用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件制造技术

一种用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，所述衍射光学器件制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学结构首尾连接而成，所述一维二元衍射光学结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学结构为一维图案，所述二元是指因衍射光学结构深度所形成的光程差是二值化的。本实用新型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、成本低廉的用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，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。

Flexible variable angle array diffractive optical devices for laser speckle suppression

A flexible variable-angle array diffractive optical device for laser speckle suppression is fabricated on a flexible material and connected by N groups of one-dimensional binary diffractive optical structures. The one-dimensional binary diffractive optical structure comprises a grating structure and an optical microstructure. The one-dimensional diffractive optical structure is defined as a diffractive optical structure. One dimensional pattern, the two element is that the optical path difference formed by the depth of diffractive optical structure is two valued. The utility model provides a flexible variable-angle array diffractive optical device for laser speckle suppression with good full-band speckle suppression effect, simple motion mode, easy realization, system versatility, good robustness and low cost, which can be infinitely constructed by using flexible material, diffractive structure of variable-angle array, and so on. The tracked transmission with uniform speed cycle replaces the reciprocating mechanical movement to achieve red, green and blue full-band laser speckle suppression.

【技术实现步骤摘要】
用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件
本技术属于激光显示投影领域，尤其涉及一种用于激光散斑抑制的衍射光学器件。
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的抑制，采用过如下技术方案，包括：使用运动的衍射光学器件；使用特制投影屏幕；使用多角度照明光；使用特殊光纤/光管；使用内部结构可动态变化的新材料。迄今为止，基于新材料的技术方案只有理论和初步实验报道，因响应速度太慢短期内将无法实际应用。其他几种技术方案，虽然都已不同程度试用，但均存在如下缺点：散斑抑制效果不够好、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，亟待改进。上述已有技术中与本技术最接近的是运动的衍射光学器件，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，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；或是结构设计的精度要求太高，系统容错性、鲁棒性、通用性很差，只适合实验室，不能满足实际应用需求；或是需要往复式机械运动，在运动过程中改变速度导致散斑抑制效果不佳等。
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、能耗高等不足，本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、成本低廉的用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，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。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，所述衍射光学器件制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学结构首尾连接而成，所述一维二元衍射光学结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学结构为一维图案，所述二元是指因衍射光学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，表示柔性变角度阵列衍射光学器件中所包含的阵列个数，N＝1,2,3…∞，当N＝1时，所述用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件为单个衍射光学器件，即衍射光学器件单元，每一个衍射光学器件单元中包括m个周期的结构参数相同的一维二元衍射光学结构图案；当N≧2时，所述用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件为包含N个阵列的衍射光学器件；所述阵列中的N个衍射光学器件单元一次性制作在单片柔性材料上，其阵列中的N个衍射光学器件单元内部的一维二元衍射光学结构图案相同或不相同，所述N组一维二元衍射光学结构首尾连接，沿着Y轴方向将第1组衍射光学结构的头与第N组衍射光学结构的尾相连。优选的，阵列中的N个衍射光学器件单元与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。二元衍射光学结构的深度h与柔性材料的折射率有关，其范围在350nm至650nm。本技术的技术构思是：通过在单片柔性材料上制作变角度阵列衍射光学器件，利用运动的衍射光学微结构来改变激光光束的相位分布，破坏激光的空间相干性，从而达到抑制散斑的效果。进一步地，利用柔性材料的弯折，使得N组不同的一维二元衍射光学结构相互叠加；利用连续的履带式运动使得叠加的光学结构动态变化，以达到全波段激光散斑抑制的效果并提高激光散斑抑制率。更进一步，由于履带式传送是周而复始的，有效避免了往复式机械运动过程中运动速度的变化，减小了机械运动冲击造成的系统损伤和运动速度变化造成的干扰噪声。再进一步地，通过技术变角度阵列结构，使得在仅需一维方向运动的情况下，实现了二维位移的技术效果。本技术的有益效果主要表现在：(1)采用柔性材料，使得履带式连续运动成为可能。(2)单片材料上制作多组衍射光学微结构，尺寸小、效率高。(3)利用柔性材料的弯折和履带式连续运动，使得N组不同的一维二元衍射光学结构相互叠加和动态变化，实现了全波段激光散斑抑制。(4)通过技术变角度阵列结构，使得在仅需一维方向运动的情况下，实现了二维位移的技术效果。(5)采用履带式运动代替往复式机械运动，拥有更稳定的散斑抑制效果和更小的噪声干扰，也使得整个结构更加稳定。(6)整个散斑抑制系统结构简单、稳定、通用性好、功效高、能耗低。(7)可直接在现有激光投影仪上改装而不必重新购买。(8)与市场上现有的散斑抑制装置相比，制作简单，成本低廉，适合大批量生产。附图说明图1是本技术柔性变角度阵列衍射光学器件中衍射器件单元的示意图(光学微结构以M序列为例)。图2是本技术柔性变角度阵列衍射光学器件的阵列排布示意图。图3是本技术柔性变角度阵列衍射光学器件实现激光散斑抑制的系统示意图，其中，1是激光器；2是平凸透镜；3是光阑；4是本技术柔性变角度阵列衍射光学器件及其履带式传动装置；5是成像透镜；6是投影屏幕；7是CCD相机及其计算机处理系统。图4是本技术柔性变角度阵列衍射光学器件及其履带式传动装置以及传动方式示意图，其中，1是激光照射在本技术柔性变角度阵列衍射光学器件上的位置；2是两个实现履带式运动的旋转立柱；3是连接步进电机的齿轮；4是为本技术柔性变角度阵列衍射光学器件提供拉力的两个弹簧；5是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，其特征在于：所述衍射光学器件制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学结构首尾连接而成，所述一维二元衍射光学结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学结构为一维图案，所述二元是指因衍射光学结构深度所形成的光程差是二值化的。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，其特征在于：所述衍射光学器件制作在柔性材料上，由N组一维二元衍射光学结构首尾连接而成，所述一维二元衍射光学结构包括光栅结构和光学微结构，所述一维是指衍射光学结构为一维图案，所述二元是指因衍射光学结构深度所形成的光程差是二值化的。2.如权利要求1所述的用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，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所述的用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，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2或3所述的用于激光散斑抑制的柔性变角度阵列衍射光学器件，其特征在于：所述N是正整数，表示柔性变角度阵列衍射光学器件中所包含的阵列个数...

【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：新型
国别省市：浙江,33