扩束器和操作其的方法技术

扩束器包括彼此间隔开的第一光学元件和第二光学元件、以及具有角孔径的光漫射器，该光漫射器通过该角孔径漫射入射光，其中第一光学元件向内耦合漫射光，使得从第一光学元件出射的光具有第一截面形状，并且具有不同于第一截面形状的第二截面形状的光入射到第二光学元件上，并且第二光学元件向外耦合从第一光学元件入射的光。元件入射的光。元件入射的光。

【技术实现步骤摘要】
扩束器和操作其的方法


[0001]本公开涉及光学系统领域，更具体地，涉及用于三维(3D)图像(例如，3D显示器、全息显示器等)中的照明的扩束器。

技术介绍

[0002]在光学系统中，特别是在全息成像和显示系统中，可以使用扩束器，其是通常接收准直光并扩展其尺寸的光学器件。
[0003]在对目前正在开发的全息显示器件以及用于照明和光束扩展的配置系统的要求当中，主要要求是最小化器件的尺寸、增加均匀化的效率、提供具有特定截面形状(孔径)的光束以及去除散斑。
[0004]这里，“散斑”是由具有随机相移和/或随机强度集的相干波的相互干涉形成的随机干涉图案。
[0005]对全息显示器件以及用于照明、光束扩展和准直的配置系统的要求是用所需截面形状和尺寸(孔径)以及均匀化进行光束成形，以及有效抑制激光束散斑，同时保持输出光的相干性。
[0006]然而，具有扩束器的光学系统通常具有以下问题。
[0007]1)光束均匀性
[0008]由传统的高效扩束器扩展的光束在保持激光束的相干性和确保高均匀性方面提供了有限的可能性。
[0009]2)光束截面(孔径)成形
[0010]假设在扩束器的输入端，光束具有圆形或椭圆形对称性，则不可能在保持系统高效率的同时(例如在没有显著的能量损失的情况下)确保光束均匀性和光束截面成形(根据需要成形光束)。
[0011]3)散斑的减少
[0012]使用相干激光可产生散斑和散斑图案，这是因随机干涉而产生的。

技术实现思路

>[0013]示例实施方式已经考虑以上现有技术方案的缺点被做出，并且可以旨在消除或至少减少现有技术的缺点。
[0014]示例实施方式提供相干光束均匀性，以及提供所需的截面成形和散斑的减少或抑制，同时保持输出光束的相干性。
[0015]另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述明显，或者可以通过本公开的实施方式的实践而习知。
[0016]根据本公开的一方面，一种扩束器包括：第一光学元件；第二光学元件，与第一光学元件间隔开；以及具有角孔径的光漫射器，该光漫射器通过角孔径漫射入射光，其中第一光学元件向内耦合(in
‑
couple)漫射光，使得从第一光学元件出射的光具有第一截面形状，
并且具有不同于第一截面形状的第二截面形状的光入射到第二光学元件上，以及其中，第二光学元件向外耦合(out
‑
couple)从第一光学元件入射的光。
[0017]光漫射器的角孔径可以大于约0
°
且等于或小于5
°
。
[0018]由光漫射器漫射的光的强度可以在光截面上具有比入射光的强度更大的均匀性。
[0019]光漫射器可以将入射光输出为在空间上彼此分离的多个子光。
[0020]光漫射器可以调制入射光的相位，并将入射光输出为多个子光。
[0021]光漫射器可以对入射光执行空间非均匀相位调制，并输出多个子光。
[0022]光漫射器可以包括微透镜光栅、相位掩模、无光泽漫射器、衍射光学元件和全息光学元件中的至少一种。
[0023]第二截面形状可以是多边形形状。
[0024]第一截面形状可以是圆形或椭圆形。
[0025]第二截面形状的尺寸可以小于第一截面形状的尺寸。
[0026]入射光可以具有高斯光束、多模光束、圆柱光束、超高斯光束和拉盖尔
‑
高斯光束中的至少一种的光学截面轮廓。
[0027]第一光学元件和第二光学元件中的至少一个可以包括衍射光学元件和全息光学元件中的至少一个。
[0028]扩束器可以进一步包括布置在第一光学元件和第二光学元件上的波导，该波导通过全内反射将来自第一光学元件的具有第一截面形状的光逐渐转换成具有第二截面形状的光，并将转换后的光引导到第二光学元件。
[0029]波导可以通过全内反射逐渐减小第一截面形状的尺寸，以将具有第一截面形状的光转换成具有第二截面形状的光。
[0030]光漫射器和第一光学元件可以被布置成在垂直于波导的长度方向的方向上彼此重叠。
[0031]光漫射器可以布置在波导的第一表面上，并且第一光学元件可以布置在波导的与第一表面相反的第二表面上。
[0032]光漫射器可以与第一光学元件集成。
[0033]扩束器可以进一步包括提供入射光的激光二极管。
[0034]第二光学元件可以以小于0.25
°
的发散角或会聚角准直入射到第二光学元件上的光。
[0035]由第二光学元件向外耦合的光的强度的均匀性可以大于入射到光漫射器上的光的强度的均匀性。
[0036]根据本公开的一方面，一种操作扩束器的方法包括：用光漫射器漫射入射光；在使漫射光传播通过波导的同时，将具有第一截面形状的漫射光改变成具有不同于第一截面形状的第二截面形状的光；以及用光学元件准直具有第二截面形状的光。
[0037]根据本公开的一方面，一种扩束器包括：波导管；输入光学元件，其接收入射光并将具有第一截面形状的第一光输出到波导；以及输出光学元件，其接收由波导传输的光，并输出具有不同于第一截面形状的第二截面形状的第二光。
[0038]第一光的截面强度分布的均匀性大于入射光的截面强度分布的均匀性。
[0039]输入光学元件可以包括漫射入射光的漫射器以及衍射光学元件(DOE)和全息光学
元件(HOE)中的至少一个。
[0040]扩散器可以与DOE和HOE中的至少一个集成。
[0041]第一截面形状可以是椭圆形和圆形中的至少一种，第二截面形状可以是矩形。
[0042]第二截面形状可以与输出光学元件的截面形状相同。
附图说明
[0043]从以下结合附图进行的描述，本公开的某些实施方式的以上和其它方面、特征和优点将更加明显，其中：
[0044]图1是示出根据一实施方式的扩束器的图；
[0045]图2是示出根据一实施方式的扩展相干光的方法的流程图；
[0046]图3是示出根据一实施方式的扩束器中的光的行进路径的图；
[0047]图4是示出根据一实施方式的波导中的光的截面的图；以及
[0048]图5是示出根据一实施方式的从扩束器输出的光的截面的图。
具体实施方式
[0049]现在将详细参考实施方式，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。在这点上，实施方式可以具有不同的形式，而不应被解释为限于在这里阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述示例实施方式，以说明各方面。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列举项目的任何和所有组合。在一列元素之前出现时，诸如
“……
中的至少一个”的表述修饰整列元素，而不修饰该列中的个别元素。
[0050]在下文，将参考附图详细描述实施方式。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扩束器，包括：第一光学元件；第二光学元件，与所述第一光学元件间隔开；以及具有角孔径的光漫射器，所述光漫射器通过所述角孔径漫射入射光，其中所述第一光学元件向内耦合漫射光，使得从所述第一光学元件出射的光具有第一截面形状，并且具有不同于所述第一截面形状的第二截面形状的光入射到所述第二光学元件上，以及其中，所述第二光学元件向外耦合从所述第一光学元件入射的光。2.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述光漫射器的所述角孔径大于0
°
且等于或小于5
°
。3.根据权利要求1所述的扩束器，其中由所述光漫射器漫射的光的强度在光截面上具有比所述入射光的强度更大的均匀性。4.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述光漫射器将所述入射光输出为在空间上彼此分离的多个子光。5.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述光漫射器调制所述入射光的相位，并将所述入射光输出为多个子光。6.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述光漫射器对所述入射光执行空间非均匀相位调制，并输出多个子光。7.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述光漫射器包括微透镜光栅、相位掩模、无光泽漫射器、衍射光学元件和全息光学元件中的至少一种。8.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述第二截面形状是多边形形状。9.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述第一截面形状是圆形或椭圆形。10.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述第二截面形状的尺寸小于所述第一截面形状的尺寸。11.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述入射光具有高斯光束、多模光束、圆柱光束、超高斯光束和拉盖尔
‑
高斯光束中的至少一种的光学截面轮廓。12.根据权利要求1所述的扩束器，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个包括衍射光学元件和全息光学元件中...

【专利技术属性】
技术研发人员：AV莫罗佐夫，AN普蒂林，SE杜宾宁，崔七星，GB杜比宁，李泓锡，宋薰，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：