CN105116556B - 一种匀场及消相干装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种匀场及消相干装置，该装置包括：用于将激光整形成平行光束的前透镜；用于将所述平行光束进行匀场的匀光片和用于固定匀光片的匀光片支架。匀光片支架包括内环支架和外环支架，匀光片固定设置在内环支架上，内环支架通过间隔均匀的至少两个弹性连接件与外环支架连接。内环支架的外侧面上设置有至少一个永磁体，外环支架的外设有与永磁体相对应的电磁铁，随着电磁铁吸附力的大小变化以及所述弹性连接件的弹性力的作用，内环支架在外环支架内做振动运动。通过采用上述结构，激光束被匀光片匀化光强的同时，由于匀光片的振动，激光束的相位会被扰乱，从而实现在消相干的同时对激光进行匀场。

Description

一种匀场及消相干装置
技术领域
本发明涉及激光显示领域。更具体地，涉及一种匀场及消相干装置。
背景技术
激光具有亮度高、单色性好、方向性好等优点。激光显示技术因其具有大色域、长寿命和低能耗等优点，被认为是下一代显示技术的发展方向。激光显示的原理是RGB三色激光经过整形、匀场、消相干等步骤后，再经过光阀调制，进入投影系统，投影到屏幕上。由于激光具有高相干性的特点，如果将没有进行消相干处理的激光束直接投影，观看者在屏幕上或屏幕前方会看到明显的亮度不均匀的亮点，即所谓的散斑。对于高亮度且色彩丰富的激光图像显示，散斑现象严重降低了图像的显示质量，影响了观看者的视觉体验。因此，需要消除激光散斑现象，提高图像的显示质量。
公开号为CN101078869的中国专利公开了一种通过接受投射光显示图像的屏幕，该屏幕内设置流动回路，在流动回路中填充可对激光散射的液体或气体，并使液体或气体处于流动状态，使观察者看到经过时间平均化的散斑图像，从而达到消相干的同时匀场的效果。但是这种屏幕的制造非常复杂，成本很高，而且还需要设置使液体或气体流动的泵，从而引入不期望的噪音并增加功耗。
公开号为CN102819113A的中国专利公开了一种激光光束匀化装置，包括位于同一光路上的一激光器、一微透镜阵列和一发射透镜，该装置可以均匀激光器发射出的激光束，但是该装置并不能对激光束进行消相干，因此为利用该装置的激光进行投影显示，还需要再加入消相干装置。
公开号为CN201340489Y的中国专利公开了一种激光散斑消除装置，包括用于传输激光的光波导和电磁振动装置，其中电磁振动装置包括固定部分和振动部分，振动部分为永磁体，其与光波导机械连接，固定部分为电磁铁，通过对电磁铁施加随机的脉冲电流使其产生随机变化的磁场，使永磁体带动光波导的一段产生随机振动，从而改变激光在光波导中的传输模式达到消除散斑的效果。但是该装置不能对激光束进行匀场，同时光波导与永磁体长期一起振动会引起二者间的连接断开，光波导断裂破损。
发明内容
本发明要的目的在于提供一种在匀场的同时能对激光光束进行消相干的装置。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种匀场及消相干装置，包括：
用于将激光整形成平行光束的前透镜；
用于将所述平行光束进行匀场的匀光片；
其特征在于，该装置进一步包括匀光片支架，该匀光片支架包括：
用于固定所述均光片的内环支架；
外环支架；和
连接在所述的内环支架与外环支架之间、间隔均匀的至少两个弹性连接件；以及
设置在所述内环支架的外侧上的至少一个永磁体；以及
至少一个电磁铁，电磁铁设置在所述外环支架外与所述永磁体对应，
在电磁铁吸附力和弹性连接件的弹性力作用下，所述内环支架沿垂直于光路的方向振动。
通过采用上述结构，激光束被匀光片匀化光强的同时，由于匀光片的振动，激光束的相位被扰乱，从而实现在对激光束进行匀场的同时对激光进行消相干。根据本发明的技术方案，由于匀光片的振动是靠磁场力和弹性力实现的，因此本装置在工作时不产生噪音。
优选地，施加在所述电磁铁上的电压为大小周期变化的电压，该电压变化的频率范围为1Hz～1000Hz。
优选地，施加在所述电磁铁上的电压为随机变化的电压。
优选地，所述内环支架的外侧面上相隔90°设置有两个永磁体，所述外环支架的外侧设有与所述两个永磁体相对应的两个电磁铁。
优选地，施加在所述两个电磁铁上的电压均为随机变化的电压。
优选地，所述内环支架为可与磁铁吸附的材料制成。
优选地，所述匀光片为蚀刻有若干微透镜的石英玻璃片。
优选地，所述微透镜呈阵列或者随机的方式布置在石英玻璃片上，所述微透镜的直径为1～20μm、扩散角为5～15°。
优选地，该装置还包括镜筒，所述前透镜和外环支架依次设置在所述镜筒内，所述镜筒前端的前透镜焦点处设有光纤输出端口，镜筒后端与积分棒连接，所述电磁铁设置在所述镜筒外。
优选地，所述镜筒内还设置有后透镜，经均化的激光经所述后透镜聚焦后进入与所述镜筒连接的积分棒。
通过将前、后透镜和匀光片均设置在封闭的镜筒内，可有效避免外部空气对光学器件的污染，有效改善激光显示成像质量。
本发明的有益效果如下：
根据本发明的均光装置，可同时实现对激光束的消相干和匀场，结构紧凑简单，适用于激光电视等对体积有严格限制的系统。由于本装置是通过磁力线对匀光片进行扰动实现匀场与消相干，因此也不会产生噪音。本装置中的镜筒为密闭的结构，避免了外部空气的污染。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出根据本发明实施例的光路示意图。
图2示出根据本发明实施例的匀光片支架的结构示意图。
图3示出根据本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示本发明均场装置的光路示意图。该均场装置例如包括沿光路设置的光纤101，前透镜102，均光片103，后透镜104和积分棒105。光纤101的输出端口位于前透镜102的焦点处。经光纤101发射出的激光通常具有一定的发散角，激光通过前透镜102透射整形为平行光，入射到匀光片103。匀光片103例如为蚀刻有微透镜阵列的石英玻璃，微透镜的尺寸例如直径为5μm，扩散角为5度。平行的激光束通过匀光片103时，被微透镜阵列分解为许多微小的光束，微小光束通过扩散实现空间上的强度积分，达到匀化光强的目的。通过匀光片103的激光入射到后透镜104，经后透镜104聚焦后进入积分棒105，积分棒105的后端与光阀耦合，从而经过匀化的激光入射到光阀实现激光投影。
根据本发明，均光片103固定设置在均光片支架上。使匀光片103在垂直于本装置光轴的方向上振动，则被匀光片103所分割的微小光束的相位被扰乱，达到消除相干的目的。根据本发明的实施例，匀光片支架200包括外环支架201、内环支架202和多个弹簧203。优选地，内环支架和外环之间均为圆形，至少两根弹簧间隔均匀地设置在内环之间和外环支架之间，均光片固定在内环支架上。内环支架外侧固定有至少一个永磁体，外环支架外与永磁体对应地设置有至少一个电磁铁。通过改变施加在电磁铁上交流电压的大小可改变电磁铁吸附力的大小和方向。在电磁铁对永磁体的吸附力和弹性连接件的弹性力作用下，所述内环支架在垂直于光路的平面内振动。如图2所示，内环支架202通过间隔均匀的4根弹簧203共面设置在外环支架201内。内环支架202的外侧上相隔例如90度设置有2个钕铁硼永磁铁204。位于外环支架201的外侧设有两个与钕铁硼永磁铁204对应的电磁铁301。匀光片103设置在内环支架202上，此时，施加在电磁铁301上的电压为1～1000Hz频率范围内的正负方波电压，即可使电磁铁301的极性按照一定频率变化，从而电磁铁301对钕铁硼永磁铁204产生相吸或相斥的磁力，内环支架204在磁力和弹簧203的弹性力的作用下，在外环支架201内垂直于光轴方向的平面内做微振动。内环支架202为可与磁铁吸附的材料制成，电磁铁301也同时对内环支架202产生作用力，可以更好的吸附内环支架202。施加在两个电磁铁301上的正负方波电压的频率可以是相同的也可以是不同的，当这两个电压的频率为固定数值时，匀光片103做有规律的振动。当施加在两个电磁铁301上的电压一个为固定频率的电压另一个为随机变化的电压时，或者两者均是随机变化的电压时，匀光片103将做无规律的振动。虽然在人眼的积分时间内有规律的变化足以使人眼分辨不出散斑，但与无规律的变化相比，显然无规律的振动的消除散斑的效果更好。这样匀光片103在对激光束匀场的同时也实现了消除散斑。
如图3所示，一种匀场及消相干装置包括镜筒300和设置在镜筒300内部沿光路依次设置的前透镜102、匀光片支架200、后透镜104和设置在镜筒300外侧壁上的电磁铁301。镜筒300内安装有例如通过螺纹连接的前镜筒302和后镜筒303，前透镜102通过具有螺纹的压环或紫外胶固定设置在前镜筒302内，位于前镜筒302的前端且位于前透镜102的焦点位置处设有SMA905标准接口，光纤101通过SMA905标准接头连接在前镜筒302上。外环支架201的外侧面设有螺纹，匀光片支架200通过螺纹设置在后镜筒303内的前部，后透镜104通过具有螺纹的压环或紫外胶固定设置在靠近后镜筒303内的后端口处。电磁铁301设置在后镜筒303的外侧壁上与钕铁硼永磁铁204的对应位置处。后镜筒303的后端与积分棒105连接。本实施例中镜筒300是封闭式的结构，电磁铁301隔着镜筒300施加作用力在内环支架202上，因此避免了外部空气对镜筒内部光学原件的污染。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种匀场及消相干装置，包括：
用于将激光整形成平行光束的前透镜；
用于将所述平行光束进行匀场的匀光片；
其特征在于，该装置进一步包括匀光片支架，该匀光片支架包括：
用于固定所述匀光片的内环支架；
外环支架；和
连接在所述的内环支架与外环支架之间、间隔均匀的至少两个弹性连接件；以及
设置在所述内环支架的外侧上的至少一个永磁体；以及
至少一个电磁铁，电磁铁设置在所述外环支架外与所述永磁体对应的位置，
在电磁铁吸附力和弹性连接件的弹性力作用下，所述内环支架在垂直于光路的平面内振动。
2.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，施加在所述电磁铁至少之一上的电压为大小周期变化的电压，该电压变化的频率范围为1Hz～1000Hz。
3.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，施加在所述电磁铁至少之一上的电压为随机变化的电压。
4.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，所述内环支架的外侧面上相隔90°设置有两个永磁体，所述外环支架的外侧设有与所述两个永磁体相对应的两个电磁铁。
5.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，所述内环支架为可与所述永磁体吸附的材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，所述匀光片为蚀刻有若干微透镜的石英玻璃片。
7.根据权利要求6所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，所述微透镜呈阵列或者随机的方式布置在石英玻璃片上，所述微透镜的直径为1～20μm、扩散角为5～15°。
8.根据权利要求1所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，该装置还包括镜筒，所述前透镜和外环支架依次设置在所述镜筒内，所述镜筒前端的前透镜焦点处设有光纤输出端口，镜筒后端与积分棒连接，所述电磁铁设置在所述镜筒外。
9.根据权利要求8所述的一种匀场及消相干装置，其特征在于，所述镜筒内还设置有后透镜，经均化的激光经所述后透镜聚焦后进入与所述镜筒连接的积分棒。
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