RU2658572C1 - Laser lighting - Google Patents
Laser lighting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658572C1 RU2658572C1 RU2017102363A RU2017102363A RU2658572C1 RU 2658572 C1 RU2658572 C1 RU 2658572C1 RU 2017102363 A RU2017102363 A RU 2017102363A RU 2017102363 A RU2017102363 A RU 2017102363A RU 2658572 C1 RU2658572 C1 RU 2658572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transparent
- electrodes
- lens
- dielectric
- light
- Prior art date
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
- 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
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока, и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для разрушения пространственной и временной когерентности, подавления спекла и в ряде других специальных применений, в оптико-механической промышленности, телевидении, печати, средствах связи, световолоконных коммутирующих и фильтрующих устройствах, быстродействующих строчных и матричных принтерах и других областях техники.The invention relates to light modulation by methods of controlling the intensity and phase characteristics of the light flux, and can be used for general-purpose laser light sources, including for destroying spatial and temporal coherence, suppressing speckle, and in a number of other special applications, in the optical-mechanical industry, television, printing, communications, fiber-optic switching and filtering devices, high-speed line and dot-matrix printers and other fields of technology.
Уровень техникиState of the art
Известен лазерный осветитель, содержащий вращающийся диффузор, шаговый мотор с колебательным движением и устройство управления [Akio Furukawa, NorihiroOhse, Yoshifumi Sato, Daisuke Imanishi, Kazuya Wakabayashi, Satoshi Ito, KoshiTamamura and Shoji Hirata, "Effective speckle reduction in laser projection displays", Proc. of SPIE Vol. 6911, 69110Т, (2008)].Known laser illuminator containing a rotating diffuser, a step motor with oscillatory motion and a control device [Akio Furukawa, NorihiroOhse, Yoshifumi Sato, Daisuke Imanishi, Kazuya Wakabayashi, Satoshi Ito, KoshiTamamura and Shoji Hirata, "Effective speckle reduction in laser projection displays" . of SPIE Vol. 6911, 69110T, (2008)].
Недостатком этого устройства является применение движущихся частей, большие габариты и потери света при подавлении спекла.The disadvantage of this device is the use of moving parts, large dimensions and light loss when suppressing speckle.
Известен также лазерный осветитель, содержащий вращающийся жгут оптоволокна, двигатель для вращения световолоконного жгута и устройство управления. Недостатком этого устройства является низкий уровень подавления спекла, большие потери в световом потоке лазерного излучения. [Mingjie Sun, Zukang Lu, "Speckle suppression with a rotating light pipe", Optical Engineering 49(2), 024202, 2010]. Известен лазерный осветитель, содержащий фазовую пластинку, представляющую собой фазовый дифракционный оптический элемент, на котором нанесены различные последовательности шумовых кодов, например, код Баркера, причем каждый оптический элемент сдвигает набег фазы света на ±π. [Victor Yurlov, Anatoly Lapchuk, Sangkyeong Yun, Jonghyeong Song and Haengseok Yang, "Speckle suppression in scanning laser display", Appl. Opt. Vol. 47, No. 2, (2008)]. Основной недостаток этого устройства - низкое подавление контраста спекла и невозможность использования перемещения фазового дифракционного рисунка, впечатанного в фазовую пластину.Also known is a laser illuminator comprising a rotating optical fiber tow, an engine for rotating the optical fiber tow, and a control device. The disadvantage of this device is the low level of speckle suppression, large losses in the luminous flux of laser radiation. [Mingjie Sun, Zukang Lu, "Speckle suppression with a rotating light pipe", Optical Engineering 49 (2), 024202, 2010]. A known laser illuminator comprising a phase plate representing a phase diffraction optical element on which various sequences of noise codes are applied, for example, a Barker code, wherein each optical element shifts the phase incursion of the light by ± π. [Victor Yurlov, Anatoly Lapchuk, Sangkyeong Yun, Jonghyeong Song and Haengseok Yang, "Speckle suppression in scanning laser display", Appl. Opt. Vol. 47, No. 2, (2008)]. The main disadvantage of this device is the low suppression of speckle contrast and the inability to use the movement of the phase diffraction pattern imprinted in the phase plate.
Наиболее близким изобретением является лазерный осветитель, содержащий модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления. (Патент №2577802, Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты), классы МПК7: G02F 1/00). Недостатком известного устройства является линейная структура электродов и невозможность непрерывного подавления спекла.The closest invention is a laser illuminator comprising a modulator and a control device, the modulator comprising a transparent electrically conductive layer coated with a transparent gel layer deposited on a first transparent substrate, and a system of i pieces of parallel tape grounding and control electrodes. (Patent No. 2577802, Speckle suppressor for laser radiation (options), IPC classes 7 : G02F 1/00). A disadvantage of the known device is the linear structure of the electrodes and the inability to continuously suppress speckle.
Техническая задача и технический результатThe technical problem and the technical result
Задачей настоящего изобретения является снижение шумов формируемого распределения излучения путем пространственного подавления спеклов. Техническим результатом является также расширение сферы применения лазерного осветителя.The objective of the present invention is to reduce the noise generated radiation distribution by spatial suppression of speckles. The technical result is also the expansion of the scope of the laser illuminator.
РешениеDecision
Поставленная задача решается с помощью лазерного осветителя, который содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света, осветительный объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, выходной объектив, при этом фазовый фильтр помещен в фокусе Фурье-объектива и перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке, причем модулятор содержит первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, и вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом прозрачных электродов на одной стороне, причем подложки расположены таким образом, что между гелеобразным слоем и электродами образуют зазор. При этом каждый электрод соединен электрически с устройством управления, которое содержит тактовый генератор, задающий последовательность импульсов напряжений на каждом электроде с возможностью сдвига напряжения на электродах на один и более такт. Подбирается четное число электродов более двух, и топология электродов покрывает световую апертуру второй диэлектрической прозрачной подложки, при этом все электроды электрически изолированы друг от друга, а последовательность импульсов напряжений от выходов устройства управления на входы прозрачных электродов подается по заданному закону в зависимости от количества прозрачных электродов. Фазовый фильтр выполнен в виде зеркала, и на оптической оси введена призма полного внутреннего отражения, оптически контактирующая с первой прозрачной диэлектрической подложкой.The problem is solved using a laser illuminator, which contains at least one coherent light source, a lighting lens, a modulator, a Fourier lens, a phase filter, an output lens, sequentially located on the optical axis, while the phase filter is placed in the focus of the Fourier lens and overlaps the luminous flux of laser radiation in the zero order, and the modulator contains a first dielectric transparent substrate with a transparent electrically conductive layer coated with a transparent gel-like layer on hydrochloric side, and a second transparent dielectric substrate with an array of transparent electrodes on one side, and the substrate are arranged in such a way that between the gel layer and the electrodes form a gap. Moreover, each electrode is electrically connected to a control device, which contains a clock generator that sets the sequence of voltage pulses on each electrode with the possibility of shifting the voltage across the electrodes by one or more clock cycles. An even number of electrodes is selected for more than two, and the topology of the electrodes covers the light aperture of the second dielectric transparent substrate, while all the electrodes are electrically isolated from each other, and the sequence of voltage pulses from the outputs of the control device to the inputs of the transparent electrodes is supplied according to a given law depending on the number of transparent electrodes . The phase filter is made in the form of a mirror, and a prism of total internal reflection is introduced on the optical axis, which is optically in contact with the first transparent dielectric substrate.
Для реализации устройства предлагается способ подавления спеклов в лазерных осветителях, отличающийся тем, что последовательно направляют свет от когерентного источника на объектив, модулятор, фурье-объектив, фазовый фильтр, размещенный в области фокуса фурье-объектива, выходной объектив, при этом на модулятор, содержащий первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом покрывающих световую апертуру прозрачных электродов на одной стороне, подают импульсы напряжений для рассогласования фазы светового потока.To implement the device, a method is proposed for suppressing speckle in laser illuminators, characterized in that the light from the coherent source is sequentially directed to the lens, modulator, Fourier lens, phase filter located in the focus area of the Fourier lens, an output lens, and to the modulator, containing the first dielectric transparent substrate with a transparent electrically conductive layer coated with a transparent gel-like layer on one side, the second dielectric transparent substrate with an array of light coatings an aperture of transparent electrodes on one side, voltage pulses are supplied to mismatch the phase of the light flux.
Описание чертежейDescription of drawings
На Фиг. 1 показана общая схема лазерного осветителя.In FIG. 1 shows a general diagram of a laser illuminator.
На Фиг. 2 показана конструкция модулятора.In FIG. 2 shows the design of the modulator.
На Фиг. 3 показана схема устройства управления с n электрическими выходами.In FIG. 3 shows a diagram of a control device with n electrical outputs.
На Фиг. 4 показаны два примера (А) и (В) топологии системы n прозрачных (непрозрачных) электродов различной конфигурации.In FIG. 4 shows two examples (A) and (B) of the topology of a system of n transparent (opaque) electrodes of various configurations.
На Фиг. 5 показан пример системы электрических напряжений на входных электродах 1-м, 2-м, 3-м, 4-м … n-м для создания бегущей непрерывной волны на свободной поверхности гелеобразного слоя; (а), (в) и (с) - примеры сдвига по фазе на один такт.In FIG. 5 shows an example of a system of electrical voltages at the input electrodes of the 1st, 2nd, 3rd, 4th ... nth to create a continuous traveling wave on the free surface of the gel-like layer; (a), (c) and (c) are examples of phase shift by one clock cycle.
На Фиг. 6 показана общая схема лазерного осветителя с введенной в оптический канал призмой полного внутреннего отражения.In FIG. 6 shows a general diagram of a laser illuminator with a prism of total internal reflection introduced into the optical channel.
Детальное описание решенияDetailed Solution Description
Лазерный осветитель (Фиг. 1, 2, 3, 4, 5) содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света 1, осветительный объектив 2, модулятор 3, Фурье-объектив 4, фазовый фильтр 5, выходной объектив 6, при этом фазовый фильтр 5 помещен в фокусе Фурье-объектива 4, а размер фазового фильтра 5 подобран так, что фазовый фильтр 5 перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке, причем модулятор 3 содержит нанесенную на первую диэлектрическую прозрачную подложку 7 прозрачный электропроводящий слой 8, покрытый прозрачным гелеобразным слоем 9, и систему n штук прозрачных электродов 11 заданной топологии, расположенных на второй диэлектрической прозрачной подложке 12 в одной плоскости и размещенных с зазором 10 над прозрачным гелеобразным слоем 9, и соединенных электрически с устройством управления 15, при этом n выходов устройства управления 15 соединены с n входами системы прозрачных электродов 11, при этом устройство управления 15 содержит тактовый генератор, задающий последовательность импульсов напряжений 16 на каждом электроде 11 с возможностью сдвига напряжения на электродах 11 на один и более такт, причем n - четное число не менее 4 (для создания бегущей волны), при этом произвольной формы топология системы n прозрачных электродов 11 покрывает световую апертуру 14 второй диэлектрической прозрачной подложки 12, при этом все n прозрачные электроды 11 электрически изолированы друг от друга, последовательность импульсов напряжений 16 от n выходов устройства управления 15 на n входов прозрачных электродов 11 подаются по заданному закону в зависимости от количества прозрачных электродов 11.The laser illuminator (Fig. 1, 2, 3, 4, 5) contains at least one
В качестве примера реализации изобретения устройство может содержать фазовый фильтр 5, выполненный в виде зеркала.As an example implementation of the invention, the device may include a
В качестве примера реализации изобретения устройство может содержать на оптической оси призму полного внутреннего отражения 17, оптически контактирующую с первой прозрачной диэлектрической подложкой 7.As an example implementation of the invention, the device may contain on the optical axis a prism of total
Когерентный источник света 1 (Фиг. 1) с помощью осветительного объектива 2 формирует на апертуре модулятора 3 (Фиг. 2) когерентное световое излучение.Coherent light source 1 (Fig. 1) using a
Устройство управления 15 (Фиг. 3) вырабатывает электрические импульсы (Фиг. 5), представляющие собой последовательность импульсов напряжений 16, которые приходят на вход системы прозрачных электродов 11 (Фиг. 4). Последовательность импульсов напряжений 16 формирует рельеф высотой от 0 до максимума, соответствующий набегу оптической фазы для данной длины волны, равной π, на прозрачном гелеобразном слое 9. Устройство управления 15 сдвигает на один такт последовательность импульсов напряжений 16. На поверхности прозрачного гелеобразного слоя 9 создается бегущая волна.The control device 15 (Fig. 3) generates electrical pulses (Fig. 5), which is a sequence of voltage pulses 16 that come to the input of the transparent electrode system 11 (Fig. 4). The sequence of voltage pulses 16 forms a relief with a height from 0 to a maximum corresponding to the optical phase incursion for a given wavelength equal to π on a transparent gel-
Бегущая волна представляет собой перестраиваемую дифракционную решетку, которая создает дифракционный спектр в плоскости, перпендикулярной оптической оси в месте расположения фазового фильтра 5.The traveling wave is a tunable diffraction grating, which creates a diffraction spectrum in a plane perpendicular to the optical axis at the location of the
Качество подавления спекла определяется скоростью бегущей волны и ее амплитудой. Дифрагированный свет, попадающий в первый и высшие порядки дифракции, не попадает на фазовый фильтр 5. Недифрагированный свет (нулевой порядок) перекрывается фазовым фильтром 5 и не попадает на выходной объектив 6. Таким образом, световой поток после выходного объектива 6 представляет собой скалярный поток, который не может вызвать спекл на любой шероховатой поверхности.The quality of speckle suppression is determined by the speed of the traveling wave and its amplitude. Diffracted light entering the first and higher diffraction orders does not fall on the
Поскольку топология системы прозрачных электродов 11 представляет собой пространственную структуру (Фиг. 4А и Фиг. 4В), то свет в плоскости фазового фильтра 5 дифрагирует во всех направлениях в отличие от прототипа.Since the topology of the
В другом варианте изобретения (Фиг. 1) устройство работает следующим образом.In another embodiment of the invention (Fig. 1), the device operates as follows.
Световое излучение нулевого порядка, попадая на фазовый фильтр 5, создает оптический шум. Применение фазового фильтра 5, выполненного в виде зеркала, позволяет устранить оптический шум, направив световое излучение нулевого порядка, например, на световую ловушку.Zero-order light radiation, incident on the
В другом варианте изобретение работает следующим образом (Фиг. 1 и 6).In another embodiment, the invention operates as follows (Figs. 1 and 6).
На оптической оси введена призма полного внутреннего отражения 17, оптически контактирующая с первой прозрачной диэлектрической подложкой 7. Призма полного внутреннего отражения 17 позволяет устранить оптический шум в лазерном осветителе благодаря тому, что световой поток не проходит через систему прозрачных электродов 11, попадая на Фурье-объектив 4.The total
Пример реализации изобретенияAn example implementation of the invention
Устройство по настоящему изобретению может быть выполнено следующим образом.The device of the present invention can be performed as follows.
В качестве когерентного источника света 1 могут быть использованы, например, полупроводниковые лазеры или лазеры на парах меди, золота, стронция, а также газовые лазеры. В качестве элементов устройства управления 15 могут быть использованы стандартные микросхемы или наборы микросхем, уровень интеграции зависит от технических требований устройств.As a
Система прозрачных электродов 11 может быть выполнена из окиси индия, алюминия, хрома, молибдена. В качестве остальных элементов и блоков могут быть использованы стандартные элементы и блоки. Зазор 10 можно выбрать, например, 10 мкм, а толщину прозрачного гелеобразного слоя 9, например, 45 мкм. Толщина прозрачных электродов 11 может быть выбрана от десятых до сотых долей микрона. Электрические сигналы, поступающие от устройства управления 15 на вход модулятора 3, могут быть, например, выбраны следующими: максимальное напряжение сигнала 15-20 Вольт, тактовая частота, например, 50 кГц.The system of
Прозрачный гелеобразный слой 9 приготавливают на основе полиорганосилоксана известными методами (Патент №2577802, Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты), классы МПК7: G02F 1/00).A transparent gel-
Первая диэлектрическая прозрачная подложка 7, вторая диэлектрическая прозрачная подложка 12, призма полного внутреннего отражения 17 должны быть выполнены из одного материала, например, из кварцевого стекла. Прозрачный электропроводящий слой 8 - из окиси индия.The first dielectric
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102363A RU2658572C1 (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Laser lighting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102363A RU2658572C1 (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Laser lighting |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2658572C1 true RU2658572C1 (en) | 2018-06-21 |
Family
ID=62713599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017102363A RU2658572C1 (en) | 2017-01-25 | 2017-01-25 | Laser lighting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2658572C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2770415C1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-04-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет пищевых производств" | Method and apparatus for fourier analysis of liquid light-transmitting media |
RU215216U1 (en) * | 2022-04-25 | 2022-12-02 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Multichannel pulsed laser illuminator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6445487B1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-09-03 | Eastman Kodak Company | Speckle suppressed laser projection system using a multi-wavelength doppler shifted beam |
WO2008087575A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Speckle reduction in a projection system |
US20130088723A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | Daniel Feldkhun | Systems and methods for suppressing coherent structured illumination artifacts |
RU2577802C2 (en) * | 2013-10-07 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОЛЬЦО" | Speckle suppressor for laser radiation (versions) |
-
2017
- 2017-01-25 RU RU2017102363A patent/RU2658572C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6445487B1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-09-03 | Eastman Kodak Company | Speckle suppressed laser projection system using a multi-wavelength doppler shifted beam |
WO2008087575A1 (en) * | 2007-01-19 | 2008-07-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Speckle reduction in a projection system |
US20130088723A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | Daniel Feldkhun | Systems and methods for suppressing coherent structured illumination artifacts |
RU2577802C2 (en) * | 2013-10-07 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КОЛЬЦО" | Speckle suppressor for laser radiation (versions) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2770415C1 (en) * | 2021-01-26 | 2022-04-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет пищевых производств" | Method and apparatus for fourier analysis of liquid light-transmitting media |
RU215216U1 (en) * | 2022-04-25 | 2022-12-02 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Multichannel pulsed laser illuminator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4011009A (en) | Reflection diffraction grating having a controllable blaze angle | |
US6950227B2 (en) | Electrically controlled variable thickness plate | |
CN107219685B (en) | Display device and display method of display device | |
JPWO2014087673A1 (en) | Optical input / output device | |
RU2658572C1 (en) | Laser lighting | |
JPH0264619A (en) | Electro-optic defelector | |
EA007586B1 (en) | Electro-optical transducer and jelly layer therefor, method for producing a jelly layer and a compound for carrying out said method | |
CN110554492A (en) | Method for operating an optical microscope with structured illumination and optical system | |
JP2004530166A (en) | Apparatus and method for processing light | |
JP5852198B1 (en) | Optical input / output device and control method thereof | |
US20190265076A1 (en) | Laser scanning method and apparatus | |
Dolfi et al. | Optical architectures for programmable filtering and correlation of microwave signals | |
JP2015025887A (en) | Optical input-output device | |
EP3712687B1 (en) | Optical pattern generation device | |
JP2014215317A (en) | Optical signal processing circuit | |
Ryu et al. | Development of acoustic-optic (AO) SLM applicable to 3D holographic dispay | |
CN112666719B (en) | Dispersion management method and dispersion management device based on aperiodic spectrum phase jump | |
CN111819490A (en) | Spatial light modulator, light modulation device, and method for driving spatial light modulator | |
STREIBL | Multiple beamsplitters | |
Schulze | Reconfigurable optical interconnections using dynamic optoelectronic holograms | |
RU2154291C1 (en) | Method for raising efficiency of linear optoelectronic digital-to-analog signal converter | |
SU924653A1 (en) | Device for spatial filtration | |
Kenan et al. | Applications of integrated optical spatial light modulators (IOSLM) to analog computation | |
JP2016130842A (en) | Light input/output device, and output light control method for the same | |
JP2023523158A (en) | Manipulation of electromagnetic radiation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200126 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211019 |