阅读说明：本技术 基于复合狭缝光栅的3d显示装置 (3D display device based on composite slit grating ) 是由 吴非 樊为 高燕 范钧 陈章达 谢了尖 徐雯 任洪娇 曾星 于 2021-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于复合狭缝光栅的3D显示装置,包括显示屏和复合狭缝光栅；复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I,偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II,偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率的3D图像。(The invention discloses a 3D display device based on a composite slit grating, which comprises a display screen and the composite slit grating; the composite slit grating comprises a shading material and a polarization light-transmitting slit; the polarization light-transmitting slit comprises a polarization unit I and a polarization unit II; the polarizing unit I modulates the light passing through the polarizing unit I into polarized light I with the same polarization direction, and the polarized light I cannot pass through the shading material and the polarizing unit II; the polarizing unit II modulates the light passing through the polarizing unit II into polarized light II with the same polarization direction, and the polarized light II cannot pass through the shading material and the polarizing unit I; a part of light rays emitted by each image element are projected to an imaging space through a polarization unit I corresponding to the image element; a part of light rays emitted by each image element are projected to an imaging space through a polarization unit II corresponding to the image element; A3D image with high imaging efficiency is formed in a viewing area.)

基于复合狭缝光栅的3D显示装置

技术领域

本发明涉及3D显示，更具体地说，本发明涉及基于复合狭缝光栅的3D显示装置。

背景技术

集成成像将3D场景的信息记录到感光胶片，利用光路可逆原理，再将感光胶片上的信息投射到成像空间，从而重建3D场景。与其他3D显示相比，集成成像3D显示具有连续观看视点、无需助视设备和相干光等优点。基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示具有垂直分辨率高、景深大、节距不受制造工艺限制以及价格低廉等优点。但是，基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示也存在缺点与不足。与基于柱透镜光栅的一维集成成像3D显示不同，在基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示中存在遮挡。成像效率是衡量遮挡对观看效果的影响的参数。在基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示中，成像效率等于狭缝光栅的开口率。虽然可以通过增大狭缝光栅的孔径宽度来增大狭缝光栅的开口率，但是孔径宽度过大会导致3D图像失去深度感。在实际应用中，狭缝光栅的孔径宽度一般不超过图像元的节距的20%。即，基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示的成像效率一般不超过20%。成像效率偏低的瓶颈问题严重影响了观看者的体验，从而制约了基于狭缝光栅的一维集成成像3D显示的广泛应用。

发明内容

本发明提出了基于复合狭缝光栅的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和复合狭缝光栅；复合狭缝光栅平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示图像元；复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝，如附图2所示；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；遮光材料阻挡光线通过；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II，偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率的3D图像。

优选的，偏振透光狭缝的节距与图像元的节距相同，偏振透光狭缝的数目与图像元的数目相同；偏振透光狭缝的中心与对应图像元的中心对应对齐。

优选的，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目均相同；偏振单元I与偏振单元II的宽度均相同。

优选的，偏振单元I的宽度w与复合狭缝光栅的厚度t满足下式

（1）

其中，p是偏振透光狭缝的节距，g是显示屏与复合狭缝光栅的间距，a是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。

优选的，3D显示装置的成像效率k为

（2）

其中，p是偏振透光狭缝的节距，w是偏振单元I的宽度，a是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的单个图像元对应相间排列的偏振单元I和偏振单元II；与单个图像元对应的偏振单元I和偏振单元II分别独立调制该图像元发出的一部分光线；投射到成像空间重建3D图像的光线通过且只通过一次偏振单元I或者偏振单元II；从而在保持深度的前提下显著增大成像效率。

附图说明

附图1为本发明的示意图

附图2为本发明的复合狭缝光栅的示意图

上述附图中的图示标号为：

1. 显示屏，2. 复合狭缝光栅，3. 遮光材料，4. 偏振透光狭缝，5. 偏振单元I，6.偏振单元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

下面详细说明本发明的一个典型实施例，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。

本发明提出了基于复合狭缝光栅的3D显示装置，如附图1所示，其特征在于，包括显示屏和复合狭缝光栅；复合狭缝光栅平行放置在显示屏前方，且对应对齐；显示屏用于显示图像元；复合狭缝光栅包括遮光材料和偏振透光狭缝，如附图2所示；偏振透光狭缝包括偏振单元I和偏振单元II；偏振透光狭缝中的偏振单元I和偏振单元II交替紧密排列；偏振单元I与偏振单元II的偏振方向正交；遮光材料阻挡光线通过；偏振单元I将经过该偏振单元I的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光I，偏振光I不能通过遮光材料和偏振单元II；偏振单元II将经过该偏振单元II的光线调制为具有相同偏振方向的偏振光II，偏振光II不能通过遮光材料和偏振单元I；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元I投射到成像空间；每个图像元发出的一部分光线经过与该图像元对应的偏振单元II投射到成像空间；在观看区域形成一个高成像效率的3D图像。

优选的，偏振透光狭缝的节距与图像元的节距相同，偏振透光狭缝的数目与图像元的数目相同；偏振透光狭缝的中心与对应图像元的中心对应对齐。

优选的，单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目均相同；偏振单元I与偏振单元II的宽度均相同。

优选的，偏振单元I的宽度w与复合狭缝光栅的厚度t满足下式

（1）

其中，p是偏振透光狭缝的节距，g是显示屏与复合狭缝光栅的间距，a是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。

优选的，3D显示装置的成像效率k为

（2）

其中，p是偏振透光狭缝的节距，w是偏振单元I的宽度，a是单个偏振透光狭缝中偏振单元的数目。

显示屏与复合狭缝光栅的间距是2mm，偏振透光狭缝的节距是10mm，复合狭缝光栅的厚度是1mm，单个图像元对应的偏振单元的数目是6，则由式（1）计算得到偏振单元I与偏振单元II的宽度是1mm，由式（2）计算得到3D显示装置的成像效率是60%。