CN113741049A - 基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3d显示装置 - Google Patents

基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3d显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，包括显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II；一维透光针孔I和一维透光针孔II与一维图像元对应；二维透光针孔I和二维透光针孔II与二维图像元对应；每个一维图像元发出的一部分光线经过偏振复合针孔阵列I，重建一维3D图像；每个一维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的一维透光针孔I，重建一维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线经过偏振复合针孔阵列I，重建二维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的二维透光针孔I，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分辨率3D图像。

Description

基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率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矩形多针孔阵列增加分辨率：复合矩形图像元阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元，一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排列；复合矩形多针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔；一维矩形针孔的组数等于二维矩形针孔的组数；每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像元水平方向上的数目，每组一维矩形针孔垂直方向上的数目均等于一维矩形图像元垂直方向上的数目；每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方向上的数目，每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数目；每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔，每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数，多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称；每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔，每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数，多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称；与同一个一维矩形图像元对应的相邻一维矩形针孔的水平间距等于与同一个二维矩形图像元对应的相邻二维矩形针孔的水平间距；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同；一维矩形针孔、二维矩形针孔、一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直节距均相同；一维矩形图像元透过对应的多个一维矩形针孔重建出多个一维3D图像，二维矩形图像元透过对应的多个二维矩形针孔重建出多个二维3D图像；多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和无串扰3D图像。但是，上述技术方案仍然存在水平分辨率不足的问题。
发明内容
本发明提出了基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II；显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II依次平行放置；偏振复合针孔阵列I带有一维透光针孔I和二维透光针孔I，如附图2所示；偏振复合针孔阵列II带有一维透光针孔II和二维透光针孔II，如附图3所示；偏振复合针孔阵列I与偏振复合针孔阵列II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；一维图像元位于复合图像元阵列的奇数列，二维图像元位于复合图像元阵列的偶数列；一维图像元和二维图像元的节距均相同；一维透光针孔I和一维透光针孔II与一维图像元对应；二维透光针孔I和二维透光针孔II与二维图像元对应，且二维透光针孔I和二维透光针孔II的中心均与对应二维图像元的水平中轴线对齐；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度等于与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度；每个一维图像元对应的一维透光针孔I的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目均相同；每个一维图像元对应的一维透光针孔II的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔II的数目均相同；一维透光针孔I的水平孔径宽度等于二维透光针孔I的水平孔径宽度；一维透光针孔II的水平孔径宽度等于二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔II位于与该一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间，与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间有且仅有一个一维透光针孔II；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个二维图像元对应的二维透光针孔II位于与该二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间，与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间有且仅有一个二维透光针孔II；与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔I以该一维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的中心与该水平相邻一维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；与每个二维图像元对应的二维透光针孔I以该二维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的中心与该水平相邻二维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该一维图像元对应的一维透光针孔II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个一维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的一维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列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偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光II，偏振光II通过与该二维图像元对应的二维透光针孔II投射到成像空间，重建二维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的二维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列II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分辨率3D图像。
优选的，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1、二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2 、与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度a、偏振复合针孔阵列I的厚度s、偏振复合针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
优选的，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1与二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，a是与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度。
优选的，二维透光针孔I的垂直孔径宽度v 1与二维透光针孔II的垂直孔径宽度v 2满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（6）
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（7）
其中，p是二维图像元的节距，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，s是偏振复合针孔阵列I的厚度，t是偏振复合针孔阵列II的厚度，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
优选的，3D图像的水平分辨率为
Figure 86021DEST_PATH_IMAGE016
（8）
其中，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，m是复合图像元阵列水平方向上图像元的数目。
附图说明
附图1为本发明的结构和水平方向的示意图
附图2为本发明的偏振复合针孔阵列I的示意图
附图3为本发明的偏振复合针孔阵列II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. 偏振复合针孔阵列I，3. 偏振复合针孔阵列II，4. 一维透光针孔I，5. 一维透光针孔II，6. 二维透光针孔I，7. 二维透光针孔II，8. 一维图像元，9. 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。
本发明提出了基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II；显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II依次平行放置；偏振复合针孔阵列I带有一维透光针孔I和二维透光针孔I，如附图2所示；偏振复合针孔阵列II带有一维透光针孔II和二维透光针孔II，如附图3所示；偏振复合针孔阵列I与偏振复合针孔阵列II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；一维图像元位于复合图像元阵列的奇数列，二维图像元位于复合图像元阵列的偶数列；一维图像元和二维图像元的节距均相同；一维透光针孔I和一维透光针孔II与一维图像元对应；二维透光针孔I和二维透光针孔II与二维图像元对应，且二维透光针孔I和二维透光针孔II的中心均与对应二维图像元的水平中轴线对齐；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度等于与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度；每个一维图像元对应的一维透光针孔I的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目均相同；每个一维图像元对应的一维透光针孔II的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔II的数目均相同；一维透光针孔I的水平孔径宽度等于二维透光针孔I的水平孔径宽度；一维透光针孔II的水平孔径宽度等于二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔II位于与该一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间，与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间有且仅有一个一维透光针孔II；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个二维图像元对应的二维透光针孔II位于与该二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间，与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间有且仅有一个二维透光针孔II；与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔I以该一维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的中心与该水平相邻一维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；与每个二维图像元对应的二维透光针孔I以该二维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的中心与该水平相邻二维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该一维图像元对应的一维透光针孔II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个一维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的一维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列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偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光II，偏振光II通过与该二维图像元对应的二维透光针孔II投射到成像空间，重建二维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的二维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列II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分辨率3D图像。
优选的，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1、二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2 、与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度a、偏振复合针孔阵列I的厚度s、偏振复合针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure 908483DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure 988566DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure 187466DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 856345DEST_PATH_IMAGE008
（4）
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
优选的，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1与二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2满足下式
Figure 849709DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，a是与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度。
优选的，二维透光针孔I的垂直孔径宽度v 1与二维透光针孔II的垂直孔径宽度v 2满足下式
Figure 666355DEST_PATH_IMAGE012
（6）
Figure 403367DEST_PATH_IMAGE014
（7）
其中，p是二维图像元的节距，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，s是偏振复合针孔阵列I的厚度，t是偏振复合针孔阵列II的厚度，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
优选的，3D图像的水平分辨率为
Figure 926752DEST_PATH_IMAGE016
（8）
其中，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，m是复合图像元阵列水平方向上图像元的数目。
二维图像元的节距是8mm，显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距是2mm，偏振复合针孔阵列I与偏振复合针孔阵列II的间距是0.2mm，二维透光针孔I的水平孔径宽度是1mm，每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目是2，复合图像元阵列水平方向上图像元的数目10，则由式（1）、（2）、（3）、（4）和（5）计算得到二维透光针孔II的水平孔径宽度、与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度、偏振复合针孔阵列I的厚度、偏振复合针孔阵列II的厚度分别是1.6mm、2mm、1mm和1.6mm；由式（6）和（7）计算得到二维透光针孔I的垂直孔径宽度、二维透光针孔II的垂直孔径宽度分别是1.6mm和1.6mm；由式（8）计算得到3D图像的水平分辨率为30。

Claims (5)

1.基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II；显示屏、偏振复合针孔阵列I和偏振复合针孔阵列II依次平行放置；偏振复合针孔阵列I带有一维透光针孔I和二维透光针孔I；偏振复合针孔阵列II带有一维透光针孔II和二维透光针孔II；偏振复合针孔阵列I与偏振复合针孔阵列II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；一维图像元位于复合图像元阵列的奇数列，二维图像元位于复合图像元阵列的偶数列；一维图像元和二维图像元的节距均相同；一维透光针孔I和一维透光针孔II与一维图像元对应；二维透光针孔I和二维透光针孔II与二维图像元对应，且二维透光针孔I和二维透光针孔II的中心均与对应二维图像元的水平中轴线对齐；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度等于与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度；每个一维图像元对应的一维透光针孔I的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目均相同；每个一维图像元对应的一维透光针孔II的数目、每个二维图像元对应的二维透光针孔II的数目均相同；一维透光针孔I的水平孔径宽度等于二维透光针孔I的水平孔径宽度；一维透光针孔II的水平孔径宽度等于二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔II位于与该一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间，与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I之间有且仅有一个一维透光针孔II；与每个一维图像元对应的水平相邻一维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个二维图像元对应的二维透光针孔II位于与该二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间，与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I之间有且仅有一个二维透光针孔II；与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度大于位于该水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的水平孔径宽度；与每个一维图像元对应的一维透光针孔I以该一维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻一维透光针孔I之间的一维透光针孔II的中心与该水平相邻一维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；与每个二维图像元对应的二维透光针孔I以该二维图像元的中心为中心对称排列；位于水平相邻二维透光针孔I之间的二维透光针孔II的中心与该水平相邻二维透光针孔I的间隔的中心对应对齐；每个一维图像元发出的一部分光线经过偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I通过与该一维图像元对应的一维透光针孔II投射到成像空间，重建一维3D图像；每个一维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的一维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列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偏振复合针孔阵列I，且被偏振复合针孔阵列I调制成具有相同偏振方向的偏振光II，偏振光II通过与该二维图像元对应的二维透光针孔II投射到成像空间，重建二维3D图像；每个二维图像元发出的一部分光线通过与该图像元对应的二维透光针孔I，经过偏振复合针孔阵列II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分辨率3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，其特征在于，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1、二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2 、与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度a、偏振复合针孔阵列I的厚度s、偏振复合针孔阵列II的厚度t满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 830441DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure 747581DEST_PATH_IMAGE004
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
3.根据权利要求2所述的基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，其特征在于，二维透光针孔I的水平孔径宽度w 1与二维透光针孔II的水平孔径宽度w 2满足下式
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，p是二维图像元的节距，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，a是与每个二维图像元对应的水平相邻二维透光针孔I的间隔宽度。
4.根据权利要求1所述的基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，其特征在于，二维透光针孔I的垂直孔径宽度v 1与二维透光针孔II的垂直孔径宽度v 2满足下式
Figure 340368DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，p是二维图像元的节距，g是显示屏与偏振复合针孔阵列I的间距，s是偏振复合针孔阵列I的厚度，t是偏振复合针孔阵列II的厚度，d是偏振狭缝光栅I与偏振狭缝光栅II的间距。
5.根据权利要求1所述的基于双偏振复合针孔阵列的高分辨率3D显示装置，其特征在于，3D图像的水平分辨率为
Figure 735577DEST_PATH_IMAGE008
其中，n是每个二维图像元对应的二维透光针孔I的数目，m是复合图像元阵列水平方向上图像元的数目。
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