[发明专利]一种柔性变角度阵列衍射光学器件的实现系统

说明书

一种柔性变角度阵列衍射光学器件的实现系统，包括机械模块、电学控制模块和光学模块，所述光学模块包括激光器、校准透镜、光阑、柔性变角度阵列衍射光学器件、成像透镜、投影屏幕和CCD相机和计算机处理系统，所述激光器是可见光范围内的任意波长的单色激光器，所述激光器、校准透镜、光阑、柔性变角度阵列衍射光学器件和成像透镜位于同一光轴上；所述机械模块包括履带式传送装置；所述电学控制模块包括用于带动履带式传送装置转动进而带动柔性变角度阵列衍射光学器件实现履带式运动的驱动电机。本发明全波段散斑抑制效果好、运动方式简单、易于实现、且系统通用性、鲁棒性好、成本低廉。

技术领域

本发明属于激光显示投影领域，尤其涉及一种柔性变角度阵列衍射光学器件的实现系统，采用运动式衍射光学器件进行激光散斑抑制的衍射光学器件实现系统。

背景技术

激光投影显示系统因其所具备的色彩丰富、画面质量高、寿命长、可靠性高、功效高、能耗低等优点，受到越来越广泛的关注和欢迎。然而由于激光是高相干光，不可避免地会产生一种称为激光散斑的画面噪声。散斑表现为随机分布在激光光斑中的黑色斑点，其实质为信号的随机相干叠加，散斑的存在严重影响图像和信息的质量。在激光投影显示领域，散斑会使投影显示的画面质量下降，导致观看者产生疲倦和头晕眼花等症状，严重影响激光投影仪使用者的体验，成为制约激光投影显示系统和仪器发展的核心因素。因此，研发激光散斑抑制技术和器件十分必要。

已有技术中对激光散斑抑制所采用的最常用的方法，是使用运动的衍射光学器件。多年来，研究者报道了多种衍射光学器件，包括常周期的光栅结构；基于伪随机编码、M序列编码、Barker码的微光学结构；基于Hadamard矩阵的微光学结构等等。激光束经过这些衍射光学器件形成了衍射光场，动态变化的衍射光场的叠加能够破坏激光的相干性，并进而起到抑制激光散斑的作用。为了形成动态变化的衍射光场的叠加，需要对衍射光学器件进行震动、线性位移、旋转运动等机械运动方式。然而这样的运动方式不仅机械部件和运行机构复杂、庞大，而且对激光投影显示仪器有冲击损害。另外，由于需要往复运动使得无法保证衍射光学器件处于匀速运动状态，因此散斑抑制效果也不够理想。上述已有技术中与本发明最接近的衍射光学器件及其实现系统，比如在《Hadamard speckle contrastreduction》(2004，Opt.Lett.29,11-13)一文中Jahja I.Trisnadi第一次采用了基于Hadamard矩阵结构的衍射光学器件并给出了实现方式；在《Full speckle suppression inlaser projectors using two Barker code-type diffractive optical elements》(2013，J.Opt.Soc.Am.A 30,22-31)一文中，Lapchuk等人采用两个基于Barker码结构的衍射光学器件并使其在垂直于光轴的平面，沿与水平面呈一定角度的方向运动，对全波段(既包括红、绿、蓝)激光进行了散斑抑制实验；乐孜纯、熊启源、董文和付明磊在中国发明专利《一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法》(CN 106896520A)中提出使用运动的二元光学衍射元件来抑制激光散斑。

然而上述基于运动的衍射光学器件的现有技术方法，均存在缺陷。或是散斑抑制程度不够；或是不能进行全波段散斑抑制；或是结构设计的难度太大，系统容错性、鲁棒性、通用性很差，不能满足实际应用需求；或是需要往复式机械运动，对激光投影显示仪器机械冲击大、稳定性不好、结构复杂庞大、能耗高、功效低，并需在运动过程中改变速度导致散斑抑制效果不佳等等。

发明内容

为了克服已有技术散斑抑制效果不够好、不能进行全波段散斑抑制、系统采用器件个数和种类多、运动部件复杂并对仪器有冲击损害、尺寸大、仪器结构复杂、能耗高、功效低等缺点，本发明提供一种全波段散斑抑制效果好、运动方式简单、易于实现、且系统通用性、鲁棒性好、成本低廉的柔性变角度阵列衍射光学器件的实现系统，采用柔性材料制作、通过变角度阵列衍射结构、构建可以无限匀速循环的履带式运动方式、用一套系统实现红、绿、蓝全波段激光散斑抑制。