CN110297335B - 基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3d显示装置 - Google Patents

基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3d显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；微图像阵列由图像元I和图像元II在水平方向上相间排列组成；偏振光栅由偏振单元I和偏振单元II相间排列组成，偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值。

Description

基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置。
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。
在传统的基于偏振光栅的集成成像双视3D显示中：
(1)微图像阵列中包含两组图像元，两组图像元在水平方向上相间排列。
(2)两组图像元均为正方形，即两组图像元的水平节距均等于垂直节距。
(3)与两组图像元对应的针孔均为正方形，针孔的水平节距均等于垂直节距。
对于手机而言，手机的水平宽度与垂直宽度之比为3:4、10:16或者9:16。其缺点在于：集成成像双视3D显示中的单个3D图像的像素等于集成成像3D显示中的单个3D图像的像素的一半。即，集成成像双视3D显示中的单个3D图像的水平方向上的3D像素与垂直方向上的3D像素之比为3:8、5:16或者9:32。集成成像双视3D显示中的单个3D图像像素总量较少，垂直方向上极少的3D像素影响了观看效果。
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4:3、16:10或者16:9。其缺点在于：集成成像双视3D显示中的单个3D图像的像素等于集成成像3D显示中的单个3D图像的像素的一半。即，集成成像双视3D显示中的单个3D图像的水平方向上的3D像素与垂直方向上的3D像素之比为2:3、8:10或者8:9。因此，3D像素的不均匀分布影响了观看效果。集成成像双视3D显示中的单个3D图像像素总量较少，水平方向上极少的3D像素影响了观看效果。
发明内容
本发明提出了基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，如附图1、2和3所示，其特征在于，包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；偏振光栅与显示屏贴合，针孔阵列与微透镜阵列贴合；偏振光栅位于显示屏与针孔阵列之间，针孔阵列位于偏振光栅与微透镜阵列之间；显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列平行放置且对应对齐；
显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面，用于显示微图像阵列；
微图像阵列由图像元I和图像元II在水平方向上相间排列组成，如附图4所示；偏振光栅由偏振单元I和偏振单元II相间排列组成，偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交，如附图5所示；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II相同；
如附图6所示，在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；每个图像元I的中心均与对应偏振单元I和针孔的中心对应对齐，每个图像元II的中心均与对应偏振单元II和针孔的中心对应对齐；图像元I、图像元II、偏振单元I、偏振单元II的水平节距均与其对应针孔的水平节距相同，图像元I、图像元II的垂直节距均与其对应针孔的垂直节距相同；图像元I均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像I，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I，且只能通过偏振眼镜I看到；图像元II均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像II，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II，且只能通过偏振眼镜II看到；3D图像I的水平分辨率与垂直分辨率相同，3D图像II的水平分辨率与垂直分辨率相同；3D图像I与3D图像II的水平分辨率相同，3D图像I与3D图像II的垂直分辨率相同。
优选的，针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数。
优选的，3D图像I的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是微图像阵列中水平方向上图像元I的数目。
优选的，针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度。
优选的，3D图像I与3D图像II的水平观看视角相同，3D图像I与3D图像II的垂直观看视角相同。
优选的，3D图像I的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m微图像阵列中水平方向上图像元I的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
附图说明
附图1为本发明的结构和水平方向参数示意图
附图2为本发明的结构和3D图像I垂直方向参数示意图
附图3为本发明的结构和3D图像II垂直方向参数示意图
附图4为本发明的微图像阵列的结构示意图
附图5为本发明的偏振光栅的结构示意图
附图6为本发明的针孔阵列示意图
上述附图中的图示标号为：
1.显示屏，2.偏振光栅，3.针孔阵列，4.微透镜阵列，5.偏振眼镜I，6.偏振眼镜II，7.图像元I，8.图像元II，9.偏振单元I，10.偏振单元II。
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
下面详细说明本发明的基于微透镜阵列和偏振光栅的双视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。
本发明提出了基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，如附图1、2和3所示，其特征在于，包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；偏振光栅与显示屏贴合，针孔阵列与微透镜阵列贴合；偏振光栅位于显示屏与针孔阵列之间，针孔阵列位于偏振光栅与微透镜阵列之间；显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列平行放置且对应对齐；
显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面，用于显示微图像阵列；
微图像阵列由图像元I和图像元II在水平方向上相间排列组成，如附图4所示；偏振光栅由偏振单元I和偏振单元II相间排列组成，偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交，如附图5所示；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II相同；
如附图6所示，在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；每个图像元I的中心均与对应偏振单元I和针孔的中心对应对齐，每个图像元II的中心均与对应偏振单元II和针孔的中心对应对齐；图像元I、图像元II、偏振单元I、偏振单元II的水平节距均与其对应针孔的水平节距相同，图像元I、图像元II的垂直节距均与其对应针孔的垂直节距相同；图像元I均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像I，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I，且只能通过偏振眼镜I看到；图像元II均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像II，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II，且只能通过偏振眼镜II看到；3D图像I的水平分辨率与垂直分辨率相同，3D图像II的水平分辨率与垂直分辨率相同；3D图像I与3D图像II的水平分辨率相同，3D图像I与3D图像II的垂直分辨率相同。
优选的，针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数。
优选的，3D图像I的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是微图像阵列中水平方向上图像元I的数目。
优选的，针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度。
优选的，3D图像I与3D图像II的水平观看视角相同，3D图像I与3D图像II的垂直观看视角相同。
优选的，3D图像I的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m微图像阵列中水平方向上图像元I的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值为16:10，微图像阵列中水平方向上图像元I的数目为20，针孔的水平节距为8mm，针孔的水平孔径宽度为2mm，微透镜的节距为1mm，微透镜的焦距为5mm，观看距离为1000mm，则由式(1)、(2)和(3)计算得到3D图像I与3D图像II的水平分辨率均为40，垂直分辨率均为40，水平观看视角均为58°，垂直观看视角均为38°。

Claims (3)

1.基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；偏振光栅与显示屏贴合，针孔阵列与微透镜阵列贴合；偏振光栅位于显示屏与针孔阵列之间，针孔阵列位于偏振光栅与微透镜阵列之间；显示屏，偏振光栅，针孔阵列，微透镜阵列平行放置且对应对齐；显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的水平宽度均相同；显示屏，偏振光栅，针孔阵列和微透镜阵列的垂直宽度均相同；显示屏位于微透镜阵列的焦平面，用于显示微图像阵列；微图像阵列由图像元I和图像元II在水平方向上相间排列组成；偏振光栅由偏振单元I和偏振单元II相间排列组成，偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II相同；在针孔阵列中，所有针孔的水平节距均相同，所有针孔的垂直节距均相同，所有针孔的水平孔径宽度均相同，所有针孔的垂直孔径宽度均相同，且针孔的水平节距和垂直节距的比值与水平孔径宽度和垂直孔径宽度的比值的乘积等于针孔阵列的水平宽度和垂直宽度的比值；针孔的水平节距与垂直节距的比值等于针孔阵列的水平宽度与垂直宽度的比值；针孔的水平孔径宽度等于垂直孔径宽度；针孔的水平节距和垂直节距均是微透镜的节距的倍数；针孔的水平孔径宽度和垂直孔径宽度均是微透镜的节距的倍数；每个图像元I的中心均与对应偏振单元I和针孔的中心对应对齐，每个图像元II的中心均与对应偏振单元II和针孔的中心对应对齐；图像元I、图像元II、偏振单元I、偏振单元II的水平节距均与其对应针孔的水平节距相同，图像元I、图像元II的垂直节距均与其对应针孔的垂直节距相同；图像元I均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像I，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像I，且只能通过偏振眼镜I看到；图像元II均通过对应的针孔和对应的多个微透镜重建出多个3D图像II，并在观看区域合并成一个高分辨率3D图像II，且只能通过偏振眼镜II看到；3D图像I的水平分辨率与垂直分辨率相同，3D图像II的水平分辨率与垂直分辨率相同；3D图像I与3D图像II的水平分辨率相同，3D图像I与3D图像II的垂直分辨率相同；3D图像I的水平分辨率R1、垂直分辨率R2为：
其中，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m是微图像阵列中水平方向上图像元I的数目。
2.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I与3D图像II的水平观看视角相同，3D图像I与3D图像II的垂直观看视角相同。
3.根据权利要求2所述的基于微透镜阵列和偏振光栅的双视3D显示装置，其特征在于，3D图像I的水平观看视角θ1、垂直观看视角θ2分别为：
其中，q是针孔的水平节距，p是微透镜的节距，w是针孔的水平孔径宽度，m微图像阵列中水平方向上图像元I的数目，l是观看距离，f是微透镜的焦距，a是针孔阵列的垂直宽度与水平宽度的比值。
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