面向移動顯示設備的高品質3D顯示效果的構建,一直是研發者的重點研究內容。全息顯示作為波前再現技術,能提供無視覺疲勞的三維體驗。然而,受現今材料和器件限制,全息顯示在動態、彩色、視場角和分辨率等特性上無法滿足需求。

 針對這一難題,蘇州大學陳林森、喬文團隊在Cell Press細胞出版社旗下交叉學科期刊iScience上發表論文,介紹了采用變周期、變取向的像素化metagrating調制3D光場相位的新方法,重建會聚光場視點,獲得了無視覺疲勞、寬視場、彩色的三維體驗效果。該系統結構緊湊,有望應用于移動顯示設備。



傳統3D顯示技術采用周期結構調制光場,易引起圖像串擾和輻輳調節矛盾等問題,視覺體驗感不佳。為此,研發團隊創新性的提出,采用四變量可變的像素化metagrating調制3D圖像位相信息,結合全息取樣顯示方法,再現會聚視點。在位相分布不變的情況下,刷新圖像振幅信息,大幅減小了數據處理量。進一步地,結合彩色濾光片實現了無視覺疲勞的彩色3D顯示。


  團隊理論計算了會聚視點再現角間隔與像素化metagrating周期和取向變化的關系。像素內結構變化精度達到亞納米級才能形成會聚視點。例如,為獲得0.7°的視角間隔,metagrating周期調控精度需達到0.12nm。為了攻克亞納米精度metagrating的制備難題,研究團隊自主研制了紫外連續變頻納米光刻系統,制備了含不同metagrating結構參數的視角調制板。


  為了進一步驗證metagrating3D光場調制的正確性,研究團隊將視角調制板與液晶屏幕結合。在LED光源的照明下,實現了16個視角的精確調制,得到了視場角為50°的真彩色3D顯示效果,重現3D圖像具有連續平滑的運動視差。


  為了提高3D顯示體驗效果,研究團隊設計并制備了緊密連續取樣視點的metagrating像素結構,再現連續3D光場的波前信息,重現了單色和彩色的3D光場信息。利用相機模擬單個眼睛調焦過程時發現,投影在不同深度的彩色字母與真實物體的深度信息一致,攻克了以往3D顯示中的輻輳調節矛盾這一國際難題。


  為了闡釋該技術應用可行性,研究團隊還制備了幅面達32英寸的視角調制板。結合液晶屏幕,再現了32連續會聚視角,視場角達96°,可滿足多用戶觀看需求。


      綜上,該研究團隊提出的基于像素化metagrating的全息采用3D顯示技術與平板顯示結合,實現了具有運動視差的寬視角彩色動態3D顯示,并解決了3D顯示中輻輳調節矛盾引起的視覺疲勞。此外,該器件結構輕薄,易于批量復制,為今后在移動顯示設備上實現高品質3D效果提供了全新解決方案。

 (以上文章來自cell press公眾號)

 

相關論文信息: 

論文標題:

Holographic Sampling Display Based on Metagratings

 

論文網址:

https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30518-8

 

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.100773