CN104407441B - 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 - Google Patents
一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104407441B CN104407441B CN201410237588.2A CN201410237588A CN104407441B CN 104407441 B CN104407441 B CN 104407441B CN 201410237588 A CN201410237588 A CN 201410237588A CN 104407441 B CN104407441 B CN 104407441B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- group
- microlens
- array
- hole
- grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 title abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 91
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 39
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 claims description 3
- 230000004313 glare Effects 0.000 abstract 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 54
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 32
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 29
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 19
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 16
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 16
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 5
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 5
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 3
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 208000003464 asthenopia Diseases 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
- G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
- G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
- G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
- G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明涉及集成成像3D显示技术领域，尤其涉及一种集成成像3D显示微透镜阵列及其制作方法。所述集成成像3D显示微透镜阵列包括第一组微透镜阵列，只在部分位置上设置有微透镜；第二组微透镜阵列，与第一组微透镜阵列平面间距为d，并且与第一组微透镜阵列的透镜位置互补；一孔光栅，设置于所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列之间。该微透镜阵列结构既可以提高集成成像3D显示场景的深度，又可以减少杂散光对记录图像和重构图像的影响，提高显示图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及集成成像3D显示技术领域，尤其涉及一种集成成像3D显示微透镜阵列及其制作方法。
背景技术
集成成像(Integral Imaging，II)作为一种自由立体显示技术，是一种全真三维光学成像的新方法。集成成像3D显示技术采用微透镜阵列或孔光栅来实现三维目标立体特征信息记录和立体图像重构。与其他立体显示技术相比，该技术具有不需要辅助设备和相干光源；能够提供全视差、连续视点、全彩色的真三维实时立体图像；能够有效克服传统多视点自由立体显示出现的辐辏与焦点调节范围导致的视觉疲劳现象；能与现有高清晰度电视制式有很好的兼容性等优点，已成为3D显示领域中的重要研究课题。
微透镜阵列是集成成像3D显示系统的关键组成部分，传统的集成成像3D显示系统都只用一组微透镜阵列，故而只有一个中心深度平面，只有在该中心深度平面附近较小的范围内，显示的3D图像才是清晰的，也就是说3D图像的深度较小，被限制在该中心深度平面附近。另一方面，由于系统设计需要或者微透镜阵列加工精度不够高等原因，获取微透镜阵列和重构微透镜阵列中微透镜之间无法实现无缝结合，微透镜之间间隙通过的杂散光引起干扰以及微透镜所成像之间的串扰将严重导致集成成像图像质量的降低。
发明内容
针对现有集成成像微透镜阵列的上述不足，本发明采用双层微透镜阵列组，结合孔光栅，提出一种新的集成成像3D显示微透镜阵列及其制作方法。
一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于，包括：
第一组微透镜阵列，所述第一组微透镜阵列只在部分位置上设置有微透镜；
第二组微透镜阵列，所述第二组微透镜阵列平面与第一组微透镜阵列平面间距为d，第二组微透镜阵列的透镜与第一组微透镜阵列的透镜位置互补；
一孔光栅，设置于所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列之间，所述孔光栅的小孔阵列与所述第一组微透镜阵列和所述第二组微透镜阵列的透镜一一对应，用于减少杂散光对记录图像和重构图像的影响。
所述第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列和孔光栅，是平面型，或是具有相同曲率半径的弯曲曲面型，且三者应相互平行，形成两个深度中心平面。
所述微透镜阵列每个微透镜的焦距均为f，所述第一组微透镜阵列平面和所述第二组微透镜阵列平面与显示屏的间距同时小于f，或同时大于f，或其中一组小于f，另一组大于f，即两组微透镜阵列的显示模式或同时显示实模式，或同时显示虚模式，或其中一组显示虚模式，另一组显示实模式。
所述微透镜阵列的形状为圆形、正多边形；所述孔光栅的小孔形状与微透镜的形状一致，中心点一一对应。
所述孔光栅是一带有镂空小孔阵列的不透明物质；或是将孔光栅薄膜贴合在透明平面基板上形成；或是在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作。
本发明技术方案一：
一种集成成像3D显示微透镜阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供第一组微透镜阵列；
2）提供一孔光栅；
3）提供第二组微透镜阵列；
4）将所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列分别对齐贴合在孔光栅的两面，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
本发明技术方案二：
一种集成成像3D显示微透镜阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供一孔光栅；所述孔光栅为在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作；
2）在孔光栅的一面，对齐制作第一组微透镜阵列；
3）在孔光栅的另一面，对齐制作第二组微透镜阵列，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
本发明的显著优点在于：通过两组微透镜阵列和一组孔光栅的有机结合，既提高集成成像3D显示的图像深度，又减少杂散光对集成成像3D显示记录和重构图像的影响，易于实现高性能集成成像3D显示。
附图说明
图1为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列的结构及其成像原理示意图。
图2为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列中第一组微透镜阵列的俯视示意图。
图3为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列中第二组微透镜阵列的俯视示意图。
图4为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列中孔光栅的俯视示意图。
图5为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列的俯视示意图。
图6为本发明第一实施中一种集成成像3D显示微透镜阵列的截面结构示意图。
图7为本发明第二实施中一种集成成像3D显示微透镜阵列的截面结构示意图。
图8为本发明第三实施中第一轮打印的第一组微透镜阵列部分的截面结构示意图。
图9为本发明第三实施中在第一轮打印的微透镜阵列部分打印孔光栅后的截面结构示意图。
图10为本发明第三实施中一种集成成像3D显示微透镜阵列的截面结构示意图。
附图中，主要元件标记说明如下：
01：第一组微透镜阵列；02：第二组微透镜阵列；03：孔光栅；04：显示屏；05：第一组微透镜阵列形成的第一深度平面；06：第二组微透镜阵列形成的第二深度平面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。如图1所示为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列的结构及其成像原理示意图，图2至图5分别为本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列中第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列、孔光栅和组合微透镜阵列的俯视示意图。
一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于，包括：
第一组微透镜阵列，所述第一组微透镜阵列只在部分位置上设置有微透镜；
第二组微透镜阵列，所述第二组微透镜阵列平面与第一组微透镜阵列平面间距为d，第二组微透镜阵列的透镜与第一组微透镜阵列的透镜位置互补；
一孔光栅，设置于所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列之间，所述孔光栅的小孔阵列与所述第一组微透镜阵列和所述第二组微透镜阵列的透镜一一对应，用于减少杂散光对记录图像和重构图像的影响。
所述第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列和孔光栅，可以是平面型，也可以是具有相同曲率半径的弯曲曲面型，且三者应相互平行，形成两个深度中心平面。
所述微透镜阵列每个微透镜的焦距均为f，所述第一组微透镜阵列平面和所述第二组微透镜阵列平面与显示屏的间距既可以同时小于或同时大于f，也可以其中一组小于f，另一组大于f，即两组微透镜阵列的显示模式可以同时显示实模式或同时显示虚模式，也可以其中一组显示虚模式，另一组显示实模式。
所述微透镜阵列的形状可以为圆形、正多边形；所述孔光栅的小孔形状与微透镜的形状一致，中心点一一对应。
所述孔光栅可以是一带有镂空小孔阵列的不透明物质；可以是将孔光栅薄膜贴合在透明平面基板上形成；可以是在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作。
本发明还提供一种用于集成成像3D显示微透镜阵列的制作方法，采用的第一种制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
1）提供第一组微透镜阵列；
2）提供一孔光栅；
3）提供第二组微透镜阵列；
4）将所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列分别对齐贴合在孔光栅的两面，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
本发明采用的第二种制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
1）提供一孔光栅；所述孔光栅为在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作；
2）在孔光栅的一面，对齐制作第一组微透镜阵列；
3）在孔光栅的一面，对齐制作第二组微透镜阵列，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
本发明采用的第三种制作方法，其特征在于，采用3D打印技术对集成成像3D显示微透镜阵列进行直接成型。
在图中，为了表示清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状（比如制造引起的偏差）。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
为了让一般技术人员更好的理解本发明，优选的，本发明具体实施例中微透镜阵列采用光刻胶熔融的方法进行制备，用于制作光刻胶微透镜阵列的材料选用SU8 3050，用于制作硅橡胶负模板的硅橡胶材料选用聚二甲基硅氧烷（PDMS）且其单体和交联剂的比列选用10:1。
实施例一
本实施例中分别制作第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列和一孔光栅，并采用对齐贴合的方式形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列，其具体方案包括以下步骤：
S11：第一组微透镜阵列的制备
选取一块所需尺寸的玻璃基板进行划片后置于玻璃清洗液Win-10的水溶液中（体积比为Win-10 : DI水= 3 : 97），利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于玻璃清洗液Win-41的水溶液中（体积比为Win-41 : DI水= 5 : 95），利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。
取出上述制备的玻璃基板，在其中一面均匀涂覆一层光刻胶SU8 3050， 65℃烘烤2分钟，95℃烘烤5分钟。将打印有第一组微透镜阵列的掩膜版（菲林）平整放置于SU8 3050光刻胶上，进行曝光并显影；所述光刻胶被所述菲林光栅阻挡的部分将被显影液去除，留下未被阻挡的光刻胶柱状图案阵列，在本实施例中，所述光刻胶柱状图案阵列形状为圆柱状，即为光刻胶圆柱状阵列。
将制备的光刻胶圆柱状阵列进行均匀加热，加热温度范围一般在100℃到300℃之间（取决于光刻胶及所需微透镜的曲率半径）。优选的，本实施例采用的加热温度为150℃，光刻胶圆柱状阵列受热熔化变形，冷却后形成光刻胶微透镜阵列。
：第二组微透镜阵列的制备步骤与第一组微透镜阵列相同
S13：孔光栅的制备
选取一块所需尺寸的玻璃基板进行划片后置于玻璃清洗液Win-10的水溶液中（体积比为Win-10 : DI水= 3 : 97），利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于玻璃清洗液Win-41的水溶液中（体积比为Win-41 : DI水= 5 : 95），利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。
取出上述制备的玻璃基板，在其中一面利用磁控溅射方法制备一层厚度大于100nm的Cr薄膜，在Cr薄膜上均匀涂覆一层光刻胶RJZ304，110℃烘烤20分钟后，经过曝光和显影后在Cr薄膜上形成具有孔光栅图案的光刻胶；将该玻璃基板置于含Ce（NH4）2（NO3）6和 HClO4 的水溶液刻蚀液中，暴露的金属部分（具有孔光栅图案光刻胶的镂空小孔部分，本实施例中镂空小孔部分为圆形）被刻蚀，被光刻胶保护的金属留下来，光刻胶清洗后，最终形成孔光栅。
：第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列与孔光栅阵列的对齐贴合
首先，在上述制备有第一组微透镜阵列玻璃基板没有微透镜阵列的一面均匀涂覆一层UV胶，将孔光栅菲林阵列对齐放置于UV胶上，使得第一组微透镜阵列的微透镜中心与相应的孔光栅的小孔一一对应，采用365nm的紫外光曝光15分钟，UV胶固化，则第一组微透镜阵列与孔光栅对齐贴合。
在上述制备有第二组微透镜阵列玻璃基板没有微透镜阵列的一面均匀涂覆一层UV胶，将贴有孔光栅菲林阵列和第一组微透镜阵列的的基板，有孔光栅的一面朝下对齐平放于UV胶上，使得第二组微透镜阵列的微透镜中心与相应的孔光栅的小孔一一对应，采用365nm的紫外光曝光15分钟，UV胶固化，则第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列与孔光栅对齐贴合，形成本发明所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列，如图6所示。
实施例二
本实施例中先制备一孔光栅，然后分别在孔光栅的两面制作第一组微透镜阵列和第二组微透镜阵列形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列，其具体方案包括以下步骤：
S21：提供一基板，并采用光刻、刻蚀或丝网印刷在其一表面制作一孔光栅：
选取一块所需尺寸的玻璃基板进行划片后置于玻璃清洗液Win-10的水溶液中（体积比为Win-10 : DI水= 3 : 97），利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于玻璃清洗液Win-41的水溶液中（体积比为Win-41 : DI水= 5 : 95），利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。
取出上述制备的玻璃基板，在其中一面利用磁控溅射方法制备一层厚度大于100nm的Cr薄膜，在Cr薄膜上均匀涂覆一层光刻胶RJZ304，110℃烘烤20分钟后，经过曝光和显影后在Cr薄膜上形成具有孔光栅图案的光刻胶；将该玻璃基板置于含Ce（NH4）2（NO3）6和 HClO4 的水溶液刻蚀液中，暴露的金属部分（具有孔光栅图案光刻胶的镂空小孔部分，本实施例中小孔部分为圆形）被刻蚀，被光刻胶保护的金属留下来，光刻胶清洗后，最终形成孔光栅。
：在所述孔光栅的一面制备第一组微透镜阵列
S221：第一组微透镜阵列光刻胶模板的制备
取一洁净玻璃基板，在其一面上均匀涂覆一层光刻胶SU8 3050， 65℃烘烤2分钟，95℃烘烤5分钟。将打印有第一组微透镜阵列的掩膜版（菲林）平整放置于SU8 3050光刻胶上，进行曝光并显影；所述光刻胶被所述菲林光栅阻挡的部分将被显影液去除，留下未被阻挡的光刻胶柱状图案阵列，在本实施例中，所述光刻胶柱状图案阵列形状为圆柱状，即为光刻胶圆柱状阵列。
将制备的光刻胶圆柱状阵列进行均匀加热，加热温度范围一般在100℃到300℃之间（取决于光刻胶及所需微透镜的曲率半径）。优选的，本实施例采用的加热温度为150℃，光刻胶圆柱状阵列受热熔化变形，冷却后形成光刻胶微透镜阵列。
：第一组微透镜阵列硅橡胶负模板的制备
取所述步骤S221中制备的含光刻胶微透镜阵列的平滑基板密封置于装有三甲基氯硅烷分子（TMCS）的容器里，放置约5分钟后取出，此时该光刻胶微透镜阵列表面自组装一层TMCS，用于防粘。按所述硅橡胶所需比例制备单体和交联剂的混合物，即按单体和交联剂10:1的比列配置聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合物，搅拌至均匀混合。将上述自组装一层TMCS的含光刻胶微透镜阵列的平滑基板水平放置于一容器中，倒入聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合物，静置约30分钟至起泡全部消除，将该容器放入80℃烘箱两小时以上，待PDMS完全固化后取出，将PDMS与该光刻胶微透镜阵列分离，切割PDMS形成光刻胶微透镜阵列的硅橡胶负模板。
：在孔光栅的一面制备第一组微透镜阵列
优选的，本实施例选用NOA81作为透明有机材料微透镜阵列的材料，首先，将步骤S222制成的硅橡胶负模板密封置于装有三甲基氯硅烷分子（TMCS）的容器里，放置约5分钟后取出，此时硅橡胶负模板表面自组装一层TMCS，用于防粘。然后将该硅橡胶负模板放置于密封容器中进行抽真空，由于硅橡胶材料为多孔材料，该方法使得该硅橡胶负模板具有负压。接下来将步骤S21制成的另一块含孔光栅的基板含有孔光栅的一面均匀涂覆一层透明有机材料NOA81，把具有负压的硅橡胶负模板对齐放置于NOA81上，并使硅橡胶负模板的中心与对应孔光栅的小孔中心一一对齐；并且使所述硅橡胶负模板突出的部分与所述孔光栅不透明部分直接接触，从而使透明有机材料NOA81在所述硅橡胶覆膜板的凹进部分与所述孔光栅的小孔阵列中形成透镜单元。由于硅橡胶负模板具有负压，流体状NOA81在负压力和毛细力的共同作用下将形成与硅橡胶负模板相应的透明有机材料微透镜阵列，经紫外光曝光大于100秒后，流体状NOA81固化。将硅橡胶负模板与所述含孔光栅的基板分离，所述透明有机材料微透镜阵列和所述孔光栅组合在同一基板上。
：在所述孔光栅的另一面制备第二组微透镜阵列
S231：第二组微透镜阵列光刻胶模板的制备
取一洁净玻璃基板，在其一面上均匀涂覆一层光刻胶SU8 3050， 65℃烘烤2分钟，95℃烘烤5分钟。将打印有第二组微透镜阵列的掩膜版（菲林）平整放置于SU8 3050光刻胶上，进行曝光并显影；所述光刻胶被所述菲林光栅阻挡的部分将被显影液去除，留下未被阻挡的光刻胶柱状图案阵列，在本实施例中，所述光刻胶柱状图案阵列形状为圆柱状，即为光刻胶圆柱状阵列。
将制备的光刻胶圆柱状阵列进行均匀加热，加热温度范围一般在100℃到300℃之间（取决于光刻胶及所需微透镜的曲率半径）。优选的，本实施例采用的加热温度为150℃，光刻胶圆柱状阵列受热熔化变形，冷却后形成光刻胶微透镜阵列。
：第二组微透镜阵列硅橡胶负模板的制备
取所述步骤S221中制备的含光刻胶微透镜阵列的平滑基板密封置于装有三甲基氯硅烷分子（TMCS）的容器里，放置约5分钟后取出，此时该光刻胶微透镜阵列表面自组装一层TMCS，用于防粘。按所述硅橡胶所需比例制备单体和交联剂的混合物，即按单体和交联剂10:1的比列配置聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合物，搅拌至均匀混合。将上述自组装一层TMCS的含光刻胶微透镜阵列的平滑基板水平放置于一容器中，倒入聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合物，静置约30分钟至起泡全部消除，将该容器放入80℃烘箱两小时以上，待PDMS完全固化后取出，将PDMS与该光刻胶微透镜阵列分离，切割PDMS形成光刻胶微透镜阵列的硅橡胶负模板。
：在孔光栅的另一面制备第二组微透镜阵列
优选的，本实施例选用NOA81作为透明有机材料微透镜阵列的材料，首先，将步骤S232制成的硅橡胶负模板密封置于装有三甲基氯硅烷分子（TMCS）的容器里，放置约5分钟后取出，此时硅橡胶负模板表面自组装一层TMCS，用于防粘。然后将该硅橡胶负模板放置于密封容器中进行抽真空，由于硅橡胶材料为多孔材料，该方法使得该硅橡胶负模板具有负压。接下来将步骤S22制成的设置有孔光栅和第一组微透镜阵列的玻璃基板另一面均匀涂覆一层透明有机材料NOA81，把具有负压的硅橡胶负模板对齐放置于NOA81上，并使硅橡胶负模板的中心与对应孔光栅的小孔中心一一对齐；并且使所述硅橡胶负模板突出的部分与所述孔光栅不透明部分直接接触，从而使透明有机材料NOA81在所述硅橡胶覆膜板的凹进部分与所述孔光栅的小孔阵列中形成透镜单元。由于硅橡胶负模板具有负压，流体状NOA81在负压力和毛细力的共同作用下将形成与硅橡胶负模板相应的透明有机材料微透镜阵列，经紫外光曝光大于100秒后，流体状NOA81固化。将硅橡胶负模板与所述含孔光栅的基板分离，所述透明有机材料微透镜阵列和所述孔光栅组合在同一基板上。
至此，一种集成成像3D显示微透镜阵列制作完毕，如图7所示。
实施例三
本实施例中采用3D打印方法直接形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列，其具体方案包括以下步骤：
S31：设计生成微透镜阵列孔光栅的三维数字模型
本实施例采用CAD软件建立微透镜阵列孔光栅三维模型，并导入到3D打印机中。本实施例中，将所述一种集成成像3D显示微透镜阵列分解为第一组微透镜阵列、孔光栅、第二组微透镜阵列三部分。3D打印设备将三维模型沿Z方向离散成一系列有序的二维层片，每层二位层片厚度为50微米。根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码。
：利用3D打印设备对集成成像3D显示微透镜阵列进行打印
本实施例采用激光快速成型设备和立体光固成型设备分别对本发明一种集成成像3D显示微透镜阵列的微透镜阵列和孔光栅进行打印，首先打印如图8所示的第一组微透镜阵列，微透镜阵列材料为WBSLA2820透明光敏树脂，并设置打印温度为260℃，扫描速度为5m/s。成形机制造一系列层片并自动将它们堆积起来，得到微透镜阵列三维物理实体。
接着，打印孔光栅，孔光栅材料采用黑色聚丙烯腈（ABS），设置打印温度为250℃，扫描速度为5m/s。如图9所示。
最后，在上述阵列的基础上打印第二组微透镜阵列，第二组微透镜阵列的材料和打印工艺与第一组微透镜阵列一致，形成如图10所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列。
：集成成像3D显示微透镜阵列后续抛光
为获得表面更加光滑的透镜表面，化学抛光的方法对制得的集成成像3D显示微透镜阵列进一步处理后，最终形成表面光滑微透镜阵列。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于，包括：
一孔光栅，所述孔光栅包括横纵均交替设置的第一小孔阵列以及第二小孔阵列，即所述第一小孔阵列与所述第二小孔阵列的小孔位置互补，共同形成m*n孔光栅阵列，用于减少杂散光对记录图像和重构图像的影响；所述孔光栅的一侧设置有第一组微透镜阵列，且所述第一组微透镜阵列的微透镜与所述第一小孔阵列一一对应；所述孔光栅的另一侧设置有第二组微透镜阵列，且所述第二组微透镜阵列的微透镜与所述第二小孔阵列一一对应，所述第一组微透镜阵列与所述第二组微透镜阵列的平面间距为d，其中，m和n均为正整数，d为常数。
2.根据权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于：所述第一组微透镜阵列、第二组微透镜阵列和孔光栅，是平面型，或是具有相同曲率半径的弯曲曲面型，且三者应相互平行，形成两个深度中心平面。
3.根据权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于：所述第一组微透镜阵列以及所述第二组微透镜阵列中每个微透镜的焦距均为f，所述第一组微透镜阵列平面和所述第二组微透镜阵列平面与显示屏的间距同时小于f，或同时大于f，或其中一组小于f，另一组大于f，即两组微透镜阵列的显示模式或同时显示虚模式，或同时显示实模式，或其中一组显示虚模式，另一组显示实模式。
4.根据权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于：所述第一组微透镜阵列以及所述第二组微透镜阵列的形状为圆形、正多边形；所述孔光栅的小孔形状与微透镜的形状一致，中心点一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列，其特征在于：所述孔光栅是一带有镂空小孔阵列的不透明物质；或是将孔光栅薄膜贴合在透明平面基板上形成；或是在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作。
6.一种基于权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供第一组微透镜阵列；
2）提供一孔光栅；
3）提供第二组微透镜阵列；
4）将所述第一组微透镜阵列的微透镜与所述孔光栅的第一小孔阵列对齐，并贴合于孔光栅一侧面；将所述第二组微透镜阵列的微透镜与所述孔光栅的第二小孔阵列对齐，并贴合于孔光栅另一侧面，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
7.一种基于权利要求1所述的一种集成成像3D显示微透镜阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）提供一孔光栅；所述孔光栅为在一透明平面基板上采用印刷技术制作；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作；
2）在孔光栅的一面，与所述孔光栅的第一小孔阵列对齐，并制作第一组微透镜阵列；
3）在孔光栅的另一面，与所述孔光栅的第二小孔阵列对齐，并制作第二组微透镜阵列，形成所述一种集成成像3D显示微透镜阵列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410237588.2A CN104407441B (zh) | 2014-05-31 | 2014-05-31 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410237588.2A CN104407441B (zh) | 2014-05-31 | 2014-05-31 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104407441A CN104407441A (zh) | 2015-03-11 |
| CN104407441B true CN104407441B (zh) | 2017-03-08 |
Family
ID=52645084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410237588.2A Active CN104407441B (zh) | 2014-05-31 | 2014-05-31 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104407441B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104407442A (zh) * | 2014-05-31 | 2015-03-11 | 福州大学 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其3d制作方法 |
| US10359640B2 (en) | 2016-03-08 | 2019-07-23 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Floating image display |
| CN107942526A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-04-20 | 张家港康得新光电材料有限公司 | 集成成像显示系统 |
| CN108508616B (zh) * | 2018-05-17 | 2024-04-16 | 成都工业学院 | 一种3d显示系统及3d显示装置 |
| CN108732661A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-02 | 仰恩大学 | 一种基于喷墨打印的双层针孔微透镜组合阵列制造方法 |
| EP3824622A4 (en) * | 2018-07-20 | 2021-09-08 | Flex-N-gate Advanced Product Development, LLC | FLOATING IMAGE GENERATION |
| CN109239067A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-18 | 天津大学 | 一种小型化超短焦视觉成像检测方法 |
| CN109725462B (zh) * | 2019-03-04 | 2022-11-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示器件、显示设备以及显示器件的驱动方法 |
| TWI688790B (zh) | 2019-03-28 | 2020-03-21 | 中強光電股份有限公司 | 顯示裝置 |
| CN110427847B (zh) * | 2019-07-23 | 2022-05-06 | 深兰科技（上海）有限公司 | 一种三维模型的采集方法和设备 |
| CN110491292B (zh) * | 2019-08-14 | 2021-07-23 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | 多层显示装置及电子设备 |
| CN113865958A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-31 | 卡尔蔡司（上海）管理有限公司 | 制造三维结构的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008216340A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 立体像および平面像表示装置 |
| CN202720396U (zh) * | 2012-07-17 | 2013-02-06 | Tcl集团股份有限公司 | 一种集成成像拍摄端和显示端及其光学阵列薄膜 |
| CN103064136A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 福州大学 | 用于集成成像3d显示的组合微透镜阵列及其制作方法 |
| CN104407442A (zh) * | 2014-05-31 | 2015-03-11 | 福州大学 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其3d制作方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4450076B2 (ja) * | 2008-01-17 | 2010-04-14 | パナソニック株式会社 | 三次元画像再生装置 |
-
2014
- 2014-05-31 CN CN201410237588.2A patent/CN104407441B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008216340A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 立体像および平面像表示装置 |
| CN202720396U (zh) * | 2012-07-17 | 2013-02-06 | Tcl集团股份有限公司 | 一种集成成像拍摄端和显示端及其光学阵列薄膜 |
| CN103064136A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-24 | 福州大学 | 用于集成成像3d显示的组合微透镜阵列及其制作方法 |
| CN104407442A (zh) * | 2014-05-31 | 2015-03-11 | 福州大学 | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其3d制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104407441A (zh) | 2015-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104407441B (zh) | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其制作方法 | |
| CN103064136B (zh) | 用于集成成像3d显示的组合微透镜阵列及其制作方法 | |
| CN104407442A (zh) | 一种集成成像3d显示微透镜阵列及其3d制作方法 | |
| CN103342060B (zh) | 一种立体图像印刷品及立体图像印刷工艺 | |
| US11577480B2 (en) | Method and apparatus for mass production of AR diffractive waveguides | |
| CN110412684A (zh) | 一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法 | |
| CN101801652B (zh) | 微光学器件的批量制造、相应的工具、以及最终结构 | |
| CN102565888A (zh) | 微透镜及柱状透镜兼用的透镜板 | |
| CN101339364A (zh) | 软模压印制造微透镜阵列的方法 | |
| CN105005106A (zh) | 一种蜂窝状微凸光栅及其制备方法和应用 | |
| CN106794646B (zh) | 制造透镜结构的方法 | |
| TWI498600B (zh) | 形成具柱狀透鏡陣列之薄膜之方法 | |
| TWI695239B (zh) | 用於製造例如時計之可攜式物體的顯示刻度盤之方法及由此方法所獲得的顯示刻度盤 | |
| CN104407408A (zh) | 一种狭缝光栅的3d制造方法 | |
| He et al. | Fabrication and characterization of biologically inspired curved-surface artificial compound eyes | |
| CN104401002A (zh) | 一种基于3d打印的曲面微透镜阵列制作方法 | |
| CN103885102A (zh) | 微透镜阵列装置、制造方法及具备其的太阳能电池模块 | |
| CN103033860A (zh) | 一种制作高填充系数的方形孔径平面微透镜阵列的方法 | |
| Zhou et al. | Fabrication technology for light field reconstruction in glasses-free 3D display | |
| WO2016065811A1 (zh) | 微透镜阵列及其制作方法、图像获取装置和显示装置 | |
| CN104252081A (zh) | 一种液晶微透镜阵列及其制备方法 | |
| CN110187599B (zh) | 一种微透镜掩模版及其制备方法 | |
| CN105759433A (zh) | 一种3d显像材料及利用其制作立体图片的方法 | |
| KR20140094315A (ko) | 성형된 폴리이미드 기판에 도전체를 충진시켜 회로기판을 제작하는 방법과 그에 의한 회로기판. | |
| JP2015040910A (ja) | 対向する壁面への選択的蒸着方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |