消散斑装置及方法与流程

1.本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种消散斑装置及方法。


背景技术：

2.激光是广泛应用的一种光源，其具有诸多优点。但激光的高相干性造成的散斑效应是激光显示中必须要解决的关键技术问题之一。当一束连续的相干激光打在磨砂玻璃或者墙壁等粗糙表面时，观察者就能看到光强明暗分布且带有颗粒状的点，称之为散斑。激光散斑形成的本质是发生了干的干涉。
3.散斑的存在降低了图像质量，影响人们从图像中提取所需要的信息，因而必须被抑制。
4.传统的激光消散斑方法，多数为机械转动，像电动旋转/振动散射片、导光管、光纤等，机械振动会产生噪声、或造成系统不稳定。


技术实现要素：

5.本发明目的在于公开一种消散斑装置及方法，以提高图像质量。
6.为达上述目的，本发明公开一种消散斑装置，包括：
7.线性偏振片；
8.多模光波导；
9.位于所述线性偏振片与所述多模光波导之间的透镜，所述透镜的数值孔径小于所述多模光波导的数值孔径，用于将入射到不同扫描位置点的光束汇聚到所述多模光波导；
10.位于所述线性偏振片与所述透镜之间的至少两组级联组件，各组级联组件包括靠光源侧的可变相位延迟器和靠所述透镜侧的偏振光栅；各所述偏振光栅用于将左旋圆偏振光偏转成右旋圆偏振光、将右旋圆偏振光偏转成左旋圆偏振光及将线性偏振光偏转成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；各可变相位延迟器的快轴方向与所述线性偏振片的透射方向成45
°
，用于根据施加电压的幅值切换对应改变对入射偏振光所产生相位延迟量的相应变化；
11.对各相位延迟器的施加电压进行同步状态切换控制的主机，其中至少一种同步状态使得级联后同时投射到所述透镜上的偶数个不同扫描位置点的出射光束中，一半位置为左旋圆偏振光、一半位置为右旋圆偏振光。
12.优选地，级联组件的总数为两组，第一组级联组件的第一可变相位延迟器用于：
13.在第一电压幅值下，用于将线性偏振光转换成左旋圆偏振光；
14.在第二电压幅值下，用于维持线性偏振光的偏振方向不变；
15.在第三电压幅值下，用于将线性偏振光转换成右旋圆偏振光；
16.第二组级联组件的第一可变相位延迟器用于：
17.在第四电压幅值下，用于将右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光，将左旋圆偏振光转换成右旋圆偏振光；
18.在第五电压幅值下，用于将右旋偏振光转换和左旋圆偏振光分别转换成线性偏振
光；
19.在第六电压幅值下，用于维持圆偏振光的旋转方向不变。
20.为达上述目的，本发明还公开一种应用于上述消散斑装置中的消散斑方法，具体包括以下步骤：
21.所述主机按状态循环周期分别设置各所述相位延迟器在周期内均匀分布的各切换点随时序对施加电压幅值执行阶跃变化的方波图；
22.然后根据相应的方波图对相应的相位延迟器进行相应的状态循环控制；
23.其中，所有所述相位延迟器的状态循环周期一致；其中，不同同步状态之间的切换频率高于人眼观测频率的阈值。
24.本发明具有以下有益效果：
25.至少一种同步状态使得级联后同时投射到所述透镜上的偶数个不同扫描位置点的出射光束中，一半位置为左旋圆偏振光、一半位置为右旋圆偏振光。在该同步状态下，由于发生干涉三要素(另外两个是同频率，恒定相位差)之一的振动方向相同被破坏，使得左旋圆偏振光和右旋圆偏振光只发生叠加却不发生干涉，从而降低散斑，散斑对比度从1降低到1/2。同时，配合扫描速度快于人眼的积分时间及整个同步状态的循环切换时序，从而能在视觉上使得人眼观测不到散斑并得到匀光的效果。
26.下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1是本发明实施例公开的消散斑装置的光路框架图。
29.图2是本发明实施例公开的一种可变延迟器在不同电压下的延迟量曲线图。
30.图3是本发明实施例公开的又一种可变延迟器在不同电压下的延迟量曲线图。
31.图4本发明实施例公开的双光束扫描时序图。
32.图5是本发明实施例公开的对应双光束扫描的偏振变化原理图。
33.图6本发明实施例公开的扫描时序图，即两可变相位延迟器所分别对应的电压幅值切换状态循环示意图。
34.图7是本发明实施例公开的对应图6的光束偏振变化原理图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
36.实施例1
37.本实施例公开一种消散斑装置，如图1所示，激光(laser)经偏振片(lp)生成线偏振光，再经过可变相位延迟器(vpr_1)，可变相位延迟器(vpr_1和vpr_2)的方位角与偏振片的方位角成45
°
或-45
°
，再经过偏振光栅(pzgs_1)，再经过可变相位延迟器vpr_2，同样方位角为45
°
或-45
°
，再经过第二个偏振光栅(pzgs_2)，再经透镜聚焦，耦合进多模光波导(mow)。
38.可变延迟器可以是液晶盒(电控双折射(ecb)、光学补偿弯曲排列(ocb/pi-cell)、聚合物分散液晶(pdlc)、扭曲向列型(tn)等)，也可以是电光晶体、声光晶体、磁光晶体等。不同电压下不同可变延迟器的延迟量曲线可参照图2和图3。
39.以下，以液晶盒(ecb)为例：
40.通过改变两个液晶盒的时序，可实现光斑在1和2，3和4之间双点切换。时序图如图4所示；对应时序图的偏振变化见图5。
41.消散斑原理：正交偏振光(光束1和2，3和4，共2束)将激光散斑的消光比降低至1/2，再加上角度多样性(切换速度＝50hz＞33hz)，最终可在多模光纤出射端口实现散斑抑制。
42.在本实施例中，值得说明的是：
43.1.为保证光效率，透镜的数值孔径na应小于多模光波导的na。
44.2.可单点/多点同时扫描，实现无序扫描，具体可参考图6和图7。
45.3.可继续增加液晶盒和偏振光栅，实现更大角度与光束数量，实现最大程度的消散斑。
46.综上，可推导得出本实施例公开的装置包括：线性偏振片、多模光波导、位于所述线性偏振片与所述多模光波导之间的透镜，所述透镜的数值孔径小于所述多模光波导的数值孔径，用于将入射到不同扫描位置点的光束汇聚到所述多模光波导。以及还包括：
47.位于所述线性偏振片与所述透镜之间的至少两组级联组件，各组级联组件包括靠光源侧的可变相位延迟器和靠所述透镜侧的偏振光栅；各所述偏振光栅用于将左旋圆偏振光偏转成右旋圆偏振光、将右旋圆偏振光偏转成左旋圆偏振光及将线性偏振光偏转成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；各可变相位延迟器的快轴方向与所述线性偏振片的透射方向成45
°
，用于根据施加电压的幅值切换对应改变对入射偏振光所产生相位延迟量的相应变化。以及还包括：
48.对各相位延迟器的施加电压进行同步状态切换控制的主机，其中至少一种同步状态使得级联后同时投射到所述透镜上的偶数个不同扫描位置点的出射光束中，一半位置为左旋圆偏振光、一半位置为右旋圆偏振光。
49.其中，优选地，级联组件的总数为两组，第一组级联组件的第一可变相位延迟器用于：在第一电压幅值下，用于将线性偏振光转换成左旋圆偏振光；在第二电压幅值下，用于维持线性偏振光的偏振方向不变；在第三电压幅值下，用于将线性偏振光转换成右旋圆偏振光。
50.第二组级联组件的第一可变相位延迟器用于：在第四电压幅值下，用于将右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光，将左旋圆偏振光转换成右旋圆偏振光；在第五电压幅值下，用于将右旋偏振光转换和左旋圆偏振光分别转换成线性偏振光；在第六电压幅值下，用于维持圆偏振光的旋转方向不变。
51.优选地，参照图6，所述第四电压幅值与所述第二电压幅值相等，所述第五电压幅值与所述第三电压幅值相等；藉此可降低主机对电压幅值切换电路的可变范围，能达到节约功耗的技术效果。
52.实施例2
53.与上述实施例相对应的，本实施例公开一种应用于消散斑装置中的消散斑方法，
包括以下步骤：
54.所述主机按状态循环周期分别设置各所述相位延迟器在周期内均匀分布的各切换点随时序对施加电压幅值执行阶跃变化的方波图；
55.然后根据相应的方波图对相应的相位延迟器进行相应的状态循环控制；
56.其中，所有所述相位延迟器的状态循环周期一致；其中，不同同步状态之间的切换频率高于人眼观测频率的阈值。
57.可选地，人眼观测频率的所述阈值为50hz。
58.综上，本发明上述实施例所分别公开的消散斑装置及方法，至少一种同步状态使得级联后同时投射到所述透镜上的偶数个不同扫描位置点的出射光束中，一半位置为左旋圆偏振光、一半位置为右旋圆偏振光。在该同步状态下，由于发生干涉三要素(另外两个是同频率，恒定相位差)之一的振动方向相同被破坏，使得左旋圆偏振光和右旋圆偏振光只发生叠加却不发生干涉，从而降低散斑，散斑对比度从1降低到1/2。同时，配合扫描速度快于人眼的积分时间及整个同步状态的循环切换时序，从而能在视觉上使得人眼观测不到散斑并得到匀光的效果。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。