CN115308922A - 一种静态三维光场显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静态三维光场显示装置，其包括有单向准直光源阵列M1、导光板M2和衍射光栅阵列M3，所述单向准直光源阵列M1包括多个对准所述导光板M2侧部的单向准直光源，所述单向准直光源用于为所述导光板M2提供侧向准直光束，所述导光板M2用于对所述准直光束进行引导，所述衍射光栅阵列M3包括多个分布于所述导光板M2表面的衍射光栅单元，所述衍射光栅单元用于将所述导光板M2引导的准直光束耦合出所述导光板M2，并作为静态3D图像的定向光束。相比现有技术而言，本发明避免了双向准直光的使用，不仅实现方式简单，而且容易加工制造，较好地满足了应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及三维显示装置，尤其涉及一种静态三维光场显示装置。
背景技术
衍射光栅可以将光束耦合出导光板，通过改变衍射光栅的周期与取向角，可以改变耦合出导光板的光束的主角方向。在现有技术中，这种衍射光栅需要配合双向准直光才能正确构建三维光场，但是在实际应用中，单方向准直光相对于双方向准直光的实现较为容易，水平方向和竖直方向均准直的双方向准直光源非常难实现，因此不能满足应用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种仅利用衍射光栅的周期就可以构建三维光场，从而构建正确的三维图像，并且实现方式简单、易于加工制造的静态三维光场显示装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种静态三维光场显示装置，其包括有单向准直光源阵列M1、导光板M2和衍射光栅阵列M3，所述单向准直光源阵列M1包括多个对准所述导光板M2侧部的单向准直光源，所述单向准直光源用于为所述导光板M2提供侧向准直光束，所述导光板M2用于对所述准直光束进行引导，所述衍射光栅阵列M3包括多个分布于所述导光板M2表面的衍射光栅单元，所述衍射光栅单元用于将所述导光板M2引导的准直光束耦合出所述导光板M2，并作为静态3D图像的定向光束。
优选地，所述单向准直光源发射的准直光束在水平方向上准直传播，在垂直方向上发散传播。
优选地，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有固定的取向角，所述取向角垂直于光线在所述导光板M2中的传播方向。
优选地，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有K种不同的周期，通过调整周期变化来改变耦合出射光的方向。
优选地，所述单向准直光源发射的准直光束在垂直方向上具有倾斜角θ。
优选地，衍射光栅的衍射角θout为：
；其中，λ为光波长，m为衍射级次，d为衍射光栅的周期，θin为光在衍射光栅上的入射角。
本发明公开的静态三维光场显示装置中，利用所述单向准直光源阵列M1为所述导光板M2提供单向准直的被引导光束，再利用所述导光板M2引导来自单向准直光源的光束，并通过所述衍射光栅阵列M3提供构建3D图像的定向光束。基于上述原理，本发明仅利用衍射光栅的周期变化，就可以将所述导光板M2中的被引导光束以不同的主角方向耦合出导光板，利用不同主角方向的定向光束可以构建出静态三维光场显示，相比现有技术而言，本发明避免了双向准直光的使用，不仅实现方式简单，而且容易加工制造，较好地满足了应用需求。
附图说明
图1为本发明静态三维光场显示装置的俯视结构示意图；
图2为本发明静态三维光场显示装置的截面示意图；
图3为单个衍射光栅单元耦合出的定向光束在空间中形成的视点分布示意图；
图4为衍射光栅阵列的截面示意图；
图5为衍射光栅的结构示意图；
图6是由多个衍射光栅组成的衍射光栅单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种静态三维光场显示装置，结合图1和图2所示，其包括有单向准直光源阵列M1、导光板M2和衍射光栅阵列M3，所述单向准直光源阵列M1包括多个对准所述导光板M2侧部的单向准直光源，所述单向准直光源用于为所述导光板M2提供侧向准直光束，所述导光板M2用于对所述准直光束进行引导，所述衍射光栅阵列M3包括多个分布于所述导光板M2表面的衍射光栅单元，所述衍射光栅单元用于将所述导光板M2引导的准直光束耦合出所述导光板M2，并作为静态3D图像的定向光束。
上述装置中，利用所述单向准直光源阵列M1为所述导光板M2提供单向准直的被引导光束，再利用所述导光板M2引导来自单向准直光源的光束，并通过所述衍射光栅阵列M3提供构建3D图像的定向光束。基于上述原理，本发明仅利用衍射光栅的周期变化，就可以将所述导光板M2中的被引导光束以不同的主角方向耦合出导光板，利用不同主角方向的定向光束可以构建出静态三维光场显示，相比现有技术而言，本发明避免了双向准直光的使用，不仅实现方式简单，而且容易加工制造，较好地满足了应用需求。
本实施例中，所述单向准直光源发射的准直光束在水平方向上准直传播，在垂直方向上发散传播。
进一步地，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有固定的取向角，所述取向角垂直于光线在所述导光板M2中的传播方向。
在本实施例中，以衍射光栅单元在水平方向包含8个衍射光栅为例，该静态三维显示装置单个衍射光栅单元耦合出的定向光束在空间中形成的视点分布示意请参见图3。
在本实施例中，衍射光栅阵列M3由多个衍射光栅单元组成，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有K种不同的周期，通过调整周期变化来改变耦合出射光的方向。
请参见图4，所述单向准直光源发射的准直光束在垂直方向上具有倾斜角θ。
根据图4所示的衍射光栅截面图，衍射光栅的衍射角θout公式为：
；其中，λ为光波长，m为衍射级次，d为衍射光栅的周期，θin为光在衍射光栅上的入射角。关于衍射光栅的平面图以及单个衍射光栅单元的结构请参见图5和图6所示。
本发明公开的静态三维光场显示装置中，单向准直光源阵列M1为系统提供单向准直光，导光板M2用于引导来自单向准直光源阵列M1的单向准直光，衍射光栅阵列M3用于将所述被引导光束耦合出导光板M2，作为静态3D图像的定向光束。相比现有技术而言，本发明的有益效果在于：本发明仅通过改变衍射光栅的周期就可以构建三维光场，而且本发明中基于衍射光栅阵列M3和所述单向准直光源阵列M1的配合，可以构建正确的三维图像，同时本发明结构的实现方式简单，易于加工制造，因此特别适合在三维光场显示技术领域中推广应用，并具有较佳的应用前景。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种静态三维光场显示装置，其特征在于，包括有单向准直光源阵列M1、导光板M2和衍射光栅阵列M3，所述单向准直光源阵列M1包括多个对准所述导光板M2侧部的单向准直光源，所述单向准直光源用于为所述导光板M2提供侧向准直光束，所述导光板M2用于对所述准直光束进行引导，所述衍射光栅阵列M3包括多个分布于所述导光板M2表面的衍射光栅单元，所述衍射光栅单元用于将所述导光板M2引导的准直光束耦合出所述导光板M2，并作为静态3D图像的定向光束。
2.如权利要求1所述的静态三维光场显示装置，其特征在于，所述单向准直光源发射的准直光束在水平方向上准直传播，在垂直方向上发散传播。
3.如权利要求1所述的静态三维光场显示装置，其特征在于，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有固定的取向角，所述取向角垂直于光线在所述导光板M2中的传播方向。
4.如权利要求1所述的静态三维光场显示装置，其特征在于，所述衍射光栅单元中的每个衍射光栅具有 K种不同的周期，通过调整周期变化来改变耦合出射光的方向。
5.如权利要求1所述的静态三维光场显示装置，其特征在于，所述单向准直光源发射的准直光束在垂直方向上具有倾斜角θ。
6.如权利要求1所述的静态三维光场显示装置，其特征在于，衍射光栅的衍射角θout为：
；其中，λ为光波长，m为衍射级次，d为衍射光栅的周期，θin为光在衍射光栅上的入射角。
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