一种基于针孔阵列的3D显示装置

技术领域

本发明属于3D显示技术领域，具体地涉及一种基于针孔阵列的3D显示装置。

背景技术

集成成像3D显示具有裸眼观看的特点，其拍摄与显示的过程相对简单，且能显示全视差和全真色彩的3D图像，是目前3D显示的主要方式之一。与基于微透镜阵列的集成成像3D显示相比，基于针孔阵列的集成成像3D显示具有成本低、重量小、器件厚度薄和节距不受制作工艺限制等优点。

基于针孔阵列的集成成像3D显示其针孔阵列中的孔呈正方形设计，其光学效率和

其中，p是针孔的节距，S是正方形针孔的宽度，g是显示屏与针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上针孔的数目。

采用上述结构其存在光学效率低的缺点，由上可知，在针孔节距不变的前提下，增加针孔的孔径宽度可以提高光学效率，但是，增加针孔的孔径宽度会减小观看视角。

发明内容

为了解决现有方法中将针孔设置为正方形在提高光学效率时会降低观看视角的问题，本发明提供一种基于针孔阵列的3D显示装置，其在保持中心视区的观看视角不变的前提下，可提高光学效率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种基于针孔阵列的3D显示装置，包括用于显示图像元阵列的显示屏和置于显示屏一侧的针孔阵列；所述图像元阵列包括多个呈阵列排布的图像元，所述针孔阵列包括多个呈阵列排布的针孔结构；

所述针孔结构包括方形的中心孔径和置于所述中心孔径两端且与所述中心孔径连通的边缘孔径，所述边缘孔径呈方形，所述中心孔径的宽度小于所述边缘孔径的宽度；每个针孔结构的规格相同；

所述图像元阵列中每行图像元数量、每列图像元的数量分别与所述针孔阵列中每行针孔结构数量、每列针孔结构的数量相等。。

在一种可能的设计中，所述图像元阵列中每个图像元的中心分别与针孔阵列中一中心孔径的中心对齐。

在一种可能的设计中，所述图像元的节距与所述针孔结构的节距不相等，所述针孔结构的节距为：

其中，p是图像元的节距，l是最佳观看距离，g是显示屏与针孔阵列之间的间距。

在一种可能的设计中，所述针孔结构呈中心对称设置。

在一种可能的设计中，所述中心孔径的宽度为0.5mm至1.5mm,长度为0.4mm至0.6mm。

在一种可能的设计中，所述边缘孔径的宽度为1.5mm至2.5mm,长度为0.2mm至0.3mm。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：

本发明通过将针孔阵列设置为孔径不均匀的中心孔径和边缘孔径，以形成中心视区和边缘视区，可通过损失边缘视区的观看视角、保持中心视区的观看视角不变，提高光学效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明3D显示装置采用第一种结构设置时的剖视图，其中，剖线为中心孔径处；

图2为本发明3D显示装置采用第一种结构设置时的剖视图，其中，剖线为边缘孔径处；

图3为单个针孔结构的结构示意图；

图4为针孔阵列的结构示意图；

图5为采用本发明3D显示装置形成的观看视区的示意图；

图6为本发明3D显示装置采用第二种结构设置时的剖视图，其中，剖线为中心孔径处；

图7为本发明3D显示装置采用第二种结构设置时的剖视图，其中，剖线为边缘孔径处。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种基于针孔阵列的3D显示装置，如图1所示，该3D显示装置包括用于显示图像元阵列的显示屏和置于显示屏一侧的针孔阵列。其中，针孔阵列的一侧为观看侧。图像元阵列包括多个呈阵列排布的图像元；如图3所示，针孔阵列包括多个呈阵列排布的针孔结构。

如图2所示，针孔结构包括相互连通的中心孔径和边缘孔径，中心孔径和边缘孔径均呈方形结构，边缘孔径置于中心孔径两端且中心孔径的宽度小于所述边缘孔径的宽度。针孔阵列中每个针孔结构的规格相同，即每个中心孔径的长度相等、宽度相等，每个边缘孔径的长度相等、宽度相等，每个针孔结构的节距相等。

图像元呈阵列排布，针孔结构对应也呈阵列排布，其中，图像元阵列中每行图像元数量、每列图像元的数量分别与所述针孔阵列中每行针孔结构数量、每列针孔结构的数量相等。

基于上述结构的3D显示装置，根据其观影效果的不同，可以构成多种结构。

其一：若要使该3D显示装置的观看距离没有限制，则可采用如图1所示的结构，图像元阵列中每个图像元的中心分别与针孔阵列中一中心孔径的中心对齐，即每个图像元的中心与每个中心孔径的中心呈一一对齐的关系，图像元的节距等于针孔结构的节距。

采用上述结构的3D显示装置，图像元发出的光线通过对应的针孔结构在观看视区重建3D图像；如图4所示，观看视区包括中心视区3和边缘视区4；观看视区中心对称。

采用上述结构的3D显示装置，针孔结构为非均匀孔径结构，可提高光学效率。示例的，如图2所示，假设a是中心孔径长度，b是边缘孔径长度，w是中心孔径宽度，v是边缘孔径宽度；如图1所示，假设p是针孔阵列中针孔结构的节距，与图像元的节距相等；g是显示屏与针孔阵列的间距，l是观看距离，m是水平方向上针孔结构的数目即观看时从左往右针孔阵列一行针孔结构的数量，n是垂直方向上针孔结构的数目即观看时从上往下针孔阵列一列针孔结构的数量。

则光学效率

由于中心孔径的宽度小于所述边缘孔径的宽度，则由上式可知采用上述结构形成的中心视区的观看视角大于边缘视区的观看视角。中心视区3的长度x、边缘视区4的长度y分别为：

由上式可知，采用上述结构的3D显示装置，在针孔节距不变的前提下，光学效率φ不仅与中心孔径的长a、宽w相关，且与边缘孔径的长b、宽v相关。而观看视角仅与中心孔径的宽w、边缘孔径的宽v相关。由此可知，采用上述结构的3D显示装置，在针孔节距不变且保持中心视区的观看视角θ

在一种实施例中，针孔阵列中的针孔结构的中心孔径长度均相同，边缘孔径长度均相同。

在该3D显示装置中，针孔结构可采用多种结构设置，比如工字型、或者边缘孔径置于中心孔径两侧。

优选的，所述中心孔径的宽度为0.5mm至1.5mm,长度为0.4mm至0.6mm。所述边缘孔径的宽度为1.5mm至2.5mm,长度为0.2mm至0.3mm。

为了便于体现该结构的技术效率，现例举一具体实例，示例性的：

参见图1、2、3、4，针孔结构采用如图3所示的结构，呈中心对称设置，即针孔结构整体呈工字形，针孔阵列中的针孔结构的中心孔径长度均相同，边缘孔径长度均相同。

将针孔结构的节距设置为10mm，中心孔径宽度设置为1mm，边缘孔径宽度设置为2mm，中心孔径长度设置为0.5mm，边缘孔径长度设置为0.25mm，显示屏与针孔阵列的间距是10mm，观看距离是500mm，水平方向上针孔结构数目是20，垂直方向上针孔结构的数目是10，根据上式可得到光学效率是1.5％，中心视区的观看视角、边缘视区的观看视角分别是29°、24°，中心视区的长度、边缘视区的长度分别是180mm、90mm。而采用现有技术方案，其光学效率、观看视角分别是1％、29°。

其二，若要满足观看视角够宽的需求，如图6、7所示，可将图像元的节距与所述针孔结构的节距设置为不相等，此时，针孔结构的节距q满足下式4：

其中，p是图像元的节距，l是最佳观看距离，g是显示屏与针孔阵列之间的间距。

此时，观看视角与图像元数目或者针孔数目无关，即可增大观看视角。

采用上述结构，同样的，图像元发出的光线通过对应的针孔结构在观看视区重建3D图像；如图4所示，观看视区包括中心视区3和边缘视区4；观看视区中心对称。

此时，光学效率

中心视区3的长度x、边缘视区4的长度y分别为：

采用该结构其提高光学效率的原理与第一种结构的原理相同，在此不做赘述。

为了便于体现该结构的技术效率，现例举一具体实例，示例性的：

参见图6、7、3、4，针孔结构采用如图3所示的结构，呈中心对称设置，即针孔结构整体呈工字形，针孔阵列中的针孔结构的中心孔径长度均相同，边缘孔径长度均相同。

图像元的节距设置为10mm，中心孔径宽度设置为1mm，边缘孔径宽度设置为2mm，中心孔径长度设置为0.5mm，边缘孔径长度设置为0.25mm，显示屏与针孔阵列的间距设置为10mm，最佳观看距离设置为490mm，针孔结构的节距q则为9.8mm。根据上式可得到光学效率是1.5％，中心视区的观看视角、边缘视区的观看视角分别是48°、44°，中心视区的长度、边缘视区的长度分别是220.5mm、110.25mm。

而采用现有技术方案，其光学效率、观看视角分别是1％、48°。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。