专利名称：基于场致形变类聚合物的散斑消除装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及以相干光为光源的显示技术领域，具体是一种基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，主要针对激光显示技术及光学仪器中存在的光学散斑现象。
背景技术：
以激光为光源照射屏幕时，由于激光的相干性及屏幕的粗糙，导致人眼看到被散斑覆盖的图像，严重影响图像显示质量，阻碍观察者从图像中提取有用信息。因此，如何消除散斑一直是以激光为光源的光学仪器领域和显示技术领域中的研发热点。而就目前的研究结果来看，为消除散斑所用的方法大致可以分为两大类一、通过控制激光光源的时间相干性来降低散斑，其原理是通过调整激光波长(或者频率)及多波长光源产生沸腾散斑， 目前通过控制激光时间相干性成功消除光斑达到实用要求的技术方案基本上以多光源叠加为主；目前通过控制激光时间相干性成功消除光斑达到实用要求的技术方案基本上以多光源叠加为主；二、通过控制激光光束空间相干性消除散斑，是目前消除散斑的主要方法， 基本原理是调整激光光束中基元光波的相位分布，从而改变散斑的空间分布，将多个散斑图像在人眼积分时间内相叠加，得到一个光能分布均勻的图像，进而实现消除散斑的目的。 具体的方法有采用旋转散射体、振动屏幕、振动具有Hadamard图形散射体、高频振动光纤等。上述方法，或要借助机械振动，甚至需要高频或大幅振动，或要集成多光源，实现结构复杂、易损坏、成本高，更主要的是散斑消除效果不佳。也有未借助机械振动的技术方案，例如专利号为200820122639. 7的中国专利公开了“一种基于散射的消相干勻场装置”，要求使用含有直径必须小于入射光波长的十分之一的颗粒的散射媒体，以实现对入射激光形成瑞利散射。专利中利用无机盐或有机醇水溶液(如NaCl、KCl、KNO3或SiSO4水溶液)作为散射媒质，基于无机盐或有机醇水溶液的存在形式是水合离子或大分子，相对于激光波长小很多，会对入射激光形成瑞利散射，以此实现入射激光分束，并在光导管内传导，以期降低入射激光的相干性来消除散斑，同时利用光导管的混光作用，将上述分束光进行勻化来勻场消相干。但按该申请所述技术方法进行试验，在室温下，利用长度仅为50mm、充满饱和NaCl水溶液的光导管消除散斑，结果的散斑对比度为70%，几乎没有起到降低散斑的作用。
发明内容本实用新型为了解决现有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、实现结构复杂、易损坏、成本高等问题，提供了一种基于场致形变类聚合物的散斑消除装置。本实用新型是采用如下技术方案实现的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，包括内壁为反射镜面的导光管、设置于导光管内的场致形变类聚合物(该类聚合物在相应外场驱动下，会发生形变，所述外场一般指电场和磁场)、用于产生驱动管内聚合物形变所需外场的致动装置；场致形变类聚合物与导光管内壁间留有空隙；所述致动装置包含至少两个设置于导光管内或管外的外场施加组件。
3[0006]所述场致形变类聚合物为电致形变类聚合物，相应致动装置为电场发生装置，电场发生装置的外场施加组件-成对设置的电极板设置于导光管内或管外；置于导光管内的电极板采用“镜面”电极板(即电极板表面具有高反射率特性，能 “全反射”入射于导光管内的激光光束)，沿导光管内壁固定设置；所述场致形变类聚合物为磁致形变类聚合物，相应致动装置为磁场发生装置，磁场发生器的外场施加组件-电磁铁设置于导光管外；应用时，如图2、3所示，将激光光束经光学透镜扩束，并由导光管一端入射管内， 部分透射聚合物，在导光管内壁反射，再入射聚合物；部分在聚合物表面内反射，分束成多束强度不等的光束，经多次反射、透射后，由导光管另一端出射；在激光光束于导光管内传输的过程中，由致动装置产生相应外场，并控制其外场施加组件产生外场的顺序和强度大小，驱动导光管内的场致形变类聚合物发生丰富多样的连续形变，进而改变入射激光分束后在导光管内的传播方向和路径，使出射光的相位分布、出射角分布随机变化。经投影后，不同相位分布、出射角分布的出射光分别会对应产生一个散斑图像；在人眼积分时间 (50ms)内，多个散斑图像相叠加，就会得到一个光能分布均勻的图像，进而实现了消除散斑现象的目的。与现有技术相比，本实用新型以内置有场致形变类聚合物的导光管传输激光，以聚合物形变以及聚合物与导光管内壁间空隙的存在使得激光在传输过程中发生分束，并通过相应致动装置产生驱动场致形变类聚合物形变的外场，使场致形变类聚合物连续形变， 引起场致形变类聚合物表面形状、及其与导光管内壁间空隙大小的变化，进而随机改变分束后的激光在导光管中的传播方向和路径，使得入射导光管的激光在不同时间以不同的相位分布和散射角分布出射；从而改变投影后产生散斑的空间分布，使多个散斑图像在人眼积分时间内相叠加，得到一个光能分布均勻的图像，进而有效消除散斑。且经试验测试，应用本实用新型所述装置后，图像的散斑对比度可低于4%，图像的散斑对比度已低至3. 16%， 散斑消除效果极好；并可以通过对致动装置的控制，来增大场致形变类聚合物的形变量、形变频率，来提高散斑消除效果；另外，因导光管内壁为反射镜面，具有高反射率，使得入射激光的总体光能损失甚微，保证了激光的高利用率，并在激光的传输过程中实现了勻光目的； 本实用新型所述装置的各组成部分均为固态，不存在液体泄漏、悬浮液沉降等问题，性能稳定，安全可靠。此外，本实用新型所用导光管结构极为普通，场致形变类聚合物也极易获得， 且对应致动装置也极易制作，因此具有低造价的优势。本实用新型结构合理、紧凑，散斑消除效果好，易实现，造价低，激光利用率高，性能稳定，安全可靠，并具有勻光功能。
图1为本实用新型的一具体结构示意图；图2为场致形变类聚合物未发生形变时本实用新型所述装置内光束的传输状态示意图；图3为场致形变类聚合物发生形变时本实用新型所述装置内光束的传输状态示意图；图4为本实用新型所述装置在点扫描显示系统中的应用示意4[0016]图5为本实用新型所述装置在全帧显示系统中的应用示意图；图中101-入射激光；200-外场施加组件；300-散斑消除装置；301-导光管；302-空隙；303-扩散透镜；304、305、306_散斑
消除装置；400-场致形变类聚合物；501,502,503-激光器；504,505,506-镜子；601、602、603-信号源；700-透镜；701-中继透镜；702-光调制器DLP ；703-TIR棱镜；704-中继透镜； 705-TIR棱镜；706-光调制器DLP ；707-中继透镜；708-平面镜；709-TIR棱镜；710-光调制器DLP ；711-棱镜；712-微扫描镜；713、714、715_扩散透镜；800-屏幕。
具体实施方式
如图1所示，基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，包括内壁为反射镜面的导光管301、设置于导光管301内的场致形变类聚合物400 (该类聚合物在相应外场驱动下， 会发生形变，所述外场一般指电场和磁场)、用于产生驱动管内聚合物形变所需外场的致动装置；场致形变类聚合物400与导光管301内壁间留有空隙302 ；所述致动装置包含至少两个设置于导光管301内或管外的外场施加组件200。所述场致形变类聚合物400为电致形变类聚合物，相应致动装置为电场发生装置，电场发生装置的外场施加组件200-成对设置的电极板设置于导光管301内或管外；所述电极板采用ITO电极、或者金属电极、或者以MEMS技术加工获得的格栅式致动电极。置于导光管301内的电极板采用“镜面”电极板(即电极板表面具有高反射率特性，能“全反射”入射于导光管内的激光光束)，沿导光管内壁固定设置。所述场致形变类聚合物400为磁致形变类聚合物，相应致动装置为磁场发生装置，磁场发生器的外场施加组件200-电磁铁设置于导光管外。具体实施时，所述场致形变类聚合物400应选择对入射激光波段没有吸收的高分子聚合物，例如PDMS (polydimethylsiloxane)凝胶。为有效降低激光散斑对比度，提高激光散斑消除效果，可以在所述场致形变类聚合物中掺杂增强其形变能力的颗粒，例如掺杂有二氧化钛粒子的PDMS凝胶一用作电致形变类聚合物，掺杂有二氧化硅磁性微球、或者聚苯乙烯磁性微球、或者四氧化三铁磁性微球、或者三氧化二铁磁性微球的PDMS凝胶一用作磁致形变类聚合物；此外，掺杂颗粒的另一好处如掺杂颗粒的线度能引起入射激光发生米氏散射，进行散射分束，散射光束同样因外场对场致形变类聚合物的影响，而随机改变其在导光管中的传播方向和路径，使散射光出射时的相位分布、出射角分布随机变化，更利于消除散斑现象。本实用新型所述散斑消除装置能应用于激光投影显示技术中，例如可应用于点扫描投影(Raster-Scanned Displays)系统，如图4所示。信号源601、602、603根据二维图像上每个像素的信息分别调制三基色激光器501、502、503输出功率。三基色激光光束经镜子504、505、506和扩散透镜303同时耦合入射本实用新型所述散斑消除装置300，经调制后于投射出射面导出，通过透镜700和微扫描镜(kan Mirror) 712投影到屏幕800。在电信号的驱动下，微扫描镜712根据二维图像逐像素扫描到屏幕800上。本应用实例适用于点扫描的激光投影仪和激光电视显示。 如图5所示，可应用于全帧显示投影(Full-Frame Displays)系统，三基色激光器 501、502、503输出恒定功率激光光束，分别经扩散透镜714、713、715耦合导入本实用新型所述散斑消除装置305、306、304。经调制后，由中继透镜701、704、707，平面镜708及TIR 棱镜703、705、709汇聚到光调制器DLP 702、706、710。DLP 702、706、710根据每帧2维图像信息调制生成单色图像。三基色图像经棱镜711融和，由透镜700投影至屏幕800。本应用实例适用于基于DMD、LCOS等光调制器件的激光投影仪和激光电视显示。
权利要求1.一种基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于包括内壁为反射镜面的导光管(301)、设置于导光管(301)内的场致形变类聚合物(400)、用于产生驱动管内聚合物形变所需外场的致动装置；场致形变类聚合物(400)与导光管(301)内壁间留有空隙 (302)；所述致动装置包含至少两个设置于导光管(301)内或管外的外场施加组件(200)。
2.根据权利要求1所述的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于所述场致形变类聚合物(400)为电致形变类聚合物，相应致动装置为电场发生装置，电场发生装置的外场施加组件(200 )-成对设置的电极板设置于导光管内或管外。
3.根据权利要求2所述的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于所述电极板采用ITO电极、或者金属电极、或者以MEMS技术加工获得的格栅式致动电极。
4.根据权利要求2所述的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于置于导光管(301)内的电极板采用“镜面”电极板，沿导光管内壁固定设置。
5.根据权利要求1所述的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于所述场致形变类聚合物(400)为磁致形变类聚合物，相应致动装置为磁场发生装置，磁场发生器的外场施加组件-电磁铁设置于导光管外。
6.根据权利要求1所述的基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，其特征在于所述场致形变类聚合物(400)为对入射激光波段没有吸收的高分子聚合物，并掺杂有增强其形变能力的颗粒。
专利摘要本实用新型涉及以相干光为光源的显示技术领域，具体是一种基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，解决了现有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、实现结构复杂、易损坏、成本高等问题，基于场致形变类聚合物的散斑消除装置，包括内壁为反射镜面的导光管、设置于导光管内的场致形变类聚合物、用于产生驱动管内聚合物形变所需外场的致动装置；场致形变类聚合物与导光管内壁间留有空隙；所述致动装置包含至少两个设置于导光管内或管外的外场施加组件。本实用新型结构合理、紧凑，散斑消除效果好，易实现，造价低，激光利用率高，性能稳定，安全可靠，并具有匀光功能。
文档编号G02B27/48GK202075500SQ201120030848
公开日2011年12月14日 申请日期2011年1月29日 优先权日2011年1月29日
发明者张文栋, 石云波, 陈旭远, 高文宏 申请人:中北大学