CN2156522Y

CN2156522Y - 用于激光显示的二元光学器件

Info

Publication number: CN2156522Y
Application number: CN 93213809
Authority: CN
Inventors: 龙品
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2003-05-28

Abstract

本实用新型属于用于激光显示的二元光学器件，它包含能透过可见光的基片和同轴放置的屏幕，也可与透镜、棱镜组合使用，在所述基片的一个表面或两个表面上刻蚀有两个或多个深度等级的矩形或圆环形台阶状分布，它可以用普通玻璃、光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃、树脂或其它高分子材料制成，也可以用铜、铝、锌、钼、铬、硅或其它半导体材料制做，本实用新型的器件结构简单，可同轴使用，降低了噪音，并大大提高了光学效率，还能显示更大的图象和文字。

Description

本实用新型属于激光显示用器件，特别涉及于利用可见光进行各种二维或三维图象和文字的显示用器件，它可用于能产生任意激光波阵面或改变激光光束的形状和能量再分布的器件。

激光显示就是利用激光表显示各种图象和文字，可用于广告、如用于商店、宾馆、舞厅、酒吧、体育场馆、会议礼堂、建筑物装饰及花园喷泉等场所。在现有技术中主要采用激光扫描，它利用计算机电子电路来检制、驱动一面反射镜，将激光光束反射到显示屏幕上的不同位置，这些激光束的扫描点就构成了一幅图象或文字，这种装置结构复杂、成本高，还需要程序控制，同时受到激光功率的限制，不能显示大的图象或文字。也有利用计算机制全息图进行激光图象或文字显示，但计算机制度全息图也存在许多缺点，如衍射效率不高、光能损失大、图象和文字不清晰，只能离轴使用，使系统的结构复杂化。

本实用新型的目的就是要克服上述激光扫描系统或计算机制全息图的缺点，本实用新型所提出的器件如与激光扫描系统相比，不需要计算机及电子电路控制驱动，简化了系统的结构，成本降低，并可同时使用多台激光器进行照明，使显示的图象和文字更加明亮，还可显示更大的图象和文字。若与计算机制全息图相比，大大提高了光学效率，降低了噪声，使激光图象和文字更加清晰，并可同轴使用，使系统的结构大为简化。

本实用新型的另一个目的是要在激光显示方面，能显示出任意二维或三维的图象和激光文字，以满足实际应用的需要。

为实现本实用新型的目的提出了一种用于激光显示的二元光学器件，该器件能产生任意的波阵面，能任意地改变激光束的形状，也能任意地改变激光束的能量公布，以满足激光图象和文字显示的需要。该器件的材料可用普通玻璃、光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃、树脂或其它能透可见光的高分子材料制成。该器件的结构外形为在能透过可见光的基片的一面或两面刻蚀有二个或多个深度等级的矩形或圆环形台阶状分布，光通过该器件的不同高度的台阶状分布的表面构造后，因光程不同而形成衍射，根据需要，可预先设计计算并经过制做而形成的这些台阶状分布，可以产生任意的满足要求的光波波阵面分布，从而达到改变激光光束的形状或激光光束的能量分布的目的。该装置可以由一片或两片类似的器件构成，两片时必须同轴放置，两片间的距离根据不同的用途、不同的光束形状和能量分布的要求计算确定。基片表面上的台阶形状和不同的高度分布是根据不同的用途和要求来设计计算并经刻蚀而成的。该器件的工作方式可以是透射式或反射式，在反射式工作状态时，可采用铜、铝、锌、钼、铬、硅或其它半导体材料，再在其表面上镀一层高反射率的金属，如金、银、铝、铬等。

本实用新型的光束变换器件可单独使用，也可与其它光学系统如透镜、反射镜、棱镜组合使用。在该器件单独使用时，可以用扩束、扩束准直，或不扩束的激光束照射该器件后产生衍射而形成不同的激光图象和文字。当显示屏幕离该器件比较近时，器件工作在菲涅耳变换方式，即形成的图象和文字是该器件的透过率函数的菲涅耳变换；在显示屏幕离该器件比较远时，或与透镜组合使用时，器件工作在付里叶变换方式，即形成的图象和文字是该器件的透过率函数的付里叶变换。

本实用新型的所显示的图象和文字的组成形式是由光点陈列构成，在光点阵列比较密时，构成的图象和文字可以看成是连续的光强构成的图象和文字；当光点阵列比较疏时，显示的图象和文字就比较明显地看出来是由光点阵列构成。

由于该器件的外形结构为在其基片的外表面的一面或两面刻蚀有二个或多个深度等级的矩形或圆环形台阶状表面构造，也就是说该器件是有多个位相值分布，所以具有很高的光学效率，可以同轴使用，光学噪声极小，光能利用率很高。

一个需要显示的二维物体，如图象和文字，可以用一个数学模型，或一个二维的点阵来进行描述，将这个数学模型或二维点阵进行菲涅耳反变换或付里叶反变换，得到的振幅和位相函数就是这个二元光学器件的振幅和位相函数。这种二元光学器件就是菲涅耳型二元光学器件或付里叶型二元光学器件。为了提高光学效率，二元光学器件的振幅透过率一般为1，即二元光学器件为一个纯位相器件，可以利用二维物体的位相函数这个自由度，叠代优化使二元光学器件的振幅透过率接近1。这种类型的二元光学器件是属于利用菲涅耳变换型或付里叶变换型的器件。

对于一个需要显示的二维物体，如图象或文字，也可以利用二元光学器件将光线偏转、会聚、衍射的方法，将光束的能量进行重新分布，或改变光束的形状，来达到显示二维物体如图象和文字的目的，可以把二元光学器件分成若干个小区域，每个小区域对应显示二维物体的图象或文字的一部分。也可以把二元光学器件作为一个整体来改变光束的能量分布以显示整个二维物体如图象或文字等。

本实用新型的用于激光显示的二元光学器件的具体形式和结构示于附图中，附图有：

图1、（a）、（b）分别表示了本实用新型的用于激光显示的二元光学器件的基片的平、剖面，在其一个面上刻蚀有矩形的台阶状分布构造；

图2、（a）、（b）、分别表示了本实用新型的用于激光显示的二元光学器件的基片的平、剖面，在其一个面上刻蚀有圆环形的台阶状分布构造；

图3表示了菲涅耳型二元光学器件；

图4表示了付里叶型二元光学器件；

图5表示了反射式二元光学器件。

在图3中，1为入射平行光束，2为二元光学器件，3为屏幕，D为二元光学器件到屏幕之间的距离。

在图4中，1为入射光束，2为透射式二元光学器件，3为屏幕，4为透镜，f为透镜焦距；

在图5中，2′为反射式二元光学器件，5为反射衍射光束，E为二元光学器件中心到屏幕的距离。

实施例：

用一块付里叶变换型器件，在该器件的表面上刻蚀有8个深度等级的矩形台阶状分布，每个台阶的尺寸为25×25μm²，器件的一个周期由10×10个台阶构成，这样一个周期的尺寸为250×250μm²，器件的通光口径为10×10mm²。该器件产生的图象为一个5×5的点阵列。光学衍射效率达到75％以上。器件的材料为光学石英玻璃。

Claims

1、一种用于激光显示的二无光学器件，其特征在于它包含有一种能透过可见光的基片和与其同轴放置的透镜或棱镜及显示屏幕。

2、如权利要求1所述的器件，其特征在于所述透镜或棱镜也可以不放置。

3、如权利要求1所述的器件，其特征在于所述基片可以采用一种反射式基片。

4、如权利要求1所述的器件，其特征在于所述基片的一个表面或两个表面上刻蚀有两个或多个深度等级的台阶状分布。

5、如权利要求1或4所述的器件，其特征在于所述台阶状分布可以为矩形或圆环形台阶状分布。

6、如权利要求1或4所术的器件，其特征在于所述基片可以用普通玻璃、光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃、树脂或能透可见光的高分子材料制成。

7、如权利要求1或4所述的器件，其特征在于所述基片可以用铜、铝、锌、钼、铬、硅或其它半导体材料制成，并在上镀一层高反射率的金属，如金、银、铝或铬。

8、如权利要求1、4所述的器件，其特征在于所述基片可以由一片或两片同轴放置构成。