采用衍射掩模产生白光横向平顶光束

白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50—0.66时,可以得到平顶因子F 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.     

Compact auto-stereoscopic display based on directional backlight using side-glowing polymer optical fiber array

A compact directional backlight module of time-multiplexed auto-stereoscopic display based on side-glowing polymer optical fiber (SGPOF) is proposed. The optical system is mainly composed of SGPOF array and cylindrical lens array. Spatial crosstalk is reduced by inserting a grating film as multi-slit diaphragm between the SGPOF array and the cylindrical lens array. A theoretical model is constructed based on the imaging optics principle of the off-axis ray. In the experiments, the cylindrical lens array concentrates a small number of views on three different view zones, the display can provide high luminance. The measurement results show that the luminance uniformity of the backlight module is up to 89.6%, and in the viewing zone the crosstalk is lower than 10%. The backlight module is compacted that the thickness being only 7 mm. The full-resolution and low-crosstalk 3D images are realized by using SGPOF backlight.     

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.     

基于蝶形液晶开关获得自由立体显示的定向背光平顶光束研究北大核心CSCD

研究了一种采用蝶形液晶开关获得柱透镜式定向背光横向平顶光束的原理和方法,在广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论的基础上,推导出以蝶形液晶开关单元为光源的光束经柱透镜后的衍射光场分布表达式;将蝶形液晶开关单元置于柱透镜的物方焦平面上,利用MATLAB编程模拟不同焦距柱透镜下的横向光场能量分布曲线,并分析了蝶形参数对横向光场能量分布的影响。结果表明,随着蝶形参数减小,横向衍射光场能量均匀度先增大后减小,存在一个蝶形参数值可使能量均匀度达到最大值。     

塑料光纤激光打标散射点实验研究

塑料光纤（Plastic Optical Fiber,POF）纤芯散射点的形状和大小尺寸控制对基于半导体激光器（LD）和侧面发光POF的LCD背光源设计具有重要意义。研究了一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法,基于非成像光学的边缘光线原理分析了激光打标制作POF纤芯散射点的二次聚焦过程,推导出激光侧面入射在POF上表面时的焦点坐标的表达式计算式。实验研究了1.06 m波长激光在POF纤芯制作打标散射点时,激光光束半径（打标聚焦透镜高度）、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和体积尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650 nm激光的散射光相对光强分布进行检测,通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明,POF纤芯散射点的形状决定于激光光束半径（打标聚焦透镜高度）,当聚焦透镜高度激光光束半径为束腰半径透镜焦距时,可以得到光纤径向细而长的条散射点;。当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时,在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。而随着激光功率增大和重复打标次数增加,散射点的体积尺寸随着增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80 W/mm2,而要使POF散射点具有稳定的细长条状,激光功率密度应大于140 W/mm2。     

基于LED光源与聚合物光纤束的能量均匀透镜耦合器设计

研究了以大功率发光二极管(LED)作为光源的聚合物光纤束(POFB)透镜耦合器的原理和设计方法,基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成,折射曲面将修正的朗伯型大功率LED光束中发散角度较小的光线均匀分配在POFB端面上;反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性,并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明,当采用3535规格的LED作为光源时,设计的耦合器可使直径为0.5 mm的20×20根POFB端面照度均匀性达到92%,有效光利用率达到71%。