一種反射式全息顯示系統的製作方法

2023-08-08 20:13:36

本實用新型涉及一種全息光學元件，尤其是一種反射式全息顯示系統。

背景技術：

現有的穿投式投影系統具有高畫質、體積小、易於攜帶的優點，使得目前市面上的反射式全息投影系統在體積、亮度和價格上都無法與穿投式液晶投影系統相競爭，深究其原因在於反射式LCD片與投影鏡頭的原色光程路徑太長，稜鏡材料的雙折射、應力和鍍膜要求很嚴，導致成像品質不佳、亮度也很難與穿透式LCD的投影系統競爭。

技術實現要素：

本實用新型提出一種反射式全息顯示系統，光程路徑短、對比度高。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：

本實用新型提供了一種反射式全息顯示系統，其特徵在於，包括

入射光源，提供平行的入射光；

分色裝置，包含第一分色鏡片及第二分色鏡片，將所述入射光分成三原色光，並使其分為兩組光分別進行反射和透射；

兩個反射鏡，用以將經過所述第一分色鏡片分離的三原色光反射至所述第二分色鏡片；

至少兩個偏振片排列在所述反射鏡與其中一個所述分色鏡片之間；

至少一個延遲波片排列在所述反射鏡與所述分色裝置之間；

合色裝置，用以將所述三原色光組合成輸出光束；

以及投影鏡頭，投射所述輸出光束。

作為優選，所述合色裝置包括第一偏振光分色稜鏡組、第二偏振光分色稜鏡組及第三偏振光分色稜鏡組。

作為優選，所述第一偏振光分色稜鏡組和第二偏振光分色稜鏡組的後方設有反射式液晶片。

作為優選，所述偏振光分色稜鏡組包括膠合在一起的第一稜鏡與第二稜鏡，以及形成於第一稜鏡與第二稜鏡間的介電質膜。

本實用新型實施例的有益效果是：在利用二分色鏡片、二反射鏡、三個偏振光分色稜鏡組，並在各色光束進出偏振光分色稜鏡組的面上設置偏振片，以完成反射式全息顯示系統的分、合光路徑與分色、合色的設計。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型的全息顯示系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型的全息顯示系統的另一實施例結構示意圖；

圖3為本實用新型的全息顯示系統再一實施例結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本申請的入射光源為均勻且偏振方向一致的平行入射光，此入射光可為單一垂直偏振光(S-polarization)，或是單一平行偏振光(P-polarization)。以下通過垂直偏振光的平行入射光來說明本實施例的作用及特性。

如圖1所示，本實施例提供的反射式全息顯示系統包括入射光源10，提供平行入射的垂直偏振光；分色裝置20，包含第一分色鏡片22及第二分色鏡片24，第一分色鏡片22先將垂直偏振光分成三原色光，並使單獨的原色光反射，其餘二原色光透射；兩束光各經過反射鏡30、32反射至第二分色鏡片24，其中，量組光束在進入第二分色鏡片24之前會分別經過設置在反射鏡30與第二分色鏡片24之間的偏振片34，以及設置在反射鏡32與第二分色鏡片24之間的延遲波片36與偏振片38。

經第二分色鏡片24的三原色光被分為二組分別進入合色裝置40中不同的偏振光分色稜鏡組，合色裝置40包括兩色性的第一偏振光分色稜鏡組42以及單色的第二偏振光分色稜鏡組44與第三偏振光分色稜鏡組46，在第一偏振光分色稜鏡組42設置二反射式液晶片422、424，並在第二偏振光分色稜鏡組44設置反射式液晶片442，另在第二偏振光分色稜鏡組44的射出面上設置有偏振片444與延遲波片446；第一偏振光分色稜鏡組42用以反射該二原色光進入第三偏振光分色稜鏡組46，而該第二偏振光分色稜鏡組44則反射單獨的原色光進入第三偏振光分色稜鏡組46，最後再利用第三偏振光分色稜鏡組46將進入的該三原色光組合成輸出光束經投影鏡頭50投影顯像。

其中，在上述三組偏振光分色稜鏡組中，每一組皆是由兩膠合在一起的第一稜鏡與第二稜鏡，以及形成於第一稜鏡與第二稜鏡間的介電質膜所組成的，而介電質膜的特性在使原色光反射或透射。

另外，上述偏振片除了分別被排列在二反射鏡與第二分色鏡片之外，更可被排列在該反射鏡與第一分色鏡片之間，此亦可達到相同的作用。

在圖1所示的系統中，入射光源10發射出的垂直偏振光先射至第一分色鏡片22，並被分為兩組光束，其中一組光束由紅、藍、綠(R、B、G)三原色光的其中一原色光組成，如圖中的LAs，另一組則由剩餘的二色光組成，如圖中的LBs和LCs；LAs經由反射鏡32反射再經由延遲波片36和偏振片38轉換成平行偏振光LAp，並予以純化；另兩原色光LBs和LCs則經反射鏡30反射再由偏振片34予以純化，LBs、LCs和LAp再經由第二分色鏡片24，使得LAp與LCs穿透第二分色鏡片24，而LBs經由第二分色鏡片24反射而與LA p兩者合為一束光；LBs和LAp的合光射向第一偏振光分色稜鏡組42，LCs射向第二偏振光分色稜鏡組44。

LBs和LAp在射入第一篇振光分色稜鏡組42時將被其內的介電質膜426將LBs反射至反射式液晶片422，並在反射時轉換90度的相位而變成LBp的平行偏振光；LAp穿透介電質膜426射至反射式液晶片424並反射成延遲90度相位的垂直偏振光LAs，介電質膜426的特性將使LAs反射而LBp穿透；另一束光LCs在入射至第二偏振光分色稜鏡組44內的介電質膜448後將反射並射向反射式液晶片442，以轉換90度的相位變成平行偏振光LCp，介電質膜448的特性是讓垂直偏振光反射平行偏振光穿透，LCp在射出第二偏振光分色稜鏡組44後經偏振片444予以純化，再由一相位延遲波片446將LCp轉變成LCs光。LCs和來自第一偏振光分色稜鏡42的LAs和LBs光束一起入射至合光第三偏振光分色稜鏡46，其內的介電質膜462的作用在使LCs反射而LBp和LAs穿透，最後，LAs、LBp和LCs三個原色光將合而為一束光，並射向投影鏡頭50以投射影像至屏幕上。

其中，本申請以上述的實施例來說明整個反射式液晶投影系統的架構及其原色光路徑，除此之外，本申請更具有其他不同的實施例，如圖2所示，在第二偏振光分色稜鏡組44的射出面上僅設置一偏振片444，而無延遲波片，使平行偏振光LCp直接經過偏振片純化後射至第三偏振光分色稜鏡組46，再利用介電質膜462直接以LCp形態反射至投影鏡頭50。

另外，本申請亦可將偏振片444與延遲波片446設置在第二偏振光分色稜鏡組44的入射面處，如圖3所示，直接將入射的LCs轉換成LCp，再穿透介電質膜448射至反射式液晶片442，使其在反射時轉換90度相位而變成LCs，進而入射至第三偏振光分色稜鏡組46中，其於的部分則與上述第一圖的光路相同，故不在此贅述。

本申請利用分色裝置的分色鏡片將一入射光分成一原色光和一組兩原色光，使其分別反射或透射，並利用偏振片和相位延遲波片來改變各原色光的偏振特性，以簡化此三原色光進入兩組偏振光分色稜鏡及介電質膜層的困難度；本申請同時也減少原色光入射至偏振光分色稜鏡的光程，進而提升系統偏振光的對比度。且本申請減少兩色性的偏振光分色稜鏡組的需求，故可以降低鍍膜的困難度，此乃因兩色性的偏振光分色稜鏡組的設計與製造的困難度較高且價格昂貴。另外，本申請將具三原色光的入射光分成兩組在進入不同的偏振光分色稜鏡組，並選用各波段效率最佳的高效率偏振片，故可使本申請具有較佳的明暗及彩色對比。

因此，本申請的反射式液晶投影系統具有光程路徑短、對比高、成像效果佳、體積小、價格便宜等功效，故可改善習知反射式LCD技術的困擾。

本申請的主要特點在利用二分色鏡片、二反射鏡、三個偏振光分色稜鏡組，並在各色光束進出偏振光分色稜鏡組的面上設置偏振片，以完成反射式全息顯示系統的分、合光路徑與分色、合色的設計。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。