單像素液晶透鏡的自由立體顯示技術(shù)

　　1 簡介

　　近來，三維顯示技術(shù)受到了極大的關(guān)注，并有可能在將來帶來一個(gè)可觀的市場。在三維立體顯示當(dāng)中，液晶透鏡這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用，主要原因是其具有很高的靈活性，只需要在液晶層控制相應(yīng)的電極的電壓分布，液晶透鏡的折射率分布就會(huì)相應(yīng)的改變，從而對像素出射光的分布進(jìn)行控制，2D/3D轉(zhuǎn)換大多數(shù)就是利用液晶透鏡來實(shí)現(xiàn)的。

　　本文提出了一種動(dòng)態(tài)的單像素動(dòng)態(tài)液晶透鏡，如圖1所示。并將其用于三維立體顯示技術(shù)。使用此種結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式后，自由立體顯示系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高分辨率和低串?dāng)_，從而改善自由立體顯示性能。本文對光源的發(fā)散角度對單像素立體顯示技術(shù)串?dāng)_的影響作了論述。通過動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶層的電極，使所有屏幕像素發(fā)出的所有光線在某個(gè)時(shí)間指向同一個(gè)視場(例如視場1)，在下一個(gè)時(shí)間指向另一個(gè)視場(例如視場N)，這樣就可以利用時(shí)序信號(hào)在不降低空間分辨率的前提下實(shí)現(xiàn)三維顯示。

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　　本文提出的基于單像素透鏡的三維立體顯示方法，可以解決傳統(tǒng)方式帶來的分辨率降低問題。由于一個(gè)液晶透鏡控制一個(gè)像素的光線，能實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，從而能提高3D顯示的串?dāng)_、均勻性等性能。

　　2 建模與仿真

　　2.1 模型的建立

　　本文的模型如圖2所示，其基本結(jié)構(gòu)是在常規(guī)的LCD面板上方加上一層液晶層來實(shí)現(xiàn)液晶透鏡。

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　　2.2 仿真分析

　　由于液晶透鏡與固態(tài)透鏡的等效性，前期仿真時(shí)以球面單像素固態(tài)透鏡建模，光源為瑯勃光源，單像素寬度0.08mm，透鏡焦距選擇1.23mm，可以得到像素發(fā)出的光在觀察面上的分布如圖3(a)所示。由圖可得，其光分布的范圍很寬。這是因?yàn)?，根?jù)模型尺寸，透鏡與對應(yīng)像素的夾角很小，即像素發(fā)出的角度為180度的出射光線，其中很大部分通過相鄰?fù)哥R出射，從而導(dǎo)致光線分散。當(dāng)減小發(fā)散角到2度，仿真結(jié)果如圖3(b)所示，可以看到光線的分布十分的集中。由此可見，像素出射光的發(fā)散角度對單像素液晶透鏡立體顯示有著很大的影響。

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　　為了便于控制與研究，取單像素液晶透鏡折射率分布為線性分布，光線發(fā)散角為2度。對于不同視場，單像素液晶透鏡中的折射率取不同的線性分布，以使光線聚焦到市場中心。以此仿真，得到九視場立體顯示器的仿真光強(qiáng)分布如圖4所示。從圖中可知，基于單像素透鏡的三維立體顯示技術(shù)能夠極大的降低串?dāng)_。

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