[发明专利]匀场及散斑抑制装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光显示技术领域，特别是应用于激光照明、激光曝光及以相干光为光源的光学仪器，具体为一种匀场及散斑抑制装置。

背景技术

激光具有亮度高、波长带宽小，光学扩展量小等特点，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，由于激光器出射的是单模或多模高斯光束，光场分布不均匀，因此需要把激光光束转换成特定形状(如矩形或方形) 且强度均匀的光束；由于激光是相干光，经粗糙表面（如屏幕）反射后，人眼看到的是具有散斑的图像，散斑现象严重降低了图像显示质量，因此需要消除激光散斑现象，提高图像质量，激光光束的匀场及散斑消除成为激光显示和激光照明领域中的两大难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种在激光显示和激光照明中能够起到匀场和散斑抑制的装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种匀场及散斑抑制装置，包括可透光的散射片和棱台形（即截头棱锥形）光通管，所述散射片为楔形圆盘状散射片，所述楔形圆盘状散射片由电机驱动旋转、且楔形圆盘状散射片的旋转轴线与电机输出轴轴线重合；所述楔形圆盘状散射片的左侧设有圆台形（即截头圆锥形）光棒、其右侧设有棱台形光通管，所述圆台形光纤的大端面为光入射面、其小端面与楔形圆盘状散射片的左侧面相邻，所述棱台形光通管的大端面为光出射面、其小端面与楔形圆盘状散射片的右侧面相邻；所述圆台形光纤和棱台形光通管位于同一光路中、且所述圆台形光棒的小端面直径小于棱台形光通管的小端面的最短边。

工作时，圆台形光棒的大端面接收多个角度激光入射光束，如图2所示，第一入射光束401与圆台形光棒101的轴线601成θ₁角度入射，在圆台形光纤101内多此反射后，以第一环形光斑501出射；第二入射光束402与圆台形光棒101的轴线601成θ₂角度入射，在圆台形光棒101内多此反射后，以第二环形光斑502出射；第三入射光束403与圆台形光棒101的轴线601成θ₃角度入射，在圆台形光棒101内多此反射后，以第三环形光斑503出射；由于不同角度入射光束入射到圆台形光棒101，光束在圆台形光棒101内经过多次反射后，以不同直径的环形光斑在光纤出射端（小端面）出射，经楔形圆盘状散射片202透射后，入射到棱台形光通管301内，在棱台形光通管301内多次反射整形后，以矩形光斑出射。由于以点光斑形状入射光束经圆台形光棒101后，能够以环形光斑出射，那么在楔形圆盘状散射片202上可覆盖更多的非相干区域，并且由于契形圆盘状散射片在电机驱动下高速旋转（例如转速在1800r/min以上）时，散射片的左侧面211或右侧面212与其旋转轴线213成一定的倾斜角度，当入射光束透射契形圆盘状散射片202时，由于契形圆盘状散射片202的高速旋转，导致出射光束在一定角度范围内扫描，出射光束随时间进行一定角度的扫描时，增加了出射光束的角度多样性，可以有效地抑制散斑，同时入射到棱台形光通管的光束相当于面光源发光，更有利于光通管的匀场。

入射光束经棱台形光通管301内表面的反射，入射光束每反射一次，出射光束出射角度减少2倍的锥度角，因此利用棱台形光通管的长度可以调整出射光束的出射角度，或者通过调整楔形圆盘状散射片的散射角度也可以调整出射光束的出射角度。优选地，所述楔形圆盘状散射片的散射角度和棱台形光通管301长度能够保证：每一激光入射光束经光入射面进入后由棱台形光通管的大端面出射的光斑正好覆盖光出射面，这样光通管出射面上任何一点均有n束独立光源等强度照射，根据Goodman的“Speckle Phenomena in Optics, theory and applications.”可实现n^1/2的散斑对比度降低。

优选地，圆台形光纤的大端面接收入射光束，由于大端面孔径大，且可镀增透膜，因此光束耦合效率高。

多个角度入射光束汇聚与圆台形光棒入射端表面后或前，可避免高功率密度对入射面的烧损。

有益效果如下：

1、匀场效果好：以点光斑形状入射光束经圆台形光棒后，以环形光斑出射，入射到棱台形光通管的光束相当于面光源发光，更有利于光通管的匀场。

2、散斑消除效果好：利用圆台形光棒将点状入射光束转变为环形光斑出射，在散射片上覆盖更大的非相干区域；契形圆盘状散射片的高速旋转，实现出射光束的角度扫描，同时高速旋转的散射片实现光束的相位调制；每一入射光束经该装置后均能覆盖光通管出射面，实现多个独立光源的叠加，因此可以有效消除散斑。