一種用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源的製作方法

2023-09-21 23:02:05

專利名稱：一種用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雷射及雷射視頻顯示領域，涉及能夠消除雷射幹涉的雷射擴束和光掃描技術，具體地說是一種亮度均勻、無幹涉、光能利用率高的用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源。
背景技術：
雷射擴束器是雷射應用領域中常用的裝置，其目的是將雷射的細光束擴展成有一定口徑的面光源。通常採用平行光管即望遠系統。
平行光管擴束器包括聚光鏡，光欄孔，準直透鏡等。其結構是聚光鏡的後焦點與準直透鏡的前焦點重合，並在兩焦點重合處安放一光欄，以提高出射光的準直性。其工作過程是由雷射器發出的雷射光束經過聚光鏡，會聚於聚光鏡的後焦點上。該焦點又是準直透鏡的前焦點，經過該焦點處的光欄後射向準直透鏡，經準直透鏡後形成擴束的平行光出射。這一結構實現了雷射的準直擴束，它是目前雷射準直擴束常用結構。但這種擴束器擴出的雷射束是一種相干光，在那些需要非相干光的情形下，不能滿足要求，必須尋求一種新的擴束器。例如，在採用面陣空間光調製器的雷射顯示方式中，要求一種亮度均勻的非相干的雷射面光源，否則，由於雷射的幹涉效應會使顯示的圖象上疊加上較強的背景幹涉條文，嚴重影響成象效果。另一方面，這種擴束器擴出的光束，其橫截面的亮度分布是不均勻的，呈高斯分布的。因此，必須消除雷射的相干性，並確保光束照射面的光強分布是均勻的。
在已有技術中，光掃描技術是用來掃描成象的，而不是用於產生亮度均勻分布的面光源。它的特點是掃描點是彼此分立的，每個掃描點都代表一個象素。例如在雷射印表機、雷射照排機中的光掃描均屬於掃描成象。

發明內容
本實用新型為了克服在雷射顯示方式中光束的相干性和亮度不均勻問題，採用掃描的方法實現對雷射顯示中面陣空間光調製的掃描，目的是提供一種用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源。
在雷射視頻顯示中，雷射光源是必不可少部件之一，也是視頻顯示清晰度和亮度的決定因素。由於普通的雷射擴束器不具有亮度均勻和消幹涉的功能，因此無法直接用於面陣光閥式雷射視頻顯示。為了解決現有技術中擴束後光束的相干性和亮度不均勻問題，本實用新型提出了一種與已有擴束技術完全不同的方法，即採用掃描的方法實現對雷射顯示中面陣空間光調製器的均勻照明，獲得一種光能利用率高、照度均勻、消幹涉的雷射掃描面光源。其掃描特點是每個掃描點可以覆蓋很多的象素，且每條掃描線要有較大部分的重疊，以確保掃描面的亮度均勻。
光束掃描就是將細光束照射到一個高速旋轉的多面反射鏡上，由於多面反射鏡的轉動，使反射光束掃描成一條直線，再經過垂直維的掃描即可實現兩維的面掃描。在本實用新型中，水平與垂直兩維掃描，只用一個轉鏡來完成，省去了垂直方向的振鏡或擺鏡。用一個轉鏡同時實現兩維掃描，是通過將多面轉鏡的每個鏡面依次在轉軸方向上傾斜一定角度，這樣每轉過一個面後，由於下一個鏡面相對當前鏡面偏轉一定的角度，使得掃描線下移一行。
按照光的幹涉原理，當兩束相干光以不同時刻分時到達被照面時，如果它們先後到達的時間間隔超出相干時間時，它們就不會在被照面上產生幹涉。本實用新型採用掃描的方法，讓光點在被照面上快速掃描，當掃描速度超過人眼的視覺暫留又大於相干時間時，人眼會看到一個恆定的亮面。這個亮面是由一個個亮點組成，而每個點之間由於是分時出現的，這樣就消除了彼此的相干性，使被照面不會出現幹涉條紋。另外，單個掃描光束的橫截面的光強分布通常是不均勻的，按照一定的規律分布，如高斯分布。可以根據其光強分布，以不同的重疊度進行光強的疊加計算。當光強的疊加結果為一恆定值時，如光強起伏小於1％，即可確定此時的重疊度作為掃描線的重疊度，由此可獲得一個亮度非常均勻的被照面。這種用雷射束直接掃描被照面，使雷射能量損失接近最小，它的能量利用率遠比其它擴束器高。
為了更清楚地表達本實用新型，
以下結合附圖進一步描述本實用新型的技術方案。
附圖1表示的是本實用新型技術方案的示意圖。本實用新型主要包括雷射器1，多面轉鏡3和顯示屏6。多面轉鏡3是以軸5為軸線的多面體，每一個側面均為反射鏡4。多面轉鏡3側面的相鄰反射鏡4的面之間依次沿軸5的軸向傾斜一個角度。多面轉鏡3側面反射鏡4的排列和反射鏡4面之間沿軸5軸向所傾斜角度的俯視如圖2所示。多面轉鏡3的掃描過程如圖1所示，雷射器1發出的雷射束2經多面轉鏡3掃描成一直線7，由於多面轉鏡3的相鄰反射鏡4面之間依次沿軸5的軸向傾斜一定角度，這使得掃描直線7依次上或下移一行，從而形成一掃描面。
這種掃描鏡鏡面彼此依次沿軸向傾斜一定的角度，免去了場掃描鏡，使系統結構進一步簡化。


圖1是本實用新型的示意圖，也是說明書摘要附圖；圖2是本實用新型掃描轉鏡3的俯視圖。
具體實施方式
多面轉鏡3的反射鏡4的鏡面數可以設計成偶數面，如40面。在前1～20個反射鏡4的鏡面中，每個反射鏡4的鏡面相對軸5的軸向角度逐一增大，如每一個反射鏡4的鏡面增加8分。從第21個反射鏡4的鏡面開始，21～40的鏡面逐一減小同樣的角度，如8分，這樣多面轉鏡3的反射鏡4形成了左右對稱。掃描時，在前1～20個多面轉鏡3的反射鏡4鏡面掃描期間，每經過一個多面轉鏡3的反射鏡4的鏡面，掃描直線7下移一個8分角度，對應這個角度下移一行，到第20個面時，下移20行。從第21行起，每轉一個反射鏡4的鏡面，掃描直線7上移一行，直到第40行，共上移20行。可見，多面轉鏡3每轉一圈即完成了一次上下往復的掃描。掃描直線7重疊多少，與多面轉鏡3到掃描面即屏6的距離有關，與掃描光束橫截面大小有關，與每個反射鏡4的鏡面彼此傾斜角的大小也有關，這要根據重疊度的大小而定。
權利要求1.一種用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源，包括雷射器(1)、轉鏡(3)，其特徵是雷射器(1)發出的雷射束(2)照射到一個高速旋轉的多面轉鏡(3)，多面轉鏡(3)的每一個反射面(4)彼此相對轉軸(5)偏轉一定角度，每一個面使反射光束掃描成一條直線(7)，每轉過一個面，掃描線平移一行，隨掃描線依次平移形成掃描面。
2.根據權利要求1所述的用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源，其特徵是高速旋轉的多面轉鏡(3)是以軸(5)為中心對稱的多邊形，每一面都是反射鏡面(4)，反射面(4)沿軸向彼此傾斜一定角度。
3.根據權利要求2所述的用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源，其特徵是多面轉鏡(3)上排列的反射鏡(4)的鏡面數40，在前1～20個反射鏡(4)的鏡面中，每個反射鏡(4)的鏡面相對軸(5)的軸向增加一個角度；從第21個反射鏡(4)的鏡面開始，21～40的鏡面逐一減小同樣的角度，這樣多面轉鏡(3)上的多面反射鏡4形成了左右對稱；掃描時，在前1～20個掃描轉鏡(3)的反射鏡(4)鏡面掃描期間，每轉過一個反射鏡(4)的鏡面，掃描線(7)下移一個角度，對應這個角度下移一行，到第20個面時，下移20行，從第21行起，每轉過一個反射鏡(4)的鏡面，掃描直線(7)上移一行，直到第20行；多面轉鏡(3)每轉一圈即完成了一次上下往復的掃描。
4.根據權利要求1或2或3所述的用於雷射視頻顯示中的掃描式面光源，其特徵是掃描直線(7)重疊多少，與多面轉鏡(3)到掃描面即屏(6)的距離有關，與掃描光束截面大小有關，與每個反射鏡面(4)彼此傾斜角度的大小也有關，這要根據重疊度的大小而定。
專利摘要本實用新型屬於雷射及雷射視頻顯示領域，是一種掃描式面光源。本實用新型是將細光束照射到一個高速旋轉的多面反射鏡上，由於轉鏡的各個反射面彼此沿轉軸方向有固定傾角，這使得掃描光束在被掃面上形成了兩維的面掃描。採用掃描方式形成的均勻亮面，由於亮面是由亮點組成，每個亮點依此按不同時刻到達被照面，則不滿足相干光的時間相干性，因此形成的亮面無相干條紋。使本實用新型提出了一種與已有擴束技術完全不同的方法，即採用掃描的方法實現雷射顯示中面陣空間光調製器的均勻照明，獲得一種光能利用率高，照度均勻，消幹涉的雷射掃描面光源。其掃描特點是每個掃描點可以覆蓋很多的象素，且每條掃描線要有較大部分的重疊，以確保掃描面的亮度均勻。
文檔編號G02B26/10GK2585265SQ0225131
公開日2003年11月5日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者劉偉奇, 馮睿, 魏仲倫 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所