[发明专利]基于旋转反射面和散射体的匀场消相干装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光散斑消除的技术领域，具体为一种基于旋转反射面的匀场消相干装置。

背景技术

激光具有亮度高、单色性好，方向性好等优点，在激光显示领域和激光照明领域具有广阔的应用前景。但是，由于激光是相干光，经粗糙表面（如屏幕）反射后，人眼接收到的是具有散斑的图像，散斑现象严重降低了图像的显示质量，因此，需要消除激光散斑现象，提高图像显示质量。

公开号为CN02103270A的专利利用全息散射器在微型直流电机的驱动下高速旋转，实现对入射光束的散射，使不相干的散射场在积分时间内随机高速叠加,在视觉上形成平均效果，达到降低或消除散斑的目的，根据Goodman“Speckle Phonomena in Optics Theory and Application”第5.2节（“当一个运动的散射体放置在一个光滑透明的物邻近时，散斑的对比度随着曝光期间漫射体运动所经过的物上的分辨率宽度的数目的平方根之增加而降低，这样来减小散斑相当的慢，要求在曝光时间内漫射体有较大的运动”），可知该方法降低散斑效果有限。

公开号为CN201845132U的专利在光路中利用旋转的楔角片使出射光束周期性发生偏折，导致图像在屏幕上发生一定距离的偏差，从而消除散斑。但该方法会导致图像模糊，散斑消除机理单一。

综上所述，现有的消相干装置在消除激光散斑方面存在散斑消除机理单一、散斑消除效果不佳，容易引起图像模糊等问题。

因此，有必要发明一种新型的用于激光散斑消除的装置。

发明内容

本发明为了解决现有的激光散斑消除装置的散斑消除效果不佳、容易引起图像模糊的问题，提供了一种基于旋转反射面的匀场消相干装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于旋转反射面和散射体的匀场消相干装置，包括消相干机构，汇聚透镜和光导管。所述消相干机构包括电机、反射镜、连接件及透明的散射体，所述反射镜和散射体分别固定于所述连接件的两侧，所述电机的输出轴与反射镜的背面固定连接；所述消相干机构的出射光路上依次布置有汇聚透镜和具有匀场功能的光导管。

工作时，如图4所示，当激光光束801以一定的角度（激光光束并不是垂直射向反射镜）入射到消相干机构上时，依次经散射体上的入射点803透射，经反射镜反射，再次经散射体上的出射点802出射。由于散射体和反射镜之间具有一定的距离（即连接件的宽度，该距离可根据激光光斑的大小进行相应的设置），所以散射体上入射点803和出射点802不重合（即两点之间亦具有一定的距离），这样，激光光束经过消相干机构时，连续经过了散射体上两个非相干的散射区域，在人眼积分时间内，相同的转速下，激光光束经过了更多的非相干区域，根据Goodman“Speckle Phenomena in Optics Theory and Application”第5.2节，以一定速度运动的散射体对散斑的抑制程度，取决于经过了多少个非相干区域的数目，两个相对运动的散射体对散斑的抑制要比用一个散射体大得多。通过实验证明，该方法可以有效消除一次散斑和二次散斑。

优选地，如图3所示，由于所述电机的输出轴轴线与连接件的轴线相交，即反射镜、散射体和连接件通过机械结构连接后以一定的偏角固定在电机的输出轴上。

所述散射体的散射面上或散射体内部散布纳米散射颗粒或具有纳米微结构，实现任意的散射角度。

当反射镜、散射体和连接件通过机械结构连接后以一定的偏角固定在电机的输出轴上时，如图5所示，当入射激光光束801经过消相干机构后，出射光804或805将以2倍的偏角在汇聚透镜表面4上进行圆周轨迹806扫描。由于出射光804或805以一定的角度扫描，经汇聚透镜汇聚到具有匀场功能的光导管中，由于出射光束在不同时间内以不同的角度入射到光导管中，增加了出射光的角度多样性和相位分布，更加有效地消除激光散斑。

激光光束801在具有纳米颗粒或微结构的散射体中会发生多次散射，多次散射能有效展宽传播激光光束的程长范围，增加了出射光束的光程差分布，从而有效降低了激光光束的相干长度，更为有效地消除了激光散斑。

另外，消相干器件中反射镜不限于平面反射镜结构，可采用凹面镜对出射光束进行汇聚，降低出射光束发散角。所述连接件可以为连接环或透明的连接实体（例如透明的玻璃、塑料或者晶体）。