LBTEK的激光散斑抑制系统主要由激光模块、分束模块、扫描模块、光纤模块、散射模块和CMOS相机模块组成: 1)激光器输出的激光经过线偏振片衰减后,由反射镜调节入射至非偏振分束立方的角度; 2)光束经非偏振分束立方分束,一部分光束入射至MEMS微扫描镜进行散斑抑制,另一部分光束作为参考光; 3)调节双通道信号发生器输出的频率及幅值,控制扫描镜扫描出射稳定的方形Lissajous图形; 4)将扫描镜出射的光束聚焦耦合进入光纤之中,对扫描模块出射的光束进行整形,使出射光能量分布均匀,选择数值孔径较大的多模光纤可提高耦合效率; 5)两路光束分别经过磨砂玻璃散射片与分辨率靶后成像,散射距离会影响散斑颗粒的尺寸; 6)调节透镜位置,使得在CMOS感光面成清晰像,将相机快门时间调节至30 ms左右,对比观察采集图像的散斑情况。
模块 |
核心参数 |
元件型号 |
规格 |
数量 |
光源模块 |
1,激光模组,安装于SM1外螺纹夹持器; 2,线偏振片,400 nm-700 nm,消光比5000:1@532 nm,调节激光器能量; 3,反射镜,光路偏转
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LM15-532 |
532 nm,最大光功率50 mW |
1 |
TAD-15 |
转接件,SM1外螺纹,夹持直径 15 mm圆柱体 |
1 |
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OP-50 |
不锈钢接杆,直径 12.7 mm,顶部M4 ×12螺柱,底部M6螺纹孔,L=50 mm |
2 |
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LPH-50 |
连体式接杆支架,夹持直径 12.7 mm接杆,叉块可360°旋转,底部磁性底座,H=50 mm |
2 |
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OPM-12.5BS |
紧凑型 30 mm同轴安装板,42 mm × 42 mm × 12.5 mm,带双卡环,安装直径 25.4 mm光学元件 |
1 |
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FLP20-VIS |
薄膜偏振片,通光孔径 21.5 mm,安装于外径 25.4 mm的机械卡环中,工作波长 400 nm – 700 nm |
1 |
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CRM-1AS |
紧凑型旋转调整架,42 mm × 42 mm × 15.9 mm,带SM1螺纹 |
1 |
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MOP-150-P4 |
Ø6 mm接杆,长度 150 mm,一包四根 |
1 |
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PM10-AG |
金属膜平面反射镜,Borofloat,直径 25.4 mm,银膜 450 nm-20.0 μm,带二氧化硅保护层 |
1 |
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RAMC-1B |
直角光学调整架,光壁孔安装同轴接杆,适用安装直径 25.4 mm最小厚度 3 mm光学元件 |
1 |
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分束模块 |
非偏振分束立方,400 nm-700 nm,分光比50:50,安装于30 mm同轴立方体安装座中 |
MBS1455-A |
非偏振分束立方,N-BK7,L=25.4 mm,分光比 50:50 (R :T),增透膜 400 nm-700 nm,安装于 30 mm同轴立方体安装座中 |
1 |
MOP-250-P4 |
Ø6 mm接杆,长度 250 mm,一包四根 |
1 |
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OP-50 |
不锈钢接杆,直径 12.7 mm,顶部M4 × 12螺柱,底部M6螺纹孔,L=50 mm |
1 |
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LPH-50 |
连体式接杆支架,夹持直径 12.7 mm接杆,叉块可360°旋转,底部磁性底座,H=50 mm |
1 |
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MOP-100-P4 |
Ø6 mm接杆,长度 100 mm,一包四根 |
2 |
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散射模块 |
1,散射片,220目 2,分辨率测试靶
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DW110-220 |
磨砂玻璃散射片,N-BK7,直径 25.4 mm,220砂,未镀膜 |
2 |
RB-N |
分辨率测试靶,USAF1951,直径25.4 mm,负测试靶,适合背照和高亮照明应用 |
2 |
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OPM-9BS |
紧凑型 30 mm同轴安装板,42 mm × 42 mm × 9 mm,带双卡环,安装直径 25.4 mm光学元件 |
2 |
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MFLF1CA |
30 mm磁性快拆同轴板,兼容 30 mm同轴系统,底部中心带有M4螺纹安装孔 |
2 |
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扫描模块 |
1,平凸透镜,f=25.4 mm,聚焦光束进入光纤模块 2,电磁驱动微扫描镜,电磁驱动二维扫描,快轴谐振频率1.2-1.3 kHz,慢轴谐振频率160-180 Hz,扫描角度30°×20° 3,双通道函数发生器控制微扫描镜的谐振扫描频率与扫描电压 |
EM-MSM-5-1.2K-KIT |
电磁驱动微扫描镜,二维扫描,镜面直径5 mm,快轴谐振频率1.2-1.3 kHz,兼容30 mm同轴系统 |
1 |
AFG1022 |
函数发生器,带宽 25 MHz,双通道,带数据线 |
1 |
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MCX10606-A |
平凸透镜,N-BK7,直径 25.4 mm,焦距 25.4 mm,增透膜 400 nm-700 nm,安装于SM1标准透镜套筒中 |
1 |
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TXY1 |
位移调节架,XY方向 ±1.0 mm行程,适用安装直径 25.4 mm光学元件,附带1个SM1R卡环,兼容 30 mm同轴系统 |
1 |
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MOP-500-P4 |
Ø6 mm接杆,长度 500 mm,一包四根 |
1 |
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LPH-50 |
连体式接杆支架,夹持直径 12.7 mm接杆,叉块可360°旋转,底部磁性底座,H=50 mm |
1 |
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OP-50 |
Ø12.7 mm接杆,顶部M4 × 12螺柱,底部M6螺纹孔,L=50 mm |
1 |
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光纤模块 |
1,400 nm-700 nm多模光纤,L=0.5 m 2,光纤法兰,FC/PC接头 3,对扫描模块出射的光束进行整形,使出射光能量分布均匀 |
MMF1500 |
多模光纤跳线,护套外径 3.0 mm,L=0.5 m,波长范围 400 nm-700 nm,FC/PC |
1 |
SM1E-FPC |
光纤法兰,SM1外螺纹,FC/PC连接头 |
2 |
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OPM-9BS |
紧凑型 30 mm同轴安装板,42 mm × 42 mm × 9 mm,带双卡环,安装直径 25.4 mm光学元件 |
2 |
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LPH-50 |
连体式接杆支架,夹持直径 12.7 mm接杆,叉块可360°旋转,底部磁性底座,H=50 mm |
2 |
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OP-50 |
Ø12.7 mm接杆,顶部M4 × 12螺柱,底部M6螺纹孔,L=50 mm |
2 |
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CMOS相机模块 |
1,CMOS黑白相机 |
MCX10609-A |
平凸透镜,N-BK7,直径 25.4 mm,焦距 40.0 mm,增透膜 400 nm-700 nm,安装于SM1标准透镜套筒中 |
2 |
TXY1 |
CMOS相机,USB2.0数据传输接口,有效像素500万,像元尺寸2.2 um×2.2 um,黑白传感器 |
2 |
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MV-UBS500M-T |
CMOS相机,USB2.0数据传输接口,有效像素500万,像元尺寸2.2 um×2.2 um,黑白传感器 |
2 |
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LPH-50 |
连体式接杆支架,夹持直径 12.7 mm接杆,叉块可360°旋转,底部磁性底座,H=50 mm |
2 |
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OP-50 |
Ø12.7 mm接杆,顶部M4 × 12螺柱,底部M6螺纹孔,L=50 mm |
2 |
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SM1-CC |
螺纹转接件,SM1外螺纹和C外螺纹 |
2 |
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CRM-1AS |
旋转调整架,兼容 30 mm同轴系统,附带一个SM1R卡环安装直径 25.4 mm光学元件 |
2 |
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光路调试工具 |
用于光路高度,光路水平,光路准直调节 |
OWR-1A |
卡槽式卡环扳手,适用SM1螺纹规格卡环 |
1 |
CT-1 |
30 mm同轴系统对准板,带直径 0.9 mm通孔 |
1 |
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LSSM1 |
激光安全遮光板,200 mm×75 mm,底部带磁铁,含提起把手,M6安装槽 |
1 |
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SSB-M6 |
12格装M6螺丝套件 |
1 |
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PG-1 |
激光防护镜,532nm |
1 |
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09101CH |
内六扳手炫彩球头9件装 |
1 |
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面包板及把手 |
面包板450×600 mm,双把手 |
MBB-4560 |
标准光学面包板,尺寸 450 mm×600 mm×12.7 mm,M6螺纹贯穿孔 |
1 |
MBBH1 |
面包板把手,两个装 |
1 |
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AVF25 |
面包板底座 |
1 |
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安装服务可选(选配) |
工程师上门安装调试+培训 |
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激光是一种人造光源,与普通光源相比具有方向性强、亮度高、单色性和相干性好等特性,在显示领域中有很大的优势。然而,激光的高相干性也使其经粗糙表面漫反射或透射之后会形成散斑,散斑在图像显示中作为噪声信号出现,影响观察者从图像中提取有效信息。因此,激光散斑成为激光显示技术领域必须要解决的问题之一。
相对于波长在380 nm-760 nm的可见光,物体表面可以看作是由大量无规则分布的小面元组成。当激光入射到物体表面时,各散射面元给入射光附加产生不同的位相。经由表面不同面元透射或反射的子光束在空间相遇时发生干涉。由于各面元彼此无关且数量很大,随着空间点的改变,干涉光强无规则的急剧变化,从而形成具有无规则分布的颗粒状结构的斑纹结构,如图1所示为自由空间传播时,激光照射在粗糙物体表面时反射光干涉形成散斑的原理图。如图2所示,在成像系统中,经过一些面元的光线在同一像点处叠加干涉,形成的像面散斑,影响成像质量。
图1 自由传播散斑形成原理图
图2 成像系统散斑形成原理图
显示图像散斑的严重程度我们一般通过散斑对比度来表示,散斑对比度C可以写作如下:
表示图片上强度的标准差,
表示图片上强度的平均值。对于公式而言,只有图片亮度均匀的时候才适用,散斑对比度C的取值范围是0-1。散斑对比度的值越大,散斑现象越严重;反之,散斑现象越弱。
散斑的本质是一种随机的相干叠加,可以通过降低光源相干性,或将多幅独立非相关的散斑图样进行动态叠加,来实现对于散斑的抑制。具体的方法有:
3.1 加大光源的线宽,降低光源的时间相干性来抑制散斑,适当的调节光源的线宽可以使激光既保持颜色的优异特性,又能达到抑制散斑的效果;
3.2 由于人眼或是摄像器件的积分效应,可在光路中加入DOE元件并振动DOE元件或振动投影屏幕,通过时间平均来抑制视觉散斑;
3.3 将光源通过多模光纤,振动多模光纤造成模式混乱,由多种混乱的模式形成多套散斑的平均;
3.4 由超声波产生动态的折射率光栅,光经过该结构形成动态的衍射光斑,从而产生动态的散斑图样,通过动态的散斑平均来抑制散斑;
3.5 将激光器出射的光源分束,形成多个不相干的子束,再合束作为光源。
本系统采用电磁驱动微扫描镜进行二维扫描,改变入射到屏幕上的照明方向使散斑图样发生变化,在强度基础上叠加这些散斑图样,实现观察图像中散斑的抑制。MEMS微镜的运动方式包括平动和扭转两种机械运动。主要功能是实现激光的指向偏转、图形化扫描。当其开始工作时,入射光开始扫描,其出射的被扫描的光束都可以看作是一个虚拟光源。通过改变MEMS扫描镜扫描角度,来改变光源的发光角度。由于人眼或是摄像器件的积分效应,通过时间平均来抑制散斑视觉。
电磁驱动微扫描镜(EM-MSM)是一种矢量扫描设备,能使入射光按照特定的方式和时间来发生反射,从而实现扫描成像。传统的光学扫描镜体积大、成本高且多为散装。相较于传统扫描镜,电磁驱动微扫描镜由于其可靠性高、小型化和重量轻等优点,得以在激光显示、激光雷达、激光散斑抑制等领域应用。详细相关介绍可点击电磁驱动微扫描镜详情页内的技术说明。
图3 经过激光散斑抑制系统前后效果
图3为经过激光散斑抑制系统后CMOS相机所拍摄的图片,可以明显的观察到右图的图像边缘更为平滑,图像更为清晰,可以从中获取更多的有效信息。
LBTEK 基于角度多样性的激光散斑抑制系统为零部件发货,包含系统部件、系统安装工具、CMOS相机安装软件和详细的产品手册。用户可以根据产品手册中的系统安装步骤自行安装使用,也可以自由选择工程师上门安装服务。