專利名稱：基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及以相干光為光源的顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，主要針對(duì)激光顯示技術(shù)及光學(xué)儀器中存在的光學(xué)散斑現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
以激光為光源照射屏幕時(shí)，由于激光的相干性及屏幕的粗糙，導(dǎo)致人眼看到被散斑覆蓋的圖像，嚴(yán)重影響圖像顯示質(zhì)量，阻礙觀察者從圖像中提取有用信息。因此，如何消除散斑一直是以激光為光源的光學(xué)儀器領(lǐng)域和顯示技術(shù)領(lǐng)域中的研發(fā)熱點(diǎn)。而就目前的研究結(jié)果來(lái)看，為消除散斑所用的方法大致可以分為兩大類一、通過(guò)控制激光光源的時(shí)間相干性來(lái)降低散斑，其原理是通過(guò)調(diào)整激光波長(zhǎng)(或者頻率)及多波長(zhǎng)光源產(chǎn)生沸騰散斑， 目前通過(guò)控制激光時(shí)間相干性成功消除光斑達(dá)到實(shí)用要求的技術(shù)方案基本上以多光源疊加為主；目前通過(guò)控制激光時(shí)間相干性成功消除光斑達(dá)到實(shí)用要求的技術(shù)方案基本上以多光源疊加為主；二、通過(guò)控制激光光束空間相干性消除散斑，是目前消除散斑的主要方法， 基本原理是調(diào)整激光光束中基元光波的相位分布，從而改變散斑的空間分布，將多個(gè)散斑圖像在人眼積分時(shí)間內(nèi)相疊加，得到一個(gè)光能分布均勻的圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消除散斑的目的。 具體的方法有采用旋轉(zhuǎn)散射體、振動(dòng)屏幕、振動(dòng)具有Hadamard圖形散射體、高頻振動(dòng)光纖等。上述方法，或要借助機(jī)械振動(dòng)，甚至需要高頻或大幅振動(dòng)，或要集成多光源，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞、成本高，更主要的是散斑消除效果不佳。也有未借助機(jī)械振動(dòng)的技術(shù)方案，例如專利號(hào)為200820122639. 7的中國(guó)專利公開了“一種基于散射的消相干勻場(chǎng)裝置”，要求使用含有直徑必須小于入射光波長(zhǎng)的十分之一的顆粒的散射媒體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射激光形成瑞利散射。專利中利用無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)醇水溶液(如NaCl、KCl、KNO3或SiSO4水溶液)作為散射媒質(zhì)，基于無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)醇水溶液的存在形式是水合離子或大分子，相對(duì)于激光波長(zhǎng)小很多，會(huì)對(duì)入射激光形成瑞利散射，以此實(shí)現(xiàn)入射激光分束，并在光導(dǎo)管內(nèi)傳導(dǎo)，以期降低入射激光的相干性來(lái)消除散斑，同時(shí)利用光導(dǎo)管的混光作用，將上述分束光進(jìn)行勻化來(lái)勻場(chǎng)消相干。但按該申請(qǐng)所述技術(shù)方法進(jìn)行試驗(yàn)，在室溫下，利用長(zhǎng)度僅為50mm、充滿飽和NaCl水溶液的光導(dǎo)管消除散斑，結(jié)果的散斑對(duì)比度為70%，幾乎沒(méi)有起到降低散斑的作用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞、成本高等問(wèn)題，提供了一種基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置。本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，包括內(nèi)壁為反射鏡面的導(dǎo)光管、設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)的場(chǎng)致形變類聚合物(該類聚合物在相應(yīng)外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，會(huì)發(fā)生形變，所述外場(chǎng)一般指電場(chǎng)和磁場(chǎng))、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)管內(nèi)聚合物形變所需外場(chǎng)的致動(dòng)裝置；場(chǎng)致形變類聚合物與導(dǎo)光管內(nèi)壁間留有空隙；所述致動(dòng)裝置包含至少兩個(gè)設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)或管外的外場(chǎng)施加組件。
3[0006]所述場(chǎng)致形變類聚合物為電致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為電場(chǎng)發(fā)生裝置，電場(chǎng)發(fā)生裝置的外場(chǎng)施加組件-成對(duì)設(shè)置的電極板設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)或管外；置于導(dǎo)光管內(nèi)的電極板采用“鏡面”電極板(即電極板表面具有高反射率特性，能 “全反射”入射于導(dǎo)光管內(nèi)的激光光束)，沿導(dǎo)光管內(nèi)壁固定設(shè)置；所述場(chǎng)致形變類聚合物為磁致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生器的外場(chǎng)施加組件-電磁鐵設(shè)置于導(dǎo)光管外；應(yīng)用時(shí)，如圖2、3所示，將激光光束經(jīng)光學(xué)透鏡擴(kuò)束，并由導(dǎo)光管一端入射管內(nèi)， 部分透射聚合物，在導(dǎo)光管內(nèi)壁反射，再入射聚合物；部分在聚合物表面內(nèi)反射，分束成多束強(qiáng)度不等的光束，經(jīng)多次反射、透射后，由導(dǎo)光管另一端出射；在激光光束于導(dǎo)光管內(nèi)傳輸?shù)倪^(guò)程中，由致動(dòng)裝置產(chǎn)生相應(yīng)外場(chǎng)，并控制其外場(chǎng)施加組件產(chǎn)生外場(chǎng)的順序和強(qiáng)度大小，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)光管內(nèi)的場(chǎng)致形變類聚合物發(fā)生豐富多樣的連續(xù)形變，進(jìn)而改變?nèi)肷浼す夥质笤趯?dǎo)光管內(nèi)的傳播方向和路徑，使出射光的相位分布、出射角分布隨機(jī)變化。經(jīng)投影后，不同相位分布、出射角分布的出射光分別會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)散斑圖像；在人眼積分時(shí)間 (50ms)內(nèi)，多個(gè)散斑圖像相疊加，就會(huì)得到一個(gè)光能分布均勻的圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了消除散斑現(xiàn)象的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型以內(nèi)置有場(chǎng)致形變類聚合物的導(dǎo)光管傳輸激光，以聚合物形變以及聚合物與導(dǎo)光管內(nèi)壁間空隙的存在使得激光在傳輸過(guò)程中發(fā)生分束，并通過(guò)相應(yīng)致動(dòng)裝置產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)場(chǎng)致形變類聚合物形變的外場(chǎng)，使場(chǎng)致形變類聚合物連續(xù)形變， 引起場(chǎng)致形變類聚合物表面形狀、及其與導(dǎo)光管內(nèi)壁間空隙大小的變化，進(jìn)而隨機(jī)改變分束后的激光在導(dǎo)光管中的傳播方向和路徑，使得入射導(dǎo)光管的激光在不同時(shí)間以不同的相位分布和散射角分布出射；從而改變投影后產(chǎn)生散斑的空間分布，使多個(gè)散斑圖像在人眼積分時(shí)間內(nèi)相疊加，得到一個(gè)光能分布均勻的圖像，進(jìn)而有效消除散斑。且經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，應(yīng)用本實(shí)用新型所述裝置后，圖像的散斑對(duì)比度可低于4%，圖像的散斑對(duì)比度已低至3. 16%， 散斑消除效果極好；并可以通過(guò)對(duì)致動(dòng)裝置的控制，來(lái)增大場(chǎng)致形變類聚合物的形變量、形變頻率，來(lái)提高散斑消除效果；另外，因?qū)Ч夤軆?nèi)壁為反射鏡面，具有高反射率，使得入射激光的總體光能損失甚微，保證了激光的高利用率，并在激光的傳輸過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了勻光目的； 本實(shí)用新型所述裝置的各組成部分均為固態(tài)，不存在液體泄漏、懸浮液沉降等問(wèn)題，性能穩(wěn)定，安全可靠。此外，本實(shí)用新型所用導(dǎo)光管結(jié)構(gòu)極為普通，場(chǎng)致形變類聚合物也極易獲得， 且對(duì)應(yīng)致動(dòng)裝置也極易制作，因此具有低造價(jià)的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、緊湊，散斑消除效果好，易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低，激光利用率高，性能穩(wěn)定，安全可靠，并具有勻光功能。

圖1為本實(shí)用新型的一具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為場(chǎng)致形變類聚合物未發(fā)生形變時(shí)本實(shí)用新型所述裝置內(nèi)光束的傳輸狀態(tài)示意圖；圖3為場(chǎng)致形變類聚合物發(fā)生形變時(shí)本實(shí)用新型所述裝置內(nèi)光束的傳輸狀態(tài)示意圖；圖4為本實(shí)用新型所述裝置在點(diǎn)掃描顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用示意4[0016]圖5為本實(shí)用新型所述裝置在全幀顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖；圖中101-入射激光；200-外場(chǎng)施加組件；300-散斑消除裝置；301-導(dǎo)光管；302-空隙；303-擴(kuò)散透鏡；304、305、306_散斑
消除裝置；400-場(chǎng)致形變類聚合物；501,502,503-激光器；504,505,506-鏡子；601、602、603-信號(hào)源；700-透鏡；701-中繼透鏡；702-光調(diào)制器DLP ；703-TIR棱鏡；704-中繼透鏡； 705-TIR棱鏡；706-光調(diào)制器DLP ；707-中繼透鏡；708-平面鏡；709-TIR棱鏡；710-光調(diào)制器DLP ；711-棱鏡；712-微掃描鏡；713、714、715_擴(kuò)散透鏡；800-屏幕。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，包括內(nèi)壁為反射鏡面的導(dǎo)光管301、設(shè)置于導(dǎo)光管301內(nèi)的場(chǎng)致形變類聚合物400 (該類聚合物在相應(yīng)外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下， 會(huì)發(fā)生形變，所述外場(chǎng)一般指電場(chǎng)和磁場(chǎng))、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)管內(nèi)聚合物形變所需外場(chǎng)的致動(dòng)裝置；場(chǎng)致形變類聚合物400與導(dǎo)光管301內(nèi)壁間留有空隙302 ；所述致動(dòng)裝置包含至少兩個(gè)設(shè)置于導(dǎo)光管301內(nèi)或管外的外場(chǎng)施加組件200。所述場(chǎng)致形變類聚合物400為電致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為電場(chǎng)發(fā)生裝置，電場(chǎng)發(fā)生裝置的外場(chǎng)施加組件200-成對(duì)設(shè)置的電極板設(shè)置于導(dǎo)光管301內(nèi)或管外；所述電極板采用ITO電極、或者金屬電極、或者以MEMS技術(shù)加工獲得的格柵式致動(dòng)電極。置于導(dǎo)光管301內(nèi)的電極板采用“鏡面”電極板(即電極板表面具有高反射率特性，能“全反射”入射于導(dǎo)光管內(nèi)的激光光束)，沿導(dǎo)光管內(nèi)壁固定設(shè)置。所述場(chǎng)致形變類聚合物400為磁致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生器的外場(chǎng)施加組件200-電磁鐵設(shè)置于導(dǎo)光管外。具體實(shí)施時(shí)，所述場(chǎng)致形變類聚合物400應(yīng)選擇對(duì)入射激光波段沒(méi)有吸收的高分子聚合物，例如PDMS (polydimethylsiloxane)凝膠。為有效降低激光散斑對(duì)比度，提高激光散斑消除效果，可以在所述場(chǎng)致形變類聚合物中摻雜增強(qiáng)其形變能力的顆粒，例如摻雜有二氧化鈦粒子的PDMS凝膠一用作電致形變類聚合物，摻雜有二氧化硅磁性微球、或者聚苯乙烯磁性微球、或者四氧化三鐵磁性微球、或者三氧化二鐵磁性微球的PDMS凝膠一用作磁致形變類聚合物；此外，摻雜顆粒的另一好處如摻雜顆粒的線度能引起入射激光發(fā)生米氏散射，進(jìn)行散射分束，散射光束同樣因外場(chǎng)對(duì)場(chǎng)致形變類聚合物的影響，而隨機(jī)改變其在導(dǎo)光管中的傳播方向和路徑，使散射光出射時(shí)的相位分布、出射角分布隨機(jī)變化，更利于消除散斑現(xiàn)象。本實(shí)用新型所述散斑消除裝置能應(yīng)用于激光投影顯示技術(shù)中，例如可應(yīng)用于點(diǎn)掃描投影(Raster-Scanned Displays)系統(tǒng)，如圖4所示。信號(hào)源601、602、603根據(jù)二維圖像上每個(gè)像素的信息分別調(diào)制三基色激光器501、502、503輸出功率。三基色激光光束經(jīng)鏡子504、505、506和擴(kuò)散透鏡303同時(shí)耦合入射本實(shí)用新型所述散斑消除裝置300，經(jīng)調(diào)制后于投射出射面導(dǎo)出，通過(guò)透鏡700和微掃描鏡(kan Mirror) 712投影到屏幕800。在電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，微掃描鏡712根據(jù)二維圖像逐像素掃描到屏幕800上。本應(yīng)用實(shí)例適用于點(diǎn)掃描的激光投影儀和激光電視顯示。 如圖5所示，可應(yīng)用于全幀顯示投影(Full-Frame Displays)系統(tǒng)，三基色激光器 501、502、503輸出恒定功率激光光束，分別經(jīng)擴(kuò)散透鏡714、713、715耦合導(dǎo)入本實(shí)用新型所述散斑消除裝置305、306、304。經(jīng)調(diào)制后，由中繼透鏡701、704、707，平面鏡708及TIR 棱鏡703、705、709匯聚到光調(diào)制器DLP 702、706、710。DLP 702、706、710根據(jù)每幀2維圖像信息調(diào)制生成單色圖像。三基色圖像經(jīng)棱鏡711融和，由透鏡700投影至屏幕800。本應(yīng)用實(shí)例適用于基于DMD、LCOS等光調(diào)制器件的激光投影儀和激光電視顯示。
權(quán)利要求1.一種基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于包括內(nèi)壁為反射鏡面的導(dǎo)光管(301)、設(shè)置于導(dǎo)光管(301)內(nèi)的場(chǎng)致形變類聚合物(400)、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)管內(nèi)聚合物形變所需外場(chǎng)的致動(dòng)裝置；場(chǎng)致形變類聚合物(400)與導(dǎo)光管(301)內(nèi)壁間留有空隙 (302)；所述致動(dòng)裝置包含至少兩個(gè)設(shè)置于導(dǎo)光管(301)內(nèi)或管外的外場(chǎng)施加組件(200)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于所述場(chǎng)致形變類聚合物(400)為電致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為電場(chǎng)發(fā)生裝置，電場(chǎng)發(fā)生裝置的外場(chǎng)施加組件(200 )-成對(duì)設(shè)置的電極板設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)或管外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于所述電極板采用ITO電極、或者金屬電極、或者以MEMS技術(shù)加工獲得的格柵式致動(dòng)電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于置于導(dǎo)光管(301)內(nèi)的電極板采用“鏡面”電極板，沿導(dǎo)光管內(nèi)壁固定設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于所述場(chǎng)致形變類聚合物(400)為磁致形變類聚合物，相應(yīng)致動(dòng)裝置為磁場(chǎng)發(fā)生裝置，磁場(chǎng)發(fā)生器的外場(chǎng)施加組件-電磁鐵設(shè)置于導(dǎo)光管外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，其特征在于所述場(chǎng)致形變類聚合物(400)為對(duì)入射激光波段沒(méi)有吸收的高分子聚合物，并摻雜有增強(qiáng)其形變能力的顆粒。
專利摘要本實(shí)用新型涉及以相干光為光源的顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，解決了現(xiàn)有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞、成本高等問(wèn)題，基于場(chǎng)致形變類聚合物的散斑消除裝置，包括內(nèi)壁為反射鏡面的導(dǎo)光管、設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)的場(chǎng)致形變類聚合物、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)管內(nèi)聚合物形變所需外場(chǎng)的致動(dòng)裝置；場(chǎng)致形變類聚合物與導(dǎo)光管內(nèi)壁間留有空隙；所述致動(dòng)裝置包含至少兩個(gè)設(shè)置于導(dǎo)光管內(nèi)或管外的外場(chǎng)施加組件。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、緊湊，散斑消除效果好，易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低，激光利用率高，性能穩(wěn)定，安全可靠，并具有勻光功能。
文檔編號(hào)G02B27/48GK202075500SQ201120030848
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月29日
發(fā)明者張文棟, 石云波, 陳旭遠(yuǎn), 高文宏 申請(qǐng)人:中北大學(xué)