专利名称：二维被动式二元相位调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光显示技术领域，具体为一种用于激光散斑抑制的二维被动式二元相位调制器。
背景技术：
当一束相干光(例如激光)透射过粗糙散射体或被粗糙散射体所反射时，在该散射体的粗糙表面会发生光波的干涉现象即散斑，所表现出的是颗粒状的明暗非均匀光强分布。在激光显示中，散斑的存在将会降低图像质量，因而必须被抑制。在 ‘Speckle Phenomena in Optics: Theory and Application，一书中，JosephW. Goodman对激光显示投影中的散斑抑制方法和装置进行了总结和分析，其中的一种方法为振动二元相位散射屏。该方法通过对投影到屏幕上的二元相位散射屏光场的二元相位调制，使屏幕上随机散斑光场的时域积分为光强叠加而非幅值叠加，进而可以有效地降低散斑对比度和达到抑制散斑的目的。基于上述理论，CN102193208A公开了一种用二元正交数组编码的二元相位调制器。如图5所示，是基于二元相位调制器的激光显示系统1，包括激光光源2、显示面板(例如数字微镜器件)3、聚光透镜5、投影镜6和二元相位调制器7。所述二元相位调制器7位于聚光透镜5和投影镜6的中间像平面上。显示面板3上生成的图像信息首先成像于二元相位调制器7上，然后通过投影镜6被投影于屏幕9上并被光探测成像元件11 (例如人眼)所扑捉。该二元相位调制器有两个相位调制状态‘0’相位态和‘ η ’相位态，它们分别对应于正交数组的‘I’和‘-1’元素值。但是，上述二元相位调制器在具体实践中存在缺点是，该二元相位调制器是由两个或多个一维二元相位散射屏叠加后所组成，并且这些一维二元相位散射屏彼此平行且距离非常接近。将这些彼此平行且距离非常接近的一维二元相位散射屏进行精确校准很困难，如果这些一维二元相位散射屏不能够精确校准，必然会影响到激光显示系统的散斑消除效果，所以现有的二元相位调制器不利于光学系统应用于实践。因此，有必要发明一种新型的二元相位调制器。
发明内容
本发明为了解决将由多个一维二元相位散射屏叠加而成的二元相位调制器进行精确校准极为困难，不利于光学系统应用于实践中的问题，提供了一种纵向和横向的二维被动式二元相位调制器。本发明是采用如下技术方案实现的
一种纵向二维被动式二元相位调制器， 包括透明的电光材料层，所述电光材料层的上表面布置有平行的第一组透明电极，所述第一组透明电极内的每个第一电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，电光材料层的下表面布置有平行的第二组透明电极，所述第二组透明电极内的每个第二电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，所述第一组透明电极和第二组透明电极在空间非零角度相交处形成相位单元；当外部显示面板上的图像信息成像于所述电光材料层上时，所述显示面板上的每一像素单元均对应于电光材料层上相应的固定区域，所述固定区域内包含有阵列为N1XN2的相位单元组，即显示面板上的每一像素单元在所述电光材料层上被相同地分割成阵列为N1XN2的相位单元组，所述N1表示相位单元组内对应的第一电极的数量，所述N2表示相位单元组内对应的第二电极的数量，所述K、N2是非零的正整数；在所述每个阵列为N1XN2的相位单元组内，N1个第一电极和N2个第二电极在各自电压信号源提供的随机变化电压信号控制下，使得入射于其上的每个相位单元的相干光的相位发生改变。工作时，在透射纵向二维被动式二元相位调制器的实现方式上，可通过对电极施加电信号改变电光材料的折射率进而来调制相干光，例如激光，的相位。仅仅作为一个例子，如
图1所示，是基于透明电光材料(如PLZT)的纵向二维被动式二元相位调制器。这里，纵向指的是激光透射方向和施加电场方向相同。所述PLZT (锆钛酸铅镧陶瓷)是属于PZT锆钛酸铅系压电陶瓷。Haertling G. H.在1970年用球磨和热压烧结工艺制备了透明的PLZT铁电陶瓷电光材料，其光学特性可通过施加电场而改变，被用于各种电光存储器和显示设备中。通入第一组透明电极和第二组透明电极的信号源可以是随机变化的电压控制信号，使得在人眼积分时间内，每个N1XN2的相位单元组随机地改变相干激光的相位，这样达到消除散斑的目的。优选地，所述第一组透明电极和第二组透明电极正交，即成90°的夹角。所述N1=N2。在所述每个阵列为N1X N2的相位单元组内，通入N1个第一电极和N2个第二电极的电压信号为由二元正交数组控制的周期方波电压信号。具体工作时，作为一个例子，如图1、5所示，当外部显示面板上的图像信息成像于所述电光材料层上时，显示面板上的每个像素单元对应地在电光材料层上均被分割成阵列为3X3的相位单元组。垂直方向排列的第一组透明电极即列电极组(包括13. 1,13. 2,13. 3电极)内的每个第一电极对应连接有一个信号源(即13.1、13. 2、13. 3电极与列信号总线Cl、C2、C3——对应连接)；水平方向排列的第二组透明电极即行电极组(包括12. 1,12. 2、12. 3电极)内的每个第二电极对应连接有一个信号源(即12.1、12. 2、12. 3电极与行信号总线R1、R2、R3 —一对应连接)，进而每个像素单元可以通过对应的3X3的相位单元组实现实时编码。如图2所示，表示行信号的总线R1、R2、R3和列信号的总线C1、C2、C3在人眼的积分时间内的通入由二元正交数组控制的周期方波电压信号的变化情况。本发明所述相位调制器的工作机理如下仅仅作为一个3X3的相位单元组的方波控制信号的例子，列信号总线Cl、C2、C3由4X3 二元正交数组C[公式(I)中等号左侧的第二个数组]的行作为控制信号，行信号总线Rl、R2、R3由4X3 二元正交数组B[公式(I)中等号左侧的第一个数组]的行作为控制信号。这样，行信号总线R1、R2、R3和列信号总线C1、C2、C3分别对应于4X3二元正交数组B和C的行元素,二元正交数组B和C的克罗内克积(Kronecker Product)可生成如下公式(I)所示的16X9 二元正交数组D :
权利要求
1.一种二维被动式二元相位调制器，其特征在于包括透明的电光材料层，所述电光材料层的上表面布置有平行的第一组透明电极，所述第一组透明电极内的每个第一电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，电光材料层的下表面布置有平行的第二组透明电极，所述第二组透明电极内的每个第二电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，所述第一组透明电极和第二组透明电极在空间非零角度相交处形成相位单元；当外部显示面板上的图像信息成像于所述电光材料层上时，所述显示面板上的每一像素单元均对应于电光材料层上相应的固定区域，所述固定区域内包含有阵列为N1XN2的相位单元组，即显示面板上的每一像素单元在所述电光材料层上被相同地分割成阵列为N1XN2的相位单元组，所述N1表示相位单元组内对应的第一电极的数量,所述N2表示相位单元组内对应的第二电极的数量，所述K、N2是非零的正整数；在所述每个阵列为N1XN2的相位单元组内，N1个第一电极和N2个第二电极在各自电压信号源提供的随机变化电压信号控制下，使得入射于其上的每个相位单元的相干光的相位发生改变。
2.根据权利要求1所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于所述第一组透明电极和第二组透明电极正交，所述N1 = N2。
3.根据权利要求1或2所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于在所述每个阵列为N1X N2的相位单元组内，通入N1个第一电极和N2个第二电极的电压信号为由二元正交数组控制的周期方波电压信号。
4.根据权利要求3所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于还包括透明的介电材料层，所述布置有第一组透明电极和第二组透明电极的电光材料层置于所述介电材料层之上。
5.根据权利要求1所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于所述透明的电光材 料层由透明的液晶材料层替换。
6.一种二维被动式二元相位调制器，其特征在于包括透明的电光材料层，所述电光材料层内嵌入有平行的第一组电极，所述第一组电极内的每个第一电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，所述电光材料层的下表面布置有平行的第二组电极，所述第二电极组内的每个第二电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，所述电光材料层内还嵌入有与第二电极数量相等的若干组第三电极，所述每组第三电极成排布置、且与相应的同一第二电极连接，所述每个第一电极均与第三电极位置正对地置于每组第三电极中相邻的两个第三电极之间；所述每组第三电极中相邻的两个第三电极与置于其中的第一电极形成相位单元；当外部显示面板上的图像信息成像于所述电光材料层上时，所述显示面板上的每一像素单元均对应于电光材料层上相应的固定区域，所述固定区域内包含有阵列为N1XN2的相位单元组，即显示面板上的每一像素单元在所述电光材料层上被相同地分割成阵列为N1XN2的相位单元组,所述N1表示相位单元组内对应的第一电极的数量,所述N2表示相位单元组内对应的第二电极的数量，所述K、N2是非零的正整数；在所述每个阵列为N1XN2的相位单元组内，N1个第一电极和N2个第二电极在各自电压信号源提供的随机变化电压信号控制下，使得入射于其上的每个相位单元的相干光的相位发生改变。
7.根据权利要求6所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于所述第一组电极和第二组电极正交；所述N1 = N2 ;所述置于第一电极两侧的第三电极均呈直线排列。
8.根据权利要求6或7所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于在所述每个阵列为N1X N2的相位单元组内，通入N1个第一电极和N2个第二电极的电压信号为由二元正交数组控制的周期方波电压信号。
9.根据权利要求8所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于还包括透明的介电材料层，所述布置有第一组电极、第二组电极和第三电极的电光材料层置于所述介电材料层上。
10.根据权利要求6所述的二维被动式二元相位调制器，其特征在于所述透明的电光材料层由透明的液晶材料层替换。
全文摘要
本发明涉及激光显示技术领域，具体为一种用于激光散斑抑制的二维被动式二元相位调制器，解决了现有的二元相位调制器进行精确校准极为困难，不利于光学系统应用于实践中的问题。一种二维被动式二元相位调制器，包括透明的电光材料层，所述电光材料层的上表面布置有平行的第一组透明电极，所述第一组透明电极内的每个第一电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，电光材料层的下表面布置有平行的第二组透明电极，所述第二组透明电极内的每个第二电极与一个提供随机变化电压信号的信号源连接，所述第一组透明电极和第二组透明电极在空间非零角度相交处形成相位单元。本发明设计合理，有效抑制了激光散斑。
文档编号G02B27/48GK103033953SQ201210474610
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者仝召民, 陈旭远, 高文宏, 石云波 申请人:中北大学