[发明专利]一种抑制激光散斑的方法及MEMS微振镜

说明书

本发明属于微光机电(MOEMS)领域和激光投影显示领域，具体涉及一种抑制激光散斑的方法及MEMS微振镜，通过对传统的MEMS微振镜结构进行优化设计使得MEMS微振镜可在绕扭转轴扭转的同时实现辅助运动(垂直于镜面方向的微小平动或绕y轴扭转的微小运动)，在实现对入射光束偏转的同时降低其光束相干性，从而在满足光学系统工作要求的情况下实现对激光散斑的抑制功能。

技术领域

本发明涉及微光机电(MOEMS)领域和激光投影显示领域，具体涉及一种抑制激光散斑的方法及能有效抑制激光散斑的MEMS微振镜。

背景技术

光学扫描镜作为光学应用系统的核心器件，在高分辨显示和成像、光通信开关、条码识别、数据存储以及微型显微镜等方面被广泛地应用。随着MEMS技术的发展，特别是MOEMS技术发展，MEMS微振镜与传统光束偏转元件相比具有低成本、高可靠性、小型化、重量轻等特点，并且实现由静到动的飞跃。

与常规照明光源相比，激光具有大色域、高亮度、方向性好等诸多优点，是非常好的显示光源。激光光谱线为线谱线，色彩分辨率高，色饱和度很高，能够显示非常清晰而且鲜艳的颜色，可以提高显示画面质量。此外，激光光源所独有的寿命长、功耗低、可靠性高的优点更加满足解决人们对日益紧张的能源问题的要求，所以激光投影显示技术是一种极具竞争力的显示技术。但是，在激光投影显示系统中由于激光具有高的相干性，散斑的存在是不可避免的，而散斑的存在会导致部分图像信息内容的缺失，且会降低显示图像的分辨率。点扫描式(二维振镜)和行扫描式(一维振镜)投影显示系统所产生散斑的原理相类似，激光被发射之后照射在空间振镜上，这里行扫描采用一维振镜偏转来实现成像，而点扫描采用二维振镜偏转来实现成像。利用快速扫描形成一幅图像，再通过多幅图像迅速切换从而获得动态效果。从激光器到振镜的过程中，基本不产生散斑。而从扫描系统到屏幕之间，由于空间粉尘、镜头上附着的灰尘以及屏幕的粗糙将会使激光发生干涉现象形成散斑。激光投影与整帧投影最大的不同是扫描时每点或每行是先后到达屏幕的，这个时间远大于激光的相干时间，因此对于点扫描只需要考虑每个像素上的散斑抑制，而行扫描也只需要考虑每行像素的散斑抑制，而无需考虑整幅图样整体散斑抑制。对激光投影显示来说，散斑对比度需要抑制到4％以下，人眼系统才无法分辨。

散斑的本质是一种相干叠加，而Goodman等人已经证明如果有M个非相关的散斑图样叠加在一起时，散斑对比度将会降低到原始散斑图样的激光散斑的抑制技术从原理上可以大致分为以下三类：

1.通过降低光源的相干性，如增加激光光源的谱带宽度，激光器谐振腔调制、脉冲光源、多光源、出射方向的光源振动等方法。

2.通过降低屏幕终端的反射光散斑，如振动屏幕。

3.通过在光路中改变激光的相干性从而抑制激光散斑现象，如振动镜，随机相位片，光导管等。

激光的高相干性是由于激光的窄光谱所导致的，因此采用宽带激光器可以有效的降低激光的相干性，从而明显的减弱散斑效应。激光展宽可以采用分别驱动多个不同波长激光器，但是这种方法价格昂贵，系统复杂，因此很少采用。通过降低屏幕终端的反射光散斑这一方法也会增加系统的复杂性，不利于集成。

关于第三种方法，已经有从MEMS角度开发设计的抑制散斑器件，如带波浪起伏结构的MEMS镜面(CN201611153922.1)、在激光器和振镜之间增加散斑衰减器降低光束相干性(CN206990920U)、静电驱动的动态衍射光栅、压电驱动的MEMS变形反射镜、MEMS面外垂直振动膜(CN102141687A)。上述器件或装置可以实现对散斑的抑制效果，具有各自的优点，但是有一个共同的缺点就是需要增加额外的装置，从而导致MEMS微振镜不易集成到系统中去。

发明内容