CN112987476B - 一种用于投影显示系统的全息散斑屏 - Google Patents

一种用于投影显示系统的全息散斑屏 Download PDF

Info

Publication number
CN112987476B
CN112987476B CN202110251841.XA CN202110251841A CN112987476B CN 112987476 B CN112987476 B CN 112987476B CN 202110251841 A CN202110251841 A CN 202110251841A CN 112987476 B CN112987476 B CN 112987476B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ground glass
holographic
scattered
angle
holographic speckle
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
Application number
CN202110251841.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112987476A (zh
Inventor
尹韶云
杨朝雄
江海波
王金玉
杨正
孙秀辉
陈建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Original Assignee
Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS filed Critical Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Priority to CN202110251841.XA priority Critical patent/CN112987476B/zh
Publication of CN112987476A publication Critical patent/CN112987476A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112987476B publication Critical patent/CN112987476B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H1/2205—Reconstruction geometries or arrangements using downstream optical component
    • G03H2001/2213—Diffusing screen revealing the real holobject, e.g. container filed with gel to reveal the 3D holobject
    • G03H2001/2215—Plane screen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于投影显示系统的全息散斑屏，属于全息显示技术领域。该全息散斑屏包括激光器、透镜、分束棱镜、反射镜、磨砂玻璃和光刻胶；激光器发出光源，经过非球面透镜和小孔滤波后，两个柱透镜在两个方向分别准直后，通过分束棱镜被多个反射镜以夹角θ照射于磨砂玻璃上，通过磨砂玻璃的两束散射光在光刻胶上形成散斑被记录下来。本发明能将全息散斑屏的微结构尺寸控制在20um以下，提供高分辨显示效果和能量利用率。

Description

一种用于投影显示系统的全息散斑屏
技术领域
本发明属于全息显示技术领域，涉及一种用于投影显示系统的全息散斑屏。
背景技术
全息漫射体是用于投影显示领域中间成像面的关键器件，能为观察图像提供高分辨，高亮度和高均匀度的显示效果。目前Edmund optics，Wavefront technology inc和Luminit公司等通过控制全息过程制作的全息漫射体，只能实现高斯分布或者类高斯分布；而RPC photonics公司生产工程漫射体微结构为50um及以上，是周期性或者伪随机结构，分辨率较低，会产生莫尔条纹。
漫射体是通过其微结构产生投影显示过程所需要的波前，根据光学原理不同可分为两类：一类是全息漫射体，表面微结构尺寸在20um以下，通过表面微结构对光进行散射，随机折射和衍射控制光分布，这种方法目前用于显示能提供高分辨率显示，但是亮度均匀性不好，视场中心的亮度较强。第二类是工程漫射体，表面微结构在50um以上，通过表面微结构对光进行折射和衍射控制光分布，目前这种漫射体被用于投影显示系统能提供均匀的视场，但是分辨率较低，并且与周期型的光源结合使用时出现莫尔条纹。
现有全息散斑屏采用单束激光通过磨砂玻璃，由狭缝控制散斑尺寸和光分布方向，散斑被记录在光刻胶或者全息介质上。散斑结构尺寸由以下公式决定：
Figure GDA0003578132190000011
其中f是透镜焦距，a是透镜孔径，λ是入射光波长。这里通过控制透镜的焦距和孔径，可以控制散斑尺寸，进一步控制散射光分布。随着散斑尺寸减小，散射角增大；反之，散射角减小。
但是目前采用单光束制作的全息散斑屏，其散射光分布为高斯分布或者类高斯分布，用于投影显示系统，视场亮度不均匀。另外，采用光线追迹制作的工程漫射体，主要是设计球形微颗粒的直径和高度实现平顶光分布，一般微结构尺寸在50um以上，用于投影显示系统，观测图像有明显的颗粒感。
因此，亟需一种可实现高亮度均匀显示的全息散斑屏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于投影显示系统的全息散斑屏，将全息散斑屏的微结构尺寸控制在20um以下，提供高分辨显示效果和能量利用率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于投影显示系统的全息散斑屏，包括激光器、透镜、分束棱镜、反射镜、磨砂玻璃和光刻胶；
激光器发出光源，经过非球面透镜和小孔滤波后，两个柱透镜在两个方向分别准直后，通过分束棱镜(BS)被多个反射镜以夹角θ照射于磨砂玻璃上，通过磨砂玻璃的两束散射光在光刻胶上形成散斑被记录下来。
进一步，每束散射光照射毛玻璃后的平均散射场强度为：
Figure GDA0003578132190000021
其中，(ξ,η)是散射光的空间频率，k＝2π/λ，λ是真空中的波长，Sm是粗糙表面出射孔径面积，n1和n2分别为毛玻璃介质及其周围介质的折射率，δ、β分别是毛玻璃粗糙表面高度函数的方差和相关长度；
Am＝n1 sinθm-n2ξλ，
Bm＝-n2ηλ，
Cm＝-n1 cosθm+n2γλ，
Figure GDA0003578132190000022
Figure GDA0003578132190000023
Figure GDA0003578132190000024
bm＝-T0n2ηλ，cm＝T0(n2γλ+n2cosθspec)，
n1sinθm＝n2sinθspec，
Figure GDA0003578132190000025
Figure GDA0003578132190000026
Figure GDA0003578132190000027
Figure GDA0003578132190000031
其中，θs是散射光线与z轴的夹角，
Figure GDA0003578132190000032
是散射光线的方位角，T0是毛玻璃的透过率系数，θm是入射光的入射角，θspec是出射光折射角。
进一步，N束散斑非相干叠加制作的全息散斑屏的平均散射强度分布为：<It(ξ,η)>≈<It1(ξ,η)>+<It2(ξ,η)>+…+<ItN(ξ,η)>。
进一步，根据计算的全息散斑屏的平均散射强度分布<It(ξ,η)>，选择合适的入射角度和磨砂玻璃来制作全息散斑屏，使得在一定散射角范围内出现均匀性最好的平顶散射光。
本发明的有益效果在于：
(1)对以激光或者LED入射的光源，本发明的全息散斑屏能将入射光束转化成平顶均匀散射光，从而提高显示均匀性；
(2)本发明的全息散斑屏在控制全息过程中，可将全息散斑屏的微结构尺寸控制在20um以下，提供高分辨显示效果和能量利用率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为全息散斑屏双光束叠加曝光实验光程图；
图2为双光束散射场叠加原理图；
图3为不同全息散斑屏散射光测试结果，其中图3(a)为单束光照射磨砂玻璃产生的频谱分布，图3(b)全息散斑屏散射光测试结果；
图4为图1所示全息散斑屏的散射光测试效果图，其中图4(a)为全息散斑屏的物理像及其SEM测试结构的扫描电镜像，图4(b)激光照射全息散斑屏的散射光分布(λ＝633nm)。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图4，本发明优选了一种全息散斑屏的设计制作方法，如图1所示，He-Cd激光器发出的325nm紫外光经过非球面透镜和小孔滤波后，两个柱透镜(f1＝20mm、f2＝200mm)在两个方向分别准直后，通过分束棱镜(BS)被两个反射镜M1、M2以夹角θ照射于磨砂玻璃(240grit polish)通过磨砂玻璃的两束散射光在光刻胶上形成散斑被记录下来。
设计原理如图2所示，每束光照射毛玻璃后的平均散射场强度为：
Figure GDA0003578132190000041
其中，(ξ,η)是散射光的空间频率，k＝2π/λ，λ是真空中的波长，Sm是粗糙表面出射孔径面积，n1和n2分别为毛玻璃介质及其周围介质的折射率，δ、β分别是毛玻璃粗糙表面高度函数的方差和相关长度；
Am＝n1 sinθm-n2ξλ，
Bm＝-n2ηλ，
Cm＝-n1 cosθm+n2γλ，
Figure GDA0003578132190000042
Figure GDA0003578132190000051
Figure GDA0003578132190000052
bm＝-T0n2ηλ，cm＝T0(n2γλ+n2cosθspec)，
n1sinθm＝n2sinθspec，
Figure GDA0003578132190000053
Figure GDA0003578132190000054
Figure GDA0003578132190000055
Figure GDA0003578132190000056
其中，θs是散射光线与z轴的夹角，
Figure GDA0003578132190000057
是散射光线的方位角，T0是毛玻璃的透过率系数，θm是入射光入射角度，θspec是出射光折射角。
两束散斑叠加制作的全息散斑屏的平均散射强度分布为：
<It(ξ,η)>≈<It1(ξ,η)>+<It2(ξ,η)> (2)
图3(a)所示的单束光照射磨砂玻璃产生的频谱分布，是通过公式(1)数值计算进行模拟的结果。模拟结果显示，激光正入射照射磨砂玻璃时，产生的是高斯型散射光；激光斜入射时散射光的主光轴发生偏移，频谱最强位置偏移零点。根据公式(2)计算结果，进行实验制作的全息散斑屏的测试结果如图3(b)所示，采用合适的斜入射角度制作的全息散斑屏，其散射角出现半高全宽为80°的平顶散射光。
采用SEM测试结构如图4(a)所示，平均结构尺寸在20um以下；如图4(b)所示，采用激光照射全息散斑屏实现了大角度方向的平顶光分布散射效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种用于投影显示系统的全息散斑屏，其特征在于，该全息散斑屏包括激光器、透镜、分束棱镜、反射镜、磨砂玻璃和光刻胶；
激光器发出光源，经过非球面透镜和小孔滤波后，两个柱透镜在两个方向分别准直后，通过分束棱镜被多个反射镜以夹角θ照射于磨砂玻璃上，通过磨砂玻璃的多束散射光在光刻胶上形成散斑被记录下来；根据计算的全息散斑屏的平均散射强度分布<It(ξ，η)>，选择合适的入射角度和磨砂玻璃来制作全息散斑屏，使得在一定散射角范围内出现均匀性最好的平顶散射光。
2.根据权利要求1所述的全息散斑屏，其特征在于，每束散射光照射毛玻璃后的平均散射场强度为：
Figure FDA0003578132180000011
其中，(ξ，η)是散射光的空间频率，k＝2π/λ，λ是真空中的波长，Sm是粗糙表面出射孔径面积，n1和n2分别为毛玻璃介质及其周围介质的折射率，δ、β分别是毛玻璃粗糙表面高度函数的方差和相关长度；
Am＝n1sinθm-n2ξλ，
Bm＝-n2ηλ，
Cm＝-n1cosθm+n2γλ，
Figure FDA0003578132180000012
Figure FDA0003578132180000013
Figure FDA0003578132180000014
bm＝-T0n2ηλ，cm＝T0(n2γλ+n2cosθspec)，
n1sinθm＝n2sinθspec，
Figure FDA0003578132180000015
Figure FDA0003578132180000016
Figure FDA0003578132180000021
Figure FDA0003578132180000022
其中，θs是散射光线与z轴的夹角，
Figure FDA0003578132180000023
是散射光线的方位角，T0是毛玻璃的透过率系数，θm是入射光的入射角，θspec是出射光折射角。
3.根据权利要求1所述的全息散斑屏，其特征在于，N束散斑非相干叠加制作的全息散斑屏的平均散射强度分布为：<It(ξ，η)>≈<It1(ξ，η)>+<It2(ξ，η)>+…+<ItN(ξ，η)>。
CN202110251841.XA 2021-03-08 2021-03-08 一种用于投影显示系统的全息散斑屏 Active CN112987476B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110251841.XA CN112987476B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种用于投影显示系统的全息散斑屏

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110251841.XA CN112987476B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种用于投影显示系统的全息散斑屏

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112987476A CN112987476A (zh) 2021-06-18
CN112987476B true CN112987476B (zh) 2022-07-29

Family

ID=76336034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110251841.XA Active CN112987476B (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种用于投影显示系统的全息散斑屏

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112987476B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010084238A (ko) * 2000-02-24 2001-09-06 윤종용 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치
CN101030028A (zh) * 2007-04-10 2007-09-05 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种新型衍射投影屏及其制造方法
CN101030027A (zh) * 2007-04-10 2007-09-05 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种具有全息柱面透镜结构的投影屏
CN101034252A (zh) * 2007-04-10 2007-09-12 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种具有像面全息结构的投影屏
CN201020601Y (zh) * 2007-03-02 2008-02-13 苏州德龙激光有限公司 激光精密加工的匀光系统
CN107290861A (zh) * 2017-08-01 2017-10-24 沈阳雷卓激光医疗器械有限公司 激光光束匀化装置及方法
CN110109320A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 深圳市深大极光科技有限公司 一种全息透镜投影屏的制作方法和制作装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995034832A1 (fr) * 1992-12-15 1995-12-21 Thomson-Csf Ecran de projection holographique et procede de realisation
CN103488036B (zh) * 2013-09-24 2017-01-04 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 全息立体投影屏及其投影方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010084238A (ko) * 2000-02-24 2001-09-06 윤종용 홀로그램 스크린 입체 영상 표시장치
CN201020601Y (zh) * 2007-03-02 2008-02-13 苏州德龙激光有限公司 激光精密加工的匀光系统
CN101030028A (zh) * 2007-04-10 2007-09-05 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种新型衍射投影屏及其制造方法
CN101030027A (zh) * 2007-04-10 2007-09-05 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种具有全息柱面透镜结构的投影屏
CN101034252A (zh) * 2007-04-10 2007-09-12 苏州苏大维格数码光学有限公司 一种具有像面全息结构的投影屏
CN107290861A (zh) * 2017-08-01 2017-10-24 沈阳雷卓激光医疗器械有限公司 激光光束匀化装置及方法
CN110109320A (zh) * 2019-05-09 2019-08-09 深圳市深大极光科技有限公司 一种全息透镜投影屏的制作方法和制作装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112987476A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6424418B2 (ja) 光学素子、投影装置および計測装置並びに製造方法
CN100355022C (zh) 照明方法和曝光方法及其装置
US7972009B2 (en) Projector and projection unit
CN103797414B (zh) 照明装置、投射型影像显示装置以及光学装置
JP6070274B2 (ja) 拡散素子、照明光学系および計測装置
JP6186679B2 (ja) 照明光学系、計測装置及びそれに用いられる回折光学素子
JP6972081B2 (ja) 光学素子及び光学系
KR20170063664A (ko) 확산판 및 확산판의 설계 방법
WO2014059552A1 (en) Speckle free laser projection
JP7391495B2 (ja) 拡散板、拡散板の設計方法、表示装置、投影装置及び照明装置
JP2015531897A (ja) 光学装置、レンズ、照明装置、システム及び方法
US9323052B2 (en) Lithography pupil shaping optical system and method for generating off-axis illumination mode
CN105511086A (zh) 采用衍射光学元件与激光器结合的激光照明光学系统
JP2017009669A (ja) 拡散板
CN112987476B (zh) 一种用于投影显示系统的全息散斑屏
JP2008210814A (ja) 変調器
EP2929235B1 (en) Surveillance imaging system
WO2010067282A1 (en) Lighting apparatus
CN109557767A (zh) 一种无掩膜投影光刻系统
CN101154054B (zh) 基板曝光装置及照明装置
RU2762176C1 (ru) Устройство для расширения пучка оптического излучения и способ расширения пучка оптического излучения для когерентной подсветки
CN115185093A (zh) 一种平顶激光光束整形方法
TWI617767B (zh) 雷射照明系統及其雷射光斑消除方法
JP2023531106A (ja) 拡散器デバイス
CN102410500A (zh) 一种环半径和环厚度可调的干涉仪环形光源系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant