一种用于消除主瓣畸变像差的微透镜阵列设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于消除主瓣畸变像差的微透镜阵列设计方法，主要利用液晶显示屏、自由曲面微透镜阵列、基板、CCD相机以及计算机。通过动态反馈优化设计方法，将图像源发出的准直矩形光源，经过自由曲面微透镜阵列，通过设定在最佳观测距离D处的CCD相机采集光强信息。通过计算畸变率S反向对自由曲面微透镜阵列进行曲面优化。根据CCD实测畸变率S，调整二次曲面系数k，重复上述步骤，直到找到一个合适的二次曲面系数k，使得畸变率S接近于零时，即可得到消除主瓣畸变像差的微透镜阵列。该方法简单有效，采用动态反馈的方法，可以在微透镜阵列设计中有效消除畸变像差，提高了集成成像中的成像质量。
【专利说明】一种用于消除主瓣畸变像差的微透镜阵列设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维显示领域，特别是一种用于消除主瓣畸变像差的自由曲面微透镜 阵列系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，三维成像与显示技术受到越来越多的关注。由于基于微透镜阵列的集成 成像技术具有完整的视差、连续的视点且无需任何观察眼镜和特殊光照，因此该技术在三 维成像与显示【技术领域】脱颖而出，逐渐发展成为最具潜力和前景的自动立体显示技术。
[0003] 微透镜阵列（Micro lens array)就是其中一种重要的微光学兀件，微透镜阵列是 由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等 基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成 的功能，并能构成许多新型的光学系统、形成多种新功能，包括微棱镜阵列、微反射阵列、光 开关阵列等。
[0004] 微透镜阵列中的微透镜的个数一定程度上决定着集成成像的分辨率，所以微透镜 阵列的光学性能决定了集成成像质量。基于微透镜阵列的集成成像具有多个优点，如可以 提供完整的视差（包括垂直视差和水平视差）、准连续视点、全彩色和实时图像、不需要任 何特殊设备并且多个观察者可以看到集成的3D图像等。但集成成像仍存在视角有限、景深 有限和分辨率不足等问题。
[0005] 为了解决上述问题，国际上采用了很多方法，如限制视场、光线隔离和贴附散射膜 等方法。但是上述方法都是基于固定微透镜阵列而进行微透镜阵列以外的改变。这样操作 的主要原因是微透镜阵列生产周期长、制作成本大以及微透镜阵列的光学参数与集成成像 质量之间的关联不是很清楚。
【发明内容】
[0006] 要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种用于消除主瓣畸变像 差的微透镜阵列设计方法，通过改变微透镜阵列本身来消除主瓣枕形畸变进而解决现有的 微透镜阵列集成成像技术中存在的成像质量不理想的技术问题。
[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种用于消除主瓣畸变像差的微透镜阵列设计方法，本方法中包括液晶显示屏、 基板、自由曲面微透镜阵列、CCD相机和计算机；
[0009] 所述液晶显示屏上带有发出准直矩形光的图像源；
[0010] 所述自由曲面微透镜阵列中的微透镜一侧表面为平面另一侧表面为圆弧形状；
[0011] 所述基板位于液晶显示屏和自由曲面微透镜阵列的平面一侧之间并且基板紧密 贴合自由曲面微透镜阵列，所述图像源位于自由曲面微透镜阵列的后焦面上；所述CCD相 机对准设置在距离自由曲面微透镜阵列前方的最佳观测距离D的位置处，并且CXD相机连 接至计算机；所述后焦面的具体计算方法可以根据最佳观测距离D和放大率m的设计要求， 通过公式f = DA2m-l)，计算出透镜的焦距f，则后焦面即位于微透镜的平面一侧的焦距位 置处。
[0012] 首先所述CCD相机采集图像源发出的图像信息，并将采集到的图像信息发送至计
【权利要求】
1. 一种用于消除主瓣畸变像差的微透镜阵列设计方法，其特征在于：本方法中包括液 晶显示屏（1)、基板（2)、自由曲面微透镜阵列（3)、CCD相机和计算机（4); 所述液晶显示屏（1)上带有发出准直矩形光的图像源； 所述自由曲面微透镜阵列（3)中的微透镜一侧表面为平面另一侧表面为圆弧形状； 所述基板（2)位于液晶显示屏（1)和自由曲面微透镜阵列（3)的平面一侧之间并且基 板⑵紧密贴合自由曲面微透镜阵列（3)，所述图像源位于自由曲面微透镜阵列（3)的后焦 面上；所述CCD相机对准设置在距离自由曲面微透镜阵列（3)前方的最佳观测距离D的位 置处，并且CCD相机连接至计算机（4); 首先所述CCD相机采集图像源发出的图像信息，并将采集到的图像信息发送至计算机 (4)，根据畸变率公式
计算出当前的畸变率S，在畸变率公式中， y' p表示CCD相机采集到的图像的实际像高，y' ^表示无畸变情况下CCD相机应当采集到 的图像的理想像_，δ y'表不线崎变； 然后根据当前计算得到的畸变率S调整自由曲面微透镜阵列（3)中的微透镜的二次曲 面系数k，使得调整后再次计算的畸变率S变小，反复试值，直至畸变率S = 0,此时的二次 曲面系数k所对应的自由曲面微透镜阵列（3)即为消除主瓣畸变像差的微透镜阵列。
2. 根据权利要求1所述的一种用于消除主瓣畸变该像差的微透镜阵列设计方法，其特 征在于：图像源的大小与单个微透镜一致，并且与其中一个微透镜严格对齐；自由曲面微 透镜阵列（3)的通过基板（2)紧密贴合在液晶显示屏（1)上；所述CCD相机与该图像源以 及图像源对应的微透镜位于一条直线上。
3. 根据权利要求1所述的一种用于消除主瓣畸变该像差的微透镜阵列设计方法，其特 征在于：所述基板⑵与自由曲面微透镜阵列⑶均采用折射率一致的透明材料。
【文档编号】G02B3/00GK104391344SQ201410547251
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】赵健, 夏军, 黄倩倩 申请人:东南大学