一种全息定向散射屏及其制作方法和装置

摘要

本发明公开了一种全息定向散射屏，包括屏幕体，所述的屏幕体上附设多组全息柱透镜阵列信息，每组全息柱透镜以纵、横方向地排布于所述的屏幕体上。本发明还公开了用于制备上述全息定向散射屏的方法和装置。本发明通过合适调整全息记录光路中光刻胶板的位置，可以获得不同线度的全息柱透镜；通过多次曝光的方式可获得多组柱透镜阵列，实现多个方向的定向散射；并利用全息图模压技术，可以以较低的成本制作定向散射屏。

权利要求

1.一种全息定向散射屏，包括屏幕体，其特征在于，所述的屏幕体上附设多组全息柱透镜阵列信息，每组全息柱透镜以纵、横方向地排布于所述的屏幕体上；其中相邻两组之间的旋转角度为90度。

2.如权利要求1所述的全息定向散射屏，其特征在于，所述的全息柱透镜以邻接方式排布于所述的屏幕体上。

3.如权利要求1所述的全息定向散射屏，其特征在于，每个全息柱透镜在所述屏幕体中的形状为矩形。

4.如权利要求3所述的全息定向散射屏，其特征在于，所述的每个全息柱透镜在所述屏幕体中的形状为长方形。

5.一种用于制作如权利要求1～4任一项所述的全息定向散射屏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在光刻胶板上记录多组全息柱透镜信息；

2)对曝光后的光刻胶板金属化处理，经电铸、拼版产生全息柱透镜阵列母版；

3)采用所述的全息柱透镜阵列母版对热塑材料模压，取得附有全息柱透镜阵列信息的屏幕体。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)包括：(1)激光光束通过分束器分为两路，一路获取柱透镜信息的物光，另一路作为参考光，所述物光与参考光合束后，以同轴方式记录全息信息；

(2)通过计算机控制可控制快门的开闭和光刻胶板的移动，使可控制快门的开闭和光刻胶板的移动相协调，在光刻胶板上均匀地记录全息柱透镜阵列的信息；

(3)旋转所述的光刻胶板，并对应调整光路，重复步骤(2)，记录另一个方向的全息柱透镜阵列信息。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的热塑材料为透明材料。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的热塑材料为聚酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯或双向拉伸聚丙烯。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括在模压后的全息柱透镜阵列上镀设透明或半透明的介质保护层。

说明书

一种全息定向散射屏及其制作方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种全息定向散射屏及其制作方法和装置。

背景技术

[0002] 随着现代科技的不断发展，人们获取信息的渠道不断丰富，获得的信息量也不断提高。在几种感知方式中，视觉感知是人们获得信息的最重要的渠道之一，因此显示技术的研究也越来越受到重视。传统的二维平面显示正朝着大画面、高分辨率、高对比度、高还原度、高响应速度等目标不断努力，显示效果越来越逼真。但是，二维显示由于缺少了一个维度的信息，导致其无法从根本上实现最逼真的立体视觉效果，三维显示技术因而产生。相较于二维显示，三维显示技术能提供更直观的视觉感受、更丰富的细节、更具表现力的场景，可以在许多行业中得到广泛的应用，是未来显示技术的发展趋势。

[0003] 在三维显示技术中，时常需要对光束散射方向进行特定调控以满足产生三维视觉的需求。定向散射屏的作用就是在特定的方向上对入射的光束进行散射，而其他的方向保持不变。现有的定向散射屏只能在单方向上散射入射的光束，不能满足用户的需求。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有定向散射屏只能散射单方向入射光束的不足，提出一种基于全息的定向散射屏及其制作方法和装置。

[0005] 一种全息定向散射屏，包括屏幕体，其特征在于，所述的屏幕体上附设多组全息柱透镜阵列信息，每组全息柱透镜以纵、横方向地排布于所述的屏幕体上。

[0006] 所述的全息柱透镜以邻接方式排布于所述的屏幕体上。

[0007] 每个全息柱透镜在所述屏幕体中的形状为矩形，全息柱透镜在所述屏幕体中的形状可以为正方形或长方形，进一步优选为长方形。

[0008] 本发明还提供了一种用于制作全息定向散射屏的装置，包括：

[0009] 沿依次布置的激光器、可控制快门和第一分束器；

[0010] 沿第一分束器反射光路布置的第一空间滤波器、第一准直镜和柱面镜；

[0011] 沿第一分束器透射光路布置的第二空间滤波器和第二准直镜；

[0012] 用于对第一分束器反射光路和透射光路上的光束合束的第二分束器；

[0013] 沿所述第二分束器出射光路依次布置的光阑和光刻胶板；

[0014] 以及用于控制所述可控制快门和光刻胶板的计算机。

[0015] 另外，本发明同时也提供了一种用于制作全息定向散射屏的方法，包括以下步骤：

[0016] 1）在光刻胶板上记录多组全息柱透镜信息；

[0017] 2）对曝光后的光刻胶板金属化处理，经电铸、拼版产生全息柱透镜阵列母版；

[0018] 3）采用所述的全息柱透镜阵列母版对热塑材料模压，取得附有全息柱透镜阵列信息的屏幕体。

[0019] 其中，所述的步骤1）包括：

[0020] （1）激光光束通过分束器分为两路，一路获取柱透镜信息的物光，另一路作为参考光，所述物光与参考光合束后，以同轴方式记录全息信息；

[0021] （2）通过计算机控制可控制快门的开闭和光刻胶板的移动，使可控制快门的开闭和光刻胶板的移动相协调，在光刻胶板上均匀地记录全息柱透镜阵列的信息；

[0022] （3）旋转所述的光刻胶板，并对应调整光路，重复步骤（2），记录另一个方向的全息柱透镜阵列信息。

[0023] 在步骤3）中，所述的热塑材料为透明材料，进一步优选的，所述的热塑材料为聚酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯或双向拉伸聚丙烯。

[0024] 同时，所述的方法还包括在模压后的全息柱透镜阵列上镀设透明或半透明的介质保护层。

[0025] 与现有的定向散射屏相比，本发明的主要优点如下：

[0026] 1、通过合适调整全息记录光路中光刻胶板的位置，可以获得不同线度的全息柱透镜。

[0027] 2、通过多次曝光的方式可获得多组柱透镜阵列，实现多个方向的定向散射。

[0028] 3、通过全息图模压技术，可以以较低的成本制作定向散射屏。

附图说明

[0029] 图1为本发明制作系统的光学结构示意图。

[0030] 图2为本发明单个全息柱透镜记录原理示意图。

[0031] 图3为本发明基本制作流程示意图。

[0032] 图4为单方向散射屏全息柱透镜阵列排布示意图。

[0033] 图5为本发明应用示例示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0035] 一种全息定向散射屏，包括屏幕体，该屏幕体上附设多组全息柱透镜阵列信息，每个全息柱透镜在屏幕体中的形状为长方形，且每组全息柱透镜以纵、横方向均匀地以邻接方式排布于屏幕体上，同时各组柱透镜阵列之间旋转所需角度。

[0036] 在本实施例中，屏幕体附设有两组全息柱透镜阵列信息，它们之间的对应的旋转角度为90度。

[0037] 如图1所示，用于制备全息定向散射屏的装置包括：计算机1、激光器2、可控制快门3，可变分束镜41，可变分束镜42，反射镜51，反射镜52，空间滤波器61，空间滤波器62，准直镜71，准直镜72，柱面镜8，光阑9，光刻胶板10。

[0038] 激光器2发出激光光束，激光光束通过可变分束镜41分为两路，一路获取柱面镜8的物光，另外一路作为参考光，物光与参考光经另外一个可变分束镜42合束后，以同轴方式汇射于光刻胶板10上，在物光与参考光的光路中均设有空间滤波器61和空间滤波器62，空间滤波器由扩束镜和针孔组成，针孔对光波进行空间滤波。

[0039] 可控制快门3置于激光器2前端，控制激光器输出的开闭，计算机1控制可控制快门3的开闭、曝光量和光刻胶板10的移动，使可控制快门和光刻胶板10的移动相协调。

[0040] 如图2所示，物光O经过柱面镜L在YZ平面内聚焦于F处，柱面镜L的孔径为D，焦距为f，光刻胶板H距L的距离为S，参考光R经过合束镜与物光O以同轴方式经汇光阑p射于光刻胶板上。这样记录的全息图像孔径为d，焦距为f’，f’=s-f，其发散角θ与柱面镜L相同，即tanθ=D/2f=d/2f’。按照图1所示的光路沿y、x方向平移光刻胶板H，y方向平移距离为d，x方向平移距离为柱面镜x方向长度，顺序曝光，如图4所示，可得到一个方向的全息柱面镜阵列，其最小分辨距离为d。

[0041] 如图1和图3所示，制作上述全息定向散射屏的具体流程如下：

[0042] 1、激光器2发出激光光束，激光光束通过可变分束镜41分为两路，一路获取柱面镜8的物光，另外一路作为参考光，物光与参考光经另外一个可变分束镜42合束后，以同轴方式照射于光刻胶板10上。

[0043] 2、通过计算机1控制快门的开闭、曝光量和光刻胶板10的移动，使快门和光刻胶板10的移动相协调，在光刻胶板上均匀记录全息柱透镜阵列信息，在本发明中，计算机1可以控制快门3的曝光时间、曝光量等，同时，计算机1控制光刻胶板10在x、y方向的位移，例如计算机1控制精密步进电机的转动，从而带动光刻胶板10的移动。在一个位置曝光后，计算机1控制光刻胶板10移动到下一个曝光位置进行曝光，如此循环，在光刻胶板10上均匀记录柱面镜阵列信息，形成如图4所示形态。

[0044] 3、将光刻胶板旋转90度，重复上述步骤2，记录另外一个方向柱透镜阵列信息。

[0045] 4、对曝光后的光刻胶板金属化处理，经电铸、拼版产生全息柱透镜阵列母版。

[0046] 5、采用母版对热塑材料模压，热塑材料采用透明材料，热塑材料可为聚酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）或双向拉伸聚丙烯（BOPP）等。

[0047] 6、对模压后的全息柱透镜阵列上镀保护层，保护层采用透明或半透明介质保护层，如硫化锌ZnS或二氧化硅SiO2等。

[0048] 本发明的全息定向散射屏典型应用方式如图5所示，观察者与投影仪阵列处于定向散射屏的不同侧，投影仪聚焦到定向散射屏上，然后在一个或多个方向被定向散射，其他方向不变。例如只在竖直方向展宽时，竖直方向无论观察位置高低，只要在定向散射屏散射角度范围内，都可以看到相同的图像，因此提供了较大的视场。而水平方向光线未被散射，人眼只能看到人眼与投影仪连线方向的光线，视场很狭窄，但因此两个眼睛可看到不同图像，则产生了水平方向的视差。所以，本发明的全息定向散射屏可以用来产生三维视觉。