一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全息顯示技術(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于可調(diào)光闌的全息投 影系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，硅基液晶（LCOS)以其高集成化、大開口率、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用 到全息顯示中。由于LCOS自身像素結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)使用再現(xiàn)光照射LCOS時(shí)，再現(xiàn)像由全息 圖衍射形成的多級(jí)衍射像以及由LCOS本身的像素結(jié)構(gòu)引起的多級(jí)衍射光兩部分組成，這 樣，實(shí)際的觀看效果會(huì)受到多級(jí)衍射光和多級(jí)再現(xiàn)像的干擾。目前，將再現(xiàn)像和衍射光分離 的主要方法為：在全息圖上加載會(huì)聚的球面波或者加載線性的相位偏移，再結(jié)合4/系統(tǒng)和 濾波器，可以在接收屏上只觀看到理想的再現(xiàn)像。因此，如果要將不良光全部消除，系統(tǒng)往 往比較復(fù)雜。隨著光子學(xué)器件的發(fā)展，如液體透鏡和液體光闌等液體光學(xué)元件已被廣泛應(yīng) 用到各種成像系統(tǒng)和變焦系統(tǒng)中。通常來說，這些器件要比普通的機(jī)械器件更靈活、更小， 并且易于調(diào)節(jié)，因此具有一定的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)。如附圖1所示，該系統(tǒng)包括激光 器、濾波器、擴(kuò)束器、LC0S、固體透鏡、可調(diào)光闌、接收屏。其中濾波器、擴(kuò)束器用于將激光器 發(fā)出的激光擴(kuò)束形成準(zhǔn)直平面光，固體透鏡位于LCOS的后面，可調(diào)光闌位于固體透鏡的焦 平面位置。
[0004] LC0S、固體透鏡、可調(diào)光闌、接收屏組成消不良光模塊，附圖2為該消不良光模塊 的原理示意圖，其中4是LCOS和固體透鏡之間的距離，4是固體透鏡和可調(diào)光闌之間的距 離，固體透鏡的焦距為4, 4是固體透鏡和接收屏之間的距離。為了消除多級(jí)衍射光，使用 發(fā)散球面波來分離多級(jí)衍射像和多級(jí)衍射光。加載了發(fā)散球面波以后，多級(jí)衍射像的聚焦 位置向后移，而由LCOS像素結(jié)構(gòu)引起的多級(jí)衍射光的位置保持不變。根據(jù)透鏡的成像公 式，可以得到：
(1) 式中i發(fā)散球面波的半徑。再現(xiàn)像的大小//滿足：
(2) 式中/^LCOS的像素間距，_是再現(xiàn)光的波長(zhǎng)。從公式（1)-(2)可知，當(dāng)LC0S、固 體透鏡、可調(diào)光闌的位置保持不變時(shí)，對(duì)于給定的r，可以計(jì)算出再現(xiàn)像的位置和大小。
[0005] 附圖3是可調(diào)光闌的原理示意圖。該可調(diào)光闌包括上基板、透明硬質(zhì)腔體、下基 板、黑色液滴、梯形玻璃膜、黑色掩膜、通道I和通道II，其中透明硬質(zhì)腔體中填充與黑色液 滴不相溶的無色透明液體，梯形玻璃膜嵌在下基板中，黑色掩膜位于梯形玻璃膜的中間。在 初始狀態(tài)，由于吸附性和壓力的作用，黑色液滴位于透明硬質(zhì)腔體的側(cè)壁，如附圖4所示， 當(dāng)光通過可調(diào)光闌時(shí)，由于黑色掩膜和黑色液滴的作用，只有中間部分的光可以通過。當(dāng)通 過通道I向可調(diào)光闌中注入黑色液滴時(shí)，由于表面張力、壓力和吸附力的共同作用，黑色液 滴從側(cè)壁向中間移動(dòng)，無色透明液體通過通道II流出，此時(shí)可調(diào)光闌的通光孔徑變小，如 附圖5所示。通過改變可調(diào)光闌中黑色液體的量來調(diào)節(jié)光闌的通光孔徑，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)光 闌的作用。
[0006] 再現(xiàn)像經(jīng)過固體透鏡后，由LCOS像素結(jié)構(gòu)引起的零級(jí)衍射光在固體透鏡的焦平 面處會(huì)聚成一個(gè)焦點(diǎn)并被可調(diào)光闌的黑色掩膜消除，高級(jí)衍射像由于可調(diào)光闌中黑色液滴 的吸收而被消除。再現(xiàn)像的大小隨改變而改變，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光闌的大小可以消除高 級(jí)衍射像。
[0007] 優(yōu)選地，透明硬質(zhì)腔體長(zhǎng)之彡IOmm且12mm，寬4彡IOfflm且12mm，高 4^ 8mm 且 l〇mm。
[0008] 優(yōu)選地，梯形玻璃膜長(zhǎng)9mm且寬4彡9mm且4。
[0009] 優(yōu)選地，黑色掩膜為正方形，邊長(zhǎng)4彡Ifflm且2mm〇
[0010] 優(yōu)選地，透明硬質(zhì)腔體中無色透明液體和黑色液滴的密度相同。
【附圖說明】
[0011] 附圖1為本發(fā)明的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)的示意圖。
[0012] 附圖2為本發(fā)明的消不良光模塊的原理示意圖。
[0013] 附圖3為可調(diào)光闌的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 附圖4為可調(diào)光闌初始狀態(tài)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 附圖5為可調(diào)光闌大小變化時(shí)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)為： (1)激光器、（2)濾波器、（3)擴(kuò)束器、（4) LC0S、（5)固體透鏡、（6)可調(diào)光闌、（7)接收 屏、（8)上基板、（9)下基板、（10)透明硬質(zhì)腔體、（11)黑色液滴、（12)無色透明液體、（13) 通道I、（ 14)通道II、（ 15)梯形玻璃膜、（16)黑色掩膜。
[0017] 應(yīng)該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面詳細(xì)說明本發(fā)明提出的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)的實(shí)施例，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不 能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出 一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為：激光器為波長(zhǎng)為471nm的藍(lán)色信號(hào)光，LCOS的像素間距 為8微米，分辨率為1920 X 1080,固體透鏡的焦距為30cm，固體透鏡和LCOS的距離為15cm， 可調(diào)光闌位于固體透鏡后30cm處。將參數(shù)帶到公式（1)中，可以得到：
(3) 零級(jí)衍射光在固體透鏡的30cm處會(huì)聚成一個(gè)焦點(diǎn)并被可調(diào)光闌的黑色掩膜消除，高 級(jí)衍射像由于可調(diào)光闌中黑色液滴的吸收而被消除。當(dāng)1?變時(shí)，再現(xiàn)像的大小會(huì)隨之改 變，此時(shí)可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)光闌中黑色液體的量來改變通光孔徑的大小，從而消除高級(jí)衍 射像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，包括：激光器、濾波器、擴(kuò)束器、LCOS、固體透 鏡、可調(diào)光闌、接收屏；其中濾波器、擴(kuò)束器用于將激光器發(fā)出的激光擴(kuò)束形成準(zhǔn)直平面光， 固體透鏡位于LCOS的后面，可調(diào)光闌位于固體透鏡的焦平面位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，使用 發(fā)散球面波來分離多級(jí)衍射像和多級(jí)衍射光來消除多級(jí)衍射光，LCOS和固體透鏡之間 的距離4、固體透鏡和可調(diào)光闌之間的距離4、固體透鏡和接收屏之間的距離4滿足,其中發(fā)散球面波的半徑，再現(xiàn)像的大小/? ，其中/^是LCOS 的像素間距，_是再現(xiàn)光的波長(zhǎng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，可調(diào)光闌 包括上基板、透明硬質(zhì)腔體、下基板、黑色液滴、梯形玻璃膜、黑色掩膜、通道I和通道II，其 中透明硬質(zhì)腔體中填充與黑色液滴不相溶的無色透明液體，梯形玻璃膜嵌在下基板中，黑 色掩膜位于梯形玻璃膜的中間；當(dāng)通過通道I改變可調(diào)光闌中黑色液滴的量時(shí)，由于表面 張力、壓力和吸附力的共同作用，黑色液滴會(huì)向中間或者側(cè)壁移動(dòng)，可調(diào)光闌的通光孔徑會(huì) 相應(yīng)地變小或擴(kuò)大；通過改變光闌的通光孔徑，實(shí)現(xiàn)可調(diào)光闌的作用。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，再現(xiàn)像經(jīng) 過固體透鏡后，由LCOS像素結(jié)構(gòu)引起的零級(jí)衍射光在固體透鏡的焦平面處會(huì)聚成一個(gè)焦 點(diǎn)并被可調(diào)光闌的黑色掩膜消除，高級(jí)衍射像由于可調(diào)光闌中黑色液滴的吸收而被消除； 再現(xiàn)像的大小隨改變而改變，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光闌的大小來消除高級(jí)衍射像。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，透明硬質(zhì) 腔體長(zhǎng) IOmm 且 12mm，寬 IOmm 且 !2mm，高 且 10mnin6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，梯形玻璃 膜長(zhǎng)9π皿且寬4多9π皿且7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，黑色掩膜 為正方形，邊長(zhǎng)4 ^ Ifflm且2mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)，其特征在于，透明硬質(zhì) 腔體中無色透明液體和黑色液滴的密度相同。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于可調(diào)光闌的全息投影系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括激光器、濾波器、擴(kuò)束器、LCOS、固體透鏡、可調(diào)光闌和接收屏。其中濾波器、擴(kuò)束器用于將激光器發(fā)出的激光擴(kuò)束形成準(zhǔn)直平面光，固體透鏡位于LCOS的后面，可調(diào)光闌位于固體透鏡的焦平面位置。由LCOS像素結(jié)構(gòu)引起的零級(jí)衍射光在固體透鏡的焦平面處會(huì)聚成一個(gè)焦點(diǎn)并被可調(diào)光闌的黑色掩膜消除，高級(jí)衍射像由于可調(diào)光闌中黑色液滴的吸收而被消除。通過改變可調(diào)光闌中黑色液體的量，方便地調(diào)節(jié)光闌的通光孔徑，從而控制通光孔徑的大小。當(dāng)再現(xiàn)像的大小改變時(shí)，通過調(diào)節(jié)可調(diào)光闌的大小來消除高級(jí)衍射像。
【IPC分類】G02B27/46, G03H1/10
【公開號(hào)】CN105159045
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510710428
【發(fā)明人】王瓊?cè)A, 王迪, 王德宏, 李松杰
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日