[发明专利]基于回返器和反射偏振片高分辨率集成成像3D显示装置

说明书

本发明公开了基于回返器和反射偏振片高分辨率集成成像3D显示装置，该装置由2D显示器、反射偏振模组、两个四分之一波片、两个回返器和透镜阵列组成。反射偏振模组用于将2D显示屏上面的3D片源分离成偏振3D片源I和偏振3D片源II，两个四分之一波片和两个回返器用于偏振光的转换和光路转向，使偏振3D片源I和偏振3D片源II错位叠加，生成叠加后的高分辨率3D片源，透镜阵列对叠加后的高分辨率3D片源实现方向性调制，在空间中重构出高分辨率的3D图像。

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，特别涉及基于回返器和反射偏振片高分辨率集成成像3D显示装置。

背景技术

相比于2D显示，3D显示能够真实的再现出物体的深度和运动视差信息，符合人类观看真实物体的视觉体验，加强了观看者对物体的立体感知，是人类追求的终极显示方式。在众多的3D显示技术中，集成成像3D显示具有连续视差、全彩色显示、不需要相干光源、结构简单等优点，且没有辐辏调节冲突，被认为是具有商业前景的3D显示技术之一，并逐渐被应用到科研、医疗和军事等尖端领域。但是集成成像3D显示的分辨率与视角以及景深之间存在相互制约关系。为了突破这种限制，一方面使用机械移动的透镜阵列，增加透镜的采样频率，通过时分复用使显示的片源与移动的透镜阵列同步切换，实现3D分辨率的增强；另一方面通过时序切换点光源阵列改变定向背光的方向，实现点光源的倍增，进而增加3D图像的体素来提高3D分辨率。但是机械移动方法增加了系统的复杂度，时分复用方法对显示器的刷新率要求较高。空分复用也常被用于提升3D分辨率，主要通过将多台投影仪的投影画面通过中继光学系统整合到一个显示屏上，提高微图像阵列的像素数和像素密度，再通过透镜阵列对微图像阵列进行方向性调制，在空间中重构出更多的体素来增加3D显示的分辨率。此方法存在多台投影仪矫正困难的问题，系统庞大，实现起来难度较大。

发明内容

本发明提出基于回返器和反射偏振片高分辨率集成成像3D显示装置，如附图1所示，该装置由2D显示屏、反射偏振模组、两个四分之一波片、两个回返器和透镜阵列组成。2D显示屏的像素对角线方向垂直于四分之一波片I所在平面，反射偏振模组与2D显示屏成45°夹角放置，四分之一波片I与回返器I平行放置，且四分之一波片I和回返器I与2D显示屏成90°夹角，与反射偏振模组成45°夹角，四分之一波片II与回返器II平行放置，四分之一波片II和回返器II与2D显示屏相向的平行放置，中间间隔反射偏振模组，透镜阵列与四分之一波片I和回返器I平行放置，中间间隔反射偏振模组。

所述2D显示屏显示3D片源。

所述反射偏振模组由两个具有相对位移为d/2的反射偏振片组成，其中d为2D显示屏的像素尺寸，反射偏振模组与2D显示屏所在平面成45°夹角放置。如附图2所示，所述反射偏振模组反射线偏振光I，透射偏振方向与线偏振光I正交的线偏振光II，用于将所述2D显示屏发出的光线分离为偏振方向正交的线偏振光I和线偏振光II。

所述四分之一波片I和所述四分之一波片II用于提供π/2的相位延迟，如附图3所示，所述四分之一波片I的光轴与线偏振光I的夹角为45°，将入射的线偏振光I转换为圆偏振光I，将与圆偏振光I正交的圆偏振光II转化为线偏振光II。如附图4所示，所述四分之一波片II光轴与线偏振光II的夹角为-45°，将入射的线偏振光II转换为圆偏振光II，将圆偏振光I转化为线偏振光I。

所述回返器是由角锥棱镜以阵列式排布构成，所述角锥棱镜由三个相互正交的反射面组成，入射光被角锥棱镜的三个反射面依次反射，出射光平行且反向于入射光方向，反射光与入射光存在半波损失，圆偏振光I经过所述回返器I反射后变为与圆偏振光I正交的圆偏振光II，如附图5所示。圆偏振II光经过所述回返器II反射后变为圆偏振光I，如附图6所示。

所述透镜阵列将叠加后的高分辨率3D片源进行方向性调制，在空间中重构出高分辨率的3D图像。