CN106033148A - 一种抑制激光散斑的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制激光散斑的方法和装置，包括：将激光光源进行准直、扩束处理；将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。本发明简单地实现了对激光散斑的抑制。

Description

一种抑制激光散斑的方法和装置

技术领域

本发明涉及激光投影技术，尤指一种抑制激光散斑的方法和装置。

背景技术

激光具有单色性好、方向性强、亮度高、色度三角域大等优点，用其作为投影显示的光源，画面色彩饱和度高、图像清晰，能够实现大屏幕和小型便携投影的高质量图像。这些使得激光显示具有其他光源显示技术所不可比拟的优势。

对于显示系统，观察面某一点的强度由屏幕表面各处反射光叠加而成，由于屏幕表面的粗糙程度大于光波波长，因此激光在屏幕表面形成漫反射，物体各点发出的子波到达观察点的相位是随机分布的，但是由于激光的高相干性，各子波相干叠加后形成激光散斑，该激光散斑为空间强度起伏的颗粒状散斑图样。

激光散斑是成像光场上的噪声，造成了能量损失；并且屏幕上强烈的颗粒散斑图样降低了图像的分辨率和对比度，严重影响了成像质量；同时激光散斑的存在使观众看到刺眼的闪烁，造成观众的不适感。这些缺点都成为制约激光显示技术发展的瓶颈。因此，抑制激光散斑已经成为激光显示技术进一步发展的关键。

现有的抑制激光散斑的方法大致可分为两类：

一种是，改造激光光源以降低其时间或空间相干性的方法，包括利用不同波长的光源照明、利用温度效应造成激光波长漂移等降低时间相干性的方法；或者，利用相同波长的激光器阵列照明，利用脉冲激光的叠加以降低其空间相干性方法。但是，这些方法都需要对激光光源进行较为复杂的设计与改造。例如，利用相同波长的激光器阵列照明来减弱激光散斑的方法中，采用M个互不相干的激光光源(即激光光源阵列)分别以不同的入射角入射到屏幕上，各激光光源的入射角大于成像角时才能将散斑的对比度降低到原来的这样，在设计激光光源阵列时就需要考虑投影显示系统，不同的投影显示系统可能需要不同的激光光源阵列，显然导致了激光光源阵列的设计比较复杂。

另一种是，基于统计光学原理在屏幕上形成沸腾的散斑图样的方法，又包括移动散射体，移动孔径光阑，振动屏幕，旋转光纤等利用机械运动装置带动光学器件快速移动在屏幕上形成散斑沸腾图样的方法。但是因为需要机械装置进行机械操作，在器件的制造和维护方面都存在一定的问题。例如，采用振动屏幕来减弱激光光斑的方法中，振动屏幕需要专门定制，需要提供电机之类的驱动装置，而驱动装置需要配置相应的电源，且需要具有机械臂与振动屏幕固定。振动屏幕需要选择合适的振动幅度与振动频率，才能使得减弱激光散斑的效果比较好，又不影响图像的正常观看。然而，对于不同的图像源，可能需要不同的振动幅度与振动频率，对于动态图像源，就需要振动幅度和振动频率能够实时调节，从而使得驱动装置的实现比较复杂，同时驱动装置的体积也会较大，这与投影系统微型化、便携化背道而驰。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种抑制激光散斑的方法和装置，能够简单地实现对激光散斑的抑制。

为了达到上述目的，本发明提出了一种抑制激光散斑的方法，包括：

将激光光源进行准直、扩束处理；

将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；

根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。

优选地，该方法还包括：将所述调制后的线偏振光作为投影显示系统的光源进行投影显示。

优选地，所述将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光包括：采用起偏器将所述准直、扩束后的激光光源转换成所述线偏振光。

优选地，所述起偏器为线偏振片。

优选地，所述对线偏振光进行相位调制包括：采用空间光调制器对所述线偏振光进行相位调制。

优选地，所述准直、扩束后的激光光源的直径大于或等于空间光调制器的窗口直径。

优选地，所述线偏振光的偏振方向和不加电压时空间光调制器的偏振方向相同。

优选地，所述空间光调制器为反射式空间光调制器；

在所述将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光之后，在所述根据一幅或一幅以上随机相位图采用空间光调制器对线偏振光进行相位调制之前还包括：

改变所述线偏振光的传播方向；

所述根据一幅或一幅以上随机相位图采用空间光调制器对线偏振光进行相位调制包括：

根据一幅或一幅以上随机相位图采用所述反射式空间光调制器对改变传播方向后的线偏振光进行相位调制。

优选地，所述改变线偏振光的传播方向包括：采用分光棱镜改变所述线偏振光的传播方向。

本发明还提出了一种抑制激光散斑的装置，至少包括：

准直扩束模块，用于将激光光源进行准直、扩束处理；

转换模块，用于将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；

调制模块，用于根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。

优选地，所述转换模块为起偏器。

优选地，所述起偏器为线偏振片。

优选地，所述调制模块为空间光调制器。

优选地，所述空间光调制器为反射式空间光调制器。

还包括：

改变模块，用于改变所述线偏振光的传播方向。

优选地，所述改变模块为分光棱镜。

与现有技术相比，本发明包括：将激光光源进行准直、扩束处理；将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。本发明的方案中，根据随机相位图对改变传播方向后的线偏振光进行调制，使得调制后的线偏振光的相位随机分布，降低了激光光源的相干性，在使用调制后的线偏振光作为投影显示系统的光源时，简单地实现了对激光散斑的抑制。

进一步地，线偏振光的偏振方向与不加电压时空间光调制器的偏振方向相同，使得改变传播方向后的线偏振光入射到空间调制器后只进行相位调制，保证了图像质量。

附图说明

下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。

图1为本发明抑制激光散斑的方法的流程图；

图2为本发明抑制激光散斑的装置的结构组成示意图；

图3为本发明第一实施例抑制激光散斑的装置的结构组成示意图；

图4为本发明第二实施例抑制激光散斑的装置的结构组成示意图；

图5为本发明第三实施投影系统的结构组成示意图；

图6为本发明第四实施例投影系统的结构组成示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。

参见图1，本发明提出了一种抑制激光散斑的方法，包括：

步骤100、将激光光源进行准直、扩束处理。

本步骤中，如何将激光光源进行准直、扩束处理属于本领域技术人员的公知常识，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。

本步骤中，为了提高空间光调制器的利用效率，可以使准直、扩束后的激光光源的直径大于或等于空间光调制器的窗口直径。

步骤101、将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光。

本步骤中，为了保证图像质量，可以使线偏振光的偏振方向与不加电压时空间光调制器的偏振方向(如液晶分子排列方向)相同。

本步骤中，可以采用起偏器(如线偏振片)将准直、扩束的激光光源转换成线偏振光。

步骤102、根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。

本步骤中，可以采用空间光调制器对线偏振光进行相位调制。

其中，空间光调制器可以是反射式空间光调制器(如液晶纯相位空间光调制器)、或透射式空间光调制器。

当空间光调制器为反射式空间光调制器时，步骤101和步骤102之间还包括：改变线偏振光的传播方向。

其中，可以采用分光棱镜改变线偏振光的传播方向。

步骤102中根据一幅或一幅以上随机相位图采用反射式空间光调制器对改变传播方向后的线偏振光进行相位调制。

当空间光调制器为透射式空间光调制器时，则不需要改变线偏振光的传播方向。

其中，采用计算设备(如计算机等)生成一幅或一幅以上随机相位图，将生成的随机相位图加载到空间光调制器中从而改变空间光调制器的偏振态，当改变传播方向后的线偏振光入射到空间光调制器时，空间光调制器对改变传播方向后的线偏振光进行相位调制。

其中，计算设备如何生成一幅或一幅以上随机相位图属于本领域技术人员的公知常识，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。

该方法还包括：

步骤103、将调制后的线偏振光作为投影显示系统的光源进行投影显示。

本发明的方法中，根据随机相位图对改变传播方向后的线偏振光进行调制，使得调制后的线偏振光的相位随机分布，降低了激光光源的相干性，在使用调制后的线偏振光作为投影显示系统的光源时，简单地实现了对激光散斑的抑制。

参见图2，本发明还提出了一种抑制激光散斑的装置，至少包括：

准直扩束模块，用于将激光光源进行准直、扩束处理；

转换模块，用于将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；

调制模块，用于根据一幅或一幅以上相同的随机相位图对线偏振光进行相位调制。

本发明的装置中，转换模块为起偏器。

本发明的装置中，起偏器为线偏振片。

本发明的装置中，调制模块为空间光调制器。

本发明的装置中，空间光调制器为反射式空间光调制器。

还包括：

改变模块，用于改变线偏振光的传播方向。

本发明的装置中，改变模块为分光棱镜。

下面通过具体实施例详细说明本发明的装置。

第一实施例，图3为采用反射式空间光调制器的抑制激光散斑的装置的结构组成示意图。如图3所示，准直、扩束后的激光光源1经过线偏振片2，线偏振光的偏振方向与不加电压时反射式空间光调制器4的液晶分子排列方向相同。线偏振光经过分光棱镜5偏转入射到反射式空间光调制器4上。计算机3生成一系列随机相位图，随时间变化加载到反射式空间光调制器4上。反射式空间光调制器4对偏转后的线偏振光进行相位调制，调制后的线偏振光的相位随机分布，从而降低了激光光源的相干性。

第二实施例，图4为采用透射空间光调制器的抑制激光散斑的装置的结构组成示意图。如图4所示，准直、扩束后的激光光源1经过线偏振片2，线偏振光的偏振方向与不加电压时透射式空间光调制器6的液晶分子排列方向相同。线偏振光入射到透射式空间光调制器6上。计算机3生成一系列随机相位图，随时间变化加载到透射式空间光调制器6上。透射式空间光调制器4对线偏振光进行相位调制，调制后的线偏振光的相位随机分布，从而降低了激光光源的相干性。

第三实施例，图5为调制后的线偏振光直接作为光源的投影系统的结构组成示意图。如图5所示，准直、扩束后的激光光源1经过线偏振片2，线偏振光的偏振方向与不加电压时反射式空间光调制器4的液晶分子排列方向相同。线偏振光经过分光棱镜5偏转入射到反射式空间光调制器4上。计算机3生成一系列随机相位图，随时间变化加载到反射式空间光调制器4上。反射式空间光调制器4对偏转后的线偏振光进行相位调制，调制后的线偏振光的相位随机分布，从而降低了激光光源的相干性。

调制后的线偏振光经过分光棱镜8入射到投影仪7上。投影仪7将图像投影到屏幕9上。因为反射式空间光调制器4对激光光源进行了随机相位调制，所以屏幕9上的散斑图样随时间变化，当相邻两次加载到反射式空间光调制器人眼看到的是散斑叠加的时间平均效果，从而实现了激光散斑的减弱。

第四实施例，图6是将调制后的线偏振光经过空间滤波后作为光源的投影的结构组成示意图。如图6所示，准直、扩束后的激光光源1经过线偏振片2，线偏振光的偏振方向与不加电压时反射式空间光调制器4的液晶分子排列方向相同。线偏振光经过分光棱镜5偏转入射到反射式空间光调制器4上。计算机3生成一系列随机相位图，随时间变化加载到反射式空间光调制器4上。

调制后的线偏振光经过透镜10成为球面波，再经过放置于透镜10后焦面上的小孔11进行空间滤波。出射光经过分光棱镜8入射到投影仪7上。投影仪7将图像投影到屏幕9上。反射式空间光调制器4对线偏振光进行了随机相位调制，激光经过透镜10成为发散球面波，空间相干性进一步降低。光束在透镜10的后焦面上会聚为一点，经过小孔11，进行空间滤波，经过分光棱镜8入射到投影仪7上进行投影，抑制了屏幕9的散斑效应。

第三实施例和第四实施例中投影仪7可以是一般激光投影仪或激光全息投影仪。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种抑制激光散斑的方法，其特征在于，包括：

将激光光源进行准直、扩束处理；

将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；

根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将所述调制后的线偏振光作为投影显示系统的光源进行投影显示。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光包括：采用起偏器将所述准直、扩束后的激光光源转换成所述线偏振光。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述起偏器为线偏振片。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对线偏振光进行相位调制包括：采用空间光调制器对所述线偏振光进行相位调制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述准直、扩束后的激光光源的直径大于或等于空间光调制器的窗口直径。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述线偏振光的偏振方向和不加电压时空间光调制器的偏振方向相同。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空间光调制器为反射式空间光调制器；

在所述将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光之后，在所述根据一幅或一幅以上随机相位图采用空间光调制器对线偏振光进行相位调制之前还包括：

改变所述线偏振光的传播方向；

所述根据一幅或一幅以上随机相位图采用空间光调制器对线偏振光进行相位调制包括：

根据一幅或一幅以上随机相位图采用所述反射式空间光调制器对改变传播方向后的线偏振光进行相位调制。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述改变线偏振光的传播方向包括：采用分光棱镜改变所述线偏振光的传播方向。

10.一种抑制激光散斑的装置，其特征在于，至少包括：

准直扩束模块，用于将激光光源进行准直、扩束处理；

转换模块，用于将准直、扩束后的激光光源转换成线偏振光；

调制模块，用于根据一幅或一幅以上随机相位图对线偏振光进行相位调制。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述转换模块为起偏器。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述起偏器为线偏振片。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调制模块为空间光调制器。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述空间光调制器为反射式空间光调制器；

还包括：

改变模块，用于改变所述线偏振光的传播方向。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述改变模块为分光棱镜。