Устройство подавления спеклов (варианты)
Изобретение относится к области освещения и формирования изображения, а именно к устройствам подавления спеклов, и может быть использовано в лазерных системах отображения оптической информации. Устройство содержит генератор переменного напряжения, контроллер поляризации, два двулучепреломляющих оптических клина. Внешние поверхности оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора. Контроллер поляризации выполнен с возможностью изменения поляризации лазерного пучка в зависимости от частоты изменения напряжения генератора. Первый оптический клин выполнен с возможностью разделения лазерного пучка на два ортогонально поляризованных пучка, интенсивность которых меняется в зависимости от направления поляризации входящего в клин лазерного пучка. Второй клин выполнен с возможностью параллелизации выходящих из первого клина пучков. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области освещения и формирования изображения, а именно к устройствам подавления спеклов, и может быть использовано в лазерных системах отображения оптической информации.
Основной проблемой осветительных систем, основанных на лазерных источниках, является спекловый шум на освещенной поверхности.
Существует ряд устройств подавления спеклов.
В опубликованной международной заявке WO 0065401 [1] описано устройство уменьшения спеклов с механическим приводом части осветительной системы, в котором спекловые эффекты размываются и становятся невидимы пользователю за счет колебательного возмущения подвижного зеркала. В одном из вариантов зеркало, направляющее пучок света по ломаной траектории, может перемещаться механически с помощью нескольких пьезоэлектрических приводов.
В выложенной заявке США №2005195508 [2] для улучшения качества изображения и устранения спеклового шума между источником света и экраном расположено вибрирующее зеркало, за счет вибрации которого происходит смазывание картины спеклов.
Недостатком данных устройств является наличие движущихся частей, что снижает их надежность.
В опубликованной международной заявке WO 2004008225 [3] описано устройство уменьшения спеклов без движущихся частей, которое основано на идее разделения лазерного пучка на несколько пучков с разностью оптического пути большей, чем длина когерентности входящего лазерного пучка. Данная идея реализована с помощью наклонной пластины с полуотражающей и отражающей поверхностями.
Недостатком этого устройства является необходимость наличия дополнительных гомогенизирующих элементов для выходящих пучков, что увеличивает габариты устройства.
Наиболее близкой к заявленному изобретению является система уменьшения спеклов для оптоволоконной подсветки, описанная в публикации USH2045H (US Statutory Invention Registration) [4], которая отклоняет начальный пучок света таким образом, что его путь и распределение спеклов меняется со временем. Данное решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатком конструкции прототипа [4] является то, что она не достаточно компактна из-за наличия большого числа составляющих элементов.
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства подавления спеклов малого размера с повышенной надежностью.
Поставленная задача решена путем создания трех вариантов устройства подавления спеклового шума, объединенных единым изобретательским замыслом.
Вариант 1. Заявляемое устройство подавления спеклового шума содержит генератор переменного напряжения, а также расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка контроллер поляризации, соединенный с генератором переменного напряжения, и два двулучепреломляющих оптических клина, причем внешние поверхности оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора, при этом контроллер поляризации выполнен с возможностью изменения поляризации лазерного пучка в зависимости от частоты изменения напряжения генератора, первый оптический клин выполнен с возможностью разделения лазерного пучка на два ортогонально поляризованных пучка, интенсивность которых меняется в зависимости от направления поляризации входящего в клин лазерного пучка, а второй клин выполнен с возможностью параллелизации выходящих из первого клина пучков.
Для функционирования устройства по варианту 1 важно, чтобы контроллер поляризации был выполнен в виде элемента, выбранного из группы элементов, которая включает в себя жидкокристаллическую ячейку, электрооптический и акустооптический кристалл.
Вариант 2. Заявляемое устройство подавления спеклового шума содержит генератор переменного напряжения, а также расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка два двулучепреломляющих оптических клина, каждый из которых соединен с генератором переменного напряжения, причем внешние поверхности оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора, при этом первый оптический клин выполнен с возможностью разделения лазерного пучка на два ортогонально поляризованных пучка (далее упоминаемые как «обыкновенный» и «необыкновенный» пучки) и изменения угла отклонения «необыкновенного» пучка за счет изменения показателя преломления под действием напряжения с генератора переменного напряжения, а второй клин выполнен с возможностью параллелизации выходящих из первого клина пучков за счет изменения показателя преломления под действием напряжения с генератора переменного напряжения.
Для функционирования устройства по варианту 2 важно, чтобы зазор между клиньями был заполнен материалом с показателем преломления, величина которого находится между высшей и низшей величинами показателя преломления для «необыкновенного» пучка клиньев.
Вариант 3. Заявляемое устройство подавления спеклового шума содержит генератор переменного напряжения, расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка два оптических клина, внешние поверхности которых параллельны одна другой, а скошенные внутренние поверхности параллельны одна другой и расположены на некотором расстоянии друг от друга с образованием зазора, а также, по меньшей мере, один привод, соединенный с генератором переменного напряжения и выполненный с возможностью изменения величины зазора между скошенными поверхностями клиньев в соответствии с изменением напряжения генератора, при котором происходит смещение лазерного пучка, выходящего из данного клина.
Для функционирования устройства по варианту 3 важно, чтобы привод был выполнен в виде пьезоэлектрического элемента.
Для функционирования устройства по варианту 3 важно также, чтобы оно содержало привод, расположенный в зазоре между скошенными внутренними поверхностями клиньев и выполненный с возможностью смещения клиньев параллельно направлению распространения пучка в соответствии с изменением напряжения генератора переменного напряжения.
Для функционирования устройства по варианту 3 важно также, чтобы оно содержало один привод, расположенный на одном из клиньев и выполненный с возможностью смещения клина перпендикулярно направлению распространения пучка в соответствии с изменением напряжения генератора переменного напряжения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение размеров и повышение надежности за счет применения компактной и простой конструкции, которая содержит простые и двулучепреломляющие оптические клинья, соединенные с генератором переменного напряжения, и позволяет смещать лазерный пучок с большой частотой для размывания спеклов.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.
Фиг.1. Схема варианта 1 устройства подавления спеклов с вращателем поляризации, выполненного согласно изобретению.
Фиг.2. Схема варианта 2 устройства подавления спеклов с двулучепреломляющими клиньями, соединенными с общим генератором переменного напряжения, выполненного согласно изобретению: вид 2.1 - с незаполненным зазором между клиньями, вид 2.2 - с зазором между клиньями, заполненным оптическим материалом.
Фиг.3. Схема варианта 3 устройства подавления спеклов с оптическими клиньями, перемещаемыми электроуправляемым приводом, выполненного согласно изобретению: вид 3.1 - с приводом, расположенным в зазоре между клиньями, вид 3.2 - с приводом, расположенным на одном из клиньев.
В варианте с вращателем поляризации (Фиг.1) устройство подавления спеклов содержит генератор 1 переменного напряжения, а также расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка вращатель 2 поляризации, соединенный с генератором 1 переменного напряжения, и два двулучепреломляющих оптических клина 3, 4. Внешние поверхности 5, 6 оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности 7, 8 также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора. Управляющий сигнал в виде переменного напряжения подают на вращатель 2 поляризации и, таким образом, меняют во времени состояние поляризации лазерного пучка 9. Оптический клин 3 разделяет лазерный пучок 9 на два ортогонально поляризованных пучков 10 и 11, интенсивность которых зависит от состояния поляризации входящего лазерного пучка 12, а клин 4 направляет их параллельно один другому (пучки 13 и 14).
Каждый из выходящих пучков 13 и 14 имеет свое собственное распределение спеклов. Контролируя интенсивность выходящих пучков, изменяют яркость распределения спеклов. Если частота управляющего сигнала (частота изменения напряжения генератора 1) выше 25 Гц, то результирующее распределение спеклов будет размытым для человеческого глаза.
Вращатель 2 поляризации может быть выполнен, например, в виде жидкокристаллической ячейки, которая вращает направление поляризации исходящего пучка 9, или в виде электро- или акусто-оптического кристалла, который перераспределяет интенсивности ортогонально поляризованных компонентов пучка 9.
Второй вариант заявляемого устройства подавления спеклов с двулучепреломляющими клиньями 3 и 4, соединенными с общим генератором 1 переменного напряжения (Фиг.2), не содержит вращателя поляризации, но клинья 2 и 3 имеют изменяемый напряжением генератора показатель преломления. При изменении напряжения, подаваемого на клинья 3, 4 с генератора 1, происходит изменение показателя преломления клиньев, при этом «необыкновенный» пучок 11 отклоняется относительно «обыкновенного» пучка 10 на выходе из первого клина 3, а во втором клине происходит параллелизация пучков 10 и 11. Контролируя амплитуду и частоту управляющего сигнала (напряжения генератора 1) изменяют размытие распределения спеклов.
Если направление поляризации входящего пучка 9 параллельно или перпендикулярно оптической оси клина 3, то присутствует только один выходной пучок, и этот пучок сдвигают изменением управляющего сигнала генератора 1.
Зазор 15 между клиньями 3 и 4 во втором варианте заявленного изобретения предпочтительно заполняется материалом с показателем преломления, величина которого находится между высшей и низшей величинами показателя преломления для «необыкновенного» пучка в клиньях 3 и 4 (Фиг.2, вид 2.2).
В третьем варианте заявленного устройства подавления спеклов (Фиг.3) оптические клинья 3 и 4 изготовлены из обычного оптического материала, который не меняется под действием напряжения. В данном варианте сдвиг входящего лазерного пучка происходит за счет перемещения клиньев, по меньшей мере, одним механическим приводом 15, который соединен с генератором 1 переменного напряжения.
Устройство содержит привод 16, расположенный в зазоре между клиньями 3, 4 и взаимно перемещающий клинья в продольном направлении (Фиг.3, вид 3.1). В эквивалентной альтернативе, устройство содержит привод 15, взаимно перемещающий клинья в поперечном направлении (Фиг.3, вид 3.2).
Привод 15, 16 выполняется преимущественно в виде пьезоэлектрического элемента.
Заявляемое устройство подавления спеклов может быть использовано в осветительных и изображающих системах с лазерным источником, а именно в карманных устройствах отображения, проекторах, проекционных дисплеях и т.д.
Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
1. Устройство подавления спеклового шума, содержащее генератор переменного напряжения, а также расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка контроллер поляризации, соединенный с генератором переменного напряжения, и два двулучепреломляющих оптических клина, причем внешние поверхности оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора, при этом контроллер поляризации выполнен с возможностью изменения поляризации лазерного пучка в зависимости от частоты изменения напряжения генератора, первый оптический клин выполнен с возможностью разделения лазерного пучка на два ортогонально поляризованных пучка, интенсивность которых меняется в зависимости от направления поляризации входящего в клин лазерного пучка, а второй клин выполнен с возможностью параллелизации выходящих из первого клина пучков.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контроллер поляризации выполнен в виде элемента, выбранного из группы элементов, состоящей из жидкокристаллической ячейки, электрооптического и акустооптического кристалла.
3. Устройство подавления спеклового шума, содержащее генератор переменного напряжения, а также расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка два двулучепреломляющих оптических клина, каждый из которых соединен с генератором переменного напряжения, причем внешние поверхности оптических клиньев параллельны одна другой, скошенные внутренние поверхности также параллельны одна другой и расположены на расстоянии одна от другой с образованием зазора, при этом первый оптический клин выполнен с возможностью разделения лазерного пучка на два ортогонально поляризованных пучка - «обыкновенный» и «необыкновенный» - и изменения угла отклонения «необыкновенного» пучка за счет изменения показателя преломления под действием напряжения с генератора переменного напряжения, а второй клин выполнен с возможностью параллелизации выходящих из первого клина пучков за счет изменения показателя преломления под действием напряжения с генератора переменного напряжения.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что зазор между клиньями заполнен материалом с показателем преломления, величина которого находится между высшей и низшей величинами показателя преломления для «необыкновенного» пучка клиньев.
5. Устройство подавления спеклового шума, содержащее генератор переменного напряжения, расположенные последовательно вдоль пути распространения лазерного пучка два оптических клина, внешние поверхности которых параллельны одна другой, а скошенные внутренние поверхности параллельны одна другой и расположены на некотором расстоянии друг от друга с образованием зазора, а также, по меньшей мере, один привод, соединенный с генератором переменного напряжения и выполненный с возможностью изменения величины зазора между скошенными поверхностями клиньев в соответствии с изменением напряжения генератора, при котором происходит смещение лазерного пучка, выходящего из данного клина.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что привод выполнен в виде пьезоэлектрического элемента.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит привод, расположенный в зазоре между скошенными внутренними поверхностями клиньев и выполненный с возможностью смещения клиньев параллельно направлению распространения пучка в соответствии с изменением напряжения генератора переменного напряжения.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит один привод, расположенный на одном из клиньев и выполненный с возможностью смещения клина перпендикулярно направлению распространения пучка в соответствии с изменением напряжения генератора переменного напряжения.
