CN114815294A - 基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3d显示装置 - Google Patents

基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3d显示装置 Download PDF

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    • G02B30/32—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers characterised by the geometry of the parallax barriers, e.g. staggered barriers, slanted parallax arrays or parallax arrays of varying shape or size

Abstract

本发明公开了基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，显示屏用于显示复合图像元阵列；多个连续排列的图像元I与同一个偏振单元I对应对齐；多个连续排列的图像元II与同一个偏振单元II对应对齐；偏振单元I用于起偏图像元I发出的光线，偏振单元II用于起偏图像元II发出的光线；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中狭缝I的孔径宽度从中间到两边阶梯式减小；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中狭缝II的孔径宽度从中间到两边阶梯式增大；通过偏振眼镜I只能观看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到3D图像II；3D图像I和3D图像II的观看视角均与位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度成正比。

Description

基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示技术，更具体地说，本发明涉及一种基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置。
背景技术
现有的技术方案提出一种基于阶梯渐变孔径针孔阵列的双视3D显示装置，包括显示屏，偏振光栅，阶梯渐变孔径针孔阵列，偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏，偏振光栅和阶梯渐变孔径针孔阵列平行放置，且对应对齐；偏振光栅位于显示屏和阶梯渐变孔径针孔阵列之间，且与显示屏贴合；位于阶梯渐变孔径针孔阵列同一列的针孔的水平孔径宽度相同；位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的连续多列针孔的水平孔径宽度相同；阶梯渐变孔径针孔阵列中第i列针孔的水平孔径宽度H i 由下式计算得到
Figure 499356DEST_PATH_IMAGE002
其中，p是针孔的节距，a是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数，w是位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度，m是阶梯渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径针孔阵列的间距；偏振光栅由光栅单元I和光栅单元II在水平方向上交替排列组成，光栅单元I的偏振方向与光栅单元II的偏振方向正交；显示屏用于显示微图像阵列；微图像阵列包括图像元I和图像元II；图像元I和图像元II的节距均等于针孔的节距；多个在水平方向上连续排列的图像元I及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元I对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元II及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元II对应对齐；与同一个光栅单元I对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个光栅单元II对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的列数的一半；图像元I通过与其对应的光栅单元I和针孔重建出3D图像I；图像元II通过与其对应的光栅单元II和针孔重建出3D图像II；偏振眼镜I的偏振方向与光栅单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与光栅单元II的偏振方向相同；通过偏振眼镜I只能看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能看到3D图像II；3D图像I与3D图像II的水平观看视角相同；3D图像I与3D图像II的水平观看视角θ 1由下式计算得到
Figure 168235DEST_PATH_IMAGE004
。
由上式可知，3D图像I和3D图像II的水平观看视角均与阶梯渐变孔径针孔阵列中心的水平孔径宽度相同的连续多列针孔的水平孔径宽度成反比。
发明内容
本发明提出了基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I、阶梯渐变孔径狭缝光栅II、偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II依次平行放置；显示屏与偏振光栅贴合；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的水平宽度均相同；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的垂直宽度均相同；显示屏用于显示复合图像元阵列；复合图像元阵列包括图像元I和图像元II，如附图2所示；偏振光栅包括偏振单元I和偏振单元II，如附图3所示；偏振单元I与偏振单元II交替排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；多个连续排列的图像元I与同一个偏振单元I对应对齐；多个连续排列的图像元II与同一个偏振单元II对应对齐；偏振单元I用于起偏图像元I发出的光线，偏振单元II用于起偏图像元II发出的光线；阶梯渐变孔径狭缝光栅I由一系列狭缝I组成，如附图4所示；狭缝I的数目等于图像元I与图像元II的数目之和；阶梯渐变孔径狭缝光栅I用于光路调制；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的连续多列狭缝I的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中狭缝I的孔径宽度从中间到两边阶梯式减小；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中第i列狭缝I的孔径宽度w i 由下式计算得到
Figure 36965DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，a是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的孔径宽度，m是狭缝I的数目，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距，d是阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；
阶梯渐变孔径狭缝光栅II由一系列狭缝II组成，如附图5所示；阶梯渐变孔径狭缝光栅II用于成像；图像元I、图像元II、狭缝I和狭缝II的节距均相同；狭缝II的数目等于狭缝I的数目；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的连续多列狭缝II的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中狭缝II的孔径宽度从中间到两边阶梯式增大；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第i列狭缝II的孔径宽度v i 由下式计算得
Figure 791294DEST_PATH_IMAGE008
（2）
阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距d满足下式
Figure 528306DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，v 1是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第1列狭缝II的孔径宽度；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；偏振眼镜I和偏振眼镜II用于分离3D图像I和3D图像II；图像元I的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元II的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元I发出的一部分光线依次通过偏振单元I以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域I重建3D图像I；图像元II发出的一部分光线依次通过偏振单元II以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域II重建3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到3D图像II。
优选的，图像元I的数目等于图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目均相同；每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目均相同；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数的一半；偏振单元I的节距q由下式计算得到
Figure 51691DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，p是狭缝I的节距。
优选的，在最佳观看距离处，3D图像I的观看视角θ 1和3D图像II的观看视角θ 2为
Figure 356902DEST_PATH_IMAGE014
（5）
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，
Figure 598527DEST_PATH_IMAGE016
是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第
Figure 873651DEST_PATH_IMAGE018
列狭缝II的孔径宽度，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；3D图像I和3D图像II的观看视角均与位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度成正比。
附图说明
附图1为本发明的示意图
附图2为本发明的复合图像元阵列的示意图
附图3为本发明的偏振光栅的示意图
附图4为本发明的阶梯渐变孔径狭缝光栅II的示意图
附图5为本发明的阶梯渐变孔径狭缝光栅III的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 显示屏，2. 复合偏振片，3. 阶梯渐变孔径狭缝光栅II，4. 阶梯渐变孔径狭缝光栅III，5. 偏振眼镜I，6. 偏振眼镜II，7. 图像元I，8. 图像元II，9. 偏振单元I，10. 偏振单元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。
本发明提出了基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I、阶梯渐变孔径狭缝光栅II、偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II依次平行放置；显示屏与偏振光栅贴合；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的水平宽度均相同；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的垂直宽度均相同；显示屏用于显示复合图像元阵列；复合图像元阵列包括图像元I和图像元II，如附图2所示；偏振光栅包括偏振单元I和偏振单元II，如附图3所示；偏振单元I与偏振单元II交替排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；多个连续排列的图像元I与同一个偏振单元I对应对齐；多个连续排列的图像元II与同一个偏振单元II对应对齐；偏振单元I用于起偏图像元I发出的光线，偏振单元II用于起偏图像元II发出的光线；阶梯渐变孔径狭缝光栅I由一系列狭缝I组成，如附图4所示；狭缝I的数目等于图像元I与图像元II的数目之和；阶梯渐变孔径狭缝光栅I用于光路调制；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的连续多列狭缝I的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中狭缝I的孔径宽度从中间到两边阶梯式减小；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中第i列狭缝I的孔径宽度w i 由下式计算得到
Figure 517121DEST_PATH_IMAGE006
（1）
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，a是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的孔径宽度，m是狭缝I的数目，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距，d是阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；
阶梯渐变孔径狭缝光栅II由一系列狭缝II组成，如附图5所示；阶梯渐变孔径狭缝光栅II用于成像；图像元I、图像元II、狭缝I和狭缝II的节距均相同；狭缝II的数目等于狭缝I的数目；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的连续多列狭缝II的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中狭缝II的孔径宽度从中间到两边阶梯式增大；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第i列狭缝II的孔径宽度v i 由下式计算得
Figure 852288DEST_PATH_IMAGE008
（2）
阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距d满足下式
Figure 456576DEST_PATH_IMAGE010
（3）
其中，v 1是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第1列狭缝II的孔径宽度；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；偏振眼镜I和偏振眼镜II用于分离3D图像I和3D图像II；图像元I的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元II的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元I发出的一部分光线依次通过偏振单元I以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域I重建3D图像I；图像元II发出的一部分光线依次通过偏振单元II以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域II重建3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到3D图像II。
优选的，图像元I的数目等于图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目均相同；每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目均相同；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数的一半；偏振单元I的节距q由下式计算得到
Figure 535390DEST_PATH_IMAGE012
（4）
其中，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，p是狭缝I的节距。
优选的，在最佳观看距离处，3D图像I的观看视角θ 1和3D图像II的观看视角θ 2为
Figure 33368DEST_PATH_IMAGE014
（5）
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，
Figure 706748DEST_PATH_IMAGE016
是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第
Figure 657386DEST_PATH_IMAGE018
列狭缝II的孔径宽度，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；3D图像I和3D图像II的观看视角均与位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度成正比。
狭缝I的节距是10mm，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数是6，位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的孔径宽度是5.2mm，显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距是10mm，阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距是6mm，狭缝I的数目是12，最佳观看距离是990mm，则由式（1）计算得到阶梯渐变孔径狭缝光栅I中第1~12狭缝I的孔径宽度分别是4.52mm、4.52mm、4.52mm、5.2mm、5.2mm、5.2mm、5.2mm、5.2mm、5.2mm、4.52mm、4.52mm、4.52mm；由式（2）计算得到阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第1~12狭缝II的孔径宽度分别是3.7mm、3.7mm、3.7mm、2mm、2mm、2mm、2mm、2mm、2mm、3.7mm、3.7mm、3.7mm；由式（4）计算得到，偏振单元I的节距是30mm；由式（5）计算得到，3D图像I和3D图像II的观看视角均为62°。在基于上述参数的现有技术方案中，3D图像I和3D图像II的观看视角均为43°。

Claims (3)

1.基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，其特征在于，包括显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I、阶梯渐变孔径狭缝光栅II、偏振眼镜I和偏振眼镜II；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II依次平行放置；显示屏与偏振光栅贴合；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的水平宽度均相同；显示屏、偏振光栅、阶梯渐变孔径狭缝光栅I和阶梯渐变孔径狭缝光栅II的垂直宽度均相同；显示屏用于显示复合图像元阵列；复合图像元阵列包括图像元I和图像元II；偏振光栅包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I与偏振单元II交替排列；偏振单元I的偏振方向与偏振单元II的偏振方向正交；多个连续排列的图像元I与同一个偏振单元I对应对齐；多个连续排列的图像元II与同一个偏振单元II对应对齐；偏振单元I用于起偏图像元I发出的光线，偏振单元II用于起偏图像元II发出的光线；阶梯渐变孔径狭缝光栅I由一系列狭缝I组成；狭缝I的数目等于图像元I与图像元II的数目之和；阶梯渐变孔径狭缝光栅I用于光路调制；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的连续多列狭缝I的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中狭缝I的孔径宽度从中间到两边阶梯式减小；阶梯渐变孔径狭缝光栅I中第i列狭缝I的孔径宽度w i 由下式计算得到
Figure 233944DEST_PATH_IMAGE002
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，a是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的孔径宽度，m是狭缝I的数目，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距，d是阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；阶梯渐变孔径狭缝光栅II由一系列狭缝II组成；阶梯渐变孔径狭缝光栅II用于成像；图像元I、图像元II、狭缝I和狭缝II的节距均相同；狭缝II的数目等于狭缝I的数目；位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的连续多列狭缝II的孔径宽度相同；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中狭缝II的孔径宽度从中间到两边阶梯式增大；阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第i列狭缝II的孔径宽度v i 由下式计算得
Figure 151085DEST_PATH_IMAGE004
阶梯渐变孔径狭缝光栅I与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距d满足下式
Figure 806188DEST_PATH_IMAGE006
其中，v 1是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第1列狭缝II的孔径宽度；偏振眼镜I的偏振方向与偏振单元I的偏振方向相同，偏振眼镜II的偏振方向与偏振单元II的偏振方向相同；偏振眼镜I和偏振眼镜II用于分离3D图像I和3D图像II；图像元I的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元II的中心与对应狭缝I和狭缝II的中心对应对齐；图像元I发出的一部分光线依次通过偏振单元I以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域I重建3D图像I；图像元II发出的一部分光线依次通过偏振单元II以及对应的狭缝I和狭缝II投射到成像区域II重建3D图像II；通过偏振眼镜I只能观看到3D图像I，通过偏振眼镜II只能观看到3D图像II。
2.根据权利要求1所述的基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，其特征在于，图像元I的数目等于图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目均相同；每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目均相同；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于每个偏振单元II对应的连续排列的图像元II的数目；每个偏振单元I对应的连续排列的图像元I的数目等于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数的一半；偏振单元I的节距q由下式计算得到
Figure 201397DEST_PATH_IMAGE008
其中，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，p是狭缝I的节距。
3.根据权利要求2所述的基于双阶梯渐变孔径狭缝光栅的双视3D显示装置，其特征在于，在最佳观看距离处，3D图像I的观看视角θ 1和3D图像II的观看视角θ 2为
Figure 15769DEST_PATH_IMAGE010
（5）
其中，p是狭缝I的节距，n是位于阶梯渐变孔径狭缝光栅I中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝I的列数，
Figure 838232DEST_PATH_IMAGE012
是阶梯渐变孔径狭缝光栅II中第
Figure 983561DEST_PATH_IMAGE014
列狭缝II的孔径宽度，l是最佳观看距离，g是显示屏与阶梯渐变孔径狭缝光栅II的间距；3D图像I和3D图像II的观看视角均与位于阶梯渐变孔径狭缝光栅II中间的孔径宽度相同的连续多列狭缝的孔径宽度成正比。
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