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,。
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,。
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,。
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.
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。
監(jiān)制 | 張瑩,，趙陽(yáng)
編輯 | 趙唯
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