Laser scanning based autostereoscopic 3D display

Abstract

Bu tez, sekiz adet partnerin ortaklığıyla geliştirilmiş, herhangi bir özel gözlük gerektirmeden üç boyutlu görüntü sağlayan lazer temelli bir televizyon sistemi için yeni bir lazer temelli izdüşüm sistemi sunmaktadır. Geliştirilen sistemde, göz bebeği takip sistemi sayesinde çıkış açıklığı faal olarak ayarlanarak üç boyutlu görüntü kullanıcıya sağlanmaktadır. Düzenek, geri beslemeli şekilde çıkış açıklığını ayarlamasını sağlayan yüksek duyarlığa ve düşük cevap verme süresine sahip yüz tanıma birimi içermektedir. Tasarlanan görüntüleme düzeneğinde sol ve sağ göze gönderilecek çiftli görüntüler birbiri ardına çoklu kullanıcı için oluşturulmakta ve uygun gözlere gereken şekilde iletilmektedir. Oluşturulan görüntü izleyiciye kırmızı, yeşil ve mavi lazerlerin verimliliği yüksek geçirgen bir ekran üzerinden doğrudan yansıtılmasıyla gönderilmektedir. Lazerlerin kullanılması görüntüleme sistemine geniş bir renk gamı kazandırmakta ve oluşturulan canlı ve gerçekçi görüntüler sayesinde zengin bir kullanıcı deneyiminin oluşması sağlamaktadır.Görüntüleme sisteminin optik kısmı, Işık Motoru ve İletim Ekranı olmak üzere iki temel işlevsel bölüme ayrılmaktadır. Düzeneğinin Işık Motoru bölümünde bir lazer ışını çizgisinin silikon üzeri sıvı kristal yapılı (LCOS) bir aygıt üzerinde taranmasıyla görüntü oluşturulmaktadır. Düzeneğin çıkış açıklığının konumu, uzamsal bir ışık ayarlayıcı (SLM) sayesinde iletim ekranı bölümünde ayarlanmaktadır. Sol ve sağ göz için oluşturulan görüntüler ilgili gözlere özel geçirgen bir ekrandan geçtikten sonra iletilmektedir.Bu çalışmanın temel katkısı, görüntüleme düzeneğinin tasarımının ve tahlinin optik tasarım yazılımı ZEMAX ile yapılması, lazer ve lazer dizinleri için ışın birleştirme, şekillendirme ve bir örnek aydınlanma sağlanması işlemlerinin yapılması ve yeni bir üç boyutlu televizyon için lazer izdüşüm bazlı bir görüntü oluşturma düzeneğinin tasarlanması ve üretilmesi aşamalarında olmuştur.

This thesis presents a novel technical solution to the laser projection part of an autostereoscopic (i.e. no glasses) 3D display system that is developed within a consortium of eight partners. The system includes a high accuracy and low latency pupil-tracking module which enables formation of dynamic exit pupils. The image is sent to the viewer by direct projection of red, green and blue lasers via a low loss transparent screen. The use of lasers provides the display a high color gamut.The display optics compromises two basic functional units: the Light Engine and the Transfer Screen. The image is formed by scanning a line shaped laser beam over a liquid crystal on silicon (LCOS) device at the Light Engine part of the display. The location of the exit pupil is adjusted at the transfer screen part of the display with the help of a spatial light modulator (SLM) and stereo images are directed to the corresponding eyes after passing through a special transparent screen.The major contributions of this thesis are optical design and analysis of the display system via the commercial optical design tool, ZEMAX, beam combining, beam shaping and beam homogenization of lasers with single and multiple emitters and development and fabrication of a laser scanning projection unit as part of a novel 3D display system.