激光显示中散斑的抑制

文章首先概述了散斑的形成机理,接着简述了在近场条件下通过降低激光的时间或空 间相干性来抑制散斑的许多方法,并具体分析了仅通过降低激光的相干性来减弱激光显示中散斑的缺陷。提出一种在远场条件下减弱散斑的两维扫描复面转镜,且详细说明了该转镜的工作原理,当合成的激光束通过旋转的复面镜时,移动的干涉条纹在屏幕上产生“沸腾”的散斑图样。最后以红光为例,说明了合成光束通过转镜时显示屏幕上散斑对比度的降低,显示了二维转镜有效地抑制了激光显示中的散斑现象。     

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered DiffuserTM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered DiffuserTM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。     

激光投影系统中影响散斑抑制的参数分析

基于激光投影显示系统中散斑形成机理,从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数,即统计独立散斑图像数量N和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M或N值的增大,都将有效降低散斑图像的对比度,但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N实现巨大,即N→∞,也只能将散斑图像对比度降至1/M。在简化投影系统中,利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法,通过系统实验,比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度,以及投影镜头F数和探测器成像镜头F数的变化对参数M和散斑抑制的影响。结果表明:对于相同N值和检测条件,投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146提高到了0.427,呈现的散斑更严重,且投影镜头F数的增大还会进一步恶化散斑图像,这使得激光投影系统的小型化受到挑战。     

激光显示中散斑对比度的降低

激光显示中,散斑的存在严重影响了画面质量,降低了图像的清晰度.文章阐述了散斑的形成机理,简要介绍了减弱散斑可采取的多种方法,详细介绍了引入旋转光纤对于减弱散斑噪声的作用,并以绿光为例用实验验证了此法的可行性.光纤的引入一方面利于激光传输,减小了能量损失,而且光纤的旋转使得散斑结构不断变化,屏幕上形成"沸腾"的散斑,散斑结构的叠加使散斑的对比度有了显著的降低.     

基于硅基液晶实现激光投影显示系统匀光整形和散斑抑制

激光投影显示通常需要解决光束整形匀化和散斑抑制的问题。基于此,提出利用硅基液晶(LCoS)空间光调制器(SLM)同时解决上述问题的方法。利用衍射光学元件(DOE)精细化设计思想设计所需整形DOE的相位分布,可以同时较好地控制采样点与采样点以外的光场强度分布,将圆形高斯分布照明激光束整形成平顶矩形光场;在不同的初始相位条件下,设计得到的多幅DOE生成具有相同强度分布、不同相位分布的衍射图样。当SLM依次调制出这些衍射图样,通过时间积分将这些衍射图样相叠加,不仅可以进一步提高光斑均匀性,同时还可以抑制散斑。仿真结果表明,通过叠加16幅衍射图样,该方法可使照明光斑均匀性从74%提高到92.57%,屏幕上图样散斑对比度由0.991减小为0.2508。该方法稳定性高,能耗低,且所用器件尺寸小,为微投影显示结构设计提供了有益参考。     

基于散斑抑制方法的半导体激光显示系统实现

在显示技术不断发展的今天,随着对于激光技术的深入研究,激光显示的优势逐渐得到体现。激光作为光源具有很好的单色性极很窄的光谱线宽,这些特点使得激光成像的颜色饱和度高,显示的颜色数多,比传统光源有着更宽的色域,并且在画面亮度的方面也更有优势。然而由于激光光束高度相干性而产生的激光散斑,会降低图像的质量。因此,对于激光散斑和散斑抑制的研究工作是激光显示领域研究的一个重点。文中我们设计了一种激光投影照明系统,该系统使用的光学元件结构简单,占用空间小,可以很好地运用于投影仪的设计和使用中并保持良好的光效。系统中针对激光散斑的成因设计了一种复合型的散斑抑制方案,这种消散斑方法可以将白场的散斑对比度从0.132降低至人眼识别极限以下的0.042。     

激光投影显示散斑抑制方法研究

激光投影技术是第四代显示技术,其基于红绿蓝三色激光作为光源,具有超高清、高亮度和大色域的特点,由于具有这些方面的特点,具有非常广阔的应用前景。在激光投影技术应用过程中,散斑问题严重制约了激光投影技术的应用,基于此对散斑形成的原因进行了分析,并且探讨了散斑的抑制方法。     

激光显示中斑纹横向尺寸的估计

介绍了减弱散斑的很多方法,并分析了这些方法用来抑制激光显示中散斑的缺陷。通过研究分析激光电视的工作原理,得出了激光电视屏幕上散斑的形成原因。并建立了出瞳面和像面的二维坐标系统,利用统计光学方法得到了像面散斑光强横向自相关函数和规范化自相关函数的表达式,进一步推出像面散斑横向尺寸的平均大小。以红光为例,计算出斑纹横向尺寸的大小。最后分析和讨论了抑制激光显示中斑纹的方法,为以后激光电视中斑纹的消除奠定了理论基础。     

用等腰三角形位相光栅进行相干光并束的研究

为了满足未来惯性约束激光核聚变(ICF)的快速点火装置对高能量激光束的要求,提出并特殊设计了一种可用于ICF系统中相干并束的等腰三角形位相光栅.模拟计算和分析的结果表明,这种等腰三角形位相光栅对4束相干激光并束的效率理论上可以达到90.2%,比普通的二元达曼型位相光栅的衍射效率高22个百分点.相对而言,该光栅具有加工难度低、误差宽容度大等优点,有较强的实用前景.     

转动随机微透镜阵列对激光显示中散斑的抑制

为了消除散斑现象,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。分析了"随机微透镜阵列"作为随机漫射体在光束控制和光能利用率方面的优越性,并提出了在光学系统中加入转动"随机微透镜阵列"的方式抑制散斑。对加入这种结构后屏幕上的散斑进行了测量,验证了此种方法可以将散斑对比度降低到1.15%,使人眼分辨不出激光散斑,提升了激光电视的观看效果,并与传统的转动匀光棒法进行对比,体现了此种方法出色的抑制散斑的能力。     

基于液晶光阀调制的赝热光源制备技术研究

高质量赝热光源的制备是强度关联成像技术中一个非常重要的内容。采用赝热光作为光源是因为一般的热光源相干时间极短,常用的探测器无法响应,且亮度低。利用激光照射旋转的毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光源可以解决上述问题,是目前常用的一种方法。提出一种采用液晶光阀(LC-SLM)对激光束进行控制来获得赝热光场的方法。利用该装置产生的赝热光场不仅可以极大程度地模拟真实热光场的热涨落,且光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布,更重要的是该系统没有机械转动,光场的时间和空间相干性可以完全分开对待,产生的散斑场结果可以重复,并研究了应用该方法产生的动态散斑场的各种特性。     

动态主观散斑的时间相关性研究

根据散射屏移动时动态主观散斑时间相关公式,分析了成像系统主要参数对动态主观散斑时间相关性的影响：一般情况下屏表面参数对散斑的时间相关性影响较小;激光光斑大于成像系统物面分辨斑时,散斑的时间相关性由透镜孔径大小决定;激光光斑小于成像系统物面分辨斑的尺寸时,减小激光光斑尺寸能减弱散斑时间相关性。对于以上结果进行了相关的理论模拟和部分实验验证,通过模拟发现,激光光斑小于成像系统物面分辨斑时,散斑时间相关长度和光斑尺寸大小成正比。结论对于激光投影系统中利用时间平均进行的散斑抑制具有指导意义。     

激光投影成像中二次散斑传输特性分析及实验研究

为探究激光投影成像中二次散斑传输特性规律,搭 建了测试系统,采用半导体激光 器作为光源,对不同粗糙度散射屏幕表面产生的二次散射场散斑衬比度进行了测量。实验结 果发现,随着散射屏幕和观测平面距离的增加,散斑衬比度呈现出先减小后增大最后趋于平 稳不变的一个趋势。并在散斑形成及传播机理的基础上,理论分析了该种特定时间相干长度 光源产生的激光散斑在空间中的传输特性。分析表明,散斑图样衬比度最小值位置与散射表 面粗糙度相联系,该现象可为物体表面粗糙度的测量提供参考。     

高功率激光驱动器光束匀滑技术研究（特邀）

激光驱动惯性约束聚变的打靶过程中,光场不同空间频率的不均匀性会引起内爆的流体力学不稳定性、印痕效应和激光等离子体不稳定性。这些不稳定过程将最终影响内爆压缩倍率,从而影响到点火。为了控制焦斑不均匀性进而抑制不稳定过程,人们提出了束匀滑技术:通过光场调控控制焦斑分布特性,进而控制束靶耦合过程。束匀滑可分为空间域匀滑和时间域匀滑。空间域匀滑通过控制波前形态获得平整的焦斑包络,降低低频不均匀性。时间域匀滑通过控制光束的相干性减弱激光焦斑中的散斑,进而减弱中高频不均匀性。随着抑制更高激光功率密度条件下激光等离子体相互作用的需求愈发紧迫,涌现出一些新型的束匀滑方法。文中介绍了束匀滑技术在大型激光装置上的使用情况,并对目前提出的各种束匀滑技术进行了总结和分析。     

基于灰度共生矩阵方法的激光散斑特性分析

为了实现物体表面粗糙度的测量,基于激光散斑原理,利用灰度共生矩阵方法计算了激光散斑图像的基本参量,分析了激光散斑含有的物体表面粗糙度特征。在此基础上搭建了物体表面粗糙度激光散斑测量实验系统,采集了不同表面粗糙度标准样板在不同入射角条件下的激光散斑图,继而得到了研磨和平磨条件下散斑条纹对比度与光束入射角之间的关系。结果表明,入射角约为60°时,散斑特性及其对比度效果最好。     

高均匀性小孔径激光照明系统

激光照明应用当中激光的高斯分布和散斑现象极大地影响了照明质量,为了将激光器出射的高斯分布的激光整形成类似平顶分布,同时对散斑进行抑制,实现均匀的激光照明,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。设计了一套基于"随机微透镜阵列"的激光照明系统,可实现出光孔径2mm,半发散角18°的平顶均匀激光照明。并对比了在此种结构下采用石英玻璃棒和自聚焦透镜作为光导元件时光斑质量的区别,对光斑的分布及散斑进行了测量,验证了此种方法能够将散斑对比度降低到4.84%,极大地提升了激光照明质量。     

激光散斑用于非正常人眼的检查与校正

本文通过对推导毛玻璃以恒定速度的面内运动在成像系统中所产生的激光散斑的统计特性,提出激光散斑运动与近视眼和远视眼的对应关系,并给出激光散斑在视力校正中的应用。