激光投影系统中典型非成像光路器件对散斑的影响

发布时间：2017-12-10 03:31

  本文关键词：激光投影系统中典型非成像光路器件对散斑的影响

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【摘要】：激光投影系统中,当相干的激光照射到粗糙的屏幕上时,在屏幕上会形成人眼可以识别的激光散斑。散斑会严重的降低图像质量,因此应当予以消除。而不考虑投影系统结构特点,位置、方法单一的散斑抑制方案很难兼顾散斑抑制效果、光能利用率和系统尺寸。本课题从投影系统结构本身出发,以投影系统中非成像光路典型结构和器件对激光光源特性(如,偏振特性、相干性)的影响为研究对象,进而探讨相应的散斑抑制方法。首先,针对投影系统中的光通管结构对于激光偏振特征以及相应的偏振激光散斑的影响开展研究,首次发现和定量分析了光通管结构对入射的线偏振激光的偏振态的影响。在ZEMAX中建立了线偏振光在三种光通管结构(实心光通管、镀金属膜的空心光通管、镀多层介质膜的空心光通管)中传输的仿真模型,并对仿真结果进行了实验验证。仿真分析和实验结果一致表明:入射光的偏振角是影响输出光偏振态的关键参数,当入射光的偏振角为45°时会得到最佳的退偏振和散斑抑制效果。另外,文章对于非成像光路中的其他器件,如:光源驱动电流、非保偏光纤、非保偏散射片对于激光偏振态的影响开展了研究,并提出和实验验证了一种正交偏振的散斑抑制方案。本部分研究结果对于通过投影机固有器件对激光偏振态和散斑的影响研究具有价值。其次,针对非成像光路中的散射器件的结构特征对散斑的影响开展研究。实验验证了散射片表面形貌对运动散射片抑制散斑的影响以及引入的驱动散斑对屏幕散斑对比度的影响,提出一种在非成像光路中采用运动的NOA73材料的微透镜阵列结构的散斑抑制方案并实验验证,该方案在获得较高的透光率的同时,可有效的降低散斑对比度。第三,通过对现有的光源照明角度多样化实现不相关散斑图样的二维模型的局限性进行分析。首次提出了基于球坐标系的照明角度多样化的三维空间模型。在该模型下,任意具有确定照明方向的散射矢量可以通过三个参量:r,θ和Δ?完全表示,一个新的参量Δ?被引入,用以描述任意两散射场映射在在散射面上的矢量差Δqt。在三维空间模型中通过理论计算和数值仿真分析计算了任意两光源实现独立散斑图样所需最小夹角。本研究结果可应用于散斑抑制,特别是数字全息领域中角度多样化散斑抑制。最后,基于以上三维空间模型,推导了考虑投影镜头放大倍数的实际投影系统中多独立光源角度多样化散斑抑制的条件公式,并基于公式推导,仿真分析和实验验证了投影系统中实现散斑抑制所需的光源最小夹角。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;O436.3

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本文编号：1272991