一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统技术方案

本发明专利技术提供了一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统，包括：在垂直于显示源A1且向着光学偏光器件B3的方向上依次设置A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2和B3。凹面反射镜A3和悬浮图像分别位于A2的两侧。由A1发出的入射到B1上的光为线偏振光，B1对入射的线偏振光产生定量的相位延迟，将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光入射到A2和A3时，偏振态均不改变。之后，光线入射进B2，B2对圆偏振光产生定量的相位延迟，此时圆偏振光转换为线偏振光，并从B3出射，形成悬浮像。通过对参与悬浮成像光线的相位控制与对环境光线的相位控制，所述系统可以使观察者看不到由环境光产生的干扰光，提高了悬浮像的图像质量及对比度。

【技术实现步骤摘要】
一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统
本专利技术属于光学显示
，尤其涉及一种空中悬浮显示系统。
技术介绍
无介质空中悬浮显示方式作为一种新型显示方式，为生活娱乐，工业生产，科学研究等各个领域的创造性应用带来更多可能。在商业活动中，悬浮显示可以代替传统的实体广告版，促进产品推广及商业宣传。在工业生产的现场，悬浮显示可以使生产者更加方便的进行各种生产操作。尤其是在目前5G商用的大环境下，悬浮显示更是能为云生态，物联网，车联网等新兴领域带来更多有价值的应用。因此，能够实现一个大视角，高清晰度，高对比度悬浮图像的悬浮装置具有重要意义。从目前公开的专利文献来看，传统悬浮系统所采用最多的方案是利用显示源，45°倾斜放置的分光器件，以及反射器件来形成悬浮图像。专利文献1(中国专利技术专利公开号CN107622741A)公开了一种空中悬浮显示系统，系统包括显示源，光学模组(包含透镜组和分光镜)，弧面反射镜；所述显示源发射的光线经光学模组的光线入射端进入光学模组，经过透镜组和分光镜后，再经光学模组的光线出射端进入弧面反射镜，光线经弧面反射镜的反射经所述光学模组的光线出射端再次进入光学模组，并经过分光镜后在空中汇聚形成悬浮像。然而，由于系统本身具有多个可以对光线造成反射调制的器件(如专利文献1里提到的分光镜和弧面反射镜)，这些可以对光线进行反射调制的器件不仅仅对参与形成悬浮像的光线进行反射调制，也对环境光进行了反射调制，造成环境光被观察者接收的光线路径主要由两个，如图1所示：1.环境光线P1P2入射到分光器件上时，由于分光器件本身具有一定的反射功能，光线P1P2可经过分光器件的反射直接被观察者接收；2.环境光线P11P22入射到分光器件上，由于分光器件本身具有一定的透射功能，光线P11P22可以穿过分光器件，入射到反射器件上，通过反射器件的调制后出射被观察者接收。以至于观察者可以同时看到悬浮像和环境光线，造成悬浮像图像质量下降，对比度降低。因此，传统的悬浮系统只能在黑暗的环境下进行观看，这大大限制了悬浮系统的应用范围。专利文献2(中国专利技术专利公开号CN109752859A)提出了一种高精度空气显示系统，包括用于发射线性偏振光的图像发生器，图像发生器的上方倾斜设有具有线性偏振角度反射式偏光膜，反射式偏光膜的一侧设有波片以及逆反射膜。所述反射式偏光膜可以对图像发生器发射过来的线性偏振光进行反射，波片将反射式偏光膜反射过来的线性偏振光进行处理形成圆偏振光，逆反射膜对经过波片的圆偏振光进行逆反射使得逆反射回的光线依次穿过波片和反射式偏光膜并在反射式偏光膜的另一侧汇聚形成悬浮像。然而，专利文献2提出的方案中仍然存在两个问题：1.专利文献2提出的结构采用逆反射膜对光线进行汇聚形成悬浮像，逆反射膜是由逆反射器件组成的阵列结构，常用于道路交通的指示牌或是警示标志。常见的逆反射膜有逆反射小球阵列结构，逆反射棱镜阵列结构等。由于逆反射膜并不是专业的光学成像器件，导致由逆反射膜形成的悬浮像存在严重的图像模糊的问题。这是因为构成逆反射膜的阵列结构(小球结构或是棱镜结构或是其他结构)本身存在严重像差，导致由逆反射膜形成的悬浮像存在严重的图像模糊。2.在专利文献2中，反射式偏光膜和波片的作用是提升系统的光能利用率，从而提高悬浮图像的亮度，并不能抑制外界环境光的影响，从而降低了悬浮图像的对比度。即专利文献2没有考虑环境光对悬浮图像的影响，环境光线仍然可以穿过反射式偏光膜后，通过逆反射膜反射进入人眼，从而降低悬浮像质量与对比度。
技术实现思路
为了解决现有技术中问题，本专利技术提供了一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统，通过如下技术方案实现：一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统，所述系统包括：显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2、光学偏光器件B3及光学凹面反射镜A3；其中，在垂直于显示源A1且向着光学偏光器件B3的方向上依次设置显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2和光学偏光器件B3；所述凹面反射镜A3和悬浮图像A4分别位于光学分光器件A2的两侧；所述光学相位调制器件B1对入射的线偏振光产生定量的相位延迟，将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光入射到光学分光器件A2和光学反射器件A3时，偏振态均不改变；所述光学相位调制器件B2对入射的圆偏振光产生定量的相位延迟，此时圆偏振光转换为线偏振光，并从光学偏光器件B3出射，形成悬浮像。作为本专利技术的进一步改进，显示源A1是线偏振光照射的实际物体，或是本身发出线偏振光的显示设备，或是本身并不发出线偏振光但经过改造后发出线偏振光的显示设备。作为本专利技术的进一步改进，光学相位调制器件B1与光学相位调制器件B2存在光轴，并能对偏振光产生一定量的相位延迟，所产生的相位延迟量为λ/4；入射到光学相位调制器件B1的线偏振光振动方向与B1光轴夹角θ＝±45°或±135°。作为本专利技术的进一步改进，光学偏光器件B3存在透光轴与吸光轴，能将透过该器件的光线转换为振动方向与透光轴方向平行的线偏振光；如果入射光线是振动方向与吸光轴方向平行的线偏振光，则该光线无法从B3出射。作为本专利技术的进一步改进，光学偏光器件B3的透光轴方向与光学相位调制器件B2光轴的夹角为或±135°。作为本专利技术的进一步改进，当入射到光学相位调制器件B1的线偏振光振动方向与光学偏光器件B3的透光轴方向夹角为0°或者180°时，光学相位调制器件B1的光轴与光学相位调制器件B2的光轴之间的夹角为90°或者270°；当入射到光学相位调制器件B1的线偏振光振动方向与光学偏光器件B3的透光轴方向夹角为90°或者270°时，光学相位调制器件B1的光轴与光学相位调制器件B2的光轴之间的夹角为0°或者180°。作为本专利技术的进一步改进，光学凹面反射镜A3是一种能对光线进行反射汇聚调制的光学器件，A3具有焦距(F)且应满足：L1+L2+L3>F，其面型是球面或者是非球面。作为本专利技术的进一步改进，光学凹面反射镜A3替换为反射式菲涅尔镜。作为本专利技术的进一步改进，光学分光器件A2是一种能对光线进行部分透射和部分反射的平面光学器件，其透射率范围是：1％-99％，其反射率范围是：1％-99％，光学分光器件A2与显示源A1所形成的夹角为α，角α的范围30°-60°。优选地，所述反射率范围是：30％～90％，所述透射率范围是：10％～70％。作为本专利技术的进一步改进，显示源A1与光学相位调制器件B1之间的距离为L1，光学相位调制器件B1与光学分光器件A2之间的距离为L2，光学分光器件A2与光学凹面反射镜A3之间的距离是L3，光学分光器件A2与光学相位调制器件B2之间的距离为L4，光学相位调制器件B2与光学偏光器件B3之间的距离为L5。L1、L2、L3、L4、L5的取值均大于等于0。作为本专利技术的进一步改进，所述光学相位调制器件B1紧贴于所述显示源A1表面；所述光学相位调制器件B2紧贴于光学分光器件A2表面，所述光学偏光器件B3紧贴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统，其特征在于，所述系统包括：显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2、光学偏光器件B3及光学凹面反射镜A3；其中，在垂直于显示源A1且向着光学偏光器件B3的方向上依次设置显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2和光学偏光器件B3；所述凹面反射镜A3和悬浮图像A4分别位于光学分光器件A2的两侧；所述光学相位调制器件B1对入射的线偏振光产生定量的相位延迟，将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光入射到光学分光器件A2和光学反射器件A3时，偏振态均不改变；所述光学相位调制器件B2对入射的圆偏振光产生定量的相位延迟，此时圆偏振光转换为线偏振光，并从光学偏光器件B3出射，形成悬浮像。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗环境光的对比度增强悬浮显示系统，其特征在于，所述系统包括：显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2、光学偏光器件B3及光学凹面反射镜A3；其中，在垂直于显示源A1且向着光学偏光器件B3的方向上依次设置显示源A1、光学相位调制器件B1、光学分光器件A2、光学相位调制器件B2和光学偏光器件B3；所述凹面反射镜A3和悬浮图像A4分别位于光学分光器件A2的两侧；所述光学相位调制器件B1对入射的线偏振光产生定量的相位延迟，将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光入射到光学分光器件A2和光学反射器件A3时，偏振态均不改变；所述光学相位调制器件B2对入射的圆偏振光产生定量的相位延迟，此时圆偏振光转换为线偏振光，并从光学偏光器件B3出射，形成悬浮像。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，显示源A1是线偏振光照射的实际物体，或是本身发出线偏振光的显示设备，或是本身并不发出线偏振光但经过改造后发出线偏振光的显示设备。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，光学相位调制器件B1与光学相位调制器件B2存在光轴，并能对偏振光产生一定量的相位延迟，所产生的相位延迟量为λ/4；入射到光学相位调制器件B1的线偏振光振动方向与B1光轴夹角θ＝±45°或±135°。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，光学偏光器件B3存在透光轴与吸光轴，能将透过该器件的光线转换为振动方向与透光轴方向平行的线偏振光；如果入射光线是振动方向与吸光轴方向平行的线偏振光，则该光线无法从B3出...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶俊清，
申请(专利权)人：叶俊清，
类型：发明
国别省市：辽宁;21