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【技术实现步骤摘要】
本方案属于显示,具体涉及一种体全息光学扩散元件及其制作方法和装置。
技术介绍
1、抬头显示(head-up display)技术将汽车仪表盘和导航等驾驶信息投射到挡风玻璃上,并经挡风玻璃反射后进入人眼,使得汽车上所乘人员可通过挡风玻璃看到仪表盘和导航等驾驶信息,避免了汽车行驶过程中由于驾驶员低头看驾驶信息带来的安全隐患。
2、投影式抬头显示技术利用投影光机将驾驶信息的实像投射到特殊设计的挡风玻璃上,经挡风玻璃对光线的扩散作用,使所有实像点的光线进入人眼,从而让乘车人员在挡风玻璃上看到驾驶信息实像。为实现此功能,需要在挡风玻璃上制备光学扩散膜,以将投射到其上的实像光线进一步扩散,使之具有更大的发散角。例如,可以使用毛玻璃作为扩散膜,它表面所具有的随机微小颗粒可将投射到其上的实像光线扩散到全空间方向上,因此从四周都可以看到该实像。
3、毛玻璃的特性是所有照射到其表面的光线都会被扩散到全空间上,意味着其无法直接用于制作挡风玻璃。使用体全息技术可以制成只对特定入射角度范围内的光线具有扩散作用的扩散膜。例如,可使用毛玻璃作为模板来生成体全息图,将毛玻璃贴合到感光材料附近,以将毛玻璃的扩散特性复制到体全息图当中。如图1所举例的一种曝光过程所示,当激光光束照射到毛玻璃上时,会被毛玻璃随机折射或反射而生成大量均匀分布的发散子光源,这些发散子光源作为信号光与来自另一个方向的参考光干涉,其干涉条纹被记录到感光材料当中形成体全息图。当将投影光机的出射光束沿原参考光方向照射体全息图时,被投影光机图案所照亮区域的体全息图将会复现出
4、然而,毛玻璃对光束的扩散角很大,基本上覆盖了全立体角(4π)范围,按照图1所示的曝光方式,毛玻璃后方半空间(2π)范围内的扩散光束都充当了信号光。因此,复现出来的信号光也具有2π的立体发散角。很多复现信号光未进入人眼,导致效率低下,从而降低其实用价值。
技术实现思路
1、本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷,提供一种制作体全息光学扩散元件的方法,制得的体全息光学扩散元件具有有限发散角,能够提高光能利用率、提升显示亮度并降低设备能耗,极大增加了其实用价值。
2、为了解决上述技术问题,采取下述技术方案:
3、第一方面,提出一种制作体全息光学扩散元件的方法。该方法包括:在全息光敏材料层的一侧设置具有光扩散特性的第一扩散元件,使信号光经第一扩散元件照射到全息光敏材料层上,与照射到全息光敏材料层上的参考光发生干涉;还包括:在全息光敏材料层与第一扩散元件之间设置第一透镜组件,利用第一透镜组件将第一扩散元件的实像投射到全息光敏材料层上。
4、本方案在第一扩散元件与全息光敏材料之间增加第一透镜组件,利用第一透镜组件将第一扩散元件的实像投射到全息光敏材料层上,由于第一透镜组件入瞳口径的限制,信号光照射第一扩散元件时生成的随机点光源所发出的光线当中,仅有一定角度范围内的光线才能够通过第一透镜组件,使得投射到全息光敏材料层的实像后方的光线具有有限的发散角。相应地,显示过程中产生的复现信号光也具有有限的发散角,既满足了所有实像点都能进入人眼的扩散需求,又避免了扩散过剩造成的光能浪费,从而提高光能利用率、提升显示亮度并降低设备能耗,具有极大的实用价值。
5、体全息光学扩散元件被光束沿参考光方向照射时产生复现信号光,复现信号光的方向通过改变第一扩散元件的倾角和/或第一扩散元件的偏离距离进行调控,复现信号光的立体发散角θ通过改变第一扩散元件与第一透镜组件的距离、第一透镜组件的像方焦距和/或第一透镜组件的入瞳口径进行调控,因而可以制作出具有任意传播方向和发散角度的高效率体全息光学扩散元件,设计灵活,无杂散光干扰。
6、第一透镜组件可以包括一个、两个或多个透镜,还可以包括光阑。第一扩散元件可以是毛玻璃,还可以是其它具有光扩散特性的元件。
7、第二方面,提出一种制作体全息光学扩散元件的装置。该装置包括信号光生成系统和参考光生成系统,用于干涉曝光全息光敏材料层以便制成体全息光学扩散元件。信号光生成系统包括设置于全息光敏材料层一侧的第一扩散元件和第一透镜组件,第一扩散元件、第一透镜组件和全息光敏材料层沿信号光方向顺序设置。第一扩散元件具有光扩散特性,其实像位于全息光敏材料层上。
8、本方案在第一扩散元件与全息光敏材料之间增加第一透镜组件,利用第一透镜组件将第一扩散元件的实像投射到全息光敏材料层上,由于第一透镜组件入瞳口径的限制,信号光照射第一扩散元件时生成的随机点光源所发出的光线当中,仅有一定角度范围内的光线才能够通过第一透镜组件,使得投射到全息光敏材料层的实像后方的光线具有有限的发散角。相应地,显示过程中产生的复现信号光也具有有限的发散角,既满足了所有实像点都能进入人眼的扩散需求,又避免了扩散过剩造成的光能浪费,从而提高光能利用率、提升显示亮度并降低设备能耗,具有极大的实用价值。
9、体全息光学扩散元件被光束沿参考光方向照射时产生复现信号光,改变第一扩散元件的倾角和/或第一扩散元件的偏离距离可以调控复现信号光的方向,改变第一扩散元件与第一透镜组件的距离、第一透镜组件的像方焦距和/或第一透镜组件的入瞳口径可以调控复现信号光的立体发散角θ,因而可以制作出具有任意传播方向和发散角度的高效率体全息光学扩散元件,设计灵活,无杂散光干扰。
10、参考光生成系统可以包括设置于全息光敏材料层一侧的第二扩散元件和第二透镜组件,第二扩散元件、第二透镜组件和全息光敏材料层沿参考光方向顺序设置。第二扩散元件具有光扩散特性,其实像位于全息光敏材料层上,且与第一扩散元件的实像重合,使得最终制得体全息光学扩散元件对投影光机的装配精度要求降低,有利于降低装配难度。
11、第一透镜组件可以包括一个、两个或多个透镜,还可以包括光阑。第一扩散元件和第二扩散元件可以是毛玻璃,还可以是其它具有光扩散特性的元件。
12、第三方面,提出一种体全息光学扩散元件。该体全息光学扩散元件包括全息光敏材料层,该全息光敏材料层当且仅当被参考光方向的光线照射时产生复现信号光。复现信号光的源点位于全息光敏材料层上,且其立体发散角θ满足:θ∈(0,0.5π),优选满足:θ∈[0.001π,0.5π],更优选满足:θ∈[0.002π,0.3π]。
13、本方案中体全息光学扩散元件只有被参考光方向的光线照射时才产生复现信号光,换言之,体全息光学扩散元件只针对特定入射角度范围内的投影光束有扩散效应,对其他方向的入射光无扩散效应,因此在大部分方向上具有高透射率。复现信号光不仅源点位于全息光敏材料层上,而且具有有限的立体发散角,既满足了所有实像点都能进入人眼的扩散需求,又避免了扩散过剩造成的光能浪费,从而提高光能利用率、提升显示亮度并降低设备能耗,具有极大的实用价值。该体全息光学扩散元件可以采用第一方面提出的方法或第二方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制作体全息光学扩散元件的方法,该方法包括:在全息光敏材料层的一侧设置具有光扩散特性的第一扩散元件,使信号光经所述第一扩散元件照射到所述全息光敏材料层上,与照射到所述全息光敏材料层上的参考光发生干涉;其特征在于,
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
5.一种制作体全息光学扩散元件的装置,包括信号光生成系统和参考光生成系统,用于干涉曝光全息光敏材料层以便制成所述体全息光学扩散元件;其特征在于,
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,
8.一种体全息光学扩散元件,所述体全息光学扩散元件包括全息光敏材料层,所述全息光敏材料层当且仅当被参考光方向的光线照射时产生复现信号光,其特征在于,
9.根据权利要求8所述的体全息光学扩散元件,其特征在于,
10.根据权利要求9所述的体全息光学扩散元件,其特征在于,
【技术特征摘要】
1.一种制作体全息光学扩散元件的方法,该方法包括:在全息光敏材料层的一侧设置具有光扩散特性的第一扩散元件,使信号光经所述第一扩散元件照射到所述全息光敏材料层上,与照射到所述全息光敏材料层上的参考光发生干涉;其特征在于,
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
5.一种制作体全息光学扩散元件的装置,包括信号光生成系统和参考光生成系统,用于干...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡德骄,杨穆,黄志勤,杜有成,
申请(专利权)人:尼卡光学天津有限公司,
类型:发明
国别省市:
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