激光照明系统及其激光光斑消除方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光照明系统及其激光光斑消除方法，该激光照明系统包含至少一激光模块供射出激光束；至少一扫描元件；及至少一光学绕射元件，供形成照明光束，该照明光束再投射至一待照明区或该待照明区中至少一物体上以产生照明效果，用以供至少一影像感测单元撷取该待照明区或该至少一物体的影像；其中当该扫描光束经过该至少一光学绕射元件时，通过该至少一光学绕射元件的绕射效果，使该扫描光束能产生空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，以使该待照明区或该至少一物体上的任一点在该影像感测单元的反应时间内能包含至少两束照明光束的部分光能量并产生迭加效果，以消除影像感测单元所撷取的影像的激光光斑。

Laser Illumination System and Its Laser Spot Elimination Method

The invention discloses a laser illumination system and a method for eliminating laser spot. The laser illumination system comprises at least one laser module for emitting laser beam, at least one scanning element, and at least one optical diffraction element for forming illumination beam. The illumination beam is then projected onto at least one object in the illumination area or the illumination area to produce illumination effect for at least one object in the illumination area. The image sensing unit captures the image of the illuminated area or at least one object, in which when the scanning beam passes through the at least one optical diffraction element, the scanning beam can be converted into an illuminated beam by the diffraction effect of the at least one optical diffraction element so that the illuminated area or at least one object can be transformed into an illuminated beam by the change of the spatial phase redistribution or the change of the light energy distribution. Any point on the body can contain part of the energy of at least two illumination beams in the response time of the image sensing unit and produce superposition effect to eliminate the laser spot of the image captured by the image sensing unit.

【技术实现步骤摘要】
激光照明系统及其激光光斑消除方法
本专利技术涉及一种激光照明系统及其激光光斑消除方法，尤指一种在激光束照射至待照明区的路径上设置至少一光学绕射元件，以使激光束经过该至少一光学绕射元件时能产生重新空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化，使该待照明区上的任一点在至少一影像感测单元的反应时间内能包含至少两束激光束的部分光能量并产生迭加效果，以消除该影像感测单元所撷取该待照明区的影像的激光光斑。
技术介绍
激光束具有本质上良好的同调性(coherent)，其为波长一致、相位一致、单一频率且导向性佳的高能量光束，当其被应用为激光投影器的光源时，将会伴随产生激光光斑(laserspeckle)现象。激光光斑是同调性光源照射在一粗糙表面上，如一投影用屏幕或一半透明扩散板，所造成的不规则亮度分布，其起因为散射光在不同点因粗糙表面而产生不规则的建设性或破坏性干涉。光强度较亮者是建设性干涉所造成；光强度较暗者是破坏性干涉的结果；激光光斑事实上是影像检测单元(如人眼或镜头)所检测的噪声，将降低检测所得影像的影像清晰度与分辨率。若该影像检测单元为人眼，且将影响观察舒适度。因此，激光光斑为激光照明系统应予克服的现象。针对激光光斑的问题，目前已有现有技术提出解决方法，如在投影用屏幕上增设一制动机构(actuator)如马达以驱使屏幕不断地移动或转动，以破坏激光束的同调性而减低干涉现象；或利用透镜将一影像产生模块所产生的影像聚焦于可移动或转动的一可随时间变更扩散器(Time-varyingDiffuser)上，以破坏激光的同调性，从而缓和影像画面上的激光斑点现象，其原理是以高频率的震动造成相位差间的紊乱，使影像抵达人眼后不易察觉微小光点间的明暗差异，从而降低甚至消除激光光斑。但是，前述装置或方法皆是利用制动机构以驱动屏幕或扩散器(Time-varyingDiffuser)相对于激光产生移动或转动，因此整体机构较复杂，产品制作成本也相对提高，且体积相对较大。针对照明系统问题，相较于LED，激光的量子效率有数百近千倍之高，其体积更小、生热更少、指向性更高等特性令诺贝尔得主中村修二相信未来十年内激光照明将会代替LED照明，然而，激光照明技术现实上面临以下挑战：其一，激光光波长分布狭窄，无白色光谱激光；其二，激光光能具高度指向性易生激光安全问题；其三，激光同调性的干涉现象产生激光光斑(LaserSpeckle)使观察者不适，减低人眼视觉可辨识度或严重影响侦测影像的分辨率。为了解决上述激光照明问题，中村修二与OSRAM等所采用的方式是将激光投射在荧光粉涂层以产生非同调性、低指向性的可见白光。然而，激光与荧光粉的异波长能量转换却将减损照明系统的量子效率，而且荧光粉所生光能完全没有指向性，若再通过反射镜与透镜系统修正能量分配以符相应的照明或显示应用的过程，又将严重减损其能量效率且增系统体积。反之，若可解决上述三项激光照明挑战，又可不经荧光粉转换，直接以激光作为照明光源，方能完全利用激光高量子效率，且达成体积小、高指向性优势及侦测距离增长且人眼视觉辨识度增高的优点，如此不仅适用白光照明，更可运用在夜视系统或机器视觉。此外，此专利技术系统所产生的光源不仅可应用于车头灯、台灯、路灯等各式照明，且可作为LCD、LCoS等需外加光源的显示器系统。如今，白光激光运用指日可待，因此本专利技术的描述着重于如何设计激光照明系统及解决其激光光斑问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种激光照明系统，其包含至少一激光模块，供射出激光束；至少一扫描元件，供将该激光束扫描形成扫描光束；及至少一光学绕射元件，供使该扫描光束在经过该光学绕射元件之后能绕射形成照明光束，该照明光束再投射至一待照明区或该待照明区中至少一物体上以产生照明效果，用以供至少一影像感测单元能撷取该待照明区或该物体的影像；其中该至少一影像感测单元包含人体眼睛或光学感测元件，其中该影像感测单元具有一反应时间，该反应时间指该人体眼睛的视觉暂留时间或该光学感测元件的感测反应时间，在此可定义或视为该影像感测单元的最短反应时间；其中当该扫描光束经过该至少一光学绕射元件时，通过该至少一光学绕射元件的绕射效果，使该扫描光束能产生空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，以使该待照明区或该待照明区中至少一物体上的任一点在该影像感测单元的反应时间内能包含至少两束照明光束的部分光能量并产生迭加效果，以消除影像感测单元所撷取的影像的激光光斑。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该至少一光学绕射元件进一步包含一有效绕射区，使该扫描光束经过该有效绕射区而能产生有效的空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，使该照明光束能在该待照明区中进一步形成一有效照明区。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该至少一光学绕射元件设置于该扫瞄元件与该待照明区或该至少一物体之间的扫描光束的投射路径中，以使扫描光束能以反射方式或穿透方式经过该至少一光学绕射元件以产生重新空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该光学绕射元件包含微光学绕射结构、传统光学结构(BulkOptics)、扩散片等依所需光能量与相位分布设计的结构中的一种或其组合不予限制。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该激光照明系统可由多组不同激光模块组成一激光模块矩阵，该每个模块中可进一步增设准直元件(Collimator)、聚焦元件等不限制，将激光束集中投射于扫描元件上。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该激光模块矩阵中可进一步增设多组波长滤波器、多组偏振滤波器等不限制，将不同激光束合为同一束光，并可依激光的能量输出进行时间上的调配。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该扫描元件可进行一维扫描或二维扫描，其中扫描轨迹能为周期性或非周期性，该周期性扫描轨迹可以为光栅扫描(Rasterscanning)方式或利萨如扫描(Lissajousscanning)方式，以周期小于感测单元的反应时间进行扫描；该非周期扫描轨迹是通过扫描迹轨迹的时间变化用以调整光能量的分布。在本专利技术的激光照明系统一实施例中，该扫描元件为光束偏折装置，包含但不限于下列族群：折射率变化光束旋转元件(refractiveindexbeamsteeringdevice)、反射镜、微机电反射镜、微机电旋转镜面、旋转镜、多角反射镜(polygonmirror)、超声波光栅(ultrasonicgrating)其中的一种或其组合。在本专利技术的再一目的在于提供一种激光照明系统的激光光斑消除方法，包含下列步骤：步骤1：提供一激光照系统，该激光照明系统包含：至少一激光模块，供射出激光束；至少一扫描元件，供将该激光束扫描形成扫描光束；及至少一光学绕射元件，供使该扫描光束在经过该至少一光学绕射件之后能形成照明光束，该照明光束再投射至一待照明区或该待照明区中至少一物体上以产生照明效果，用以供一影像感测单元能检测该待照明区或该物体的影像；其中该影像感测单元包含人体眼睛或光学感测元件，其中该影像感测单元具有一反应时间，该反应时间指该人体眼睛的视觉暂留时间或该光学感测元件的感测反应时间。步骤2：使该扫描光束在经过该至少一光学绕射元件时，通过该至少一光学绕射元件的绕射作用，使该扫描光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光照明系统，其特征在于，包含：至少一激光模块，供射出激光束；至少一扫描元件，供将由该至少一激光模块所投射的激光束扫描形成扫描光束；及至少一光学绕射元件，供使该扫描光束在经过该至少一光学绕射元件之后绕射形成照明光束，该照明光束再投射至一待照明区或该待照明区中至少一物体上以产生照明效果，用以供一至少一影像感测单元撷取该待照明区或该物体的影像；其中该至少一影像感测单元包含人体眼睛或光学感测元件，其中该影像感测单元具有一反应时间，该反应时间指该人体眼睛的视觉暂留时间或该光学感测元件的感测反应时间；其中当该扫描光束经过该至少一光学绕射元件时，通过该至少一光学绕射元件的绕射效果，使该扫描光束产生空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，以使该待照明区或该待照明区中至少一物体上的任一点在该影像感测单元的反应时间内包含至少两束照明光束的部分光的能量并产生迭加效果，以消除影像感测单元所撷取该待照明区或该物体的影像的激光光斑。

【技术特征摘要】
1.一种激光照明系统，其特征在于，包含：至少一激光模块，供射出激光束；至少一扫描元件，供将由该至少一激光模块所投射的激光束扫描形成扫描光束；及至少一光学绕射元件，供使该扫描光束在经过该至少一光学绕射元件之后绕射形成照明光束，该照明光束再投射至一待照明区或该待照明区中至少一物体上以产生照明效果，用以供一至少一影像感测单元撷取该待照明区或该物体的影像；其中该至少一影像感测单元包含人体眼睛或光学感测元件，其中该影像感测单元具有一反应时间，该反应时间指该人体眼睛的视觉暂留时间或该光学感测元件的感测反应时间；其中当该扫描光束经过该至少一光学绕射元件时，通过该至少一光学绕射元件的绕射效果，使该扫描光束产生空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，以使该待照明区或该待照明区中至少一物体上的任一点在该影像感测单元的反应时间内包含至少两束照明光束的部分光的能量并产生迭加效果，以消除影像感测单元所撷取该待照明区或该物体的影像的激光光斑。2.如权利要求1所述的激光照明系统，其特征在于，该光学绕射元件进一步包含一有效绕射区，使该扫描光束经过该光学绕射元件的有效绕射区时，通过该有效绕射区的绕射效果，使该扫描光束产生有效的空间相位重新分配的变化或光能量分配的变化而转换形成照明光束，使该照明光束在该待照明区中进一步形成一有效照明区。3.如权利要求2所述的激光照明系统，其特征在于，当该待照明区进一步包含一有效照明区时，使该至少一物体进一步位于该有效照明区中，使该有效照明区或该有效照明区中至少一物体上的任一点在该影像感测单元的反应时间内包含至少两束照明光束的部分光的能量并产生迭加效果，以消除影像感测单元所撷取该待照明区或该物体的影像的激光光斑。4.如权利要求1所述的激光照明系统，其特征在于，该至少一光学绕射元件包含微光学绕射结构、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈致晓，
申请(专利权)人：陈致晓，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71