CN113741048A - 高成像效率和宽视角的一维集成成像3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，包括显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II；渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边逐渐增大；每个图像元发出的一部分光线经过渐变孔径偏振狭缝光栅I，且被渐变孔径偏振狭缝光栅I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该图像元对应的多个透光狭缝II投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的多个透光狭缝I，经过渐变孔径偏振狭缝光栅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的3D图像。

Description

高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及高成像效率和宽视角的一维集成成像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
本发明提出了高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II；显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II紧密贴合；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交；渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I，如附图2所示；渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II，如附图3所示；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目均相同，与单个图像元对应的透光狭缝II的数目均相同；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目比透光狭缝II的数目多一个；与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II交替相间，与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II以该图像元的中心为中心对称排列；与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度等于与该图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度；渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边逐渐增大；与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，p i 是第i个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度；每个图像元发出的一部分光线经过渐变孔径偏振狭缝光栅I，且被渐变孔径偏振狭缝光栅I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该图像元对应的透光狭缝II投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的透光狭缝I，经过渐变孔径偏振狭缝光栅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的3D图像。
优选的，一维集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的，第i个图像元的节距p i 、与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目。
优选的，第i个图像元的节距p i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，m是图像元的数目，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 746607DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的，一维集成成像3D显示装置的观看视角θ为
Figure 945508DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，m是图像元的数目，
Figure 614386DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 607750DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的渐变孔径偏振狭缝光栅I的示意图
附图3为本发明的渐变孔径偏振狭缝光栅II的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 渐变孔径偏振狭缝光栅I，3. 渐变孔径偏振狭缝光栅II，4. 透光狭缝I，5. 透光狭缝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。
本发明提出了高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II；显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II紧密贴合；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交；渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I，如附图2所示；渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II，如附图3所示；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目均相同，与单个图像元对应的透光狭缝II的数目均相同；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目比透光狭缝II的数目多一个；与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II交替相间，与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II以该图像元的中心为中心对称排列；与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度等于与该图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度；渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边逐渐增大；与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure 175129DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure 912141DEST_PATH_IMAGE004
（2）
其中，p i 是第i个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度；每个图像元发出的一部分光线经过渐变孔径偏振狭缝光栅I，且被渐变孔径偏振狭缝光栅I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该图像元对应的透光狭缝II投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的透光狭缝I，经过渐变孔径偏振狭缝光栅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的3D图像。
优选的，一维集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure 435526DEST_PATH_IMAGE006
（3）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的，第i个图像元的节距p i 、与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure 865370DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目。
优选的，第i个图像元的节距p i 满足下式
Figure 169313DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，m是图像元的数目，
Figure 444436DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 87907DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的，一维集成成像3D显示装置的观看视角θ为
Figure 740517DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，m是图像元的数目，
Figure 469439DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 548253DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距是4mm，图像元的数目是5，第3个图像元的节距是15mm，单个图像元对应的透光狭缝I的数目是2，渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度是2mm，渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度是3mm，观看距离是486mm，则由式（1）、（2）、（4）和（5）计算得到渐变节距图像元阵列中第1~5个图像元的节距分别是16mm、15.5mm、15mm、15.5mm和16mm；与第1~5个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度分别是2.12mm、2.06mm、2mm、2.06mm和2.12mm；与第1~5个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度分别是3.18mm、3.09mm、3mm、3.09mm和3.18mm；由式（3）计算得到成像效率是46%；由式（6）计算得到观看视角是80%。

Claims (5)

1.高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II；显示屏、渐变孔径偏振狭缝光栅I和渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II紧密贴合；渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交；渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I；渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目均相同，与单个图像元对应的透光狭缝II的数目均相同；与单个图像元对应的透光狭缝I的数目比透光狭缝II的数目多一个；与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II交替相间，与同一个图像元对应的透光狭缝I与透光狭缝II以该图像元的中心为中心对称排列；与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度等于与该图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度；渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边逐渐增大；与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 505291DEST_PATH_IMAGE002
其中，p i 是第i个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度；每个图像元发出的一部分光线经过渐变孔径偏振狭缝光栅I，且被渐变孔径偏振狭缝光栅I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该图像元对应的透光狭缝II投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的透光狭缝I，经过渐变孔径偏振狭缝光栅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的3D图像。
2.根据权利要求1所述的高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，其特征在于，一维集成成像3D显示装置的成像效率k为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
3.根据权利要求1所述的高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，其特征在于，第i个图像元的节距p i 、与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度b i 满足下式
Figure 422432DEST_PATH_IMAGE004
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目。
4.根据权利要求1所述的高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，其特征在于，第i个图像元的节距p i 满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，m是图像元的数目，
Figure 15218DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE007
个图像元的节距，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
5.根据权利要求4所述的高成像效率和宽视角的一维集成成像3D显示装置，其特征在于，一维集成成像3D显示装置的观看视角θ为
Figure 410427DEST_PATH_IMAGE008
其中，m是图像元的数目，
Figure 224800DEST_PATH_IMAGE006
是第
Figure 109579DEST_PATH_IMAGE007
个图像元的节距，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目，l是观看距离，g是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，s是渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度，t是渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
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