陈根：平面透镜，增加裸眼3D显示的空间

文/陈根

纵观显示技术的发展，从平面的画面发展到立体的3D画面，已经是显示技术发展的重大突破。更早以前，许多报刊图片上都有红蓝3D的插页，配有一副红蓝眼镜，但立体效果不明显，颜色也有差异。

现在，除了佩戴3D眼镜观看3D画面外，3D显示技术也已经发展至不用佩戴眼镜，就可以直接观看超清效果质量非常高的裸眼3D。裸眼3D显示器，也称立体显示器，是利用人两眼具有视差的特性，在不需要任何辅助设备，比如3D眼镜，头盔等的情况下，即可获得具有空间、深度的逼真立体形象的显示器。

目前，裸眼式3D主要有光屏障式、柱状透镜技术、光场显示等。其中，光场显示器是指使用密集的光线场来产生全彩的实时3D视频，这样就不需要戴眼镜也能观看。这种创建3D显示器的方法允许几个人同时观看虚拟场景，并且很像一个真实的3D物体。

然而，大多数光场3D显示器的观看范围有限，这导致3D虚拟图像随着观察者远离设备而退化。基于此，来自苏州大学的研究人员，采用了新开发的平面透镜，该系统大大加长了观看距离。该系统则是朝着可用于电视、便携式电子产品和桌面设备的紧凑型、外观逼真的3D显示器迈出的重要一步。

具体来看，研究人员通过将纳米结构以聚焦光线的方式图案化在一个平面上精心设计出一个新的衍射式平面透镜。将这些透镜中的几个交织在一起，使他们能创造出一个像素化的视图调制器，这是一种在光场显示中为场景创造各种视角的光学组件。比如，一个创建四个视角的3D显示器将使用四个这样的镜头，每个镜头都将光线汇聚成一个独特的视角。

探究人员指出：“由于跟传统的玻璃透镜相比，平面透镜提供了卓越的光线操纵能力，它们可以用来解决三维显示器中有限的运动视差、串扰、视觉疲劳和有限的观看距离等棘手的问题。”

从测试结果来看，在表明透镜在聚焦液晶显示器用于创建图像的红、绿和蓝光时实现了高分辨率后，研究人员将其纳入了一个4英寸的原型3D光场显示器，观看距离则在24至90厘米之间。

该显示器形成了一个平滑的水平视差，在所有观看距离上的串扰率低于26%，这意味着很少有会导致眼睛疲劳或使图像看起来不真实的错误。

该显示器还表现出高达82%的光效率，远远高于其他已报道的类似3D显示系统。高光效对于创造一个明亮的虚拟图像非常重要，特别是对于诸如便携式电子产品等耗电量大的应用。

研究人员发表在《光学》上的报告中指出，他们的原型显示器在24厘米至90厘米的观看距离上表现出高效率和高色彩保真度。通过将这些特点结合起来创造出了一个更真实的观看体验。

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