CN103823308A - 一种基于偏振光栅的集成成像双视3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置。该装置包括显示微图像阵列的显示屏，微透镜阵列，偏振光栅I和偏振光栅II。显示屏位于微透镜阵列的焦平面上，而且显示屏的水平和垂直中轴线与微透镜阵列的水平和垂直中轴线都分别对应对齐。偏振光栅I与显示屏紧密贴合，偏振光栅II与微透镜阵列紧密贴合。偏振光栅I使得通过它的光变为具有不同偏振方向的线偏振光，而偏振光栅II对线偏振光具有调制作用，两个子微图像阵列中的子图像元分别透过该子图像元对应的透镜元向集成成像图像显示设备的左边或右边重建3D场景，从而实现基于集成成像的双视3D显示。

Description

一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置
技术领域
本发明涉及双视3D显示，更具体地说，本发明涉及一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置。
背景技术
双视显示是近年来出现的一种新型显示，它的原理是通过在一个显示屏上同时显示两个不同的画面，在不同观看方向上的观看者只能看到其中一个画面，从而实现在一个显示屏上同时满足多个观看者的不同需求。现有的双视显示通过视差光栅或柱透镜等分光元件将两个画面分开，或者让观看者佩戴不同的滤镜，来达到在某一观看方向上只显示一个画面的效果。但是，现有的双视显示存在一个明显的缺点：显示画面为2D画面，无法实现3D显示。
集成成像3D显示是一种无需任何助视设备的真3D显示。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。该显示方式具有裸眼观看的特点，其记录和显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的立体图像，是目前3D显示中的主要方式之一。
发明内容
本发明提出一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置。如附图1所示，该装置包括显示微图像阵列（1）的显示屏（2），微透镜阵列（3），偏振光栅I（4）和偏振光栅II（5）。显示屏（2）位于微透镜阵列（3）的焦平面上，而且显示屏（2）的水平和垂直中轴线与微透镜阵列（3）的水平和垂直中轴线都分别对应对齐。如附图2所示，微图像阵列（1）由子微图像阵列I（6）和子微图像阵列II（7）组成，通过3D场景I（8）获取的子微图像阵列I（6）位于微图像阵列（1）的左半部分，而通过3D场景II（9）获取的子微图像阵列II（7）位于微图像阵列（1）的右半部分。子微图像阵列I（7）和子微图像阵列II（8）分别由一系列相同尺寸的图像元组成，微透镜阵列（3）由一系列相同尺寸的透镜元组成。偏振光栅I（4）与显示屏（2）紧密贴合，偏振光栅II（5）与微透镜阵列（3）紧密贴合。偏振光栅I（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。偏振光栅II（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，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元由两个相同尺寸、偏振方向正交的子栅线单元在水平方向上紧密排列组成，偏振光栅II（5）中其他的栅线单元均只具有一种偏振方向，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元的子栅线单元分别与其相邻的栅线单元的偏振方向正交，其他任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交。
如附图3所示，偏振光栅I（4）使得通过它的光变为具有不同偏振方向的线偏振光，而偏振光栅II（5）对线偏振光具有调制作用，使得子微图像阵列I（6）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的右边重建出3D场景I（8），子微图像阵列II（7）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的左边重建出3D场景II（9）。在最佳观看距离l处，从集成成像双视3D显示装置的中心分别向左、右两个方向呈现不同的3D场景，从而实现了基于偏振光栅的集成成像双视3D显示。
优选地，显示屏包括液晶显示屏、等离子显示屏和有机电致发光显示屏等。
优选地，微图像阵列（1）水平方向上的图像元的数目比微透镜阵列（3）水平方向上的透镜元的数目多一个，微图像阵列（1）垂直方向上的图像元的数目与微透镜阵列（3）垂直方向上的透镜元的数目相等。
优选地，微图像阵列（1）的图像元的水平宽度大于微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度，微图像阵列（1）的图像元的垂直宽度等于微透镜阵列（3）的透镜元的垂直宽度。
优选地，偏振光栅I（4）可以紧密贴合在显示屏（2）的正前方或正后方，偏振光栅II（5）可以紧密贴合在微透镜阵列（3）的正前方或正后方。
优选地，偏振光栅I（4）的栅线单元的数目与微图像阵列（1）水平方向上的图像元的数目相等，偏振光栅I（4）的栅线单元的水平宽度与微图像阵列（1）的图像元的水平宽度相等，偏振光栅I（4）的栅线单元的垂直宽度与微图像阵列（1）的垂直宽度相等。
优选地，偏振光栅II（5）的栅线单元的数目与微透镜阵列（3）水平方向上的透镜元的数目相等，偏振光栅II（5）的栅线单元的水平宽度与微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度相等，子栅线单元的水平宽度是微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度的一半，偏振光栅II（5）的栅线单元的垂直宽度与微透镜阵列（3）的垂直宽度相等。
优选地，最佳观看距离l与微透镜阵列（3）的透镜元的焦距f满足公式：
Figure 84417DEST_PATH_IMAGE001
                              （1）
其中，w为微图像阵列（1）的图像元的水平宽度，p为微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度，f为微透镜阵列（3）的透镜元的焦距。
附图说明
附图1为本发明的基于偏振光栅的双视3D显示装置的结构图
附图2为本发明的子微图像阵列的排列示意图
附图3为本发明的基于偏振光栅的双视3D显示装置的视区分布图
上述附图中的图示标号为：
1 微图像阵列，2 显示屏，3 微透镜阵列，4 偏振光栅I，5 偏振光栅II，6 子微图像阵列I，7 子微图像阵列II，8 3D场景I，9 3D场景II。
具体实施方式
下面详细说明利用本发明一种基于偏振光栅的双视3D显示装置的一个典型实施例，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。
一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置如附图1所示，该装置包括显示微图像阵列（1）的显示屏（2），微透镜阵列（3），偏振光栅I（4）和偏振光栅II（5）。显示屏（2）位于微透镜阵列（3）的焦平面上，而且显示屏（2）的水平和垂直中轴线与微透镜阵列（3）的水平和垂直中轴线都分别对应对齐。如附图2所示，微图像阵列（1）由两个子微图像阵列I（6）和子微图像阵列II（7）组成，通过3D场景I（8）获取的子微图像阵列I（6）位于微图像阵列（1）的左半部分，而通过3D场景II（9）获取的子微图像阵列II（7）位于微图像阵列（1）的右半部分。子微图像阵列I（7）和子微图像阵列II（8）分别由24′27个相同尺寸的图像元组成，，水平方向上24个图像元，垂直方向上27个图像元，图像元的水平宽度为w=2.5mm，图像元的垂直宽度为2.4mm；微透镜阵列（3）由47′27个相同尺寸的透镜元组成，水平方向上47个透镜元，垂直方向上27个透镜元，透镜元的水平宽度为p=2.4mm，透镜元的垂直宽度为2.4mm，透镜元的焦距为f=3mm。偏振光栅I（4）与显示屏（2）紧密贴合，偏振光栅II（5）与微透镜阵列（3）紧密贴合。偏振光栅I（4）由48个相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，栅线单元的水平宽度为2.5mm，栅线单元的垂直宽度为64.8mm，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。偏振光栅II（5）由47个相同尺寸的栅线单元在水平方向上紧密排列组成，栅线单元的水平宽度为2.4mm，栅线单元的垂直宽度为64.8mm，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元由两个偏振方向正交的子栅线单元在水平方向上紧密排列组成，子栅线单元的水平宽度为1.2mm，子栅线单元的垂直宽度为64.8mm。偏振光栅II（5）中其他的栅线单元均只具有一种偏振方向，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元的子栅线单元分别与其相邻的栅线单元的偏振方向正交，其他任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交。
如附图3所示，偏振光栅I（4）使得通过它的光变为具有不同偏振方向的线偏振光，而偏振光栅II（5）对线偏振光具有调制作用，使得子微图像阵列I（6）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的右边重建出3D场景I（8），子微图像阵列II（7）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的左边重建出3D场景II（9）。最佳观看距离由以下公式确定：
Figure 318827DEST_PATH_IMAGE002
，其中，w为微图像阵列（1）的图像元的水平宽度，p为微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度，f为微透镜阵列（3）的透镜元的焦距。通过计算得l=75mm，从集成成像双视3D显示装置的中心分别向左、右两个方向呈现不同的3D场景，从而实现了基于偏振光栅的集成成像双视3D显示。

Claims (8)

1.一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，该装置包括显示微图像阵列（1）的显示屏（2），微透镜阵列（3），偏振光栅I（4）和偏振光栅II（5）；显示屏（2）位于微透镜阵列（3）的焦平面上，而且显示屏（2）的水平和垂直中轴线与微透镜阵列（3）的水平和垂直中轴线都分别对应对齐；微图像阵列（1）由子微图像阵列I（6）和子微图像阵列II（7）组成，通过3D场景I（8）获取的子微图像阵列I（6）位于微图像阵列（1）的左半部分，而通过3D场景II（9）获取的子微图像阵列II（7）位于微图像阵列（1）的右半部分；子微图像阵列I（7）和子微图像阵列II（8）分别由一系列相同尺寸的图像元组成，微透镜阵列（3）由一系列相同尺寸的透镜元组成；偏振光栅I（4）与显示屏（2）紧密贴合，偏振光栅II（5）与微透镜阵列（3）紧密贴合；偏振光栅I（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；偏振光栅II（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，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元由两个相同尺寸、偏振方向正交的子栅线单元在水平方向上紧密排列组成，偏振光栅II（5）中其他的栅线单元均只具有一种偏振方向，位于偏振光栅II（5）中心位置的栅线单元的子栅线单元分别与其相邻的栅线单元的偏振方向正交，其他任意相邻的两个栅线单元的偏振方向正交；偏振光栅I（4）使得通过它的光变为具有不同偏振方向的线偏振光，而偏振光栅II（5）对线偏振光具有调制作用，使得子微图像阵列I（6）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的右边重建出3D场景I（8），子微图像阵列II（7）中的每个图像元透过该图像元对应的微透镜阵列（3）中的透镜元在集成成像双视3D显示装置的左边重建出3D场景II（9）；在最佳观看距离处，从集成成像双视3D显示装置的中心分别向左、右两个方向呈现不同的3D场景，从而实现了基于偏振光栅的集成成像双视3D显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，显示屏包括液晶显示屏、等离子显示屏和有机电致发光显示屏等。
3.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，微图像阵列（1）水平方向上的图像元的数目比微透镜阵列（3）水平方向上的透镜元的数目多一个，微图像阵列（1）垂直方向上的图像元的数目与微透镜阵列（3）垂直方向上的透镜元的数目相等。
4.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，微图像阵列（1）的图像元的水平宽度大于微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度，微图像阵列（1）的图像元的垂直宽度等于微透镜阵列（3）的透镜元的垂直宽度。
5.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，偏振光栅I（4）可以紧密贴合在显示屏（2）的正前方或正后方，偏振光栅II（5）可以紧密贴合在微透镜阵列（3）的正前方或正后方。
6.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，偏振光栅I（4）的栅线单元的数目与微图像阵列（1）水平方向上的图像元的数目相等，偏振光栅I（4）的栅线单元的水平宽度与微图像阵列（1）的图像元的水平宽度相等，偏振光栅I（4）的栅线单元的垂直宽度与微图像阵列（1）的垂直宽度相等。
7.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，偏振光栅II（5）的栅线单元的数目与微透镜阵列（3）水平方向上的透镜元的数目相等，偏振光栅II（5）的栅线单元的水平宽度与微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度相等，子栅线单元的水平宽度是微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度的一半，偏振光栅II（5）的栅线单元的垂直宽度与微透镜阵列（3）的垂直宽度相等。
8.根据权利要求1所述的一种基于偏振光栅的集成成像双视3D显示装置，其特征在于，最佳观看距离l与微透镜阵列（3）的透镜元的焦距f满足公式                                                ， w为微图像阵列（1）的图像元的水平宽度，p为微透镜阵列（3）的透镜元的水平宽度，f为微透镜阵列（3）的透镜元的焦距。
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