CN206863360U - 基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置，包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、狭缝光栅。偏振光栅I使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而偏振光栅II对偏振光具有调制作用，从而扩大了每个图像元的成像区域；位于狭缝光栅中心位置的狭缝的中心与位于微图像阵列中心位置的图像元的中心对齐，狭缝光栅中相邻狭缝以固定间距排列，使得每个图像元的成像区域在最佳观看距离处重合，从而实现宽视角一维集成成像3D显示。

Description

基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置

技术领域

本实用新型涉及集成成像3D显示，更具体地说，本实用新型涉及一种基于偏振光栅的宽视角一维集成成像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。但是，集成成像3D显示装置也存在一些缺点与不足，例如：观看视角窄和分辨率低等问题。通过采用狭缝光栅来取代二维集成成像3D显示中的针孔阵列或者微透镜阵列，一维集成成像3D显示可以增加3D图像的垂直或水平分辨率。此外，基于狭缝光栅的一维集成成像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。但是，目前的基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示装置仍然存在观看视角窄等缺点，从而限制了它的实际应用。

如附图1所示，在传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置中，一个图像元发出的光线通过它对应的狭缝形成了正常3D图像；但是，与该图像元相邻的图像元发出的一部分光线也通过该狭缝，造成了相邻图像元之间的串扰，从而减小了每个图像元的成像区域。此外，在传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置中，观看视区是所有图像元的成像区域的公共部分，如图2所示，在观看距离l处，传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置的观看视角θ为：

其中，w为狭缝的孔径宽度，p为图像元的宽度，g为2D显示屏与狭缝光栅的间距，m为微图像阵列中图像元的数目。在传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置中，观看视角与狭缝的孔径宽度成反比，与微图像阵列中图像元的数目成反比。即，在传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置中，可以通过减小狭缝的孔径宽度来增大观看视角，但是会减小光学效率；可以通过减小微图像阵列中图像元的数目来增大观看视角，但是会减小分辨率。

发明内容

本实用新型提出一种基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置。如附图3所示，该装置包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、狭缝光栅。2D显示屏用于显示微图像阵列。偏振光栅I与2D显示屏紧密贴合，偏振光栅II与狭缝光栅紧密贴合。偏振光栅I由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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I中栅线单元的数目与微图像阵列中图像元的数目相等，偏振光栅I中栅线单元的宽度与微图像阵列中图像元的宽度相等。偏振光栅II由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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中栅线单元的数目与狭缝光栅中狭缝的数目相等，偏振光栅II中栅线单元的宽度与狭缝光栅中狭缝的宽度相等。每一个图像元对应的偏振光栅I中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的狭缝对应的偏振光栅II中栅线单元的偏振方向相同，偏振光栅I使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而偏振光栅II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狭缝重建出正常3D图像，且与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该狭缝。其特征在于，偏振光栅使得每个图像元发出的光线只能通过其对应的狭缝成像，从而扩大了每个图像元的成像区域；位于狭缝光栅中心位置的狭缝的中心与位于微图像阵列中心位置的图像元的中心对齐，狭缝光栅中相邻狭缝以固定间距排列，使得每个图像元的成像区域在最佳观看距离处重合，从而实现宽视角一维集成成像3D显示。

如附图3所示，图像元的宽度为p，最佳观看距离为l，2D显示屏与狭缝光栅的间距为g，微图像阵列与狭缝光栅均包含m个单元，位于狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w，则狭缝光栅中相邻狭缝的间距d由下式计算得到：

本实用新型所述的基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角θ′计算如下：

因此，基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角与狭缝的孔径宽度成正比，与微图像阵列中图像元的数目无关。因此本实用新型在不减小光学效率和分辨率的前提下，实现了宽视角一维集成成像3D显示。

附图说明

附图1为传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示中相邻图像元串扰示意图

附图2为传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示装置的观看视角示意图

附图3为本实用新型的集成成像3D显示装置的原理和参数示意图。

上述附图中的图示标号为：

1.微图像阵列，2.狭缝光栅，3.图像元，4.传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示中单个图像元形成正常3D图像的理论区域，5.传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示中单个图像元形成正常3D图像的实际区域，6.传统的基于狭缝光栅的集成成像3D显示中相邻图像元形成的串扰区域，7.2D显示屏，8.本实用新型的偏振光栅I，9.本实用新型的偏振光栅II，10.本实用新型的狭缝光栅。

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

下面详细说明利用本实用新型基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的一个典型实施例，对本实用新型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实用新型做进一步的说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本实用新型内容对本实用新型做出一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提出一种基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置。如附图3所示，该装置包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、狭缝光栅。2D显示屏用于显示微图像阵列。偏振光栅I与2D显示屏紧密贴合，偏振光栅II与狭缝光栅紧密贴合。偏振光栅I由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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I中栅线单元的数目与微图像阵列中图像元的数目相等，偏振光栅I中栅线单元的宽度与微图像阵列中图像元的宽度相等。偏振光栅II由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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中栅线单元的数目与狭缝光栅中狭缝的数目相等，偏振光栅II中栅线单元的宽度与狭缝光栅中狭缝的宽度相等。每一个图像元对应的偏振光栅I中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的狭缝对应的偏振光栅II中栅线单元的偏振方向相同，偏振光栅I使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而偏振光栅II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狭缝重建出正常3D图像，且与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该狭缝。其特征在于，偏振光栅使得每个图像元发出的光线只能通过其对应的狭缝成像，从而扩大了每个图像元的成像区域；位于狭缝光栅中心位置的狭缝的中心与位于微图像阵列中心位置的图像元的中心对齐，狭缝光栅中相邻狭缝以固定间距排列，使得每个图像元的成像区域在最佳观看距离处重合，从而实现宽视角一维集成成像3D显示。

如附图3所示，图像元的宽度为p，最佳观看距离为l，2D显示屏与狭缝光栅的间距为g，微图像阵列与狭缝光栅均包含m个单元，位于狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w，则狭缝光栅中相邻狭缝的间距d由下式计算得到：

本实用新型所述的基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角θ′计算如下：

因此，基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角与狭缝的孔径宽度成正比，与微图像阵列中图像元的数目无关。因此本实用新型在不减小光学效率和分辨率的前提下，实现了宽视角一维集成成像3D显示。

微图像阵列与狭缝光栅均包含48个单元，2D显示屏与狭缝光栅的间距为g＝5mm，图像元的宽度为p＝5mm，狭缝的孔径宽度为w＝1mm，最佳观看距离为l＝490mm，则由公式计算得到狭缝光栅中相邻狭缝的间距d＝3.95mm。根据式得到本实用新型所述的集成成像3D显示装置的观看视角为62°；而基于上述参数的传统的集成成像3D显示装置的观看视角为19°。因此，本实用新型所述的集成成像3D显示装置实现了宽视角一维集成成像3D显示。

Claims (1)

1.基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置；该装置包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、狭缝光栅；2D显示屏用于显示微图像阵列；偏振光栅I与2D显示屏紧密贴合，偏振光栅II与狭缝光栅紧密贴合；偏振光栅I由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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I中栅线单元的数目与微图像阵列中图像元的数目相等，偏振光栅I中栅线单元的宽度与微图像阵列中图像元的宽度相等；偏振光栅II由一系列相同尺寸的栅线单元紧密排列组成，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中栅线单元的数目与狭缝光栅中狭缝的数目相等，偏振光栅II中栅线单元的宽度与狭缝光栅中狭缝的宽度相等；每一个图像元对应的偏振光栅I中栅线单元的偏振方向与该图像元对应的狭缝对应的偏振光栅II中栅线单元的偏振方向相同，偏振光栅I使得通过它的光变为具有不同偏振方向的偏振光，而偏振光栅II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狭缝重建出正常3D图像，且与该图像元相邻的图像元发出的光线不能透过该狭缝；其特征在于，偏振光栅使得每个图像元发出的光线只能通过其对应的狭缝成像，从而扩大了每个图像元的成像区域；位于狭缝光栅中心位置的狭缝的中心与位于微图像阵列中心位置的图像元的中心对齐，狭缝光栅中相邻狭缝以固定间距排列，使得每个图像元的成像区域在最佳观看距离处重合，从而实现宽视角一维集成成像3D显示；

图像元的宽度为p，最佳观看距离为l，2D显示屏与狭缝光栅的间距为g，微图像阵列与狭缝光栅均包含m个单元，位于狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w，则狭缝光栅中相邻狭缝的间距d由下式计算得到：

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本实用新型所述的基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角θ′计算如下：

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因此，基于偏振光栅的宽视角一维集成成像3D显示装置的观看视角与狭缝的孔径宽度成正比，与微图像阵列中图像元的数目无关；因此本实用新型在不减小光学效率和分辨率的前提下，实现了宽视角一维集成成像3D显示。