[發明專利]用于激光照射系統的基于延遲器的去散斑器件

有效

• 申請號: 200910131359.1
• 申請日: 2009-04-15
• 公開（公告）號: CN101592786A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 譚金龍;大衛·M.·西蒙;斯科特·邁克爾東尼
• 申請（專利權）人: JDS尤尼弗思公司
• 主分類號: G02B27/48
• 分類號: G02B27/48;G02B5/30;G02F1/13
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 鄭小粵

技術領域

本發明一般涉及散斑抑制(speckle?reduction)，尤其是涉及用于在激光照射系統中抑制散斑的基于延遲器的方法和裝置。?

發明背景

激光照射系統通常被用在投影顯示中，以提供高功率照射和飽和色。然而，雖然激光器提供具有良好色澤的明亮圖像，但是圖像質量可能由于散斑而降低。?

散斑在相干光從粗糙或積滿灰塵的表面反射時產生，或通過具有隨機折射率變化的介質傳播。更具體地，它在反射光在探測器(例如，人眼或平方律光電探測器)處干涉時產生，該反射光包括具有大于光波長的微分時滯的多個光束。該干涉提供通常被稱為散斑圖樣的不均勻、隨機、波動的光強度。?

在投影顯示中，散斑通常在光從顯示屏反射時引起，該顯示屏一般具有大于激光波長的四分之一的表面粗糙度。因而形成的被反射的激光的隨機空間干涉產生明顯降低圖像質量(例如，使它呈現為粒狀和/或較不清楚)的散斑圖樣。此外，根據視點，散斑圖樣可由于在給定方向上相對相位延遲的不同特性而變化。作為結果，被觀察的圖像隨著視點變化，且光學系統不能可靠地再現高保真圖像。?

散斑一般由散斑對比度量化。現有技術描述了用于抑制散斑和/或抑制散斑對比度的各種技術。例如，一種方法是增加激光縱模的數量，以便來自多個波長的散斑圖樣平均成平滑的分布。另一方法是平鋪顯示(tile)相干激光二極管(LD)的陣列，以提供在空間上非相干的照射。不幸的是，該方法昂貴，且并不總是實際可行的，因為很多微型投影儀依賴于單LD芯片來輸出數十個閾限的照射。又一方法是在激光照射中產生偏振分集。例如，一個激光束可分成兩個偏振，第一偏振被允許通過偏振分束器(PBS)，而第二偏振被延遲了大于激光的相干長度的量(例如，見美國專利號3,633,999和4,511,220)。通常，該方法龐大且具有有限的散斑對比度抑制。此外，這種方法在激光相干長度非常長的情況下不是理想的。?

除了改變LD布置(空間)或操縱激光器件特性(偏振和縱模)來減少激光束的空間和時間相干以外，另一方法是產生很多變化的沸騰散斑(boiling?speckle)圖樣，這些沸騰散斑圖樣允許時間平均(例如，通過人眼或光電探測器)來減少強度非均勻性。例如，一種方法是使顯示屏振動。不幸的是，對于大投影屏，這不是很實際。因此，更普遍的方法是使用外部光學元件，例如擴散器(例如見J.W.Goodman等人的“Specklereduction?by?a?moving?diffuser?in?laser?projection?displays”，Annual?Meeting?of?the?OpticalSociety?of?America，Rhode?Island，2000)、相位板(例如見美國專利號US?Pat.Nos.6,323,984和6,747,781)、或隨機衍射光學元件(例如見L.Wang等人的“Speckle?reductionin?laser?projection?systems?by?diffractive?optical?element，”Appl.Opt.37，pp.177-1775，1998)，該光學外部元件被振動或旋轉，以隨著時間的過去產生多個相位延遲。在另一方法中，超聲調制器被用于移動干涉條紋。?

雖然產生很多變化的沸騰散斑圖樣來提供時間平均的更普遍使用的方法在抑制光譜對比度時相當成功，但它們通常被現有技術擴散器/相位板中物理蝕刻/模壓的表面圖樣所限制。例如，這些凸起的表面圖樣被證實明顯降低激光束的質量。?

發明內容

本發明涉及使用可操作的波片元件來產生很多變化的沸騰散斑圖樣的方法。在一個實施方式中，沸騰散斑圖樣連同從光學元件的折射率不均勻性和/或投影屏粗糙度產生的靜態/可變散斑圖樣一起隨著時間的過去在圖像平面處被顯示給探測器(例如，人眼、光電探測器)。這些不相關的或部分相關的散斑圖樣在探測器積分區間內被不相干地求和(例如，被時間平均)。這些時間平均的散斑圖樣通過在沒有散斑時從所需的圖像強度減少任何觀察像素的偏移來抑制散斑對比度。?

可操作的波片元件通過提供由近半波光學延遲器的機械攪動和/或電子切換產生的可變相位調制來產生變化的散斑圖樣。更具體地，具有在空間上變化的慢軸的近半波光學延遲器的機械攪動和/或電子切換對激光束的不同區域引入幾何相移。?