用于激光显示技术的MOEMS散斑抑制方法研究

现代高端显示技术的需求，如，用于空间飞行器研制的气体动力学的动态模拟显示，用于海陆空交织的三维立体军事行为的实战模拟显示等，没有激光光源是难以实现的。激光光源具有大功率，高效能，和宽色域等优点。然而，由于激光固有的时间和空间相干性，所造成的散斑现象成为实现激光显示技术的瓶颈。本项目针对激光显示的消斑问题，通过建立不同激光显示技术路线（线扫描和投影式）中激光散斑的产生机理及其抑制方法的物理模型，开发非运动式，小体积，低功耗，高速电调制的微光机电系统(MOEMS)，低成本地实现对激光散斑的抑制。为标准化的消相干器件的规模化生产技术和工艺的开发奠定基础。并提出MOEMS消散斑技术在激光显示系统中的集成方法，从而解决当前激光显示技术的瓶颈难题。

激光以其广色域、高亮度、高色饱和度、低能耗、长寿命等优点，被公认为是信息显示领域中取代传统光源的理想光源，广泛应用于背投电视，投影机，微型投影仪，车载显示等行业。.然而，由于激光的相干性，激光光束经粗糙表面反射后，人眼接收到的图像呈颗粒状，即激光散斑，这一现象严重影响显示图像的质量，成为实现激光显示技术的瓶颈。.本项目针对激光显示中散斑的抑制问题，基于激光显示系统中散斑的形成机理和参数表征，利用MOEMS技术，创造性地提出三种激光散斑抑制方案，在激光投影仪中进行了系统集成评估。.基于正交相位散射屏集的激光散斑抑制装置是利用M阶Hadamard矩阵的正交性和PMN材料的光电效应，构建MOEMS相位散射屏集。其原理是利用M阶Hadamard矩阵中任意两行或每两列相互独立正交，在人眼积分时间内，完成M个相互独立的相位图形的调制，形成M个独立散斑图案，其对比度降低至1/M 。根据Sylvester构造的M=2(m1+m2)阶Hadamard矩阵的任一行或任一列，等于2m2阶行向量A(i)和2m1阶列向量B(i)的乘积的理论结果，采用两个具有一维相位图形的漫射体相互垂直叠加代替原有的具有二维相位图形的漫射体，从而降低相位散射屏集的加工难度。本项目基于微加工技术，对用于激光散斑抑制的正交相位散射屏集的加工工艺进行了深入研究。.基于2D扫描微镜的激光散斑抑制方法是利用2D扫描反射镜在人眼积分时间内，连续改变入射光束入射角度，而从实现散斑抑制，散斑对比度由0.73降至约0.10。该方法避免了光路传播过程中多余的光能损失和屏幕的直接振动，具有光能利用率高，散斑抑制效果佳等优点。.基于随机米氏散射和布朗运动的激光散斑抑制装置是由静态散射片和装有一定摩尔浓度的微/纳米颗粒悬浮液的光通管构成。激光束通过光通管内散布的、做随机Brownian运动的微/纳米颗粒溶液时，入射光束发生米氏散射，使得入射激光的散射光会随机改变在溶液中传播方向或路径，最终在光通管出射端出射的散射光的相位分布、散射角分布随机变化，屏幕上散斑强度也随时间持续变化，将这些变化的散斑强度在探测器积分时间内相叠加，从而降低散斑，散斑对比度降低至3.94%，接近人眼可识别的极限值。.本项目所开发的散斑抑制方案，很好地解决了激光显示技术领域中散斑抑制技术的难题，实现了本项目的研究目标。