基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及以相干光为光源的显示技术领域，具体是一种基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，解决了现有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、实现结构复杂、易损坏、成本高等问题，包括其上设有入射光耦合装置和透射出射面的封闭式光学反射腔，封闭式光学反射腔除透射出射面内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁，封闭式光学反射腔内填有溶液或溶胶，溶液或溶胶内散布有其线度能引起入射激光发生米氏散射的磁性介质粒子；封闭式光学反射腔配设有用以产生磁场的磁场发生装置，且磁场发生器的电磁铁设置于封闭式光学反射腔外。本实用新型专利技术结构合理、紧凑，易实现，造价低，散斑消除效果好，激光利用率高，性能稳定，安全可靠，并具有匀光功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及以相干光为光源的显示
，具体是一种基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，主要针对激光显示技术及光学仪器中存在的光学散斑现象。
技术介绍
以激光为光源照射屏幕时，由于激光的相干性及屏幕的粗糙，导致人眼看到被散斑覆盖的图像，严重影响图像显示质量，阻碍观察者从图像中提取有用信息。因此，如何消除散斑一直是以激光为光源的光学仪器领域和显示
中的研发热点。而就目前的研究结果来看，为消除散斑所用的方法大致可以分为两大类一、通过控制激光光源的时间相干性来降低散斑，其原理是通过调整激光波长(或者频率)及多波长光源产生沸腾散斑，目前通过控制激光时间相干性成功消除光斑达到实用要求的技术方案基本上以多光源叠加为主；二、通过控制激光光束空间相干性消除散斑，是目前消除散斑的主要方法，基本原理是调整激光光束中基元光波的相位分布，从而改变散斑的空间分布，将多个散斑图像在人眼积分时间内相叠加，得到一个光能分布均勻的图像，进而实现消除散斑的目的。具体的方法有采用旋转散射体、振动屏幕、振动具有Hadamard图形散射体、高频振动光纤等。上述方法，或要借助机械振动，甚至需要高频或大幅振动，或要集成多光源，实现结构复杂、易损坏、成本高，更主要的是散斑消除效果不佳。也有未借助机械振动的技术方案，例如专利号为200820122639. 7的中国专利公开了“一种基于散射的消相干勻场装置”，要求使用含有直径必须小于入射光波长十分之一的颗粒的散射介质，以实现对入射激光形成瑞利散射。专利中利用无机盐或有机醇水溶液 (如NaCl、KCl、KNO3或SiSO4水溶液)作为散射介质，基于无机盐或有机醇水溶液的存在形式是水合离子或大分子，相对于激光波长小很多，会对入射激光形成瑞利散射，以此实现入射激光分束，并在光导管内传导，以期降低入射激光的相干性来消除散斑，同时利用光导管的混光作用，将上述分束光进行勻化来勻场消相干。但按该申请所述技术方法进行试验，在室温下，利用长度为50mm、充满饱和NaCl水溶液的光导管消除散斑，结果的散斑对比度为 70%,几乎没有起到降低散斑的作用。
技术实现思路
本技术为了解决现有散斑消除方法存在的消除散斑效果不佳、实现结构复杂、易损坏、成本高等问题，提供了一种基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置。本技术是采用如下技术方案实现的基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，包括其上设有入射光耦合装置和透射出射面的封闭式光学反射腔，封闭式光学反射腔除透射出射面内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁(即内壁具有高反射率特性，能“全反射”入射于光学反射腔内的激光光束)，封闭式光学反射腔内填有充满整个封闭式光学反射腔的溶液或溶胶，且溶液或溶胶内散布有其线度能引起入射激光发生米氏散射的磁性介质粒子；封闭式光学反射腔配设有用以产生磁场的磁场发生装置，且磁场发生器的电磁铁设3置于封闭式光学反射腔外。应用时，如图3所示，由激光光源发射的激光光束经入射光耦合装置入射到封闭式光学反射腔内的溶液或溶胶中，与溶液或溶胶中散布的磁性介质粒子作用发生米氏散射 (如图2所示，当入射激光101照射磁性介质粒子402发生米氏散射时，入射激光101散射后的散射光光强分布于一个很宽的角度范围内，主要集中于前向散射光104、105、106，一般占总散射90%以上；后向散射光102只占很小部分，通常小于10% ；沿入射激光前进方向的散射光105光强最强，垂直方向的散射光103、107最弱，因此入射激光经磁性介质粒子402 散射后，分束成多个强度不等的散射光，同时散射光的散射角分布扩大)，分束成多个强度不等的散射光，或经封闭式光学反射腔内壁反射，或再次与溶液或溶胶中散布的介质粒子作用发生米氏散射，散射光分束为更多的散射光，经多次米氏散射后，由封闭式光学反射腔的透射出射面出射；在磁场发生器的控制下，电磁铁励磁，在封闭式光学反射腔外形成恒定磁场、或脉冲磁场、或交变磁场，溶液或溶胶中磁性介质粒子受到磁场力作用，抵消自身重力作用，于溶液或溶胶中做无规则热运动，或者，在磁场力作用下受控运动，入射激光会与溶液或溶胶中运动的磁性介质粒子随机作用发生米氏散射，使得各时刻入射激光的散射光会随机改变在溶液或溶胶中传播方向和路径，最终在光学反射腔出射面出射的散射光的相位分布、散射角分布随机变化。而不同时刻的出射散射光具有不同的相位分布、散射角分布，经投影后，分别会对应产生一个散斑图像；在人眼积分时间(50ms)内，多个散斑图像相叠加，会得到一个光能分布均勻的图像，进而实现了消除散斑现象的目的。与现有技术相比，本技术设置充满溶液或溶胶的封闭式光学反射腔，在封闭式光学反射腔内以溶液或溶胶中散布的磁性介质粒子引起入射激光发生米氏散射，进行散射分束，并于封闭式光学反射腔外施加磁场，控制磁性介质粒子在溶液或溶胶内的无规则运动，或以磁场力抵消重力，使磁性介质粒子无规则热运动，进而随机改变散射光束在封闭式光学反射腔中的传播方向和路径，使得封闭式光学反射腔出射面在不同时间以不同的相位分布和散射角分布出射入射激光的散射光；从而改变投影后产生散斑的空间分布，使多个散斑图像在人眼积分时间内相叠加，得到一个光能分布均勻的图像，进而有效消除散斑。 且经试验测试，应用本技术所述装置后，图像的散斑对比度可低于4%，图像的散斑对比度已低至3. 8%，散斑消除效果极好；并可以通过提高溶液或溶胶的温度、溶液或溶胶中的磁性介质粒子浓度、控制外加磁场场强的变化规律等等措施来提高散斑消除效果；本技术于封闭式光学反射腔中对入射激光进行“全反射”，入射激光的总体光能损失甚微，保证了激光的高利用率，并在“全反射”过程中实现了勻光目的；此外，本技术所用封闭式光学反射腔结构极为普通，且溶液、溶胶也无须选择特殊材料，具有低造价的优势。本技术结构合理、紧凑，易实现，造价低，散斑消除效果好，激光利用率高，性能稳定，安全可靠，并具有勻光功能。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为米氏散射的光强角分布图；图3为本技术所述装置内光束的传输状态示意图；图4为本技术所述装置在点扫描显示系统中的应用示意4图5为本技术所述装置在全帧显示系统中的应用示意图；图中:101-入射激光；102、103、104、105、106、107_散射光；300-散斑消除装置；301-入射光耦合装置；302-封闭式光学反射腔；303-透射出射面；304-入射光孔；305、306、307_散斑消除装置；308-电磁铁(为示意式表示)；401-溶液或溶胶；402-磁性介质粒子；501、502、503-激光器；601、602、603_ 信号源；700-透镜；701-中继透镜；702-光调制器DLP ；703-I1R棱镜；704-中继透镜； 705-TIR棱镜；706-光调制器DLP ；707-中继透镜；708-平面镜；709-TIR棱镜；710-光调制器DLP ；711-棱镜；712-微扫描镜；800-屏幕。具体实施方式如图1所示，基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，包括其上设有入射光耦合装置301和透射出射面303的封闭式光学反射腔302，封闭式光学反射腔302除透射出射面303内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁(即本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，其特征在于：包括其上设有入射光耦合装置（３０１）和透射出射面（３０３）的封闭式光学反射腔（３０２），封闭式光学反射腔（３０２）除透射出射面（３０３）内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁，封闭式光学反射腔（３０２）内填有充满整个封闭式光学反射腔（３０２）的溶液或溶胶（４０１），且溶液或溶胶（４０１）内散布有其线度能引起入射激光发生米氏散射的磁性介质粒子（４０２）；封闭式光学反射腔（３０２）配设有用以产生磁场的磁场发生装置，且磁场发生器的电磁铁（３０８）设置于封闭式光学反射腔（３０２）外。

【技术特征摘要】
1.一种基于米氏散射及磁控粒子运动的散斑消除装置，其特征在于包括其上设有入射光耦合装置(301)和透射出射面(303)的封闭式光学反射腔(302)，封闭式光学反射腔 (302)除透射出射面(303)内壁之外的内壁皆为“镜面”内壁，封闭式光学反射腔(302)内填有充满整个封闭式光学反射腔(302)的溶液或溶胶(401)，且溶液或溶胶(401)内散布有其线度能引起入射激光发生米氏散射的磁性介质粒子(402);封闭式光学反射腔(302)配设有用以产生磁场的磁场发生装置，且磁场发生器的电磁铁(308)设置于封闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭远，高文宏，石云波，张文栋，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：实用新型
国别省市：14