專利名稱：一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，屬于激光照明技術領域。
背景技術：
隨著各類數(shù)碼產品的不斷小型化，常規(guī)的燈泡光源已經不能滿足各類產品的需求，激光作為一種小型化的新型光源，與常規(guī)照明光源相比，激光可以讓系統(tǒng)的圖像亮度更高、色域更廣，且體積更小。激光作為一種單色性好、亮度高、相干性好的照明光源，當照射光學粗糙表面時， 會存在一種散斑現(xiàn)象，散斑不但影響圖像的分辨率，而且使圖像的外觀被散斑場的顆粒狀結構所調制，嚴重影響了圖像質量，因此必須加以抑制。解決這一問題的途徑主要有三種，I)對光源空間和頻域相干性的控制，2)基于有限孔徑空間取樣的時域平均，3)數(shù)字處理三類，其中I)是通過光學或者材料上的技術對照明光源進行控制，由于這一途徑涉及到半導體材料、半導體加工等前沿領域，短期內是很難實現(xiàn)的，3)則通常是在獲取數(shù)字圖像后再進行處理和分析，并不能實時處理，2)在短期內是可以實現(xiàn)并帶來實際應用價值?；谟邢蘅讖娇臻g取樣的時域平均，現(xiàn)階段主要通過1)控制光源的出射角度減少光源的空間域相干性，2)傳感器積分時間內采樣實現(xiàn)時域內平均實現(xiàn)，傳統(tǒng)的兩種方法都存在能量利用率和散斑消除之間的矛盾，散斑消除到人眼可接受的水平，現(xiàn)有技術需要損失至少50%的能量，且會損失激光本身的偏振特性與單色性，這些對于微型照明或者成像系統(tǒng)都是有益的，且在微型系統(tǒng)中，由于體積的限制，激光光源本身的發(fā)光能量就達不到傳統(tǒng)燈泡光源的標準，因此降低能量利用率是不可取的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決常規(guī)激光散斑消除技術中散斑消除和能量效率之間的矛盾，提出了一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構。一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，包括耦合透鏡、混光棒、旋轉機構和控制電路；光源發(fā)射激光，激光進入耦合透鏡，耦合透鏡對光源發(fā)出的激光進行匯聚，輸出至混光棒的入射面中；混光棒的軸與稱合透鏡輸出激光的光軸重合，混光棒位于旋轉機構中，旋轉機構帶動混光棒作勻速自旋轉運動，且轉軸與光軸重合；激光通過混光棒后，從混光棒的出射面輸出；控制電路完成對旋轉機構轉速的控制。本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)可以有效地消除激光散斑，極大地提高了照明效率與成像質量；
(2)采用旋轉混光棒結構，消除散斑的同時，能夠保持激光的能量效率與偏振特性，解決了常規(guī)激光散斑消除技術中散斑消除和能量效率之間的矛盾；(3)對于不同的應用場合提出了兩種旋轉機構，適用于不同的微型化照明場合；(4)本發(fā)明提供了一種激光散斑消除的系統(tǒng)裝置，在保持光源能量效率和偏振特性的前提下，通過旋轉混光棒達到消除激光散斑的目的，且體積較小，易于加工。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的微型空心馬達剖視圖；
圖3是本發(fā)明采用微型空心馬達的連接粘合結構正視圖；圖4是本發(fā)明的常規(guī)微型馬達結構剖視圖；圖5是本發(fā)明采用常規(guī)微型馬達的連接粘合結構正視圖；圖6是本發(fā)明散斑消除的結果示意圖。圖中I 一稱合透鏡2—混光棒3—旋轉機構4 一控制電路5—微型空心馬達6—粘合結構7—微型空心馬達軸孔8—常規(guī)微型馬達9 一旋轉空心圓筒10—支撐軸承11一齒輪A12—齒輪B13—微型系統(tǒng)支撐構件14 一光學膠
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明是一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，如圖I所示，包括耦合透鏡I、混光棒2、旋轉機構3和控制電路4。光源發(fā)射單色激光，激光進入耦合透鏡1，耦合透鏡I對光源發(fā)出的激光進行匯聚，輸出至混光棒2的入射面中?；旃獍?的軸與稱合透鏡I輸出激光的光軸重合，混光棒2位于旋轉機構3中,旋轉機構3帶動混光棒2作勻速自旋轉運動,且轉軸與光軸重合。激光通過混光棒2后,從混光棒2的出射面輸出。旋轉機構3為微型空心馬達5或者常規(guī)微型馬達8，當旋轉機構3為微型空心馬達5，如圖2和圖3所示，混光棒2的垂直軸向的正方形截面與微型空心馬達5軸孔7的外露截面，通過光學膠14固定粘在粘合結構6上，則混光棒2就間接固定在微型空心馬達5的內部。當旋轉機構3為常規(guī)微型馬達，結構如圖4所示，混光棒2的垂直軸向的正方形截面與旋轉空心圓筒9的外露截面通過光學膠14固定粘在粘合結構6上，則混光棒2就間接固定在旋轉空心圓筒9的內部。旋轉空心圓筒9固定在支撐軸承10內部，旋轉空心圓筒9的一端與齒輪Al I緊緊粘合，齒輪Al I與常規(guī)微型馬達8的齒輪B12緊緊咬合，常規(guī)微型馬達8帶動齒輪B12與齒輪All旋轉，齒輪All帶動旋轉空心圓筒9在支撐軸承10內部旋轉，進而帶動混光棒2繞自身軸作自旋轉動。常規(guī)微型馬達8和旋轉空心圓筒9通過微型系統(tǒng)支撐構件13固定。所述的粘合結構6為鍍有增透膜的波片，采用材料與混光棒2相同?？刂齐娐?采用DSP，完成對旋轉機構3轉速的控制，勻速自旋轉運動的轉速可調，以滿足照明中的不同需求。即為，控制電路4控制微型空心馬達5或者常規(guī)微型馬達8的轉速。所述的混光棒2采用柱形實心結構，截面為正方形，棒體采用折射率為I. 518的K9玻璃，混光棒2的四個外側面均鍍有一層增反膜，混光棒2的入射面鍍一層增透膜，混光棒2的尺寸為2_X2_X18mm，完全滿足微型化的需求。
因為粘合結構6為鍍有增透膜的波片，所以，從混光棒2的出射面輸出的激光，經過粘合結構6射出。光源發(fā)射的高度偏振與相干的激光，激光在勻速旋轉的混光棒2內完成多次全反射，出射的多束照明光束具有不同的光程差和相位差，完成有限孔徑內的疊加平均，相互之間疊加平均無法形成穩(wěn)定的散斑條紋，達到消除散斑的目的。與傳統(tǒng)的散斑消除技術相比，本發(fā)明通過旋轉機構3的微型空心馬達或者常規(guī)空心馬達帶動混光棒2繞光軸作高速自旋轉動，轉速可調，采用40 31 /s轉速時，在人眼積分時間內(50ms )內完成對不同相位的光束的相互疊加,相當于多幅相互獨立散斑圖樣的取樣平均，達到消除散斑的目的，本發(fā)明實際測試中可在保持原光束90%能量的前提下將散斑對比度降到O. 15%。本發(fā)明散斑消除的結果如圖6所示，圖6 Ca)為進入混光棒之前的散斑圖樣，圖6(b)為混光棒旋轉速率為40 π /s時的輸出圖樣，可以發(fā)現(xiàn)散斑得到了有效地消除。
權利要求
1.一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，包括耦合透鏡、混光棒、旋轉機構和控制電路； 光源發(fā)射激光，激光進入耦合透鏡，耦合透鏡對光源發(fā)出的激光進行匯聚，輸出至混光棒的入射面中； 混光棒的軸與耦合透鏡輸出激光的光軸重合，混光棒位于旋轉機構中，旋轉機構帶動混光棒作勻速自旋轉運動，且轉軸與光軸重合；激光通過混光棒后，從混光棒的出射面輸出； 控制電路完成對旋轉機構轉速的控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，所述的旋轉機構為微型空心馬達時，混光棒旋轉結構還包括粘合結構； 混光棒垂直軸向的端面與空心馬達軸孔垂直軸向的外露端面，與粘合結構固定連接。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，所述的旋轉機構為常規(guī)微型馬達時，混光棒旋轉結構還包括粘合結構、旋轉空心圓筒、支撐軸承、齒輪A和齒輪B ； 混光棒垂直軸向的端面與旋轉空心圓筒垂直軸向的外露端面，與粘合結構固定連接，旋轉空心圓筒固定在支撐軸承內部，旋轉空心圓筒的一端與齒輪A固定連接，齒輪A與常規(guī)微型馬達的齒輪B咬合，常規(guī)微型馬達帶動齒輪B與齒輪A旋轉，齒輪A帶動旋轉空心圓筒在支撐軸承內部旋轉，帶動混光棒繞自身軸作自旋轉動。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，所述的常規(guī)微型馬達和旋轉空心圓筒通過微型系統(tǒng)支撐構件13固定。
5.根據(jù)權利要求2或者3或者4所述的一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，所述的混光棒采用柱形實心結構，截面為正方形，棒體采用折射率為I. 518的K9玻璃，混光棒的四個外側面均鍍有一層增反膜，混光棒的入射面鍍一層增透膜；所述的粘合結構為波片，與混光棒采用相同的材料，并且鍍一層增透膜。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，所述的控制電路采用DSP。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于激光照明散斑消除的混光棒旋轉結構，包括耦合透鏡、混光棒、旋轉機構和控制電路；光源發(fā)射激光，激光進入耦合透鏡，耦合透鏡對光源發(fā)出的激光進行匯聚，輸出至混光棒的入射面中；混光棒的軸與耦合透鏡輸出激光的光軸重合，混光棒位于旋轉機構中，旋轉機構帶動混光棒作勻速自旋轉運動，且轉軸與光軸重合；激光通過混光棒后，從混光棒的出射面輸出；控制電路完成對旋轉機構轉速的控制。本發(fā)明可以有效地消除激光散斑，極大地提高了照明效率與成像質量；采用旋轉混光棒結構，消除散斑的同時，能夠保持激光的能量效率與偏振特性，解決了常規(guī)激光散斑消除技術中散斑消除和能量效率之間的矛盾。
文檔編號G02B27/48GK102967944SQ20121045750
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權日2012年11月14日
發(fā)明者孫鳴捷, 于康龍, 歐攀, 林志立, 孟照魁, 張春熹 申請人:北京航空航天大學