CN113703176A - 基于渐变复合狭缝光栅的3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，包括显示屏和渐变复合狭缝光栅；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的节距从中间到两边逐渐增大；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的孔径宽度从中间到两边逐渐增大；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和宽视角3D图像。

Description

基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置。
背景技术
集成成像将3D场景的信息记录到感光胶片，利用光路可逆原理，再将感光胶片上的信息投射到成像空间，从而重建3D场景。与其他3D显示相比，集成成像3D显示具有连续观看视点、无需助视设备和相干光等优点。现有的技术方案采用渐变节距针孔阵列实现宽视角集成成像3D显示：位于同一列的针孔其水平节距相同；位于同一行的针孔其垂直节距相同，其水平节距从行中心到行边缘逐渐增大；图像元的水平和垂直节距分别与其对应的针孔的水平和垂直节距相同；水平观看视角与图像元的数目无关，从而实现水平观看视角增大。
基于渐变节距针孔阵列的集成成像3D显示中存在遮挡。成像效率是衡量遮挡对观看效果的影响的参数。针孔的水平和垂直孔径宽度一般不超过对应图像元水平和垂直节距的20%。因此，现有技术方案的成像效率不超过4%。
发明内容
本发明提出了基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和渐变复合狭缝光栅；渐变复合狭缝光栅平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；渐变复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝，如附图2所示；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的节距从中间到两边逐渐增大；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的孔径宽度从中间到两边逐渐增大；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；遮光材料阻挡光线通过；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I；偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II；偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和宽视角3D图像。
优选的，渐变节距图像元阵列中的图像元与渐变复合狭缝光栅中的偏振透光狭缝一一对应；图像元的中心与对应偏振透光狭缝的中心对应对齐；图像元的节距与对应偏振透光狭缝的节距相同。
优选的，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目均相同；同一个偏振透光狭缝中的偏振单元I与偏振单元II的宽度均相同。
优选的，第i个偏振透光狭缝中的偏振单元I的宽度w i 满足下式
Figure 702810DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p i 是第i个偏振透光狭缝的节距，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
优选的，第i个偏振透光狭缝的节距p i 满足下式
Figure 35702DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，
Figure 850074DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure 672537DEST_PATH_IMAGE008
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
优选的，3D显示装置的成像效率k为
Figure 565669DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
优选的， 3D显示装置的观看视角θ为
Figure 951519DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，
Figure 620398DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure 613762DEST_PATH_IMAGE008
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的渐变复合狭缝光栅的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 渐变复合狭缝光栅，3. 遮光材料，4.偏振透光狭缝，5. 偏振单元I，6. 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。
本发明提出了基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和渐变复合狭缝光栅；渐变复合狭缝光栅平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；渐变复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝，如附图2所示；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的节距从中间到两边逐渐增大；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的孔径宽度从中间到两边逐渐增大；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；遮光材料阻挡光线通过；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I；偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II；偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和宽视角3D图像。
优选的，渐变节距图像元阵列中的图像元与渐变复合狭缝光栅中的偏振透光狭缝一一对应；图像元的中心与对应偏振透光狭缝的中心对应对齐；图像元的节距与对应偏振透光狭缝的节距相同。
优选的，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目均相同；同一个偏振透光狭缝中的偏振单元I与偏振单元II的宽度均相同。
优选的，第i个偏振透光狭缝中的偏振单元I的宽度w i 满足下式
Figure 368091DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中，p i 是第i个偏振透光狭缝的节距，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
优选的，第i个偏振透光狭缝的节距p i 满足下式
Figure 105103DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，
Figure 566172DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure 996016DEST_PATH_IMAGE008
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
优选的，3D显示装置的成像效率k为
Figure 237641DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
优选的， 3D显示装置的观看视角θ为
Figure 198251DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，
Figure 841722DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure 176888DEST_PATH_IMAGE008
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距是5mm，偏振透光狭缝的数目是5，第3个偏振透光狭缝的节距是8mm，渐变复合狭缝光栅的厚度是2mm，观看距离是205mm，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目是3，则由式（1）和（2）计算得到渐变复合狭缝光栅中第1~5个偏振透光狭缝的节距分别是9.3mm、8.6mm、8mm、8.6mm和9.3mm；第1~5个偏振透光狭缝中偏振单元的宽度分别是1.17mm、1.08mm、1mm、1.08mm和1.17mm；由式（3）计算得到成像效率是37.5%；由式（4）计算得到观看视角是54°。

Claims (7)

1.基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和渐变复合狭缝光栅；渐变复合狭缝光栅平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；渐变复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的节距从中间到两边逐渐增大；渐变复合狭缝光栅中偏振透光狭缝的孔径宽度从中间到两边逐渐增大；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；遮光材料阻挡光线通过；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I；偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II；偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率和宽视角3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，渐变节距图像元阵列中的图像元与渐变复合狭缝光栅中的偏振透光狭缝一一对应；图像元的中心与对应偏振透光狭缝的中心对应对齐；图像元的节距与对应偏振透光狭缝的节距相同。
3.根据权利要求2所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目均相同；同一个偏振透光狭缝中的偏振单元I与偏振单元II的宽度均相同。
4.根据权利要求3所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，第i个偏振透光狭缝中的偏振单元I的宽度w i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，p i 是第i个偏振透光狭缝的节距，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
5.根据权利要求4所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，第i个偏振透光狭缝的节距p i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE004
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目，t是渐变复合狭缝光栅的厚度。
6.根据权利要求4所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，3D显示装置的成像效率k为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
7.根据权利要求5所述的基于渐变复合狭缝光栅的3D显示装置，其特征在于，3D显示装置的观看视角θ为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 664684DEST_PATH_IMAGE003
是第
Figure 581825DEST_PATH_IMAGE004
个偏振透光狭缝的节距，m是偏振透光狭缝的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变复合狭缝光栅的间距，t是渐变复合狭缝光栅的厚度，n是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。
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范钧;刘泽晟;邓慧;: "基于偏振光栅的一维集成成像双视3D显示" *
邱飞岳等: ""基于偏振式3D的立体虚拟现实课件设计与开发——以"计算机组装与维护课程"为例"" *

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