CN101539667B - 消除激光散斑效应的光学结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光领域，尤其涉及消除激光散斑效应的光学结构。本发明的消除激光散斑效应的光学结构，包括光学准直聚焦系统、光学波导元件、漫反射光学元件；激光传输至所述的漫反射光学元件漫反射后，通过所述的波导元件收集漫反射光，漫反射光通过所述的光学准直聚焦系统后输出。利用漫反射光学元件或微玻璃珠、微棱镜型等表面不平的反射膜对入射的激光进行漫反射，并采用光学波导元件收集漫反射光，从而得到位相混乱、相干性较低的激光光源，则此光源用于激光显示可减弱或消除散斑效应。

Description

消除激光散斑效应的光学结构

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及消除激光散斑效应的光学结构。

背景技术

激光由于具有高的相干性而在激光显示中产生严重的激光散斑效应，这使激光显示的图象质量严重下降。为了消除激光散斑，人们已提出了多种方法，例如利用不同波长的光源；利用脉冲激光的叠加；移动散射体；移动孔径光阑或振动屏幕等。其中采用破坏激光输出波阵面的位相是消除激光散斑效应的一种重要方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易、实用的光学结构来消除激光散斑效应。

本发明采用如下技术方案：

本发明的消除激光散斑效应的光学结构，包括光学准直聚焦系统、光学波导元件、漫反射光学元件；激光传输至所述的漫反射光学元件漫反射后，通过所述的波导元件收集漫反射光，漫反射光通过所述的光学准直聚焦系统后输出。

进一步的，激光通过所述的波导元件传输至所述的漫反射光学元件。

更进一步的，所述的激光是垂直输入或倾斜输入所述的波导元件端面。

进一步的，激光通过设置于所述的漫反射光学元件的通光孔传输至所述的漫反射光学元件。

更进一步的，所述的通光孔设置于所述的所述的漫反射光学元件的底面或侧面。

进一步的，漫反射光经过反射膜片反射后，再通过所述的光学准直聚焦系统后输出；所述的反射膜片倾斜设置于激光入射光路上，其上还设置于输入通光孔。

进一步的，所述的波导元件是波导管或多模光纤。

进一步的，所述的漫反射光学元件是套于波导元件的漫反射筒或陶瓷漫反射板。或者所述的漫反射光学元件是附有微玻璃珠反射膜或微棱镜型反射膜的衬底基板。

本发明采用如上技术方案，提供了一种简易、实用的光学结构来消除激光散斑效应，则此光源用于激光显示领域。

附图说明

图1(a)是本发明的第一实施方式的结构示意图；

图1(b)是本发明的第二实施方式的结构示意图；

图1(c)是本发明的第三实施方式的结构示意图；

图1(d)是本发明的第四实施方式的结构示意图；

图1(e)是本发明的第五实施方式的结构示意图；

图2是本发明的第六实施方式的结构示意图；

图3是本发明的第七实施方式的结构示意图；

图4(a)是本发明的第八实施方式的结构示意图；

图4(b)是本发明的第九实施方式的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的消除激光散斑效应的光学结构，包括光学准直聚焦系统、光学波导元件、漫反射光学元件；激光传输至所述的漫反射光学元件漫反射后，通过所述的波导元件收集漫反射光，漫反射光通过所述的光学准直聚焦系统后输出。利用漫反射光学元件或微玻璃珠、微棱镜型等表面不平的反射膜对入射的激光进行漫反射，并采用光学波导元件收集漫反射光，从而得到位相混乱、相干性较低的激光光源，则此光源用于激光显示可减弱或消除散斑效应。

如图1(a)所示的是本发明的第一实施方式示意图。其中，101为激光束，102为中心带孔反射膜片，其中103为激光的入射孔，S1为激光的高反膜，104A为多模光纤，105为漫反射板，106为准直透镜，107为输出激光。激光束以一定入射角进入多模光纤，并在多模光纤内全内反射传输，到达漫反射板105表面时发生漫反射，漫反射光大部分再次经过多模光纤104A传输，返回反射膜片102并被膜S1反射，经准直透镜106准直而得到输出光束107。由于采用漫反射板105对入射激光101进行漫反射，反射后激光光束彼此之间的位相将无序化，再经多模光纤104A传输后，其位相将更加无序，这使得输出光107的波阵面位相混乱，激光的相干性将大大降低，从而消除激光的散斑效应。

当采用多模光纤作波导腔，其NA值一般为0.22，激光以准直状态进入波导可保证激光从45°或45°附近进入到达波导器件，这种结构收集出射光率较低。

图1(b)所示的是本发明的第二实施方式示意图。其中，101为激光束，102为中心带孔反射膜片，其中103为激光的入射孔，S1为激光的高反膜，波导管104B，105为漫反射板，106为准直透镜，107为输出激光。采用波导管104B替代第一实施方式的多模光纤104A来传输入射激光并输出漫反射光，这种结构直接在光学元件外层与空气层间形成波导腔，接受角较大，输出光NA值亦较大，并可采用非球面透镜准直输出光。若非球面透镜的数值孔径为0.7，则可获得的能量为输入光的1/4左右。

图1(c)所示的是本发明的第三实施方式示意图。其中，101为激光束，102为中心带孔反射膜片，其中103为激光的入射孔，S1为激光的高反膜，波导管104B，108为漫反射筒，106为准直透镜，107为输出激光。采用漫反射管108替代第二实施方式的漫反射板105。将较长的漫反射筒108与波导管104B直接粘结，采用这种结构可使更多的漫反射光发生全内反射传输，提高漫反射光的输出功率。

图1(d)所示的是本发明的第四实施方式示意图。其中，101为激光束，106A为耦合透镜，108为漫反射筒，104B为波导管，106A为另一耦合透镜，107为输出激光。漫反射管108位于激光101的输入端，在漫反射管108的底面上开一小孔S3，作为入射光101的通光孔。进入漫反射管108的激光被漫反射，形成位相混乱的光束，并通过波导管104B传播。

图1(e)所示的是本发明的第五实施方式示意图。其中，101为激光束，106A为耦合透镜，108为漫反射筒，104B为波导管，106A为另一耦合透镜，107为输出激光。漫反射管108位于激光101的输入端，在漫反射管108的侧面上开一小孔S3，作为入射光101的通光孔。进入漫反射管108的激光被漫反射，形成位相混乱的光束，并通过波导管104B传播。该实施例结构激光101从侧面以一定角度进入漫反射管108，其他元件与所述的第四实施方式一致。

本发明的结构中的漫反射板一般采用陶瓷漫反射板，其漫反射率可达98％，且表面颗粒在微米量级，漫反射板可180°散射入射激光。

其中采用波导管元件更有实际应用价值，可使漫反射光大部分进入波导元件，输出时透镜数值孔径最大可为0.70。

本发明的实施方式，激光亦可从输出准直透镜侧面进入波导，如图2所示的是本发明的第六实施方式示意图。其中201为入射激光，202为返回的漫反射光，203为准直透镜，204为波导管，205为漫反射板。入射激光201从侧面进入波导管204，并经过漫反射板205漫反射后，再由波导管204传回准直透镜203准直后输出。

本发明的另一种结构是采用交通标示常用的微玻璃珠反射膜或微棱镜型反射膜对激光进行漫反射。因其反射率可高达70％，且反射光可平行或接近平行于原光路返回，因此照射到反射膜上的大部分入射光可返回波导，并可用大数值孔径的多模光纤或波导管传输入射光并接受反射光。即如图3所示所示的是本发明的第七实施方式示意图。其中，，其中301为入射光，302为中心带激光入射孔反射膜片，303为光学波导元件，304A、304B为准直透镜，305为微玻璃珠反射膜或微型棱镜反射膜，306为光学衬底材料的基板，307为输出激光。其光路原理与本发明的第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式均一致，只是在由微玻璃珠反射膜或微型棱镜反射膜305和基板306构成的漫反射光学元件前设置一准直透镜304A。

由于微型玻璃珠或棱镜反射膜一致性仅相当于光学级，光学质量较差。这样每个微型棱镜反射回的位相都不一致，如对1cm²面积的反射膜，可排列多达5000枚微型棱镜，这样返回波导中的激光位相将接近均匀分布，从而有效破坏了激光相干性，而使激光的散斑效应减弱。

该结构中的波导元件可采用多模光纤或波导管，波导接受经反射膜反射的光而使光混合更均匀。原理上亦可制作其它种类位相随机分布的反射镜，但以微棱镜反射膜为最佳，其价格低廉，可大规模生产，从而更具实用性。

图4所示为本发明的另一种结构。图4(a)所示的是本发明的第八实施方式示意图。其中，401为激光束，402A、402B为透镜，403A、403B为波导管，404为漫反射管，405为输出漫反射光，S1为对入射光高反的膜，S2为入射光通光孔。采用折射率匹配的胶将波导管403A、波导管403B用漫反射管404粘结在一起。激光401以一定入射角进入波导管403A后发生全内反射并传输，当光照射到漫反射管404时发生漫反射，漫反射光中满足全内反射的部分光将继续在波导管403B腔内传播，一部分光直接从波导管403B端输出，而返回到波导管403A端的光将被膜层S1反射，并最终从波导管403B端输出。输出光中各个光束之间的方向和位相将发生变化而呈无序状态，从而降低输出光的相干性，用此光源可有效地消除散斑效应。

图4(b)所示的是本发明的第九实施方式示意图。其中，401为激光束，402为透镜，406A、406B为多模光纤，405A、405B为多模光纤头，404为漫反射管，405为输出漫反射光，S1为对入射光高反的膜，S2为入射光通光孔。与第八实施方式类似，不同点在于，采用折射率匹配的胶将两段多模光纤405A、405B用漫反射管404连接在一起。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：包括光学准直聚焦系统、光学波导元件、漫反射光学元件和反射膜片；激光传输至所述的漫反射光学元件漫反射后，通过所述的波导元件收集漫反射光，漫反射光经过反射膜片反射后，再通过所述的光学准直聚焦系统后输出；所述的反射膜片倾斜设置于激光入射光路上，其上还设置于输入通光孔。

2.如权利要求1所述的消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：激光通过所述的波导元件传输至所述的漫反射光学元件。

3.如权利要求2所述的消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：所述的激光是垂直输入或倾斜输入所述的波导元件端面。

4.如权利要求1或2或3所述的消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：所述的波导元件是波导管或多模光纤。

5.如权利要求1或2所述的消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：所述的漫反射光学元件是套于波导元件的漫反射筒或陶瓷漫反射板。

6.如权利要求1或2所述的消除激光散斑效应的光学结构，其特征在于：所述的漫反射光学元件是附有微玻璃珠反射膜或微棱镜型反射膜的衬底基板。

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