光斑消减器及包括光斑消减器的投影单元制造技术

本发明专利技术涉及一种光斑消减设备，该光斑消减设备包括光学元件（20、120），所述光学元件用于被待处理的相干光束穿过。所述设备还包括：能够造成所述光学元件（20、120）发热的装置（22、123）；以及降温元件（26），所述降温元件与所述光学元件（20、120）联接，以便能够对所述光学元件进行降温。控制模块（34、134）被配置为用于控制所述加热装置和降温元件，以在所述光学元件（20、120）中产生热扰动，导致所述光学元件折射率的相对应的变化。所述光学元件为压电晶体，以造成所述压电晶体发热的特定变形模式来激发所述压电晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光斑消减设备，以及该光斑消减设备在投影单元上的应用，其中所述投影单元使用相干的光源，并且尤其是机动车辆用的平视显示(英文为“head updisplay”)设备类型的。
技术介绍
平视显示设备通常包括投影单元，该投影单元产生用于指向合成器的光束，以投影图像，尤其是车辆的工作信息或更一般的关于驾驶的信息，所述信息的形式为位于驾驶员视线范围中的虚拟图像。在这种平视显示设备中或更一般地在任何类型的使用相干光源(例如激光)的投影系统中出现的一个不利现象在英语术语中公知为“光斑(speckle)”。在本领域中法语通 常也使用术语“ speckle ”,尽管也称为“ tavelure ”、“ chatoiement ”或激光粒度。光斑现象的根源在于激光特殊的空间和时间相干特性。由激光源发出的相干光波在被自然粗糙的表面漫射后在空间的某些点处以加强的方式干涉，并在其他点处以抵消的方式干涉；所形成的光斑整体称为光斑图，该光斑整体存在于被表面漫射的波相叠加的整个空间中。光斑现象在某些情况下被用于测量物体的变形。但在大量的应用中，尤其是在使用衍射元件的投影系统中，光斑现象是不利的，重要的是消减光斑，以改善使用者观察到的图像质量。已经提出了多个解决方案来消减光斑，大部分都基于通过使光学元件移动来对光线相位平均化。例如已知带有转动的漫射器(diffuseur)的系统。或者是平移和/或摇摆的漫射器或镜子，这些漫射器或镜子能够借助于致动器或压电马达来致动。文档EP-Al-I510 851和EP-Al-I 655 636描述了这种类型的解决方案。要注意的是，如上述专利申请另外所述，平移系统以及尤其是旋转系统体积大，需要严格控制移动，并会造成使用舒适度和耐用性(robustesse)的问题。传统光斑消减系统的体积使得它限制了这些系统在某些微型化的光学设计中的应用。文档US 2009/016390描述了一种带有光斑消减的系统，该系统包括发光单元，该发光单元与用于选择波长的元件关联，其原理在于具有多个发光器，这些发光器以略微不同的波长来发光，以降低相干性并因此消减光斑。Peltier元件允许保证该设备的每个区域都恰以所期望的频率来发光。借助于用作致动器来代替Peltier元件的压电类型的发热元件会引起失真。文档US2001/007510描述了一种光斑消减器，该光斑消减器包括投影表面，该投影表面带有悬浮在流体中并处于恒定的相对运动中的漫射颗粒(particule diffusante)。该流体可以用电阻来加热，或借助于压电致动器来搅动。类似地，文档US 2007/058135描述了一种系统，该系统包括电泳漫射器，该电泳漫射器改变光线的相位，并基于悬浮的颗粒的搅动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种改善的用于相干光束的光斑消减系统，该系统不具有已知的平移和转动系统的缺陷。根据本专利技术，该目的通过一种用于相干光束的光斑消减设备来实现，其中所述设备包括 光学元件，该光学元件用于被待处理的相干光束穿过； 能够造成所述光学元件被加热的装置； 降温元件，该降温元件与所述光学元件联接，以便能够对该光学元件进行降温； 控制模块，该控制模块被配置为用于控制加热装置和降温元件，以在光学元件中产生热扰动，导致所述光学元件折射率的相对应的变化。 根据本专利技术的一个方面，被待处理的光线穿过的光学元件为压电晶体，并且激发该晶体的至少一个振动模式，以造成该晶体发热。在该背景下，可以理解，优选地使用被激励在晶体所谓的“厚度切变”振动模式(英文为“thickness-shear mode”)下的压电晶体(要注意的是，这实际上是极小变形模式，该模式不造成可视振动，不能用于致动)。在该情况下，加热装置有利地包括施加在晶体上的电极，这些电极与控制模块连接，以便能够激发所需的振动模式。因此，与基于漫射器的转动或平移的光斑消减系统相反地，根据本专利技术的设备提出通过改变被待处理的相干光束穿过的光学元件的折射率来减弱光斑现象。所使用的光斑修正原理因此基于光学元件的内在特性的变化，而不是基于漫射器的移动。要理解的是，折射率的变化源于有意地在光学元件内部造成的热扰动。实际上，如所已知地，介质的折射率也取决于该介质的温度。换句话说，本专利技术通过使光学元件的温度从初始温度(例如25°C)开始变化来利用透明光学元件的折射率的变化。温度变化通过结合使用加热装置和降温元件来产生，其中所述加热装置和降温元件允许在光学元件中产生受控的温度变化。控制器有利地被配置为用于产生随机热扰动或伪随机热扰动。光学元件的折射率的变化导致穿过光学元件的光束中的相位变化，通过对热扰动的频率和幅度的合适控制，这些相位变化造成对于肉眼而言为抵消或平均化的效果，并因此造成光斑消减效果。为此，控制模块有利地被配置为用于产生热扰动，这些热扰动体现为折射率以大于肉眼灵敏度(视网膜感知)的频率变化。为了实施本专利技术，所选择的用于光学元件的材料应该对于待处理的光束的波长是大致透明的，并且其折射率应在所期望的工作温度范围内具有可检测到的变化，以便观察到所希望的现象。优选地，折射率在20°C和125°C之间的变化(绝对值)大约为至少15%，优选地大约为30%。光学元件的加热装置可以例如还包括一个或多个施加在该光学元件上的电阻加热元件。为了更好地控制，所述设备有利地包括用于确定光学元件的温度的装置。一个可行的方案在于用热电偶或其他合适的设备来测量温度。但当透明元件为压电晶体时，该晶体的温度可以借助于石英的热弹性耦合并因此通过测量晶体的实际振荡频率来确定。优选地，光学元件通过金属固定支撑件来保持，该金属固定支撑件还保证与降温元件的热耦合。降温元件可以包括Peltier元件,该Peltier元件优选地与散热器关联。Peltier元件的优点在于控制该元件并将其集成在微型化设备中的简易性。可以理解的是，所述光斑消减设备的一个主要应用在于使用相干光源的投影单元。并且，一个另外的应用因此在于包括设有所述光斑消减设备的投影单元的平视显示设备领域。还要注意的是，根据本专利技术的设备中没有转动或平移机构，这允许极端的微型化，该设备的大小能够达到大约为200 μ m的尺寸。从此可以将所述光斑消减设备直接集成到相干光源(例如激光)中，光学兀件可以例如构成该源的输出窗。在该集成到光源中的情况下，光学元件具有被相干光束穿过的处理区 域，该处理区域与所述光束的直径相适应；该处理区域可以例如具有大约为200 μ m的直径。如有必要，光学元件因此可以被用作发光元件(例如半导体类型的)或倍频晶体之后的输出窗。光学元件可以热耦合到安装在光源的箱体外面的Peltier元件。根据另一方面，本专利技术还涉及一种光斑消减方法，在该方法中，待处理的相干光的光束穿过光学元件，所述方法的特征在于，该光学元件与加热装置和降温元件关联，其特征还在于，在该光学元件内部产生热扰动，以使该光学元件的折射率变化。优选地，随机或伪随机地产生热扰动。所造成的折射率的变化有利地具有大于肉眼灵敏度的频率。根据一个变型，光学元件为被激励在造成该光学元件发热的振动模式中的压电晶体，其中所述振动模式优选地为厚度切变模式。根据另一个变型，加热装置包括一个或多个布置在光学元件上的电阻电极。附图说明通过参照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.28 FR 10532711.一种用于相干光束的光斑消减设备，所述设备包括光学兀件(20、120),所述光学兀件用于被待处理的相干光束穿过，所述设备的特征在于 能够造成所述光学元件(20、120)被加热的装置(22、123)； 降温元件(26)，所述降温元件与所述光学元件(20、120)联接，以便能够对所述光学元件进行降温； 控制模块(34、134)，所述控制模块被配置为用于控制所述加热装置和降温元件，以在所述光学元件(20、120)中产生随机或伪随机的热扰动，从而导致所述光学元件的折射率的相对应的变化， 并且在所述设备中，所述光学元件为压电晶体；所述加热装置包括施加在所述晶体(120)上的电极(123)，所述电极与所述控制模块(134)连接，以激发造成所述晶体被加热的晶体振动模式。2.如权利要求I所述的光斑消减设备，其中，实现所述热扰动，使得所述折射率以大于50Hz、优选地大于IOOHz的频率变化。3.如上述权利要求中任一项所述的光斑消减设备，其中，所述光学元件(20、120)由对于待处理的光束的波长大致透明的、折射率随温度变化的材料制成。4.如上述权利要求中任一项所述的光斑消减设备，其中，所述压电晶体为由石英或块憐招矿制成。5.如上述权利要求中任一项所述的光斑消减设备，其中，所述控制模块(134)被配置为激发所述压电晶体的厚度切变模式。6.如上述权利要求中任一项所述的光斑消减设备，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：H穆萨，
申请(专利权)人：德尔菲技术公司，
类型：
国别省市：