本发明涉及3d显示，更具体地说，本发明涉及基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置。
背景技术：
集成成像双视3d显示是双视显示技术和集成成像3d显示技术的融合。它可以使得观看者在不同的观看方向上看到不同的3d画面。但是，传统的集成成像双视3d显示存在两个视区分离的缺点。观看者需要移动观看位置才能看到另外一个画面，在一定程度上限制了集成成像双视3d显示在家庭娱乐设备和医疗设备中的应用。通过采用偏振光栅以及配套的偏振眼镜可以分离两个不同的3d画面，观看者通过切换不同的偏振眼镜即可看到不同的3d画面。
传统的基于渐变节距偏振光栅的集成成像双视3d显示装置具有观看视角宽等优点。但是，传统的基于渐变节距偏振光栅的集成成像双视3d显示装置主要存在以下缺点：
（1）渐变节距针孔阵列中相邻针孔的水平节距以等比关系变化，从而导致渐变节距针孔阵列的制造难度和成本高。
（2）渐变节距偏振光栅中光栅单元i和光栅单元ii的节距等于与其对应的针孔的水平节距，因此相邻光栅单元的节距以等比关系变化，从而导致渐变节距偏振光栅的制造难度和成本高。
（3）集成成像双视3d显示装置的水平分辨率等于渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目。因此，水平分辨率越大，渐变节距针孔阵列的制造难度和成本越高。
（4）渐变节距偏振光栅水平方向上光栅单元的数目等于渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目。因此，水平分辨率越大，渐变节距偏振光栅的制造难度和成本越高。
技术实现要素：
本发明提出了基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，如附图1、2和3所示，其特征在于，包括显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅，阶梯渐变节距针孔阵列，偏振眼镜i和偏振眼镜ii；显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅与阶梯渐变节距针孔阵列平行放置，且对应对齐；阶梯渐变节距偏振光栅与显示屏贴合，且位于显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列之间；位于阶梯渐变节距针孔阵列同一列的针孔的水平节距相同；位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的连续多列针孔的水平节距相同；阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距pi由下式计算得到
其中，p是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距；如附图4所示，阶梯渐变节距偏振光栅由光栅单元i和光栅单元ii在水平方向上交替排列组成，光栅单元i的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向正交；显示屏用于显示阶梯渐变节距微图像阵列；如附图5所示，阶梯渐变节距微图像阵列包括图像元i和图像元ii；图像元i的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；图像元ii的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；多个在水平方向上连续排列的图像元i及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元i对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元ii及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元ii对应对齐；图像元i通过与其对应的光栅单元i和针孔重建出3d图像i；图像元ii通过与其对应的光栅单元ii和针孔重建出3d图像ii；偏振眼镜i的偏振方向与光栅单元i的偏振方向相同，偏振眼镜ii的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向相同；通过偏振眼镜i只能看到3d图像i，通过偏振眼镜ii只能看到3d图像ii。
优选的，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的垂直宽度均相等。
优选的，与同一个光栅单元i对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个光栅单元ii对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半。
优选的，阶梯渐变节距偏振光栅中光栅单元的列数t由下式计算得到
阶梯渐变节距偏振光栅中第j列光栅单元的节距sj由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数。
优选的，3d图像i与3d图像ii的水平观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的水平观看视角θ1由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，p1是阶梯渐变节距针孔阵列第一列针孔的水平节距，w是针孔的孔径宽度，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距。
优选的，针孔、图像元i和图像元ii的垂直节距均相同。
优选的，3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角θ2由下式计算得到
其中，q是针孔的垂直节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距，n是阶梯渐变节距针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
附图说明
附图1为本发明的结构和水平方向的参数示意图
附图2为本发明的图像元i与光栅单元i垂直方向上的参数示意图
附图3为本发明的图像元ii与光栅单元ii垂直方向上的参数示意图
附图4为本发明的阶梯渐变节距偏振光栅的结构示意图
附图5为本发明的阶梯渐变节距微图像阵列的结构示意图
上述附图中的图示标号为：
1.显示屏，2.阶梯渐变节距偏振光栅，3.阶梯渐变节距针孔阵列，4.偏振眼镜i，5.偏振眼镜ii，6.光栅单元i，7.光栅单元ii，8.图像元i，9.图像元ii。
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
下面详细说明本发明的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置的一个典型实施例，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。
本发明提出了基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，如附图1、2和3所示，其特征在于，包括显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅，阶梯渐变节距针孔阵列，偏振眼镜i和偏振眼镜ii；显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅与阶梯渐变节距针孔阵列平行放置，且对应对齐；阶梯渐变节距偏振光栅与显示屏贴合，且位于显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列之间；位于阶梯渐变节距针孔阵列同一列的针孔的水平节距相同；位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的连续多列针孔的水平节距相同；阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距pi由下式计算得到
其中，p是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距；如附图4所示，阶梯渐变节距偏振光栅由光栅单元i和光栅单元ii在水平方向上交替排列组成，光栅单元i的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向正交；显示屏用于显示阶梯渐变节距微图像阵列；如附图5所示，阶梯渐变节距微图像阵列包括图像元i和图像元ii；图像元i的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；图像元ii的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；多个在水平方向上连续排列的图像元i及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元i对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元ii及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元ii对应对齐；图像元i通过与其对应的光栅单元i和针孔重建出3d图像i；图像元ii通过与其对应的光栅单元ii和针孔重建出3d图像ii；偏振眼镜i的偏振方向与光栅单元i的偏振方向相同，偏振眼镜ii的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向相同；通过偏振眼镜i只能看到3d图像i，通过偏振眼镜ii只能看到3d图像ii。
优选的，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的垂直宽度均相等。
优选的，与同一个光栅单元i对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个光栅单元ii对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半。
优选的，阶梯渐变节距偏振光栅中光栅单元的列数t由下式计算得到
阶梯渐变节距偏振光栅中第j列光栅单元的节距sj由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数。
优选的，3d图像i与3d图像ii的水平观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的水平观看视角θ1由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，p1是阶梯渐变节距针孔阵列第一列针孔的水平节距，w是针孔的孔径宽度，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距。
优选的，针孔、图像元i和图像元ii的垂直节距均相同。
优选的，3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角θ2由下式计算得到
其中，q是针孔的垂直节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距，n是阶梯渐变节距针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的水平节距为p=10mm，阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目为m=12，阶梯渐变节距针孔阵列垂直方向上针孔的数目为n=10，位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数为a=4，观看距离为l=810mm，显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距为g=10mm，针孔的孔径宽度为w=2mm，针孔的垂直节距为q=10mm。根据式（1）得到，阶梯渐变节距针孔阵列中第1~12列针孔阵列的水平节距分别为11mm、11mm、11mm、11mm、10mm、10mm、10mm、10mm、11mm、11mm、11mm、11mm；根据式（2）得到，阶梯渐变节距偏振光栅中光栅单元的列数为6；根据式（3）得到，阶梯渐变节距偏振光栅中第1~6列光栅单元的节距分别为22mm、22mm、20mm、20mm、22mm、22mm；根据式（4）得到，3d图像i与3d图像ii的水平观看视角为48°；根据式（5）得到，3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角为44°。
1.基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，包括显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅，阶梯渐变节距针孔阵列，偏振眼镜i和偏振眼镜ii；显示屏，阶梯渐变节距偏振光栅与阶梯渐变节距针孔阵列平行放置，且对应对齐；阶梯渐变节距偏振光栅与显示屏贴合，且位于显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列之间；位于阶梯渐变节距针孔阵列同一列的针孔的水平节距相同；位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的连续多列针孔的水平节距相同；阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距pi由下式计算得到
其中，p是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距；阶梯渐变节距偏振光栅由光栅单元i和光栅单元ii在水平方向上交替排列组成，光栅单元i的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向正交；显示屏用于显示阶梯渐变节距微图像阵列；阶梯渐变节距微图像阵列包括图像元i和图像元ii；图像元i的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；图像元ii的水平节距等于与其对应的针孔的水平节距；多个在水平方向上连续排列的图像元i及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元i对应对齐；多个在水平方向上连续排列的图像元ii及其对应的多个在水平方向上连续排列的针孔均与同一个光栅单元ii对应对齐；图像元i通过与其对应的光栅单元i和针孔重建出3d图像i；图像元ii通过与其对应的光栅单元ii和针孔重建出3d图像ii；偏振眼镜i的偏振方向与光栅单元i的偏振方向相同，偏振眼镜ii的偏振方向与光栅单元ii的偏振方向相同；通过偏振眼镜i只能看到3d图像i，通过偏振眼镜ii只能看到3d图像ii。
2.根据权利要求1所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的水平宽度均相等，显示屏、阶梯渐变节距偏振光栅和阶梯渐变节距针孔阵列的垂直宽度均相等。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，与同一个光栅单元i对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半；与同一个光栅单元ii对应的在水平方向上连续排列的针孔的数目等于位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数的一半。
4.根据权利要求3所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，阶梯渐变节距偏振光栅中光栅单元的列数t由下式计算得到
阶梯渐变节距偏振光栅中第j列光栅单元的节距sj由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数。
5.根据权利要求4所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，3d图像i与3d图像ii的水平观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的水平观看视角θ1由下式计算得到
其中，pi是阶梯渐变节距针孔阵列中第i列针孔的水平节距，p1是阶梯渐变节距针孔阵列第一列针孔的水平节距，w是针孔的孔径宽度，m是阶梯渐变节距针孔阵列水平方向上针孔的数目，a是位于阶梯渐变节距针孔阵列中心的水平节距相同的连续多列针孔的列数，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距。
6.根据权利要求2所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，针孔、图像元i和图像元ii的垂直节距均相同。
7.根据权利要求6所述的基于阶梯渐变节距偏振光栅的双视3d显示装置，其特征在于，3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角相同；3d图像i与3d图像ii的垂直观看视角θ2由下式计算得到
其中，q是针孔的垂直节距，w是针孔的孔径宽度，l是观看距离，g是显示屏与阶梯渐变节距针孔阵列的间距，n是阶梯渐变节距针孔阵列垂直方向上针孔的数目。
技术总结