CN112485911A - 基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，包括显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；位于阶梯渐变孔径针孔阵列同一列的针孔的水平孔径宽度相同；位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的连续多列针孔的水平孔径宽度相同；图像元I通过与其对应的偏振单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的偏振单元II和针孔重建出3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。

Description

基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视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。但是，传统的集成成像双视3D显示存在两个视区分离的缺点。观看者需要移动观看位置才能看到另外一个画面，在一定程度上限制了集成成像双视3D显示在家庭娱乐设备和医疗设备中的应用。通过采用偏振阵列以及配套的偏振眼镜可以分离两个不同的3D画面，观看者通过切换不同的偏振眼镜即可看到不同的3D画面。
传统的基于偏振阵列和渐变孔径针孔阵列的集成成像双视3D显示装置具有无行或者列像素缺失、光学效率高、观看视角宽等优点。但是，传统的基于偏振阵列和渐变孔径针孔阵列的集成成像双视3D显示装置主要存在以下缺点：
（1）偏振阵列中偏振单元I和偏振单元II的节距等于针孔的节距。偏振阵列水平方向上偏振单元的数目等于渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。集成成像双视3D显示装置的水平分辨率等于渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。因此，水平分辨率越大，偏振阵列的制造难度和成本越高。
（2）渐变孔径针孔阵列中相邻针孔的水平孔径宽度以等差的关系变化。集成成像双视3D显示装置的水平分辨率等于渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。因此，水平分辨率越大，渐变孔径针孔阵列的制造难度和成本越高。
发明内容
本发明提出了基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐；偏振阵列与显示屏贴合；位于阶梯渐变孔径针孔阵列同一列的针孔的水平孔径宽度相同；位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的连续多列针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 686733DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距；如附图3所示，偏振阵列由偏振单元I和偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；显示屏用于显示微图像阵列；如附图4所示，微图像阵列包括图像元I和图像元II；图像元I和图像元II的节距均等于针孔的节距；多个在水平方向上连续排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元I对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的偏振单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的偏振单元II和针孔重建出3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
优选的，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的垂直宽度均相等。
优选的，与同一个偏振单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个偏振单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半。
优选的，偏振阵列水平方向上偏振单元的数目t由下式计算得到
Figure 135032DEST_PATH_IMAGE004
（2）
偏振单元I和偏振单元II的水平节距s由下式计算得到
Figure 914769DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。
优选的，偏振单元I和偏振单元II的垂直节距均等于针孔的节距。
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；3D图像I与3D图像II的水平观看视角θ 1和垂直观看视角θ 2由下式计算得到
Figure 309979DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 655509DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，v是针孔的垂直孔径宽度，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距，n是阶梯渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
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为本发明的结构和垂直方向参数示意图
附图3为本发明的偏振阵列的结构示意图
附图4为本发明的微图像阵列的结构示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 偏振阵列，3. 阶梯渐变孔径针孔阵列，4. 偏振眼镜I，5. 偏振眼镜II，6. 偏振单元I， 7. 偏振单元II，8. 图像元I， 9. 图像元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阶梯渐变孔径针孔阵列的双视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。
本发明提出了基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐；偏振阵列与显示屏贴合；位于阶梯渐变孔径针孔阵列同一列的针孔的水平孔径宽度相同；位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的连续多列针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 477972DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距；如附图3所示，偏振阵列由偏振单元I和偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；显示屏用于显示微图像阵列；如附图4所示，微图像阵列包括图像元I和图像元II；图像元I和图像元II的节距均等于针孔的节距；多个在水平方向上连续排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元I对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的偏振单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的偏振单元II和针孔重建出3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
优选的，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的垂直宽度均相等。
优选的，与同一个偏振单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个偏振单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半。
优选的，偏振阵列水平方向上偏振单元的数目t由下式计算得到
Figure 745005DEST_PATH_IMAGE004
（2）
偏振单元I和偏振单元II的水平节距s由下式计算得到
Figure 225796DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。
优选的，偏振单元I和偏振单元II的垂直节距均等于针孔的节距。
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；3D图像I与3D图像II的水平观看视角θ 1和垂直观看视角θ 2由下式计算得到
Figure 894675DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 888039DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，v是针孔的垂直孔径宽度，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距，n是阶梯渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
针孔的节距为p=10mm，位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数为a=4，位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度为w=2mm，针孔的垂直孔径宽度为v=3mm，阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目为m=12，阶梯渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目为n=10，观看距离为l=790mm，显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距为g=10mm。根据式（1）得到，阶梯渐变孔径针孔阵列中第1~12列针孔的水平孔径宽度分别为1mm、1mm、1mm、1mm、2mm、2mm、2mm、2mm、1mm、1mm、1mm、1mm；根据式（2）得到，偏振阵列水平方向上偏振单元的数目为6；根据式（3）得到，偏振单元I和偏振单元II的水平节距为20mm；根据式（4）得到，3D图像I与3D图像II的水平观看视角为44°；根据式（5）得到，3D图像I与3D图像II的垂直观看视角为66°。

Claims (6)

1.基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振阵列，阶梯渐变孔径针孔阵列依次平行放置，且对应对齐；偏振阵列与显示屏贴合；位于阶梯渐变孔径针孔阵列同一列的针孔的水平孔径宽度相同；位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的连续多列针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 252079DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距；偏振阵列由偏振单元I和偏振单元II在水平和垂直方向上交替排列组成，偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；显示屏用于显示微图像阵列；微图像阵列包括图像元I和图像元II；图像元I和图像元II的节距均等于针孔的节距；多个在水平方向上连续排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元I对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个偏振单元II对应对齐；图像元I通过与其对应的偏振单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的偏振单元II和针孔重建出3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II。
2.根据权利要求1所述的基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，其特征在于，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、偏振阵列和阶梯渐变孔径针孔阵列的垂直宽度均相等。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，其特征在于，与同一个偏振单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个偏振单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半。
4.根据权利要求3所述的基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，其特征在于，偏振阵列水平方向上偏振单元的数目t由下式计算得到
Figure 989091DEST_PATH_IMAGE004
（2）
偏振单元I和偏振单元II的水平节距s由下式计算得到
Figure 512476DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目。
5.根据权利要求4所述的基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，其特征在于，偏振单元I和偏振单元II的垂直节距均等于针孔的节距。
6.根据权利要求5所述的基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视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；3D图像I与3D图像II的水平观看视角θ 1和垂直观看视角θ 2由下式计算得到
Figure 942320DEST_PATH_IMAGE008
（4）
Figure 465837DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，l是观看距离，v是针孔的垂直孔径宽度，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距，n是阶梯渐变孔径针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
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