硕士生开题答辩

1、硕士生开题答辩：应用于三维显示系统中的微结构散射屏幕设计 报告人：郭添翼指导老师：刘旭 李海峰一、课题来源&课题研究意义、国内外研究现状分析本项硕士研究生论文课题研究依托于973子项目全息散射屏的研制。在三维显示研究课题组的三维显示系统设计和搭建中，在系统的组成部分中均需要一种关键光学器件光学散射屏幕。光学散射屏幕在三维系统中的作用可以归结为光线在透过散射屏幕的过程中，在某一个方向或某一块区域内发生定向散射，也有可能对主光线进行偏折。因此光学散射屏幕作为三维显示系统设计和搭建中的关键器件，其性能特性与相关的光学散射特性等成为了三维显示领域研究的热点方向。光学散射屏幕对入射光线进行定向散

2、射的功能特性与屏幕透射性质对于三维显示像的空间分辨率或角分辨率、色差及色彩表现力等性质均有一定的影响，因此能够适用于更高品质三维显示系统的光学散射屏幕设计具有一定的课题意义。国内外相关研究人员对光学散射屏幕进行了多年研究，包括全息散射屏、折衍混合散射屏、微透镜散射屏等，在散射角度特性、均匀性与光能转化率方面均存在一项或多项的不足，光学散射屏幕商用产品方面主要由国外公司掌握关键技术的专利。二、研究目标在课题项目研究中，现有光学散射屏幕存在着散射特性单一、价格昂贵、需要与具备其他透射特性的屏幕组合使用缺乏复合性和多屏系统产生偏色和暗纹等缺陷，对于三维显示系统的成像质量的进一步提升产生了障碍。光学散

3、射屏幕定向散射分布二、研究目标本项目对于应用于三维显示系统中的微结构散射屏幕进行设计、制造加工及检验，通过针对不同三维显示系统的显示特性设计制造不同散射特性的微结构光学散射屏幕，以独立光学散射屏幕的方式代替原有多层多副光学屏幕的叠加屏幕的方式，达到三维显示系统要求的散射特性需求，提高系统光能利用率，简化屏幕构成并能够避免三维图像产生色差及暗纹。仿真系统中的定向散射屏幕模型三、研究内容及研究方法LightTools与宏语言操控下的微透镜屏模型建模随机微透镜阵列屏幕相关理论基础依据系统需求设计微透镜阵列散射屏，并进行制作在实际三维系统中搭载微透镜阵列散射屏进行检验修正。VBA操控宏语言LightT

4、ools仿真设计仿真光斑光强分布1. LightTools与宏语言操控下的微透镜屏模型建模应用VBA操控宏语言在LightTools软件环境下进行微结构散射屏模型建模，完成近千个微镜单元的建模，并得到出射光强分布等分析结果。透镜面型、曲率半径透镜厚度翻转中心位置位移微镜偏心等操作VBA+LightToos建模实例1. LightTools与宏语言操控下的微透镜屏模型建模同时对于VBA+LightTools进行微镜模型建模的可行性与正确性进行验证，通过手动建模与编程建模得到的微透镜屏模型所得到的出射光强分别进行对照。左侧为编程建模，右侧为手动建模2. 随机微透镜阵列屏幕相关理论基础散射屏幕上的微

5、结构特征单元（即微镜单元）的曲率半径、微镜厚度、微镜中心偏心量等若满足随机分布，出射光强的均匀性提升。文献中指出，当随机分布成近均匀分布的条件均匀性最好，（近均匀性的分布待确定）。正出射时，微镜单元间隔极小（几十微米），接收屏的光斑大小为100毫米，微镜单元出射光斑的中心间隔极小，近似于同心叠加。因此，微镜建模下，空间位置分布转变为统计分布。（为解决相干问题提供条件）微镜偏心与出射光斑偏转角的对应关系。不同面型的微镜单元的简单尝试1 2 3 4 1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 44 3 2 14 3 2 14 3 2 14 3 2 14 3 2 14 3 2

6、 15055606570758085909510005010015050556065707580859095100050100150正出射时，微镜单元间隔极小（几十微米），接收屏的光斑大小为100毫米，微镜单元出射光斑的中心间隔极小，近似于同心叠加。因此，微镜建模下，空间位置分布转变为统计分布。（为解决相干问题提供条件）两类参数排列方式的对比微镜偏心与出射光斑偏转角的对应关系。这类光线非以透射中心对称入射（或微镜中心偏移）产生的光线偏移对于后面控制光强分布有很大启发。入射光线随偏心量变化的对比(a)(a)正入射正入射 （b b）X X轴偏移轴偏移8um 8um （c c）X X轴偏移轴偏移4u

7、m4um (a)(a)正入射正入射 （b b）X X轴偏移轴偏移8um 8um （c c）X X轴偏移轴偏移4um4um 微镜偏心与出射光斑偏转角的对应关系。这类光线非以透射中心对称入射（或微镜中心偏移）产生的光线偏移对于后面控制光强分布有很大启发。偏心公式的推导dxLRThickF一次折射建立的一次折射建立的dXdX求解公式求解公式二次折射建立的二次折射建立的dXdX求解公式求解公式微镜偏心与出射光斑偏转角的对应关系。这类光线非以透射中心对称入射（或微镜中心偏移）产生的光线偏移对于后面控制光强分布有很大启发。微透镜单元偏心（Decenter）的过程dxLRThickF微镜偏心与出射光斑偏转角

8、的对应关系。这类光线非以透射中心对称入射（或微镜中心偏移）产生的光线偏移对于后面控制光强分布有很大启发。不同偏心位置对出射光强的影响不同偏心位置对出射光强的影响dxRFdxRF如果偏心微透镜所在区域不包含透镜顶点的话，如果偏心微透镜所在区域不包含透镜顶点的话，那么靠近顶点的区域边缘光线会存在偏折到相邻那么靠近顶点的区域边缘光线会存在偏折到相邻透镜单元的情况，造成所得光强分布与预设不符透镜单元的情况，造成所得光强分布与预设不符如果偏心微透镜所在区域包含透镜顶点的话，那么靠如果偏心微透镜所在区域包含透镜顶点的话，那么靠近顶点的区域边缘光线会会聚，不会出现影响近顶点的区域边缘光线会会聚，不会出现影响

9、3. 依据系统需求设计微透镜阵列散射屏，并进行制作结合Matlab运算，应用微镜偏心公式算法以及模型光强优化程序按照三维显示系统需求进行微透镜阵列散射屏的设计及优化，并将数据导入LightTools进行仿真建模检验设计更多面型结合设计方法提高微透镜阵列散射屏的性能指标利用项目组已有的紫外曝光光刻系统，将设计模型转为灰度掩膜型进行样品制作，并进行样品效果检验，甚至是大面积制作在三维显示系统上检验功能效果（拟）三、课题研究关键问题散射屏幕大角度偏转散射屏相干性及色散的检验及避免不同参数下散射屏光斑拼合算法多重面型（二次曲面）微透镜阵列散射屏四、研究的创新点本项课题提出的应用于三维显示系统中的微结构散射屏幕设计能够依据三维系统的设计需求，对微结构散射屏幕的定向散射特性进行设计。同时，定向散射特性的多样性和可设计性能够对于三维显示成像空间的有效拓展。（散射角度及偏转角度）摆脱对于国外公司产品的依赖，在色散、偏折角度、散射角度等代替先前产品，改善三维成像质量。五、研究计划及预期研究成果2014.7-2014.11熟悉课题，查找文献资料2014.11-2014.12LightTools建模与VBA编程控制部分随机微透镜阵列理论基础大角度偏折线型散射屏设计及优化2014.12-2015.1Matlab参数