[发明专利]扩束器和操作其的方法

说明书

扩束器包括彼此间隔开的第一光学元件和第二光学元件、以及具有角孔径的光漫射器，该光漫射器通过该角孔径漫射入射光，其中第一光学元件向内耦合漫射光，使得从第一光学元件出射的光具有第一截面形状，并且具有不同于第一截面形状的第二截面形状的光入射到第二光学元件上，并且第二光学元件向外耦合从第一光学元件入射的光。

技术领域

本公开涉及光学系统领域，更具体地，涉及用于三维(3D)图像(例如，3D显示器、全息显示器等)中的照明的扩束器。

背景技术

在光学系统中，特别是在全息成像和显示系统中，可以使用扩束器，其是通常接收准直光并扩展其尺寸的光学器件。

在对目前正在开发的全息显示器件以及用于照明和光束扩展的配置系统的要求当中，主要要求是最小化器件的尺寸、增加均匀化的效率、提供具有特定截面形状(孔径)的光束以及去除散斑。

这里，“散斑”是由具有随机相移和/或随机强度集的相干波的相互干涉形成的随机干涉图案。

对全息显示器件以及用于照明、光束扩展和准直的配置系统的要求是用所需截面形状和尺寸(孔径)以及均匀化进行光束成形，以及有效抑制激光束散斑，同时保持输出光的相干性。

然而，具有扩束器的光学系统通常具有以下问题。

1)光束均匀性

由传统的高效扩束器扩展的光束在保持激光束的相干性和确保高均匀性方面提供了有限的可能性。

2)光束截面(孔径)成形

假设在扩束器的输入端，光束具有圆形或椭圆形对称性，则不可能在保持系统高效率的同时(例如在没有显著的能量损失的情况下)确保光束均匀性和光束截面成形(根据需要成形光束)。

3)散斑的减少

使用相干激光可产生散斑和散斑图案，这是因随机干涉而产生的。

发明内容

示例实施方式已经考虑以上现有技术方案的缺点被做出，并且可以旨在消除或至少减少现有技术的缺点。

示例实施方式提供相干光束均匀性，以及提供所需的截面成形和散斑的减少或抑制，同时保持输出光束的相干性。

另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述明显，或者可以通过本公开的实施方式的实践而习知。

根据本公开的一方面，一种扩束器包括：第一光学元件；第二光学元件，与第一光学元件间隔开；以及具有角孔径的光漫射器，该光漫射器通过角孔径漫射入射光，其中第一光学元件向内耦合(in-couple)漫射光，使得从第一光学元件出射的光具有第一截面形状，并且具有不同于第一截面形状的第二截面形状的光入射到第二光学元件上，以及其中，第二光学元件向外耦合(out-couple)从第一光学元件入射的光。

光漫射器的角孔径可以大于约0°且等于或小于5°。

由光漫射器漫射的光的强度可以在光截面上具有比入射光的强度更大的均匀性。

光漫射器可以将入射光输出为在空间上彼此分离的多个子光。

光漫射器可以调制入射光的相位，并将入射光输出为多个子光。

光漫射器可以对入射光执行空间非均匀相位调制，并输出多个子光。

光漫射器可以包括微透镜光栅、相位掩模、无光泽漫射器、衍射光学元件和全息光学元件中的至少一种。

第二截面形状可以是多边形形状。

第一截面形状可以是圆形或椭圆形。

第二截面形状的尺寸可以小于第一截面形状的尺寸。