[发明专利]一种基于全息光学元件的裸眼3D显示装置及显示方法

权利要求书

1.一种基于全息光学元件的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述裸眼3D显示装置包括：2D显示屏以及全息光学元件；在每一个子像素前平行设置一个独立的全息光学元件；在子像素与全息光学元件之间设置预处理元件；从子像素发出的光，经预处理元件整形为平行光或球面光；预处理后的光束入射到对应的全息光学元件上，经过全息光学元件调制，分成T束出射光束，分别成像至最佳观看距离平面上的T个子视区，形成光斑，这T个子视区均显示同一个视点图像；通过全息光学元件调制出射光束的数量和夹角，使得不同的视点图像成像在最佳观看距离平面上的不同子视区，相邻的视点图像在最佳观看距离平面上成像形成的光斑紧贴且不重叠，并且通过全息光学元件控制从每个子像素相对应的全息光学元件出射光束的夹角，使得显示同一个视点图像的光束在最佳观看距离平面汇聚于一处；相邻的两个子视区的中点之间的距离为左右眼之间的距离；实现观察者的左右眼能够落在两个相邻的子视区，分别看到两个不同的视点图像的成像，左右眼信息传到大脑后融合成立体图像，其中，T为≥2的自然数；预处理后的光束入射到对应的全息光学元件上的光斑，水平宽度与子像素的水平间距p_h相等，竖直宽度与子像素的竖直间距p_v相等；每个全息光学元件的水平和竖直尺寸分别为p_h和p_v；从每个全息光学元件出射T条光束，每条光束成像至最佳观看距离H平面上的光斑的水平宽度为S_h，竖直宽度为S_v，分别打到最佳观看距离H平面上的T个子视区，这T个子视区均显示同一个视点图像，即第i幅视点图像；第i-1幅视点图像和第i+1幅视点图像在H平面上的光斑分布为：与第i幅视点图像的光斑正好紧贴且不重叠，即相邻两幅视点图像在H平面上的光斑间距也为S_h；对于有K个视点图像，则K个视点图像所成像的光斑宽度之和，称之为一个总视区宽度Δx₂，即每个总视区中具有K个子视区，总视区的个数即是光束的条数T，而每个视点图像对应的光斑宽度为一个子视区的宽度S_h，Δx₂＝S_h×K，则第i幅视点图像在H平面上的相邻两个光斑间距也为Δx₂，其中，i＝1，…….，K。

2.如权利要求1所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，显示第i幅视点图像的像素中的第m个子像素发出的光经过预处理元件后，作为参考光，经过全息光学元件调制，第n条出射光束，到达第n个子视区，与法线的夹角α_i为：

其中，n＝1,……,T，m＝1,2,3，i＝1,2……K，S₁为2D显示屏上显示第i幅视点图像的距离裸眼3D显示装置原点最近的子像素距原点的距离，为S₂第i幅视点图像与y轴最近的子视区中心距y轴的距离，Δx₁为最佳观看距离为H、沿俯视面看在水平方向上第i幅视点图像所在的子像素间距。

3.如权利要求2所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，经过全息光学元件调制，出射光束的数量T为：

其中，M为2D显示屏的水平像素数，floor()表示下取整，θ为裸眼3D显示屏的水平视角。