本發(fā)明涉及散斑的抑制和減弱，特別用于激光照明領(lǐng)域；具體為一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑方法及裝置。

技術(shù)背景

激光的高單色性，高亮度使得它作為照明光源時(shí)比傳統(tǒng)光源更有優(yōu)勢(shì)。但是同時(shí)激光的高相干性也制約著激光照明的發(fā)展。當(dāng)相干激光束從一粗糙表面透射或反射時(shí)，透射光或反射光會(huì)在該粗糙表面發(fā)生干涉。由于表面的隨機(jī)性，干涉的結(jié)果是光強(qiáng)呈現(xiàn)隨機(jī)的亮暗分布，這種現(xiàn)象稱為散斑。散斑的存在，使圖像質(zhì)量變差，因此必須被抑制。

目前，雖然有一些通過高速振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)部件調(diào)制光束的方法來抑制散斑，但由于振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的部件可能發(fā)生扭曲、變形，因此系統(tǒng)存在穩(wěn)定性和可靠性差的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑方法及裝置，解決現(xiàn)有激光照明光束調(diào)節(jié)方法存在穩(wěn)定性和可靠性差的技術(shù)問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑方法，其中：激光光源發(fā)出的激光，經(jīng)過等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)的調(diào)制，分為若干束出射光，若干所述出射光由聚光元件收集，經(jīng)勻場(chǎng)器件勻光后進(jìn)入照明系統(tǒng)，最終在屏幕上成像，實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。

進(jìn)一步，若干所述出射光互不相干且光強(qiáng)相等。

進(jìn)一步，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)由空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器組成；或由空間分布式可調(diào)制相位延遲器、偏振分束器和若干反射鏡組成。

進(jìn)一步，所述空間分布式可調(diào)制相位延遲器采用反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器；或采用透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器。

一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置，其中：所述消散斑裝置由順序設(shè)置的激光光源、等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)、聚光元件、勻場(chǎng)器件、照明系統(tǒng)和屏幕組成。

進(jìn)一步，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)由反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器組成，所述反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器平行設(shè)置。

進(jìn)一步，所述反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器不平行設(shè)置時(shí)，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)由反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器、偏振分束器和反射鏡組成，所述反射鏡與所述偏振分束器對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器采用反射型電光調(diào)制器、或反射型磁光調(diào)制器、或反射型聲光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)由透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器、偏振分束器和反射鏡組成，所述透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器平行設(shè)置，所述透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器采用反射型電光調(diào)制器、或反射型磁光調(diào)制器、或反射型聲光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器不平行設(shè)置時(shí)，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)由透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器、偏振分束器和多個(gè)反射鏡組成，多個(gè)所述反射鏡與所述偏振分束器不同角度對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器采用反射型電光調(diào)制器、或反射型磁光調(diào)制器、或反射型聲光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述等光強(qiáng)光分束系統(tǒng)可將入射激光束調(diào)制為若干束光強(qiáng)相等且互不相干的光束出射。

本發(fā)明通過采用靜態(tài)的空間分布式可調(diào)制相位延遲器和偏振分束器調(diào)制光束，實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。本發(fā)明與通過高速振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)器件的散斑抑制方法相比，具有穩(wěn)定性和可靠性高、能耗低、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為一種反射型偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置的具體實(shí)施示意圖，反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器與偏振分束器平行。

圖2為一種反射型偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置的具體實(shí)施示意圖，反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器與偏振分束器不平行，本例夾角為45度。

圖3為一種透射型偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置的具體實(shí)施示意圖，透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器與偏振分束器平行。

圖4為一種透射型偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置的具體實(shí)施示意圖，透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器與偏振分束器不平行，本例夾角為45度。

圖中：1-激光光源，2-空間分布式可調(diào)制相位延遲器，2.1-反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器，2.2-透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器，3-偏振分束器，4-聚光元件，5-勻場(chǎng)器件，6-照明系統(tǒng)，7-屏幕，8-反射鏡，8.1-第一反射鏡，8.2-第二反射鏡，9.1-第一出射光束，9.2-第二出射光束，9.n-第n出射光束。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置，由激光光源1、反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1、偏振分束器3、聚光元件4、勻場(chǎng)器件5、照明系統(tǒng)6和屏幕7組成，反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1與偏振分束器3平行。

激光光源1發(fā)出的激光束，到達(dá)反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1后偏振態(tài)被調(diào)制，調(diào)制后的光束入射在偏振分束器3上，偏振分束器3具有反射偏振方向一的線偏振光，透射與偏振方向一垂直的偏振方向二的線偏振光的性質(zhì)，因此部分光透射出去，部分光反射并再次到達(dá)反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1，多次進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制、分光的過程，在偏振分束器3后得到若干空間分離的出射光束9.1～9.n，若干所述出射光束9.1～9.n由聚光元件4收集，經(jīng)勻場(chǎng)器件5勻光，再經(jīng)過照明系統(tǒng)6最終在屏幕7上成像。由于屏幕7上存在若干獨(dú)立的散斑場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n應(yīng)互不相干。設(shè)激光光源1發(fā)出光束入射在反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1的入射角為α，反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1與偏振分束器3的距離為d,激光光源1的相干長(zhǎng)度為lc，應(yīng)滿足條件2*d/cosα≥lc。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n光強(qiáng)應(yīng)相等。因系統(tǒng)存在各類損耗，并不能把全部入射光能量n等份而不存在能量損失。下面以n＝3的情況說明如何獲得3份光強(qiáng)相等且最大的出射光，對(duì)于n>3的情況有類似的操作方法。

第一出射光束9.1由反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1的區(qū)域a射出，第二出射光束9.2由反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1的區(qū)域b射出，第三出射光束9.3由反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1的區(qū)域c射出。分別改變區(qū)域a，b，c的相位延遲量，可以分別改變第一出射光束9.1，第二出射光束9.2，第三出射光束9.3的光強(qiáng)。

遍歷區(qū)域a的相位延遲量，得到第一出射光束9.1的光強(qiáng)曲線。曲線上找到最大值i1max和最小值i1min。之后設(shè)置區(qū)域a相位延遲量使第一出射光束9.1光強(qiáng)處于最小值i1min；

遍歷區(qū)域b的相位延遲量，得到第二出射光束9.2的光強(qiáng)曲線。曲線上找到最大值i2max和最小值i2min。之后設(shè)置區(qū)域b的相位延遲量使第二出射光束9.2光強(qiáng)處于最小值i2min；

遍歷區(qū)域c的相位延遲量，得到第三出射光束9.3的光強(qiáng)曲線。曲線上找到最大值i3max；

確定兩個(gè)參數(shù)，

建立方程組，

式中i1,i2,i3分別為透射第一出射光束9.1,第二出射光束9.2和第三出射光束9.3的光強(qiáng)，t1為透射第一出射光束9.1的透射比，t2為透射第二出射光束9.2的透射比。

解方程組得

在第一出射光束9.1的光強(qiáng)曲線上找到光強(qiáng)i1對(duì)應(yīng)的相位延遲量，確定為區(qū)域a的相位延遲量。之后遍歷區(qū)域b的相位延遲量，找到第二出射光束9.2光強(qiáng)為i1對(duì)應(yīng)的相位延遲量并確定。之后遍歷區(qū)域c的相位延遲量，找到第三出射光束9.3光強(qiáng)為i1對(duì)應(yīng)的相位延遲量并確定。至此，獲得3束等光強(qiáng)的透射光束。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置，由激光光源1、反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1、偏振分束器3、聚光元件4、勻場(chǎng)器件5、照明系統(tǒng)6、屏幕7和反射鏡8組成。反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1與偏振分束器3不平行，本例夾角為45度。

激光光源1發(fā)出偏振方向一的線偏振激光束，以小角度掠過偏振分束器3射向反射鏡8，進(jìn)一步反射到偏振分束器3上；所述偏振分束器3具有反射偏振方向一的線偏振光而透射與偏振方向一垂直的偏振方向二的線偏振光的性質(zhì)，因此，光被反射到反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1的某一區(qū)域，光的偏振態(tài)被調(diào)制后反射向偏振分束器3；此時(shí)部分光透過偏振分束器3成為出射光束9.1，部分光被偏振分束器3反射到反射鏡8又反射回偏振分束器3；

光束在反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1與偏振分束器3之間多次進(jìn)行以上偏振態(tài)調(diào)制，分光過程得到若干出射光束9.2～9.n；用聚光元件4收集出射光束9.1～9.n再由勻場(chǎng)器件5勻光，進(jìn)入照明系統(tǒng)6最終成像于屏幕7并實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n應(yīng)互不相干。設(shè)光束從反射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.1到偏振分束器3的光程為a,光束從偏振分束器3到反射鏡8的光程為b,激光光源1的相干長(zhǎng)度為lc,應(yīng)滿足2*(a+b)≥lc則若干透射光束互不相干。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n的光強(qiáng)需相等。實(shí)現(xiàn)方法與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

如圖3所示，一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置，由激光光源1、透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2、偏振分束器3、聚光元件4、勻場(chǎng)器件5、照明系統(tǒng)6、屏幕7和反射鏡8組成。透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2與偏振分束器3平行。

激光光源1發(fā)出的光束首先入射在透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2上經(jīng)偏振態(tài)調(diào)制后再出射，出射光束到達(dá)偏振分束器3；所述偏振分束器3具有反射偏振方向一的線偏振光而透射與偏振方向一垂直的偏振方向二的線偏振光的性質(zhì)，因此部分光透射成為出射光束9.1，部分光反射，部分反射光透過透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2后被反射鏡8反射再次到達(dá)透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2實(shí)現(xiàn)更多次偏振態(tài)調(diào)制、分光的過程，最終將在偏振分束器3后得到若干出射光9.1～9.n，若干所述出射光被聚光元件4收集，由勻場(chǎng)器件5勻光后再進(jìn)入照明系統(tǒng)6，最終成像于屏幕7而實(shí)現(xiàn)散斑的抑制。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n應(yīng)互不相干。設(shè)激光光源發(fā)出的光束入射在透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2的入射角為α，反射鏡8到偏振分束器3的距離為d。應(yīng)滿足2*d/cosα≥lc使若干出射光束互不相干。

進(jìn)一步的，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n的光強(qiáng)需相等。實(shí)現(xiàn)方法與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例4

如圖4所示，一種基于偏振態(tài)調(diào)制的等光強(qiáng)光分束消散斑裝置，由激光光源1、透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2、偏振分束器3、聚光元件4、勻場(chǎng)器件5、照明系統(tǒng)6、屏幕7、第一反射鏡8.1和第二反射鏡8.2組成。透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2與偏振分束器3不平行，本例夾角為45度。

激光光源1發(fā)出偏振方向一的線偏振激光束，以小角度掠過偏振分束器3射向第一反射鏡8.1，進(jìn)一步反射到偏振分束器3上；所述偏振分束器3具有反射偏振方向一的線偏振光而透射與偏振方向一垂直的偏振方向二的線偏振光的性質(zhì)，因此，光被偏振分束器3反射并透過透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2的某一區(qū)域，同時(shí)光的偏振態(tài)被調(diào)制。透射光被第二反射鏡8.2反射再次透過透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2后到達(dá)偏振分束器3；此時(shí)部分光透過偏振分束器3成為出射光束9.1，部分光被偏振分束器3反射到第一反射鏡8.1又反射回偏振分束器3；光束在透射型空間分布式可調(diào)制相位延遲器2.2和偏振分束器3之間多次進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制,分光的過程，最終在偏振分束器3后產(chǎn)生更多出射光束9.2～9.n。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n應(yīng)互不相干。設(shè)光束從第一反射鏡8.1到偏振分束器3的光程為a,從偏振分束器3到第二反射鏡8.2的光程為b,應(yīng)滿足2*(a+b)≥lc則若干出射光束互不相干。

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的散斑抑制效果，若干所述出射光束9.1～9.n的光強(qiáng)需相等。實(shí)現(xiàn)方法與實(shí)施例1相同。

本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)廣泛地解釋。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作岀若干改進(jìn)和等效范圍內(nèi)的變化，這些改進(jìn)和變化也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。