基于微纳结构的准全息式集成三维显示技术的研究

To break through the limits of the availiable holographic display technologies, non-holographic disply mathods that can get the same 3D realism as holographic disply will be investigeted,quasi-holographic integral 3D display technique based on micro-optics array and micro-nano structual-pixel image has been proposed.To realize high performance 3D display, micro-nano structual pixel will be used to code and record the 3D information, micro-optics array will be used to output the 3D information. Main points including: Strategies and mathods to simplify the 3D information in quasi-hologrpahic display will be presented, structrue and characters of the quasi-holographic information will be studied, requierment of system's information processing capability for quasi-holographic display will be confirmed. Quasi-hologrpahic integral 3D display system based on micro-nano structure will be designed. Large format micro-optics array and micro-nano structural-pixel image will be made using laser direct writing, electroforming, and UV imprinting technology. Quasi-holographic integral 3D display image with A4 format will be fabricated by the alignment and bonding of the two kinds of micro-nano structures. The project results will deepen our understanding of quasi-holographic display technology, accelerate commercial application process of high quanlity 3D display image, and promote the development of 3D display industry.

为突破现有全息显示技术的限制，项目研究利用非全息类三维显示技术逼近全息显示效果的方法，提出基于微光学阵列和微纳结构像素图像的准全息式集成三维显示技术方案。利用微纳结构像素实现三维信息的编码和记录，采用微光学阵列实现信息的精确输出，从而实现高品质的三维显示。主要包括：准全息式三维显示技术对全息信息的简化策略与方法研究，准全息显示信息的结构与特性研究，准全息式三维显示对信息处理容量的性能要求；基于微纳结构的准全息式集成三维显示系统的设计；基于激光直写、精密电铸和UV压印等技术的大幅面微光学阵列器件与微纳结构像素图像的研制；最后通过两种微纳结构的对位复合实现A4幅面的准全息式集成三维显示图像的制作。 项目的实施有利于加深人们对准全息显示技术的理解，加速高品质三维显示图像走向市场应用的进程，从而促进三维显示产业的发展。

全息显示技术能够为观察者提供逼真自然的三维图像，是信息显示的终极目标之一。但是，大幅面的显示全息在海量信息处理、记录装置、显示材料等诸多方面仍然面临极大的挑战。为突破现有全息显示技术的限制，项目研究利用非全息类三维显示技术逼近全息显示效果的方法，提出基于微光学阵列和微纳结构像素图像的准全息式集成三维显示技术方案。利用微纳结构像素实现三维信息的编码和记录，采用微光学阵列实现信息的精确输出，从而实现高品质的三维显示。.项目采用标量衍射理论和傅立叶分析法对全息信息进行了细分研究，结果表明：通过设定二次相位因子，忽略高次相位因子，并对振幅信息和一次相位因子进行合理采样，可以获得接近全息显示效果的准全息信息。.利用微纳结构像素可以实现强度和方向信息的有效编码，利用微光学阵列可实现准全息信息的正确输出。基于上述原理实现了准全息式集成三维显示系统的优化设计。完成了较大面积微光学阵列器件与微纳结构像素图像的制备。分别实现了一块尺寸为18cm*20cm的组合微透镜阵列，4寸幅面以及7寸幅面具有2微米分辨率的薄膜型微透镜阵列与微图文阵列的制备。利用莫尔对位方法，实现了最大7寸幅面微透镜阵列与微图文阵列的精密对位耦合。实现了7寸幅面的准全息式三维图像和4寸幅面的光照响应三维图像的制备。提出了一种利用四参量连续调制的微光栅阵列来编码高品质三维图像的方法。简化了多层阵列之间的耦合结构。搭建了一套三维图像打印输出系统，可实现15cm*20cm幅面三维图像的快速打印输出，解决了领域内的难题。.项目的实施有利于加深人们对准全息显示技术的理解，加速高品质三维显示图像走向市场应用的进程，从而促进三维显示产业的发展。通过本项目的资助，形成发明专利5项目，其中包括1项PCT专利，发表论文3篇，获得中国专利优秀奖1项。