Лазерный осветитель



Лазерный осветитель
Лазерный осветитель
Лазерный осветитель
Лазерный осветитель
G02F1/00 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2658572:

Общество с ограниченной ответственностью "НаноРельеф Дисплей" (RU)

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока, и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для разрушения пространственной и временной когерентности, подавления спекла. Лазерный осветитель содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света, осветительный объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, выходной объектив. Фазовый фильтр помещен в фокусе Фурье-объектива и перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке. Модулятор содержит первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, и вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом прозрачных электродов на одной стороне. Подложки расположены таким образом, что между гелеобразным слоем и электродами образуют зазор. Техническим результатом является снижение шумов формируемого распределения излучения путем пространственного подавления спеклов, а также расширение сферы применения лазерного осветителя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока, и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для разрушения пространственной и временной когерентности, подавления спекла и в ряде других специальных применений, в оптико-механической промышленности, телевидении, печати, средствах связи, световолоконных коммутирующих и фильтрующих устройствах, быстродействующих строчных и матричных принтерах и других областях техники.

Уровень техники

Известен лазерный осветитель, содержащий вращающийся диффузор, шаговый мотор с колебательным движением и устройство управления [Akio Furukawa, NorihiroOhse, Yoshifumi Sato, Daisuke Imanishi, Kazuya Wakabayashi, Satoshi Ito, KoshiTamamura and Shoji Hirata, "Effective speckle reduction in laser projection displays", Proc. of SPIE Vol. 6911, 69110Т, (2008)].

Недостатком этого устройства является применение движущихся частей, большие габариты и потери света при подавлении спекла.

Известен также лазерный осветитель, содержащий вращающийся жгут оптоволокна, двигатель для вращения световолоконного жгута и устройство управления. Недостатком этого устройства является низкий уровень подавления спекла, большие потери в световом потоке лазерного излучения. [Mingjie Sun, Zukang Lu, "Speckle suppression with a rotating light pipe", Optical Engineering 49(2), 024202, 2010]. Известен лазерный осветитель, содержащий фазовую пластинку, представляющую собой фазовый дифракционный оптический элемент, на котором нанесены различные последовательности шумовых кодов, например, код Баркера, причем каждый оптический элемент сдвигает набег фазы света на ±π. [Victor Yurlov, Anatoly Lapchuk, Sangkyeong Yun, Jonghyeong Song and Haengseok Yang, "Speckle suppression in scanning laser display", Appl. Opt. Vol. 47, No. 2, (2008)]. Основной недостаток этого устройства - низкое подавление контраста спекла и невозможность использования перемещения фазового дифракционного рисунка, впечатанного в фазовую пластину.

Наиболее близким изобретением является лазерный осветитель, содержащий модулятор и устройство управления, причем модулятор содержит нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления. (Патент №2577802, Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты), классы МПК7: G02F 1/00). Недостатком известного устройства является линейная структура электродов и невозможность непрерывного подавления спекла.

Техническая задача и технический результат

Задачей настоящего изобретения является снижение шумов формируемого распределения излучения путем пространственного подавления спеклов. Техническим результатом является также расширение сферы применения лазерного осветителя.

Решение

Поставленная задача решается с помощью лазерного осветителя, который содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света, осветительный объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, выходной объектив, при этом фазовый фильтр помещен в фокусе Фурье-объектива и перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке, причем модулятор содержит первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, и вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом прозрачных электродов на одной стороне, причем подложки расположены таким образом, что между гелеобразным слоем и электродами образуют зазор. При этом каждый электрод соединен электрически с устройством управления, которое содержит тактовый генератор, задающий последовательность импульсов напряжений на каждом электроде с возможностью сдвига напряжения на электродах на один и более такт. Подбирается четное число электродов более двух, и топология электродов покрывает световую апертуру второй диэлектрической прозрачной подложки, при этом все электроды электрически изолированы друг от друга, а последовательность импульсов напряжений от выходов устройства управления на входы прозрачных электродов подается по заданному закону в зависимости от количества прозрачных электродов. Фазовый фильтр выполнен в виде зеркала, и на оптической оси введена призма полного внутреннего отражения, оптически контактирующая с первой прозрачной диэлектрической подложкой.

Для реализации устройства предлагается способ подавления спеклов в лазерных осветителях, отличающийся тем, что последовательно направляют свет от когерентного источника на объектив, модулятор, фурье-объектив, фазовый фильтр, размещенный в области фокуса фурье-объектива, выходной объектив, при этом на модулятор, содержащий первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом покрывающих световую апертуру прозрачных электродов на одной стороне, подают импульсы напряжений для рассогласования фазы светового потока.

Описание чертежей

На Фиг. 1 показана общая схема лазерного осветителя.

На Фиг. 2 показана конструкция модулятора.

На Фиг. 3 показана схема устройства управления с n электрическими выходами.

На Фиг. 4 показаны два примера (А) и (В) топологии системы n прозрачных (непрозрачных) электродов различной конфигурации.

На Фиг. 5 показан пример системы электрических напряжений на входных электродах 1-м, 2-м, 3-м, 4-м … n-м для создания бегущей непрерывной волны на свободной поверхности гелеобразного слоя; (а), (в) и (с) - примеры сдвига по фазе на один такт.

На Фиг. 6 показана общая схема лазерного осветителя с введенной в оптический канал призмой полного внутреннего отражения.

Детальное описание решения

Лазерный осветитель (Фиг. 1, 2, 3, 4, 5) содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света 1, осветительный объектив 2, модулятор 3, Фурье-объектив 4, фазовый фильтр 5, выходной объектив 6, при этом фазовый фильтр 5 помещен в фокусе Фурье-объектива 4, а размер фазового фильтра 5 подобран так, что фазовый фильтр 5 перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке, причем модулятор 3 содержит нанесенную на первую диэлектрическую прозрачную подложку 7 прозрачный электропроводящий слой 8, покрытый прозрачным гелеобразным слоем 9, и систему n штук прозрачных электродов 11 заданной топологии, расположенных на второй диэлектрической прозрачной подложке 12 в одной плоскости и размещенных с зазором 10 над прозрачным гелеобразным слоем 9, и соединенных электрически с устройством управления 15, при этом n выходов устройства управления 15 соединены с n входами системы прозрачных электродов 11, при этом устройство управления 15 содержит тактовый генератор, задающий последовательность импульсов напряжений 16 на каждом электроде 11 с возможностью сдвига напряжения на электродах 11 на один и более такт, причем n - четное число не менее 4 (для создания бегущей волны), при этом произвольной формы топология системы n прозрачных электродов 11 покрывает световую апертуру 14 второй диэлектрической прозрачной подложки 12, при этом все n прозрачные электроды 11 электрически изолированы друг от друга, последовательность импульсов напряжений 16 от n выходов устройства управления 15 на n входов прозрачных электродов 11 подаются по заданному закону в зависимости от количества прозрачных электродов 11.

В качестве примера реализации изобретения устройство может содержать фазовый фильтр 5, выполненный в виде зеркала.

В качестве примера реализации изобретения устройство может содержать на оптической оси призму полного внутреннего отражения 17, оптически контактирующую с первой прозрачной диэлектрической подложкой 7.

Когерентный источник света 1 (Фиг. 1) с помощью осветительного объектива 2 формирует на апертуре модулятора 3 (Фиг. 2) когерентное световое излучение.

Устройство управления 15 (Фиг. 3) вырабатывает электрические импульсы (Фиг. 5), представляющие собой последовательность импульсов напряжений 16, которые приходят на вход системы прозрачных электродов 11 (Фиг. 4). Последовательность импульсов напряжений 16 формирует рельеф высотой от 0 до максимума, соответствующий набегу оптической фазы для данной длины волны, равной π, на прозрачном гелеобразном слое 9. Устройство управления 15 сдвигает на один такт последовательность импульсов напряжений 16. На поверхности прозрачного гелеобразного слоя 9 создается бегущая волна.

Бегущая волна представляет собой перестраиваемую дифракционную решетку, которая создает дифракционный спектр в плоскости, перпендикулярной оптической оси в месте расположения фазового фильтра 5.

Качество подавления спекла определяется скоростью бегущей волны и ее амплитудой. Дифрагированный свет, попадающий в первый и высшие порядки дифракции, не попадает на фазовый фильтр 5. Недифрагированный свет (нулевой порядок) перекрывается фазовым фильтром 5 и не попадает на выходной объектив 6. Таким образом, световой поток после выходного объектива 6 представляет собой скалярный поток, который не может вызвать спекл на любой шероховатой поверхности.

Поскольку топология системы прозрачных электродов 11 представляет собой пространственную структуру (Фиг. 4А и Фиг. 4В), то свет в плоскости фазового фильтра 5 дифрагирует во всех направлениях в отличие от прототипа.

В другом варианте изобретения (Фиг. 1) устройство работает следующим образом.

Световое излучение нулевого порядка, попадая на фазовый фильтр 5, создает оптический шум. Применение фазового фильтра 5, выполненного в виде зеркала, позволяет устранить оптический шум, направив световое излучение нулевого порядка, например, на световую ловушку.

В другом варианте изобретение работает следующим образом (Фиг. 1 и 6).

На оптической оси введена призма полного внутреннего отражения 17, оптически контактирующая с первой прозрачной диэлектрической подложкой 7. Призма полного внутреннего отражения 17 позволяет устранить оптический шум в лазерном осветителе благодаря тому, что световой поток не проходит через систему прозрачных электродов 11, попадая на Фурье-объектив 4.

Пример реализации изобретения

Устройство по настоящему изобретению может быть выполнено следующим образом.

В качестве когерентного источника света 1 могут быть использованы, например, полупроводниковые лазеры или лазеры на парах меди, золота, стронция, а также газовые лазеры. В качестве элементов устройства управления 15 могут быть использованы стандартные микросхемы или наборы микросхем, уровень интеграции зависит от технических требований устройств.

Система прозрачных электродов 11 может быть выполнена из окиси индия, алюминия, хрома, молибдена. В качестве остальных элементов и блоков могут быть использованы стандартные элементы и блоки. Зазор 10 можно выбрать, например, 10 мкм, а толщину прозрачного гелеобразного слоя 9, например, 45 мкм. Толщина прозрачных электродов 11 может быть выбрана от десятых до сотых долей микрона. Электрические сигналы, поступающие от устройства управления 15 на вход модулятора 3, могут быть, например, выбраны следующими: максимальное напряжение сигнала 15-20 Вольт, тактовая частота, например, 50 кГц.

Прозрачный гелеобразный слой 9 приготавливают на основе полиорганосилоксана известными методами (Патент №2577802, Спеклоподавитель для лазерного излучения (варианты), классы МПК7: G02F 1/00).

Первая диэлектрическая прозрачная подложка 7, вторая диэлектрическая прозрачная подложка 12, призма полного внутреннего отражения 17 должны быть выполнены из одного материала, например, из кварцевого стекла. Прозрачный электропроводящий слой 8 - из окиси индия.

1. Лазерный осветитель, содержащий последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света, осветительный объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, выходной объектив, при этом фазовый фильтр помещен в фокусе Фурье-объектива и перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке, причем модулятор содержит первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, и вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом прозрачных электродов на одной стороне, причем подложки расположены таким образом, что между гелеобразным слоем и электродами образуют зазор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый электрод соединен электрически с устройством управления, которое содержит тактовый генератор, задающий последовательность импульсов напряжений на каждом электроде с возможностью сдвига напряжения на электродах на один и более такт.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит четное число электродов более двух.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что топология электродов покрывает световую апертуру второй диэлектрической прозрачной подложки, при этом все электроды электрически изолированы друг от друга, а последовательность импульсов напряжений от выходов устройства управления на входы прозрачных электродов подается по заданному закону в зависимости от количества прозрачных электродов.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что фазовый фильтр выполнен в виде зеркала.

6. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что на оптической оси введена призма полного внутреннего отражения, оптически контактирующая с первой прозрачной диэлектрической подложкой.

7. Способ подавления спеклов в лазерных осветителях, отличающийся тем, что последовательно направляют свет от когерентного источника на объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, размещенный в области фокуса Фурье-объектива, выходной объектив, при этом на модулятор, содержащий первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом покрывающих световую апертуру прозрачных электродов на одной стороне, подают импульсы напряжений для рассогласования фазы светового излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрохромным устройствам и контроллерам окон. Контроллер для окрашиваемого окна содержит процессор с инструкциями для активации определения уровня окрашивания окрашиваемого окна, вход для приема выходных сигналов от датчиков и выход для управления уровнем окрашивания в окрашиваемом окне.

Изобретение относится к способу формирования плазмонных импульсов при коллективном распаде возбуждений в ансамбле полупроводниковых квантовых точек. Может быть использовано при разработке прототипа задающего плазмонного генератора тактовых импульсов с характерными размерами меньше длины волны возбуждаемых плазмон-поляритонов с последующим применением в плазмонных схемах обработки информации, в том числе, - при проектировании высокоскоростных терагерцовых плазмонных шин данных.

Изобретение относится к области технологий жидкокристаллических дисплеев. Техническим результатом является улучшение качества отображаемого изображения жидкокристаллической панели за счет того, что яркости различных областей сбалансированы, и за счет исключения светлых и темных вертикальных линий.

Изобретение предлагает одноцепочечную планку освещения с устройством защиты от перегрузки и схему драйвера источника освещения для устройства отображения. Технический результат заключается в предотвращении перегрева из-за превышения тока в планке освещения и предотвращение повреждения всего модуля подсветки.

Изобретение относится к оптической системе передачи для аналоговых или цифровых радиочастотных сигналов с использованием твердотельного лазера с внешней модуляцией.

Изобретение относится к области оптики и касается способа генерации узкополосного терагерцового излучения. Генерация осуществляется путем воздействия линейно поляризованными фемтосекундными лазерными импульсами на входную поверхность анизотропного нелинейного монокристалла, приводящего к преобразованию излучения с терагерцовым выходом в направлении распространения лазерных импульсов при длине прохождения этих импульсов в монокристалле, равной длине поглощения в нем терагерцового излучения на рабочей частоте, и терагерцовым выходом в обратном направлении, при длине прохождения, превышающей длину поглощения терагерцового излучения на рабочей частоте.

Изобретение относится к оптической технике. Оптический модулятор, каждый пиксель которого содержит перекрывающие площадь пикселя неподвижный плоский поляризатор и параллельный ему подвижный плоский поляризатор.

Изобретение относится к области обработки оптической информации. В оптическом модуляторе света модуляция происходит посредством поворота подвижного поляризатора в виде диска относительно неподвижного поляризатора.

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к оптическим материалам, обладающим способностью к изменению пропускания ультрафиолетового излучения при воздействии на них управляющего излучения.

Изобретение относится к жидкокристаллическим дисплейным устройствам. Жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит модуль управления, который регулирует яркость устройства подсветки с использованием ШИМ-затемнения.

Способ вывода из осаждённого из газовой фазы алмаза электромагнитного излучения центров окраски, в котором у поверхности алмазного образца формируется собирающая излучение центров окраски оптическая система, состоящая из конуса с круглым основанием из оптического стекла, окружающего конус конического зеркала и собирающей линзы.

Осветительное устройство содержит массив источников света, излучающих конусы света с краями, которые пересекаются в плоскости пересечения, и линзовый блок для гомогенизации распределения интенсивности в дальней зоне.

Устройство для освещения внутренней стороны цилиндра светом содержит коллиматор, отражающий конус, установленный на оптической оси, коническое зеркало. Также устройство содержит устройство для преобразования лучей, которое выполнено на основе матриц цилиндрических линз, расположенных вокруг оптической оси, второе коническое зеркало, гомогенизатор в виде полой трубки с рифлёной поверхностью, тороидальную линзу или тороидальное зеркало, установленные на выходе устройства.

Изобретение относится к машине (1) для стереолитографии. Машина содержит: контейнер (2) для жидкого вещества (14), источник (3) заранее установленного излучения (3а), пригодного для отверждения жидкого вещества (14); оптический блок (4), пригодный для направления излучения (3а) к базовой поверхности (5) в жидком веществе (14); логический блок (6) управления, выполненный с возможностью управления оптическим блоком (4) и/или источником (3) для облучения заранее установленной части базовой поверхности (5).

Изобретение относится к оптическому приборостроению и лазерной технике. Мобильный оптический телескоп содержит выполненный с возможностью установки на транспортном средстве кузов-контейнер с агрегатным отсеком, в котором на платформе кузова-контейнера жестко закреплено основание со стойками, зеркальную систему, включающую профилированные зеркала, смонтированную на опорно-поворотном устройстве с взаимно ортогональными осями вращения, приводы вращения и излучатель.

Изобретение относится к лазерной технике и касается устройства ввода лазерного излучения в торец оптического элемента. Устройство содержит несколько источников лазерного излучения, каждый из которых оснащен котировочным средством, мишень, узел наблюдения и экран.

Изобретение относится к гигиене труда и может быть использовано для оценки лазерной безопасности при использовании лазерных устройств в создании лазерного шоу. .

Изобретение относится к компьютерной томографии и предназначено для выполнения комплекса лабораторных работ, связанных с визуализацией изображений в компьютерной томографии и изучением математического аппарата пошаговой компьютерной томографии.

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов, в частности к устройству многопозиционной лазерной обработки, и может быть использовано при изготовлении большого количества изделий на одном лазерном комплексе, в том числе при лазерной резке, сварке, наплавке и селективном спекании.

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока, и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для разрушения пространственной и временной когерентности, подавления спекла. Лазерный осветитель содержит последовательно расположенные на оптической оси по крайней мере один когерентный источник света, осветительный объектив, модулятор, Фурье-объектив, фазовый фильтр, выходной объектив. Фазовый фильтр помещен в фокусе Фурье-объектива и перекрывает световой поток лазерного излучения в нулевом порядке. Модулятор содержит первую диэлектрическую прозрачную подложку с прозрачным электропроводящим слоем, покрытым прозрачным гелеобразным слоем на одной стороне, и вторую диэлектрическую прозрачную подложку с массивом прозрачных электродов на одной стороне. Подложки расположены таким образом, что между гелеобразным слоем и электродами образуют зазор. Техническим результатом является снижение шумов формируемого распределения излучения путем пространственного подавления спеклов, а также расширение сферы применения лазерного осветителя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх