CN205301719U - 一种宽视角集成成像3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宽视角集成成像3D显示装置，其渐变孔径针孔阵列中任意一列的针孔的水平节距相同，且渐变孔径针孔阵列的水平孔径宽度从中间到两边逐渐增大，使得微图像阵列中的图像元通过渐变孔径针孔阵列中的针孔重建3D视区的水平宽度从中间到两边逐渐增大，从而增大所有图像元重建3D视区的公共区域的水平宽度，实现了比现有技术中的基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示装置有着更宽的集成成像3D显示视角。

Description

一种宽视角集成成像3D显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种集成成像3D显示装置，特别是一种宽视角集成成像3D显示装置。

背景技术

集成成像3D显示装置利用了光路可逆原理，通过针孔阵列或者微透镜阵列将3D场景的立体信息记录到图像记录设备上，生成微图像阵列，然后把该微图像阵列显示于2D显示屏上，透过针孔阵列或者微透镜阵列重建出原3D场景的立体图像。与基于微透镜阵列的集成成像3D显示装置相比，基于针孔阵列的集成成像3D显示装置具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。

如图1所示，在传统的基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示装置中，第一偏振光栅使得通过它的光变为具有不同偏振方向的线偏振光，而第二偏振光栅对线偏振光具有调制作用，使得2D显示屏上的每个图像元透过该图像元对应的针孔重建出3D场景，且其他列的图像元不能透过该针孔，从而实现了基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示。但是，该3D显示装置仍然存在观看视角较窄等缺点。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的在于克服现有3D显示装置仍然存在观看视角较窄的问题，提供一种有着更宽的集成成像3D显示视角的宽视角集成成像3D显示装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种宽视角集成成像3D显示装置，包括：用于显示微图像阵列的2D显示屏、渐变孔径针孔阵列、第一偏振光栅和第二偏振光栅；

所述第一偏振光栅与2D显示屏贴合，第二偏振光栅与渐变孔径针孔阵列贴合；所述第一偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第一偏振光栅中栅线单元的数目与微图像阵列水平方向上图像元的数目相等，第一偏振光栅中栅线单元的水平宽度与微图像阵列中图像元的水平宽度相等；

所述第二偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第二偏振光栅中栅线单元的数目与渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目相等，第二偏振光栅中栅线单元的水平宽度与渐变孔径针孔阵列中针孔的水平宽度相等；

在所述渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平节距相同，且渐变孔径针孔阵列的水平孔径宽度从中间到两边逐渐增大；微图像阵列中的图像元通过渐变孔径针孔阵列中的针孔重建3D视区的水平宽度从中间到两边逐渐增大。

作为本实用新型的优选方案，每一个图像元对应的第一偏振光栅中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的针孔对应的第二偏振光栅中栅线单元的偏振方向相同，第一偏振光栅使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，第二偏振光栅对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列中每个图像元透过该图像元对应的针孔重建出正常3D图像，且水平方向上与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔。

作为本实用新型的优选方案，所述微图像阵列与渐变孔径针孔阵列均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g＝5mm，图像元的水平宽度为p＝4.25mm，位于中心位置的针孔的水平孔径宽度为w＝0.075mm，观看距离l＝500mm，则第1～30列针孔的水平孔径宽度分别为0.25mm、0.2375mm、0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm、0.125mm、0.1125mm、0.1mm、0.0875mm、0.075mm、0.075mm、0.0875mm、0.1mm、0.1125mm、0.125mm、0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、0.225mm、0.2375mm、0.25mm，集成成像3D显示装置的水平观看视角θ为54°。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

提供了一种宽视角集成成像3D显示装置，其渐变孔径针孔阵列中任意一列的针孔的水平节距相同，且渐变孔径针孔阵列中针孔的水平孔径宽度从中间到两边逐渐增大，使得微图像阵列中的图像元通过渐变孔径针孔阵列中的针孔重建3D视区的水平宽度从中间到两边逐渐增大，从而增大所有图像元重建3D视区的公共区域的水平宽度，实现了比现有技术中的基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示装置有着更宽的集成成像3D显示视角。

附图说明

图1为现有的基于渐变孔径针孔阵列的集成成像3D显示中水平方向上相邻图像元串扰示意图

图2为本实用新型的集成成像3D显示装置的结构示意图。

图3为本实用新型的渐变孔径针孔阵列的结构示意图。

图4为本实用新型的集成成像3D显示装置的水平观看视角示意图。

图中标记：1-2D显示屏，2-针孔阵列，3-图像元，4-第一偏振光栅，5-第二偏振光栅，6-渐变孔径针孔阵列。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实用新型提供的一种宽视角集成成像3D显示装置，增大了所有图像元重建3D视区的公共区域的水平宽度，实现了宽视角集成成像3D显示。

而参看图1所示的传统的基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示装置，其中第一偏振光栅4使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而第二偏振光栅对偏振光具有调制作用，使得2D显示屏1上的每个图像元3透过该图像元对应的针孔重建出3D场景，且其他列的图像元不能透过该针孔，从而实现了基于偏振光栅的无串扰集成成像3D显示。在观看距离l处，该3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\θ}=2arctan\[\frac{p+w}{2g}-\frac{(m-1)p}{2l}\]$

其中，w为针孔的水平孔径宽度，p为图像元3的水平宽度，g为2D显示屏1与针孔阵列2的距离，m为微图像阵列水平方向上的图像元的数目。但是，该3D显示装置仍然存在观看视角较窄等缺点。

本实施例所示出的一种宽视角集成成像3D显示装置，参看图2，包括：用于显示微图像阵列的2D显示屏1，渐变孔径针孔阵列6，第一偏振光栅5和第二偏振光栅5。第一偏振光栅4与2D显示屏1紧密贴合，第二偏振光栅5与渐变孔径针孔阵列6紧密贴合。

第一偏振光栅4由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交。第二偏振光栅5由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交。第一偏振光栅4的栅线单元的数目与微图像阵列水平方向上的图像元3的数目相等，第一偏振光栅4的栅线单元的水平宽度与微图像阵列的图像元3的水平宽度相等。

第二偏振光栅5的栅线单元的数目与渐变孔径针孔阵列6水平方向上的针孔的数目相等，第二偏振光栅5的栅线单元的水平宽度与渐变孔径针孔阵列6中针孔的水平宽度相等。

每一个图像元3对应的第一偏振光栅4中栅线单元的偏振方向与该图像元3对应的针孔对应的第二偏振光栅5中栅线单元的偏振方向相同。第一偏振光栅4使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而第二偏振光栅5对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列中的图像元3透过该图像元对应的针孔重建出3D场景，且其他列的图像元不能透过该针孔，从而消除了水平方向上相邻图像元之间的串扰。

具体的，参看图3、图4，在所述渐变孔径针孔阵列6中，任意一列的针孔的水平节距相同，且渐变孔径针孔阵列6中针孔的水平孔径宽度从中间到两边逐渐增大；微图像阵列中的图像元通过渐变孔径针孔阵列6中的针孔重建3D视区的水平宽度从中间到两边逐渐增大，从而增大所有图像元重建3D视区的公共区域的水平宽度，实现了宽视角集成成像3D显示。

具体的，所述渐变孔径针孔阵列6中第i列针孔的水平孔径宽度W_i为：

$\left\{\begin{array}{cc}{W}_i=w+\frac{2gp}{l+g}\&lsqb;ceil\left(\frac{m}{2}\right)-i\&rsqb;& 1\&le;i\&le;\frac{m}{2}\\ W_i=w+\frac{2gp}{l+g}\&lsqb;i-floor\left(\frac{m}{2}\right)-1\&rsqb;& \frac{m}{2}<i\&le;m\end{array}\right.$

其中，w为位于中心位置的针孔的水平孔径宽度，p为图像元的水平宽度，g为2D显示屏1与渐变孔径针孔阵列6的距离，m为微图像阵列水平方向上图像元的数目，l为观看距离，i是小于或等于m的正整数。

具体的，在最佳观看距离l处，本实用新型所述的集成成像3D显示装置的水平观看视角θ为：

$\mathrm{\&theta;}=2arctan\left(\frac{p+w}{2g}\right)$

其中，w为位于中心位置的针孔的水平孔径宽度，p为图像元3的水平宽度，g为2D显示屏1与渐变孔径针孔阵列6的距离，m为微图像阵列水平方向上的图像元3的数目。

实际应用中，所述微图像阵列与针孔阵列2均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏1与渐变孔径针孔阵列6的间距为g＝5mm，图像元3的水平宽度为p＝4.25mm，位于中心位置的针孔的水平孔径宽度为w＝0.075mm。在观看距离l＝500mm处，则第1～30列针孔的水平孔径宽度分别为0.25mm、0.2375mm、0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm、0.125mm、0.1125mm、0.1mm、0.0875mm、0.075mm、0.075mm、0.0875mm、0.1mm、0.1125mm、0.125mm、0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、0.225mm、0.2375mm、0.25mm，

根据公式：

$\mathrm{\&theta;}=2arctan\left(\frac{p+w}{2g}\right)$

得到本实用新型集成成像3D显示装置的水平观看视角为54°；而基于上述参数的传统的无串扰集成成像3D显示装置的水平观看视角为24°。因此，本发明所述的集成成像3D显示装置实现了宽视角集成成像3D显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种宽视角集成成像3D显示装置，包括：用于显示微图像阵列的2D显示屏、渐变孔径针孔阵列、第一偏振光栅和第二偏振光栅；

所述第一偏振光栅与2D显示屏贴合，第二偏振光栅与渐变孔径针孔阵列贴合；所述第一偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第一偏振光栅中栅线单元的数目与微图像阵列水平方向上图像元的数目相等，第一偏振光栅中栅线单元的水平宽度与微图像阵列中图像元的水平宽度相等；

所述第二偏振光栅由一系列相同尺寸的栅线单元在水平方向上排列组成，每个栅线单元只具有一种偏振方向，任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；第二偏振光栅中栅线单元的数目与渐变孔径针孔阵列水平方向上针孔的数目相等，第二偏振光栅中栅线单元的水平宽度与渐变孔径针孔阵列中针孔的水平宽度相等；

其特征在于，在所述渐变孔径针孔阵列中，任意一列的针孔的水平节距相同，且渐变孔径针孔阵列中针孔的水平孔径宽度从中间到两边逐渐增大；微图像阵列中的图像元通过渐变孔径针孔阵列中的针孔重建3D视区的水平宽度从中间到两边逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的一种宽视角集成成像3D显示装置，其特征在于，每一个图像元对应的第一偏振光栅中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的针孔对应的第二偏振光栅中栅线单元的偏振方向相同，第一偏振光栅使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，第二偏振光栅对偏振光具有调制作用，使得微图像阵列中每个图像元透过该图像元对应的针孔重建出正常3D图像，且水平方向上与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该针孔。

3.根据权利要求2所述的一种宽视角集成成像3D显示装置，其特征在于，所述微图像阵列与渐变孔径针孔阵列均包含30×20个单元，其中，水平方向上30个单元，垂直方向上20个单元，2D显示屏与渐变孔径针孔阵列的间距为g=5mm，图像元的水平宽度为p=4.25mm，位于中心位置的针孔的水平孔径宽度为w=0.075mm，观看距离l=500mm，则第1~30列针孔的水平孔径宽度分别为0.25mm、0.2375mm、0.225mm、0.2125mm、0.2mm、0.1875mm、0.175mm、0.1625mm、0.15mm、0.1375mm、0.125mm、0.1125mm、0.1mm、0.0875mm、0.075mm、0.075mm、0.0875mm、0.1mm、0.1125mm、0.125mm、0.1375mm、0.15mm、0.1625mm、0.175mm、0.1875mm、0.2mm、0.2125mm、0.225mm、0.2375mm、0.25mm，集成成像3D显示装置的水平观看视角θ为54°。