CN110109320A - 一种全息透镜投影屏的制作方法和制作装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维显示技术领域，公开了一种全息透镜投影屏的制作方法和制作装置，所述制作方法包括：将激光光束用分光器分成两束，一束为物光，另一束为参考光；将所述物光和参考光分别照射屏幕体并发生干涉，采用反射型光路在所述屏幕体上记录全息透镜信息，制成全息透镜投影屏。本发明采用反射型光路记录全息投影的阵列信息，由此制成的投影屏既具有现有全息投影屏的效果，又可以实现反射镜和透镜的效果，并且采用新型的光聚材料作为屏幕体记录全息透镜，在保证全系投影屏的效果的基础上，简化了制作和复制的工艺流程，降低了生产成本，提高了安全性。

Description

一种全息透镜投影屏的制作方法和制作装置

技术领域

本发明涉及三维立体显示领域，尤其涉及一种全息透镜投影屏的制作方法。

背景技术

三维立体显示可以生动再现物体，实现逼真的模拟场景，带给观察者震撼的视觉体验。在军事、工业、医药科学以及日常工作生活等各领域具有巨大的应用价值。目前主要的三维显示产品有立体电视以及立体电影等。然而立体电视受尺寸的限制一般适用于家庭，对于大尺寸的立体电视成本和价格相对比较昂贵。另一种大尺寸、大面积的立体电影，需要观察者佩戴立体眼镜等辅助器材，然而辅助器材会给观察者带来眩晕等不适感。

全息技术是实现三维显示最为理想的方法，是利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。全息图不需要佩戴任何的辅助设备就可以观察到真实的三维立体图。然而全息图又是一种复杂的光栅结构，物体与光栅结构一一对应的关系，因此，显示一种物体场景就需要重新制作一张全息图。并且，全息图信息存储量较大，对显示媒介要求苛刻，很难实现动态图像实时显示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全息透镜投影屏的制作方法，旨在解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种全息透镜投影屏的制作方法，包括以下步骤：

S1、将激光光束用分光器分成两束，一束为物光，另一束为参考光；

S2、将所述物光和参考光分别照射由光聚材料制成的屏幕体并发生干涉，采用反射型光路在所述屏幕体上记录全息透镜信息，制成全息透镜投影屏；

S3、将步骤S2曝光后的屏幕体进行紫外固化、加热，得到全息透镜母版；

S4、对所述母版的光路进行复制，并将其复制到空白的光聚材料上，得到记录全息透镜信息的投影屏。

进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、将所述物光和参考光分别通过反射镜调整出射角度，使所述物光以一定的夹角射入所述屏幕体的一侧面，所述参考光以一定的夹角射入所述屏幕体的另一侧面；

S22、所述物光和参考光在所述屏幕体上发生干涉，并在所述屏幕体上曝光，得到设有全息透镜的屏幕体；

S23、多个所述全息透镜在所述屏幕体上组合，得到全息透镜投影屏。

进一步地，在步骤S23中，通过控制组件控制激光器的开启和关闭并控制所述屏幕体的移动，使得所述屏幕体的运动和激光的曝光速度以及曝光量相配合，按照预设设定的方式在所述屏幕体上均匀的形成全息透镜的阵列。

本发明的另一方面，还提供了一种全息透镜投影屏的制作装置，所述全息透镜投影屏的制作装置适用于权利要求上述的全息透镜投影屏的制作方法的实施，其包括激光器、分光器、反射镜组、滤波器组、透镜组以及控制组件，

所述激光器发出激光光束，所述分光器将激光光束分为物光和参考光，所述物光通过反射镜组后分别经过滤波器滤波和透镜组处理后与经过反射镜、滤波器和透镜组的参考光在屏幕体上曝光干涉形成全息透镜信息；所述控制组件用于控制激光器和屏幕体的运动。

进一步地，所述分光器和激光器之间还设有1/2波片，通过改变所述1/2波片与所述分光器的角度，调节所述物光和参考光的能量比。

进一步地，所述反射镜包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜设在所述分光镜与所述屏幕体之间，所述第一反射镜用于调整物光的出射方向，所述第二反射镜用于调整参考光的出射方向，所述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器设在所述第一反射镜和屏幕体之间，用于对所述物光进行滤光，所述第二滤波器设在所述第二反射镜和屏幕体之间，用于对所述参考光进行滤光，所述透镜组包括第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组设在所述第一滤波器和所述屏幕体之间，所述第一透镜组用于对物光进行准直和聚光，所述第二透镜组设在所述第二滤波器和所述屏幕体之间，所述第二透镜组用于对所述参考光进行准直和聚光。

进一步地，所述第二反射镜和第二滤波器之间还设有1/4波片，所述1/4波片用于调整所述参考光的偏振方向。

进一步地，所述第二透镜组包括两片透镜，所述两片透镜之间设有光阑，所述光阑用于调整所述参考光投射到所述屏幕体上的形状。

进一步地，所述控制组件包括计算机、光源控制器以及运动平台，所述光源控制器用于接收计算机信号，并根据信号控制所述激光光束的开启、关闭以及光量，所述运动平台根据接收的计算机信号运动。

进一步地，所述运动平台包括：、安装架、X轴驱动电机以及Y轴驱动电机：所述安装架用于安装所述屏幕体，所述X轴驱动电机与所述安装架相连，并驱动安装架上的屏幕体沿着X轴方向移动，所述Y轴驱动电机与所述安装架相连，并驱动安装架上的屏幕体沿着Y轴方向移动。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明提出的一种全息透镜投影屏的制作方法，具有以下有益效果：首先，将现有的透射型全息镜阵列记录光路，调整为反射型记录光路，得到反射型全息透镜阵列，该反射型全息透镜阵列起到反射镜和透镜的效果。由此制成的投影屏既具有了现有全息投影屏的效果，又可以实现反射镜和透镜的效果。第二，本发明采用的光记录介质为光聚合物，该材料具有高感光度、高衍射效率，可以很容易拍出高透明度、高衍射效率全息透镜阵列，并且后期只需紫外固化、加热，无化学处理，环保。第三，光聚合物屏幕体为透明胶片，运输携带方便。第四，用于复制物象信息的母版，秩序通过简单处理，并复制光路，就可以实现批量生产，无需光刻胶版的电铸、拼板、模压等复杂工艺。降低了成本，简化了生产工艺。

附图说明

图1为本发明的全息透镜投影屏的制作方法的流程图。

图2为本发明实施例一中的全息透镜投影屏的制作装置的光路示意图；

图3为本发明实施例一中的圆形全息透镜阵列示意图；

图4为本发明实施例一中的多边形全息透镜阵列示意图；

图5为本发明实施例一中的全息透镜投影屏的正投使用状态图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图2所示，本发明提出了一种全息透镜投影屏的制作装置，其包括依次设置的：激光器1、1/2波片2、分光器3、反射镜组、以及滤波器组和透镜组。其中，反射镜组包括第一反射镜42和第二反射镜41，滤波器组包括第一滤波器51和第二滤波器52，透镜组包括第一透镜组和第二透镜组。

激光器1发出激光光束，激光光束首先通过1/2波片用于调节两束光线的光程差，并分配物光和参考光的能量比。然后激光光束通过分光器分成物光以及参考光。

其中，所述物光经过第一反射镜42调整入射方向，然后摄入第一滤波器进行滤光，然后射入第一滤波器51，将多余的光滤出，然后通过第一透镜组进行准直和聚光。第一透镜组包括透镜61和透镜62，透镜61用于将物光进行扩束准直，透镜62用于将物光进行聚焦。聚焦后的物光照射到屏幕体7的一侧进行曝光。

另一方面，参考光反射镜42调整入射方向，并分别经过1/4波片9，通过1/4波片9调整参考光的偏振反向，使之与物光的偏振方向相同。然后射入第二滤波器52继进行滤光处理，然后经过第二透镜组。第二透镜组包括透镜64和透镜63，透镜64用于将物光进行扩束准直，透镜63用于将物光进行聚焦。在透镜64和透镜63之间还设有光阑8。光阑8用于调整参考光的入射截面形状使之与物光的形状相等。经过调整的参考光照射到光聚材料的另一侧面上，对光聚材料进行曝光。

综上，物光的光路为：

激光器→1/2波片→分光器3→第一反射镜42→第一滤波器51→透镜61→透镜62→屏幕体7。

参考光的光路为：

激光器→1/2波片→分光器3→第二反射镜41→1/4波片9→第二滤透镜64→光阑8→透镜63→屏幕体7。

根据上述的制作装置，请一并参考图1，本发明全息透镜投影屏的制作方法具体的流程为：

S1、首先将激光光束打开，调节制作装置中的1/2波片2的角度，以此调整物光和参考光能量比，将激光射入分光器3进行分光，分出参考光和物光。

S2、分别调整物光和参考光的光路：

调整物光的光路，先调整第一反射镜42的方向，使物光投射到屏幕体7上。接着，物光通过第一滤波器51将多余的光滤出，然后使物光射入透镜61进行准直扩束，再射入透镜62进行聚焦。聚焦后的物光射入屏幕体7进行曝光。

调整参考光的光路，先调整第二反射镜41的方向，使参考光投射到屏幕体7上。接着，调整1/4波片9调整参考光的偏振方向，使之与物光的偏振方向相同。然后，参考光通过第二滤波器52将多余的光滤出，接着使参考光射入透镜64进行准直扩束，再射入光阑8中调整参考光光束的截面形状，使之与物光的形状相同。然后射入透镜62进行聚焦，聚焦后的物光射入屏幕体7进行曝光。

其中，屏幕体7由光聚材料制成，能根据光照的量和时间变化形成不同的像。此时，参考光和平行物光入射到屏幕体7的两个面上聚焦并相干涉，从而在屏幕体7上同时记录成像系统所成物光和参考透束光的全部信息。按照光强的大小选取合适的曝光时间，显影后便可得到反射式全息投影屏。

具体的，物光以及参考光的曝光量和曝光时间由控制组件10进行控制。控制组件包括计算机、光源控制器以及运动平台。计算机用于生成控制信号，可以将需要生成的像信息预设输入计算机中，计算机根据输入的信息形成控制信号，并输出至光源控制器以及运动平台。

计算机输出的控制信号包括，激光光束的开启、关闭、亮度以及运动运动平台的移动。通过输入不同的信息，计算机转换输出控制信号。通过激光光束的开启和关闭来控制参考光和物光的亮度、照射时长。屏幕体7设置在运动平添上，通过控制运动平台的运动带动屏幕体7的运动。具体的，运动平台的下方设有两个运动电机。一个水平电机和一个竖直的电机。水平电机能够在水平方向上移动，竖直电机能够在竖直方向上移动。运动电机接受计算机的控制信号在水平X方向和Y方向精确的移动位置。通过计算机的信号控制，激光光束的曝光量、曝光时间与屏幕体7的运动速度相配合，屏幕体7上的光束依次曝光并形成多个全息透镜，最终屏幕体7上形成了预算设定的阵列。

具体地，计算机控制激光器1的打开与关闭，首先在屏幕体上形成单一全系透镜的像，完成之后，关闭激光光源。运动平台根据控制信号，移动屏幕体到下一个位置，然后光源控制系统打开激光光束，继续进行曝光。重复这一过程，将多个全系透镜均匀的分部在屏幕体上，形成全系透镜阵列，最终完成整个全系透镜阵列的曝光。

S3、当需要对全系透镜屏幕体进行批量复制时，只需对曝光完的屏幕体进行简单的处理。首先进行紫外固化，然后加热，先获得全息透镜阵列母版。

S4、然后，对母版经过简单的复制光路，然后将其复制到空白的屏幕体上(也就是空白的光聚材料)，就能够得到多个附设有全息透镜阵列的投影屏。

本发明中，如图3所示，全息透镜以纵横方向均匀排布于屏幕体上，且全息透明以邻接方式排布于屏幕体上。这样能够保证在反映时得到更清晰全面的观看效果以及更好的观感体验。图三中全息透镜在屏幕体上的形状为圆形。

如图2所示，在透镜64和透镜63之间设有光阑8，该光阑8的形状可以改变以配合不同的物光形状。如果光阑形状为椭圆、方形、六边形，则全息透镜在屏幕体上的形状分别为椭圆、方向、六边形。根据实际应用选择不同的形状。如图4所示，当光阑选择多边形时，形成的全息透镜为多边形。

本发明的全息透镜投影屏的使用方法为正投型，如图5所示。将变换后的图像通过投影仪投影到投影屏上，每个全息透镜都会成一个像，所有的全息透镜共同成像在同一个位置，所有像叠加形成三维图像，人就可以在该位置观察三维立体图像。

本发明实施例提出的全息投影屏制作方法，其与现有技术相比，具有如下特点：

使用反射型记录光路，得到反射型全息透镜阵列，不仅能够起到反射镜和透镜的效果，同时制作简单易于操作。由此制成的投影屏既具有了现有全息投影屏的效果，又可以实现反射镜和透镜的效果。并且，采用的光聚合物作为屏幕体记录全息透镜的阵列信息，能够保证生产的屏幕体具备高透明度以及高衍射率，能够最大程度的记录下三维图像的信息。在屏幕体上也不需要增加其他透镜，便于复制以及移动，扩大了适用范围，降低了生产的成本。

以上所述实施例，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改、替换和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全息透镜投影屏的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将激光光束用分光器分成两束，一束为物光，另一束为参考光；

S2、将所述物光和参考光分别照射由光聚材料制成的屏幕体并发生干涉，采用反射型光路在所述屏幕体上记录全息透镜信息，制成全息透镜投影屏；

S3、将步骤S2曝光后的屏幕体进行紫外固化、加热，得到全息透镜母版；

S4、对所述母版的光路进行复制，并将其复制到空白的光聚材料上，得到记录全息透镜信息的投影屏。

2.根据权利要求1所述的全息透镜投影屏的制作方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、将所述物光和参考光分别通过反射镜调整出射角度，使所述物光以一定的夹角射入所述屏幕体的一侧面，所述参考光以一定的夹角射入所述屏幕体的另一侧面；

S22、所述物光和参考光在所述屏幕体上发生干涉，并在所述屏幕体上曝光，得到设有全息透镜的屏幕体；

S23、多个所述全息透镜在所述屏幕体上组合，得到全息透镜投影屏。

3.根据权利要求2所述的全息透镜投影屏的制作方法，其特征在于，在步骤S23中，通过控制组件控制激光器的开启和关闭并控制所述屏幕体的移动，使得所述屏幕体的运动和激光的曝光速度以及曝光量相配合，按照预设设定的方式在所述屏幕体上均匀的形成全息透镜的阵列。

4.一种全息透镜投影屏的制作装置，所述全息透镜投影屏的制作装置适用于权利要求1-3中任一项所述全息透镜投影屏的制作方法的实施，其包括激光器、分光器、反射镜组、滤波器组、透镜组以及控制组件，

所述激光器发出激光光束，所述分光器将激光光束分为物光和参考光，所述物光通过反射镜组后分别经过滤波器滤波和透镜组处理后与经过反射镜、滤波器和透镜组的参考光在屏幕体上曝光干涉形成全息透镜信息；所述控制组件用于控制激光器和屏幕体的运动。

5.根据权利要求4所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述分光器和激光器之间还设有1/2波片，通过改变所述1/2波片与所述分光器的角度，调节所述物光和参考光的能量比。

6.根据权利要求5所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述反射镜包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜设在所述分光镜与所述屏幕体之间，所述第一反射镜用于调整物光的出射方向，所述第二反射镜用于调整参考光的出射方向，

所述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器设在所述第一反射镜和屏幕体之间，用于对所述物光进行滤光，所述第二滤波器设在所述第二反射镜和屏幕体之间，用于对所述参考光进行滤光，

所述透镜组包括第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组设在所述第一滤波器和所述屏幕体之间，所述第一透镜组用于对物光进行准直和聚光，所述第二透镜组设在所述第二滤波器和所述屏幕体之间，所述第二透镜组用于对所述参考光进行准直和聚光。

7.根据权利要求6所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述第二反射镜和第二滤波器之间还设有1/4波片，所述1/4波片用于调整所述参考光的偏振方向。

8.根据权利要求6所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述第二透镜组包括两片透镜，所述两片透镜之间设有光阑，所述光阑用于调整所述参考光投射到所述屏幕体上的形状。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述控制组件包括计算机、光源控制器以及运动平台，

所述光源控制器用于接收计算机信号，并根据信号控制所述激光光束的开启、关闭以及光量，

所述运动平台根据接收的计算机信号分别沿X轴、Y轴运动。

10.根据权利要求9所述的全息透镜投影屏的制作装置，其特征在于，所述运动平台包括：X轴驱动电机、安装架以及Y轴驱动电机：

所述安装架用于安装所述屏幕体，所述X轴驱动电机与所述安装架相连，并驱动安装架上的屏幕体沿着X轴方向移动，所述Y轴驱动电机与所述安装架相连，并驱动安装架上的屏幕体沿着Y轴方向移动。