自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1％,而可视区域仅减小32.8％,具有较高的实用价值.     

自由立体显示器中锯齿状交错狭缝光栅的设计

光栅式自由立体显示由于易存在莫尔条纹和串扰的问题而影响其显示效果.利用斜光栅可减轻莫尔条纹但增加了视点间的串扰.本文提出一种减轻莫尔条纹的光栅设计方法,同时对可视区域影响较小.设计中对光栅进行分段,并将相邻两段狭缝错开一定距离.该方法能减小通过同一狭缝看到两相邻子像素之间的黑条的比例,获得较宽且较淡的莫尔条纹,从而减轻了视觉干扰.仿真结果表明该光栅相比传统垂直光栅,莫尔条纹亮度下降了108.1%,而可视区域仅减小32.8%,具有较高的实用价值.     

狭缝光栅自由立体显示器立体可视区域的研究

提出了反映观察区域某一点是否是合适的立体观察点立体图像质量因子的概念.根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理并应用几何光学知识,分析得出了立体图像质量因子的计算公式,并给出了立体显示器的立体图像质量因子的计算结果.通过定义立体图像质量因子的阈值,得到狭缝光栅自由立体显示器的立体可视区域.     

基于TracePro的狭缝光栅自由立体LED显示器件的串扰仿真

利用TracePro仿真软件对狭缝光栅自由立体LED显示器件的串扰进行仿真。首先,通过对狭缝光栅的设计原理分析,并基于LED模块的发光像素面积2 mm×2 mm,黑矩阵的面积1 mm×1 mm,设定最佳观看距离为5 m的两视点狭缝光栅自由立体LED显示器件,计算出光栅的狭缝宽度和挡光宽度都为2.87 mm。其次,利用这些参数,通过TracePro软件建立狭缝光栅自由立体LED显示器件的仿真模型,通过仿真运算得到左、右视频的光照度分布图,并通过归一化发现它们的光照度均匀性较差,观看时会导致"眩晕"现象。最后,借助自由立体显示器件串扰的测量方法,根据仿真左、右视频照度分布图的交叉曲线,定性分析了仿真结果,并结合Orign 9.1软件定量对仿真的串扰值进行计算,得出其串扰值为42.4%。这为进一步优化狭缝光栅自由立体LED显示器件的设计和性能提供了理论依据和技术支持。     

狭缝光栅、柱面透镜光栅及其新构型在三维显示中的应用

介绍了三维显示技术的研究现状,综述了狭缝光栅和柱面透镜光栅在自由立体显示技术中的重要应用。回顾了各种光栅式自由立体显示系统的结构和原理;提出了如何根据狭缝光栅和柱面透镜光栅的特殊光学性质,在传统的立体显示系统中添加各种光栅形成灵活组合结构来提高立体显示效果,强调了它们在减小串扰、增大视场角、避免摩尔条纹以及提供更全面的三维信息等方面的作用。最后指出基于两种光栅的叠加构成面积大、参数均匀、价格低廉的新型透镜可实现全视差立体显示,对探索自由立体显示技术的研究很有意义。     

狭缝光栅、柱面透镜光栅及其新构型在三维显示中的应用

介绍了三维显示技术的研究现状,综述了狭缝光栅和柱面透镜光栅在自由立体显示技术中的重要应用。回顾了各种光栅式自由立体显示系统的结构和原理;提出了如何根据狭缝光栅和柱面透镜光栅的特殊光学性质,在传统的立体显示系统中添加各种光栅形成灵活组合结构来提高立体显示效果,强调了它们在减小串扰、增大视场角、避免摩尔条纹以及提供更全面的三维信息等方面的作用。最后指出基于两种光栅的叠加构成面积大、参数均匀、价格低廉的新型透镜可实现全视差立体显示,对探索自由立体显示技术的研究很有意义。     

多视点自由立体显示串扰分析与视区仿真

对多视点自由立体显示的串扰成因进行了分析,推导出了无串扰观看点与光栅参数之间的关系;然后分别对垂直于显示器方向和平行于显示器方向的串扰进行了分析与计算,得到了屏前三维空间的串扰分布情况.仿真结果表明,沿显示屏幕垂直方向的视区范围大于水平方向的视区范围,而且在水平平行于屏幕的方向上,每一个视点存在多个理论无串扰观测点,但在垂直于屏幕方向上,每个视点只存在一个理论无串扰观测点.最后通过对屏前三维区域视点光强进行仿真,进一步验证了串扰计算的准确性,为自由立体显示系统的最佳设计与具体实现奠定了仿真基础.     

消除自由立体显示串扰的定向背光源设计

定向背光柱透镜光栅式多视点自由立体显示器的串扰和亮度均匀性问题是影响其广泛应用的主要因素之一.本文通过分析串扰产生的原因,根据偏轴光线的成像光学原理,推导出液晶显示屏光开关板列单元与柱透镜组成的偏轴光学系统的参数计算式.提出一种液晶显示屏光开关蝶形单元结构,设计了采用该蝶形单元的定向背光自由立体显示背光源模组.模拟仿真结果表明:所设计的定向背光自由立体显示背光源可消除自由立体显示的串扰;在视点平面90%观看区域的串扰度小于0.5%,光束10%峰值宽度的串扰面积比γ=0,光束90%峰值宽度比普通液晶单元结构的增大37%,改善了不同位置观看图像亮度变化大的问题.     

基于视差和串扰的自由立体显示器视疲劳预测

针对观看自由立体显示器存在人眼焦点调节和集合不一致的根本生理问题,及观看时间稍长将引起立体观看视疲劳,甚至危害视觉健康的问题。提出了一种对自由立体显示器视疲劳程度进行预测的方法,由三个不同的立体观看视疲劳参数——视差值、视频帧率和串扰度组合得到27段立体测试视频,让观看者观看这些视频得到主观评价数据,采用多元线性回归的统计方法处理评价数据确定了自由立体显示器视疲劳的多元线性回归模型,并根据此模型对待评估立体视频的视疲劳程度进行有效预测。这种方法避免了反复的主客观评价对视觉系统的危害,减少主客观评价信息收集的复杂性。最重要的是,该模型能快速预测自由立体显示器视疲劳程度。     

立体显示用柱面透镜光栅的设计

分析了柱面透镜光栅的单柱面透镜的光传输特性,进而推导出柱面透镜光栅的曲率半径、节距和厚度等重要参量的计算公式.根据这些理论公式,为15英寸柱面透镜光栅自由立体显示器设计了柱面透镜光栅的参量,通过应用光学软件ASAP模拟该立体显示器的立体视区分布,得出该立体显示器能显示良好立体图像,从而验证了理论的正确性.     

基于自由曲面的裸眼3D显示柱透镜光栅设计

设计了一种用于裸眼3D显示屏的低串扰新型双面柱透镜光栅板,光栅板的入射面为等间距排列的与显示器子像素数量相同的凹形自由曲面光栅结构,出射面为斜置的凸形自由曲面光栅结构.根据裸眼3D显示原理和几何光学原理推导了双面光栅板的光栅单元自由曲面设计公式和光栅参数计算公式.通过MATLAB编程计算和SolidWorks软件建模得到光栅板模型.用TracePro软件对所设计的光栅板模型进行光线追迹仿真,结果表明:参数优化后的6视点斜置柱透镜双面光栅3D显示在最佳视角的图像串扰度为0.068%,与传统6视点斜置柱透镜光栅的最佳视角图像串扰度相比降低了2个数量级,并且在观看距离2 000mm~3 000mm范围内图像串扰度基本不变.     

视点可控液晶光栅的研究

提出一种双层交错结构的驱动电极控制液晶分子偏转的可控液晶光栅.利用光刻和镀膜工艺在玻璃基板上制作掺铝氧化锌-二氧化硅-掺铝氧化锌双层交错结构的驱动电极,采用液晶成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板组装成液晶盒.与传统单层控制电极相比,双层交错电极实现了基板的无缝覆盖,避免了各电极存在的空白区,使得器件的控制区域变得完整与灵活.光学显微镜测试表明,掺铝氧化锌第一电极和第二电极的宽度为275.8,两者之间通过SiO2介质层隔离并相互交错覆盖在玻璃基板上.结合液晶光栅驱动电路,可控液晶光栅能有效地控制遮光区与透光区的比值,实现不同3D视差图片在同一套系统中的实时切换播放,在多视点3D实时切换显示领域有一定的应用前景.     

高效全偏振矩形闪耀光栅的设计(英文)

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.     

用于激光诱导等离子体光谱分析的便携式中阶梯光栅光谱仪设计(英文)

激光诱导等离子体光谱分析技术是一种非接触式实时检测技术,它已成为一种新兴的物质成分与浓度分析手段,并在工业生产等领域有着重要应用。为了使激光诱导等离子体光谱分析技术在极短的时间内同时获得全面的光谱信息,本文设计了一款波段范围为180～400 nm的轻小型中阶梯光栅光谱仪。通过分析其光学性能,确定了系统的结构参数,并对像差进行了分析校正。对汞灯特征光谱进行了测试标定,仪器光谱分辨率在253.652 nm处可达0.036 8 nm,满足激光诱导光谱分析技术对仪器光学性能的需求。     

多参量可调谐的Bragg波导光栅滤波器设计(英文)

为了解决基于光纤布喇格光栅和压电陶瓷结构的任意光脉冲整形器在动态调谐时存在不足的问题,提出并设计了一种波长、相位、幅度参量独立可调的Bragg波导光栅滤波器,以实现谐振波长及谐振波相位快速独立的线性调控.理论分析表明:波长和相位的理论调谐效率分别为15.6pm/V和0.2π/V,滤波器的输出光强度可以通过偏振旋转器控制.基于转移矩阵理论的仿真分析发现:该滤波器在蚀刻占空比为1/2时反射率最大,光栅长度为10.869mm,蚀刻深度大于100nm时,可以获得98.4%以上的反射率和大于0.14nm的带宽;增大波长调谐电压会进一步降低滤波带宽.     

基于光纤光栅谐振腔的掺镱全光纤激光器设计(英文)

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响,为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜,通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输,成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082 .50 nm,谱线宽度0 .113 nm,最大输出功率8 .5 W,泵浦阈值功率0 .8 W,斜率效率为70 .8 %的稳定激光输出.