一種基于全息光學(xué)元件的裸眼3d顯示裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置。本實(shí)用新型在每一個(gè)子像素前平行設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的全息光學(xué)元件；從子像素發(fā)出的光經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制分別成像至最佳觀看距離H平面上的T個(gè)子視區(qū)，相鄰的視點(diǎn)圖像在最佳觀看距離H平面上成像形成的光斑緊貼且不重疊，實(shí)現(xiàn)觀察者的左右眼落在兩個(gè)子視區(qū)，能分別看到兩個(gè)不同的視點(diǎn)圖像的成像，左右眼信息傳到大腦后融合成立體圖像；本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了裸眼3D顯示屏結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)幾乎任意尺寸、無(wú)縫銜接的裸眼3D顯示；避免大距離屏柵距的產(chǎn)生和控制，降低產(chǎn)品的裝配難度；對(duì)現(xiàn)有市面上的LED顯示屏進(jìn)行改裝成裸眼3D?LED顯示屏，并且無(wú)需大改現(xiàn)有的LED屏體結(jié)構(gòu)，降低改裝成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及3D顯示技術(shù)，具體涉及一種基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類(lèi)生活在一個(gè)3D世界里，但目前通常的顯示器卻只能實(shí)現(xiàn)2D顯示。為了能更真 實(shí)地還原所見(jiàn)世界，裸眼3D顯示已成為顯示領(lǐng)域的新發(fā)展方向。目前，光柵式裸眼3D顯示技 術(shù)被認(rèn)為是最可能商業(yè)化的裸眼3D顯示技術(shù)，常用的光柵式裸眼3D顯示技術(shù)有兩種:狹縫 光柵和柱鏡光柵，這兩種技術(shù)都是空間復(fù)用技術(shù)，狹縫光柵是通過(guò)黑色部分的遮擋作用來(lái) 控制不同視點(diǎn)的光線方向，而柱柵則是利用折射作用改變空間中的光場(chǎng)分布。但是這兩種 方式的光柵都需與2D顯示屏之間需保持一定距離(這里稱(chēng)之為屏柵距），當(dāng)觀看距離越遠(yuǎn)， 屏柵距則越大。對(duì)于大尺寸、遠(yuǎn)距離觀看的裸眼3D屏而言，其屏柵距常高達(dá)十幾個(gè)厘米，顯 示屏面積常高達(dá)十幾個(gè)平方，若要在2D顯示屏前方安裝如此大尺寸的光柵板，這對(duì)于光柵 的加工、運(yùn)輸安裝，和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、精度都提出了很高的要求。并且，受限于目前的光柵 加工尺寸，對(duì)于大尺寸的光柵，通常需要進(jìn)行拼接處理，更是增加了很多困難。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種基于全息光學(xué)元件的裸 眼3D顯示裝置及顯示方法。
[0004] 2D顯示屏由排列成陣列的像素構(gòu)成，每個(gè)像素包括紅R、綠G和藍(lán)B三個(gè)子像素;K張 視點(diǎn)圖像分別由不同的像素顯示。
[0005] 本實(shí)用新型的基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置包括:2D顯示屏以及全息光學(xué) 元件;在每一個(gè)子像素前平行設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的全息光學(xué)元件;在子像素與全息光學(xué)元件之 間設(shè)置預(yù)處理元件;從子像素發(fā)出的光，經(jīng)預(yù)處理元件整形為平行光或球面光;預(yù)處理后的 光束入射到對(duì)應(yīng)的全息光學(xué)元件上，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，分成T束出射光束，分別成像 至最佳觀看距離平面上的T個(gè)子視區(qū)，形成光斑，這T個(gè)子視區(qū)均顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像;不同 的視點(diǎn)圖像成像在最佳觀看距離平面上的不同子視區(qū)，相鄰的視點(diǎn)圖像在最佳觀看距離平 面上成像形成的光斑緊貼且不重疊，并且顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像的光束在最佳觀看距離平面 匯聚于一處;相鄰的兩個(gè)子視區(qū)的中點(diǎn)之間的距離為左右眼之間的距離，其中，T為2 2的自 然數(shù)。
[0006] 預(yù)處理后的光束入射到對(duì)應(yīng)的全息光學(xué)元件上的光斑，水平寬度與子像素的水平 間距Ph相等，豎直寬度與子像素的豎直間距Pv相等;每個(gè)全息光學(xué)元件的水平和豎直尺寸分 別為Ph和Pv。
[0007] 從每個(gè)全息光學(xué)元件出射T條光束，每條光束成像至最佳觀看距離H平面上的光斑 的水平寬度為Sh，豎直寬度為S v，分別打到最佳觀看距離H平面上的T個(gè)子視區(qū)，這T個(gè)子視區(qū) 均顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像，即第i幅視點(diǎn)圖像。第i-Ι幅視點(diǎn)圖像和第i+Ι幅視點(diǎn)圖像在H平面 上的光斑分布為：與第i幅視點(diǎn)圖像的光斑正好緊貼且不重疊，即相鄰兩幅視點(diǎn)圖像在H平 面上的光斑間距也為Sh。對(duì)于有K個(gè)視點(diǎn)圖像，則K個(gè)視點(diǎn)圖像所成像的光斑寬度之和，稱(chēng)之 為一個(gè)總視區(qū)寬度A X2,即每個(gè)總視區(qū)中具有K個(gè)子視區(qū)，總視區(qū)的個(gè)數(shù)即是光束的條數(shù)T， 而每個(gè)視點(diǎn)圖像對(duì)應(yīng)的光斑寬度為一個(gè)子視區(qū)的寬度Sh，△ X2 = ShXK,則第i幅視點(diǎn)圖像在 H平面上的相鄰兩個(gè)光斑間距也為ΔΧ2,其中，i = l，.......，K。不同的視點(diǎn)圖像具有視差， 分別記錄了同一物體不同視角信息，子視區(qū)的寬度Sh即是相鄰的兩個(gè)子視區(qū)的中點(diǎn)之間的 距離，亦即為左右眼之間的距離，從而當(dāng)左右眼看到不同視點(diǎn)圖像的成像時(shí)，就分別看到了 物體的兩個(gè)不同視角信息的圖像，左右眼信息傳到大腦后可融合成立體圖像。最佳觀看距 離H由裸眼3D顯示裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)決定，Η>0。
[0008] 顯示第i幅視點(diǎn)圖像的像素中的第m個(gè)子像素發(fā)出的光經(jīng)過(guò)預(yù)處理元件后，作為參 考光，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，第η條出射光束，到達(dá)第η個(gè)子視區(qū)，與法線的夾角α為：
[0009]
[0010] 其中，η = ι，……，T，m=l，2,3，i = l，2……LS1SSD顯示屏上顯示第i幅視點(diǎn)圖像 的距離原點(diǎn)最近的子像素距原點(diǎn)的距離，為S2第i幅視點(diǎn)圖像與y軸最近的子視區(qū)中心距y 軸的距離。
[0011] 經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，出射光束的數(shù)量T為：
[0012]
[0013]其中，M為2D顯示屏的水平像素?cái)?shù)，floorO表示下取整。
[0014]以上得到了從全息光學(xué)元件出射光束的數(shù)量和角度，那么就得到了從每個(gè)全息光 學(xué)元件出射的所有光束性質(zhì)，繼而求得光場(chǎng)分布。這樣，以子像素經(jīng)預(yù)處理后的光作為參考 光，經(jīng)全息光學(xué)元件調(diào)制后出射的光為球面物光，就可以設(shè)計(jì)出滿足此要求的全息光學(xué)元 件。
[00?5]每個(gè)全息光學(xué)元件的中心點(diǎn)Og為原點(diǎn)，（X1，yi)為2D顯示屏平面，（Xg，y g)為全息光 學(xué)元件平面，（XH，yH)為最佳觀看距離H平面，（Xci，y。)為球面物光的匯聚點(diǎn)所處平面，Oo點(diǎn)坐 標(biāo)為(x〇，y〇，z。)。
[0016] 全息光學(xué)元件上的入射光斑的水平尺寸Ph，最佳觀看距離H平面上的光斑的水平 寬度Sh，最佳觀看距離H平面距全息光學(xué)元件的距離為H。
[0017] 從全息光學(xué)元件出射后的光場(chǎng)分布為d(.V.v\ )，滿足下式：
[0018]

[0019] 其中，珠(.、，_>^)是從全息光學(xué)元件出射后的第i條光束的光場(chǎng)分布，是球面光，滿 足下式
[0020]
[0021] 其中 ：軸垂直于紙面向上，則根據(jù)幾何關(guān)系和三 角相似關(guān)系，可得：
[0022]
[0023]其中，當(dāng)物光方向指向M軸的正方向時(shí)，α為正，反之為負(fù)。根據(jù)上式可以發(fā)現(xiàn)，所 有球面物光的匯聚點(diǎn)均在一個(gè)平面(x〇，y。）。
[0024] 根據(jù)從全息光學(xué)元件出射的光場(chǎng)分布，得到滿足此要求的全息光學(xué)元件，全息光 學(xué)元件上的條紋分布滿足下式：
[0025]
[0026] 其中，為從子像素光線發(fā)出經(jīng)過(guò)預(yù)處理元件后的光場(chǎng)分布，為平行光或 球面光，）為從全息光學(xué)元件出射后的光場(chǎng)分布。
[0027]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：
[0028] (1)全息光學(xué)元件可緊靠安裝在2D顯示屏表面，簡(jiǎn)化了裸眼3D顯示屏結(jié)構(gòu)，便于進(jìn) 行大尺寸的裸眼屏拼接，尤其對(duì)于LED裸眼3D屏來(lái)說(shuō)，因?yàn)長(zhǎng)ED屏的一大優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行幾 乎任意尺寸的拼接顯示，基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示，正好可利用LED屏的拼接特效， 將全息光學(xué)元件安裝到LED的單元板上，實(shí)現(xiàn)幾乎任意尺寸、無(wú)縫銜接的裸眼3D顯示；
[0029] (2)采用全息光學(xué)元件，取代現(xiàn)有的狹縫光柵或柱鏡光柵這兩種主流技術(shù)，可以避 免大距離屏柵距的產(chǎn)生和控制，降低產(chǎn)品的裝配難度，消除因光柵拼接或光柵基板拼接導(dǎo) 致的拼接縫，這種拼接縫會(huì)導(dǎo)致立體感的下降；
[0030] (3)利用全息光學(xué)元件技術(shù)，可以對(duì)現(xiàn)有市面上的2D顯示屏進(jìn)行改裝成裸眼3D-LED顯示屏，并且無(wú)需大改現(xiàn)有的LED屏體結(jié)構(gòu)，降低改裝成本。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本實(shí)用新型的基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置的經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件后 的光場(chǎng)傳播的示意圖，其中，（a)為俯視圖，（b)為側(cè)視圖；
[0032]圖2為顯示本實(shí)用新型的基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置的全息光學(xué)元件光 場(chǎng)分布的俯視原理圖；
[0033]圖3為本實(shí)用新型的基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置的全息光學(xué)元件的設(shè)計(jì) 原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0035] 如圖1所示，本實(shí)施例的基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置包括：2D顯示屏2D screen以及全息光學(xué)元件HOE;在每一個(gè)子像素前平行設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的全息光學(xué)元件;在子 像素與全息光學(xué)元件之間設(shè)置預(yù)處理元件；從子像素發(fā)出的光，經(jīng)預(yù)處理元件整形為平行 光或球面光;預(yù)處理后的光束入射到對(duì)應(yīng)的全息光學(xué)元件上，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，分成 T束出射光束，分別成像至最佳觀看距離H平面上的T個(gè)子視區(qū)，形成光斑，這T個(gè)子視區(qū)均顯 示同一個(gè)視點(diǎn)圖像;通過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制出射光束的數(shù)量和夾角，使得不同的視點(diǎn)圖像 成像在最佳觀看距離H平面上的不同子視區(qū)，相鄰的視點(diǎn)圖像在最佳觀看距離H平面上成像 形成的光斑緊貼且不重疊，并且通過(guò)全息光學(xué)元件控制從每個(gè)子像素相對(duì)應(yīng)的全息光學(xué)元 件出射光束的夾角，使得顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像的光束在最佳觀看距離平面匯聚于一處;相 鄰的兩個(gè)子視區(qū)的中點(diǎn)之間的距離為左右眼之間的距離;實(shí)現(xiàn)觀察者的左右眼能夠落在兩 個(gè)子視區(qū)，分別看到兩個(gè)不同的視點(diǎn)圖像的成像，左右眼信息傳到大腦后融合成立體圖像， 其中，T 2 2的自然數(shù)。
[0036]下面來(lái)詳細(xì)推導(dǎo)全息光學(xué)元件的光場(chǎng)控制作用及全息光學(xué)元件的制作方法。為了 便于分析和計(jì)算，先做幾點(diǎn)簡(jiǎn)化：
[0037] 1、因雙目視差原理是基于水平方向的視差量，也就是重點(diǎn)關(guān)注在水平方向上的視 點(diǎn)圖像空間分布，因此為了便于計(jì)算，將二維的2D顯示屏簡(jiǎn)化成一維，忽略豎向光場(chǎng)分布， 僅考慮水平方向的光場(chǎng)分布；
[0038] 2、為了簡(jiǎn)化分析，下面僅討論一個(gè)視點(diǎn)圖像，如第i幅視點(diǎn)圖像；
[0039] 3、為了將注意力集中到我們關(guān)心的全息光學(xué)元件光場(chǎng)控制屬性上，下面的計(jì)算中 將子像素簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn)，即忽略其水平寬度，并且重點(diǎn)分析從每個(gè)全息光學(xué)元件出射的不 同離散光束與法線的夾角。
[0040] 下面先計(jì)算全息光學(xué)元件應(yīng)實(shí)現(xiàn)的光場(chǎng)控制作用，尤其對(duì)于光線方向的控制。然 后，再分析如何設(shè)計(jì)制作滿足此作用的全息光學(xué)元件。
[0041] 對(duì)于第一步，光場(chǎng)控制作用，為了分析，首先列出相關(guān)已知量及待求解量如下： [0042]已知：最佳觀看距離為H、沿俯視面看在水平方向上第i幅視點(diǎn)圖像所在的子像素 間距為Ax1，在最佳觀看距離處沿俯視面看第i幅視點(diǎn)圖像所在相鄰兩個(gè)子視區(qū)間距，即總 視區(qū)寬度為A X2,裸眼3D顯示屏的水平視角為Θ ;
[0043]求解:每個(gè)全息光學(xué)元件出射光束數(shù)量，及每條光束與法線的夾角。
[0044]首先，建立坐標(biāo)系如圖2所示。圖2中，2D顯示屏在X軸上，此處全息光學(xué)元件已與2D 顯示屏平面重合，即忽略從2D顯示屏到全息光學(xué)元件之間的預(yù)處理過(guò)程，因?yàn)閺娜⒐鈱W(xué) 元件出射光束數(shù)量和角度是不因預(yù)處理過(guò)程的變化而變化的，而是受雙目視差原理確定 的。最佳觀看距離位于y=H平面上，設(shè)計(jì)觀看范圍的最左邊的坐標(biāo)為(0，H)。對(duì)于第i幅視點(diǎn) 圖像，其在2D顯示屏上的子像素位置分布用小黑點(diǎn)標(biāo)出，為了簡(jiǎn)化計(jì)算并假設(shè)2D顯示屏最 左邊的子像素為第i幅視點(diǎn)圖像，則最左邊的子像素坐標(biāo)為(S llO)，根據(jù)幾何關(guān)系可知，S1 = H tan(0/2)。那么對(duì)于從左邊數(shù)第m個(gè)子像素的坐標(biāo)位置為(Sl+(m-l)Axl，〇)。
[0045] 再看最佳觀看距離H平面上，已知第i幅視點(diǎn)圖像的相鄰子視區(qū)間距為Δχ2,最左 邊的第i幅視點(diǎn)圖像的子視區(qū)中心距y軸的距離為&，那么，對(duì)于從左邊數(shù)第η個(gè)子視區(qū)的坐 標(biāo)位置為(S2+(n_l) Δ Χ2，Η)。
[0046] 根據(jù)幾何關(guān)系可知，對(duì)于第i幅視點(diǎn)圖像中的第m個(gè)子像素經(jīng)預(yù)處理元件后發(fā)出的 光，經(jīng)全息光學(xué)元件后，發(fā)射出來(lái)的第η條光束，到達(dá)第η個(gè)子視區(qū)，與法線的夾角α為：
[0047] I)
[0048]
[0049]
[0050] 其中，M為2D顯示屏的水平像素的個(gè)數(shù)，floorO表示下取整。
[0051] 這樣的話，就得到了從每個(gè)全息光學(xué)元件出射的所有光線性質(zhì)。下面來(lái)說(shuō)明如何 設(shè)計(jì)滿足此要求的全息光學(xué)元件，首先建立如圖3所示的俯視圖坐標(biāo)系，以每個(gè)全息光學(xué)元 件的中心點(diǎn)O g為原點(diǎn)，其中，（xi，yi)為2D顯示屏的平面，（xg，yg)為全息光學(xué)元件的平面， (XH，y H)為最佳觀看距離H平面，（Xci，y。)為球面物光的匯聚點(diǎn)所處平面，Oo點(diǎn)坐標(biāo)為(Xci，y。， Zo ) O
[0052] 根據(jù)上面分析可知，全息光學(xué)元件上的入射光斑的水平尺寸AB = ph，最佳觀看距 離H平面上的光斑的水平寬度CD = Sh,最佳觀看距離H平面距全息光學(xué)元件的距離為H。
[0053]全息光學(xué)元件的設(shè)計(jì)思路是基于傳統(tǒng)的全息干涉和衍射理論，經(jīng)預(yù)處理后的子像 素的光作為參考光在全息光學(xué)元件上的光場(chǎng)復(fù)振幅分布為參考光的數(shù)學(xué)表達(dá)式 取決于預(yù)處理過(guò)程，本實(shí)施例中預(yù)處理后的參考光為平行光，則有：
[0054]
[0055] 其中，Ar為常量振幅，波矢量
表不單位長(zhǎng)度上產(chǎn)生的位相變化，λ為波長(zhǎng)，aR 和^為傳播與X軸和y軸的夾角方向的方向余弦。
[0056] 經(jīng)全息光學(xué)元件調(diào)制后的光為球面物光，球面物光可寫(xiě)成多個(gè)球面光的組合，如 下形式：
[0057] (4)
[0058] 其中，每個(gè)球面光可寫(xiě)成如下表達(dá)形式：
[0059]
(5)
[0060] 其中：
，假設(shè)yg軸垂直于紙面向上，則根據(jù)幾何關(guān)系 和三角相似關(guān)系，可得：
[0061]
(6)
[0062]其中，當(dāng)物光方向指向M軸的正方向時(shí)，a為正，反之為負(fù)。根據(jù)上式可以發(fā)現(xiàn)，所 有球面物光的匯聚點(diǎn)均在一個(gè)平面(x〇，y。）。
[0063]這樣，我們就得到了物光和參考光的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)波動(dòng)光學(xué)理論，兩者干涉后 所形成的全息光學(xué)元件上的條紋分布有如下表達(dá)式：
[0064]
[0065]將根據(jù)上述設(shè)計(jì)方法制成的全息光學(xué)元件裝配到2D顯示屏前方后，2D顯示屏中每 個(gè)子像素發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，作為再現(xiàn)的參考光打到全息光學(xué)元件時(shí)，把全息圖復(fù) 位，即把記錄時(shí)的物光場(chǎng)復(fù)位，那么再現(xiàn)時(shí)的光場(chǎng)分布可以寫(xiě)成如下表達(dá)式：
[0066]
[0067]上式中，第一項(xiàng)為零級(jí)常量，第二項(xiàng)為我們需要的球面物光組合，第三項(xiàng)為干擾 項(xiàng)，可通過(guò)調(diào)整物光和參考光的角度來(lái)消除干擾項(xiàng)的影響，使其不進(jìn)入人眼。
[0068]下面給了一個(gè)具體實(shí)例，以三拼一LED顯示屏為例，為了便于理解全息光學(xué)元件的 光場(chǎng)分布，此處以5(K = 5)視點(diǎn)圖像為例，具體參數(shù)如表1所示。
[0069]表1以5視點(diǎn)圖像為例的系統(tǒng)參數(shù)
[0071] 根據(jù)表1，可計(jì)算出第i幅視點(diǎn)圖像在2D顯示屏上的水平子像素個(gè)數(shù)為200個(gè)，在最 佳觀看距離處的總視區(qū)個(gè)數(shù)為T(mén) = 3個(gè)，即從每個(gè)全息光學(xué)元件出射光束的條數(shù)為3束，每個(gè) 總視區(qū)中有5(Κ = 5)個(gè)子視區(qū)。
[0072] 根據(jù)公式（1)可計(jì)算出，每個(gè)全息光學(xué)元件出射的不同光束與法線的夾角，如表2 所示，這里僅給出了最左側(cè)六個(gè)全息光學(xué)元件分別出射的球面物光束與法線的夾角。
[0073] 表2六個(gè)最左側(cè)全息光學(xué)元件出射光束與法線夾角(單位:度）
[0076] 注:角度為正表示相對(duì)于法線逆時(shí)針傾斜，反之則為順時(shí)針傾斜。
[0077] 根據(jù)表2,再結(jié)合公式(4)~(6)，便可以計(jì)算出設(shè)計(jì)的物光復(fù)振幅，再根據(jù)公式(7) 可得到全息光學(xué)元件的條紋分布。
[0078]最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但是本 領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種 替換和修改都是可能的。因此，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本實(shí)用新型要 求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于全息光學(xué)元件的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，所述裸眼3D顯示裝置包括： 2D顯示屏W及全息光學(xué)元件;在每一個(gè)子像素前平行設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的全息光學(xué)元件;在子 像素與全息光學(xué)元件之間設(shè)置預(yù)處理元件；從子像素發(fā)出的光，經(jīng)預(yù)處理元件整形為平行 光或球面光;預(yù)處理后的光束入射到對(duì)應(yīng)的全息光學(xué)元件上，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，分成 T束出射光束，分別成像至最佳觀看距離平面上的T個(gè)子視區(qū)，形成光斑，運(yùn)T個(gè)子視區(qū)均顯 示同一個(gè)視點(diǎn)圖像;不同的視點(diǎn)圖像成像在最佳觀看距離平面上的不同子視區(qū)，相鄰的視 點(diǎn)圖像在最佳觀看距離平面上成像形成的光斑緊貼且不重疊，并且顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像的 光束在最佳觀看距離平面匯聚于一處;相鄰的兩個(gè)子視區(qū)的中點(diǎn)之間的距離為左右眼之間 的距離，其中，T為> 2的自然數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，預(yù)處理后的光束入射到對(duì)應(yīng)的全 息光學(xué)元件上的光斑，水平寬度與子像素的水平間距Ph相等，豎直寬度與子像素的豎直間 距Pv相等;每個(gè)全息光學(xué)元件的水平和豎直尺寸分別為化和Pv。3. 如權(quán)利要求2所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，從每個(gè)全息光學(xué)元件出射T條光 束，每條光束成像至最佳觀看距離H平面上的光斑的水平寬度為Sh,豎直寬度為Sv,分別打到 最佳觀看距離H平面上的T個(gè)子視區(qū)，運(yùn)T個(gè)子視區(qū)均顯示同一個(gè)視點(diǎn)圖像，即第i幅視點(diǎn)圖 像;第i-1幅視點(diǎn)圖像和第i + 1幅視點(diǎn)圖像在H平面上的光斑分布為:與第i幅視點(diǎn)圖像的光 斑正好緊貼且不重疊，即相鄰兩幅視點(diǎn)圖像在H平面上的光斑間距也為Sh;對(duì)于有K個(gè)視點(diǎn) 圖像，貝化個(gè)視點(diǎn)圖像所成像的光斑寬度之和，稱(chēng)之為一個(gè)總視區(qū)寬度A X2,即每個(gè)總視區(qū) 中具有K個(gè)子視區(qū)，總視區(qū)的個(gè)數(shù)即是光束的條數(shù)T，而每個(gè)視點(diǎn)圖像對(duì)應(yīng)的光斑寬度為一 個(gè)子視區(qū)的寬度Sh，A X2 = Sh X K，則第i幅視點(diǎn)圖像在H平面上的相鄰兩個(gè)光斑間距也為A X2,其中，i = l,.......,K。4. 如權(quán)利要求3所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，顯示第i幅視點(diǎn)圖像的像素中的 第m個(gè)子像素發(fā)出的光經(jīng)過(guò)預(yù)處理元件后，作為參考光，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，第n條出射 光束，到達(dá)第n個(gè)子視區(qū)，與法線的夾角a為；其中，n = l,......,T，m=l ,2,3，i = l ,2......K，Si為2D顯示屏上顯示第i幅視點(diǎn)圖像 的距離原點(diǎn)最近的子像素距原點(diǎn)的距離，為S2第i幅視點(diǎn)圖像與y軸最近的子視區(qū)中屯、距y 軸的距離。5. 如權(quán)利要求4所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，經(jīng)過(guò)全息光學(xué)元件調(diào)制，出射光 束的數(shù)量T為：其中，M為2D顯示屏的水平像素?cái)?shù)，floorO表示下取整。6. 如權(quán)利要求5所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，每個(gè)全息光學(xué)元件的中屯、點(diǎn)Og為 原點(diǎn)，（XI，yi)為2D顯示屏平面，（Xg，yg)為全息光學(xué)元件平面，（XH，yH)為最佳觀看距離H平 面，（XD，y。)為球面物光的匯聚點(diǎn)所處平面，Oo點(diǎn)坐標(biāo)為(x。，y。，z。）；全息光學(xué)元件上的入射 光斑的水平尺寸Ph，最佳觀看距離H平面上的光斑的水平寬度Sh，最佳觀看距離H平面距全息 光學(xué)元件的距離為H，從全息光學(xué)元件出射后的光場(chǎng)分布為()(.、、,，_}/,)，滿足下式：其中，馬,?)是從金島^ ]勺光場(chǎng)分布，是球面光，滿足下 式： 其中yg軸垂直于紙面向上，則根據(jù)幾何關(guān)系和S角相 似關(guān)系得到：其中，當(dāng)物光方向指向XH軸的正方向時(shí)，a為正，反之為負(fù)。7.如權(quán)利要求6所述的裸眼3D顯示裝置，其特征在于，根據(jù)從全息光學(xué)元件出射的光場(chǎng) 分布，得到滿足此要求的全息光學(xué)元件，全息光學(xué)元件上的條紋分布滿足下式：其中，哀為從子像素光線發(fā)出經(jīng)過(guò)預(yù)處理元件后的光場(chǎng)分布，為平行光或球面 光，，..r.i,)為從全息光學(xué)元件出射后的光場(chǎng)分布。
【文檔編號(hào)】G09F9/33GK205539748SQ201620290505
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】周揚(yáng)斌, 崔華坤, 何林, 張穎, 丁凌
【申請(qǐng)人】萬(wàn)象三維視覺(jué)科技（北京）有限公司