CN103323958A

CN103323958A - 基于正交偏振合成的散斑消除装置

Info

Publication number: CN103323958A
Application number: CN2013102493403A
Authority: CN
Inventors: 高文宏; 赵鹏飞; 陈海洋; 吴光; 徐美芳
Original assignee: 夏云
Current assignee: Shanxi Aowei Guangshi Photoelectric Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-06-22
Filing date: 2013-06-22
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明涉及激光散斑消除装置，具体为基于正交偏振合成的散斑消除装置。一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，包括对应入射激光波长的半波片102和电机109，所述电机109驱动半波片102旋转，电机109的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。或者，包括对应入射激光波长的四分之一波片301和电机109，所述四分之一波片301的一侧镀有反射膜302，所述电机109置于四分之一波片镀有反射膜的一侧、并驱动四分之一波片旋转，电机109的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。本发明设计合理、结构简单，具有功耗小、体积小、无光损、散斑消除效果优良的有益效果。

Description

基于正交偏振合成的散斑消除装置

技术领域

本发明涉及激光散斑的消除方法，具体为基于正交偏振合成的散斑消除装置。

背景技术

由于激光的亮度高、单色性好、方向性好，在显示及照明领域中拥有无可比拟的优势，可以实现色彩丰富、高对比度、高流明图像显示。但是由于激光的相干性，导致经粗糙表面反射后出现散斑现象。散斑现象严重影响画面信息显示，导致图像质量下降，已成为激光显示领域必须克服的技术难题。

激光散斑消除方法包括波长多样化、角度多样化和偏振多样化三类。具体的形式包括采用旋转散射片实现光波相位的时间平均（US4035068）、通过波前调制改变光波波前相位（US6323984）等方法消除相干光产生的散斑图像。上述办法在一定的程度上抑制了一次散斑，但是这类基于时间平均的方法对光波的相干性影响不大，无法有效消除屏幕上所形成的二次散斑。另外，通过对激光光源的脉冲驱动增加光源的模态（US6191887）、采用体散射改变波长（US20050008290）和采用多模光纤传输（US20050008290）等散斑抑制方案，该类方法结构复杂，对相干光源的退相干有一定的效果，可以部分消除二次散斑。

通过单一的方式很难实现对一次、二次散斑的抑制，要完全消除散斑，需采用多种方式共同作用，本发明提出了一种基于正交偏振合成方法实现对一次、二次散斑的同时抑制。

发明内容

本发明为了解决现有的相干光散斑消除效果不佳的问题，提供了一种通过正交偏振合成消除散斑的装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，包括对应入射激光波长的半波片和电机，所述电机驱动半波片旋转，电机的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

或者，一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，包括对应入射激光波长的四分之一波片和电机，所述四分之一波片的一侧镀有反射膜，所述电机置于四分之一波片镀有反射膜的一侧、并驱动四分之一波片旋转，电机的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

因为线偏振光垂直入射到半波片，透射光仍为线偏振光。当光法向入射透过半波片时，入射时振动面和半波片晶体主截面之间的夹角为θ，则透射出来的线偏振光的振动面从原来的方位转过2θ角。当半波片在人眼积分时间（33ms）内旋转

Figure 2013102493403100002DEST_PATH_IMAGE001

/4的整数倍时，即转速为人眼的积分频率（约为30HZ）1/4的整数倍时（如225rpm），在人眼积分时间内的散斑图样可分解为两幅正交的独立散斑图样。

类似的，线偏光入射到单侧镀膜的四分之一波片结构，在相同的转速下，同样可以实现前述的旋转半波片透射结构的功能。

根据Goodman的“Speckle Phenomena in Optics theory and Applications”可知，如果照明屏幕的偏振光源在两个正交状态之间交替变化时，所得到的散斑图样的偏振态也在两个反射的正交偏振态之间交替变化。而两个正交偏振散斑图样叠加可以使散斑对比度降低至2^-1/2，与屏幕退偏（散斑对比度降低2^-1/2）共同作用，最终散斑对比度可降低至1/2。

当本申请散斑消除装置应用于投影成像光路上时，方法如下：激光光源的出射激光投射到被电机驱动旋转的、入射激光波长的半波片后经透射或者被电机驱动旋转的、入射激光波长的四分之一波片后经反射，通过第一汇聚透镜汇聚到匀光管实现匀光和整形，整形后的光斑通过第二汇聚透镜汇聚到成像器件，成像器件将像通过成像物镜放大后，投影到退偏屏幕上。

工作时，上述半波片或者四分之一波片均通过可调速有刷电机驱动（例如电机驱动轴可直接驱动波片旋转），以人眼的积分频率1/4的整数倍的速度旋转，如图1、2所示，在屏幕上形成的多个在时间先后顺序上高度相关的散斑图样，但在人眼的积分时间总可以找到与任意一个散斑图像相互正交，且独立的散斑图样，从而使两个独立的散斑图样实现对比度2^-1/2的降低。

本发明设计合理、结构简单，具有功耗小、体积小、无光损、不增加光束光学扩展量，一次散斑与二次散斑均有优良的消除效果，容易移植到光路中，实现了无光损的屏幕反射光场的相干性抑制，从而降低了相干光的散斑。

附图说明

图1是利用半波片的激光散斑消除示意图。

图2是利用四分之一波片的激光散斑消除示意图。

图3是四分之一波片的结构示意图。

图中，101-激光光源，102-半波片，103-第一汇聚透镜，104-匀光管，105-第二汇聚透镜，106-成像器件，107-成像物镜，108-屏幕，109-电机，301-四分之一波片，302-反射膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，包括对应入射激光波长的半波片102和电机109，所述电机109驱动半波片102旋转，电机109的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

实施例2

一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，包括对应入射激光波长的四分之一波片301和电机109，所述四分之一波片301的一侧镀有反射膜302（如图3所示），所述电机109置于四分之一波片镀有反射膜的一侧、并驱动四分之一波片旋转，电机109的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

具体使用时，如图1、2所示，激光光源（以激光为光源的投影仪）101的出射激光光束经入射激光波长的半波片102透射，或者经入射激光波长的四分之一波片301反射后，该半波片102和四分之一波片301被电机109驱动高速旋转，通过第一汇聚透镜103汇聚到匀光管104实现匀光和整形，整形后的光斑通过第二汇聚透镜105汇聚到成像器件106，成像器件106将像通过成像物镜107放大后，投影到退偏屏幕108上。

出射激光经过旋转的波片结构后，出射激光仍为线偏光，其偏振的方向以电机转速的2倍速度旋转。当波片结构的转速为人眼的积分频率（约为30Hz）1/4的整数倍时（如225rpm），在人眼积分时间内的散斑图样可分解为两幅正交的独立散斑图样。因此观察者人眼积分时间内接收到2个独立散斑图像在强度上的叠加，进而有效降低了屏幕上的散斑现象。

具体实施时，所述光源101为波长为532nm的绿色固体激光源。

所述半波片102为双折射晶体，如方解石、石英等，通过透射方式植入投影系统光路。

所述四分之一波片301为双折射晶体，如方解石、石英等，通过反射方式植入投影系统光路。

所述第一汇聚透镜103和第二汇聚透镜105为BK7光学玻璃正透镜。

所述匀光管为5mm×7mm×42mm的BK7材质实心光管。

所述成像器件106可以为DMD（数字式微镜器件），DMD为TI公司单芯片DLP的反射微镜。

所述屏幕108是由玻珠、白塑、PET、PVC、玻纤或机织材料制成的退偏幕布。

所述电机109可以为有刷可调速马达。

Claims

1.一种基于正交偏振合成的二次散斑消除装置，其特征在于：包括对应入射激光波长的半波片（102）和电机（109），所述电机（109）驱动半波片（102）旋转，电机（109）的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

2.根据权利要求1所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述半波片（102）为双折射晶体。

3.根据权利要求2所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述双折射晶体为方解石或石英。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述电机（109）的转速为225rpm。

5.根据权利要求1所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：激光光源（101）的出射激光投射到被电机（109）驱动旋转的、入射激光波长的半波片（102）后经透射，通过第一汇聚透镜（103）汇聚到匀光管（104）实现匀光和整形，整形后的光斑通过第二汇聚透镜（105）汇聚到成像器件（106），成像器件（106）将像通过成像物镜（107）放大后，投影到退偏屏幕（108）上。

6.一种基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：包括对应入射激光波长的四分之一波片（301）和电机（109），所述四分之一波片（301）的一侧镀有反射膜（302），所述电机（109）置于四分之一波片镀有反射膜的一侧、并驱动四分之一波片旋转，电机（109）的转速为人眼积分频率1/4的整数倍。

7.根据权利要求6所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述四分之一波片（301）为双折射晶体。

8.根据权利要求7所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述双折射晶体为方解石或石英。

9.根据权利要求6或7或8所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：所述电机（109）的转速为225rpm。

10.根据权利要求6所述的基于正交偏振合成的散斑消除装置，其特征在于：激光光源（101）的出射激光投射到被电机（109）驱动旋转的、入射激光波长的四分之一波片（301）后经反射，通过第一汇聚透镜（103）汇聚到匀光管（104）实现匀光和整形，整形后的光斑通过第二汇聚透镜（105）汇聚到成像器件（106），成像器件（106）将像通过成像物镜（107）放大后，投影到退偏屏幕（108）上。