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激光消散斑技术综述
【摘 要】 激光显示技术被认为是一次显示领域的革命.然而,激光散斑的存在,严重影响了图像的清晰度和分辨率,阻碍了激光显示的快速发展.本文从专利的角度分析了激光消散斑技术的申请状况及其发展脉络,供研究人员和企业参考.
【关键词】 激光显示 散斑 时间相干 空间相干
一、引言
激光显示技术是以红、绿、蓝三基色激光作为光源的显示技术,作为新一代显示技术,激光显示不仅继承了数字显示技术的所有优点,而且色域覆盖率高达90%,可以真实再现客观世界最丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力,因而被认为是一次显示领域的革命.
然而,由于激光光源的高度相干性,作为光源的激光投影在屏幕上时,光束间的干涉会导致投影像面上产生一种无规则分布的亮暗斑点,即激光散斑.散斑的存在严重影响了显示画面的成像质量,降低了图像分辨率和对比度,成为激光投影显示发展的一个重要障碍[1-4].因此,激光显示设计中必须尽可能地消减散斑噪声的影响,只有有效地抑制散斑,激光显示技术才有可能成为新一代显示行业的主流.目前,围绕散斑问题国内外已提出多种解决方案,本文将从专利的角度对激光消散斑技术的技术发展路线进行梳理.
二、专利申请态势
统计国内外专利申请情况可知,2003 年前为该技术的萌芽期；2004 年后,随着激光显示技术的发展,消散斑技术的相关专利申请也急剧增加.中国专利申请起步较晚,但在2003 年后呈现了较为快速的发展态势,总体趋势与全球专利申请量的发展态势基本一致.专利的申请量方面,日本、美国和中国位列前三甲.前十位申请人中,则有5 席被日本占据,其中精工爱普生的申请量位居榜首.在中国专利申请中,日本的松下和精工爱普生也分居一二位.可见,日本在激光显示中占据了绝对优势,且其也非常重视该技术在全球及中国的专利布局.
三、激光消散斑技术的发展路线
大体上,消散斑技术可分为两个方面：1）降低激光的空间相干性；2）降低激光的时间相干性.
空间相干性是指在光的传播路径上空间横向两点在同一时刻光振动的关联程度.一般而言,激光的空间相干性可通过采用非相干光源、匀光或整形等手段降低.具体而言,可细分为：1、通过引入振动或旋转的漫射体,降低光场的空间相干性,此外还能获得动态散斑.例如专利US3490827A和US4035068A 中,均提出了通过转动的漫射板来消除散斑的方案；专利JP 4359615B2 和JP 特开2005-301164A 中针对扩散板的结构或振动方式提出了改进方案.2、振动屏幕,产生动态的散斑图像,从而降低激光的强度相关时间,抑制散斑.例如US5272473A、US2007/035826A、JP 特开2006-343464A 等针对屏幕振动的方式分别提出了声波激励、投影屏分块振动、投影的光点振动等技术方案.3、通过空间相位调制调整光束的波前相位,匀化散斑.例如US6577429B1、JP4158987B2、US2008/0204847A1 中分别提出了通过电控消相干调制器、空间光调制器、液晶单元相位调制器来调制波前相位的方案.4、采用衍射光学元件消除散斑等.例如KR200600130123A1 中提出了一种通过在光路中引入旋转的衍射光学元件来减弱远场散斑的方法.
时间相干性是在光场中同一地点不同时刻的光之间的相干性.当光束之间的延迟时间超过光源的相干时间时,散斑就会得到抑制.降低时间相干性包括以下几种方式：通过采用多个独立、不同波长的激光器作为光源（如US6249381B1,US2006/0012842A1）,或者增加光源的谱线宽度（US6304237B1）；振动/ 移动光路中增加光学元件,如振动激光器（US 2004/0239889A1）、光纤（US3588217）、反射镜（CN201340489Y）、分色器（US2004/0189951A1）等；在光路中引入消散斑器件等,如US2012/0206782A1 中公开了一种在光路中引入去散斑MEMS 装置来抑制散斑的方案；通过脉冲激光叠加的方式等（如CN1207179A、US2010/0142570A1）.
激光显示是以激光作为光源的图像信息终端显示技术,与现有的显示技术相比,激光显示技术具有色域大、色饱和度高、寿命长以及环保节能等显著特点.目前,新型显示技术创新和产业发展正迎来十分难得的机遇期,而在各种新型显示技术中,我国具有相对优势的激光显示技术和产业也都处于蓄势待发阶段.然而,激光散斑的存在,严重影响了图像的清晰度和分辨率,阻碍了激光显示的快速发展.因此,激光散斑消除技术对于激光显示产业的发展至关重要.本文从专利的角度分析了激光散斑消除技术的发展脉络,希望帮助相关企业跟踪国内外优势企业,掌握核心竞争力,以期能在相关领域中占据主导地位.
激光论文范文结:
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1、激光杂志