CN103986926B - 一种无串扰的集成成像3d显示装置 - Google Patents

一种无串扰的集成成像3d显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种无串扰的集成成像3D显示装置，该装置由背光源、棱锥针孔阵列、以及透射型显示面板组成，背光源为整个显示装置提供光源，棱锥针孔阵列由棱锥针孔在水平和垂直方向上等间距排列而成，透射型显示面板上显示微图像阵列，由背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，通过各棱锥针孔顶部的小孔透射出来，并具有固定的发散角，各小孔透射的光线只能照射微图像阵列中与该小孔对应的图像元上，从而避免了串扰图像的产生。

Description

一种无串扰的集成成像3D显示装置
技术领域
本发明涉及集成成像技术，特别涉及一种无串扰的集成成像3D显示装置。
背景技术
集成成像是一种真3D技术，包括拍摄和显示两个过程，拍摄过程采用微透镜阵列拍摄3D物体不同角度的信息，获得微图像阵列；显示过程中微透镜阵列将微图像阵列发出的光线聚集还原，重建出原3D物体的光场信息。基于几何光学中光路可逆的原理，集成成像3D显示能再现出3D物体发出或反射光线的强度和方向信息，从而构建出全真的3D图像，因此具有真3D显示、不需辅助设备、适合多人观看、全视差、连续视点、成本低廉、结构简单、超薄屏幕（可壁挂）等优点，成为各国科研工作者的研究热点。
然而串扰问题阻碍了集成成像技术的快速发展。在显示过程中，当部分图像元的像素经过相邻透镜元成像，而部分图像元的像素经其对应透镜元成像时，观看者的一只眼睛将看到两个侧面信息拼凑出来的图像，这就是串扰图像。串扰图像的产生严重影响了集成成像的3D观看效果。
发明内容
本发明提出一种无串扰的集成成像3D显示装置，如附图1所示，该装置由背光源、棱锥针孔阵列、以及透射型显示面板组成。背光源为整个显示装置提供光源，棱锥针孔阵列由附图2所示的棱锥针孔在水平和垂直方向上等间距排列而成，透射型显示面板上显示微图像阵列。由背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，通过各棱锥针孔顶部的小孔透射出来，并具有固定的发散角，各小孔透射的光线只能照射微图像阵列中与该小孔对应的图像元上，从而避免了串扰图像的产生。
所述棱锥针孔如附图2所示，其底面为正方形的透明玻璃基底，边长为p，棱锥针孔的四个侧面为等腰梯形的挡光板，棱锥针孔顶部有一个正方形小孔，边长为q，该小孔与底面中心对齐，小孔的占空比K由公式（1）得到。
(1)
优选地，棱锥针孔中小孔的占空比K在1%到10%之间最为合适。
所述由背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，通过棱锥针孔阵列顶部的小孔透射出来，并具有固定的发散角，各小孔透射的光线只能照射微图像阵列中与该小孔对应的图像元上，从而避免了串扰图像的产生，如附图3所示。棱锥针孔阵列与透射型显示面板上显示的微图像阵列中心对齐。背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，一部分光线到达棱锥针孔侧面的挡光板上而不能通过，如附图3中的虚线箭头所示，另一部分光线到达棱锥针孔顶部的小孔，并由小孔透射出来，如附图3中的实线箭头所示。通过棱锥针孔阵列顶部的小孔透射的光线的发散角θ 1由公式（2）得到，
(2)
其中h 1为棱锥针孔阵列的高度。透射型显示面板上显示的微图像阵列，其图像元节距与棱锥针孔底面的边长相等，都为p，棱锥针孔阵列顶部的小孔与其对应图像元两端所成的夹角θ 2由公式（3）得到，
(3)
其中h 2为棱锥针孔阵列顶部的小孔到透射型显示面板的间距。设置棱锥针孔阵列的高度h 1与棱锥针孔阵列顶部的小孔到透射型显示面板的间距h 2相等，使得θ 1=θ 2。因此，由棱锥针孔阵列顶部的小孔透射出的光线只能到达其对应的图像元上，不能到达相邻的图像元，从而避免了串扰图像的产生。
四、附图说明
附图1为本发明提出的一种无串扰的集成成像3D显示装置示意图
附图2为本发明装置中的棱锥针孔示意图
附图3为本发明装置中的光线传播示意图
上述附图中的图示标号为：
1背光源，2棱锥针孔阵列，3透射型显示面板，4透明玻璃基底，5挡光板，6小孔。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明的一种无串扰的集成成像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。
本发明提出一种无串扰的集成成像3D显示装置，如附图1所示，该装置由背光源、棱锥针孔阵列、以及透射型显示面板组成。背光源为整个显示装置提供光源，棱锥针孔阵列由附图2所示的棱锥针孔在水平和垂直方向上等间距排列而成，透射型显示面板上显示微图像阵列。由背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，通过各棱锥针孔顶部的小孔透射出来，并具有固定的发散角，各小孔透射的光线只能照射微图像阵列中与该小孔对应的图像元上，从而避免了串扰图像的产生。
棱锥针孔如附图2所示，其底面为正方形的透明玻璃基底，边长为p=10mm，棱锥针孔的四个侧面为等腰梯形的挡光板，棱锥针孔顶部有一个正方形小孔，边长为q=2mm，该小孔与底面中心对齐，小孔的占空比K由公式（1）计算得到K=4%。
由背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，通过棱锥针孔阵列顶部的小孔透射出来，并具有固定的发散角，各小孔透射的光线只能照射微图像阵列中与该小孔对应的图像元上，从而避免了串扰图像的产生，如附图3所示。棱锥针孔阵列与透射型显示面板上显示的微图像阵列中心对齐。背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，一部分光线到达棱锥针孔侧面的挡光板上而不能通过，如附图3中的虚线箭头所示，另一部分光线到达棱锥针孔顶部的小孔，并由小孔透射出来，如附图3中的实线箭头所示。设置棱锥针孔阵列的高度h 1与棱锥针孔阵列顶部的小孔到透射型显示面板的间距h 2相等，且h 1=h 2=10mm。通过棱锥针孔阵列顶部的小孔透射的光线的发散角θ 1由公式（2）计算得到θ 1=53.1°。透射型显示面板上显示的微图像阵列，其图像元节距与棱锥针孔底面的边长相等，都为p=10mm，棱锥针孔阵列顶部的小孔与其对应图像元两端所成的夹角θ 2由公式（3）计算得到θ 2=53.1°。由于θ 1=θ 2，由棱锥针孔阵列顶部的小孔透射出的光线只能到达其对应的图像元上，不能到达相邻的图像元，从而避免了串扰图像的产生。

Claims (2)

1.一种无串扰的集成成像3D显示装置，该装置包含背光源和透射型显示面板，背光源为整个显示装置提供光源，透射型显示面板上显示微图像阵列，其特征在于，该装置还包括棱锥针孔阵列，棱锥针孔阵列由棱锥针孔在水平和垂直方向上等间距排列而成，棱锥针孔其底面为正方形的透明玻璃基底，边长为p，棱锥针孔的四个侧面为等腰梯形的挡光板，棱锥针孔顶部有一个正方形小孔，边长为q，该小孔与底面中心对齐，小孔的占空比K由公式计算得到，棱锥针孔阵列与透射型显示面板上显示的微图像阵列中心对齐，背光源发出的光线进入棱锥针孔阵列后，一部分光线到达棱锥针孔侧面的挡光板上而不能通过，另一部分光线到达棱锥针孔顶部的小孔，并由小孔透射出来，通过棱锥针孔阵列顶部的小孔透射的光线的发散角θ 1由公式计算得到，其中h 1为棱锥针孔阵列的高度，透射型显示面板上显示的微图像阵列，其图像元节距与棱锥针孔底面的边长相等，都为p，棱锥针孔阵列顶部的小孔与其对应图像元两端所成的夹角θ 2由公式计算得到，其中h 2为棱锥针孔阵列顶部的小孔到透射型显示面板的间距，设置棱锥针孔阵列的高度h 1与棱锥针孔阵列顶部的小孔到透射型显示面板的间距h 2相等，使得θ 1=θ 2，因此，由棱锥针孔阵列顶部的小孔透射出的光线只能到达其对应的图像元上，不能到达相邻的图像元，从而避免了串扰图像的产生。
2.根据权利要求1所述的一种无串扰的集成成像3D显示装置，其特征在于，棱锥针孔中小孔的占空比K在1%到10%之间最为合适。
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