研究人員利用平面透鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)需佩戴眼鏡的逼真3D顯示

研究人員展示了一個(gè)不需要佩戴眼鏡的3D光場(chǎng)顯示系統(tǒng)原型，由于采用了新開(kāi)發(fā)的平面透鏡，該系統(tǒng)的觀看距離大大延長(zhǎng)。該系統(tǒng)則是朝著可用于電視、便攜式電子產(chǎn)品和桌面設(shè)備的緊湊型、外觀逼真的3D顯示器邁出的重要一步。

光場(chǎng)顯示器使用密集的光線場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生全彩的實(shí)時(shí)3D視頻，這樣就不需要戴眼鏡也能觀看。這種創(chuàng)建3D顯示器的方法允許幾個(gè)人同時(shí)觀看虛擬場(chǎng)景，這很像一個(gè)真實(shí)的3D物體。

“大多數(shù)光場(chǎng)3D顯示器的觀看范圍有限，這導(dǎo)致3D虛擬圖像隨著觀察者遠(yuǎn)離設(shè)備而退化，”來(lái)自蘇州大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人Wen Qiao說(shuō)道，“我們?cè)O(shè)計(jì)的納米結(jié)構(gòu)平面透鏡只有100微米厚且有非常大的聚焦深度，這使得從更遠(yuǎn)的地方可以看到高質(zhì)量的虛擬3D場(chǎng)景。”

研究人員發(fā)表在《Optica》上的報(bào)告中指出，他們的原型顯示器在24厘米至90厘米的觀看距離上表現(xiàn)出高效率和高色彩保真度。通過(guò)將這些特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)創(chuàng)造出了一個(gè)更真實(shí)的觀看體驗(yàn)。

Qiao表示：“我們開(kāi)發(fā)這項(xiàng)新技術(shù)是希望創(chuàng)造出能讓人們?cè)谝曨l會(huì)議中感覺(jué)到他們真的在一起的顯示器。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，我們?cè)O(shè)想裸眼3D顯示器將成為日常生活的正常部分并將改變?nèi)藗兣c計(jì)算機(jī)互動(dòng)的方式。”

創(chuàng)造多種視圖

光場(chǎng)顯示器通過(guò)投射不同的視圖來(lái)創(chuàng)造逼真的圖像，進(jìn)而使3D場(chǎng)景在從不同角度看時(shí)看起來(lái)是一樣的。當(dāng)涉及到觀看距離時(shí)，用于創(chuàng)建這些視圖的鏡頭的焦距是一個(gè)限制性因素。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員通過(guò)將納米結(jié)構(gòu)以聚焦光線的方式圖案化在一個(gè)平面上精心設(shè)計(jì)出一個(gè)新的衍射式平面透鏡。將這些透鏡中的幾個(gè)交織在一起，使他們能創(chuàng)造出一個(gè)像素化的視圖調(diào)制器，這是一種在光場(chǎng)顯示中為場(chǎng)景創(chuàng)造各種視角的光學(xué)組件。例如一個(gè)創(chuàng)建四個(gè)視角的3D顯示器將使用四個(gè)這樣的鏡頭，每個(gè)鏡頭都將光線匯聚成一個(gè)獨(dú)特的視角。

“由于跟傳統(tǒng)的玻璃透鏡相比，平面透鏡提供了卓越的光線操縱能力，它們可以用來(lái)解決三維顯示器中有限的運(yùn)動(dòng)視差、串?dāng)_、視覺(jué)疲勞和有限的觀看距離等棘手的問(wèn)題，”Qiao說(shuō)道。

測(cè)試原型

在表明透鏡在聚焦液晶顯示器用于創(chuàng)建圖像的紅、綠和藍(lán)光時(shí)實(shí)現(xiàn)了高分辨率后，研究人員將其納入了一個(gè)4英寸的原型3D光場(chǎng)顯示器，觀看距離則在24至90厘米之間。

該顯示器形成了一個(gè)平滑的水平視差，在所有觀看距離上的串?dāng)_率低于26%，這意味著很少有會(huì)導(dǎo)致眼睛疲勞或使圖像看起來(lái)不真實(shí)的錯(cuò)誤。該顯示器還表現(xiàn)出高達(dá)82%的光效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他已報(bào)道的類似3D顯示系統(tǒng)。高光效對(duì)于創(chuàng)造一個(gè)明亮的虛擬圖像非常重要，特別是對(duì)于諸如便攜式電子產(chǎn)品等耗電量大的應(yīng)用。

盡管原型機(jī)表現(xiàn)出的視角只有9度，但研究人員稱，通過(guò)優(yōu)化用于制造平面透鏡的納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這個(gè)視角可以擴(kuò)大到幾乎180度。除了研究這一點(diǎn)外，他們還計(jì)劃通過(guò)開(kāi)發(fā)出一種更復(fù)雜的設(shè)計(jì)算法來(lái)操縱每個(gè)像素的光束從而進(jìn)一步提高光效率。他們指出，為了使這種類型的顯示器能夠?qū)嶋H制造，還需要有更容易的方法來(lái)制造納米結(jié)構(gòu)。

來(lái)源：cnBeta.COM

關(guān)鍵詞： 研究人員 顯示系統(tǒng) 精心設(shè)計(jì) 液晶顯示器 視覺(jué)疲勞