CN113721370B - 激光散斑抑制系统及其形成方法、散斑抑制模块 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种激光散斑抑制系统及其形成方法、散斑抑制模块。激光散斑抑制系统包括：用于发出激光的光源模块，以及设置在激光的光路上、并包括多个相位随机单元的散斑抑制模块，其中相位随机单元在垂直于激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度。本申请提供的激光散斑抑制系统不但具有成本低廉、结构简单的优点，而且还提高了激光散斑抑制的效率并增强了激光散斑抑制的效果。
Description
技术领域
本申请涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种激光散斑抑制系统及其形成方法、散斑抑制模块。
背景技术
随着激光技术的发展，激光因其线宽窄、方向性强等优点，在成像、测距和照明等领域获得了广泛的应用。然而，当激光照射到物体表面时，由于其具有很强的时间相干性和空间相干性，因而会产生明暗分布的颗粒状光强分布，形成激光散斑。激光散斑的存在严重影响了激光成像、激光测距以及激光照明等激光应用的效果。
常规的激光散斑抑制方法通常通过减弱激光的时间相干性或空间相干性来实现，例如在激光成像领域，可采用振动屏幕或旋转散射片的方式，实现在人眼的积分时间内叠加不同的散斑图片，来抑制激光散斑。然而，常规的激光散斑抑制系统的结构较为复杂，其散斑抑制效率也不高。
因此，如何在实现成本低廉、结构简单的激光散斑抑制系统的同时，提高其散斑抑制效率并增强其散斑抑制效果，已成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种可至少部分解决相关技术中存在的上述问题的激光散斑抑制系统及其形成方法、散斑抑制模块。
本申请一方面提供了一种激光散斑抑制系统，所述系统包括：光源模块，用于发出激光；以及散斑抑制模块，设置在所述激光的光路上，并包括多个相位随机单元，其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的所述随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元具有随机折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元具有相同的所述延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述波长与所述延伸长度的比值为1：0.1～100。
在本申请一个实施方式中，所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
在本申请一个实施方式中，所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有随机相位的子激光，所述系统还包括显示模块，所述显示模块包括设置在多个所述子激光的光路上的显示区域。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为曲面；或者所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为平面。
在本申请一个实施方式中，所述散斑抑制模块由一体成型工艺制备。
本申请另一方面还提供一种形成激光散斑抑制系统的方法，所述方法包括：形成包括多个相位随机单元的散斑抑制模块；以及将所述散斑抑制模块设置在激光的光路上，其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，所述方法还包括：将位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元设置为具有不同的所述随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元具有随机折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，所述方法还包括：将位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元设置为具有不同的折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同的相位的子激光。
在本申请一个实施方式中，所述方法还包括：将位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元设置为具有相同的所述延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述波长与所述延伸长度的所述比值为1：0.1～100。
在本申请一个实施方式中，所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
在本申请一个实施方式中，形成包括多个相位随机单元的散斑抑制模块包括：通过一体成型工艺制备所述散斑抑制模块。
在本申请一个实施方式中，所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有随机相位的子激光，所述方法还包括：将显示模块的显示区域设置在多个所述子激光的光路上。
在本申请一个实施方式中，所述方法还包括：将所述相位随机单元设置为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
在本申请一个实施方式中，所述方法还包括：将所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为曲面；或者将所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为平面。
本申请又一方面还提供一种用于抑制激光的散斑的散斑抑制模块，所述散斑抑制模块包括：多个相位随机单元，其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的所述随机长度。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元具有随机折射率。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的折射率。
在本申请一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元具有相同的所述延伸长度。
在本申请一个实施方式中，所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
在本申请一个实施方式中，所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为曲面；或者所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为平面。
在本申请一个实施方式中，所述散斑抑制模块由一体成型工艺制备。
根据本申请至少一个实施方式提供的激光散斑抑制系统及形成方法、散斑抑制模块，不但具有成本低廉和结构简单的优点，而且能够提高激光散斑抑制的效率并增强激光散斑抑制的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中：
图1是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统的结构示意图；
图2是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统的结构示意图；
图3A是激光直接照射的实际效果图；
图3B是使用图2所示的激光散斑抑制系统照射的实际效果图；
图4是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统的光源模块、散斑抑制模块和显示模块的位置示意图；
图5是根据本申请另一实施方式的激光散斑抑制系统的光源模块、散斑抑制模块和显示模块的位置示意图；
图6是根据本申请一个实施方式的形成激光散斑抑制系统的方法的流程图；以及
图7是根据本申请的一个实施方式的散斑抑制模块的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区域分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。
在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
此外，在本申请中当使用“连接”或“联接”时可表示相应部件之间为直接的接触或间接的接触，除非有明确的其它限定或者能够从上下文推导出的除外。
图1是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统10的结构示意图。
如图1所示，激光散斑抑制系统10可包括：光源模块11和散斑抑制模块12。光源模块11可用于发出任意波长的激光，散斑抑制模块12(图中虚线框所示部分)可设置在光源模块11发出的激光的光路上，并包括多个相位随机单元121(图中点划线所示部分)，其中光源模块11发出的激光通过散斑抑制模块12的相位随机单元121后，可衍射形成具有随机相位的子激光。任一相位随机单元121在垂直于激光的光路方向(垂直于x方向)的维度具有波长量级的延伸长度(D)。
具体地，在本申请至少一个实施方式提供的激光散斑抑制系统中，光源模块11发出的激光经过散斑抑制模块12的相位随机单元121后，可通过衍射形成多个具有随机相位的子激光。根据衍射反比定律，子激光的衍射角(θ)、光源模块11发出的激光的波长(λ)和相位随机单元121的延伸长度(D)可满足公式(1)：
换言之，光源模块11发出的激光经过散斑抑制模块12的相位随机单元121发生衍射，其所形成的子激光的衍射角(θ)正比于光源模块11发出的激光的波长(λ)与相位随机单元121的延伸长度(D)之间的比值。因而，可将相位随机单元121的延伸长度(D)设置为波长量级，以使通过相位随机单元121衍射形成的子激光具有大角度的衍射角(θ)，而具有大角度衍射角(θ)的多个子激光可在位于远场照明区域的显示区域的任一位置发生相干叠加。同时，由于光源模块11发出的激光通过散斑抑制模块12的相位随机单元121后衍射所形成的子激光的相位具有随机性，因而使得上述在任一位置处发生相干叠加的多个子激光在干涉过程中可相互抵消其光强中的干涉项(激光散斑发生的来源)，进而抑制了位于远场照明区域中的显示区域的激光散斑。
以下以平面波激光为例，对本申请的实施方式涉及的激光散斑抑制原理进行举例说明。
具体地，由于平面波激光的频率和初始相位相同，因而在分析激光散斑时可只考虑平面波激光的复振幅。可将平面波激光的复振幅标记为E，将其复振幅的复共轭标记为E*。平面波激光通过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121后，可被分割成许多截面非常小且相位随机分布的子激光，子激光的复振幅可标记为En，其中n为正整数。
在子激光到达位于远场照明区域的显示区域后，显示区域中任一位置的光强为照射在该位置的所有子激光的光强的相干叠加。根据光学理论，对多光束干涉而言，干涉后总的光强可满足：
其中，I表示显示区域的任一位置所有子激光的总光强，n为显示区域的任一位置所有子激光的个数，En为显示区域的任一位置的第n个子激光的复振幅，以及表示显示区域的任一位置的第n个子激光的复振幅的复共轭。
进一步地，公式(2)还可变形为：
其中，I表示显示区域的任一位置所有子激光的总光强，i为显示区域的任一位置的第i个子激光，Ei为第i个子激光的复振幅，表示第i个子激光的复振幅的复共轭，j为显示区域的任一位置的第j个子激光，Ej为第j个子激光的复振幅，/>表示第j个子激光的复振幅的复共轭，以及θij表示第i个子激光的相位和第j个子激光的相位之间的相位差。
在公式(3)中，为显示区域的任一位置所有子激光的光强的干涉项，其为激光散斑产生的来源。此外，为简化分析起见，可认为由平面波激光形成的每个子激光在显示区域的任一位置的振幅近似相等，即|Ei|＝|Ej|＝|Eu|。因而，可认为显示区域中任一位置处的所有子激光的光强分布均近似相等，故上述公式中光强的干涉项可变形为：
其中，Iinterference表示显示区域的任一位置所有子激光的光强的干涉项，|Eu|表示显示区域的任一位置处任一子激光的振幅，以及θij表示显示区域的任一位置处第i个子激光的相位和第j个子激光的相位之间的相位差。
考虑到经过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121后形成的子激光的数量非常多，且每个子激光的截面非常小并具有随机的相位，因而，大量的子激光的随机相位可随机分布在0～2π之间，公式(4)可进一步变形为：
在公式(5)中，显示区域的任一位置处通过多个截面非常小并具有随机相位的子激光的干涉叠加，可实现换言之，显示区域中任一位置处的所有子激光的光强的干涉项可趋近于零，因而，通过在光源模块11发出的激光的光路中设置包括多个相位随机单元121的散斑抑制模块12，可达到了抑制激光散斑的效果。
进一步地，在本申请的一个实施方式中，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可具有相同的延伸长度(D)。由于同一散斑抑制模块12的相位随机单元121具有相同的延伸长度(D)，因而可简化制备激光散斑抑制系统的工艺步骤，并降低制备激光散斑抑制系统的成本。
此外，作为一种选择，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121也可具有不同的延伸长度(D)，本申请对此不作限定。
进一步地，在本申请的一个实施方式中，激光散斑抑制系统10可包括多个散斑抑制模块12。不同的散斑抑制模块12所包括的相位随机单元121可具有不同的延伸长度(D)。作为一种选择，不同的散斑抑制模块12所包括的相位随机单元121也可具有相同的延伸长度(D)，本申请对此不作限定。
此外，在本申请的一个实施方式中，可将光源模块11发出的激光的波长(λ)与相位随机单元121的延伸长度(D)之间的比值设置为1：0.1～100。换言之，激光的波长(λ)与延伸长度(D)之间的比值可为百分之一至百分之一千。
根据公式(1)，子激光的衍射角(θ)正比于上述比值(λ/D)，为使得光源模块11发出的激光通过相位随机单元121后发生衍射形成的子激光的衍射角(θ)更大，可将相位随机单元121的延伸长度(D)设置为接近光源模块11发出的激光的波长(λ)，以提高抑制激光散斑的效率，并增强抑制激光散斑的效果。
在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12可至少包括1000个相位随机单元121。具体地，散斑抑制模块12的数量可达到千量级，以使位于显示区域中任一位置发生相干叠加的子激光的数量变多，从而可提高激光散斑抑制系统抑制激光散斑的效率，并增强其抑制激光散斑的效果。
此外，作为一种选择，出于上述有益效果的考虑，散斑抑制模块12还可包括更多的相位随机单元121，例如可在散斑抑制模块12中设置百万量级数量的相位随机单元121，本申请对此不作限定。
再次参考图1，在本申请的一个实施方式中，相位随机单元121在光源模块11发出的激光的光路方向(x方向)还具有随机长度(H)。随机长度(H)可使通过相位随机单元121衍射形成的子激光附加随机的相位。
进一步地，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可具有不同的随机长度(H)，以使光源模块11发出的激光通过相位随机单元121能够衍射形成多个具有不同相位的子激光。
在本申请的一个实施方式中，可通过诸如玻璃等透明材料制备散斑抑制模块12，光源模块11发出的激光可通过透射的方式通过上述由透明材料制备的散斑抑制模块12。由于散斑抑制模块12中相位随机单元121沿激光的光路方向具有随机长度(H)，因而通过其中的子激光因实际光程的不同，可具有不同的相位。
此外，在本申请的一个实施方式中，相位随机单元121可具有随机折射率。随机折射率可使通过相位随机单元121而衍射形成的子激光附加随机的相位。
进一步地，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可具有不同的折射率，因而通过其中的子激光因实际光程的不同，可具有不同的相位。
应当理解的是，本申请考虑到激光的光程对相位的影响，通过将散斑抑制模块的相位随机单元设置为具有随机折射率或随机长度(沿激光光路方向的长度)的方式，使得激光通过相位随机单元衍射形成的子激光具有随机相位。然而本领域技术人员应理解，在不背离本申请的教导的情况下，还可通过调整相位随机单元的其他参数，以使通过相位随机单元衍射形成的子激光具有随机相位，本申请对此不作限定。
图2是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统10的结构示意图。
如图2所示，在本申请的一个实施方式中，激光散斑抑制系统10还可包括：显示模块13。光源模块11发出的激光通过散斑抑制模块12的相位随机单元121，衍射形成多个具有随机相位的子激光。可在多个子激光的光路上设置显示模块13的显示区域。作为一种选择，显示模块13可例如包括显示屏、投影仪等，本申请对此不作限定。
图3A是激光直接照射的实际效果图。图3B是使用图2所示的激光散斑抑制系统照射的实际效果图。
如图3A和3B所示，以波长(λ)例如为532纳米的激光为例，对激光直接照射文字内容的实际效果和以本申请至少一个实施方式提供的激光散斑抑制系统10照射文字内容的实际效果进行对比。
如图3A所示，若直接使用波长(λ)为532纳米的激光照射例如位于远场照明区域的文字，则很难通过该激光识别出上述文字的相关内容。
结合图2和图3B，作为一种选择，可根据待照射激光的波长(λ)为532纳米，将本申请提供的激光散斑抑制系统10中的相位随机单元121的延伸长度设置为例如3300纳米。此外，还可将待照射文字放置于显示模块13的显示区域。波长(λ)为532纳米的激光从光源模块11发出，经过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121，衍射形成多个具有随机相位的子激光。由于相位随机单元121的延伸长度(D)设置为波长量级，且子激光的衍射角(θ)正比于上述比值(λ/D)，因而上述具有随机相位的子激光具有大角度的衍射角(θ)。显示区域中的任一位置，例如待照射文字处，通过多个具有大角度衍射角(θ)、截面非常小且具有随机相位的子激光的干涉叠加，可实现位于该位置的所有子激光的光强的干涉项趋近于零(激光散斑的来源)，因而，通过本申请提供的激光散斑抑制系统可达到抑制激光散斑的效果，位于显示模块13的显示区域的待照射文字的内容通过上述多个子激光的干涉叠加后形成的光束的照射可被清楚地识别。
通过上述对比可知，本申请提供的激光散斑抑制系统，不但具有成本低廉和结构简单的优点，而且还可提高激光散斑抑制的效率并增强激光散斑抑制的效果。
应当理解的是，本申请以激光对显示模块进行照射的场景为例，对激光散斑抑制系统进行举例说明，然而，本申请提及的激光散斑抑制系统还可用于其他需要抑制激光散斑的场景，本领域技术人员可根据应用场景在激光散斑抑制系统中设置相关器件，本申请对此不作限定。
图4是根据本申请一个实施方式的激光散斑抑制系统10的光源模块11、散斑抑制模块12和显示模块13的位置示意图。图5是根据本申请另一实施方式的激光散斑抑制系统10的光源模块11、散斑抑制模块12和显示模块13-1和13-2的位置示意图。
在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12的相位随机单元121可为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
再次参考图2，作为一种选择，激光散斑抑制系统的10的相位随机单元121可例如为透射元件。激光散斑抑制系统10可包括光源模块11、散斑抑制模块12和显示模块13，其中散斑抑制模块12可沿光源模块11发出的激光的光路方向，设置在光源模块11与显示模块13之间，散斑抑制模块12可包括多个例如由透明材料制备的相位随机单元121。光源模块11发出的激光可通过透射的方式经过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121，衍射形成多个具有随机相位以及大角度的衍射角(θ)的子激光。
如图4所示，作为另一种选择，激光散斑抑制系统的10的相位随机单元121可例如为反射元件。激光散斑抑制系统10可包括光源模块11、散斑抑制模块12和显示模块13，其中光源模块11和显示模块13可设置在散斑抑制模块12的同侧，散斑抑制模块12可包括多个例如由反光材料制备的相位随机单元121。光源模块11发出的激光可通过反射的方式经过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121，衍射形成多个具有随机相位以及大角度的衍射角(θ)的子激光。
如图5所示，作为又一种选择，激光散斑抑制系统的10的相位随机单元121可例如为半反半透元件。激光散斑抑制系统10可包括光源模块11、散斑抑制模块12和显示模块13，其中显示模块13可例如包括两部分，显示模块13-1和显示模块13-2。光源模块11和显示模块13-1可设置在散斑抑制模块12的同侧，并且显示模块13-2与光源模块11可分别位于散斑抑制模块12的两侧。散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可通过例如镀膜的方式制备，以使其具有例如半反半透的光学性能。光源模块11发出的激光可通过透射和反射结合的方式经过散斑抑制模块12的多个相位随机单元121，衍射形成多个具有随机相位以及大角度的衍射角(θ1和θ2)的子激光。
然而本领域技术人员应理解，在不背离本申请的教导的情况下，相位随机单元还可选择上述光学元件的组合，或者选择其他元件形成，以使激光通过散斑抑制模块的相位随机单元后，可衍射形成多个具有随机相位以及大角度衍射角(θ)的子激光，本申请对散斑抑制模块以及其中的相位随机单元的结构、组成和制备方式不作限定。
此外，再次参考图1，在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12的相位随机单元121可包括激光入射面1211和激光出射面1212，其中光源模块11发出的激光可垂直于相位随机单元121的激光入射面1211入射，或者，光源模块发出的激光也可在不垂直于相位随机单元的激光入射面的方向入射，本申请对此不作限定。
作为一种选择，任意一个相位随机单元121的激光入射面1211和激光出射面1212中的至少之一可为曲面；作为另一种选择，任意一个相位随机单元121的激光入射面1211和激光出射面1212中的至少之一可为平面。换言之，在不背离本申请教导的情况下，可根据需要设置相位随机单元121的形状，本申请对此不作限定。
例如，可将位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121的激光入射面1211设置为平面，而通过诸如切割、细磨、精磨、抛光、清洗和镀膜等工艺中的至少一种对多个相位随机单元121的激光出射面1212进行加工，以使其为球面、非球面以及平面中的一种。
另外，在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12可通过一体成型工艺制备。具体地，可通过对一整体光学元件进行一次或分次加工，一体成型得到包括多个相位随机单元121的散斑抑制模块12。加工过程可例如包括：对上述整体光学元件进行切割、细磨、精磨、抛光、清洗和镀膜等工艺步骤。通过一体成型工艺制备散斑抑制模块12，可使光源模块11发出的激光经过其中时，受不良材料或工艺影响的概率变低。另外，上述一体成型工艺可简化制备激光散斑抑制系统的工艺步骤，并降低制备激光散斑抑制系统的成本。
图6是根据本申请一个实施方式的形成激光散斑抑制系统的方法20的流程图。
如图6所示，本申请还提供一种形成抑制激光散斑系统的方法20，该方法20可包括：
S21：形成包括多个相位随机单元的散斑抑制模块。
S22：将散斑抑制模块设置在激光的光路上，其中相位随机单元在垂直于激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度。
具体地，包括多个相位随机单元的散斑抑制模块设置在激光的光路上，激光经过散斑抑制模块的相位随机单元发生衍射，其中衍射形成的子激光的衍射角正比于激光的波长与相位随机单元的延伸长度之间的比值，该延伸长度为相位随机单元在垂直于激光的光路方向的维度的最大尺寸，并且任一相位随机单元的延伸长度可为激光波长的波长量级。
因而，激光通过相位随机单元衍射形成的子激光具有大角度的衍射角，而具有大角度衍射角的多个子激光可在位于远场照明区域的显示区域的任一位置发生相干叠加。同时，激光通过散斑抑制模块的相位随机单元后衍射所形成的子激光的相位具有随机性，因而使得上述任一位置发生相干叠加的多个子激光在干涉过程中可相互抵消其光强中的干涉项(激光散斑发生的来源)，进而抑制了位于远场照明区域中的显示区域的激光散斑。
本申请提供的形成激光散斑抑制系统的方法不但成本低廉、实现方法简单，而且还可提高激光散斑抑制的效率并增强激光散斑抑制的效果。
在本申请的一个实施方式中，激光波长与延伸长度的之间比值可为1：0.1～100。换言之，激光的波长(λ)与延伸长度(D)之间的比值可为百分之一至百分之一千。由于子激光的衍射角正比于激光波长与相位随机单元的延伸长度之间的比值，因而，为使得激光通过相位随机单元后发生衍射形成的子激光的衍射角更大，可将相位随机单元的延伸长度设置为接近激光的波长，以提高抑制激光散斑的效率，并增强抑制激光散斑的效果。
此外，根据本申请至少一个实施方式，散斑抑制模块可至少包括1000个相位随机单元。换言之，散斑抑制模块的数量可达到千量级，甚至百万量级，以使位于显示区域中任一位置发生相干叠加的子激光的数量变多。从而提高抑制激光散斑的效率，并增强抑制激光散斑的效果。
根据本申请至少一个实施方式提供的、形成激光散斑抑制系统的方法，相位随机单元在激光的光路方向可具有随机长度，以使激光通过相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
进一步地，作为一种选择，还可将位于同一散斑抑制模块的多个相位随机单元设置为具有不同的随机长度(激光的光路方向的长度)，以使激光通过相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的子激光。
此外，根据本申请一个实施方式提供的形成激光散斑抑制系统的方法，还可将相位随机单元设置为具有随机的折射率，以使激光通过相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光。
进一步地，作为一种选择，还可将位于同一散斑抑制模块的多个相位随机单元设置为具有不同的折射率，以使激光通过相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的子激光。
本申请考虑到激光的光程对相位的影响，通过将散斑抑制模块的相位随机单元设置为具有随机折射率或随机长度(沿激光光路方向的长度)的方式，使得激光通过相位随机单元衍射形成的子激光具有随机的相位。然而本领域技术人员应理解，在不背离本申请的教导的情况下，还可通过调整相位随机单元的其他参数，以使通过相位随机单元衍射形成的子激光具有相位随机，本申请对此不作限定。
另外，在本申请的一个实施方式中，可将位于同一散斑抑制模块的相位随机单元设置为具有相同的延伸长度(垂直于激光的光路方向的维度的长度)，以实现简化形成激光散斑抑制系统的工艺步骤，并降低制备激光散斑抑制系统的成本的目的。
此外，在本申请的一个实施方式中，可将散斑抑制模块的相位随机单元设置为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
进一步地，在本申请的一个实施方式中，还可将相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为曲面；或者将相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为平面。
本领域技术人员应理解，在不背离本申请的教导的情况下，相位随机单元还可选择上述光学元件的组合，或者选择其他元件形成，以使激光通过多个相位随机单元后，衍射形成多个具有随机相位以及大角度的衍射角的子激光，本申请对此相位随机单元的结构、组成和制备方式不作限定。
此外，在本申请的一个实施方式中，还可在激光散斑抑制系统中包括显示模块。激光通过相位随机单元衍射可形成多个具有随机相位的子激光，可将显示模块的显示区域设置在多个子激光的光路上。
另外，在本申请的一个实施方式中，可通过一体成型工艺制备散斑抑制模块。
具体地，可设定相位随机单元例如为透射元件，然后散斑抑制模块可通过对诸如玻璃等透明材料形成的整体光学元件进行加工。加工过程可例如包括：对上述整体光学元件进行切割、细磨、精磨、抛光、清洗和镀膜等工艺步骤中的至少一种。例如，可对整体光学元件的至少一面(激光入射面或激光出射面)进行加工，以形成多个小尺寸的相位随机单元。相位随机单元的延伸长度(在垂直于激光的光路方向的维度的最大长度)可根据激光照射区域(或显示区域)以及激光波长确定。
例如，根据激光照射区域(或显示区域)可确定用于照射该区域的光束(多个子激光)的衍射角度，并基于激光波长与随机相位的延伸长度之间的比值与子激光的衍射角度成正比，可反向推到确定随机相位的延伸长度。同一散斑抑制模块的多个相位随机单元的延伸长度可设置为相同，也可设置为不同。在将同一散斑抑制模块的多个相位随机单元的延伸长度相同时，可一次形成多个相位随机单元。在将同一散斑抑制模块的多个相位随机单元的延伸长度不同时，可分次形成多个相位随机单元。
换言之，通过例如对一整体光学元件进行一次或分次加工，可一体成型得到包括多个相位随机单元的散斑抑制模块。通过一体成型工艺制备散斑抑制模块，可使激光经过其中时，受不良材料或工艺影响的概率变低。另外，上述一体成型工艺可简化制备激光散斑抑制系统的工艺步骤，并降低制备激光散斑抑制系统的成本。
图7是根据本申请的一个实施方式的散斑抑制模块12的结构示意图。
如图7所示，本申请还提供一种用于抑制激光的散斑的散斑抑制模块12，散斑抑制模块12可包括：多个相位随机单元121(图中点划线所示部分)，其中相位随机单元在垂直于激光的光路方向(垂直于x方向)的维度具有波长量级的延伸长度(D)。
进一步地，在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12可至少包括1000个相位随机单元121。此外，作为一种选择，位于同一散斑抑制模块12的相位随机单元121可具有相同的延伸长度(D)。
另外，在本申请的一个实施方式中，相位随机单元121可为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。作为一种选择，相位随机单元121的激光入射面1211和激光出射面1212中的至少之一为曲面；或者相位随机单元121的激光入射面1211和激光出射面1212中的至少之一为平面。
此外，在本申请的一个实施方式中，相位随机单元121在激光的光路方向(x方向)可具有随机长度(H)。进一步地，作为一种选择，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可具有不同的随机长度(H)。
此外，在本申请的另一实施方式中，相位随机单元121可具有随机折射率。进一步地，作为一种选择，位于同一散斑抑制模块12的多个相位随机单元121可具有不同的折射率。
另外，在本申请的一个实施方式中，散斑抑制模块12可由一体成型工艺制备。
由于在上文中描述的激光散斑抑制系统的内容可完全或部分地适用于此部分描述的散斑抑制模块，因此与其相关或相似的内容不再赘述。
根据本申请至少一个实施方式提供的散斑抑制模块不但具有成本低廉、结构简单的优点，而且还可提高激光散斑抑制的效率并增强激光散斑抑制的效果。
尽管在此描述了激光散斑抑制系统及散斑抑制模块的示例性形成方法和结构，但可以理解，一个或多个特征可以从该激光散斑抑制系统及散斑抑制模块的结构中被省略、替代或者增加。此外，所举例的各层的材料仅仅是示例性。
以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (29)
1.一种激光散斑抑制系统，其特征在于，包括：
光源模块，用于发出激光；以及
散斑抑制模块，设置在所述激光的光路上，并包括多个相位随机单元；以及
显示模块，
其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光；以及
所述显示模块包括设置在远场照明区域中的显示区域，多个所述子激光在所述显示区域的任一位置处发生相干叠加。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的所述随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的所述子激光。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述相位随机单元具有随机折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的所述子激光。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的所述子激光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元具有相同的所述延伸长度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述波长与所述延伸长度的比值为1：0.1～100。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述相位随机单元为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为曲面；或者所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为平面。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，
所述散斑抑制模块由一体成型工艺制备。
11.一种形成激光散斑抑制系统的方法，其特征在于，包括：
形成包括多个相位随机单元的散斑抑制模块；以及
将所述散斑抑制模块设置在激光的光路上，
其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光；以及
多个所述子激光在远场照明区域中其光路的任一位置处发生相干叠加。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元设置为具有不同的所述随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的所述子激光。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述相位随机单元具有随机折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的所述子激光。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元设置为具有不同的折射率，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成多个具有不同相位的所述子激光。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元设置为具有相同的所述延伸长度。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，
所述波长与所述延伸长度的比值为1：0.1～100。
17.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，
所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
18.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，形成包括多个相位随机单元的散斑抑制模块包括：
通过一体成型工艺制备所述散斑抑制模块。
19.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述相位随机单元设置为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
20.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为曲面；或者将所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一设置为平面。
21.一种用于抑制激光的散斑的散斑抑制模块，其特征在于，包括：
多个相位随机单元，
其中，所述相位随机单元在垂直于所述激光的光路方向的维度具有波长量级的延伸长度，所述相位随机单元在所述激光的光路方向具有随机长度，以使所述激光通过所述相位随机单元衍射形成具有随机相位的子激光；以及多个所述子激光在远场照明区域中其光路的任一位置处发生相干叠加。
22.根据权利要求21所述的模块，其特征在于，位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的所述随机长度。
23.根据权利要求21所述的模块，其特征在于，所述相位随机单元具有随机折射率。
24.根据权利要求23所述的模块，其特征在于，
位于同一散斑抑制模块的多个所述相位随机单元具有不同的折射率。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的模块，其特征在于，
位于同一散斑抑制模块的所述相位随机单元具有相同的所述延伸长度。
26.根据权利要求21至24中的任一项所述的模块，其特征在于，
所述散斑抑制模块至少包括1000个所述相位随机单元。
27.根据权利要求21至24中的任一项所述的模块，其特征在于，
所述相位随机单元为反射元件、透射元件和半反半透元件中的至少之一。
28.根据权利要求21至24中的任一项所述的模块，其特征在于，
所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为曲面；或者所述相位随机单元的激光入射面和激光出射面中的至少之一为平面。
29.根据权利要求21至24中的任一项所述的模块，其特征在于，
所述散斑抑制模块由一体成型工艺制备。
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