[实用新型]基于米氏散射及布朗运动的散斑消除装置

说明书

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，具体是一种基于米氏散射及布朗运动的散斑消除装置，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；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匀的图像，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匀场装置”，要求使用含有直径必须小于入射光波长十分之一的颗粒的散射介质，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ZnSO₄水溶液)作为散射介质，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，将上述分束光进行匀化来匀场消相干。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，提供了一种基于米氏散射及布朗运动的散斑消除装置。 

本实用新型是采用如下技术方案实现的：基于米氏散射及布朗运动的散斑消除装置，包括其上设有入射光耦合装置和透射出射面的封闭式光学反射腔，封闭式光学反射腔除透射出射面内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁（即内壁具有高反射率特性，能“全反射”入射于光学反射腔内的激光光束），封闭式光学反射腔内填有充满整个封闭式光学反射腔的溶液或溶胶，且溶液或溶胶内散布有其线度能引起入射激光发生米氏散射的介质粒子。 

应用时，如图3所示，由激光光源发射的激光光束经光学反射腔上的入射光耦合装置入射到光学反射腔内的溶液或溶胶中，与溶液或溶胶中散布的介质粒子作用发生米氏散射（如图2所示，当入射激光101照射介质粒子402发生米氏散射时，入射激光101散射后的散射光光强分布于一个很宽的角度范围内，主要集中于前向散射光104、105、106，一般占总散射90%以上；后向散射光102只占很小部分，通常小于10%；沿入射激光前进方向的散射光105光强最强，垂直方向的散射光103、107最弱，因此入射激光经介质粒子402散射后，分束成多个强度不等的散射光，同时散射光的散射角分布扩大），分束成多个强度不等的散射光，或经光学反射腔内壁反射，或再次与溶液或溶胶中散布的介质粒子作用发生米氏散射，散射光分束为更多的散射光，经多次米氏散射后，由光学反射腔的透射出射面出射；由于溶液或溶胶中介质粒子一直在做无规律的布朗运动，入射激光会与溶液或溶胶中运动的介质粒子随机作用发生米氏散射，使得各时刻入射激光的散射光会随机改变在溶液或溶胶中传播方向和路径，最终在光学反射腔出射面出射的散射光的相位分布、散射角分布随机变化。而不同时刻的出射散射光具有不同的相位分布、散射角分布，经投影后，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，会得到一个光能分布均匀的图像，进而实现了消除散斑现象的目的。