專利名稱：用于激光顯示的二元光學器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光顯示用器件，特別涉及于利用可見光進行各種二維或三維圖象和文字的顯示用器件，它可用于能產(chǎn)生任意激光波陣面或改變激光光束的形狀和能量再分布的器件。
激光顯示就是利用激光表顯示各種圖象和文字，可用于廣告、如用于商店、賓館、舞廳、酒吧、體育場館、會議禮堂、建筑物裝飾及花園噴泉等場所。在現(xiàn)有技術(shù)中主要采用激光掃描，它利用計算機電子電路來檢制、驅(qū)動一面反射鏡，將激光光束反射到顯示屏幕上的不同位置，這些激光束的掃描點就構(gòu)成了一幅圖象或文字，這種裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，還需要程序控制，同時受到激光功率的限制，不能顯示大的圖象或文字。也有利用計算機制全息圖進行激光圖象或文字顯示，但計算機制度全息圖也存在許多缺點，如衍射效率不高、光能損失大、圖象和文字不清晰，只能離軸使用，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
本實用新型的目的就是要克服上述激光掃描系統(tǒng)或計算機制全息圖的缺點，本實用新型所提出的器件如與激光掃描系統(tǒng)相比，不需要計算機及電子電路控制驅(qū)動，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，成本降低，并可同時使用多臺激光器進行照明，使顯示的圖象和文字更加明亮，還可顯示更大的圖象和文字。若與計算機制全息圖相比，大大提高了光學效率，降低了噪聲，使激光圖象和文字更加清晰，并可同軸使用，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化。
本實用新型的另一個目的是要在激光顯示方面，能顯示出任意二維或三維的圖象和激光文字，以滿足實際應(yīng)用的需要。
為實現(xiàn)本實用新型的目的提出了一種用于激光顯示的二元光學器件，該器件能產(chǎn)生任意的波陣面，能任意地改變激光束的形狀，也能任意地改變激光束的能量公布，以滿足激光圖象和文字顯示的需要。該器件的材料可用普通玻璃、光學玻璃、石英玻璃、有機玻璃、樹脂或其它能透可見光的高分子材料制成。該器件的結(jié)構(gòu)外形為在能透過可見光的基片的一面或兩面刻蝕有二個或多個深度等級的矩形或圓環(huán)形臺階狀分布，光通過該器件的不同高度的臺階狀分布的表面構(gòu)造后，因光程不同而形成衍射，根據(jù)需要，可預(yù)先設(shè)計計算并經(jīng)過制做而形成的這些臺階狀分布，可以產(chǎn)生任意的滿足要求的光波波陣面分布，從而達到改變激光光束的形狀或激光光束的能量分布的目的。該裝置可以由一片或兩片類似的器件構(gòu)成，兩片時必須同軸放置，兩片間的距離根據(jù)不同的用途、不同的光束形狀和能量分布的要求計算確定?；砻嫔系呐_階形狀和不同的高度分布是根據(jù)不同的用途和要求來設(shè)計計算并經(jīng)刻蝕而成的。該器件的工作方式可以是透射式或反射式，在反射式工作狀態(tài)時，可采用銅、鋁、鋅、鉬、鉻、硅或其它半導體材料，再在其表面上鍍一層高反射率的金屬，如金、銀、鋁、鉻等。
本實用新型的光束變換器件可單獨使用，也可與其它光學系統(tǒng)如透鏡、反射鏡、棱鏡組合使用。在該器件單獨使用時，可以用擴束、擴束準直，或不擴束的激光束照射該器件后產(chǎn)生衍射而形成不同的激光圖象和文字。當顯示屏幕離該器件比較近時，器件工作在菲涅耳變換方式，即形成的圖象和文字是該器件的透過率函數(shù)的菲涅耳變換；在顯示屏幕離該器件比較遠時，或與透鏡組合使用時，器件工作在付里葉變換方式，即形成的圖象和文字是該器件的透過率函數(shù)的付里葉變換。
本實用新型的所顯示的圖象和文字的組成形式是由光點陳列構(gòu)成，在光點陣列比較密時，構(gòu)成的圖象和文字可以看成是連續(xù)的光強構(gòu)成的圖象和文字；當光點陣列比較疏時，顯示的圖象和文字就比較明顯地看出來是由光點陣列構(gòu)成。
由于該器件的外形結(jié)構(gòu)為在其基片的外表面的一面或兩面刻蝕有二個或多個深度等級的矩形或圓環(huán)形臺階狀表面構(gòu)造，也就是說該器件是有多個位相值分布，所以具有很高的光學效率，可以同軸使用，光學噪聲極小，光能利用率很高。
一個需要顯示的二維物體，如圖象和文字，可以用一個數(shù)學模型，或一個二維的點陣來進行描述，將這個數(shù)學模型或二維點陣進行菲涅耳反變換或付里葉反變換，得到的振幅和位相函數(shù)就是這個二元光學器件的振幅和位相函數(shù)。這種二元光學器件就是菲涅耳型二元光學器件或付里葉型二元光學器件。為了提高光學效率，二元光學器件的振幅透過率一般為1，即二元光學器件為一個純位相器件，可以利用二維物體的位相函數(shù)這個自由度，疊代優(yōu)化使二元光學器件的振幅透過率接近1。這種類型的二元光學器件是屬于利用菲涅耳變換型或付里葉變換型的器件。
對于一個需要顯示的二維物體，如圖象或文字，也可以利用二元光學器件將光線偏轉(zhuǎn)、會聚、衍射的方法，將光束的能量進行重新分布，或改變光束的形狀，來達到顯示二維物體如圖象和文字的目的，可以把二元光學器件分成若干個小區(qū)域，每個小區(qū)域?qū)?yīng)顯示二維物體的圖象或文字的一部分。也可以把二元光學器件作為一個整體來改變光束的能量分布以顯示整個二維物體如圖象或文字等。
本實用新型的用于激光顯示的二元光學器件的具體形式和結(jié)構(gòu)示于附圖中，附圖有


圖1、(a)、(b)分別表示了本實用新型的用于激光顯示的二元光學器件的基片的平、剖面，在其一個面上刻蝕有矩形的臺階狀分布構(gòu)造；圖2、(a)、(b)、分別表示了本實用新型的用于激光顯示的二元光學器件的基片的平、剖面，在其一個面上刻蝕有圓環(huán)形的臺階狀分布構(gòu)造；圖3表示了菲涅耳型二元光學器件；圖4表示了付里葉型二元光學器件；圖5表示了反射式二元光學器件。
在圖3中，1為入射平行光束，2為二元光學器件，3為屏幕，D為二元光學器件到屏幕之間的距離。
在圖4中，1為入射光束，2為透射式二元光學器件，3為屏幕，4為透鏡，f為透鏡焦距；在圖5中，2′為反射式二元光學器件，5為反射衍射光束，E為二元光學器件中心到屏幕的距離。
實施例用一塊付里葉變換型器件，在該器件的表面上刻蝕有8個深度等級的矩形臺階狀分布，每個臺階的尺寸為25×25μm2，器件的一個周期由10×10個臺階構(gòu)成，這樣一個周期的尺寸為250×250μm2，器件的通光口徑為10×10mm2。該器件產(chǎn)生的圖象為一個5×5的點陣列。光學衍射效率達到75％以上。器件的材料為光學石英玻璃。
權(quán)利要求1.一種用于激光顯示的二無光學器件，其特征在于它包含有一種能透過可見光的基片和與其同軸放置的透鏡或棱鏡及顯示屏幕。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述透鏡或棱鏡也可以不放置。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述基片可以采用一種反射式基片。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述基片的一個表面或兩個表面上刻蝕有兩個或多個深度等級的臺階狀分布。
5.如權(quán)利要求1或4所述的器件，其特征在于所述臺階狀分布可以為矩形或圓環(huán)形臺階狀分布。
6.如權(quán)利要求1或4所術(shù)的器件，其特征在于所述基片可以用普通玻璃、光學玻璃、石英玻璃、有機玻璃、樹脂或能透可見光的高分子材料制成。
7.如權(quán)利要求1或4所述的器件，其特征在于所述基片可以用銅、鋁、鋅、鉬、鉻、硅或其它半導體材料制成，并在上鍍一層高反射率的金屬，如金、銀、鋁或鉻。
8.如權(quán)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兩片同軸放置構(gòu)成。
專利摘要本實用新型屬于用于激光顯示的二元光學器件，它包含能透過可見光的基片和同軸放置的屏幕，也可與透鏡、棱鏡組合使用，在所述基片的一個表面或兩個表面上刻蝕有兩個或多個深度等級的矩形或圓環(huán)形臺階狀分布，它可以用普通玻璃、光學玻璃、石英玻璃、有機玻璃、樹脂或其它高分子材料制成，也可以用銅、鋁、鋅、鉬、鉻、硅或其它半導體材料制做，本實用新型的器件結(jié)構(gòu)簡單，可同軸使用，降低了噪音，并大大提高了光學效率，還能顯示更大的圖象和文字。
文檔編號G09F13/00GK2156522SQ93213809
公開日1994年2月16日 申請日期1993年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月28日
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