CN201340489Y - 激光散斑消除装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供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，振动部分与所述光波导机械连接，用于改变所述激光在所述光波导中的传输模式。本实用新型的消除激光散斑的装置使用寿命较长；并且本实用新型的消除激光散斑的装置中的电磁铁上可以施加随机的脉冲电流信号，在这个随机的脉冲电流的驱动下，电磁铁产生随机变化的磁场，从而使永磁体带动光纤束的一段产生随机振动，这样在光纤束的出射端产生的激光散斑图样也在随机变化，在人眼的积分时间内这些随机变化的激光散斑图样进行平均后，得到的消散斑的效果比光纤束做有规则的振动的情况更加明显。

Description

激光散斑消除装置

技术领域

本实用新型属于激光领域，尤其涉及一种激光散斑消除装置。

背景技术

通常，激光具有单色性和定向性。利用这种特性，激光被应用于各种领域，如光通信、精密仪器使用、显示等。其中，利用激光作为光源的显示系统和显示方法的研究很活跃。

但是，在通过激光束作为光源显示图像的情况下，由于激光较好的相干性会导致产生激光散斑。激光散斑是在屏幕上随机产生局部亮度的现象，这种激光散斑会显著地降低图像显示质量，因此减少激光散斑是一项重要的任务。

一种减少激光散斑的方法是振动光纤。例如，日本特開2004-354671号、名称为“スペツクルパタ一ン分散装置及びレ一ザ光照射装置(散斑图样消除装置和激光辐射设备)”的公開特許公報中公开了一种利用振动光纤消除激光散斑的装置，如图1所示，其中振动马达6与多模光纤束4相接触，通过振动马达的振动实时改变多模光纤束4的形状，并且实时产生在多模光纤束4内部的激光束传输模式的波动。由于从多模光纤束4的出射端出射的激光束5的激光散斑图样是基于出射端的传输模式，所以激光散斑图样也实时改变。从观察者的角度意味着光强对时间的积分，如果激光散斑图样具有相对于积分时间足够短的周期的波动，则激光散斑图样将进行实时补偿，并且对于观察者，出射光在强度上得到了平均，因此从观察者的角度看激光散斑图样得到消除。

但是由于上述方案中利用振动马达使光纤振动产生形变，而振动马达的使用寿命短，超过寿命的振动马达必须更换，这增加了整个激光散斑消除装置以及带有这种装置的激光辐射设备的维护成本；另外因为振动马达在通电后振动频率已经固定，即上述方案中振动马达带动光纤束做有规律的振动，这就使在光纤束出射端产生的激光散斑图样也在有规律的变化，虽然在人眼的积分时间内这样有规律的变化足以使人眼分辨不出散斑，但是与无规律的变化相比，显然上述现有技术中的消散斑的效果要差。

发明内容

本实用新型提供一种使用寿命长并且能够有效消除激光散斑的激光散斑消除装置。

本实用新型的激光散斑消除装置包括：

光波导，用于传输所述激光；

电磁振动装置，所述电磁振动装置包括固定部分和振动部分，所述固定部分保持固定状态，所述振动部分与所述光波导机械连接，所述固定部分和所述振动部分通过电磁力的相互作用，以使得所述振动部分带动所述光波导发生振动。

上述技术方案中，所述固定部分和所述振动部分间的电磁力的强度是随机变化的，使得所述振动部分的振动方式为随机振动。

上述技术方案中，所述固定部分包括第一固定部分和第二固定部分，所述第一固定部分和所述第二固定部分相对的设置在所述振动部分的两侧。

上述技术方案中，所述激光散斑消除装置还包括重块，所述重块偏心设置在所述振动部分中。

上述技术方案中，所述电磁力是吸引作用力、排斥作用力或两者合力。

上述技术方案中，所述固定部分与所述振动部分之间弹性连接。

上述技术方案中，所述固定部分为电磁铁，所述振动部分为永磁体或可磁性物体。

上述技术方案中，所述固定部分为永磁体或可磁性物质，所述振动部分为电磁铁。

上述技术方案中，所述光波导为多根光纤组成的光纤束。

上述技术方案中，所述光波导为一根光纤。

采用上述技术方案，具有如下技术效果：

1、本实用新型的消除激光散斑的装置中的各个部件使用寿命较长，因此提高了整个系统的使用寿命；

2、利用一对电磁铁可以更好的控制振动的频率，进一步提高消散斑的效果。

3、本实用新型的消除激光散斑的装置中的电磁铁上可以施加随机的脉冲电流信号，在这个随机的脉冲电流的驱动下，电磁铁产生随机变化的磁场，从而使光纤束的一段被带动产生随机振动，这样从光纤束出射的激光产生的激光散斑图样也在随机变化，在人眼的积分时间内这些随机变化的激光散斑图样进行平均后，消散斑的效果比光纤束做有规则的振动的情况更好。

附图说明

图1为现有技术中的利用振动马达振动光纤消除激光散斑的装置结构示意图；

图2A是本实用新型的消除激光散斑的装置的第一实施例的工作状态示意图，其中永磁体移动到了靠近第一电磁铁的位置；

图2B是本实用新型的消除激光散斑的装置的第一实施例的工作状态示意图，其中永磁体移动到了靠近第二电磁铁的位置；

图2C是本实用新型的消除激光散斑的装置的第一实施例的工作状态示意图，其中永磁体处于平衡状态；

图3是本实用新型的消除激光散斑的装置的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

图2A、2B和2C示出了本实用新型的消除激光散斑装置的一个实施例的三种工作状态的示意图。如图2C所示，本实施例中的消除激光散斑装置包括光纤束12，在位置P处附近固定于光纤束12的永磁体13和位于永磁体13两侧并且与永磁体13共轴放置且固定不动的第一电磁铁14、第二电磁铁15，第一电磁铁14和永磁体13之间由第一弹簧S11连接，第二电磁铁15和永磁体13之间由第二弹簧S12连接，永磁体13与光纤束12的固定方式可以采用永磁体13包裹住光纤束的一段，也可以采用光纤束12的一段粘接在永磁体13的一侧等其他机械连接的方式。第一电磁铁14与永磁体13的N极相对，第二电磁体15与永磁体13的S极相对。第一电磁铁14通电后，其朝向永磁体13的一端为S极；第二电磁铁15通电后，其朝向永磁体13的一端为N极。本实施例中，在第一电磁铁14和第二电磁铁15上均没通电时，整个系统处于平衡状态，如图2C所示，平衡状态下的永磁体13位于B-B线上，与永磁体13固定在一起的光纤束12不发生形变。上述第一电磁铁14、第二电磁铁15和永磁体13组成常见的电磁振动装置，在本实施例中固定不动的第一电磁铁14和第二电磁铁15可以称为固定部分，而永磁体13可以称为振动部分。

下面详细描述本实施例中的消除激光散斑装置的工作过程：

当第一电磁铁14通电而第二电磁铁15未通电时，其中一种情况如图2A所示，由于第一电磁铁14靠近永磁体13的一端为S极，而永磁体13靠近第一电磁铁14的一端为N极，所以第一电磁铁14和永磁体13之间产生吸引力，由于第一电磁铁14固定不动，所以永磁体13在吸引力的作用下，向第一电磁铁14的方向移动，即向A-A线移动，同时连接在第一电磁铁14和永磁体13之间的第一弹簧S11被压缩，而连接在第二电磁铁15和永磁体13之间的第二弹簧S12被拉伸。当第一电磁铁14断电时，第一电磁铁14的磁性消失，永磁体13与第一电磁铁14之间的吸引力消失，永磁体13受到被压缩的第一弹簧S11的推力和被拉伸的第二弹簧S12的拉力，向平衡状态时的位置移动，即向B-B线移动。

同样在第二电磁铁15通电而第一电磁铁14未通电时，其中一种情况如图2B所示，由于第二电磁铁15靠近永磁体13的一端为N极，而永磁体13靠近第二电磁铁15的一端为S极，所以第二电磁铁15和永磁体13之间产生吸引力，因为第二电磁铁15固定不动，所以永磁体13在吸引力的作用下，向第二电磁铁15的方向移动，即向C-C线移动，同时连接在第二电磁铁15与永磁体13之间的第二弹簧S12被压缩，连接在第一电磁铁14与永磁体13之间的第一弹簧S11被拉伸。当第二电磁铁15断电时，第二电磁铁15的磁性消失，永磁体13与第二电磁铁15之间的吸引力消失，永磁体13受到被压缩的第二弹簧S12的推力和被拉伸的第一弹簧S11的拉力，向平衡状态时的位置移动，即向B-B线移动。

上述过程中，由于光纤束12的位置P处附近固定在永磁体13上，所以在永磁体13在A-A线、B-B线和C-C线之间运动的同时，光纤束12的位置P处附近的一段也跟着运动。在第一电磁铁14和第二电磁铁15上施加时间上交替的随机脉冲电流信号时，永磁体13就带动光纤束12的位置P处附近一段随机振动，这就使得从光纤束12一端入射的激光光束11在其内部产生相位上的随机变化，使从光纤束12的输出端输出的激光光束16的相干性显著降低，从而减弱形成的激光散斑的程度。

上面的方案中第一电磁铁14和第二电磁铁15通电后时间交替地对永磁体13产生吸引力作用，这只是可以实现永磁体13随机振动的一种方式，除此之外还有很多其他方式，例如：

一种替代的方式：和上述实施例类似，只是将利用电磁铁的吸引力改为利用排斥力，即使第一电磁铁14和第二电磁铁15对永磁体13产生时间交替的排斥力。将吸引力改为排斥力的方法，可以为在实施例1的基础上，在不改变施加在电磁铁上的电流方向的前提下使第一电磁铁14和第二电磁铁15各自的N极和S极调换位置或者将永磁体13的N级和S级调换，还可以在不改变电磁铁的位置的前提下，改变第一电磁铁和第二电磁铁上施加的电流方向即可。

另一种替代的方式：使第一电磁铁14和第二电磁铁15分别对永磁体13产生相反方向的作用力，例如第一电磁铁14通电后与永磁体13之间产生吸引力，而第二电磁铁15通电后与永磁体13之间产生排斥力。第一电磁体14的吸引力和第二电磁体15的排斥力均使永磁体13朝向A-A线移动。然后，同时改变第一电磁体14和第二电磁体15上的电流方向，于是第一电磁体14对永磁体13产生排斥力且第二电磁铁15对永磁体13产生吸引力，如此在第一电磁体14和第二电磁体15上同时设置相同的但是无规则的脉冲电流信号，从而使永磁体13产生随机振动。

由于本实施例中的消除激光散斑的装置的组成部件以及振动方式决定了本实用新型的消除激光散斑装置寿命较长，因此提高了本装置所用于的激光系统的使用寿命。

另外，本实施例中的永磁体13还可以用可磁性材料构成的可磁性物体替代，例如铁块。在永磁体13被可磁性物体替代时，即可磁性物体充当振动部分时，施加在第一电磁铁14和第二电磁铁15上的随机脉冲电流信号在时间上互相交替，且对第一电磁铁14和第二电磁铁15上施加的电流方向没有任何限制。这样可磁性物体可以在交替的吸引力的作用下做随机振动，从而达到减弱激光散斑程度的目的。

还应该指出，本实施例中传输激光的介质为多根光纤组成的光纤束，而实际上也可以只采用一根光纤。

实施例2

图3示出了本实用新型的消除激光散斑装置的另一个实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例中的消除激光散斑装置包括光纤束22和与光纤束22的一段固定在一起的永磁体23和位于永磁体23两侧的第一电磁铁24和第二电磁铁25，其中永磁体23的偏离自身中心位置设置有重块27，由于重块27的原因使得永磁体23的重心偏离原来的几何对称中心，第一电磁铁24和第二电磁铁25的轴线垂直于永磁体N极和S极的连线，并分别设置在永磁体23的两侧，而且第一电磁铁24靠近永磁体23的N极一端，而第二电磁铁25靠近永磁体23的S极一端，第一电磁铁24与永磁体23的N极一端之间由第一弹簧S21连接，第二电磁铁25与永磁体23的S极一端之间由第二弹簧S22连接，永磁体23与光纤束22的固定方式可以采用永磁体23包裹住光纤束的一段，也可以采用光纤束22的一段粘接在永磁体23的一侧等各种机械连接方式。第一电磁铁24通电后，其朝向永磁体23的N极的一端为S极，第二电磁铁25通电后，其朝向永磁体23的S极的一端为N极。上述第一电磁铁24、第二电磁铁25和永磁体23组成的常见的电磁振动装置，其中固定不动的第一电磁铁24和第二电磁铁25可以称为固定部分，而永磁体23可以称为振动部分。

下面详细说明本实施例中的消除激光散斑装置的工作过程：

当第一电磁铁24通电时，由于第一电磁铁24靠近永磁体23的N极一端为S极，所以第一电磁铁24和永磁体23的N极一端之间产生吸引力，由于第一电磁铁24固定不动，所以永磁体23的N极一端在吸引力的作用下，向第一电磁铁24的方向偏转，第一弹簧S21产生压缩形变；而当第二电磁铁25通电时，由于第二电磁铁25靠近永磁体23的S极的一端为N极，所以第二电磁铁25和永磁体23的S极一端之间产生吸引力，由于第二电磁铁25固定不动，所以永磁体23的S极一端在吸引力的作用下向第二电磁铁25的方向偏转。

由于永磁体23的重心偏离其几何对称中心，因此在第一电磁铁24和第二电磁铁25上施加同样的随机脉冲电流信号时，在第一电磁铁24和第二电磁铁25产生吸引力的作用下，永磁体23不是只绕着几何对称中心做转动，而是在各个方向上做随机振动，进而带动与永磁体23固定在一起的光纤束22的一段做随机振动，所以从光纤束22一端入射的激光光束21在其内部产生相位上的随机变化，使从光纤束22的输出端输出的激光光束26的相干性显著降低，从而减小了激光散斑的程度。

上述方案中利用了第一电磁铁24和第二电磁铁25同时对永磁体23产生吸引力，本领域技术人员应该能够理解，还可以使第一电磁铁24和第二电磁铁25与永磁体23之间的吸引力交替出现，同样也可以使通电后的第一电磁铁24和第二电磁铁25与永磁体23之间产生排斥力，也可以使一个电磁铁通电后与永磁体23之间产生吸引力，而另一个电磁铁通电后与永磁体23之间产生排斥力，同时，施加在第一电磁铁和第二电磁铁上的随机电流信号之间的时间关系可以没有限制，本领域技术人员应该能够理解上述的所有方式都能使得永磁体23产生随机振动，这样同样能够达到减小激光散斑程度的目的。

另外，本实施例中的永磁体23还可以用可磁性材料构成的可磁性物体替代，例如铁块。在永磁体23被可磁性物体替代时，即可磁性物体充当振动部分时，可磁性物体在第一电磁铁24和第二电磁铁25产生吸引力的作用下产生随机振动，也能够达到减弱激光散斑程度的目的。

还应该指出，本实施例中传输激光的介质为多根光纤组成的光纤束，而实际上也可以只采用一根光纤。

由于本实施例中的消除激光散斑的装置的组成部件寿命较长，因此提高了整个系统的使用寿命。

本发明中，采用电磁振动装置来带动光波导振动，这更有利于对振动方式的控制，尤其是有利于实现随机振动，而采用马达则不易实现。

应该说明的是，本发明中所使用的“消除散斑”这一术语是指使得光纤束出射的激光照在任意后续设备上之后所形成的相干散斑图样削弱至视觉可接受范围内，并非指绝对的消除。本发明中所使用的术语“可磁性物体”是指能够被电磁铁等磁性体吸引或排斥，从而产生相互作用力的物体。

此外，在上述实施例中，根据具体应用需要，还可以仅使用一个电磁铁，或者使用两个以上的电磁铁。或者可以在光纤束的多处设置可改变光纤束模式的永磁体(或可磁性物体)-电磁铁对。或者，电磁铁与永磁体的位置可以互换，即永磁体保持固定不动，电磁铁与光波导(光纤或光纤束等)机械连接并发生振动。

本发明中，给出了多种使永磁体(或可磁性物体)13产生随机振动的多种方式，可以理解，还可能存在其它的类似实现方式，但只要是通过利用电磁体所施加的磁性力作用从而使得永磁体(或可磁性物体)13发生随机振动的方式均不脱离本发明的精神和范围。此外，本发明的实施例中采用的是将光波导的一部分产生振动，当然让光波导的全部振动也同样可达到消相干的作用。

尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，但对于本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种激光散斑消除装置，其特征在于，所述激光散斑消除装置包括：光波导，用于传输所述激光；

电磁振动装置，所述电磁振动装置包括固定部分和振动部分，所述振动部分固定至所述光波导，所述固定部分与所述振动部分相对设置，所述振动部分带动所述光波导发生振动。

2.如权利要求1所述的激光散斑消除装置，其中所述固定部分包括第一固定部分和第二固定部分，所述第一固定部分和所述第二固定部分相对的设置在所述振动部分的两侧。

3.如权利要求2所述的激光散斑消除装置，其中还包括重块，所述重块偏心设置在所述振动部分中。

4.如权利要求2所述的激光散斑消除装置，其中所述第一固定部分与所述振动部分的相对端为磁同性或磁异性，所述第二固定部分与所述振动部分的相对端为磁异性或磁同性。

5.如权利要求2所述的激光散斑消除装置，其中所述第一固定部分和所述第二固定部分为电磁铁，所述振动部分为永磁体或可磁性物体。

6.如权利要求2所述的激光散斑消除装置，其中所述第一固定部分和所述第二固定部分为永磁体或可磁性物质，所述振动部分为电磁铁。

7.如权利要求1-6之一所述的激光散斑消除装置，其中所述固定部分与所述振动部分之间弹性连接。

8.如权利要求1-6之一所述的激光散斑消除装置，其中所述光波导为多根光纤组成的光纤束。

9.如权利要求1-6之一所述的激光散斑消除装置，其中所述光波导为一根光纤。

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