【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维显示，尤其涉及一种密集视点三维光场显示装置及显示方法。
技术介绍
1、基于柱镜光栅阵列的三维光场显示技术是发展较为成熟的一种无需佩戴辅助设备，直接为人眼提供三维信息的显示方式，由于结构简单、造价低廉而成为主流的显示方案。现有技术中，基于柱镜光栅阵列的三维光场显示设备结构如图1所示，柱镜光栅阵列a2放置在显示源a1前方，显示源a1采用lcd显示面板。如图2所示，通过在2d显示器上加载多个视点的图像编码信息，利用柱镜光栅阵列对lcd显示面板发出的光线进行折射，可以让不同的视差图像在空间中不同位置处成像，从而实现裸眼三维的显示效果。但是，基于柱镜光栅阵列的三维光场显示存在三维图像空间分辨率与视点数目相互制约的关系，增加视点数目会降低空间分辨率，反之亦然。空间分辨率的降低会导致三维图像不清晰，颗粒感严重；视点数目的不足会导致视差平滑性不足，限制清晰景深范围。
2、如图3所示，基于传统衍射光栅阵列的三维光场显示技术与基于柱镜光栅阵列的三维光场显示技术相比控光更加精准。但是，依然没有解决三维光场显示中视觉分辨率与视点数量之间的矛盾。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种密集视点三维光场显示装置及显示方法，以解决现有设备无法实现高视觉分辨率的密集视点三维光场显示的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术的一种密集视点三维光场显示装置及显示方法的具体技术方案如下：
3、作为本专利技术的一个方面，提供了一种密集视点三维光场显示装置，包
4、光源阵列用于以预定角度入射至导光板，定义光源阵列中的每个小角度发光源的光线发散角度为，；
5、衍射光栅阵列用于将导光板中的引导光束以垂直导光板方向耦合出来，液晶显示面板用于加载光场编码内容，所述光场编码内容由多个图像单元组成，每个图像单元包含mx n个子像素，液晶显示面板共包含n个子像素；
6、在第一波片阵列中，其光轴的夹角为45°，第一波片阵列用于将线偏振光转换为左旋偏振光，每个四分之一波片覆盖液晶显示面板子像素的上半部分；
7、在第二波片阵列中，其光轴的夹角为135°，第二波片阵列用于将线偏振光转换为右旋偏振光，每个四分之一波片覆盖液晶显示面板子像素的下半部分；
8、偏振衍射光栅阵列用于对透过第一波片阵列和第二波片阵列的出射光线进行调制，对左旋偏振光和右旋偏振光的衍射角度不同，偏振衍射光栅阵列共包含m个偏振衍射光栅，m = n，每一个子像素都对应于一个偏振衍射光栅，每一个子像素经过第一波片阵列和第二波片阵列调制衍射到两个不同的主角方向，用于在空间中构建两个不同的视点。
9、进一步地，所述光场编码内容与视差图像之间的关系满足：
10、
11、其中，nupper为第i行第j个子像素上半部分对应的视差图像序号，nlower为第i行第j个子像素下半部分对应的视差图像序号，n为一个图像单元中竖直方向上子像素的个数，m为一个图像单元中水平方向上子像素的个数。
12、优选地，衍射光栅阵列中每个衍射光栅的周期为：。
13、优选地，光源阵列以60°角入射至导光板。
14、作为本专利技术的另一个方面，提供了一种密集视点三维光场显示方法，设置一导光板，在导光板的一端设置用于提供小角度发散光的光源阵列，在导光板的前方依次设置衍射光栅阵列、液晶显示面板、第一波片阵列、第二波片阵列和偏振衍射光栅阵列，第一波片阵列、第二波片阵列分别阵列有四分之一波片，使第一波片阵列、第二波片阵列的光轴夹角互补；
15、光源阵列用于以预定角度入射至导光板，定义光源阵列中的每个小角度发光源的光线发散角度为，；
16、衍射光栅阵列用于将导光板中的引导光束以垂直导光板方向耦合出来，衍射光栅阵列中每个衍射光栅的周期为：。
17、液晶显示面板用于加载光场编码内容，所述光场编码内容由多个图像单元组成，每个图像单元包含m x n个子像素，液晶显示面板共包含n个子像素；
18、在第一波片阵列中，设置其光轴的夹角为45°，第一波片阵列用于将线偏振光转换为左旋偏振光，每个四分之一波片覆盖液晶显示面板子像素的上半部分；
19、在第二波片阵列中，设置其光轴的夹角为135°，第二波片阵列用于将线偏振光转换为右旋偏振光，每个四分之一波片覆盖液晶显示面板子像素的下半部分；
20、偏振衍射光栅阵列用于对透过第一波片阵列和第二波片阵列的出射光线进行调制，偏振衍射光栅阵列共包含m个偏振衍射光栅，每一个子像素都对应于一个偏振衍射光栅，每一个子像素经过第一波片阵列和第二波片阵列调制衍射到两个不同的主角方向，用于在空间中构建两个不同的视点。
21、进一步地，设置光场编码内容与视差图像之间的关系满足：
22、
23、其中，nupper为第i行第j个子像素上半部分对应的视差图像序号，nlower为第i行第j个子像素下半部分对应的视差图像序号，n为一个图像单元中竖直方向上子像素的个数，m为一个图像单元中水平方向上子像素的个数。
24、进一步地，还包括衍射光栅阵列和偏振衍射光栅阵列的加工制作方法，加工制作方法包括但不限于电子束光刻法、激光直接写入灰度掩模法或紫外光固化纳米压印法。
25、本专利技术提供的一种密集视点三维光场显示装置及显示方法具有以下优点：
26、通过衍射光栅阵列、第一波片阵列、第二波片阵列和偏振衍射光栅阵列对光线进行调制，进行联合控光，偏振衍射光栅阵列共包含m个偏振衍射光栅，每一个子像素都对应于一个偏振衍射光栅，每一个子像素发出的光线经过第一波片阵列和第二波片阵列调制后被对应的偏振衍射光栅衍射到两个不同的主角方向，在空间中构建两个不同的视点，实现用于密集视点三维光场显示，可以在不降低视觉分辨率的情况下将视点数量提升为两倍，提高视点数量，在空间中构建出密集视点的三维图像，解决了三维光场显示中视觉分辨率与视点数量之间的矛盾。
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1.一种密集视点三维光场显示装置，包括导光板(10)，所述导光板(10)的一端设置有用于提供小角度发散光的光源阵列(20)，其特征在于，所述导光板(10)的前方依次设置有衍射光栅阵列(30)、液晶显示面板(40)、第一波片阵列(50)、第二波片阵列(60)和偏振衍射光栅阵列(70)，所述第一波片阵列(50)、第二波片阵列(60)分别阵列有四分之一波片；
2.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述光场编码内容与视差图像之间的关系满足：
3.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述衍射光栅阵列(30)中每个衍射光栅的周期为：
4.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述预定角度为60°。
5.一种密集视点三维光场显示方法，其特征在于，设置一导光板(10)，在导光板(10)的一端设置用于提供小角度发散光的光源阵列(20)，在导光板(10)的前方依次设置衍射光栅阵列(30)、液晶显示面板(40)、第一波片阵列(50)、第二波片阵列(60)和偏振衍射光栅阵列(70
6.根据权利要求5所述的一种密集视点三维光场显示方法，其特征在于，设置光场编码内容与视差图像之间的关系满足：
7.根据权利要求5或6所述的一种密集视点三维光场显示方法，其特征在于，还包括衍射光栅阵列(30)和偏振衍射光栅阵列(70)的加工制作方法，所述加工制作方法包括电子束光刻法、激光直接写入灰度掩模法或紫外光固化纳米压印法。
...【技术特征摘要】
1.一种密集视点三维光场显示装置，包括导光板(10)，所述导光板(10)的一端设置有用于提供小角度发散光的光源阵列(20)，其特征在于，所述导光板(10)的前方依次设置有衍射光栅阵列(30)、液晶显示面板(40)、第一波片阵列(50)、第二波片阵列(60)和偏振衍射光栅阵列(70)，所述第一波片阵列(50)、第二波片阵列(60)分别阵列有四分之一波片；
2.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述光场编码内容与视差图像之间的关系满足：
3.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述衍射光栅阵列(30)中每个衍射光栅的周期为：
4.根据权利要求1所述的一种密集视点三维光场显示装置，其特征在于，所述预定角度为60°。
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，于迅博，张慧，黄辉，
申请(专利权)人：深圳臻像科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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