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用于指向光源的侧面发光塑料光纤阵列设计

Design of Side-Glowing Plastic Optical Fiber Array for Directional Backlight

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摘要

随着三维(3D)立体显示技术的发展,裸眼3D显示成为技术研发的主流[1]。目前,裸眼3D显示主要基于双目视差原理[2-3],包括光栅式、透镜阵列式和定向时分背光式三种技术[4-5],其中:光栅式裸眼3D显示技术存在屏幕亮度和分辨率较低等问题;透镜阵列式裸眼3D显示技术存在分辨率低、串扰大等问题;而定向时分背光裸眼3D显示技术解决了前述3D显示技术的主要缺陷[6]。薛亚兰等[7]提出一种新型指向性背光结构,利用菲涅耳透镜与多组透镜光栅形成指向性出瞳,同时,系统中还增加了人眼跟踪模块,将用户信息及时同步传递至背光源模块并进行适时调整,以实现多视点供多人观看;但是,该系统仍存在着背光源结构复杂、体积大等问题。陈芳萍等[8]提出一种采用蝶形液晶开关获得柱透镜式指向光源横向平顶光束的原理和方法,将液晶显示屏(LCD)单元设计成纵向的、中间窄两边宽的蝶形结构,输出横向平顶光束,蝶形开关依次有序闭合以产生有序变化的背光源输出,利用柱面微透镜阵列使光线偏转,配合视点图像同步进行指向光源立体显示;但是,该结构需要增加一个蝶形开关板,系统仍较复杂。Zhuang等[9]提出了时间序列的裸眼3D显示技术,指向光源光束与液晶显示屏幕上的左、右图像交替显示,但是受造价昂贵和商用推广的限制,该技术难以得到实质性的应用。此外,现有常见的指向光源裸眼3D显示屏结构还有利用两组LED和对称结构的导光板组成的背光源系统,结合特殊结构的裸眼3D显示膜片形成指向光源[7,10],但这种结构的加工精度要求高,结构复杂。

Abstract

To address the problem of the complex light source structure of a directional backlight in naked eye 3D display, a design and fabrication method for a kind of side-glowing plastic optical fiber (POF) array backlight is researched. An arrangement formula of the side-glowing POF array is obtained by analyzing the directional imaging optical path composed of side-glowing POF array and cylindrical micro-lens array. A kind of side-glowing POF array for directional backlight is fabricated and the crosstalk from the directional backlight is measured. The results show that the minimum crosstalk in the transverse regions of -200 mm to 200 mm is less than 1% at the optimal distance of 530 mm in the designed viewing area. Finally, the effects of cylindrical lens aberration, POF array optical fiber dislocation, and increasement of viewing angle on crosstalk degree of POF array directional backlight are analyzed.

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DOI:10.3788/AOS201939.1011001

所属栏目:成像系统

基金项目:福建省科技计划重大项目、华侨大学研究生科研创新能力培育项目;

收稿日期:2019-03-21

修改稿日期:2019-06-03

网络出版日期:2019-10-01

作者单位    点击查看

郜飞飞:华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
何涌:华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
李梓润:华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
王孝艳:华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
庄其仁:华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021

联系人作者:庄其仁(qrzhuang@hqu.edu.cn)

备注:福建省科技计划重大项目、华侨大学研究生科研创新能力培育项目;

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引用该论文

Feifei Gao,Yong He,Zirun Li,Xiaoyan Wang,Qiren Zhuang. Design of Side-Glowing Plastic Optical Fiber Array for Directional Backlight[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(10): 1011001

郜飞飞,何涌,李梓润,王孝艳,庄其仁. 用于指向光源的侧面发光塑料光纤阵列设计[J]. 光学学报, 2019, 39(10): 1011001

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