CN118011655A - 基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，该装置由2D显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置构成。2D显示面板用于显示双视复合图像阵列，双视复合图像阵列的复合图像元由来自两个不同立体场景的两组子图像元构成。掩膜板阵列每个掩膜单元包含透光区和挡光区用于透过有效光线和阻挡串扰光线。双针孔阵列的每个双针孔单元中心等间距设置两个子针孔用于投射有效光线成像。双视复合图像阵列通过掩膜板阵列透光区的透过作用和挡光区的遮挡作用并匹配双针孔阵列成像，使得复合图像元中的两组子图像元在观察区形成不同立体场景，实现无串扰双视集成成像立体显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及集成成像立体显示技术，具体地，本发明涉及一种无串扰双视集成成像立体显示装置。
背景技术
双视显示是指在一个显示器上同时显示两个不同的画面，使观看者在不同方向上能看到不同的显示图像，从而实现在一个显示器上同时满足多个观看者的不同需求。双视显示作为近年来出现的一种新型显示技术有着广泛的应用需求，比如在车载显示中，利用双视显示可以给主驾驶位的驾驶员显示导航信息，同时给副驾驶位的乘客显示影视节目。在家庭影院中，家长可以收看体育赛事，同时旁边的儿童可以收看影视节目。在医疗手术操作过程中，医生可以在手术过程中看到病人的状态信息，同时护士可以检查病人的历史数据。
集成成像显示技术作为最有前途的三维显示技术之一，具有连续视点、无视觉疲劳等优点，给观众带来了生动的视觉体验，并已成为显示技术的重要组成部分，双视显示与集成成像的结合越来越受到研究者的重视。研究人员针对双视集成成像显示提出了多种技术方案，但大多都以损失时间分辨率为代价，并使用电控设备同步切换，达到显示信息的同步转换，通常结构设计较为复杂并且存在串扰现象。
发明内容
本发明提出一种基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置。该装置由2D（二维，two-dimensional）显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列构成；2D显示面板用于显示双视复合图像阵列，掩膜板阵列用于透过2D显示面板发出的有效成像光线和阻挡2D显示面板发出的串扰光线，双针孔阵列用于投射双视复合图像阵列的光线成像。2D显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置，2D显示面板与掩膜板阵列的距离为l，2D显示面板与双针孔阵列的距离为g。
双视复合图像阵列中每个复合图像元节距为P 1，复合图像元包含两组子图像元，分别为来自立体场景1的子图像元1和来自立体场景2的子图像元2。
掩膜板阵列中每个掩膜单元节距为P 2，掩膜单元包含中心的透光区和四周的挡光区，透光区是宽度为w的正方形，相邻掩膜单元透光区之间的间隔为挡光区，挡光区宽度为b。透光区用于透过2D显示面板向双针孔阵列投射的有效成像光线，挡光区用于阻挡2D显示面板向双针孔阵列投射的串扰光线。
双针孔阵列的每个双针孔单元节距为P 2，双针孔单元内等间距地设置了两个子针孔，分别为子针孔1和子针孔2。双针孔阵列用于投射由2D显示面板发出的并且透过掩膜板阵列透光区后的光线。
在观看距离L处，复合图像元的节距P 1与双针孔单元的节距P 2满足：
P 2 (l+g/L)=P 1 ， （1）
同时，2D显示面板与掩膜板阵列的距离l和2D显示面板与双针孔阵列的距离g满足：
l=2P 1 g/(P 2 +2P 1 )， （2）
为实现有效光线透过掩膜板阵列透光区，且串扰光线被掩膜板阵列挡光区全部阻挡，透光区宽度w和挡光区宽度b应满足：
b=w=3P 1(g-l)/2g。 （3）
所述基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置原理如附图5所示，复合图像元中的子图像元1透过掩膜单元透光区后的光线，经双针孔单元的子针孔1和子针孔2分别成像，在观察区形成两组相同的立体场景1的观看视区。复合图像元中的子图像元2向子针孔1投射的光线中，成像在立体场景1观看视区左侧的光线为有效光线，能透过掩膜单元透光区形成左侧立体场景2的观看视区，而与立体场景1观看视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区阻挡。复合图像元中的子图像元2向子针孔2投射的光线中，成像在立体场景1观看视区右侧的光线为有效光线，能透过掩膜单元透光区形成右侧立体场景2观看视区，与立体场景1观看视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区阻挡。由此，双视复合图像阵列经双针孔阵列成像并匹配掩膜板阵列透光区的透过作用和挡光区的遮挡作用，使得复合图像元中的子图像元1在观察区中心形成两组立体场景1的观看视区，复合图像元中的子图像元2在观察区左右两侧分别形成立体场景2的观看视区，实现无串扰双视集成成像立体显示效果。
可选的，将所述装置旋转90°，同样适用于垂直方向的上下双视集成成像立体显示。
可选的，掩膜板阵列由高分辨率打印的菲林胶片与高透过率光学基板紧密贴合制备而成。
可选的，双针孔阵列可用双透镜阵列替代。
本发明提出一种基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，利用双针孔阵列成像形成两组立体场景的集成成像显示效果，对应匹配的掩膜板阵列有效阻挡光线间的串扰，实现无串扰的双视集成成像立体显示效果。
附图说明
图1为本发明的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置结构示意图。
图2为本发明的掩膜板阵列示意图。
图3为本发明的双针孔阵列示意图。
图4为本发明的双视复合图像阵列示意图。
图5为本发明实现无串扰双视集成成像立体显示的原理示意图。
图标：100-2D显示面板；200-掩膜板阵列；210-掩膜单元；211--掩膜单元透光区；212--掩膜单元挡光区；300-双针孔阵列；310-双针孔单元；311-子针孔1；312-子针孔2；400-双视复合图像阵列；410-复合图像元；411-子图像元1；412-子图像元2；510-串扰光线；520-有效光线；610-立体场景1观看视区；620-立体场景2观看视区。
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
如图1所述为本实施例提供的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置结构示意图，该基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置由2D显示面板100、掩膜板阵列200、双针孔阵列构成300。2D显示面板用于显示集成成像双视复合图像阵列400，掩膜板阵列用于阻挡串扰光线510和透过有效光线520，双针孔阵列用于有效光线520集成成像。2D显示面板100、掩膜板阵列200、双针孔阵列300从后至前依次中心对齐平行放置，2D显示面板与掩膜板阵列的距离为3.1mm，2D显示面板与双针孔阵列的距离为4.7mm。
图2为本发明的掩膜板阵列200示意图，掩膜板阵列200包含160×90个掩膜单元210，掩膜单元210节距为3.718mm，每个掩膜单元210包含中心的透光区211和四周的挡光区212，透光区211是宽度为1.859mm的正方形，相邻掩膜单元的透光区间隔为1.859mm，透光区211用于透过2D显示面板100向双针孔阵列300投射的有效光线520，挡光区312用于阻挡2D显示面板向双针孔阵列300投射的串扰光线510。
图3为本发明的双针孔阵列300示意图，双针孔阵列300包含160×90个双针孔单元310，双针孔单元310节距为3.718mm，每个双针孔单元310中心等间距设置两个子针孔，分别为子针孔1 311和子针孔2 312。双针孔阵列300用于投射由2D显示面板100发出的并且透过掩膜板阵列200后的光线成像。
图4为本发明的双视复合图像阵列400示意图，2D显示面板100采用冠捷AOC270LM00049型4K显示屏单个像素尺寸宽度为0.1554mm，双视复合图像阵列包含160×90个复合图像元410，每个复合图像元410由子图像元1 411和子图像元2 412构成，复合图像元410节距为3.7296mm，子图像元1 411和子图像元2 412宽度均为1.8648mm。
图5为本发明实现无串扰双视集成成像立体显示的原理示意图，复合图像元410中的子图像元1 411透过掩膜单元透光区211后的光线经双针孔单元310的子针孔1 311和子针孔2 312分别成像，在观察区中心形成两组相同的立体场景1的观看视区610。子图像元2412向子针孔1 311投射的光线中，成像在立体场景1观看视区610左侧的部分光线为有效光线520，与立体场景1观看视区610重叠部分的光线为串扰光线510。有效光线520能透过掩膜单元透光区211在立体场景1观看视区610左侧形成立体场景2观看视区620，串扰光线510被掩膜单元挡光区212阻挡。子图像元2 412向子针孔2 312投射的光线中，成像在立体场景1观看视区610右侧的部分光线为有效光线520，与立体场景1观看视区610重叠部分光线为串扰光线510。有效成像光线520能透过掩膜单元透光区211在立体场景1观看视区610右侧形成立体场景2观看视区620，串扰光线510被掩膜单元挡光区212阻挡。
由此，双视复合图像阵列400匹配掩膜板阵列200对有效光线520的透过作用和对串扰光线510的遮挡作用，经双针孔阵列300成像，使得复合图像元410中的子图像元1 411在观察区中心形成两组立体场景1观看视区610，复合图像元410中的子图像元2 412在观察区左右两侧形成立体场景2观看视区620，实现无串扰的双视集成成像立体显示效果。
Claims (5)
1.基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，其特征在于：所述基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置由2D显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列构成；所述2D显示面板用于显示双视复合图像阵列，所述双视复合图像阵列中每个复合图像元节距为P 1，所述复合图像元包含两组子图像元，分别为来自立体场景1的子图像元1和来自立体场景2的子图像元2构成；所述掩膜板阵列用于透过2D显示面板发出的有效成像光线和阻挡2D显示面板发出的串扰光线，所述掩膜板阵列每个掩膜单元节距为P 2，所述掩膜单元包含中心的透光区和四周的挡光区，所述透光区是宽度为w的正方形，用于透过2D显示面板发出的有效成像光线，所述挡光区宽度为b，用于阻挡2D显示面板发出的串扰光线；所述双针孔阵列每个双针孔单元节距为P 2，所述双针孔单元中心等间距设置两个子针孔，分别为子针孔1和子针孔2，所述子针孔1和子针孔2用于投射由2D显示面板发出的并且通过所述掩膜板阵列透光区后的光线成像；所述2D显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置，所述2D显示面板与所述掩膜板阵列的距离为l，所述2D显示面板与所述双针孔阵列的距离为g。
2.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，其特征在于：在观看距离L处，所述复合图像元的节距P 1 与所述双针孔单元的节距P 2 满足P 2(l+g/L)=P 1 ，所述2D显示面板与所述掩膜板阵列的距离l和所述2D显示面板与所述双针孔阵列的距离g满足l=2P 1 g/(P 2 +2P 1 )，所述掩膜单元的透光区宽度w和挡光区宽度b应满足：b=w=3P 1 (g-l)/2g。
3.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，其特征在于：复合图像元中的子图像元1透过掩膜单元透光区后的光线，经双针孔单元的子针孔1和子针孔2分别成像，在观察区形成两组相同的立体场景1的观看视区；复合图像元中的子图像元2向子针孔1投射的光线中，成像在立体场景1观看视区左侧的光线为有效光线，能透过掩膜单元透光区形成左侧立体场景2的观看视区，而与立体场景1观看视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区阻挡；复合图像元中的子图像元2向子针孔2投射的光线中，成像在立体场景1观看视区右侧的光线为有效光线，能透过掩膜单元透光区形成右侧立体场景2观看视区，与立体场景1观看视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区阻挡。
4.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，其特征在于：所述双针孔阵列可用相同节距的双透镜阵列替代。
5.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的无串扰双视集成成像立体显示装置，其特征在于：将所述结构旋转90°同样适用于垂直方向的上下双视集成成像立体显示。
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