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。     

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.     

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.     

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.     

自由立体显示器倾斜锯齿交错狭缝光栅的设计(英文)

针对光栅型自由立体显示方案易存在串扰和莫尔条纹的问题,提出一种莫尔条纹和可视区域均在可接受范围内的倾斜锯齿交错光栅设计方法,该方法在斜光栅结构基础上以一个像素高度的一半为单位对光栅进行分段,将相邻两段狭缝用对称三角形狭缝代替.该结构与斜光栅相比,减少了通过同一狭缝看到相邻子像素而产生的相互串扰,即减小了斜光栅存在的视点间的串扰,扩大了可视区域范围.仿真及实测结果表明倾斜锯齿交错光栅比斜光栅可视区域增加了25%,而莫尔条纹亮度只减少4.5%,具有一定的实用价值.     

基于液晶偏振体光栅的波导显示系统

液晶偏振体光栅作为一种新型波导耦合元件,因其较宽的角度响应带宽和独特的偏振特性而受到关注。然而,目前对液晶偏振体光栅的研究还在初步阶段,基于液晶偏振体光栅的波导显示系统主要存在出瞳范围较小的缺点。制备了中心波长为532 nm、光束垂直入射时反射衍射角为50°的液晶偏振体光栅,光栅峰值衍射效率达到75%。将其作为波导显示系统的耦合元件可实现图像的传输和显示。同时,设计和实现了出瞳在一维和二维方向上的扩展,将出瞳扩大了到14 mm×12 mm的范围。     

立体显示系统的消畸变研究

许多场合需要精确观看与真实景物相似的立体影像,立体拍摄和再现系统应无畸变。提出的再现立体影像垂轴放大率概念,其具有与拍摄相机的垂轴放大率互补的特性。由此根据再现立体像的垂轴放大率与轴向放大率应相等这一消畸变的基本要求推导了立体拍摄和再现系统的消畸变条件。提出了消畸变系统的设计方法和设计流程,计算并通过验算证明了设计方法的正确性。该方法设计流程简单合理,设计的立体拍摄和再现系统,在正面观看时可在很大的纵深范围内得到消畸变立体影像。     

Crosstalk elimination in multi-view autostereoscopic display based on polarized lenticular lens array

An autostereoscopic display composed of a directional backlight,an image display panel,a striped half-wave plate,and a polarized lenticular lens array is proposed.The directional backlight emitting the parallel light can redirect the cones of light to lenticular lens array and reduce the chromatic spatial-interference effect.The striped half-wave plate,located in front of the image display panel,transformed the polarization direction of the lights from the directional backlight into two mutually perpendicular directions.The polarized lenticular lens array not only can divide the light from the left and right view images to send to left and right eyes but also can reduce the crosstalk of the stereoscopic images.The proposed autostereoscopic display can produce high quality stereoscopic images without crosstalk at the optimal viewing distance.     

Effect of thickness of parallax barrier on viewing angle of one-dimensional integral imaging display

A parameter design of a parallax barrier is one of the most important keys to design a one-dimensional integral imaging (1DII) display using parallax barrier. The relationship between the thickness of the parallax barrier and the viewing angle of the 1DII display is studied, and the maximal value of the thickness is also obtained. When the thickness of the parallax barrier is greater than the maximal value, the viewing angle of the 1DII display is decreased with increasing the thickness of the parallax barrier. A prototype of the 1DII display using parallax barrier is developed, and the experimental results agree well with the theory.     

交叉视差及观看时间对自由立体显示视觉舒适度的影响

针对自由立体显示器视疲劳的问题,对交叉视差及观看时间影响视觉舒适度的问题进行了分析和研究。实验选取具有交叉视差的图片和视频,观察者采用主观评价和客观评价相结合的方法,对其观看舒适度进行评价。结果表明具有交叉视差的图片和视频,其观看舒适度都随时间的增加而减弱,图片的观看时间应在23min以内,视频的观看时间应在17min以内,此时观看较为舒适。持续观看具有交叉视差的图片和视频会引起视疲劳,应控制其观看时间。     

平显视差测量系统的设计与实现

 针对平视显示器调试过程中视差检测主观性大,不能给出精确量的问题。基于机器视觉,研制了一套平视显示器视差检测装置。装置采用传统光学系统,利用CCD光电耦合器件手动调节,将大视场平行光管十字分划成像,对图像做处理,计算给出视差值。用装置和摆头法测试结果进行比较,结果表明该测试系统提高了平视显示器视差检测的精确度,整个系统的测量精度为28″。     

高功率椭圆形柱面介质透镜天线阵的设计

设计了一种椭圆形柱面透镜天线阵列。为改善天线的辐射性能,考虑到高功率应用中的高压击穿问题,提出在横截面为椭圆形组合矩形的天线罩内填充变压器油的方法,并将三元刀型天线阵列密封其内,形成介质透镜天线阵。利用椭圆的几何聚焦能力和介质的缩波效应,提高天线阵列的主瓣增益,并增加天线阵列的电尺寸。通过调整天线阵列的单元间距,相较于不加透镜的阵列结构,该结构的轴向远场电压峰峰值增加41%,远场辐射波束宽度变窄,前后比也得到改善,且增益提高了4.96 dB,功率容量提高338倍,达9.63 GW。     

阵列式微型透镜封装多芯片COB LED的光学仿真设计及应用

为了提高COB LED的取光率,以1919 COB LED为研究对象,建立阵列式圆锥透镜、半椭球透镜、四棱锥透镜和半圆球透镜封装LED模型,并利用光学仿真软件进行研究。仿真实验结果表明:在优化条件下,高0.5 mm、直径0.9 mm的阵列圆锥透镜封装LED的光通量由平面封装的67 lm提高至84.3 lm,即取光率提高25.8%。制作了RGB芯片的多芯片LED样品,并用直径1 mm的阵列半圆球透镜进行封装,其取光率提高18.8%。     

利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照

提出将空间域的透镜列阵法和时间域的光谱色散平滑法结合起来实现靶面的均匀辐照. 消衍射型透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑，光谱色散平滑则能有效地抹平焦斑内部由多光束干涉引起的细密条纹. 数值结果显示，通过该方案能获得均匀性较好的焦斑. 进一步分析了光谱色散平滑单元中位相调制和光栅的参数对辐照均匀性的影响，发现参数的选取要在焦斑均匀性和能量利用率之间取得合理平衡，以在整体上获得最佳的均匀辐照效果. 关键词： 光谱色散平滑 透镜列阵 衍射 多光束干涉     

利用部分相干光和同心角偏差透镜列阵实现二维靶面均匀辐照

提出利用部分相干光通过透镜列阵系统实现靶而的均匀辐照, 透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑, 透镜列阵的适当同心度偏差又使各子束的斑纹相互稍微错开, 使干涉斑纹变密, 而入射的激光是空间相干性减少了的部分相干光, 可进一步抑制了透镜列阵系统焦斑的小尺度不均匀性. 使用广义衍射积分理论, 对高斯-谢尔光束通过透镜列阵光学系统的焦斑光强分布进行了详细的二维模拟研究, 比较了完全相干光与部分相干光经过透镜列阵的匀滑效果. 数值模拟表明, 应用同心度偏差和适当离焦时, 可实现焦斑均匀性和能量利用率同时达到最佳的效果.     

超短焦距广角CID电视镜头的设计、制造与检测

舰船上直升飞机导降系统的CID电视小镜头 ,焦距只有 5 7mm ,视场为 90°。加拿大国内做得不够理想 ,其主要问题是弥散圆偏大。中科院西安光机所采用全部镜片都用普通光学玻璃的方案 ,精心设计制造了多批CID电视镜头 ,其技术指标完全达到了合同要求 ,加拿大客商倍加赞誉。首先叙述了CIDTV小镜头的光学设计、结构设计、加工和装校的要点。接着重点介绍了检测须过的“五关” :星点检验、近轴焦距、畸变、后截距和透过率测量。最后给出了CIDTV镜头的结果。