CN113741045A - 基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，包括显示屏和复合偏振针孔阵列；复合偏振针孔阵列包括遮光材料、一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔；每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元I投射到成像空间，每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元III投射到成像空间，每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元IV投射到成像空间，重建二维3D图像；重建的一维3D图像和二维3D图像在观看区域合并成一个高成像效率3D图像。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于复合偏振针孔阵列的高成像效率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。现有技术方案采用复合针孔阵列增加分辨率：复合针孔阵列包含一维针孔和二维针孔；一维针孔和二维针孔在水平和垂直方向上相间排列；复合图像元阵列包含一维图像元和二维图像元，一维图像元和二维图像元分别与一维针孔和二维针孔对应对齐；一维图像元透过对应的一维针孔重建出一个一维3D图像，二维图像元透过对应的二维针孔重建出一个二维3D图像；一维3D图像与二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和全视差3D图像。
基于复合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。在基于复合针孔阵列的集成成像3D显示中，成像效率等于复合针孔阵列的开口率。虽然可以通过增大一维针孔和二维针孔的孔径宽度来增大复合针孔阵列的开口率，但是孔径宽度过大会导致3D图像失去深度感。在实际应用中，一维针孔和二维针孔的孔径宽度一般不超过图像元节距的20%。因此，基于复合针孔阵列的集成成像3D显示的成像效率一般不超过12%。成像效率偏低的瓶颈问题严重影响了观看者的体验，从而制约了基于复合针孔阵列的集成成像3D显示的广泛应用。
发明内容
本发明提出了基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏和复合偏振针孔阵列；复合偏振针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；复合偏振针孔阵列包括遮光材料、一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔，如附图3所示；一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔在水平和垂直方向上交替排列；一维偏振透光针孔包括偏振单元I和偏振单元II，偏振单元I和偏振单元II在水平方向上交替紧密排列；二维偏振透光针孔包括偏振单元III和偏振单元IV，偏振单元III和偏振单元IV在水平方向上交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交，偏振单元III与偏振单元IV的偏振方向正交；显示屏用于显示复合图像元阵列，如附图4所示；复合图像元阵列包括一维图像元和二维图像元；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；偏振单元III将经过该偏振单元III的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光III，偏振光III不能通过遮光材料和偏振单元IV；偏振单元IV将经过该偏振单元IV的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光IV，偏振光IV不能通过遮光材料和偏振单元III；一维图像元的中心与一维偏振透光针孔的中心对应对齐，二维图像元的中心与二维偏振透光针孔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元I投射到成像空间，每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元III投射到成像空间，每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元IV投射到成像空间，重建二维3D图像；重建的一维3D图像和二维3D图像在观看区域合并成一个高成像效率3D图像。
优选的，一维偏振透光针孔、二维偏振透光针孔、一维图像元和二维图像元的节距均相同。
优选的，一维偏振透光针孔中偏振单元的数目等于二维偏振透光针孔中偏振单元的数目；一维偏振透光针孔的水平孔径宽度等于二维偏振透光针孔的水平孔径宽度。
优选的，二维偏振透光针孔的水平孔径宽度w为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，n是二维偏振透光针孔中偏振单元的数目，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
优选的，二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度v为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
优选的，基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置的成像效率k为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，w是二维偏振透光针孔的水平孔径宽度，v是二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度，a是复合偏振针孔阵列水平方向上一维偏振透光针孔的数目，b是复合偏振针孔阵列水平方向上二维偏振透光针孔的数目。
附图说明
附图1为本发明的结构和奇数行水平方向的示意图
附图2为本发明的结构和偶数行水平方向的示意图
附图3为本发明的复合偏振针孔阵列的示意图
附图4为本发明的复合图像元阵列的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 复合偏振针孔阵列，3. 遮光材料，4. 一维偏振透光针孔，5. 二维偏振透光针孔，6. 偏振单元I，7. 偏振单元II，8. 偏振单元III，9. 偏振单元IV，10. 一维图像元，11. 二维图像元。
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。
本发明提出了基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，如附图1和2所示，其特征在于，包括显示屏和复合偏振针孔阵列；复合偏振针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；复合偏振针孔阵列包括遮光材料、一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔，如附图3所示；一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔在水平和垂直方向上交替排列；一维偏振透光针孔包括偏振单元I和偏振单元II，偏振单元I和偏振单元II在水平方向上交替紧密排列；二维偏振透光针孔包括偏振单元III和偏振单元IV，偏振单元III和偏振单元IV在水平方向上交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交，偏振单元III与偏振单元IV的偏振方向正交；显示屏用于显示复合图像元阵列，如附图4所示；复合图像元阵列包括一维图像元和二维图像元；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；偏振单元III将经过该偏振单元III的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光III，偏振光III不能通过遮光材料和偏振单元IV；偏振单元IV将经过该偏振单元IV的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光IV，偏振光IV不能通过遮光材料和偏振单元III；一维图像元的中心与一维偏振透光针孔的中心对应对齐，二维图像元的中心与二维偏振透光针孔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元I投射到成像空间，每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元III投射到成像空间，每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元IV投射到成像空间，重建二维3D图像；重建的一维3D图像和二维3D图像在观看区域合并成一个高成像效率3D图像。
优选的，一维偏振透光针孔、二维偏振透光针孔、一维图像元和二维图像元的节距均相同。
优选的，一维偏振透光针孔中偏振单元的数目等于二维偏振透光针孔中偏振单元的数目；一维偏振透光针孔的水平孔径宽度等于二维偏振透光针孔的水平孔径宽度。
优选的，二维偏振透光针孔的水平孔径宽度w为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，n是二维偏振透光针孔中偏振单元的数目，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
优选的，二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度v为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
优选的，基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置的成像效率k为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，w是二维偏振透光针孔的水平孔径宽度，v是二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度，a是复合偏振针孔阵列水平方向上一维偏振透光针孔的数目，b是复合偏振针孔阵列水平方向上二维偏振透光针孔的数目。
显示屏与复合偏振针孔阵列的间距是3mm，二维偏振透光针孔的节距是10mm，二维偏振透光针孔中偏振单元的数目是4，复合偏振针孔阵列的厚度是1mm，复合偏振针孔阵列水平方向上一维偏振透光针孔的数目是5，复合偏振针孔阵列水平方向上二维偏振透光针孔的数目5，则由式（1）计算得到二维偏振透光针孔的水平孔径宽度是4mm；由式（2）计算得到二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度是1.4mm；由式（3）计算得到基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置的成像效率是23%。
Claims (6)
1.基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，包括显示屏和复合偏振针孔阵列；复合偏振针孔阵列平行放置在显示屏前方，且对应对齐；复合偏振针孔阵列包括遮光材料、一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔；一维偏振透光针孔和二维偏振透光针孔在水平和垂直方向上交替排列；一维偏振透光针孔包括偏振单元I和偏振单元II，偏振单元I和偏振单元II在水平方向上交替紧密排列；二维偏振透光针孔包括偏振单元III和偏振单元IV，偏振单元III和偏振单元IV在水平方向上交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交，偏振单元III与偏振单元IV的偏振方向正交；显示屏用于显示复合图像元阵列；复合图像元阵列包括一维图像元和二维图像元；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；偏振单元III将经过该偏振单元III的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光III，偏振光III不能通过遮光材料和偏振单元IV；偏振单元IV将经过该偏振单元IV的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光IV，偏振光IV不能通过遮光材料和偏振单元III；一维图像元的中心与一维偏振透光针孔的中心对应对齐，二维图像元的中心与二维偏振透光针孔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元I投射到成像空间，每个一维图像元发出的一部分光线经过与该一维图像元对应的偏振单元II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元III投射到成像空间，每个二维图像元发出的一部分光线经过与该二维图像元对应的偏振单元IV投射到成像空间，重建二维3D图像；重建的一维3D图像和二维3D图像在观看区域合并成一个高成像效率3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，一维偏振透光针孔、二维偏振透光针孔、一维图像元和二维图像元的节距均相同。
3.根据权利要求2所述的基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，一维偏振透光针孔中偏振单元的数目等于二维偏振透光针孔中偏振单元的数目；一维偏振透光针孔的水平孔径宽度等于二维偏振透光针孔的水平孔径宽度。
4.根据权利要求3所述的基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，二维偏振透光针孔的水平孔径宽度w为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，n是二维偏振透光针孔中偏振单元的数目，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
5.根据权利要求1所述的基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度v为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，g是显示屏与复合偏振针孔阵列的间距，t是复合偏振针孔阵列的厚度。
6.根据权利要求1所述的基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置，其特征在于，基于复合偏振针孔阵列的高成像效率3D显示装置的成像效率k为
其中，p是二维偏振透光针孔的节距，w是二维偏振透光针孔的水平孔径宽度，v是二维偏振透光针孔的垂直孔径宽度，a是复合偏振针孔阵列水平方向上一维偏振透光针孔的数目，b是复合偏振针孔阵列水平方向上二维偏振透光针孔的数目。
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