CN113741052A - 基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率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偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,包括显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度大于位于该相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的孔径宽度;每个图像元发出的一部分光线经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I,且被阶梯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,重建3D图像;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,经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II投射到成像空间,重建3D图像;重建的3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和宽视角的3D图像。
Description
技术领域
本发明涉及3D显示,更具体地说,本发明涉及基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率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。现有技术方案采用阶梯渐变节距针孔阵列减小节距变化次数,从而降低传统渐变节距针孔阵列的制造难度和成本。阶梯渐变节距针孔阵列中同一列针孔的水平节距均相同;阶梯渐变节距针孔阵列中针孔的垂直节距均相同;位于阶梯渐变节距针孔阵列中间的连续多列针孔的水平节距相同;阶梯渐变节距针孔阵列的水平节距从中心到左右两边逐渐增大。基于阶梯渐变节距针孔阵列的集成成像3D显示具有观看视角较宽等优点。但是,上述技术方案仍然存在分辨率不足的问题。
发明内容
本发明提出了基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,如附图1所示,其特征在于,包括显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II;显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置;显示屏用于显示阶梯渐变节距图像元阵列;位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的连续多个图像元的节距均相同;阶梯渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边阶梯式增大;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I,如附图2所示;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II,如附图3所示;与同一个图像元对应的透光狭缝II位于与该图像元对应的相邻透光狭缝I之间,与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I之间有且仅有一个透光狭缝II;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度大于位于该相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的孔径宽度;每个图像元发出的一部分光线经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I,且被阶梯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,重建3D图像;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,经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II投射到成像空间,重建3D图像;重建的3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和宽视角的3D图像。
优选的,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。
优选的,与同一个图像元对应的多个透光狭缝I以该图像元的中心为中心对称排列;位于相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的中心与该相邻透光狭缝I的间隔的中心对应对齐。
优选的,与同一个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度均相同,与同一个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度均相同;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度均相同。
优选的,与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度w i 、与第i个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度v i 满足下式
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是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯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w i 、与第i个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度v i 满足下式
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 与第i+b个图像元的节距p i+b 满足下式:
其中,b是位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的节距相同的连续多个图像元的数目,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,l是观看距离,g是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的, 3D显示装置的观看视角θ为
其中,m是图像元的数目,是第个图像元的节距,b是位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的节距相同的连续多个图像元的数目,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是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的,3D显示装置的水平分辨率r为
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。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的示意图
附图3为本发明的阶梯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. 阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I,3. 阶梯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。
本发明提出了基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,如附图1所示,其特征在于,包括显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II;显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置;显示屏用于显示阶梯渐变节距图像元阵列;位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的连续多个图像元的节距均相同;阶梯渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边阶梯式增大;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I,如附图2所示;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II,如附图3所示;与同一个图像元对应的透光狭缝II位于与该图像元对应的相邻透光狭缝I之间,与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I之间有且仅有一个透光狭缝II;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度大于位于该相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的孔径宽度;每个图像元发出的一部分光线经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I,且被阶梯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,重建3D图像;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,经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II投射到成像空间,重建3D图像;重建的3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和宽视角的3D图像。
优选的,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。
优选的,与同一个图像元对应的多个透光狭缝I以该图像元的中心为中心对称排列;位于相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的中心与该相邻透光狭缝I的间隔的中心对应对齐。
优选的,与同一个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度均相同,与同一个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度均相同;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度均相同。
优选的,与第i个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度w i 、与第i个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度v i 满足下式
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是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯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w i 、与第i个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度a i 、与第i个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度v i 满足下式
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 与第i+b个图像元的节距p i+b 满足下式:
其中,b是位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的节距相同的连续多个图像元的数目,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,l是观看距离,g是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的, 3D显示装置的观看视角θ为
其中,m是图像元的数目,是第个图像元的节距,b是位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的节距相同的连续多个图像元的数目,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是显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距,d是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距,s是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度,t是阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度。
优选的,3D显示装置的水平分辨率r为
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。
图像元的数目是6,第3个图像元的节距是8mm,单个图像元对应的透光狭缝I的数目是2,位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的节距相同的连续多个图像元的数目是2,显示屏与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距是2mm,阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度是1mm,阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度是1.6mm,观看距离是81.4mm,则由式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)计算得到阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距是0.2mm;第1~6个图像元的节距分别是9.6mm、9.6mm、8mm、8mm、9.6mm和9.6mm;与第1~6个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度分别是1.2mm、1.2mm、1mm、1mm、1.2mm和1.2mm;与第1~6个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度分别是2.4mm、2.4mm、2mm、2mm、2.4mm和2.4mm;与第1~6个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度分别是1.9mm、1.9mm、1.6mm、1.6mm、1.9mm和1.9mm;由式(6)计算得到3D显示装置的观看视角是86°,由式(7)计算得到3D显示装置的水平分辨率是18。
Claims (9)
1.基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,其特征在于,包括显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II;显示屏、阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I和阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II依次平行放置;显示屏用于显示阶梯渐变节距图像元阵列;位于阶梯渐变节距图像元阵列中间的连续多个图像元的节距均相同;阶梯渐变节距图像元阵列中图像元的节距从中间到两边阶梯式增大;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I与阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II的偏振方向正交;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I带有透光狭缝I;阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II带有透光狭缝II;与同一个图像元对应的透光狭缝II位于与该图像元对应的相邻透光狭缝I之间,与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I之间有且仅有一个透光狭缝II;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度大于位于该相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的孔径宽度;每个图像元发出的一部分光线经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅I,且被阶梯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,重建3D图像;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,经过阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅II投射到成像空间,重建3D图像;重建的3D图像在观看区域合并成一个高分辨率和宽视角的3D图像。
2.根据权利要求1所述的基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,其特征在于,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。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,其特征在于,与同一个图像元对应的多个透光狭缝I以该图像元的中心为中心对称排列;位于相邻透光狭缝I之间的透光狭缝II的中心与该相邻透光狭缝I的间隔的中心对应对齐。
4.根据权利要求3所述的基于阶梯渐变孔径偏振狭缝光栅的高分辨率3D显示装置,其特征在于,与同一个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度均相同,与同一个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度均相同;与同一个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度均相同。
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