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擬轉(zhuǎn)化成果 | 偏振復(fù)用實(shí)現(xiàn)高分辨率3D顯示
來(lái)源:中國(guó)光學(xué)《液晶與顯示》(ESCI,、Scopus收錄,,中文核心期刊)2022 年第 5 期 | 作者:4SHQ | 發(fā)布時(shí)間: 1056天前 | 4197 次瀏覽 | 分享到:
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái),3D 顯示技術(shù)迅速發(fā)展,,在科研教育,、醫(yī)療診斷和軍事演習(xí)等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景,。特別是裸眼 3D 顯示技術(shù),,觀(guān)眾不需要佩戴助視設(shè)備即可體驗(yàn)逼真的 3D 效果,也為當(dāng)下火熱的元宇宙,、智慧城市等概念提供了技術(shù)支撐,。在眾多裸眼 3D 技術(shù)中,集成成像 3D 顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,,能夠直接嫁接在現(xiàn)有的 2D 顯示器上,,減少開(kāi)發(fā)成本,是最被市場(chǎng)所看好的裸眼 3D 顯示技術(shù)之一,。


集成成像技術(shù)由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者李普曼在 1908 年提出,,通過(guò)微透鏡陣列將 3D 場(chǎng)景不同角度下的視差信息記錄在圖像傳感器上,再傳輸給 2D 顯示器顯示,,根據(jù)光路可逆原理,,3D 場(chǎng)景的視差信息會(huì)通過(guò)微透鏡陣列再現(xiàn)出來(lái),真實(shí)的還原出 3D 圖像,。眾所周知,,3D 場(chǎng)景的光場(chǎng)數(shù)據(jù)量大,而 2D 顯示器的空間帶寬積有限,,這就導(dǎo)致 3D 圖像的分辨率,、視角和景深之間相互制約。如何突破這種制約,?在不損失視角和景深的前提下,,提升 3D 分辨率,是目前 3D 顯示技術(shù)所面臨的主要挑戰(zhàn)之一,。
圖1:集成成像技術(shù)原理

近日,,四川大學(xué) 何偉 碩士生、鄧歡 教授等人在《液晶與顯示》(ESCI,、Scopus收錄,、中文核心期刊)發(fā)表了題為“基于回返器和反射偏振片的分辨率增強(qiáng)集成成像 3D 顯示器”的學(xué)術(shù)文章。該文章剖析了集成成像 3D 顯示性能的制約因素,,提出偏振復(fù)用技術(shù)突破常規(guī) 2D 顯示器的空間帶寬積限制,,實(shí)現(xiàn)集成成像 3D 分辨率的提高,。文章介紹了偏振復(fù)用的原理,剖析了回返器和反射偏振片等核心元件的結(jié)構(gòu)和功能,,闡述了高分辨率 3D 片源的生成方法,。


  1. 何為偏振復(fù)用?  

自然光中包含著不同的偏振態(tài)光線(xiàn),,通過(guò)光學(xué)器件將不同偏振態(tài)的光分離出來(lái),,對(duì)每種偏振態(tài)光進(jìn)行獨(dú)立的光場(chǎng)調(diào)控,達(dá)到偏振復(fù)用的效果,。隨著反射偏振片,、液晶透鏡和幾何相位透鏡等偏振光學(xué)器件的出現(xiàn),讓偏振復(fù)用技術(shù)在顯示領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用,。

圖2:偏振狀態(tài)分離

  2. 偏振復(fù)用 3D 分辨率提升  

從 2D 顯示屏出射的光線(xiàn)被反射偏振片分離成兩組偏振方向互相正交的偏振光,,并向不同的方向傳播,隨后分別經(jīng)由回返器反射,,在鏡面對(duì)稱(chēng)的成像面上重疊,。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)反射偏振片的間距,使得兩組偏振光的像素分別在水平和豎直方向上錯(cuò)位 1/2 像素,,實(shí)現(xiàn)像素光線(xiàn)的錯(cuò)位疊加,。

圖3:偏振復(fù)用 3D 顯示系統(tǒng)光路

圖源:液晶與顯示, 2022, 37(5): 557. Fig.1


兩組偏振光分別攜帶偏振片源,疊加后生成高分辨率 3D 片源,,完成 3D 片源的偏振復(fù)用,。根據(jù)疊加的 3D 片源和兩個(gè)偏振片源的之間的像素索引關(guān)系,可由疊加的 3D 片源的像素值計(jì)算出偏振片源的像素值,。

圖4:3D 片源的偏振復(fù)用

疊加后的 3D 片源像素尺寸為 2D 顯示器像素尺寸的 1/4,,像素?cái)?shù)約為 4 倍,可以實(shí)現(xiàn)更精密的光場(chǎng)調(diào)控,。疊加后的高分辨率 3D 片源經(jīng)過(guò)透鏡陣列實(shí)現(xiàn)方向性調(diào)制,,保證 3D 視角和景深的前提下,在空間中重構(gòu)出更多體素的高分辨率 3D 圖像,。

圖5:偏振復(fù)用 3D 分辨率增強(qiáng)

以上研究表明,,偏振復(fù)用為提高集成成像 3D 顯示分辨率提供了一種新思路。在 2D 顯示器固有的空間帶寬積條件下,,增加 3D 片源的可控光線(xiàn)數(shù),,有效的提升 3D 圖像的分辨率,為實(shí)現(xiàn)高分辨率集成成像 3D 顯示提供更多的可能,。


  論文信息  

何偉,,李強(qiáng),郭兆達(dá),,鄧歡. 基于回返器和反射偏振片的分辨率增強(qiáng)集成成像3D顯示器[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5): 555-561.
https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0017

  通訊作者簡(jiǎn)介  

鄧歡,,四川大學(xué)電子信息學(xué)院教授,、博士生導(dǎo)師。2012 年 6 月于四川大學(xué)獲得光學(xué)工程博士學(xué)位,,四川省優(yōu)博,。主要致力于裸眼光場(chǎng) 3D 顯示、集成成像,、AR 顯示,、3D 視覺(jué)健康等領(lǐng)域的研究。獲得中國(guó)電子學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),、教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),、軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),主持國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目課題,、面上項(xiàng)目,、青年基金等,。在 Optics Express, Photonics Research 等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文 30 余篇,,授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 30 余件。
E-mail:[email protected]



監(jiān)制 | 張瑩,,趙陽(yáng)

編輯 | 趙唯