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拟转化成果 | 低串扰：多指向型背光三维显示
来源: | 作者:4SHQ | 发布时间: 1065天前 | 5115 次浏览 | 分享到:
两束相干光束（参考光束和物光束）发生干涉，在干涉位置处放置感光材料，明暗相间的干涉条纹将记录在感光材料上，制备得到 HOE。当参考光束入射到 HOE 上，衍射光即为原始物光束，因此 HOE 可在超薄的材料上实现复杂的光学特性。当 HOE 的入射光束以较小角度偏移参考光束时，衍射光束亦稍偏移原始物光束，因此，可以通过修改入射光束角度，获取不同方向的衍射光。系统中 HOE 由柱面光束和扩散光束在光致聚合物薄膜上干涉制备而成，实现了柱透镜和定向扩散屏的光学特性的叠加，其制备过程如图2所示。光致聚合物薄膜经紫外灯均匀照射后，固化得到 HOE 器件，实验测得 HOE 器件的衍射效率约为 70%。
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图2：HOE 制备过程图
图源：液晶与显示，2022, 37(5):600. Fig.3

  3. 显示均匀度的提升  
由于该系统中 HOE 器件采用非平面波曝光制备而成，HOE 上各个区域的光栅矢量不断变化，因此边缘位置的 LED 入射时，HOE 上各区域的衍射方向将存在差异，边缘方向上背光源的均匀度将大大减低。为了解决这一问题，研究团队采用两种方式来提高均匀度，分别是双 LED 式和扩散屏式。

双 LED 式即相邻的两个 LED 同时点亮，观看者在相应视点看到是拼接后的显示图像。在双 LED 式下，边缘视场的均匀度提升至 74%，即边缘视场显示效果将由图3 (a)变化为图3 (b)。同时，串扰值平均值仅为 1.4%，远小于引起观看者不适感的串扰最大值 5%。图4中显示了双 LED 点亮方式下，三个观看视点处分别对应的显示图像。
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图3：边缘视场处背光源的均匀度，(a) 单 LED 式，(b) 双 LED 式
图源：液晶与显示，2022, 37(5):601. Fig.4, Fig.5

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图4：双 LED 式不同视区下的视差图
图源：液晶与显示，2022, 37(5):602. Fig.7

为了提高三维显示系统的观看视场角，同时保证均匀性和串扰，研究团队又提出添加扩散屏的方式，实现了 25 个观看视点。在扩散屏式下，视场角和边缘视场均匀度均得到提升，系统平均串扰值为 2.75%，仍小于 5% 的串扰最大值。图5显示了扩散屏方式下，5 个观看视点分别对应的显示图像。
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图5：扩散屏式不同视区下的视差图
图源：2022, 37(5):602. Fig.10

  四、总结与展望  
研究团队利用 HOE 器件的衍射特性，搭建了基于多指向型背光源的三维显示系统，实现了低串扰、全分辨、多视点的三维显示效果，解决了现有的基于指向型背光源的三维显示装置在串扰、视点数目上的问题，大大提升了观看者的视觉体验。