超薄 3D 顯示屏可提供廣角且細節豐富的圖像。

研究人員開發出一種超薄3D顯示​​器，具有寬視角、清晰的圖像質量和生動的圖像深度。通過克服通常限制不戴眼鏡觀看 3D 顯示器能力的權衡，這些進步可以為醫療保健、教育和娛樂領域的高度詳細的交互式體驗開闢新的可能性。

中國浙江大學的研究團隊負責人 Xu Liu 表示：“新型顯示器厚度僅為 28 毫米，比傳統的定向背光系統（厚度通常超過 500 毫米）薄得多。” “這種緊湊程度，加上我們所實現的分辨率的顯著提高，代表著使這項技術在實際產品中實用化的重要一步。”

在 光學研究人員正在展示一款超薄 32 英寸原型機，該原型機具有基於新顯示設計的定向背光。該原型機的尺寸大致相當於大型電腦顯示器，具有超過120°的寬視角和28 x 16 x 39英寸的大3D顯示體積。

該論文的作者之一、浙江大學的吳瑛茂表示：“3D 顯示器在整個圖像深度上保持清晰的圖像質量，這可以幫助用戶可視化深度和空間關係，以完成需要精確空間理解的任務。” “例如，這可以幫助醫生輕鬆實時查看腫瘤或骨折等複雜的解剖結構。”

無需戴眼鏡即可觀看 3D

3D 光場顯示器使用定向背光創建場景，以高度受控的方式引導光線。這種設計可以讓每隻眼睛看到略有不同的圖像，從而產生自然的深度感，而無需觀看者佩戴 3D 眼鏡。渲染的 3D 效果的質量取決於體素（構成圖像的 3D 像素）的構造精度及其數量和大小，因為較小且構造良好的體素可提供更精細的細節和更真實的深度。

“在使用衍射光柵或柱面透鏡陣列的光場顯示器中，體素的大小從根本上受到背光角度擴展的限制，”這項工作的主要貢獻者、中國北京郵電大學的桑新竹說。 “與現有的基於漫射照明的 3D 顯示器相比，我們的系統顯著提高了體素構建的準確性，從而實現了高度小型化的體素並顯著提高了分辨率。”

自由曲面光學元件是使用自由曲面精確控制光線的先進光學元件，提供了創建超薄但擴展的定向照明系統所需的設計靈活性。每個顯示波束形成通道都集成了 LED 光源、光圈和自由形狀透鏡，可精確重定向入射光，以產生具有精確方向性的均勻照明。研究人員將這些波束形成通道組合起來，創建了一個定制的大面積定向照明系統。該顯示器還採用了由兩層微三角棱鏡組成的模組，在保持方向性的同時顯著提高了背光發射的均勻性。

與傳統顯示器相比具有明顯優勢

在基於新設計構建了 32 英寸原型後，研究人員使用具有 f/2.8 光圈的 50 毫米定焦鏡頭評估了其性能，該設置通常用於模擬人眼如何感知深度和清晰度。

在一項實驗中，他們使用超薄 3D 光場顯示器來渲染漂浮在空間站外的宇航員的圖像。該顯示屏具有1m的連續深度範圍和超過120°的可視角度，提供身臨其境的逼真視覺體驗。

他們還將新設計與傳統的漫射背光顯示器進行了比較，發現它創建的體素小了六倍，並且即使從更遠的距離觀看也能保持分辨率。該顯示器在使用視覺信息創建圖像方面的效率也比環境背光顯示器高出約 100 倍。

研究人員目前正在努力進一步減少該設備的厚度和重量，同時提高其光學效率。他們指出，為了商業化，需要做更多的工作來開發更小的像素結構、增加像素密度並優化像素形狀，以提高與 3D 顯示技術的兼容性。