基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010891090.3 (22)申请日 2020.08.30 (71)申请人 成都工业学院 地址 610031 四川省成都市花牌坊街2号 (72)发明人 吴非 (51)Int.Cl. G02B 30/32(2020.01) (54)发明名称 基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置 (57)摘要 本发明公开了基于渐变孔径矩形针孔阵列 的3D显示装置， 包括背光源、 渐变孔径矩形针孔 阵列和显示屏； 渐变孔径矩形针孔阵列包含多组 一维矩形针孔和多组二维矩形针孔； 每个一维矩 形。

2、图像元均对应多个一维矩形针孔， 多个一维矩 形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平 对称； 每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形 针孔， 多个二维矩形针孔以该二维矩形图像元的 中心为中心水平对称； 多个一维矩形针孔发出的 光线照明对应的一维矩形图像元重建出多个一 维3D图像， 多个二维矩形针孔发出的光线照明对 应的二维矩形图像元重建出多个二维3D图像； 多 个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合 并成一个高分辨率3D图像。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 111781743 A 2020.10.16 CN 111781743 A 1.基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置，。

3、 其特征在于， 包括背光源、 渐变孔径矩形 针孔阵列和显示屏； 背光源、 渐变孔径矩形针孔阵列和显示屏平行放置， 且对应对齐； 渐变 孔径矩形针孔阵列与背光源紧密贴合， 且位于背光源与显示屏之间； 显示屏用于显示复合 微图像阵列； 复合微图像阵列包含一维矩形图像元和二维矩形图像元； 一维矩形图像元和 二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排列； 一维矩形图像元水平方向上的数目等于二 维矩形图像元水平方向上的数目； 渐变孔径矩形针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二 维矩形针孔； 一维矩形针孔的组数等于二维矩形针孔的组数； 每组一维矩形针孔水平方向 上的数目均等于一维矩形图像元水平方向上的数目， 每。

4、组一维矩形针孔垂直方向上的数目 均等于一维矩形图像元垂直方向上的数目； 每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针 孔， 多个一维矩形针孔以该一维矩形图像元的中心为中心水平对称； 每个一维矩形图像元 对应的一维矩形针孔的数目等于一维矩形针孔的组数； 每组二维矩形针孔水平方向上的数 目均等于二维矩形图像元水平方向上的数目， 每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于 二维矩形图像元垂直方向上的数目； 每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔， 多个 二维矩形针孔以该二维矩形图像元的中心为中心水平对称； 每个二维矩形图像元对应的二 维矩形针孔的数目等于二维矩形针孔的组数； 与同一个一维矩形图像元对应的多个。

5、一维矩 形针孔的水平间距等于与同一个二维矩形图像元对应的多个二维矩形针孔的水平间距； 一 维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同； 与同一 列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽 度均相同； 与第i列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针 孔的水平孔径宽度hi由下式计算得到 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，w是与复合微图像阵列中间两列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩 形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数，l是观看。

6、距离，g是渐变 孔径矩形针孔阵列与显示屏的间距； 多个一维矩形针孔发出的光线照明对应的一维矩形图 像元重建出多个一维3D图像， 多个二维矩形针孔发出的光线照明对应的二维矩形图像元重 建出多个二维3D图像； 多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率 3D图像。 2.根据权利要求1所述的基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置， 其特征在于， 一维 矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直节距均相同； 一维矩形 针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元垂直方向上的数目均相同。 3.根据权利要求2所述的基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置，。

7、 其特征在于， 3D图 像每一行的水平分辨率均相同， 且具有全视差； 3D图像每一列的垂直分辨率均相同， 且具有 权利要求书 1/2 页 2 CN 111781743 A 2 全视差。 4.根据权利要求2所述的基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置， 其特征在于， 一维 矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距q为 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，b是渐变孔径矩形针孔阵列的垂直宽度， p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针 孔的组数。 5.根据权利要求4所述的基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置， 其特征在于， 3D图 像的水平分辨率R1、 垂直。

8、分辨率R2和光学效率分别为 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，hi是与第i列一维矩形图像元和二 维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度，v是二维矩形针孔的 垂直孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111781743 A 3 基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置 技术领域 0001 本发明涉及3D显示， 更具体地说， 本发明涉及基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显 示装置。 背景技术 0002 基于集成成像的3D显示， 简称集成成像3D显示， 是一种真。

9、3D显示。 较之助视/光栅 3D显示， 它具有无立体观看视疲劳等显著优点； 较之全息3D显示， 它具有相对较小的数据 量、 无需相干光源并且无苛刻的环境要求等优点。 因此， 集成成像3D显示已成为目前国际上 的前沿3D显示方式之一， 也是最有希望实现3D电视的一种裸视真3D显示方式。 但是， 3D分辨 率不足的瓶颈问题严重影响了观看者的体验， 从而制约了集成成像3D显示的广泛应用。 此 外， 集成成像3D显示还存在垂直分辨率和光学效率低的问题。 发明内容 0003 本发明提出了基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置， 如附图1所示， 其特征在 于， 包括背光源、 渐变孔径矩形针孔阵列和显示屏；。

10、 背光源、 渐变孔径矩形针孔阵列和显示 屏平行放置， 且对应对齐； 渐变孔径矩形针孔阵列与背光源紧密贴合， 且位于背光源与显示 屏之间； 显示屏用于显示复合微图像阵列， 如附图2所示； 复合微图像阵列包含一维矩形图 像元和二维矩形图像元； 一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排 列； 一维矩形图像元水平方向上的数目等于二维矩形图像元水平方向上的数目； 渐变孔径 矩形针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔， 如附图3所示； 一维矩形针孔的 组数等于二维矩形针孔的组数； 每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像 元水平方向上的数目， 每组一维矩形针孔垂直方向上的数。

11、目均等于一维矩形图像元垂直方 向上的数目； 每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔， 多个一维矩形针孔以该一维 矩形图像元的中心为中心水平对称； 每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于 一维矩形针孔的组数； 每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方 向上的数目， 每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数 目； 每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔， 多个二维矩形针孔以该二维矩形图像 元的中心为中心水平对称； 每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形 针孔的组数； 与同一个一维矩形图像元对应的多个一维矩形针孔的水平间距等于与。

12、同一个 二维矩形图像元对应的多个二维矩形针孔的水平间距； 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维 矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同； 与同一列一维矩形图像元和二维矩形图 像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度均相同； 与第i列一维矩形图像 元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度hi由下式计算 得到 说明书 1/4 页 4 CN 111781743 A 4 （1） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，w是与复合微图像阵列中间两列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩 形针孔和二维矩形针孔的水平孔径。

13、宽度，z是一维矩形针孔的组数，l是观看距离，g是渐变 孔径矩形针孔阵列与显示屏的间距； 多个一维矩形针孔发出的光线照明对应的一维矩形图 像元重建出多个一维3D图像， 多个二维矩形针孔发出的光线照明对应的二维矩形图像元重 建出多个二维3D图像； 多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率 3D图像。 0004 优选的， 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直 节距均相同； 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元垂直方向上 的数目均相同。 0005 优选的， 3D图像每一行的水平分辨率均相同， 且具有全视差； 3D图像每一列。

14、的垂直 分辨率均相同， 且具有全视差。 0006 优选的， 一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距q为 （2） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，b是渐变孔径矩形针孔阵列的垂直宽度， p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针 孔的组数。 0007 优选的， 3D图像的水平分辨率R1、 垂直分辨率R2和光学效率分别为 （3） （4） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，hi是与第i列一维矩形图像元和二 维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽。

15、度，v是二维矩形针孔的 垂直孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。 附图说明 0008 附图1为本发明的结构和原理示意图 附图2为本发明的复合微图像阵列的示意图 附图3为本发明的渐变孔径矩形针孔阵列的示意图 说明书 2/4 页 5 CN 111781743 A 5 上述附图中的图示标号为： 1.背光源， 2. 渐变孔径矩形针孔阵列， 3.显示屏， 4.复合微图像阵列， 5.一维矩形图像 元， 6.二维矩形图像元， 7.一维矩形针孔， 8.二维矩形针孔。 0009 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 0010 下面详细说明本发明的基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置的。

16、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。 0011 本发明提出了基于渐变孔径矩形针孔阵列的3D显示装置， 如附图1所示， 其特征在 于， 包括背光源、 渐变孔径矩形针孔阵列和显示屏； 背光源、 渐变孔径矩形针孔阵列和显示 屏平行放置， 且对应对齐； 渐变孔径矩形针孔阵列与背光源紧密贴合， 且位于背光源与显示 屏之间； 显示屏用于显示复合微图像阵列， 如附图2所示； 复合微图像阵列包含一。

17、维矩形图 像元和二维矩形图像元； 一维矩形图像元和二维矩形图像元在水平和垂直方向上交替排 列； 一维矩形图像元水平方向上的数目等于二维矩形图像元水平方向上的数目； 渐变孔径 矩形针孔阵列包含多组一维矩形针孔和多组二维矩形针孔， 如附图3所示； 一维矩形针孔的 组数等于二维矩形针孔的组数； 每组一维矩形针孔水平方向上的数目均等于一维矩形图像 元水平方向上的数目， 每组一维矩形针孔垂直方向上的数目均等于一维矩形图像元垂直方 向上的数目； 每个一维矩形图像元均对应多个一维矩形针孔， 多个一维矩形针孔以该一维 矩形图像元的中心为中心水平对称； 每个一维矩形图像元对应的一维矩形针孔的数目等于 一维矩形针。

18、孔的组数； 每组二维矩形针孔水平方向上的数目均等于二维矩形图像元水平方 向上的数目， 每组二维矩形针孔垂直方向上的数目均等于二维矩形图像元垂直方向上的数 目； 每个二维矩形图像元均对应多个二维矩形针孔， 多个二维矩形针孔以该二维矩形图像 元的中心为中心水平对称； 每个二维矩形图像元对应的二维矩形针孔的数目等于二维矩形 针孔的组数； 与同一个一维矩形图像元对应的多个一维矩形针孔的水平间距等于与同一个 二维矩形图像元对应的多个二维矩形针孔的水平间距； 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维 矩形图像元和二维矩形图像元的水平节距均相同； 与同一列一维矩形图像元和二维矩形图 像元对应的一维矩形针孔和二维。

19、矩形针孔的水平孔径宽度均相同； 与第i列一维矩形图像 元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度hi由下式计算 得到 （1） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，w是与复合微图像阵列中间两列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩 形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数，l是观看距离，g是渐变 说明书 3/4 页 6 CN 111781743 A 6 孔径矩形针孔阵列与显示屏的间距； 多个一维矩形针孔发出的光线照明对应的一维矩形图 像元重建出多个一维3D图像， 多个二维矩形针孔发出的光线照明对应的二维。

20、矩形图像元重 建出多个二维3D图像； 多个一维3D图像与多个二维3D图像在观看区域合并成一个高分辨率 3D图像。 0012 优选的， 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元的垂直 节距均相同； 一维矩形针孔、 二维矩形针孔、 一维矩形图像元和二维矩形图像元垂直方向上 的数目均相同。 0013 优选的， 3D图像每一行的水平分辨率均相同， 且具有全视差； 3D图像每一列的垂直 分辨率均相同， 且具有全视差。 0014 优选的， 一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距q为 （2） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，b是渐变孔径矩形针孔阵列的垂直宽度， p是一维矩形针孔。

21、和二维矩形针孔的水平节距，x是显示屏单个像素的节距，z是一维矩形针 孔的组数。 0015 优选的， 3D图像的水平分辨率R1、 垂直分辨率R2和光学效率分别为 （3） （4） 其中，a是渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度，p是一维矩形针孔和二维矩形针孔的水 平节距，q是一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距，hi是与第i列一维矩形图像元和二 维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平孔径宽度，v是二维矩形针孔的 垂直孔径宽度，z是一维矩形针孔的组数。 0016 渐变孔径矩形针孔阵列的水平宽度为100mm， 渐变孔径矩形针孔阵列的垂直宽度 为60mm， 一维矩形针孔和二维矩形针孔的水平节距为5。

22、mm， 一维矩形针孔的组数为2， 渐变孔 径矩形针孔阵列与显示屏的间距为4mm， 观看距离为400mm， 显示屏单个像素的节距为1mm， 与复合微图像阵列中间两列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二 维矩形针孔的水平孔径宽度为1.2mm， 二维矩形针孔的垂直孔径宽度0.6mm， 则由式 （1） 计算 得到与第120列一维矩形图像元和二维矩形图像元对应的一维矩形针孔和二维矩形针孔 的水平孔径宽度分别为0.75mm、 0.8mm、 0.85mm、 0.9mm、 0.95mm、 1mm、 1.05mm、 1.1mm 、 1.15mm、 1.2mm、 1.2mm、 1.15mm、 1.1mm、 1.05mm、 1mm、 0.95mm、 0.9mm、 0.85mm、 0.8mm、 0.75mm； 由式 （2） 计算得到一维矩形针孔和二维矩形针孔的垂直节距为3mm； 由式 （3） 计算得到水平 分辨率和垂直分辨率均为40； 由式 （4） 计算得到光学效率为11.7%。 说明书 4/4 页 7 CN 111781743 A 7 图1 说明书附图 1/2 页 8 CN 111781743 A 8 图2 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 111781743 A 9 。