单元I一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元IV与矩形偏振单元II一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元III的水平节距等于矩形偏振单元IV的水平节距，矩形偏振单元III的垂直节距等于矩形偏振单元IV的垂直节距，且矩形偏振单元III的水平节距不等于矩形偏振单元III的垂直节距；矩形偏振单元I的水平节距大于其对应矩形偏振单元III的水平节距，矩形偏振单元I的垂直节距大于其对应矩形偏振单元III的垂直节距；矩形微图像阵列由一系列尺寸相同的矩形图像元紧密排列组成，矩形图像元的水平节距等于矩形偏振单元I的水平节距，矩形图像元的垂直节距等于矩形偏振单元I的垂直节距；在矩形针孔阵列中，所有矩形针孔的水平节距均等于矩形偏振单元III的水平节距，所有矩形针孔的垂直节距均等于矩形偏振单元III的垂直节距。
优选的，矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形偏振单元I的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元II的水平节距与垂直节距的比值、矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形偏振单元III的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元IV的水平节距与垂直节距的比值、矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
优选的，矩形针孔的水平孔径宽度与垂直孔径宽度的比值等于矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值。
优选的，矩形偏振单元I的水平节距a和垂直节距b分别为：
（1）
（2）
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
优选的，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2、水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2、水平光学效率φ 1和垂直光学效率φ 2分别为：
（3）
（4）
（5）
（6）
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，w是矩形针孔的水平孔径宽度，m是矩形微图像阵列中水平方向上矩形图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
优选的，矩形针孔的水平孔径宽度与矩形图像元的水平节距的比值在10%到20%之间最为合适，矩形针孔的垂直孔径宽度与矩形图像元的垂直节距的比值在10%到20%之间最为合适。
矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值为a=0.6，矩形偏振单元II的水平节距为p=5mm，矩形针孔的水平孔径宽度为w =1mm，观看距离为l=50mm，显示屏与矩形针孔阵列的间距为g=5mm，矩形微图像阵列中水平方向上矩形图像元的数目为m=100。根据式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）和（6）得到，矩形偏振单元I的水平节距和垂直节距分别为5.5mm和3.3mm，本发明所述的集成成像3D显示的水平观看视角、垂直观看视角、水平分辨率、垂直分辨率、水平光学效率和垂直光学效率分别为66°、40°、100、100、18%和18%。
Claims (8)
1.基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列；显示屏用于显示矩形微图像阵列；矩形偏振阵列I与显示屏紧密贴合，矩形偏振阵列I位于显示屏与矩形偏振阵列II之间，矩形偏振阵列II位于矩形针孔阵列与矩形偏振阵列I之间，矩形偏振阵列II与矩形针孔阵列紧密贴合；显示屏、矩形偏振阵列I、矩形偏振阵列II和矩形针孔阵列的水平和垂直中轴线均对应对齐；矩形偏振阵列I的水平宽度等于显示屏的水平宽度；矩形偏振阵列I的垂直宽度等于显示屏的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度等于矩形针孔阵列的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度等于矩形针孔阵列的垂直宽度；矩形偏振阵列II的水平宽度小于矩形偏振阵列I的水平宽度；矩形偏振阵列II的垂直宽度小于矩形偏振阵列I的垂直宽度；矩形偏振阵列I由矩形偏振单元I和矩形偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，矩形偏振单元I与矩形偏振单元II的偏振方向正交；矩形偏振单元I的水平节距等于矩形偏振单元II的水平节距，矩形偏振单元II的垂直节距等于矩形偏振单元II的垂直节距，且矩形偏振单元I的水平节距不等于矩形偏振单元I的垂直节距；矩形偏振阵列II由矩形偏振单元III和矩形偏振单元IV在水平和垂直方向上交替排列组成；矩形偏振单元III与矩形偏振单元I一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元IV与矩形偏振单元II一一对应，且偏振方向相同；矩形偏振单元III的水平节距等于矩形偏振单元IV的水平节距，矩形偏振单元III的垂直节距等于矩形偏振单元IV的垂直节距，且矩形偏振单元III的水平节距不等于矩形偏振单元III的垂直节距；矩形偏振单元I的水平节距大于其对应矩形偏振单元III的水平节距，矩形偏振单元I的垂直节距大于其对应矩形偏振单元III的垂直节距；矩形微图像阵列由一系列尺寸相同的矩形图像元紧密排列组成，矩形图像元的水平节距等于矩形偏振单元I的水平节距，矩形图像元的垂直节距等于矩形偏振单元I的垂直节距；在矩形针孔阵列中，所有矩形针孔的水平节距均等于矩形偏振单元III的水平节距，所有矩形针孔的垂直节距均等于矩形偏振单元III的垂直节距。
2.根据权利要求1所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
3.根据权利要求2所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形偏振单元I的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元II的水平节距与垂直节距的比值、矩形图像元的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列I的水平宽度与垂直宽度的比值。
4.根据权利要求2所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形偏振单元III的水平节距与垂直节距的比值、矩形偏振单元IV的水平节距与垂直节距的比值、矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值均等于矩形偏振阵列II的水平宽度与垂直宽度的比值。
5.根据权利要求4所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形针孔的水平孔径宽度与垂直孔径宽度的比值等于矩形针孔的水平节距与垂直节距的比值。
6.根据权利要求5所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形偏振单元I的水平节距a和垂直节距b分别为：
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
7.根据权利要求6所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，集成成像3D显示的水平观看视角θ 1、垂直观看视角θ 2、水平分辨率R 1、垂直分辨率R 2、水平光学效率φ 1和垂直光学效率φ 2分别为：
其中，p是矩形偏振单元II的水平节距，w是矩形针孔的水平孔径宽度，m是矩形微图像阵列中水平方向上矩形图像元的数目，l是观看距离，g是显示屏与矩形针孔阵列的间距，x是矩形偏振阵列I的垂直宽度与水平宽度的比值。
8.根据权利要求1所述的基于矩形偏振阵列的集成成像3D显示装置，其特征在于，矩形针孔的水平孔径宽度与矩形图像元的水平节距的比值在10%到20%之间最为合适，矩形针孔的垂直孔径宽度与矩形图像元的垂直节距的比值在10%到20%之间最为合适。
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