基于光电效应的裸眼3D显示技术的探究
基于光电效应的裸眼3D显示技术的探究
为了提高人们对裸眼3D显示的体验效果，提出了一种基于光电效应的激光“萤火虫效应”的裸眼3D显示方法，主要研究了该方法对面光源激光和光电材料的制造要求，并提出了单面激光和双面激光的模型及其优缺点。
研究结果显示，该方法是一种具有研究和实用价值的新方法，并具有可行性。
该研究结果为裸眼3D显示技术的新研究打下基础，并为激光技术研发和寻找光电材料提出了新的要求。
标签：裸眼3D显示技术；光电效应；光电材料；激光；萤火虫效应
前言
随着人们生活品质的改善，对色彩和显示技术特别是3D显示技术提出了更高的要求。
就目前3D显示技术中，总体分为了眼镜式3D技术以及裸眼式3D 技术两大类，并以眼镜式3D技术的偏振式3D技术为主流[1]。
但眼镜式3D技术具有严重的缺陷，就是光线经过偏振片过滤之后，亮度变暗，容易模糊不清；并且需要观看者配戴眼镜，这就给原本就佩戴了眼镜（如近视眼镜）的观看者带来了不便和十分糟糕的体验，达不到预期的欣赏效果。
此时裸眼3D显示技术的探究就显得格外重要。
从立体视觉原理来分析，每只眼睛看到的图像会有细微的不同，根据人左右眼感光细胞的视差成像在视网膜上，大脑会将这些图像处理成立体视觉效果，而不是真正在物理空间上呈现3D立体特征。
目前主流裸眼3D显示技术原理主要是这种基于双目视差的深度暗示[2]。
特提出一种基于光电效应的激光“萤火虫效应”的裸眼3D显示方法，从新的角度探索3D显示技术。
1 理论分析
根据人眼细胞的感光频率，光按照是否可见，分为可见光和不可见光。
二者的频率范围不同。
研究真正物理空间上呈现3D立体特征，需要解决的基本问题是按照各个物体的结构显示，那么就需要在具体的物体空间内有可见光进入人眼，而且要符合物体的基本结构。
由于光在介质材料中传播，其频率不变，不能将不可见光转变为可见光，那么在显示空间内外都是可见光，无法显示空间物体的基本结构，所以不能直接使用可见光。
但是如果采用不可见的激光，并在传播中与介质材料发生光电效应现象[3]。
发生电子跃迁，光子逸出，使光子在合适的可见光频率范围内，达到将不可见光转变为可见光。
再对可见光进行显示控制，使其能够在空间内显示出物体，这种方法称为“萤火虫效应”。
“萤火虫效应”是指假设空间内有无数按规则排列整齐的萤火虫，根据物体的结构特征规则，按规则点亮该空间内的萤火虫，而规则外的萤火虫则不点亮；萤
火虫时亮时暗，利用人眼的视觉暂留，由此而显示出物体结构特征。
根据该效应，光电介质材料是空间内按照规则排列整齐的萤火虫；激光的光电效应产生光子就是点亮萤火虫，而显示出物体结构特征就是按照规则发射出激光。
因为光电效应的发生是不需要时间，发出激光则点亮，激光停止则瞬间熄灭，所以只要控制好激光发射的时间和位置就可以在空间内显示物体。
为了提高显示效果，像素的分辨率是一项重要指标[4]。
那么在“萤火虫效应”原理下，一只萤火虫，或者说一个光电效应所逸出的光子，就对应一个像素点。
以目前技术标准，达到高清1080P画质，其分辨率为1920×1080PPI，每英寸的像素数为207万。
像素点大小约为3214百万个/平方米，即激光点大小和出光口大小为3214百万分之一m2，同时要求光电材料的敏感度为7.56万分之一m，约为1.3×10-5m，达到了微米级别。
具体空间内的像素点越小，则分辨率越高，显示效果就越好，那么同时对激光点大小和光电材料的敏感度的要求也越高。
2 单、双面激光源显示模型对比
如图1所示，对排列整齐的光电材料的位置关系建立空间直角坐标系，某个位置点的坐标为（x1，y1，z1），单面激光源中与该位置点对应的激光点坐标为（x1，y1，0）。
在单面激光源下，要点亮坐标（x1，y1，z1），发生光电效应，需要（x1，y1，0）点的激光源发出激光。
但是若Z方向上的光电材料各点的激发特性一致，在（xi，yi，0）点的激光源发出激光后，OZ方向上所有
所以需要在Z方向上光电材料各点的激发特性不一致，其激发频率随Z的坐标呈现函数关系f=f（Zi），该函数关系最好是线性的，而且要求其分辨率达到微米级别。
由此，（xi，yi，0）点的激光源发出激光的频率也符合该函数关系f=f （Zi）。
矩阵向量Z=[Z1，Z2，Z3，……，Zn]，该向量上的点亮规则矩阵G=[a1，a2，a3，……，an]，其中a1，a2，a3，……，an的取值为0或1。
所以矩阵向量Z上的点是否点亮取决于ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]，若ai取0，则aiZi=0，表示Zi不点亮；ai取1，则aiZi=Zi，表示Zi点亮。
综上，根据ZGT=[a1Z1，a2Z2，a3Z3，……，anZn]内的取值，激光发射频率f为ZGT矩阵内各个元素对应频率f（aiZi）的混合叠加。
同理，如图2所示，光电材料的位置关系建立空间直角坐标系。
某个位置的坐标（x2，y2，z2），而面激光源1中的坐标为（0，y1，z1），面激光源2中的坐标为（x2，y2，0）。
在双面激光源下，要点亮坐标（x2i，y2i，z2i）发生光电效应，需要（0，y1i，z1i）、（x2i，y2i，0）两点的激光源同时发出激光。
因此即使光电材料激发特性的一致，也能点亮坐标（x2i，y2i，z2i）。
但是，由单面激光源可知，因为光电材料的各点激发特性一致，激光频率给定不变。
一个
所以要求只有在（0，y1，z1）、（x2，y2，0）两点的激光源同时发出激光才能点亮坐标（x2i，y2i，z2i），这就要求光电材料具有双点激发性。
单、双面光源优缺点比较：单面光源只需要一面激光源，其功率小，更加节能；但需要激光点发出的激光频率符合函数f（Zi），并且需要同一激光点发出多个频率的激光，即多个函数值；同时对光电材料也要求符合这一频率函数的激发特性，这二者要求难以到达。
双面光源不需要变频激光，其频率为定值，容易实现；但两面激光源，其消耗功率大，是同等条件下单面光源的两倍；它要求两点同时发出激光，而且要求光电材料只有在两点光源的汇交点时，才会被激发。
由此可知，用面激光点点亮立体点，从二维平面点到三维立体点，终究会有一个方向上的信息，不足。
只有补充这个方向上的信息才可以点亮特定点。
这个信息可以依据光电材料的特性设定，例如上述的激发频率、双点激发性，甚至还可以是温度。
这就对激光技术研发和寻找光电材料提出了新的要求。
3 结束语
文章从新的角度探索裸眼3D显示技术，摒弃了目前主流的双目视差的深度暗示，而是在物理空间上真实呈现3D立体特征。
提出了一种基于光电效应的激光裸眼3D显示方法和“萤火虫效应”的概念。
该方法提出了单、双面光源“萤火虫效应”的模型，并进行了点亮“萤火虫”的规则研究。
阐述了各自模型对激光和光电材料在微米级别的制造要求和特性要求，以及各自的优缺点。
参考文献
[1]张兴，郑成武，李宁，等.液晶材料与3D显示[J].液晶与显示，2012（4）：448-455.
[2]王琼华.3D显示技术与器件[M].北京：科学出版社，2011.
[3]王庆有.光电技术（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2008.
[4]王嘉辉.邓玉桃.苏剑邦，等.全高清裸眼3D显示效果的评价与测量[J].液晶与显示，2013（5）：805-809.
伍世虔（1964-），男，江西赣州，教授，博士生导师，博士研究生，博士，研究方向：图像处理，模糊逻辑及神经网络，智能机器人。
戴千（1993-），女，湖北黄梅，学士学位，本科，高分子材料与工程专业。
裸眼3D显示关键技术研究
裸眼3D显示关键技术研究摘要：裸眼3D显示技术可以说是3D显示技术中的重要分支，在视频影像及3D电影的发展推动下，裸眼3D凭借其独特的视觉体验受到了人们越来越多的关注，基于此，本文章就对裸眼3D显示技术进行分析，以期通过本文章的研究和论述能够为我国的裸眼3D显示技术发展提供有价值的理论参考。
关键词：裸眼3D；显示技术；关键技术随着现代科学技术和人们生活水平的不断提高，人们对于物质生活追求和精神世界追求越发丰富，普通的二维视觉体现已然不能满足人们的需求。
3D电影在这一阶段走向了影视历史舞台，并受到了人们的广泛关注，传统的3D电影需要佩戴专业的眼镜来能够进行观看，从便捷性上来看，佩戴眼镜会影响观影者的观影舒适度，另外长时间的佩戴还会导致观影者产生恶心和头晕的感觉。
另外，在多次观看3D电影后我们可以发现，3D电影在图像亮度和清晰度上仍有欠缺，观影感受一般。
使得观影者在饱受3D电影的诟病下对传统3D电影的青睐度越来越低，这一现状也促使着裸眼3D技术的发展和产生。
一、裸眼3D显示的原理及现状裸眼3D显示技术，也被称之为“裸眼多视点”技术，即不同佩戴任何工具就能够实现左右眼的视觉影像差异，也就是说人的两只眼睛在观看显示屏幕的时候，左右眼所观看到的画面具有视差和区别，并将其直接反馈到大脑之中去，进而形成立体感受。
裸眼3D显示技术其实就运用眼球的视觉差异原理，通过给左右眼传送不同的画面，实现立体的视觉效果。
裸眼3D可以不用佩戴专门的眼镜因此使用的场所十分的丰富，并且便捷。
当然裸眼3D效果也存在一定的缺陷，人在观看的时候需要在既定的范围内才能够感受到立体画面，若距离较远则3D效果不明显，太近则会产生头晕和恶心的问题。
在裸眼3D显示技术中，还有一种光屏障式的3D技术，其原理类似于偏振式的3D技术感受，最早的光屏障式3D技术是由夏普欧洲实验室的工程师研究出来的。
在光屏障式的3D技术与LCD液晶工艺能够合理兼容，因此在裸眼3D显示技术的广泛应用上，最为常见的还是光屏障式的3D技术，但这种技术的使用下回存在一定的分辨率和亮度的不均衡。
裸眼3D显示技术的应用探讨
裸眼3D显示技术的应用探讨摘要：随着时代的不断进步，各种科技发展迅速的大前提下，对于裸眼3D显示技术的应用前景和领域日益广阔。
文章针对裸眼3D显示技术，着重探讨了在光屏障、柱状透镜等核心的裸眼3D的主要技术做出了简要分析，并且也探讨了此项技术在屏幕显示、医疗、教育、培训、工业等诸多领域的相关应用做出了举例说明，同时也对未来的发展做出了展望。
关键词：裸眼3D显示技术；光屏障；应用引言：裸眼3D显示器科技由于体验感优、舒适感强等优点而得以迅速发展，并带动了多个应用领域的科技变革，前景将不可估量。
根据此，本章重点就裸眼3D显示技术在学校教学、训练、医药、制造业等领域中的实际应用情况展开了探讨，并希望为裸眼3D显示技术在今后的应用方向上提供一些借鉴，进而进一步促进裸眼3D显示技术的发展。
一、裸眼3D技术目前的裸眼3D科技，一般有：光学屏蔽科技、柱状镜片、等指向光源。
光屏障技术又可以称作是视差障删技术亦或者可称视觉差屏蔽技术，此种技术是来自于欧洲的研发试验的结果，德国一些有关领域的学者花费了很长的时间来进行研究这一项目，而光屏障3D技术则是由充分利用了LCD的液晶面板发光器件、偏振无关膜，以及高分子的液晶层构成。
这是利用在左眼所见的图像直接将看到的图像呈现在投影屏幕上，再利用特殊材质制成的条纹状遮挡住有眼的视野，而右眼也是像左眼的操作相同，这种技术可以将左右眼所看到的图像分开，利用这一点观赏者就可以看到3D效果。
光屏技术有一大优点就是成本，这一技术可以与LCD互相兼容，不需要新型显示器作为辅助，大大降低了成本。
但在画面显示亮度方面也会有较大问题，如果显示器的亮度比较少，画面的清晰度就会因为显示器上播放影像的数量增多，而会反比例地产生减弱的效果。
柱状透镜技术是以LCD为平面使用，柱状透镜在焦平面上，每一个镜片显现的图像都会分为若干个子像素，透镜会向不同的方向方位发射不相同的子像素。
当观赏者开始观看特定的屏幕时候，就可以观赏到不同子像素会叠加变成不相同的影像。
裸眼3D显示技术研究
裸眼3D显示技术研究作者：欧阳俊林来源：《计算机光盘软件与应用》2012年第19期摘要：作为3D显示技术的一个分支——裸眼3D显示技术以其独特的视觉体验越来越受到人们的关注和研究，本文就裸眼3D显示技术的技术原理及其系显示终端基本编码方式进行了系统性的基础研究。
关键词：裸眼3D；3D显示；3D视频格式中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9599（2012）19-0000-02随着人们生活水平的提高以及对生活品质的不断追求，普通的二维电影已经难以满足人们的需求。
近些年来电影行业热衷的3D大片颇受人们的欢迎，但是传统3D电影需要佩戴专业的眼睛才能够观看，而长时间佩戴这类眼睛容易让人产生恶心、头晕等症状，甚至于损坏观众的视力，特别是对于戴有近视镜的观众使用起来更不方便。
同时经过多次观看3D电影后可以发现，现如今的3D电影在图像亮度以及视频清晰度上都不是很理想，直接影响着观众的观看效果。
以上这些问题都限制着传统3D显示技术的发展，同时也促使着裸眼3D技术的加速研发。
现如今裸眼3D的呼声越来越高，但是这种显示技术在研发上还有很多的问题需要解决。
1 裸眼3D显示技术原理以及研究现状裸眼3D技术可以分为光屏障式、柱状透镜式以及方向性背光3D技术。
早在2009年，美国的PureDepth公司研究开发出来的多层显示技术（MLD）就是一种裸眼3D显示技术，这种技术的好处是不会让观众产生观看的不良反应，如恶心，眩晕等。
同时这种技术还突破了视野以及角度的限制，使得观看场所可以进一步的扩大。
最为个性化的一点是，使用这种3D显示技术还可以添加二维的字幕。
目前该技术已经在美国拉斯维加斯地区推广使用。
相比较于MLD技术，柱状透镜式3D显示技术就不具有什么优势。
柱状透镜式顾名思义就是要使用到柱状的透镜。
在液晶显示屏幕前加装一排柱状的透镜，这样图像就会呈现在透镜的焦平面上。
从而将图像中的各个像素点通过透镜呈现在人的两个眼睛中，一旦像素点的光通过不同的角度进入左右眼后，人就会在大脑中将双眼所接收到的图像进行叠加形成3D图像。
裸眼3D显示技术王琼华
• 2010年被称为3D显示新纪元
• 2012年元旦我国开通3D电视频道 (中央电视台)
黑/白
高分辨率 彩色
平2板D
微显示
可折叠
大大屏屏幕幕
便携
3D显示的概念
3D显示:是指采用光 学、计算机等多种技 术手段来模拟实现人 眼的立体视觉特性， 将空间物体以三维信 息再现出来，呈现出 具有纵深感的立体图 像的一种显示方式。
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示的分类
3D显示
伪3D显示
固有 立体观看 视疲劳？
真3D显示
眼镜 头盔 光栅 集成成像 体3D 全息 光场
佩戴助视设备？
助视3D显示
裸视(裸眼)3D显示
裸眼3D显示：不需要佩戴助视设备就能观看到3D影像的3D显示。
3D显示原理
双目视 差原理
集成成像3D显示器
双视裸眼3D显示画
场景1
场景2
双视裸眼3D显示器
（a）场景I
（b）场景II
可能的应用
应用
一套系统可同 时播放多套3D 节目，供不同 观看者使用。
当播放1套节目 时，可保护观 看者的隐私。
年 轻
老 人
儿 童
人
360度3D全息幻影成像系统
(a) 常规2D幻影成像
(b) 裸眼3D幻影成像
3D显示样品演示
3D显示概述
提
裸眼3D显示技术
纲
川大的部分3D显示成果
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
主要内容
体3D显示 全息3D显示 集成成像3D显示 光栅3D显示
体3D显示-基于旋转屏
3D裸眼显示的光学设计[修改版]
![3D裸眼显示的光学设计[修改版]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/e0ba689950e79b89680203d8ce2f0066f533649c.webp)
第一篇：3D裸眼显示的光学设计3D裸眼显示的光学设计学号：201006060104 班级：光信101班概述裸眼3d显示器，利用人两眼具有视差的特性，在不需要任何辅助设备（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[体形象的显示系统[。
裸眼3d显示器，由3d立体现实终端、播放软件、制作软件、应用技术四部分组成，是集光学、摄影、电子计算机，自动控制、软件、3d动画制作等现代高科技技术于一体的较差立体现实系统。
裸眼3d显示器，画中事物既可凸出于画面之外，也可深藏于画面之中。
色彩艳丽、层次分明、活灵活现、栩栩如生，是真正意义上的三维立体影象。
裸眼立体影像以其真实生动的表现力，优美高压的环境感染力，强烈震撼的视觉冲击力，深受广大消费者的青睐。
应用裸眼3d显示器，这种新、特、奇表现手法的影响产品，广泛应用到广告传媒、展览展示、旅游招商、婚纱摄影、科研教学、游戏娱乐、工业应用、建筑设计、手机登多个行业。
一经上市便引起了影像界的轰动。
技术优势裸眼3D显示器安装示意图[1]裸眼3d显示技术是影像行业最新、前沿的高新技术，它的出现改变了传统平面图像给人们带来的视觉疲惫，也是图像制作领域的一场技术革命，是一次质的变化，它以新特奇的表现手法，强烈的视觉冲击力，良好优美的环境感染力，吸引着人们的目光。
裸眼立体影响产品的出现是影像领域的一次质的飞跃，是影像领域的一项技术革命，对于带动我国影像产业的发展具有重要的意义。
将成为影像领域新的经济增长点。
广阔的市场前景，无限拓展的市场空间，数字化的应用技术，成熟完备的工艺技术使得立体图像制品有了强大无限的生命力，其市场前景不可估量。
立体影像技术的出现是图像领域彩色替换黑白后又一次技术革命，也是电视机及显示行业发展的未来趋势，掌握了裸眼立体影像技术，就是掌握了影像行业发展的金钥匙。
产品特点显示立体内容立体显示屏显示三维立体影象，还原真实再现。
裸眼无需借助任何辅助设备即可观看三维立体影像效果。
裸眼3D显示技术的调研 ppt课件
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眼镜式3D技术
1.色差式：
• 色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉， 但是3D画面效果也是最差的，需要配合色差式3D眼镜才 能看到3D效果。
• 色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜 色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图 像，人的每只眼睛都看见不同的图像。
• 这些条纹宽几十微米，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模 式，称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模 块及LCD面板间的视差障壁，在立体显示模式下，应该由左眼 看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同 理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹 会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到 3D影像。
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• 优点：与既有的LCD液晶工艺兼容，因此 在量产性和成本上较具优势
• 缺点：画面亮度低，分辨率会随着显示器 在同一时间播出影像的增加呈反比降低
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柱状透镜(Lenticular Lens)技术
• 原理：在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位 于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个 子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不 同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会 被放大，因此不能简单地叠加子像素。让柱透镜与像素列不是平行的， 而是成一定的角度。这样就可以使每一组子像素重复投射视区，而不 是只投射一组视差图像。
裸眼3D显示技术的调研
李文辉 2014.12.09
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1
课题简介
一、 3D技术起源及原理 二、3D显示技术的分类 三、裸眼3D技术的展望
裸眼3d技术论文-裸眼3d投影技术
裸眼3d技术论文|裸眼3d投影技术各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢裸眼3D技术具有数据量小、传输效率高、显示内容可自适应调节，用户交互性好等优点。
下面是小编整理了裸眼3d技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!裸眼3d技术论文篇一基于深度图的多视点裸眼3D立体视频技术研究摘要：3D立体视频技术正引起越来越多的关注，但是目前绝大多数3D视频系统需要佩戴特殊眼镜才能够观看立体效果，或者要求观看者必须从某个固定角度进行观看。
而多视点裸眼3D立体视频系统则可以避免以上两点限制，得到最好的3D观看体验。
目前国际上最前沿的3D立体视频研究集中在基于深度图的多视点3D立体视频技术上面，本文对基于深度图的多视点裸眼3D立体视频系统的几个关键技术环节，包括深度图提取、虚拟视点合成、多视点视频合成等进行了研究并进行了相应的仿真实验，从实验效果来看，基于深度图的多视点裸眼3D立体视频系统具有数据量小、传输效率高、显示内容可自适应调节，用户交互性好等优点。
关键词：裸眼3D立体视频;深度图;3DTV目前3D立体视频技术正引起越来越多人的关注，其中主流的3D技术主要包括双目立体视频和多视点立体视频。
双目立体视频又可分为配戴眼镜观看和双目裸眼立体显示两种，其中前者必须佩带偏振眼镜，为观看带来了不便，后者则要求观看者必须从固定的角度进行观看，当有多人同时观看同一块显示器时，因为多数观看者无法获得最佳观看位置从而大大影响观看体验。
而对于多视点立体视频技术而言，由于同一块裸眼3D立体显示器上可同时提供多个视点的内容，所以观看者可以从任意自由的角度来观看，极大地提升了观看的便利性。
所以多视点立体视频已经成为当前技术研究的主流。
但是，多视点立体视频相对于双目立体视频而言数据量成倍增长，为存储和传输带来了不便，而基于深度图的多视点立体视频技术具有数据量小的优点，因而成为最有潜力的多视点立体视频方案。
本文深入研究了基于深度图的多视点3D立体视频技术中的若干关键技术环节，并进行了相应的仿真实验。
基于微纳光子器件的光场裸眼3D 显示技术
第37卷第5期2022年5月Vol.37No.5May2022液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays基于微纳光子器件的光场裸眼3D显示技术夏仲文，华鉴瑜，陈林森，乔文*（苏州大学光电科学与工程学院，江苏苏州215006）摘要：裸眼3D显示是“元宇宙”的入口，是可以重新定义人机交互方式的变革性技术。
经过百余年发展，裸眼3D显示已取得显著进步，但仍然存在视场角小、分辨率下降严重、运动视差受限和视疲劳等问题。
光场裸眼3D显示本质上是多视角光场调控技术和方法研究。
最近研究表明，微纳光子器件（衍射光栅、衍射透镜、超表面等）对光的强度、相位、偏振等参量具有灵活而精确的调控能力，有望解决裸眼3D显示长期存在的难题。
然而，数英寸至上百英寸显示幅面的微纳光子器件在设计与制备层面都面临巨大挑战。
本文具体分析了基于几何光学的裸眼3D显示局限性，从器件设计和微纳制备两方面详细介绍了基于平面光学的裸眼3D显示最新研究进展。
最后总结了裸眼3D显示的未来发展方向和潜在应用领域。
关键词：裸眼3D显示；视角调控；微纳光子器件；光场显示；微纳制造中图分类号：TN141；TN948.57文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2022-0043Light field glasses-free three-dimensional display technologybased on micro-nano photonic devicesXIA Zhong-wen，HUA Jian-yu，CHEN Lin-sen，QIAO Wen*（School of Optoelectronic Science and Engineering，Soochow University，Suzhou215006，China）Abstract：Glasses-free three-dimensional（3D）display is the gateway to the“metaverse”and it is a trans‐formative technology that can redefine the way human interact with information.After more than a hun‐dred years’development，glasses-free3D display has made significant progress，but there are still a bunch of problems，such as limited field of view（FOV），severe resolution degradation，limited movement paral‐lax and visual fatigue.Recent studies have shown that micro/nano photonic devices（diffractive gratings，diffractive lens and metasurfaces）have flexible and accurate manipulating capability on the intensity，phase，polarization and other parameters of lightwave.It is expected that nanophotonics can solve the in‐文章编号：1007-2780（2022）05-0562-11收稿日期：2022-01-30；修订日期：2022-03-12.基金项目：国家十四五重点研发技术项目（No.2021YFB3600500）；国家自然科学基金面上项目（No.61975140，No.62075145）；江苏省重点研发项目（No.BE2021010）；江苏省前沿引领技术基础研究专项（No.BK20192003）；江苏高校优势学科建设工程（No.PAPD）Supported by National Key Research and Development Program of China（No.2021YFB3600500）；Nation‐al Natural Science Foundation of China General Program（No.61975140，No.62075145）；Key Researchand Development Project in Jiangsu Province（No.BE2021010）；Leading Technology of Jiangsu Basic Re‐search Plan（No.BK20192003）；Project of the Priority Academic Program Development of Jiangsu HigherEducation Institutions（No.PAPD）*通信联系人，E-mail：wqiao@第5期夏仲文，等：基于微纳光子器件的光场裸眼3D显示技术trinsic bottleneck of glasses-free3D display.However，micro-nano photonic devices face significant chal‐lenges at both the design and fabrication levels.In this paper，the limitations of glasses-free3D display based on geometric optics are analyzed，and the latest research progress of glasses-free3D display based on planar optics is introduced in detail from the aspects of device design and micro-nano fabrication.Final‐ly，we highlight the future direction and potential applications of glasses-free3D display.Key words：glasses-free three-dimensional display；view manipulation；micro/nano photonic devices；light field display；micro/nano-fabrication1引言视觉是人们获取世界认知的主要信息来源，人们对世界的83%认识来源于视觉信息。
裸眼3D研究
2010年初，一部电影《阿凡达》让无数普通用户感受到了3D技术所带来的奇妙体验，大有席卷整个数字领域之势；同时立体显示技术的产品如雨后春笋般接踵而出，3D电视、3D显示器和3D笔记本等产品快速进入到了市场当中。
3D技术虽好，但是它对软硬件设备的要求比较高。
目前主流的眼镜3D技术有两种：主动快门式3D和偏光式3D。
虽然这两种3D 技术的成像原理不同，但是它们都需要3个要素，那就是：特定的显示屏幕、3D眼镜和独有软件支持。
硬件设备要求苛刻，软件资源非常有限，这些不利条件直接导致了眼镜3D产品“叫好不叫座”的现象。
而且另外需要提到的是，3D产品的价格通常要高出同级别普通产品50%以上，高昂的价格也是3D产品普及的一道屏障。
目前的3D技术在实现立体效果的同时要牺牲很多东西，比如说画质、分辨率和亮度。
拿偏光式3D来说，它无法支持到1080p 全高清分辨率。
而主动快门式3D虽然支持全高清，但是会损失一定亮度，并且3D眼镜需要电力支持，要经常进行充电。
也许这些眼镜3D的“硬伤”会致使这种技术无法走的更远。
于是，3D立体显示能够持续发展的动力，就落到了裸眼3D显示技术这一前沿科技身上。
裸眼3D显示技术一般被称为“裸眼多视点”技术，也就是不通过任何工具就能让左右两只眼睛从显示屏幕上看到两幅具有视差的、有所区别的画面，将它们反射到大脑，人就会产生立体感。
它也利用了人眼的视差原理，通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面，从而达到立体的视觉效果。
由于观察着可以不佩戴眼镜，因此这些技术非常适合在公共场所展示的大屏幕显示器，便于多人观赏。
目前主要的裸眼3D显示技术都是在以下这两种技术的基础上改良而成的。
一是视差障壁技术，另一个为柱状透镜技术。
(一) 视差障壁式裸视多视点3D显示技术视差障壁英文称之为Barrier，该技术为利用安置在背光模块及LCD面板间的视差障壁，将左眼及右眼可视的画面分开，使观看者可得到3D影象，然该技术缺点是背光因遭视差障壁阻挡，故亮度也将随之降低；另外，分辨率会因显示器同时呈现影像的多寡，而呈等比例降低。
裸眼3D显示技术的调研
裸眼3D显示技术主要依赖于人眼的视觉特性，利用人眼对光 线和物体的相对位置的感知差异来产生立体效果。
裸眼3D显示技术的历史与发展
裸眼3D显示技术的起源可以追溯到20世纪初，但直到近年来，随着科技的进步 和显示技术的不断创新，裸眼3D显示技术才得到了快速的发展和应用。
目前，裸眼3D显示技术已经广泛应用于各个领域，如广告、教育、医疗、游戏 等。随着技术的不断成熟和成本的降低，裸眼3D显示技术的应用前景将更加广 阔。
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裸眼3D显示技术应用场景
广告展示
广告宣传
裸眼3D显示技术能够以立体的形 式展示产品，吸引观众的注意力 ，提高广告宣传效果。
品牌推广
通过裸眼3D显示技术，品牌可以 以更具创意和吸引力的方式展示 自己的形象，提升品牌知名度和 美誉度。
教育培训
立体教学
在教育培训领域，裸眼3D显示技术 可以用于立体教学，帮助学生更好地 理解三维空间和物体形态。
裸眼3D显示技术的调研
• 引言 • 裸眼3D显示技术原理 • 裸眼3D显示技术应用场景 • 裸眼3D显示技术市场分析 • 裸眼3D显示技术未来发展展望 • 结论
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引言
裸眼3D显示技术的定义
裸眼3D显示技术是一种无需佩戴特殊眼镜或头盔就能观看到 立体影像的显示技术。它通过特殊的显示设备和图像处理技 术，使得观察者能够从不同的角度看到具有深度感的3D图像 ，而无需任何辅助设备。
到3D效果。
裸眼3D技术在教育、医疗、 娱乐等领域具有广泛的应用 前景，能够提高视觉效果的 真实感和沉浸感，为行业带
来创新。
裸眼3D显示技术仍面临一些 挑战，如视角限制、图像清 晰度、色彩表现等方面的问 题，需要进一步研业加大裸眼3D显示技术的研 发投入，提高产品的性能和用户体验。