一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法

文档序号:1951574 发布日期:2021-12-10 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法 (Device and method for inhibiting speckles in laser projection ) 是由 魏威 邹思源 董俊 林丰 贺银波 于 2021-10-18 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法,激光光源发出激光光束后,沿激光光束方向依次设有准直模块、均光器件、分光器件、周期型光程差器件、1/4玻片和探测面;激光光源置于准直模块的焦平面处,均光器件的有效孔径大于等于通过准直模块后的激光光束,分光器件的有效孔径大于等于通过均光器件后的激光光束;周期型光程差器件的有效孔径大于等于通过分光器件后的激光光束,周期型光程差器件配合设有可旋转的1/4玻片,可旋转的1/4玻片以激光光束光轴方向为旋转轴切向旋转,可旋转的1/4玻片的有效孔径大于通过周期型光程差器件的激光光束。本发明通过一个周期型光程差器件组合一个可沿光束传播方向呈中心旋转的1/4玻片实现对偏振态的破坏。(The invention discloses a device and a method for inhibiting speckles by laser projection.A collimation module, a light equalizing device, a light splitting device, a periodic optical path difference device, an 1/4 glass slide and a detection surface are sequentially arranged along the direction of a laser beam after the laser beam is emitted by a laser light source; the laser light source is arranged at the focal plane of the collimation module, the effective aperture of the light-equalizing device is larger than or equal to the laser beam passing through the collimation module, and the effective aperture of the light-splitting device is larger than or equal to the laser beam passing through the light-equalizing device; the effective aperture of the periodic optical path difference device is larger than or equal to the laser beam passing through the light splitting device, the periodic optical path difference device is matched with a rotatable 1/4 glass slide, the rotatable 1/4 glass slide rotates tangentially by taking the optical axis direction of the laser beam as a rotating shaft, and the effective aperture of the rotatable 1/4 glass slide is larger than the laser beam passing through the periodic optical path difference device. The present invention realizes the destruction of polarization state by combining a periodic optical path difference device with an 1/4 glass slide which can rotate along the propagation direction of light beams.)

一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域,更具体的说是涉及一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法。

背景技术

随着技术水平的成熟,投影设备被越来越多的领域所使用,例如家庭影音、广告投影、工业投影检测等。纵观近几年激光显示技术发展的日新月异,激光显示所具有的广色域,高亮度,大屏幕,低功耗等众多优点,使得这类方案得以跻身于下一代显示技术的行列。

激光显示无法回避的一个问题是由于激光高相干性所导致的散斑问题。这种呈颗粒状的光强随机分布现象会严重影响画面质量。如何降低散斑的影响,是激光显示领域研究的不可避免的话题。

现在常用的抑制激光散斑的方式是通过动态消散斑的方式,通过机械扫描、震动等方式实现独立散斑的叠加。具体包括:扫描具有随机相位的漫散射体和运动屏幕两种方式。上述方式操作起来比较复杂,元件贵重,而且抑制效果较差。

因此,提供一种用于激光投影抑制散斑的装置及其方法成了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明目的在于提供一种用于激光投影抑制散斑的装置,通过使得光束存在偏振多样性最终实现激光投影散斑的抑制,同时本装置结构精简,器件简单,能够实现较好的抑制效果。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种用于激光投影抑制散斑的装置,其组成包括激光光源、准直模块、均光器件、分光器件、周期型光程差器件、1/4玻片以及探测面,其特征在于:所述激光光源发出激光光束后,沿激光光束方向依次设有准直模块、均光器件、分光器件、周期型光程差器件、1/4玻片和探测面;所述激光光源置于准直模块的焦平面处,均光器件的有效孔径大于等于通过准直模块后的激光光束,分光器件的有效孔径大于等于通过均光器件后的激光光束;所述周期型光程差器件的有效孔径大于等于通过分光器件后的激光光束,周期型光程差器件配合设有可旋转的1/4玻片,可旋转的1/4玻片以激光光束光轴方向为旋转轴切向旋转,可旋转的1/4玻片的有效孔径大于通过周期型光程差器件的激光光束。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述分光器件选用双折射晶体或偏振分光棱镜的其中一种。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述激光光源的极化方向与双折射晶体的晶轴或偏振分光棱镜的偏光分光轴的角度呈45度或135度。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述周期型光程差器件选用一维周期型光程差器件或二维周期型光程差器件的其中一种。

经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明具有以下益处:本发明通过改变激光光束的偏振方向夹角,使光场的干涉条件被破坏,进而使得散斑现象被抑制,即为使用一个周期型光程差器件组合一个可沿光束传播方向呈中心旋转的1/4玻片实现对偏振态的破坏,运用此类方案结构精简,器件简单,能够实现较好的抑制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明中一维周期型光程差器件示意图。

图3附图为本发明中二维周期型光程差器件示意图。

图4附图为本发明在工作状态下的示意图。

图5附图为附图4相对应的探测面上偏振态分布示意图。

图中:1、激光光源;2、准直模块;3、均光器件;4、分光器件;5、周期型光程差器件;6、1/4玻片;7、探测面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-5,为本发明公开的一种用于激光投影抑制散斑的装置,其组成包括激光光源1、准直模块2、均光器件3、分光器件4、周期型光程差器件5、1/4玻片6以及探测面7,其特征在于:所述激光光源1发出激光光束后,沿激光光束方向依次设有准直模块2、均光器件3、分光器件4、周期型光程差器件5、1/4玻片6和探测面7;所述激光光源1置于准直模块2的焦平面处,均光器件3的有效孔径大于等于通过准直模块2后的激光光束,分光器件4的有效孔径大于等于通过均光器件3后的激光光束;所述周期型光程差器件5的有效孔径大于等于通过分光器件4后的激光光束,周期型光程差器件5配合设有可旋转的1/4玻片6,可旋转的1/4玻片6以激光光束光轴方向为旋转轴切向旋转,可旋转的1/4玻片6的有效孔径大于通过周期型光程差器件5的激光光束。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述分光器件4选用双折射晶体或偏振分光棱镜的其中一种。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述激光光源1的极化方向与双折射晶体的晶轴或偏振分光棱镜的偏光分光轴的角度呈45度或135度。

优选的,在上述一种用于激光投影抑制散斑的装置中,所述周期型光程差器件5选用一维周期型光程差器件或二维周期型光程差器件的其中一种。

本装置的原理说明:

激光光源1具有单色性好,方向性好,相干性好的三大特点。尤其是在激光投影中所使用的半导体激光光源,其极化特性异常明显,实际上Ts:Tp>99:1。

散斑现象在1960年的第一台激光器问世之后,人们就发现了这种奇特的现象:当激光照射在墙面或者纸上等粗糙物体表面时,会产生许多相对均匀但却又无特定分布规律的颗粒状图样。这种光强的随机涨落是由于相干光照射在“粗糙”表面所形成的干涉现象。

这类散斑现象实际上是光学的干涉现象。暂时只考虑单色波长的,需要满足光波干涉的必要条件。若两个振动方向夹角为α的平面波。

那么这两个光波的合成矢量为:

由于干涉是指稳定的光强的强弱分布,需要考虑到这个合振动的光强,而实际上,所能进行观测的只是一段时间的平均值,因此公式可以表达为:

其中,这是恒定的,系统的相干项为:

两个振动方向夹角为α,当两个光波振动方向垂直,则cosα=0,此时不存在干涉情况。

实际影响干涉状态的相位影响因子是:

若存在干涉状态,则是需要不随时间变化,并且相位差恒定,且频率相同。

实际在使用的激光光源1当中频率恒定。

针对这样的原理情况,通过改变激光光束的偏振方向夹角,使光场的干涉条件被破坏,进而使得散斑现象被抑制。

为了能够使得激光光束偏振态的一致性被破坏,本发明提出了一种复合的处理机制,即为使用一个周期型光程差器件组合一个可沿光束传播方向呈中心旋转的1/4玻片实现对偏振态的破坏。

存在一种分光器件(双折射晶体),使得光束经过之后得以分为o光和e光;实际上,这就是一种偏振光的分光器件。偏振光可以被区分为P态和S态。这两类的偏振光在空间当中的振动方向互为正交。这类分光器件包括但不局限于双折射晶体或其他分光器件。

经过准直系统和均光系统的激光光束经过分光器件(双折射晶体)后被分为两束正交的偏振光束,激光光束经过分光器件后无论激光光束有没有被完全分成两个分立的光束,偏振态被分离是既定事实。

光束抵达周期型光程差器件5时,被光程差器件随着周期的变化分割成若干子光场,子光场之间具备一定的光程差,不一致的光程差将使得激光光束偏振态的一致性在子光场之间被破坏;若干子光场再经过1/4玻片时,其偏振态分离且成正交状态,此时光场落在屏幕上的干涉条件已经被破坏。由于不同的屏幕材质对入射光束的偏振态的退偏响应是不同的,但无论退偏的程度如何,其散斑现象都将被抑制在较低的水平。

其中分光器件包括但不局限于,双折射晶体,或者偏振分光棱镜等。

由于激光光源的极化特性异常明显,实际上Ts:Tp>99:1;在使用分光器件的时候,需要使得激光光源的极化方向与双折射晶轴或偏振分光轴的角度呈45度或135度。

器件的排布方式主要如下:

激光光源位于准直系统的焦平面处;

准直系统将激光光源发散的光整合为近似平行光的小角度发散光束;

均光器件位于准直系统沿光束发射方向之后,因为光束的孔径随工作距离的增加不断扩大,均光器件的位置不能距离准直系统太远,均光器件的有效孔径大于等于准直光束,均光器件的作用主要是实现光束在远场有均匀光场;

双折射晶体位于均光系统沿光束发射方向之后,双折射晶体的有效孔径大于等于均光后的激光光束,双折射晶体的作用主要是实现偏振光的分束,预处理偏振光束,使得偏振光束的偏振态的一致性被破坏;

周期型光程差器件位于双折射晶体沿光束发射方向之后,周期型光程差器件的有效孔径大于此时的激光光束,周期型光程差器件的主要作用是实现偏振光束的光程的区域异化,使得光束的偏振态按照区域划分,使得偏振光束的偏振态的一致性进一步被破坏;

可旋转的1/4玻片位于周期型光程差器件沿光束发射方向之后,可旋转的1/4玻片的有效孔径大于此时的激光光束,可旋转的1/4玻片的主要作用是使得光束的偏振态按照时间而变化,使得偏振光束的偏振态的一致性进一步被破坏,最终实现落在探测面(墙面)上的干涉条件被破坏,进而实现散斑的抑制。

其中,在光路被准直及均光模块处理过的激光光束,被周期型光程差器件分割成为若干子光束,子光束的光程不同;其中周期型光程差器件在有效的光束孔径内越密集,其效果越好。

其中附图4为具体实施例在工作状态下对偏振态的影响,其中考量1/4玻片从0°,以15°的间隙绕光轴中心旋转,落在屏幕上的偏振态的变化;若偏振态的变化剧烈,进而可以得出光场落在屏幕的偏振态的一致性被破坏的结论,达到激光投影的散斑被抑制的效果。

附图5中(a)为1/4玻片为0°时屏幕的偏振态分布;(b)为1/4玻片为15°时屏幕的偏振态分布;(c)为1/4玻片为30°时屏幕的偏振态分布;(d)为1/4玻片为45°时屏幕的偏振态分布;(e)为1/4玻片为60°时屏幕的偏振态分布;(f)为1/4玻片为75°时屏幕的偏振态分布;(g)为1/4玻片为90°时屏幕的偏振态分布。这样的系统在工作当中,很明显发现落在屏幕上的光束的偏振态是不断地发生变化的,这意味着光场的干涉现象被削弱,进而使得系统的散斑现象被抑制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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