基于双针孔阵列的视角增强集成成像3D显示装置

本发明涉及集成成像3d（三维，three-dimensional）显示技术，具体地，本发明涉及一种立体观看视角增强的集成成像3d显示装置。

背景技术：

1、集成成像是一种利用光学器件对空间立体场景进行记录和再现的光场3d显示技术，具有连续视点、无需助视设备、无立体观看视疲劳等显著优点，具有广阔的应用前景，因而备受关注。但集成成像3d显示需在全部图像元成像区域的公共部分才能观看到正确立体信息，使得集成成像立体观看视角小。并且，集成成像显示中图像元只有部分像素区域对立体视区有贡献，其他区域则产生串扰，存在显示信息的浪费。传统模式下集成成像3d显示技术存在的串扰现象、立体观看视角小、显示信息浪费等问题影响了集成成像技术的产品化和进一步推广。

2、针对以上问题，不少科研人员开展了集成成像显示中视角增大和串扰消除的方法研究。提出了利用曲面透镜阵列实现会聚式的光学结构；使用多组定向背光源和快速切换液晶显示面板的时复用显示结构等。这些方法显著扩大了观测角度，但系统结构过于复杂，难以商业化应用。

技术实现思路

1、为解决传统集成成像显示装置中立体观看视角小的问题，本发明提出一种基于双针孔阵列的视角增强集成成像3d显示装置。所述装置由2d（二维，two-dimensional）显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列构成；2d显示面板用于显示集成成像复合图像阵列，掩膜板阵列用于透过2d显示面板发出的有效成像光线和阻挡2d显示面板发出的串扰光线，双针孔阵列用于投射由2d显示面板发出的并且透过掩膜板阵列后的光线成像。如附图1所示，2d显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置，2d显示面板与掩膜板阵列的距离为 l，2d显示面板与双针孔阵列的距离为 g。

2、复合图像阵列中，每个复合图像元由传统图像元和视角补充图像元构成，视角补充图像元包含左视角补充图像元和右视角补充图像元。如附图2所示，集成成像传统图像元、左视角补充图像元、右视角补充图像元从左至右依次按顺序排列，复合图像元节距为 p1。

3、掩膜板阵列中每个掩膜单元节距为 p2，如附图3所示，掩膜单元包含中心的透光区域和四周的挡光区域，透光区域是宽度为 w的正方形，相邻掩膜单元透光区域之间的间隔为挡光区域，挡光区域宽度为 b。透光区域用于透过2d显示面板向双针孔阵列投射的有效成像光线，挡光区域用于阻挡2d显示面板向双针孔阵列投射的串扰光线。

4、双针孔阵列的每个双针孔单元包含两个子针孔，双针孔单元节距与掩膜单元节距相同都为 p2，如附图4所示，双针孔单元内等间距地设置了两个子针孔，分别为子针孔1和子针孔2。双针孔阵列用于投射由2d显示面板发出的并且透过掩膜板阵列透光区域后的光线。

5、为满足在观看距离 l处的视角增强显示效果，复合图像元的节距 p1与双针孔单元的节距 p2满足：

6、 p 2( l+ g/l) =p 1，                       （1）

7、同时，2d显示面板与掩膜板阵列的距离 l和2d显示面板与双针孔阵列的距离 g满足：

8、 l=2 p 1 g/( p 2+2 p 1)，                       （2）

9、为实现有效光线透过掩膜板阵列透光区域，且串扰光线被掩膜板阵列挡光区域全部阻挡，透光区域宽度 w和挡光区域宽度 b应满足：

10、 b= w=3 p1( g- l)/2 g。                       （3）

11、所述基于双针孔阵列的视角增强集成成像3d显示装置原理如附图5所示，复合图像元中的传统图像元透过掩膜单元透光区域后的光线，经双针孔单元的子针孔1和子针孔2分别成像，在观察区形成两组相同的传统3d视区。左视角补充图像元向子针孔2投射的光线中，成像在传统3d视区左侧的光线为左侧补充光线，能透过掩膜单元透光区域形成左视角补充视区；与传统3d视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区域阻挡。右视角补充图像元向子针孔1投射的光线中，成像在传统3d视区右侧的光线为右侧补充光线，能透过掩膜单元透光区域形成右视角补充视区；与传统3d视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区域阻挡。左视角补充图像元向子针孔1投射的光线、以及右视角补充图像元向子针孔2投射的光线均为串扰光线，被掩膜板阵列阻挡，不能在观察区成像。由此，传统图像元用于形成传统3d视区，左视角补充图像元用于形成左视角补充观看视区，右视角补充图像元用于形成右视角补充观看视区，达到观看视区增强的立体显示效果。

12、可选的，将所述装置旋转90°，同样适用于垂直方向的上下视角增强立体显示效果。

13、可选的，掩膜板阵列由高分辨率打印的菲林胶片与高透过率光学基板紧密贴合制备而成。

14、可选的，双针孔阵列可用双透镜阵列替代。

15、本发明提出一种基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，利用双针孔阵列成像增大立体成像视区范围，从而有效增大集成成像立体观看视角，对应匹配的掩膜板阵列有效阻挡光线间的串扰，实现无串扰的视角增强集成成像显示效果。

技术特征：

1.基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，其特征在于：所述基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置由2d显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列构成；所述2d显示面板用于显示集成成像复合图像阵列，所述集成成像复合图像阵列中每个复合图像元节距为p1，所述复合图像元由传统图像元和视角补充图像元构成，所述视角补充图像元包含左视角补充图像元和右视角补充图像元，所述传统图像元、左视角补充图像元、右视角补充图像元从左至右依次按顺序排列形成复合图像元；所述掩膜板阵列用于透过2d显示面板发出的有效成像光线和阻挡2d显示面板发出的串扰光线，所述掩膜板阵列每个掩膜单元节距为p2，所述掩膜单元包含中心的透光区域和四周的挡光区域，所述透光区域是宽度为w的正方形，用于透过2d显示面板发出的有效成像光线，所述挡光区域宽度为b，用于阻挡2d显示面板发出的串扰光线；所述双针孔阵列每个双针孔单元节距为p2，所述双针孔单元中心等间距设置两个子针孔，分别为子针孔1和子针孔2，所述子针孔1和子针孔2用于投射由2d显示面板发出的并且通过所述掩膜板阵列透光区域后的光线成像；所述2d显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置，所述2d显示面板与所述掩膜板阵列的距离为l，所述2d显示面板与所述双针孔阵列的距离为g。

2.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，其特征在于：在观看距离l处，所述复合图像元的节距p1与所述双针孔单元的节距p2满足p2(l+g/l)=p1，所述2d显示面板与所述掩膜板阵列的距离l和所述2d显示面板与所述双针孔阵列的距离g满足l=2p1g/(p2+2p1)，所述掩膜单元的透光区域宽度w和挡光区域宽度b应满足b=w=3p1(g-l)/2g。

3.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，其特征在于：所述复合图像元中的传统图像元透过所述掩膜单元透光区域后的光线，经所述双针孔单元的子针孔1和子针孔2分别成像，在观察区形成两组相同的传统3d视区；所述左视角补充图像元向所述子针孔2投射的光线中，成像在传统3d视区左侧的光线为左侧补充光线，能透过所述掩膜单元透光区域形成左视角补充视区，与传统3d视区重叠的光线为串扰光线，被掩膜单元挡光区域阻挡；所述右视角补充图像元向所述子针孔1投射的光线中，成像在传统3d视区右侧的光线为右侧补充光线，能透过所述掩膜单元透光区域形成右视角补充视区，与传统3d视区重叠的光线为串扰光线，被所述掩膜单元挡光区域阻挡；所述左视角补充图像元向所述子针孔1投射的光线、以及所述右视角补充图像元向所述子针孔2投射的光线均为串扰光线，被掩膜板阵列阻挡，不能在观察区成像。

4.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，其特征在于：所述双针孔阵列可用相同节距的双透镜阵列替代。

5.如权利要求1所述的基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，其特征在于：将所述结构旋转90°同样适用于垂直方向的上下视角增强立体显示效果。

技术总结本发明提出一种基于双针孔阵列的视角增强集成成像显示装置，该装置由2D显示面板、掩膜板阵列、双针孔阵列从后至前依次中心对齐平行放置构成。2D显示面板用于显示集成成像复合图像阵列，复合图像阵列的复合图像元由传统图像元和视角补充图像元构成。掩膜板阵列每个掩膜单元包含透光区域和挡光区域用于透过有效光线和阻挡串扰光线。双针孔阵列每个单元中心等间距设置两个子针孔用于投射有效光线成像。复合图像阵列通过掩膜板阵列透光区域的透过作用和挡光区域的遮挡作用并匹配双针孔阵列成像，使得传统图像元形成传统3D视区，视角补充图像元在传统3D视区两侧形成视角补充视区，实现3D观看视区增强的效果。技术研发人员：邓慧,刘泽晟受保护的技术使用者：成都工业学院技术研发日：技术公布日：2024/5/12