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显示技术，更具体地说，本实用新型涉及一种宽视角一维集成成像3D显示技术。
背景技术
集成成像3D显示技术是一种无需任何助视设备的真3D显示技术。该技术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显示技术中的热点技术之一。
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，在观看距离l处，传统的基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示装置的观看视角θ为：
其中，w为狭缝的孔径宽度，p为单个图像元和单个狭缝的节距，g为2D显示屏与狭缝光栅的距离，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一维集成成像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。
发明内容
本实用新型提出了一种宽视角一维集成成像3D显示装置，如附图2所示，该装置包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、渐变孔径狭缝光栅。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与渐变孔径狭缝光栅紧密贴合。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渐变孔径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渐变孔径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。在渐变孔径狭缝光栅中，任意一列的狭缝的孔径宽度相同，且渐变孔径狭缝光栅的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大，如附图3所示。渐变孔径狭缝光栅中单个狭缝的节距为p，观看距离为l，2D显示屏与渐变孔径狭缝光栅的间距为g，微图像阵列与渐变孔径狭缝光栅均包含M个单元，位于渐变孔径狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w，则渐变孔径狭缝光栅上第i列狭缝的孔径宽度Wi由下式计算得到：
其中i是小于或等于M的正整数。
本实用新型所述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：
其中，w为狭缝的孔径宽度，p为单个图像元和单个狭缝的节距，g为2D显示屏与渐变孔径狭缝光栅的距离，m为微图像阵列中图像元的数目。因此，本实用新型所述的一维集成成像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，从而实现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一维集成成像3D显示装置的观看视角示意图
附图2为本实用新型提出的宽视角一维集成成像3D显示装置的结构和原理图
附图3为本实用新型的渐变孔径狭缝光栅的示意图
上述附图中的图示标号为：
1. 2D显示屏，2. 传统的狭缝光栅，3. 本实用新型的渐变孔径狭缝光栅，4. 本实用新型的偏振光栅I，5. 本实用新型的偏振光栅II。
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
下面详细说明利用本实用新型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。
本实用新型提出了一种宽视角一维集成成像3D显示装置，如附图2所示，该装置包括2D显示屏、偏振光栅I、偏振光栅II、渐变孔径狭缝光栅。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与渐变孔径狭缝光栅紧密贴合。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渐变孔径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渐变孔径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。在渐变孔径狭缝光栅中，任意一列的狭缝的孔径宽度相同，且渐变孔径狭缝光栅的孔径宽度从中心到边缘逐渐增大，如附图3所示。渐变孔径狭缝光栅中单个狭缝的节距为p，观看距离为l，2D显示屏与渐变孔径狭缝光栅的间距为g，微图像阵列与渐变孔径狭缝光栅均包含M个单元，位于渐变孔径狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w，则渐变孔径狭缝光栅上第i列狭缝的孔径宽度Wi由下式计算得到：
其中i是小于或等于M的正整数。
本实用新型所述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：
其中，w为狭缝的孔径宽度，p为单个图像元和单个狭缝的节距，g为2D显示屏与渐变孔径狭缝光栅的距离，m为微图像阵列中图像元的数目。因此，本实用新型所述的一维集成成像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，从而实现宽视角一维集成成像3D显示。
某微图像阵列和渐变孔径狭缝光栅均包含31个单元，单个图像元和狭缝的节距均为p=3.6mm，微图像阵列与渐变孔径狭缝光栅的间距为g =5mm，观看距离为l=572mm，位于渐变孔径狭缝光栅中心位置的狭缝的孔径宽度为w =0.12mm。渐变孔径狭缝光栅第1~31列狭缝的水平孔径宽度分别为0.72mm、0.68mm、0.64mm、0.6、0.56mm、0.52mm、0.48mm、0.44mm、0.4mm、0.36mm、0.32mm、0.28mm、0.24mm、0.2mm、0.16mm、0.12mm、0.16mm、0.2mm、0.24mm、0.28mm、0.32mm、0.36mm、0.4mm、0.44mm、0.48mm、0.52mm、0.56mm、0.64mm、0.68mm、0.72mm，如附图3所示。
根据公式和可以求得基于上述参数的渐变孔径狭缝光栅的集成成像3D显示装置的观看视角为40°；而基于狭缝宽度为0.0625mm的传统狭缝光栅的集成成像3D显示装置的观看视角为30°。因此，本实用新型装置实现了宽视角一维集成成像3D显示。
