RU2304297C1 - Устройство подавления спеклов - Google Patents

Устройство подавления спеклов Download PDF

Info

Publication number
RU2304297C1
RU2304297C1 RU2006108710/28A RU2006108710A RU2304297C1 RU 2304297 C1 RU2304297 C1 RU 2304297C1 RU 2006108710/28 A RU2006108710/28 A RU 2006108710/28A RU 2006108710 A RU2006108710 A RU 2006108710A RU 2304297 C1 RU2304297 C1 RU 2304297C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
liquid crystal
modulating medium
director
spatial
Prior art date
Application number
RU2006108710/28A
Other languages
English (en)
Inventor
ев Виктор Васильевич Бел (RU)
Виктор Васильевич Беляев
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2006108710/28A priority Critical patent/RU2304297C1/ru
Priority to KR1020070027807A priority patent/KR20070095822A/ko
Application granted granted Critical
Publication of RU2304297C1 publication Critical patent/RU2304297C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
    • G02B27/1046—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with transmissive spatial light modulators
    • G02B27/1053—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with transmissive spatial light modulators having a single light modulator for all colour channels
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/113—Circuit or control arrangements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/147—Optical correction of image distortions, e.g. keystone

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптике. Устройство, содержащее драйвер управления и соединенный с ним пространственный фазовый модулятор, который содержит модулирующую среду, вертикальные и горизонтальные фигурные прозрачные электроды и электронные элементы управления коэффициентом преломления модулирующей среды. Пространственный фазовый модулятор разделен на пиксели и каждый пиксель находится в области пересечения вертикальных и горизонтальных электродов, при этом происходит формирование произвольного случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора за счет изменения пространственного и временного изменения случайного поля коэффициента преломления модулирующей среды. Технический результат - повышение надежности работы устройства, уменьшение габаритов, увеличение яркости изображения информации на экране. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам управления визуальными индикаторами, в частности к устройствам подавления спеклов, и может быть использовано в лазерных системах отображения и обработки оптической информации.
Существуют различные устройства подавления спеклов, которые используют в лазерных системах отображения и обработки оптической информации. Как правило, лазерная система отображения и обработки оптической информации включает в себя следующие части: источник света, который выполнен в виде лазера, испускающего поляризованное излучение, систему формирования изображения, которая содержит линзы, пространственно-временные модуляторы света (далее ПВМС), световые затворы, дефлекторы, поляризаторы и другие оптические элементы, а также драйверы ПВМС и экран, на поверхность которого проецируют изображение.
Одной из проблем, которая ухудшает качество изображения на экране, является спекл-структура, вызванная интерференцией света диффузно отраженного от поверхности элементов лазерного устройства отображения и обработки оптической информации.
Для подавления спекл-структуры предложены различные способы изменения пространственно-временной когерентности лазерного пучка света. Эти способы обычно включают в себя усреднение размеров и вариацию положения спекла, формирование оптической разности фаз спеклов, возникающих в одном и том же месте, но в разные моменты времени. Обычно временная задержка между разными лучами света превосходит время когерентности источника света, необходимое для подавления эффекта интерференции. Эти меры приводят к усреднению интенсивности спекла по площади экрана в разные моменты времени и, соответственно, к уменьшению контраста спекла
Известны различные подходы к решению проблемы минимизации спекл-структур.
В патенте США №5517263 [1] описана компактная проекционная система, которая содержит яркий источник поляризованного света, и пространственный модулятор света (ПВМС), который имеет ориентирующий слой для модуляции поляризованного проецируемого света, причем поляризация источника яркого поляризованного света согласована с направлением ориентации слоя таким образом, чтобы обеспечить распространение поляризованного света без его прохождения через поглощающие свет поляризаторы. Использование поляризованного лазерного источника совместно с точно подобранным световым затвором позволяет в значительной мере использовать ПВМС для формирования проецированного изображения. Таким образом, потери интенсивности в лазерной оптической системе уменьшают без использования фильтров и/или поляризаторов совместно со световым затвором. Недостатком данной проекционной системы является отсутствие возможности уменьшения контраста спекла при использовании лазера в качестве источника света.
В патенте США №6445487 [2] описана система и способ уменьшения или подавления интенсивности распределения спеклов в лазерном устройстве отображения и обработки оптической информации. В одном из вариантов изобретения радиочастотный сигнал направляют в полупроводниковый лазерный источник света проекционной системы для создания различных спекл-структур, которые смешивают в плоскости проекции. В других вариантах изобретения поступают следующим образом: используют оптическую обратную связь, чтобы вызвать в лазерном источнике света проекционной системы появление спекл-структур, которые смешивают в плоскости проекции; смещают длину волны лазерного источника света за счет эффекта Доплера для получения разных спекл-структур; используют отклоняющие средства для смещения непосредственно луча, чтобы уменьшить различимые спеклы. Так как глаз очень чувствителен к горизонтальным и вертикальным краям, но менее чувствителен к краям, расположенным под промежуточным углом, движение луча примерно под 45 градусов может уменьшить потери в ПВМС в вертикальном и горизонтальном направлениях. Недостатком данной системы уменьшения или подавления спеклов в лазерном устройстве является необходимость использования акустооптического модулятора света, имеющего большой продольный размер и сложную схему управления.
В патенте США №5272473 [3] описан экран дисплея, который в качестве устройства подавления спеклов содержит преобразователь, который генерирует поверхностные акустические волны (ПАВ), бегущие по плоскости экрана. Это приводит к уменьшению видимых лазерных спеклов из-за периодического изменения направления лазерного пучка света, отраженного от разных точек экрана. Недостатком рассматриваемого устройства является необходимость использования специального материала для поверхности экрана, что с учетом размера диагонали экрана от нескольких десятков сантиметров до метра и более существенно повышает его стоимость.
В патенте США №6122023 [4] приводят лазерный проекционный дисплей, изготовленный из жидкокристаллического материала (далее ЖКМ), для генерации изображения высокого разрешения без спеклов. Экран проекционного дисплея содержит ЖКМ, который выполнен с возможностью сильного рассеяния света в отсутствие поданного напряжения. Когда высокочастотный низковольтный сигнал подают на экран ЖК дисплея, локальная ориентация ЖК внутри ЖКМ вибрирует с частотой выше 60 Гц, что приводит к быстрому изменению спекл-структуры, при котором глаз не видит спеклов. Недостатком данного дисплея является необходимость создания экрана, содержащего ЖКМ и имеющего большую площадь (около 1 м по диагонали и более), что приводит к значительному увеличению стоимости экрана, увеличению требований к однородности оптических и электрооптических характеристик экрана, значительному увеличению энергопотребления экрана при работе проекционного дисплея. Кроме того, при рассеянии света на диспергированном ЖКМ происходят потери света.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для преобразования пространственной когерентности излучения моноимпульсного лазера, описанное в работе Е.Ivakin et al. Transformation of the special coherence of pulsed laser radiation in a delay time. Quantum Electronics, v.33, No.3, pp.255-258 (2003) [5]. Устройство содержит два расположенных последовательно эталона с нанесенными на их поверхности входными и выходными зеркалами. Отражательная способность входных зеркал на определенной длине волны излучения близка к единице, а отражательная способность выходных зеркал меняется ступенчато, в результате чего интенсивности последовательно расположенных выходящих пучков оказываются равными. Лазерное излучение направляют в первый эталон под малым углом к его оси, чтобы получить набор Р1 параллельных лучей света, пространственно разделенных вдоль горизонтальной оси. Данный набор лучей затем входит во второй эталон, который разделяет их в направлении вертикальной оси. Прямоугольная матрица лучей света, которые имеют временную задержку относительно друг друга, формируется на выходе второго эталона. Время задержки в первом эталоне определяется размером участков со ступенчато меняющейся отражательной способностью выходных зеркал, на которые разделяется эталон. Этот размер равен половине длины когерентности лазерного излучения или более. Соответствующий размер у второго эталона в P1 раз больше разбивки L1 первого эталона: L2≈P1L1. Лучи света, выходящие из второго эталона направляют линзой на стационарный модулятор случайных фаз. Вместо модулятора случайных фаз отдельные лучи могут быть объединены в многомодовом оптическом волокне (в этом случае отношение спекл-шум может быть дополнительно уменьшено) или в пучке оптических волокон. Контраст результирующей спекл-структуры будет уменьшаться с увеличением числа отдельных лучей. Данное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком прототипа является необходимость использования эталонов с высоким качеством поверхности и сложным распределением коэффициента отражения по их апертуре. Кроме того, при переотражениях света между поверхностями эталонов происходит его потеря, поэтому интенсивность света за модулятором случайных фаз меньше интенсивности исходного пучка перед первым эталоном.
Таким образом, устройства, в которых применяют акустические или акусто-оптические модуляторы для подавления спеклов имеют следующие недостатки:
- большие габариты, за счет большой величины кристаллов в модуляторах (несколько миллиметров),
- сложность управления из-за необходимости в сложном управлении пространственными модуляторами,
- недостаточная надежность из-за наличия механического смещения частей устройства в процессе его работы,
- высокая себестоимость.
Недостатки других перечисленных выше аналогов заявляемого устройства подавления спеклов заключаются в:
- большом количестве рабочего материала, обусловленном большим размером экрана, в котором применяется ЖК или ПАВ-материал;
- высоких требованиях к поверхности рабочего элемента;
- потере света;
- высокой стоимости изготовления.
Задачей заявленного изобретения является создание устройства подавления спеклов, которое обладает повышенной надежностью, уменьшенными габаритами, увеличенной яркостью изображения на экране и низкой себестоимостью изготовления.
Технический результат достигается за счет создания устройства подавления спеклов, которое содержит драйвер управления и соединенный с ним пространственный фазовый модулятор, который содержит выполненные в виде слоев первую и вторую подложки, расположенные напротив друг друга, модулирующую среду, расположенную между первой и второй подложками, а также два ориентирующих слоя, каждый из которых расположен между модулирующей средой и соответствующей подложкой, кроме того, первая подложка содержит вертикальные фигурные прозрачные электроды на ближайшей к модулирующей среде поверхности подложки, а вторая подложка содержит горизонтальные фигурные прозрачные электроды и электронные элементы управления коэффициентом преломления модулирующей среды на ближайшей к модулирующей среде поверхности подложки, причем пространственный фазовый модулятор разделен на пиксели и каждый пиксель находится в области пересечения вертикальных и горизонтальных электродов, при этом выходы драйвера управления соединены с электродами и электронными элементами управления коэффициентом преломления модулирующей среды пространственного фазового модулятора, причем драйвер управления выполнен с возможностью генерации выходных сигналов и подачи их на электроды и элементы управления, при этом происходит формирование произвольного случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора за счет изменения пространственного и временного изменения случайного поля коэффициента преломления модулирующей среды.
Для функционирования устройства важно, чтобы элементы управления были выполнены из элементов, выбранных из группы, включающей в себя тонкопленочные транзисторы и диоды.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя твердый монокристалл и полидоменный кристалл, в котором проявляется эффект Поккельса.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией и однородной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией и ориентацией, выбранной из группы, включающей в себя планарную твист- и супертвист-ориентации директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из нематического жидкого кристалла с отрицательной диэлектрической анизотропией и вертикальной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из нематического жидкого кристалла с анизотропией, выбранной из группы, включающей в себя положительную и отрицательную диэлектрическую анизотропию, который имеет гибридную ориентацию директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя сегнетоэлектрический и антисегнетоэлектрический жидкий кристалл с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя сегнетоэлектрический и антисегнетоэлектрический жидкий кристалла с вертикальной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы модулирующая среда была выполнена из сегнетоэлектрического жидкого кристалла в смектической А фазе с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
Для функционирования устройства важно, чтобы пространственно-временное изменение случайного поля величин фазовой задержки включало в себя вращение, выбранное из группы, содержащей периодическое и апериодическое вращение случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора.
Для функционирования устройства важно, чтобы пространственно-временное изменение случайного поля величин фазовой задержки включало в себя сдвиг случайного поля величин фазовой задержки, выбранный из списка, состоящего из периодического, непериодического горизонтального, вертикального, а также горизонтального и вертикального сдвига случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора.
Таким образом, заявляемое решение обеспечивает повышение надежности, уменьшение габаритов, увеличение яркости и снижение себестоимости изготовления за счет применения прозрачного пространственного фазового модулятора уменьшенных размеров, основанного на электрооптическом эффекте в монокристалле или жидкокристаллической среде с коэффициентом преломления, меняющимся под действием приложенного электрического сигнала, и устройства управления модулятором (драйвера управления), которое управляет фазовой задержкой луча света, проходящего через пространственный фазовый модулятор, в соответствии с заданным правилом, а также применения способа адресации органов управления устройства из модуляционного драйвера, включающего в себя формирование случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора и пространственного и временного изменения случайного поля в соответствии с заданным правилом.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.
Фиг.1 Схема устройства подавления спеклов, выполненного согласно изобретению.
Фиг.2 Схема пикселя пространственного фазового модулятора с нематическим жидким кристаллом (НЖК) в качестве рабочей среды, выполненная согласно изобретению.
Фиг.3 Поле значений фазовой задержки δ в матричном фазовом модуляторе: (3.1) начальные значения, (3.2) значения после сдвига на одну строку вверх.
Фиг.4 Схема лазерной системы отображения информации, в состав которой входит устройство подавления спеклов, выполненное согласно изобретению.
Структура устройства подавления спеклов показана на Фиг.1. Устройство управления спеклов включает в себя драйвер 1 управления и пространственный фазовый модулятор 2, который содержит выполненные в виде слоев первую подложку 3 и вторую подложку 4, расположенные напротив друг друга, модулирующую среду 5, расположенную между первой и второй подложками, а также два ориентирующих слоя 6 и 7, каждый из которых расположен между модулирующей средой 5 и соответствующей подложкой. Первая подложка 3 на внутренней, т.е. ближайшей к модулирующей среде 5, поверхности содержит вертикальные фигурные прозрачные электроды 8, а вторая подложка 4 на внутренней поверхности содержит горизонтальные фигурные прозрачные электроды 9 и электронные элементы управления коэффициентом преломления модулирующей среды, при этом выходы драйвера 1 управления соединены с электродами 8, 9 и электронными элементами управления коэффициентом преломления модулирующей среды пространственного фазового модулятора 2.
Выход драйвера 1 управления соединен с вертикальными 8 и горизонтальными 9 фигурными прозрачными электродами и элементами управления пространственного фазового модулятора. Драйвер 1 управления генерирует выходные сигналы, контролирующие фазовую задержку пучка 10 лазерного света, проходящего через пространственный фазовый модулятор 2 в соответствии с заданным правилом.
Модулирующая среда 5 с коэффициентом преломления, изменяемым под воздействием приложенного электрического сигнала драйвера 1 управления, может быть выполнена в виде монокристалла или жидкого кристалла. В твердом монокристалле или полидоменном кристалле зависимость изменения коэффициента преломления от приложенного к кристаллу напряжения известна как линейный или квадратичный Поккельс-эффект. В нематическом жидком кристалле (далее НЖК) с положительной диэлектрической анизотропией и однородной планарной ориентацией директора жидкого кристалла зависимость изменения коэффициента преломления под воздействием напряжения, приложенного к НЖК, известна как электрически управляемое двулучепреломление (далее ЭУД) или переход Фредерикса или S-эффект. В нематическом жидком кристалле с положительной диэлектрической анизотропией и планарной твист- или супертвист-ориентацией директора жидкого кристалла зависимость изменения коэффициента преломления от приложенного к НЖК напряжения известна как твист-эффект (далее ТЭ или TN) или супертвист-эффект (STN). В нематическом жидком кристалле с отрицательной диэлектрической анизотропией и вертикальной (гомеотропной) ориентацией директора жидкого кристалла зависимость изменения коэффициента преломления от приложенного к НЖК напряжения известна как эффект в вертикально ориентированном нематике (ВОН) или В-эффект. В сегнетоэлектрическом или антисегнетоэлектрическом жидком кристалле (далее СЖК и АСЖК соответственно) с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла зависимость изменения коэффициента преломления от приложенного к СЖК или АСЖК напряжения известна как поверхностно-стабилизированный режим (эффект Кларка-Лагерваля или SSFLC) или режим деформированной спирали в сегнетоэлектриках (далее ДСС или DHF) или V-образный режим. В смектической А фазе сегнетоэлектрических жидких кристаллов с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла зависимость изменения коэффициента преломления от приложенного к СЖК напряжения известна как электроклинный эффект.
Поверхность пространственного фазового модулятора 2 разделена на пиксели. Размер пикселя, т.е. элемента разрешения, пространственного фазового модулятора определяется размерами области пересечения электродов строки и столбца для пассивно управляемых модуляторов или размером области, управляемой элементом управления, например, тонкопленочным транзистором или диодом, для активноматричных управляемых модуляторов. Структура пикселя пространственного фазового модулятора 2 с нематическим жидким кристаллом (НЖК) в качестве модулирующей среды 5 показана на Фиг.2. Внутренние поверхности подложек 3 и 4 покрыты фигурными прозрачными электродами 8 и 9 соответственно. Ориентирующие слои 6 и 7, нанесенные на фигурные прозрачные электроды 8 и 9 соответственно, задают тип ориентации НЖК. Драйвер 1 управления, соединенный с фигурными прозрачными электродами 8 и 9 соответственно, генерирует электрический сигнал, который переориентирует директор жидкого кристалла (далее ЖК) модулирующей среды 5, если электрическое напряжение выше, чем пороговая величина напряжения электрооптического эффекта Uth. Изменение показателя преломления ЖК приводит к фазовой модуляции луча света. Для данного пространственного фазового модулятора не требуются поляризаторы.
Наиболее глубокая модуляция коэффициента преломления как для твердого, так и для жидкого кристаллов возникает в случае, когда поляризация лазера параллельна главной оси кристалла. Для ненулевых значений угла между поляризацией лазерного излучения и главной осью кристалла, возникает дополнительная фазово-поляризационная модуляция лазерного луча. Для НЖК фазовая модуляция δ пропорциональна изменению коэффициента преломления ЖК δn, толщине ЖК слоя L и обратно пропорциональна длине волны лазерного луча λ (δ=2πδnL/λ). Значение фазовой модуляции от нуля до одной волны легко может быть достигнуто как в жидком, так и в твердом кристаллах.
На Фиг.3 показаны предварительно установленные значения величин фазовой задержки δij в матричном пространственном фазовом модуляторе. Случайное неоднородное поле δij задается драйвером модулятора. Предварительное установление поля δij с определенным временным и пространственным разрешением может приводить к смешиванию спекл-структуры из-за малого отклонения направления распространения лазерного луча или фазы или поляризации и, следовательно, к новому распределению спеклов на диффузном экране. Например, пространственный фазовый модулятор может выступать в качестве диффузора - элемента, который обычно смещается периодически пьезоэлектрическим преобразователем для подавления спекла. Это достигается путем смещения заданного поля δij в вертикальном или горизонтальном направлении на произвольное число рядов или столбцов (Фиг.3.2). Заданное поле также может вращаться периодически или не периодически без использования каких-либо механических элементов.
Наиболее простым вариантом применения изобретения является использование стандартной коммерческой пассивной или активной матрицы ЖК дисплея с твист-эффектом в качестве электрооптического эффекта. Поляризационная и компенсационная пленки при этом должны быть сняты с ЖК дисплея. Его пространственное разрешение примерно соответствует пространственному разрешению изображения, задаваемому системой формирования изображения. Для более глубокой фазовой модуляции направление НЖК директора на первой подложке такого дисплея должно быть повернуто на 45 градусов по отношению к направлению поляризации лазерного луча. Данное устройство имеет показатель частоты кадров 100 кадров в секунду. Некоторые ЖК мониторы имеют показатель частоты кадров до 200 Гц.
Самая глубокая фазовая модуляция возникает при использовании пространственного фазового модулятора в электрооптическом ЭУД-эффекте. Поляризация лазера параллельна главной оси жидкого кристалла. Чем больше двулучепреломление НЖК, тем выше фазовая модуляция. Обычно ЖК монитор имеет толщину ЖК слоя около 4 мкм. При двулучепреломлении Δn=0.15 фазовая задержка δ~2π, что удовлетворительно для заявленного изобретения.
Более высокая скорость электрооптического отклика ЖК достигается путем использования модулятора с СЖК или АСЖК.
Наименьшее время переключения электрооптического отклика (10-1000 нс) достигается в твердых монокристаллах с эффектом Поккельса и смектических А жидких кристаллах с электроклинным эффектом. Это время по величине наиболее близко ко времени когерентности луча света.
Периодическое смещение случайно неоднородного поля δij пространственного фазового модулятора на один ряд или столбец соответствует вибрации диффузера менее 100 Гц в существующих устройствах подавления спеклов. Если величина смещения возрастает, частота периодических вибраций поля или задержки фазы уменьшается за счет числа смещаемых рядов и столбцов. Для подавления спеклов типичный сдвиг не превышает 5-10 рядов или столбцов. Периодическое или не периодическое вращение поля величин фазовой задержки пространственного фазового модулятора может происходить с угловой скоростью 10-20 Гц, если весь цикл вращения изображения состоит из 5-10 промежуточных кадров.
На Фиг.4 показана схема лазерной системы отображения информации, в состав которой входит устройство подавления спеклов, выполненное согласно изобретению. Система подавления спеклов содержит лазер 11, систему формирования изображения 12, которая может содержать линзы, пространственно-временные модуляторы света (ПВМС), световые затворы, дефлекторы, поляризаторы и другие оптические элементы, а также заявленное устройство 2 подавления спеклов с драйвером управления (не показан) и экран 13.
Лазер 11 излучает пучок света, который входит в систему 12 формирования изображения. Система 12 формирования изображения может содержать линзы, пространственно-временной модулятор света (ПВМС) с драйвером ПВМС, который формирует расширенный пучок света с двумерным распределением интенсивности. Такое двумерное распределение интенсивности также может быть сформировано системой 12 формирования изображения, которая может содержать акусто- или электрооптический модулятор интенсивности пучка света и отклоняющую растровую систему (не показана на Фиг.4). Система 12 формирования изображения также может содержать световые затворы, дефлекторы, поляризаторы и другие оптические компоненты, которые необходимы для формирования двумерной картины.
Расширенный пучок света с двумерным распределением интенсивности проходит через пространственный фазовый модулятор устройства 2 подавления спеклов, при этом фаза пучка света претерпевает двумерную модуляцию в каждом пикселе модулятора в соответствии с заданным правилом.
Заявленное устройство обеспечивает уменьшение как пространственной, так и временной когерентности. Оно также обеспечивает деполяризацию пятна на экране. Эти факторы приводят к подавлению спеклов.
Заявленное устройство не требует механического перемещения его элементов, что повышает его надежность. По сравнению с существующими электромеханическими устройствами для подавления спеклов оно позволяет генерировать произвольное двумерное распределение фазовой задержки. Оно более гибкое и адаптировано для подавления случайных спекл-структур. По сравнению с существующими устройствами, основанными на акустооптической модуляции, предложенный пространственно-временной модулятор имеет очень малую толщину (1-2 мм и менее вместо 5-15 мм в устройствах аналогов) и небольшой пространственный размер (до 10×10 см).
Заявленное устройство легко и дешево в изготовлении, кроме того, оно не уменьшает яркость изображения на экране, поскольку пространственный фазовый модулятор прозрачен и не содержит поляризационных элементов.
Указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, поэтому специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (12)

1. Устройство подавления спеклов, содержащее драйвер управления и соединенный с ним пространственный фазовый модулятор, который содержит выполненные в виде слоев первую и вторую подложки, расположенные напротив друг друга, модулирующую среду, расположенную между первой и второй подложками, а также два ориентирующих слоя, каждый из которых расположен между модулирующей средой и соответствующей подложкой, кроме того, первая подложка содержит вертикальные фигурные прозрачные электроды на ближайшей к модулирующей среде поверхности подложки, а вторая подложка содержит горизонтальные фигурные прозрачные электроды и электронные элементы управления коэффициентом преломления модулирующей среды на ближайшей к модулирующей среде поверхности подложки, причем пространственный фазовый модулятор разделен на пиксели и каждый пиксель находится в области пересечения вертикальных и горизонтальных электродов, при этом выходы драйвера управления соединены с электродами и электронными элементами управления коэффициентом преломления модулирующей среды пространственного фазового модулятора, причем драйвер управления выполнен с возможностью генерации выходных сигналов и подачи их на электроды и элементы управления, при этом происходит формирование произвольного случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора за счет изменения пространственного и временного изменения случайного поля коэффициента преломления модулирующей среды.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы управления выполнены из элементов, выбранных из группы, включающей в себя тонкопленочные транзисторы и диоды.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя твердый монокристалл и полидоменный кристалл, в котором проявляется эффект Поккельса.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией и однородной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией и ориентацией, выбранной из группы, включающей в себя планарную твист- и супертвист-ориентации директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из нематического жидкого кристалла с отрицательной диэлектрической анизотропией и вертикальной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из нематического жидкого кристалла с анизотропией, выбранной из группы, включающей в себя положительную и отрицательную диэлектрическую анизотропию, который имеет гибридную ориентацию директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя сегнетоэлектрический и антисегнетоэлектрический жидкий кристалл с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из материала, выбранного из группы, включающей в себя сегнетоэлектрический и антисегнетоэлектрический жидкий кристалл с вертикальной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулирующая среда выполнена из сегнетоэлектрического жидкого кристалла в смектической А фазе с гомогенной планарной ориентацией директора жидкого кристалла между первой подложкой и второй подложкой.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пространственно-временное изменение случайного поля величин фазовой задержки включает в себя вращение, выбранное из группы, содержащей периодическое и апериодическое вращение случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пространственно-временное изменение случайного поля величин фазовой задержки включает в себя сдвиг случайного поля величин фазовой задержки, выбранный из списка, состоящего из периодического, непериодического горизонтального, вертикального, а также горизонтального и вертикального сдвига случайного поля величин фазовой задержки в пикселях пространственного фазового модулятора.
RU2006108710/28A 2006-03-21 2006-03-21 Устройство подавления спеклов RU2304297C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108710/28A RU2304297C1 (ru) 2006-03-21 2006-03-21 Устройство подавления спеклов
KR1020070027807A KR20070095822A (ko) 2006-03-21 2007-03-21 스페클 억제 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108710/28A RU2304297C1 (ru) 2006-03-21 2006-03-21 Устройство подавления спеклов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2304297C1 true RU2304297C1 (ru) 2007-08-10

Family

ID=38510902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006108710/28A RU2304297C1 (ru) 2006-03-21 2006-03-21 Устройство подавления спеклов

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20070095822A (ru)
RU (1) RU2304297C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103144114A (zh) * 2013-03-04 2013-06-12 哈尔滨工业大学 一种移动式顶撑机器人
RU2577802C2 (ru) * 2013-10-07 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "КОЛЬЦО" Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103144114A (zh) * 2013-03-04 2013-06-12 哈尔滨工业大学 一种移动式顶撑机器人
CN103144114B (zh) * 2013-03-04 2015-04-15 哈尔滨工业大学 一种移动式顶撑机器人
RU2577802C2 (ru) * 2013-10-07 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "КОЛЬЦО" Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070095822A (ko) 2007-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7250923B2 (en) Three-dimensional image display apparatus
US7310181B2 (en) Optical deflection device and optical deflection method that control occurrence of alignment defect
US20120147279A1 (en) Projection display apparatus
US9709877B2 (en) Video projector employing ferroelectric liquid crystal display
CA2366566C (en) Method and device for reducing speckle formation on a projection screen
JP2005070729A (ja) 双安定キラルスプレーネマチック液晶表示装置
US20030058385A1 (en) Liquid crystal display device
KR100348359B1 (ko) 액정표시장치
US7649610B1 (en) Method and device for reducing speckle formation on a projection screen
KR19980033500A (ko) 반사형 쌍안정 네마틱 액정 표시 장치
JP4550742B2 (ja) ２つの駆動信号を含む光変調装置
RU2304297C1 (ru) Устройство подавления спеклов
KR100412491B1 (ko) 반사형 강유전성 액정 표시장치 및 그 구동방법
Andreev et al. Speckle‐noise suppression due to a single ferroelectric liquid‐crystal cell
Andreev et al. Speckle suppression using a liquid-crystal cell
RU2430393C1 (ru) Сегнетоэлектрическая жидкокристаллическая дисплейная ячейка
RU2582208C2 (ru) Способ управления амплитудой и направлением электрического поля в слое жидкого кристалла, устройство для управления амплитудой и направлением электрического поля в слое жидкого кристалла и жидкокристаллический модулятор света
RU2373558C1 (ru) Способ модуляции фазы света и оптический модулятор для его осуществления
US7463228B2 (en) Fast switching dual-frequency liquid crystal cells and method for driving the same
Andreev et al. Electric-field-controlled light scattering in ferroelectric liquid crystals
Andreev et al. Novel FLC-materials open new possibilities for FLCoS based microdisplays and video projectors
US20120038842A1 (en) Phase Modulation Devices for Optical Applications
RU2340923C1 (ru) Жидкокристаллический пространственный модулятор света (варианты)
RU2561307C2 (ru) Способ пространственно неоднородной модуляции фазы света и оптический модулятор для его осуществления
RU2649062C1 (ru) Оптический модулятор

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190322