CN112764146A - 光学设备及其光源和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备包括一图像生成单元和一影像显示单元，其中所述图像生成单元具有至少一带有窄带滤光结构的光源，以用于发出携带图像信息的光线，其中所述窄带滤光结构被设置于所述光源发出的光线路径，其中所述窄带滤光结构以窄带滤光作用的方式使所述光源发出的光线的带宽变窄并形成一高相干性的光束，并投射至所述影像显示单元，其中所述影像显示单元基于所述高相干性的光束显示低串扰或无串扰、高质量的影像，且成本较低，提高用户体验度。

Description

光学设备及其光源和应用

技术领域

本发明涉及投影领域，尤其涉及一种光学设备及其光源和应用，其用于产生携带图像信息的高相干性的高相干性的光束，以供所述光学设备投影显示低串扰或无串扰、高质量的影像，且成本较低。

背景技术

全息投影技术(front-projected holographic display)属于3D技术的一种，原指利用光的干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。随着科技的发展，全息投影技术逐渐延伸到舞台表演、展览展示以及车辆或者飞机行驶等领域。在日常生活中，人们所应用的全息光学设备往往并非是利用严格意义上的全息投影技术，而是采用了珮珀尔幻像、边缘消隐等方法实现3D效果的一种类全息投影技术。

例如，一款用于车辆的抬头显示装置(Head Up Display)能够将仪表盘中的行车相关信息如车速、油量等信息投影到驾驶员视线的正前方，使得驾驶员在行车过程中无需低头即可观看行车相关信息，从而提高了行车安全性。在目前市场中，全息光学设备的成像质量和成本始终是人们关注的重点问题。

目前，全息膜作为全息光学设备中再现影像的重要介质之一，其对投影光束的要求也很高，其中投影光束在符合布拉格条件的前提下，其中投影光束的相干性对再现图像的质量影像极大，如果高投影光束的相干性不好，即投影光束的光带宽相对较宽时，该投影光束入射到全息膜表面时会产生串扰的影像，从而影响全息光学设备的成像质量。

现有的全息光学设备产生投影光束的光源大致分为两类，分别是LED光源和激光光源。LED光源包括由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等化合物制成发光二极管，根据化学性质的不同，该发光二级管分为有机发光二极管和无机发光二极管。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，根据化合物的种类不同，该发光二极管能够发出不同颜色的光，例如，砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光，等。LED光源具有体积小、寿命长、效率高等优点，可连续使用长达10万个小时，成本明显较低。但是现有的LED光源有着以下不足：1、一些色彩如红光、绿光或者蓝光的分辨率不足；2、光带宽相对较宽，相干性不高，且光能损失较高，从而在应用于全息投影时，所述全息光学设备易投影产生串扰、低质量的影像，不利于用户体验。

而相对于LED光源，激光光源具有相干性好、亮度高、色彩好以及能耗低等优势，在应用于全息投影时，所述全息光学设备能够投影产生无串扰、高质量的影响，但是激光光源的成本要远远高于LED光源的价格，从而导致所述全息光学设备的成本明显较高。

因此，目前亟需提供一种成像质量高，且价格较低的光学设备，以满足市场需求。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备显示低串扰或无串扰、高质量的影像，且成本较低，提高用户体验度。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光源发出的光线经窄带滤光结构作用形成带宽变窄的光束，具备更高的相干性，适用于各种光学设备，或者其他带有光源的设备等。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其用于产生携带图像信息的高相干性的光束，使得所述光学设备能够显示低串扰或无串扰、高质量的影像。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备具备窄带滤光作用，使光源发出的光线的光带宽变窄，以产生较高相干性的高相干性的光束，从而有利于显示低串扰或无串扰、高质量的影像。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备利用LED光源作为光线输出源，相比于现有的以激光光源作为光线输出源的光学设备，本发明的所述光学设备成本较低。同时，所述光学设备具备窄带滤光作用，使所述LED光源发出的光线的光带宽变窄，以产生具备较好的相干性的光束，相对于现有的以LED光源作为光线输出源的光学设备，本发明的所述光学设备能够产生较高相干性的光束，降低光能损失，从而有利于显示低串扰或无串扰、高质量的影像。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，对于普通的LED光源，或者一些具备色彩光如红光、绿光以及蓝光等的LED光源，所述光学设备均能够相应地对其实现窄带滤光作用，提高分辨率，以产生相对应的相干性的光束，提高影像的质量。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备利用激光光源作为光线输出源，相对于现有的以激光光源作为光线输出源的光学设备，本发明的所述光学设备能够进一步地产生较高相干性的光束，从而进一步地提高影像的质量。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光学设备能够实现投影显示不同色彩光如红光、绿光以及蓝光等的影像。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述光源带有窄带滤光结构，其中所述窄带滤光结构能够对光源发出的光线进行窄带滤光作用，以产生较高相干性的光束。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，对应于发出不同色彩光如红光、绿光以及蓝光等的光源，其中所述窄带滤光结构被实施为相对应的结构，以供所述光学设备产生相对应的相干性的光束，降低光能损失，提高影像的质量。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其中所述窄带滤光结构具有多层结构，优选为三层结构，制造工艺简单，其能够有效地使光带宽变窄，且不易降低光强度。

本发明的另一个优势在于提供一种光学设备及其光源和应用，其结构简单，制造成本低，成像质量高，有利于提高用户体验度。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一带有窄带滤光结构的光源，其中所述窄带滤光结构被设置于所述光源发出的光线路径，其中所述窄带滤光结构以窄带滤光作用的方式使所述光源发出的光线的带宽变窄并形成一高相干性的光束。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构被实施为使透过光的光带宽变窄的结构，其中所述高相干性的光束的带宽窄于所述光线的带宽。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

在一些实施例中，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

在一些实施例中，其中所述光源为多色光源，其中所述高折射率层被形成于所述光源的每个像素表面，或所述光源为单色光源，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面。

在一些实施例中，其中所述高折射率层的材料选自一组：二氧化钛、硫化锌以及氮化硅中的其中一种。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

在一些实施例中，其中所述高折射率层的厚度在50至150nm范围以内。

在一些实施例中，其中所述低折射率层的材料选自一组：氧化铝、二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲脂以及光敏胶中的其中一种。

在一些实施例中，其中所述低折射率层的厚度在10至100nm范围以内。

在一些实施例中，其中所述光栅的材料选自一组：铝和银金属中的其中一种。

在一些实施例中，其中所述光栅的结构为对称结构，且选自一组：二维方块、二维圆柱以及交叉十字架中的其中一种结构。

在一些实施例中，其中所述光栅的厚度在10至60nm范围以内，结构周期在200至540nm范围以内。

在一些实施例中，其中所述光源被实施为LED光源。

在一些实施例中，其中所述光源被实施为发出红光的光线，其中所述光栅的结构周期为270±5％nm，以供红光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

在一些实施例中，其中所述光源被实施为发出绿光的光线，其中所述光栅的结构周期为340±5％nm，以供绿光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

在一些实施例中，其中所述光源被实施为发出蓝光的光线，其中所述光栅的结构周期为420±5％nm，以供蓝光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

依本发明的另一方面，进一步提供一光学设备，包括：

一图像生成单元；和

一影像显示单元，其中所述图像生成单元具有至少一带有窄带滤光结构的光源，以用于发出携带图像信息的光线，其中所述窄带滤光结构被设置于所述光源发出的光线路径，其中所述窄带滤光结构以窄带滤光作用的方式使所述光源发出的光线的带宽变窄并形成一高相干性的光束，并投射至所述影像显示单元，其中所述影像显示单元基于所述高相干性的光束显示影像。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构被实施为使透过光的光带宽变窄的结构，其中所述高相干性的光束的带宽窄于所述光线的带宽。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

在一些实施例中，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

在一些实施例中，其中所述光源被实施为LED光源。

在一些实施例中，其中所述光源选自一组：发出红光的LED光源、发出蓝光的LED光源以及发出绿光的LED光源中的其中一种。

在一些实施例中，其中所述影像显示单元包括至少一反射镜和一影像显示介质，其中所述反射镜被设置于反射所述高相干性的光束至所述影像显示介质的位置，其中所述影像显示介质被设置于接收所述高相干性的光束的投影位置，其中所述影像显示介质基于所述高相干性的光束显示影像。

依本发明的另一方面，进一步提供一显示方法，包括步骤：

a、产生携带图像信息的光线；

b、一窄带滤光结构使所述光线的光带宽变窄形成一高相干性的光束；以及

c、基于所述高相干性的光束显示影像。

在一些实施例中，其中所述步骤a中，由LED光源产生所述光线。

在一些实施例中，其中所述步骤b中，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

在一些实施例中，其中所述高折射率层被形成于光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

在一些实施例中，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的一光学设备的结构框图。

图2是根据本发明的上述优选实施例的所述光学设备的窄带滤光结构的结构框图。

图3是根据本发明的上述优选实施例的所述光学设备的光线经所述窄带滤光结构作用后的光强与波长关系示意图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的所述光学设备的所述窄带滤光结构的制造方法示意图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的所述光学设备的对应于不同色彩光的所述窄带滤光结构的光栅结构周期的表格示意图。

图6是根据本发明的上述优选实施例的所述光学设备的投影示意图。

图7是根据本发明的上述优选实施例的第一种变形实施方式的所述光学设备的投影示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1至图7所示为本发明的一个优选实施例的一光学设备100，其中所述光学设备100能够显示低串扰或无串扰、高质量的影像，且成本较低，提高用户体验度。优选地，所述光学设备100被实施为全息光学设备，用于投影全息影像。或者，所述光学设备100也可以被实施为投影仪器或者灯光光学设备等，用于投影二维图像或者三维图像等。作为举例地，所述光学设备100被实施为全息光学设备。

在本实施例中，所述光学设备100被应用于一车辆中，其中所述光学设备100被设置于该车辆，其中所述光学设备100用于将该车辆的行车相关信息投影如车速、油量、仪表盘信息等再现于驾驶员的视线正前方，使得驾驶员无需低头即可观看到行车相关信息，提高行车安全。可以理解的是，所述光学设备100还可以被应用于诸如但不限于玻璃墙、舞台、橱窗广告投影、展览场、百货商场、餐饮、饭店、连锁店、婚纱摄影、银行、体育馆、电影歌剧院、广告业及任何有店面、橱窗、看板等营业场所、大楼玻璃外墙等场景，并实现影像再现，在此不受限制。

如图1和图5所示，具体地，所述光学设备100包括一图像生成单元10和一影像显示单元20，其中所述图像生成单元10用于产生携带图像信息的高相干性的高相干性的光束101，其中所述图像生成单元10具有窄带滤光结构，以窄带滤光作用的方式使光源发出的光线的光带宽变窄，以产生较高相干性的所述高相干性的光束，并投射至所述影像显示单元20，其中所述影像显示单元20被设置于接收所述高相干性的光束101的位置，其中所述影像显示单元20基于所述高相干性的光束101显示影像。举例地，所述图像生成单元10用于接收该车辆的部分的或者全部的行车相关信息，基于该行车相关信息，所述图像生成单元10产生相对应的高相干性的光束101，即所述高相干性的光束101携带着与该行车相关信息相对应的图像信息，基于所述高相干性的光束，所述影像显示单元20显示与该行车相关信息相对应的影像于该车辆的驾驶员的正前方，如在前挡风玻璃的前方显示该行车相关信息的影像，使得驾驶员无需低头即可观看该行车相关信息，同时驾驶员依然能够正常地看到该车辆前方的实物，保证该驾驶员的行车安全。

可选地，根据应用场景的不同，所述图像信息能够被实施为与之相对应的信息。例如，所述光学设备100被应用于舞台，所述图像信息对应于舞台相关信息，其中所述图像生成单元10用于产生与该舞台相关信息相对应的高相干性的光束101，使得所述影像显示单元20显示与该舞台相关信息相对应的影像，以增强舞台表演体验。相应地，所述图像信息还可以被实施为对应于产品或商品展览相关信息、广告相关信息、地图相关信息、影视相关信息或者人物相关信息等，以供所述光学设备100投影显示相对应的影像，在此不受限制。

进一步地，所述图像生成单元10包括一投影源11和一窄带滤光部件12，其中所述投影源11具有至少一光源111，其中所述投影源11的所述光源111用于发出携带所述图像信息的光线102，其中所述窄带滤光部件12被设置于所述光源111的光线路径的始端103，即所述窄带滤光部件12位于所述光线102的路径的始端103，以尽量地保证所有的所述光线102均射入所述窄带滤光部件12，其中所述窄带滤光部件12即所述窄带滤光结构，从而形成带有所述窄带滤光结构的所述光源111。所述光线102经所述窄带滤光部件12的窄带滤光作用形成所述高相干性的光束101，即所述光线102穿过所述窄带滤光部件12后形成带宽更窄的所述高相干性的光束101，其中所述影像显示单元20接收所述高相干性的光束101，并基于所述高相干性的光束101显示影像，从而提高影像质量。

也就是说，所述高相干性的光束101的带宽窄于所述光线102的带宽，使得所述高相干性的光束101的相干性好于所述光线102的相干性，因此，所述影像显示单元20能够基于所述高相干性的光束101显示低串扰或无串扰、高质量的的影像。换句话说，相较于传统的光学设备基于所述光线102显示影像的方式，本实施例的所述光学设备100的所述窄带滤光部件12对所述光线102进行窄带滤光处理后形成带宽更窄的所述高相干性的光束101，并由所述影像显示单元20基于所述高相干性的光束101显示低串扰或无串扰、高质量的的影像，因此能够有效地提高影像质量，提高用户体验度。

需要指出的是，本发明中的所述窄带滤光部件12即所述窄带滤光结构，能够通过共振作用形成所述高相干性的光束101，使得所述高相干性的光束101的带宽变窄，具备更高的相干性。优选地，所述窄带滤光结构12是一种能够使透过光的光带宽变窄的结构，即所述高相干性的光束101的波长短于所述光线102的波长，且对光强的影响较小，即所述光线102与所述高相干性的光束101的光强大小基本相等。熟知本领域的技术可知，本发明提供的所述窄带滤光部件12与目前市场中的一些超表面结构有着明显不同的结构和功能，且实现的技术效果也有着明显区别。

优选地，所述窄带滤光部件12被设置于所述光源111的出光孔的表面，其中所述窄带滤光部件12基本上全覆盖于所述光源111的出光孔的表面，即实现全覆盖，以使得所述光源111发出的所述光线102基本上全部经过所述窄带滤光部件12，防止所述光线102侧漏而影响显示影像的质量。优选地，所述窄带滤光部件12可以被设置于所述光源111的出光孔的外表面。

可选地，所述窄带滤光部件12也可以是被设置于一透明基板如镜片或者玻璃等，其中所述透明基板适于被安装于所述投影源11的所述光源111的出光孔，使得所述投影源11的所述光源111发出的所述光线102穿过所述透明基板上的所述窄带滤光部件12后形成所述高相干性的光束101并射出，便于拆卸更换，且对所述投影源11的原有结构的改动较小。且在有或无所述透明基板的两种状态下，所述光学设备100能够可选择地以所述光线102或者所述高相干性的光束101两种方式分别显示影像，增加用户可选择性，适用场景较好，在此不受限制。

在本实施例中，所述投影源11进一步包括一投影系统112，其中所述光源111被通信连接于所述投影系统112，其中所述投影源11的所述投影系统112能够接收外界输入的信息如所述行车相关信息，并基于该信息，所述投影源11的所述光源111发出携带所述图像信息的所述光线102。例如所述投影源11被实施为一投影仪器或设备，如LED灯光投影仪等。进一步地，所述投影系统112可以包括显示器件，如LCD、LCOS或者DLP等显示器件，以用于投影。

优选地，所述投影源11的所述投影系统112被连接于该车辆的中控系统，其中该车辆的中控系统实时地将行车相关信息传递至所述投影源11，其中所述投影源11的所述光源111实时地发出携带相对应的所述图像信息的所述光线102，以供所述影像显示单元20实时地显示该车辆当前的行车相关信息，以确保行车安全。可选地，所述投影源11的所述投影系统112能够接收预设的信息或者读取已储存的信息，如舞台演出信息、产品展示信息或者广告信息等，基于该预设的信息，所述投影源11的所述光源111发出相应的预设的所述光线102，以供所述影像显示单元20显示预设的影像，满足用户需求。

进一步地，所述窄带滤光部件12具有多层结构，优选为三层结构，其制造工艺简单，能够有效地使光带宽变窄，即波长变窄，且不易降低光强度。

如图2和图3所示，更进一步地，所述窄带滤光部件12包括一高折射率层121、一低折射率层122以及一光栅123，其中所述高折射率层121、所述低折射率层122以及所述光栅123沿光路方向依次被设置，其中所述光线102经所述投影源11的所述光源111射出，依次经所述高折射率层121、所述低折射率122以及所述光栅123后形成所述高相干性的光束101。所述高折射率层121的折射率高于所述低折射率层122的折射率，其中所述光栅123具有预设的结构周期(或光栅周期)，以调整所述高相干性的光束101的带宽。

具体地，所述高折射率层121、所述低折射率层122以及所述光栅123自下而上地依次层叠成型，其中所述高折射率层121朝向所述投影源11的所述光源111发出所述光线102的一侧，其中所述光栅123朝向所述影像显示单元20的一侧。即，所述投影源11的所述光源111发出的所述光线102从所述高折射率层121射入，穿过所述低折射率层122，经所述光栅123射出至所述影像显示单元20，以实现显示影像。

优选地，所述高折射率层121的材料包括但不限于二氧化钛、硫化锌或者氮化硅等介质材料，其中所述低折射率层122的材料包括但不限于氧化铝、二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲脂(简称PMMA，又称压克力、压加力、亚克力、阿加力胶或者有机玻璃等)以及无影胶(又称UV胶、光敏胶或紫外光固化胶等)等介质材料，其中所述光栅123被优选实施为金属光栅，包括但不限于铝、银等金属材料制成的光栅。进一步地，所述光栅123的结构被优选实施为包括但不限于二维方块、二维圆柱、交叉十字架等对称结构，其中所述光栅123的横向结构周期与纵向结构周期基本保持一致，以确保投影质量。

更优选地，所述高折射率层121的厚度大致为50至150nm，其中所述低折射率层122的厚度大致为10至100nm，其中所述光栅123的厚度大致为10至60nm，其中所述光栅123的结构周期大致为200至540nm。

更进一步地，在本实施例中，所述高折射率层121被实施为硫化锌介质层，厚度为100nm，其中所述低折射率层122被实施为二氧化硅介质层，厚度为47.5nm，其中所述光栅123被实施为二维对称的金属银光栅结构，厚度为41nm，其中所述光栅123的横向和纵向结构周期均为T，且所述光栅123在横向和纵向的占空比均为0.75T。所述高折射率层121被形成于所述投影源11的所述光源111的表面，其中所述低折射率层122被形成于所述高折射率层121的表面(优选为上表面)，其中所述光栅123被形成于所述低折射率层122的表面(优选为上表面)，即所述高折射率层121和所述光栅123分别位于所述低折射率层122的两侧表面。

更优选地，所述窄带滤光结构部件12还包括一保护层127，其中所述保护层127被设置于所述光栅123的表面，以防止金属材料的所述光栅123被氧化或腐蚀等，或降低所述光栅123被氧化的速率，提高所述窄带滤光结构的耐用性。进一步地，所述保护层127为透明材料，如纳米材料，或者含硅膜层等，在此不受限制。

如图4所示，进一步地，本实施例还提供了所述光学设备100的带有所述窄带滤光结构的所述光源111的制造方法，包括步骤：

S10、形成所述高折射率层121于所述投影源11的所述光源111的表面；

S20、形成所述低折射率层122于所述高折射率层121的表面；以及

S30、形成所述光栅123于所述低折射率层122的表面。

在所述步骤S10中，举例地，当所述光源111被实施为RGB多色光源如三色光源时，所述窄带滤光部件12的所述高折射率层121被形成于所述光源111的每个像素表面。或者，当所述光源111被实施为单色光源时，所述窄带滤光部件12的所述高折射率层121被形成于所述光源111的表面。也就是说，根据所述光源111的种类的不同，所述窄带滤光部件12的所述高折射率层121被形成于所述光源111的表面的位置也被相应地调整，在此不受限制。

所述步骤S10可以被替换为步骤S10A、形成所述高折射率层121于所述透明基板的表面，如镀膜，其中所述透明基板适用于可拆卸地安装于所述投影源11的所述光源111的出光孔。即所述高折射率层121被形成于所述透明基板的表面，其中所述低折射率层122被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅123被形成于所述低折射率层122的表面。

优选地，所述步骤S10、所述步骤S20以及所述步骤S30依次执行。在所述步骤S10中，镀膜形成所述高折射率层121于所述投影源11的所述光源111的表面，如通过溅射、蒸发或者物理或化学气相沉积等方式镀膜制备所述高折射率层121。在所述步骤S20中，镀膜形成所述低折射率层122于所述高折射层121的表面，即通过溅射、蒸发或者物理或化学气相沉积等方式镀膜制备所述低折射率层122。

在所述步骤S30中，包括步骤：

S31、涂胶形成一层胶层124于所述低折射率层122的表面；

S32、对所述胶层124进行曝光处理，以露出所述低折射率层122表面的待形成所述光栅123的位置125；

S33、镀膜形成金属层126于所述胶层124的表面和所述低折射率层122的表面的所述位置125；以及

S34、去除所述胶层124，以在所述低折射率层122的表面的所述位置125形成所述光栅123，即所述胶层124表面的金属层126随着所述胶层123被去除而剥离，而所述低折射率层122的表面的所述位置125的金属层126保留，进而形成所述光栅123。

本实施例中，在所述步骤S31中，所述胶层124如光刻胶，通过光刻胶的旋涂在所述低折射率层122的表面形成所述胶层124。在所述步骤S32中，采用曝光、显影等技术对所述胶层124进行处理。在所述步骤S33中，通过蒸镀的方式形成所述金属层126。

可选地，所述步骤S30还包括步骤：形成所述保护层127于所述光栅123的表面。可由镀膜工艺制备所述保护层127于所述光栅123的表面。

进一步地，根据不同色彩的所述光线102，所述光栅123的结构周期能够被调整预设为一预设值，即所述窄带滤光部件12被实施为相对应的结构，以供所述图像生成单元10产生相对应的相干性的高相干性的光束，提高分辨率，降低光能损失，提高影像的质量。

也就是说，所述投影源11的所述光源111能够发出不同色彩的所述光线102，其中所述光线102包括但不限于红光、蓝光以及绿光等。

如图5所示，进一步地，对应于红光、蓝光以及绿光，所述窄带滤光部件12被实施为三种不同结构周期的结构。更进一步地，对应于所述投影源11的所述光源111发出红光的所述光线102，其中所述窄带滤光部件12的所述光栅123的结构周期被预设为270±5％nm，优选地为270nm，其中红光的所述光线102经所述窄带滤光部件12后形成的相应的所述高相干性的光束101，在光能损伤大致为17％的基础上带宽缩小至目标范围，如24nm左右。

对应于所述投影源11的所述光源111发出绿光的所述光线102，其中所述窄带滤光部件12的所述光栅123的结构周期被预设为340±5％nm，优选地为340nm，其中绿光的所述光线102经所述窄带滤光部件12后形成的相应的所述高相干性的光束101，在光能损伤大致为13％的基础上带宽缩小至目标范围，如20nm左右。

对应于所述投影源11的所述光源111发出蓝光的所述光线102，其中所述窄带滤光部件12的所述光栅123的结构周期被预设为420±5％nm，优选地为420nm，其中蓝光的所述光线102经所述窄带滤光部件12后形成的相应的所述高相干性的光束101，在光能损伤大致为7％的基础上带宽缩小至目标范围，如26nm左右。

可以看出的是，不同色彩的所述光线102分别经对应的不同结构周期的所述窄带滤光部件12处理后形成相应的所述高相干性的光束101，带宽明显地变窄，从而大幅度地提高了光线的相干性，有利于显示更高质量的影像。

在本实施例中，所述光源111被实施为LED光源，其中所述LED光源用于发出LED灯光，其中所述窄带滤光部件12被设置于所述LED光源的表面，使得所述LED光源发出的光线经所述窄带滤光部件12处理后形成带宽更窄的所述高相干性的光束101，进而提高光线的相干性，使得所述光学设备100显示低串扰或无串扰、高质量的影像。相对于现有的以LED光源作为光线输出源的光学设备，本发明的所述光学设备的所述图像生成单元10的所述窄带滤光部件12对所述LED光源发出的所述光线102进一步地处理，使所述光线102的带宽变窄，以形成较高相干性的所述高相干性的光束101，从而有利于显示低串扰或无串扰、高质量的影像。

换句话说，本发明的所述光学设备100，利用所述窄带滤光部件12对LED光源发出的所述光线102进行窄带滤光作用，在损失较小光能时可以获得与激光光源发出的光线相媲美的高相干性的所述高相干性的光束101，大幅度提高了所述光学设备100的成像质量，同时降低了成本。

可以理解的是，所述光源111可以被实施为发出不同色彩光的LED光源，例如发出红光的LED光源、发出蓝光的LED光源或者发出绿光的LED光源等等，在此不受限制。

可选地，所述光源111可以被实施为发出相干性较差的光线的光源，由所述窄带滤光部件12对所述相干性较差的光线进行窄带滤光作用，使所述相干性较差的光线的带宽变窄，从而形成所述高相干性的光束，以供投影高质量的影像。

在本发明的另一种实施方式中，所述光源111可以被实施为激光光源，如激光阵列光源等。即所述光学设备100的所述图像生成单元12利用激光光源作为光线输出源，相对于现有的以激光光源作为光线输出源的光学设备，本发明的所述光学设备100的所述图像生成单元12的所述窄带滤光部件12进一步地对所述激光光源发出的所述光线102进行窄带滤光作用，以进一步地产生较高相干性的所述高相干性的光束101，从而进一步地提高影像的质量。

如图6所示，在本实施例中，所述影像显示单元20被优选实施为以反射式投影方式显示影像，以使用户在所述光学设备100的同一侧观看到影像。具体地，所述影像显示单元20包括至少一反射镜21和一影像显示介质22，其中所述反射镜21用于反射所述高相干性的光束101至所述影像显示介质22，其中所述影像显示介质22基于所述高相干性的光束101显示影像。

进一步地，所述反射镜21呈一定角度反射所述高相干性的光束101至所述影像显示介质22，其中所述影像显示介质22用于被设置于一投影位置220，其中所述投影位置220在本实施例中被实施为该车辆的前挡风玻璃的位置，即所述影像显示介质22被设置于该车辆的前挡风玻璃，以使所述影像被呈现于该车辆的驾驶员的视线的正前方。

优选地，所述影像显示介质22被实施为全息膜，其中所述全息膜被设置于该车辆的前挡风玻璃，如贴附。进一步地，所述图像生成单元10和所述反射镜21均被安装于该车辆的中控主机的位置，其中所述反射镜21位于所述影像显示介质22的下方，其中所述反射镜21朝向上侧的位于该前挡风玻璃的位置的所述全息膜反射所述高相干性的光束101，以使所述全息膜在该车辆的驾驶员的视线的正前方显示影像。

可选地，所述光学设备100能够被实施为悬挂式光学设备，其中所述图像生成单元10被安装于该车辆的内部顶侧的遮阳板的位置，其中所述反射镜21被固定于反射所述高相干性的光束101至所述全息膜的位置，其中所述全息膜被设置于该车辆的前挡风玻璃，其中所述反射镜21反射所述图像生成单元10产生的所述高相干性的光束101至所述全息膜，以再现影像。

可选地，所述影像显示单元20还可以被实施为以背投式投影方式显示影像。具体地，所述图像生成单元10被设置于所述影像显示单元20的与用户相反的一侧，举例地，所述影像显示单元20的所述影像显示介质22被贴附于该车辆的前挡风玻璃，其中所述图像生成单元10被设置于该车辆的前挡风玻璃的前侧，位于驾驶员的相反侧。

需要指出的是，所述全息膜为透明材料，其中所述全息膜被贴附于玻璃上，以用于再现影像，使得在投影时，用户既能够看到投影图像，又能够看到前方的实物，且在不投影时，用户依然能看到前方的实物。可选地，所述影像显示介质22还可以被实施为可旋转的透明镜片，以实现多角度的再现影像效果。具体地，在投影过程中，所述影像显示介质22始终保持旋转并接收所述高相干性的光束101，基于所述高相干性的光束101，所述影像显示介质22实现360度再现影像，使得周围的用户能够从不同的角度观看影像。

优选地，所述影像显示介质22被实施为体全息膜，其中所述体全息膜是位相型薄膜，以用于再现高亮度的影像。进一步地，所述体全息膜由同一激光光源产生的参考光与物光在薄膜表面干涉制备而成，其中所述体全息膜被贴附于所述投影位置220。具体地，所述体全息膜一方面将所述高相干性的光束101成像于所述投影位置220，如该车辆的前挡风玻璃的位置，另一方面所述体全息膜将所述高相干性的光束101衍射至用户的前方或者视点，如驾驶员的视点。

如图7所示，在本实施例的第一种变形实施方式中，所述影像显示介质22被实施为用于多种色彩光再现影像的体全息膜系，以基于不同色彩的所述高相干性的光束101再现不同色彩的影像。具体地，所述影像显示介质22包括一红色体全息膜221、一绿色体全息膜222以及一蓝色体全息膜223，其中所述红色体全息膜221、所述绿色体全息膜222以及所述蓝色体全息膜223被设置于所述投影位置220组成所述体全息膜系。进一步地，所述红色体全息膜221、所述绿色体全息膜222以及所述蓝色体全息膜223层叠布置于所述投影位置220，如粘贴于该车辆的前挡风玻璃。可以理解的是，所述红色体全息膜221、所述绿色体全息膜222以及所述蓝色体全息膜223的层叠顺序可以自由调整，在此不受限制。

基于体全息记录再现过程中的布拉格条件，对应色彩的所述高相干性的光束101只对所对应的所述体全息膜起作用，而不符合布拉格条件的光线直接穿过所述体全息膜。具体地，所述红色体全息膜211基于红光的所述高相干性的光束101再现对应的影像，其中所述绿色体全息膜222基于绿光的所述高相干性的光束101再现对应的影像，其中所述蓝色体全息膜223基于蓝光的所述高相干性的光束101再现对应的影像，使得所述光学设备100能够实现投影显示彩色的影像。

进一步地，本实施例还提供了所述光学设备100的显示方法，包括步骤：

S101、产生携带图像信息的所述光线102；

S102、所述窄带滤光部件12(即窄带滤光结构)使所述光线102的光带宽变窄形成所述高相干性的光束101；以及

S103、基于所述高相干性的光束101显示影像。

其中所述步骤S102中，所述窄带滤光部件12被设置于所述光线102的光路中，其中所述光线102经所述窄带滤光部件12的窄带滤光作用形成所述高相干性的光束101。

其中，所述步骤S101中，由LED光源或者激光光源产生所述光线102。

其中，所述步骤S103中，由所述体全息膜基于所述高相干性的光束再现影像。

其中，所述步骤S103中，由所述体全息膜系基于所述高相干性的光束再现影像，其中所述体全息膜系由所述红色体全息膜221、所述绿色体全息膜222以及所述蓝色体全息膜223层叠组成。

在本发明的另一可选的实施例中，带有所述窄带滤光结构12的所述光源111适用于其他带有光源的设备中，如该设备具有LED光源，其中所述窄带滤光结构12被设置于所述LED光源的表面，以提供较高相干性的光束，满足该设备的应用需求。举例地，该设备为车辆，所述光源111为该车辆上的灯具如迎宾灯或安全警示灯等，其中所述窄带滤光结构12被设置于该灯具的表面，使得该灯具发出的带宽变窄的光束。或者，该设备为家居设备，如室内灯光设备等，其中所述窄带滤光结构12被设置该室内灯光设备的所述光源111的表面。或者，该设备为实验设备、智能通讯设备或者摄影设备等，在此不受限制。

也就是说，带有所述窄带滤光结构12的所述光源111并不局限于应用于所述光学设备100，其中所述光源111可以适用于其他带有光源的设备中，应用范围较广。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (30)

1.一带有窄带滤光结构的光源，其特征在于，其中所述窄带滤光结构被设置于所述光源发出的光线路径，其中所述窄带滤光结构以窄带滤光作用的方式使所述光源发出的光线的带宽变窄并形成一高相干性的光束。

2.根据权利要求1所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述窄带滤光结构被实施为使透过光的光带宽变窄的结构，其中所述高相干性的光束的带宽窄于所述光线的带宽。

3.根据权利要求2所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

4.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

5.根据权利要求4所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光源为多色光源，其中所述高折射率层被形成于所述光源的每个像素表面，或所述光源为单色光源，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面。

6.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述高折射率层的材料选自一组：二氧化钛、硫化锌以及氮化硅中的其中一种。

7.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

8.根据权利要求6所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述高折射率层的厚度在50至150nm范围以内。

9.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述低折射率层的材料选自一组：氧化铝、二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲脂以及光敏胶中的其中一种。

10.根据权利要求9所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述低折射率层的厚度在10至100nm范围以内。

11.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光栅的材料选自一组：铝和银金属中的其中一种。

12.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光栅的结构为对称结构，且选自一组：二维方块、二维圆柱以及交叉十字架中的其中一种结构。

13.根据权利要求3所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光栅的厚度在10至60nm范围以内，结构周期在200至540nm范围以内。

14.根据权利要求1至13任一所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光源被实施为LED光源。

15.根据权利要求14所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光源被实施为发出红光的光线，其中所述光栅的结构周期为270±5％nm，以供红光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

16.根据权利要求14所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光源被实施为发出绿光的光线，其中所述光栅的结构周期为340±5％nm，以供绿光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

17.根据权利要求14所述带有窄带滤光结构的光源，其中所述光源被实施为发出蓝光的光线，其中所述光栅的结构周期为420±5％nm，以供蓝光的所述光线经所述窄带滤光结构后形成的相应的所述高相干性的光束，缩小带宽。

18.一光学设备，其特征在于，包括：

一图像生成单元；和

一影像显示单元，其中所述图像生成单元具有至少一带有窄带滤光结构的光源，以用于发出携带图像信息的光线，其中所述窄带滤光结构被设置于所述光源发出的光线路径，其中所述窄带滤光结构以窄带滤光作用的方式使所述光源发出的光线的带宽变窄并形成一高相干性的光束，并投射至所述影像显示单元，其中所述影像显示单元基于所述高相干性的光束显示影像。

19.根据权利要求18所述光学设备，其中所述窄带滤光结构被实施为使透过光的光带宽变窄的结构，其中所述高相干性的光束的带宽窄于所述光线的带宽。

20.根据权利要求19所述光学设备，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

21.根据权利要求20所述光学设备，其中所述高折射率层被形成于所述光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

22.根据权利要求20所述光学设备，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

23.根据权利要求18至22任一所述光学设备，其中所述光源被实施为LED光源。

24.根据权利要求18至22任一所述光学设备，其中所述光源选自一组：发出红光的LED光源、发出蓝光的LED光源以及发出绿光的LED光源中的其中一种。

25.根据权利要求18至22任一所述光学设备，其中所述影像显示单元包括至少一反射镜和一影像显示介质，其中所述反射镜被设置于反射所述高相干性的光束至所述影像显示介质的位置，其中所述影像显示介质被设置于接收所述高相干性的光束的投影位置，其中所述影像显示介质基于所述高相干性的光束显示影像。

26.一光学设备的显示方法，其特征在于，包括步骤：

a、产生携带图像信息的光线；

b、一窄带滤光结构使所述光线的光带宽变窄形成一高相干性的光束；以及

c、基于所述高相干性的光束显示影像。

27.根据权利要求26所述的显示方法，其中所述步骤a中，由LED光源产生所述光线。

28.根据权利要求26或27所述的显示方法，其中所述步骤b中，其中所述窄带滤光结构包括：

一高折射率层；

一低折射率层，其中所述高折射率层的折射率高于所述低折射率层的折射率；以及

一光栅，其中所述高折射率层、所述低折射率层以及所述光栅沿所述光线的光路方向依次被设置，其中所述光线经所述窄带滤光结构形成带宽变窄的所述高相干性的光束。

29.根据权利要求28所述的显示方法，其中所述高折射率层被形成于光源的表面，其中所述低折射率层被形成于所述高折射率层的表面，其中所述光栅被形成于所述低折射率层的表面。

30.根据权利要求28所述的显示方法，其中所述窄带滤光结构进一步包括一保护层，其中所述保护层被设置于所述光栅的表面，其中所述保护层为透明材料。

Images