[实用新型]激光光束匀光整形消散斑装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于激光投影显示和激光照明、能够同时实现激光光束匀光整形消散斑的装置，属于激光显示和照明领域。

背景技术

激光具有亮度高、单色性(相干性)与方向性好等特点，在科学研究、工程技术及工农业生产中具有十分重要和广泛的应用；激光投影显示和红外激光夜视是其中的两个重要应用领域。激光投影显示采用激光器替代现有投影显示系统中的传统光源(如超高压汞灯等)，具有亮度高、色域范围大、色纯度与饱和度高等优点，目前有关激光投影显示技术的研究方兴未艾，许多发达国家的研究单位和大型公司都在大力研发激光投影显示技术和装置。采用红外激光作为主动照明光源的红外激光夜视技术在军事、公安和安防等方面具有重要应用。激光投影显示和主动照明红外激光夜视都需要均匀化的激光束照明，为实现均匀化激光照明，需要解决两大难题：(一)是激光光束的匀光整形，就是把激光器出射的单模或多模高斯光束转换成特定形状(如矩形或方形等)且强度尽量均匀的光束；(二)是尽量减少或消除因激光高单色性(相干性)由干涉和衍射形成的散斑和条纹。

目前用于普通光源的光束匀光整形方法与装置是基于光线反射或折射原理的，主要有积分棒和透镜阵列两大类。目前市场上的投影仪和背投电视中大都采用这两种方法及相应装置。基于同样的原理，通过设计和工艺改进，有些研究单位或公司提出了用于激光光束匀光整形的方法和装置，如：中国专利CN1658054A公开的《激光匀光器》、中国专利CN201287242公开的《激光光束整形装置》、中国专利CN101377557公开的《激光匀光消相干装置》等。从原理上讲基于反射或折射原理的方法与装置对于激光光束也能起到一定的匀光整形作用，但由于它们对干涉和衍射效应考虑较少，所以当用于激光时还会产生一定的散斑和背景条纹；且一般来说该类装置的制作工艺复杂、体积较大，不利于光机电集成与小型化。

激光的相干性好，容易产生散斑和背景条纹，这是采用普通非相干光源时所没有的。有关降低或消除散斑和背景条纹的原理和方法，文献中已有多种论述，如：采用多波长激光或脉冲激光叠加等方法以降低时间相干性，采用激光器阵列、光纤束、旋转或振动散射体、振动光纤、振动屏幕或超声光栅等方法以降低空间相干性。中国专利CN201340489Y公开的《激光消散斑装置》采用电磁振动装置使光纤束产生随机振动；中国专利CN201387516Y公开号《一种消散斑装置及使用该消散斑装置的激光投影仪》中采用脉冲电源与逆压电材料体，使环绕在逆压电材料体上的光纤束产生无规伸缩；中国专利CN101425656公开的《一种减少激光散斑效应的方法》利用压电效应、电光效应、声光效应及标准具快速改变激光器腔长，使激光输出波长快速变化或跃变，从而达到降低激光的时间相干性、降低散斑效应的目的。此外，中国专利CN1727938A公开的《激光投影电视照明系统中的光束均匀化装置》采用衍射光学器件把扩束后的圆形或环形或椭圆形激光束转换为方形照明光束，经过对所用衍射光学器件进行特殊设计，该装置在实现光束整形的同时具有一定的匀光效果，但由于其中的器件是固定不动的，因此难以降低或消除系统中由其它器件所引起的散斑与条纹。

纯相位衍射光学器件的设计基于光波干涉与衍射原理，其制作可采用光学微加工等工艺，具有体积小、效率高等特点，非常适合于光机电集成与小型化，已在许多领域获得重要应用，如光学折衍混合成像系统、光学检测、激光加工及激光显示等领域。近年来，纯相位衍射光学器件的设计理论、算法和制作工艺已比较成熟。当把纯相位衍射光学器件用于激光投影显示或红外激光夜视的照明系统中时，就该器件本身来说，可以获得较好的均匀照明效果，但系统中其它光学器件上的灰尘、划痕及前后表面的多次反射，仍然会造成较为明显的散斑与背景干涉衍射条纹，这将会严重影响视频图像的成像质量(如成像清晰度、图像分辨率等)，尤其是当采用三基色激光实现彩色显示或成像时，散斑和条纹的存在会形成无规则的颜色闪烁现象，不利于色域管理，造成画面色彩失真或变差，还容易造成人眼疲劳。

实现激光光束整形，并尽量降低或消除散斑和背景条纹，一直是激光投影显示及红外激光夜视等领域中的技术难题，也是限制其实用化的瓶颈之一。若能够将二者一体化、做到结构紧凑小型化，将具有更重要意义和实用价值。

发明内容

本实用新型针对现有光束匀光整形与消散斑技术存在的不足，提供一种结构紧凑、集光束匀光整形与消散斑于一个器件上、具有保偏功能、能提高光能利用率的激光光束匀光整形消散斑装置。

本实用新型的激光光束匀光整形消散斑装置采用以下技术方案：