面向移动显示设备的高品质3D显示效果的构建,一直是研发者的重点研究内容。全息显示作为波前再现技术,能提供无视觉疲劳的三维体验。然而,受现今材料和器件限制,全息显示在动态、彩色、视场角和分辨率等特性上无法满足需求。

 针对这一难题,兴发游戏娱乐陈林森、乔文团队在Cell Press细胞出版社旗下交叉学科期刊iScience上发表论文,介绍了采用变周期、变取向的像素化metagrating调制3D光场相位的新方法,重建会聚光场视点,获得了无视觉疲劳、宽视场、彩色的三维体验效果。该系统结构紧凑,有望应用于移动显示设备。



传统3D显示技术采用周期结构调制光场,易引起图像串扰和辐辏调节矛盾等问题,视觉体验感不佳。为此,研发团队创新性的提出,采用四变量可变的像素化metagrating调制3D图像位相信息,结合全息取样显示方法,再现会聚视点。在位相分布不变的情况下,刷新图像振幅信息,大幅减小了数据处理量。进一步地,结合彩色滤光片实现了无视觉疲劳的彩色3D显示。


  团队理论计算了会聚视点再现角间隔与像素化metagrating周期和取向变化的关系。像素内结构变化精度达到亚纳米级才能形成会聚视点。例如,为获得0.7°的视角间隔,metagrating周期调控精度需达到0.12nm为了攻克亚纳米精度metagrating的制备难题,研究团队自主研制了紫外连续变频纳米光刻系统,制备了含不同metagrating结构参数的视角调制板。


  为了进一步验证metagrating3D光场调制的正确性,研究团队将视角调制板与液晶屏幕结合。在LED光源的照明下,实现了16个视角的精确调制,得到了视场角为50°的真彩色3D显示效果,重现3D图像具有连续平滑的运动视差。


  为了提高3D显示体验效果,研究团队设计并制备了紧密连续取样视点的metagrating像素结构,再现连续3D光场的波前信息,重现了单色和彩色的3D光场信息。利用相机模拟单个眼睛调焦过程时发现,投影在不同深度的彩色字母与真实物体的深度信息一致,攻克了以往3D显示中的辐辏调节矛盾这一国际难题


  为了阐释该技术应用可行性,研究团队还制备了幅面达32英寸的视角调制板。结合液晶屏幕,再现了32连续会聚视角,视场角达96°,可满足多用户观看需求。


      综上,该研究团队提出的基于像素化metagrating的全息采用3D显示技术与平板显示结合,实现了具有运动视差的宽视角彩色动态3D显示,并解决了3D显示中辐辏调节矛盾引起的视觉疲劳。此外,该器件结构轻薄,易于批量复制,为今后在移动显示设备上实现高品质3D效果提供了全新解决方案。

 (以上文章来自cell press公众号)

 

相关论文信息: 

论文标题:

Holographic Sampling Display Based on Metagratings

 

论文网址:

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

 

DOI:

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