CN113741054A - 高分辨率和宽视角的3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高分辨率和宽视角的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；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，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

高分辨率和宽视角的3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及高分辨率和宽视角的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狭缝光栅实现高分辨率和宽视角的集成成像3D显示：渐变狭缝光栅包含多组子狭缝光栅；每组子狭缝光栅中狭缝的数目等于图像元阵列中图像元的数目；在每组子狭缝光栅中，狭缝的节距和孔径宽度均从中间到两边逐渐增大；与同一图像元对应的多个狭缝的节距均等于该图像元的节距；与同一图像元对应的多个狭缝的孔径宽度均相同；与同一图像元对应的多个狭缝的间距均相同；与同一图像元对应的多个狭缝以该图像元的中心为中心对称；图像元阵列分别通过多组子狭缝光栅重建多个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
本发明提出了高分辨率和宽视角的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；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；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；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；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；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；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；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；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；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
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）
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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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，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，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
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，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，m是图像元的数目，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是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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，3D显示装置的观看视角θ为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，m是图像元的数目，
Figure 311322DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 980200DEST_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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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， 3D显示装置的水平分辨率r为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（7）
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。
本发明提出了高分辨率和宽视角的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；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；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；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；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；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；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；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；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；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
Figure 848930DEST_PATH_IMAGE002
（1）
Figure 603260DEST_PATH_IMAGE004
（2）
Figure 340272DEST_PATH_IMAGE006
（3）
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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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，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，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
Figure 863657DEST_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 168867DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，
Figure 410493DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 685616DEST_PATH_IMAGE014
个图像元的节距，m是图像元的数目，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是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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，3D显示装置的观看视角θ为
Figure 329087DEST_PATH_IMAGE016
（6）
其中，m是图像元的数目，
Figure 664254DEST_PATH_IMAGE012
是第
Figure 268542DEST_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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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， 3D显示装置的水平分辨率r为
Figure 222722DEST_PATH_IMAGE018
（7）
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5，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，渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II的间距是0.2mm，观看距离是80.2mm，渐变孔径偏振狭缝光栅I的厚度是1mm，渐变孔径偏振狭缝光栅II的厚度是1.6mm，则由式（1）、（2）、（3）、（4）和（5）计算得到显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距是2mm；第1~5个图像元的节距分别是9.6mm、8.8mm、8mm、8.8mm和9.6mm；与第1~5个图像元对应的透光狭缝I的孔径宽度分别是1.2mm、1.1mm、1mm、1.1mm和1.2mm；与第1~5个图像元对应的相邻透光狭缝I的间隔宽度分别是2.4mm、2.2mm、2mm、2.2mm和2.4mm；与第1~5个图像元对应的透光狭缝II的孔径宽度分别是1.9mm、1.7mm、1.6mm、1.7mm和1.9mm；由式（6）计算得到3D显示装置的观看视角是90°；由式（7）计算得到3D显示装置的水平分辨率是15。

Claims (5)

1.高分辨率和宽视角的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；显示屏用于显示渐变节距图像元阵列；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；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；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；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；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；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；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；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
Figure 853924DEST_PATH_IMAGE001
Figure 646431DEST_PATH_IMAGE002
Figure 426168DEST_PATH_IMAGE003
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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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，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所述的高分辨率和宽视角的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
Figure 821377DEST_PATH_IMAGE004
其中，n是单个图像元对应的透光狭缝I的数目。
3.根据权利要求1所述的高分辨率和宽视角的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 635749DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 458212DEST_PATH_IMAGE007
是第
Figure 600611DEST_PATH_IMAGE008
个图像元的节距，m是图像元的数目，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是显示屏与渐变孔径偏振狭缝光栅I的间距，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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。
4.根据权利要求3所述的高分辨率和宽视角的3D显示装置，其特征在于，3D显示装置的观看视角θ为
Figure 799511DEST_PATH_IMAGE009
其中，m是图像元的数目，
Figure 468390DEST_PATH_IMAGE007
是第
Figure 461754DEST_PATH_IMAGE008
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，d是渐变孔径偏振狭缝光栅I与渐变孔径偏振狭缝光栅II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1所述的高分辨率和宽视角的3D显示装置，其特征在于，3D显示装置的水平分辨率r为
Figure 91450DEST_PATH_IMAGE010
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。
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