一种柔性变角度阵列衍射光学微结构及其履带式运动方法技术

一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，所述微结构制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学微结构首尾组成，所述柔性变角度阵列衍射光学微结构弯折并首尾相连形成履带式结构，所述弯折后的柔性变角度阵列衍射光学微结构作为一个整体的衍射光学器件，它包括前后两层，每一层包含(N/2)组一维二元衍射光学微结构；所述一维二元衍射光学微结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学微结构为一维图案、所述二元是指因衍射光学微结构深度所形成的光程差是二值化的。以及提供一种柔性变角度阵列衍射光学微结构的履带式运动方法。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性变角度阵列衍射光学微结构及其履带式运动方法
本专利技术属于激光显示投影领域，尤其涉及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及其适配运动方法。
技术介绍
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。上述机械运动方式中旋转运动所引起的运动冲击最小，但因将衍射光学结构制作在圆盘上进行旋转，每一时刻只有圆盘上的一小部分衍射光学结构进入光路，因此衍射光学结构利用率很低。而对于线性位移而言，通常需要两个维度的线性运动，机械上实现难度大且稳定性不好。上述已有技术中与本专利技术最接近的衍射光学器件及其运动方法，比如在《Hadamardspecklecontrastreduction》(2004，Opt.Lett.29,11-13)一文中JahjaI.Trisnadi第一次采用了基于Hadamard矩阵结构的衍射光学器件；在《FullspecklesuppressioninlaserprojectorsusingtwoBarkercode-typediffractiveopticalelements》(2013，J.Opt.Soc.Am.A30,22-31)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专利技术专利《一种基于光学衍射元件的激光散斑抑制方法》(CN106896520A)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。
技术实现思路
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、功效低等不足，本专利技术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微结构及其履带式运动方法，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传动代替往复式机械运动实现红、绿、蓝全波段激光散斑抑制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，所述微结构制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学微结构首尾组成，所述柔性变角度阵列衍射光学微结构弯折并首尾相连形成履带式结构，所述弯折后的柔性变角度阵列衍射光学微结构作为一个整体的衍射光学器件，它包括前后两层，每一层包含(N/2)组一维二元衍射光学微结构；所述一维二元衍射光学微结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学微结构为一维图案、所述二元是指因衍射光学微结构深度所形成的光程差是二值化的。进一步，所述一维二元衍射光学结构图案由参数T表示，所述参数T为光学微结构的最小单元宽度，所有光学微结构的宽度均用T的整数倍来表示，所述一维二元衍射光学结构图案的总宽度用T0表示；所述一维二元衍射光学结构的深度为h，所述一维二元衍射光学结构与X轴所夹倾角为θ0。再进一步，所述光学微结构为基于伪随机序列的光学微结构、基于M序列的光学微结构或基于Barker码的光学微结构。更进一步，所述N是正整数，N≧3，所述每一组一维二元衍射光学微结构中包含m个编码周期；所述阵列中的N个一维二元衍射光学微结构，一次性制作在单片柔性材料上，其阵列中的N个一维二元衍射光学微结构内部的微结构编码图案相同或不相同，所述N组一维二元衍射光学微结构首尾连接，沿着Y轴方向将第1组衍射光学微结构的头与第N组衍射光学微结构的尾相连。阵列中的N个一维二元衍射光学微结构与X轴所夹倾角不同，表示为θ±i，其中θ±i＝θ0±(N-1)/2·Δθ±i·Δθ，Δθ表示相邻衍射光学器件单元与X轴所夹倾角的变化幅度，根据履带式运动所要达到的Y轴方向的位移大小来确定。所述一维二元衍射光学微结构的深度h，应满足半波长漂移的条件，与激光波长和柔性材料的折射率有关，其范围在350nm至650nm。所述柔性材料是指对包括红、绿、蓝光在内的可见光波段透明的、柔软可弯折的材料，所述柔性材料包括热塑性塑料或光刻胶材料。所述热塑性塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氯乙烯PVC或聚碳酸酯PC。所述光刻胶材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS或光敏聚酰亚胺光刻胶PSPI。一种柔性变角度阵列衍射光学微结构的履带式运动方法，当激光束照射到弯折成履带式的柔性变角度阵列衍射光学微结构上时，光束通过了前后两层柔性变角度阵列衍射光学微结构，当进行履带式运动时，前后两层柔性变角度阵列衍射光学微结构以相同的运动速度、向相反方向运动，所述柔性变角度阵列衍射光学微结构通过履带式运动方法，不仅使原本的一维衍射光学微结构叠加成了二维衍射光学微结构，同时所述二维衍射光学微结构还具有动态变化的特性。进一步，所述履带式柔性变角度阵列衍射光学微结构固定在两根旋转立柱上，所述两根旋转立柱安装在一个基于齿轮传动的履带式传送装置上，所述两根旋转立柱中的一根上连接了两个弹簧，所述弹簧对旋转立柱施加拉力，使得弯折成履带式的柔性变角度阵列衍射光学微结构始终处于拉伸状态；所述齿轮安装在旋转立柱的底部并由一个电学控制模块控制；所述电学控制模块，由步进电机驱动齿轮来控制所述柔性变角度阵列衍射光学微结构进行连续的履带式运动。当然，也可以采用其他的结构形式。所述柔性变角度阵列衍射光学微结构的柔性材料厚度，以易于弯折和保证前后两层柔性变角度阵列衍射光学微结构之间的间距尽可能小为原则，在0.01毫米至3毫米之间变化。本专利技术的技术构思是：通过在单片柔性材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：所述微结构制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学微结构首尾组成，所述柔性变角度阵列衍射光学微结构弯折并首尾相连形成履带式结构，所述弯折后的柔性变角度阵列衍射光学微结构作为一个整体的衍射光学器件，它包括前后两层，每一层包含(N/2)组一维二元衍射光学微结构；所述一维二元衍射光学微结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学微结构为一维图案、所述二元是指因衍射光学微结构深度所形成的光程差是二值化的。

【技术特征摘要】
1.一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：所述微结构制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学微结构首尾组成，所述柔性变角度阵列衍射光学微结构弯折并首尾相连形成履带式结构，所述弯折后的柔性变角度阵列衍射光学微结构作为一个整体的衍射光学器件，它包括前后两层，每一层包含(N/2)组一维二元衍射光学微结构；所述一维二元衍射光学微结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学微结构为一维图案、所述二元是指因衍射光学微结构深度所形成的光程差是二值化的。2.如权利要求1所述的一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：所述一维二元衍射光学结构图案由参数T表示，所述参数T为光学微结构的最小单元宽度，所有光学微结构的宽度均用T的整数倍来表示，所述一维二元衍射光学结构图案的总宽度用T0表示；所述一维二元衍射光学结构的深度为h，所述一维二元衍射光学结构与X轴所夹倾角为θ0。3.如权利要求2所述的一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：所述光学微结构为基于伪随机序列的光学微结构、基于M序列的光学微结构或基于Barker码的光学微结构。4.如权利要求1～3之一所述的一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：所述N是正整数，N≧3，所述每一组一维二元衍射光学微结构中包含m个编码周期；所述阵列中的N个一维二元衍射光学微结构，一次性制作在单片柔性材料上，其阵列中的N个一维二元衍射光学微结构内部的微结构编码图案相同或不相同，所述N组一维二元衍射光学微结构首尾连接，沿着Y轴方向将第1组衍射光学微结构的头与第N组衍射光学微结构的尾相连。5.权利要求1～3之一所述的一种柔性变角度阵列衍射光学微结构，其特征在于：阵列中的N个一维二元衍射光学微结构与X轴所夹倾角不同，表示为θ±i，其中θ±i＝θ0±(N-1)/2·Δθ±i·Δθ，Δθ表示相邻衍射光学器件单元与X轴所夹倾角的变化幅度，根据履带式运动所要达到的Y轴方向的位移大小来确定。6.利要求1～3之一所述的一种柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐孜纯，阿纳托利·拉普查克，董文，奥历山大·派瑞根，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33