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已有 2548 次阅读 2010-8-14 18:34 |个人分类:生活点滴|系统分类:论文交流|关键词:学者

比较注重物理性的文章,看看思路,之前有翻译摘要


文章的思路很清晰,就是为了说明散斑降低的机制在激光背投显示中。提出假设实验验证。
Speckle reduction mechanism in laser rear projection displays using a small moving diffuser





1. INTRODUCTION                                                                        |    1.简介


Rear projection displays that use laser light sources at-           |     背投显示 that 使用激光光源吸引了 


tract a great deal of interest because of their wide color          |      a great deal of interest because of their 宽广的色域,


gamut,  smaller  and  lighter  optical  systems,  and  lower       |      更小更轻的光学系统,and 更低的


power consumption. The recent development of green la-       |      功率消耗。The recent development of 绿色


ser diodes [1] will further enhance laser rear projection            |      激光二极管will 更增强激光背投的


developments.  However,  a  severe  problem  hinders  the     |      发展。 However,一个严重的问题阻碍 the 


implementation of laser rear projection displays. When           |       实现 of 激光背投显示。When


laser light is diffused at a diffuser, such as a screen, an           |       激光 is 散射 在一个散射板,such as a 屏幕,an


interference pattern called a speckle pattern is generated       |       干涉图样 called 散斑图样 is 产生


[2–6].


Generally,  a  speckle  pattern  is  observed  as  a  high-          |       一般的,散斑图样 is 观察 as a 高对比度


contrast ?ne-granular pattern. The degradation of image          |     细腻粒状的图样。The degradation of 图像


quality on the screen by speckle patterns is a severe prob-      |      质量 on the 屏幕 by 散斑图样 is a 严重的问题


lem, and an urgent need exists to reduce speckle for the          |      and an 紧急的需要存在 to 降低散斑 of the


realization of laser rear projection displays. Necessity for         |      实现 of 激光背投显示。必要性 for


its reduction was recognized and discussed especially in        |       its 降低 was 确认 and 讨论 特别的 in


microinterferometry in early times. Several authors have          |       显微干涉 in 早些时候。Several 作者 have 


described  methods  of  improving  image  quality  [7–14].       |       描述方法 of 提高像质[7-14]。


These techniques for reducing the speckle effects can be        |       These techniques for 降低散斑效应 can be


viewed as producing an incoherent superposition of sev-         |       viewed as 产生 一个 不相干的 叠加 of 几个


eral images with different speckle patterns.                                |       图像 with 不同散斑图样[OK,这里介绍了一个方法,几个互补的图样相加,则成为均匀的]


Although these have revealed essential speckle reduc-            |       虽然 these have revealed 本质的散斑降低


tion techniques, reduction methods for rear projection dis-       |       技术,降低方法 for 背投显示


plays require relatively a simple optical system; as optical        |       需要相对简单的光学系统,as 光学


systems project a small image on a micro-display from             |       系统投射 a 小图像 on a 微型显示 from 


?fty to one hundred times larger, high power laser light              |       50-100 倍大小,高功率激光


sources must be used; the effective use of the power also        |        光源 must be used,the 效率 use of the 功率也是 


demands a system with a large numerical aperture or a            |         需要 a 系统 with a 大的数值孔径 or a 


simple lens composition. In this regard, several methods          |        简单镜头组成。在这方面,几种方法


for  speckle  reduction  in  displays  have  been  proposed        |        of 散斑降低 in 显示 have been 建议


[15–19], and the method recognized as the most effective        |        [15-19],and the 方法 recongnized as the most 有效


is the moving diffuser (screen) method [15]. Figure 1(a)            |        is the 移动散射屏方法[15].图1(a)


shows  an  optical  system  that  uses  the  moving  diffuser       |        展示了一个光学系统 that uses the 移动散射屏


method.  The  principle  of  the  method  is  essentially  the        |        方法.The principle  of  the  method  is essentially 相同


same technique used for holographic microinterferometry         |        技术 used for 显微干涉全息 


that   produces   a   superposition   of   different   speckle          |        that 产生一个叠加 of 不同的散斑


patterns—generation  of  various  speckle  patterns  over          |        图样-----产生 of 不同的散斑图样 over


such short periods of time that the human eye cannot rec-         |        such 短周期 of 时间 that the 人眼 cannot 意识到


ognize each pattern. The eye perceives temporally aver-           |       每个图样。the eye 感知暂时 平均的


aged patterns and hence the speckle is considered to be         |       图样 and hence the 散斑 is considered to be


effectively reduced. The moving diffuser method uses two         |       有效的降低了。The 移动散射屏方法 uses 两个


diffusive screens placed close together, one ?xed and one       |       散射屏 放置相近的,一个固定 and 一个


moving. However, despite its high effectiveness at speckle       |      移动。However,不管 its 高效率 at 散斑


reduction,  some  problems  make  it  dif?cult  to  use  the          |      降低,some problems make it 困难 to use the


method  in  ?nished  products.  The  mechanical  system            |     方法 in 最终产品。the 机械系统


needed to move the large diffusive screen is cumbersome,       |      需要移动大的散射屏 is 笨重,


and the dif?culty in reducing the back-scattering of am-              |      and the 难度 in 降低 the 后向散射 of 环境


bient light in bright rooms results in a low screen con-                 |      光 in 明亮的房间 导致 in a 低的屏幕对比度


trast.


2. TARGET SYSTEM                                                                       |      2.目标系统


To solve these problems, a method that uses a small mov-        |      要解决这些问题,a method that uses 一个小移动


ing diffuser plate in the optical projecting system [20] has           |     散射片 in the 光学投影系统[20] has been 建议


been proposed (hereafter we call this the “small diffuser             |     (因此我们称之为“小散射物方法”)


method”). Figure 1(b) shows a schematic of an optical sys-       |      图1(b) 显示了原理 of 光学


tem that uses the small diffuser method. In this method,              |      系统 that uses 小散射物方法。In this 方法,


laser light is diffused by a small plate before it passes                |      激光 is 散射 by a 小片 before it 通过


through a micro-display and is projected onto the screen.          |       微显示 and 被投影到屏幕上


The effect of the small moving diffuser is expected to be            |       the 效果 of 小移动散射物 is  期望达到


equivalent to that of the conventional moving diffusive                 |      和传统的移动屏的效果一样 


screen in terms of the relative motions of the two diffus-              |      


ers. Because this method does not require the complex             |       由于 这个方法不需要 复杂


screens required by the moving diffuser method, it is ex-            |       的屏幕 需要 by 移动散射屏方法,it is 


pected to be a practical solution for the actual products.             |      期望 to be a 实际的解决方案 for 实际产品


Optimization of the small diffuser systems requires a                  |       优化 of the 小散射物 系统 需要 一个


deep understanding of the speckle reduction mechanism          |        很深的理解 of the 散斑降低机制


in the method. One common model treats speckle genera-        |       in the 方法。一个通用的模型 对待 散斑的产生


tion and reduction using some assumed statistical prop-            |       and 降低 using some 假设 的统计


erties of speckle patterns [3,21], in which speckle is as-             |        属性 of 散斑图样[3,21],in which 散斑 is 假设


sumed as the interference of light consisting of random              |        as the 干涉 of 光包含随机的 


amplitudes and phases. Random-walk theory is applied to        |        振幅和相位。随机漫步理论 is 用来


describe these randomly distributed diffusive elements.             |         描述 this 随机的分布的 散射元件


Although statistically consistent equations can be derived          |       虽然统计连贯 方程 can be 导出


from this model, the physical processes of speckle genera-       |       从 这个模型,the 物理过程 of 散斑产生


tion by diffusers and speckle reduction by rotation do not            |       by 散射屏 and 散斑降低 by 旋转 do not


appear explicitly in it. The assumption of randomness in             |       明确的 in it。the 假设 of 随机性 in


the model without a physical basis makes it dif?cult to                |         the 模型 without a 物理的基础 makes it 困难


apply it to real speckle generation to reduce speckles in             |      应用它到实际的散斑产生和降低散斑 in


speci?c systems. Besides, as we mention in this paper, the       |     特定的系统。除此之外,as we mention in this paper,the


signi?cant speckle property on projection displays is the             |        重要的散斑属性 on 投影显示 is the 


existence  of  an  independent  speckle  generated  at  the          |       存在 of an 独立的散斑产生 at the 


screen that must be suppressed in addition to the speckle          |        屏幕 that must be 抑制 除了 the 散斑在


in the optical system. An appropriate model describing               |         光学系统。一个合理的模型描述


the physical process of speckle generation is needed to             |        the 物理过程 of  散斑产生 is 必要的 to


clarify  these  phenomena  and  speckle  reduction  mecha-        |       清晰的解释 these 现象 and 散斑降低机制


nisms. More speci?cally, physical effects by the rotation of          |        更具体的,物理效应 by the 旋转 of 


the small diffuser and the resultant mechanism of speckle           |        the 小散射物 and the 由此而来的 机制 of 散斑


reduction on the screen must be explained based on the            |        降低 on the 屏幕 must be 解释 base on the


model.                                                                                                 |        模型


Our approach was to consider the physical aspects of                 |         我们的方法 was to 考虑 the 物理方面 of 


speckle effects in the small diffuser method based on ex-           |         散斑效应 in the 小散射物 方法 based on


perimental results to obtain a model with which we can                |        实验的结果 to obtain a model with which 我们可以


directly analyze speckle reduction mechanisms. Although           |         直接的分析散斑降低机制。 虽然


we focused on the small diffuser method in this paper, the          |         我们关注 小散射物方法 in this paper, the


results  must  be  effective  on  analyses  for  other  time-            |         结果must be 有效 on 分析 for other 时间平均


averaging speckle reduction methods as well.                              |         散斑降低方法 as well.


3. SPECKLE GENERATION MODEL FOR THE                         |          3.散斑产生模型 for 小散射屏方法


SMALL DIFFUSER METHOD                                                        |         


The  fundamental  model  for  speckle  generation  used  in        |          散斑产生的基础模型 used in


this paper is shown in Fig. 2. To simplify the interference            |         this paper is 示出 in 图2. to 简化 干涉


of diffused light at the diffuser, only two pairs of light                    |         of 散射的光线 at the 散射屏,只有2对光线


sources are illustrated. From each source, diffused laser           |         被绘画出。从每个光源,被散射了的激光


light spreads into space. Interference of the diffused light           |         扩展到空间。干涉 of the 散射光


from  these  sources  generates  many  bright  regions  in          |         from these 光源 产生许多明亮区域 in


which  the  constructive  interference  condition  is  met.              |         which  the 结构的 干涉条件 is 达到


When human eyes or detectors such as CCD cameras are       |         档人眼 or 探测器 such as CCD 相机 are


placed in front of the diffuser, bright dots due to the in-                |        放置 在散射屏前面。 由于干涉产生的明亮点 


terference  should  be  observed  at  anterior  focal  points         |        should be 观察到在前焦点


(hereafter we use “focal plane” in this sense). Many light             |        (所以在这一的意义下我们用“焦平面”),许多光源


sources are on the diffuser, and the interference of these           |         被散射 on the 散射屏,and the 干涉 of these 光源


sources makes the complex speckle pattern. The bright             |          makes the 复杂散斑图样。the 明亮


dots of the pattern should be in the space between the dif-         |          点 of the 图样 should be 空间中 介于


fuser and the detector, where the focal plane of the detec-          |          散射屏和探测器之间。 where the 焦平面 of the 探测器


tor is set, as shown in Fig. 2. Furthermore, if the focal                  |         is set ,如图2,更进一步,if the 焦平面


plane is set to the far side of the diffuser, the bright dots             |         is set to the 远端 of the 散射屏,the 亮点


should be seen in the air at the back of the diffuser.                     |        should be seen 在空气中 at the 后面 of 散射屏


The experimental setup is shown in Fig. 3. In the be-                   |          the 实验设置是图3 ,开始的时候


ginning, we conducted experiments in this section with-              |         我们进行实验 in this 段 没有旋转 the 小的散射屏


out rotating the small diffuser. The wavelength of the la-               |         激光波长是


ser diode was 532 nm. Emitted laser light was passed to           |         530nm,出射激光 was 进行到


the small diffuser, and the diffused light was projected to             |         小的散射屏,and the 散射光 投射到


a screen 1 m away. The speckle patterns on the screen              |         1m外的屏幕,the 散斑图样 on the 屏幕


were measured with a CCD camera placed 1 m from the           |          were 测量 with a CCD 相机放置在1m距离


screen. In the actual small diffuser system, other optical              |          屏幕。在实际的小散射屏系统,另外的光学


components such as a homogenizer and a micro-display           |          元件 例如 均质 和 微型显示器 


are also used (Fig. 1), but only those components illus-               |         are 也是用 图1,but 只有 those 元件


trated in Fig. 3 are essential to speckle reduction. The                |          绘画出在图3 are 本质 to 散斑降低。the


photo in Fig. 4 shows a speckle pattern that appeared on          |          照片在图4 表示一个散斑图样 that 出现在


the screen of the system. A coarse granular pattern can be        |         系统的屏幕.一个粗糙的颗粒图样可以


seen. In addition, a ?ne granular pattern appears to be                |         看到。附加的,一个细颗粒度的图样出现


superimposed on the coarse pattern. The graph in Fig. 5            |         叠加在粗粒度图样上。图5


shows the intensity distribution of the pixels along the                  |         示出强度分布 of 像素 沿着白虚线


white dotted line indicated in the speckle pattern. The                 |          表示的散斑图样


gradual bumps correspond to the coarse pattern, and the           |         缓变的起伏对应粗图样


steep bumps correspond to the ?ne pattern. As the gen-             |         陡变的起伏对因细图样


eration of this speckle pattern with two different super-                |  产生的散斑图样有两个不同的叠加


imposed granular patterns is a unique characteristic of            |        是系统的特点


the system, we analyzed the process that caused it.                     |       我们分析了过程 that 导致这个样子


Because the speckle is generated by diffusive media,                |        因为散斑 is 产生 by 散射媒质


two components in this system could possibly generate it:          |       两个元件 in this system 可以可能产生它:


the small diffuser and the screen. If the speckle shown in            |       小的散射屏 和 屏幕,如果散斑 shown in


Fig. 4 were generated at the screen, it should have been           |       图4产生在屏幕,它应该有被观察


observed even if the CCD camera were defocused from the      |       就算 CCD相机离焦 from 


screen, because the interference pattern should have ex-           |       屏幕,因为干涉图样应该连续


isted continuously in the space between the screen and              |       的存在于空间 between 屏幕和相机


the camera. If the speckle were generated at the small dif-          |      如果散斑产生在小的散射屏


fuser,  the  pattern  should  have  been  affected  by  the               |      图样应该被影响 by the


change in optical parameters of the projection lens, such            |       改变 in 光学参数 of the 投影镜头,比如


as the F-number. Thus, by examining both cases, we were          |      F数,所以,by 考察两种情况,我们可以


able to clarify the speckle generation in the system.                      |       搞清楚 the 散斑的产生 in the 系统。


Speckle patterns in the mid-space can be observed by               |        散斑图样 in the 中间空间 can be 观察到 by


changing the focal length of the CCD camera. We defo-              |        改变焦距 of CCD相机(镜头的),我们离焦


cused the focal plane of the camera by 500 mm from the             |       那个焦平面 of 相机 by 500 mm 从屏幕算起


screen and compared the obtained patterns with the origi-          |       and 对比获得的图样 with 原始


nal ones. The resultant photos are shown in Fig. 6: the                 |       那个,结果图片如图6所示,左右


left and right photos show the no-defocusing and defocus-          |        图像 表明 无离焦和离焦的情况


ing cases, respectively. The coarse aspect of the speckle           |        分别的,粗糙的部分 of 散斑图样


pattern obviously disappeared after defocusing, and only            |         明显消失 after 离焦,and 只有


the ?ne pattern remained. The persistence of the ?ne pat-           |         细腻的图样留下,细图样的坚持


tern implied that it was generated at the screen, while                  |        暗示 that it was 产生在屏幕,当


the disappearance of the coarse pattern implied that it                |  粗图样消失 暗示 that it


was generated at the small diffuser.                                                |         was 产生在小屏.


After  resetting  the  focal  plane  of  the  camera  to  the               |         after 重设置 相机的焦平面 to the 


screen, we changed the F-number of the projection lens to          |        屏幕,我们改变f数of the 投影镜头 to


observe  the  effect  of  the  optical  condition  change.  The         |        观察光学条件的影响,the


photos in Fig. 7 show the pattern change that occurred                |         图是图7,示出图样改变 that 发生在


when we decreased the F-number from F/11 to F/4. The              |        当我们降低f数从F/11到F/4。the


change in the granularity of the coarse pattern was con-               |         改变 in 粒度 of the 粗糙图样 was 确定


?rmed, and the pattern was determined to have been gen-          |         and the 图样 was 确定 to have been 产生在


erated at the small diffuser.                                                               |          小屏


To determine whether the coarse pattern generated at                 |         要确定 是否 粗图样产生 at 


the small diffuser was actually another speckle or just a                |        the 小屏 was 实际上另外一个 散斑 或者 只是一个


projected real image of the diffuser, we conducted another          |        被投影的实像 of the 散射屏,我们构造了另外


experiment. Because the speckle was caused by the inter-          |        一个实验,因为散斑 was 造成 by the 干涉 of 


ference  of  diffused  light,  granular  patterns  should  not              |         散射光,粒度图样 应该不


have appeared if incoherent light were used. If the pat-                  |        出现 如果非相干光 were used.如果图样


tern had been a real image, it would have appeared re-                |         是实像,it 将无论如何都会出现


gardless of the coherency of the light source. To con?rm               |        而跟光源的相关性无关。to 确定这个


this, we changed the light source from a laser diode to an             |        我们改变光源从LD到LED


LED (an incoherent light source) and measured the pat-               |          and 测量图样


terns at the screen directly. Figure 8 shows the experi-                  |         在屏幕上。图8示出


mental setup. As shown in the schematic, we removed the           |         实验设置,表示的是原理,我们移除


screen and placed a CCD panel (without detector lens) at            |       屏幕 and 将CCD探测面(没有镜头)放在


the position of the screen. The results are shown in Fig. 9.            |      原来屏幕的地方。结果如图9


The pattern on the right was obtained with laser light                      |        图样在右边是LD的


and  that  on  the  left  was  obtained  with  an  LED  light                |          左边的是LED的,粒度


source. The granular pattern appeared only when the la-                |         粒度的图样之当使用LD时候出现


ser was used. The results clearly showed that the granu-                |        结果清晰的表明 that the粒度图样


lar pattern generated at the small diffuser was actually                   |         产生 在小屏 was 实际上


another speckle.                                                                                   |       另外一个散斑


The speckle generation model that we obtained based                  |       散斑产生模型 that we 得到 基于


on these experiments is illustrated in Fig. 10. Two inde-                |         这些实验 绘画在图10中,两个


pendent speckles exist in this system: a coarse speckle                |        独立的散斑存在在系统里:一个粗糙散斑


generated at the small diffuser and a ?ne speckle gener-               |        产生在小散射屏,一个细散斑产生在屏幕


ated at the screen. We call the former the primary speckle             |       我们称前者为主要散斑后者为


and the latter the secondary speckle in this paper.                           |       次要散斑在文章里。


4. PHYSICAL ASPECTS OF THE                                                     |        4.物理方面 of the 粒度of 散斑图样


GRANULARITY OF SPECKLE PATTERNS                                   


The small diffuser method reduces speckle on the screen              |        小屏方法降低散斑在屏幕上


by rotating the small diffuser. Rotation of the diffuser cor-               |        by 旋转小屏。旋转of 小屏


responds to rotation of the primary speckle patterns pro-               |         对应于旋转投射到屏幕的主散斑图样


jected on the screen. This means that speckle reduction is            |          这意思就是,散斑降低 is


achieved  by  the  movement  of  the  primary  speckle  pat-            |        达到by the 运动 of 主要散斑图样


terns on the screen.                                                                              |         在屏幕上。


Although speckle patterns have a variety of complex                       |        虽然散斑图样有一个变化 of 复杂的


granular forms, they are fundamentally interference pat-                  |        粒度形式,他们基本的干涉图样


terns of diffused light. Bright regions of the patterns ap-                  |         of 散射光。亮区域 of 图样出现


pear where light interferes constructively, and dark re-                    |         在光干涉加强,and 暗区域


gions    appear    where    light    interferes    destructively.              |         出现在光减弱


Constructive  interference  occurs  when  the  light  is  in                 |         加强的相干出现在 光线 in


phase and destructive interference occurs when it is out of            |        相位(同相) and 减弱的出现在反相


phase. Thus, speckle patterns can be considered an indi-             |         所以,散斑图样可以考虑为一个指示器


cator of the underlying phase difference. From this point                |         of 底层 的相位差。从这个观点出发,


of view, the granularity of the speckle patterns indicates                 |         散斑图样的粒度指示了


how  steeply  the  underlying  phase  difference  is  distrib-             |         相位差的分布有多陡峭


uted. For example, a coarse speckle pattern should have a           |          例如,粗糙的散斑图样应该有一个


relatively  moderate  phase  difference  change  in  a  unit              |         相对中等的相位差变化 in a 单位面积。


area.


Figure 11 shows the experimental setup that we used                    |          图11示出实验的设置 that 我们用来


to verify this hypothesis. A mask sheet with two pinholes                |         验证这个假定。一个掩膜片 with 两个针孔


was placed at the screen position. Each pinhole had a di-             |         was 放置在屏的位置。每一个针孔 had a 直径


ameter of 70um, and they were separated by 300um. A                 |         of 70um,and they were 分离了300um,一个


CCD camera was placed in front of the sheet. Light pass-             |         CCD相机 was放置于 掩膜片的前面。光线穿过


ing through these pinholes spread and formed an interfer-             |        这些针孔扩散 and 形成一个干涉图样


ence  pattern  with  a  sine  curve  intensity  shape  on  the             |         with a 正弦曲线的强度形状在CCD平面。


CCD panel. The change in the phase difference between             |         the 变化 in the 相位差 between


the holes shifted the position of the interference pattern                 |         孔便宜 the 位置 of 干涉图样 on the 平面。


on the panel. If the change in the phase difference was                  |         如果改变在相位上是1/2波长,


one-half of a wavelength, the pattern shifted its shape by               |         图样偏移它的形状by 半个波长,


half a wavelength. Thus, if the speckle pattern re?ected                 |          那么,如果散斑图样反应了


the phase difference distribution, the resultant interfer-                   |         相位差的分布,the 结果的干涉图样


ence pattern should have shifted along with the primary                 |          应该和主散斑图样一样偏移。


speckle pattern.


The experimental results are shown in Fig. 12. We con-                 |          实验结果在图12中,我们构造


ducted experiments with two speckle patterns of different              |         实验 with 两个散斑图样 of 不同


granularity by changing the F-number of the projection                    |        粒度 by 改变f数 of the 投影镜头。


lens. Results for the ?rst case, F/8, are shown in Figs. (a)–            |         结果是第一个情况,F/8图a-d


(d) in the left column. The photo in (a) shows the speckle               |         在左边的列,图片in a 表示散斑图样


pattern projected onto the pinholes (the photo was taken               |         投射到针孔上(the 图片 was 取得


without the mask sheet of the double pinholes). The two                 |         没有掩膜片 of 双孔)。the 两个圆


circles indicate the relative sizes of the pinhole diameters              |         表示相对尺寸 of 针孔直径


and  gap  against  the  pattern.  As  the  speckle  pattern                |         和他们的间隙相对于图样,当散斑图样


moved across the pinholes, the interference pattern also               |          移动通过针孔时,干涉图样也平移


shifted.  Movement  of  the  speckle  pattern  by  560um                 |          移动 of the散斑图样 by 560um


made the interference pattern shift by one wavelength.                   |          让干涉图样移动by 一个波长


This meant that the phase difference between the holes                 |          这表明 相位差 between the 孔


changed approximately with the wavelength of the laser                 |          改变大约with th 激光波长。


light. The second case, F/16, shown in (e)–(h) in the right              |          the 第二个情况,F/16,e-h图,右边的列


column, shows a coarser primary speckle pattern. The re-             |          表示一个更粗糙的主要散斑图样。


sultant  interference  pattern  barely  shifted  its  position.               |         结果干涉图样很少变化它的位置。


This meant that with the coarser primary speckle pat-                    |        这表明 更粗糙的主要散斑图样,


tern, the phase difference between the holes changed a               |         相位差 between 两孔改变一点点。


little. These experimental results indicate that the pri-                    |         这个实验结果表明,主要


mary speckle pattern re?ects its phase difference distri-               |         散斑图样反应它的相位差分布


bution and that the increment of the granularity of the                     |         and that the 增量 of 粒度 of the


pattern decreases the phase difference in a unit area.                  |        图样 降低相位差在一个单位区域内


De?ning the degree of granularity of the speckle pat-                    |        定义粒度的度量 of 散斑图样


tern is convenient for further analysis. We de?ned this                   |        is 方便 for 更进一步的分析。我们定义这个


from the intensity spectrum of the pattern in the spatial                  |         从强度谱 of the 图样 in the 空间域


frequency domain. Figure 13 is the Fourier transform of a             |        图13 是傅立叶变换 of a


speckle pattern. We de?ned the degree of granularity as              |         散斑图样。我们定义粒度的度量,as 


the reciprocal number of the frequency, the intensity of                  |         倒数 of the 频率(空间频率单位lp/mm),


which is the half value of that of the lowest frequency in                  |         强度对应是半值 of the 最低频率在频谱上


the  spectrum,  excluding  the  DC  component  at  the  fre-            |        不包括直流分量 在频域=0


quency equal to zero.


Because the speckle pattern represents its phase differ-              |        因为散斑图样代表它的相位差分布


ence distribution, the physical effects of shifting the pat-                |        the 物理效应 of 移动图样 by


tern by rotation of the small diffuser can be deduced. As               |         旋转小散射屏 就可以被推导。


shown in Fig. 14, when the speckle pattern on the sheet is            |         如图14,当散斑图样 on the 薄片 is 


rotated  continuously,  the  phase  difference  between  the            |         连续的旋转,相位差 between 


two pinholes also changes, and the resultant interference              |  双针孔 也在变化。and the 结果干涉图样


pattern shifts. Consequently, the pattern measured by the              |       移动了。所以,图样测量by 


CCD camera is temporally averaged in intensity, and its               |       CCD相机 is 暂时的强度上平均,and 它的


contrast is reduced. The contrast of the averaged pattern              |       对比度就降低了。对比度 of the 平均图样


depends on the change in the phase difference. As the dif-           |        取决于相位差的变化。相位差


ference of the phases is larger when the granularity of the              |       变大 当 粒度变小。更细的主要散斑


speckles is smaller, ?ner primary speckle patterns should             |       图样应该产生更


result in ?atter interference patterns on the CCD.                            |        平的干涉图样在CCD上


Experimental  results  are  shown  in  Fig.  15.  As  we                   |        实验结果如图15,


showed in the previous section, the granularity of the pri-              |         正如之前展示的,粒度of 主要


mary   speckle   increased   with   the   increment   of   the             |         散斑增加 with F数增加 of


F-number of the projection lens. The degree of granularity             |         投影镜头。the 粒度的度量 


of  the  primary  speckle  patterns  corresponding  to  each            |        of 主要散斑图样对应每个


F-number is also plotted. The solid horizontal line in the                 |        F数也绘画出了。水平实线在图中


graph indicates the distance between the two pinholes.                 |        表示两个针孔的距离。


When the degree of granularity was smaller than the dis-               |         当粒度的度量小于针孔间距


tance, the resultant interference pattern in (b) showed no               |         产生的干涉图样是b,表示没有干涉


interference.  This  meant  that  when  the  small  diffuser               |         这表明当小散射屏旋转


was  rotated,  the  phase  difference  change  was  large               |         时,相位差变化 was 足够大


enough to reduce the temporally averaged coherency be-             |         到降低暂时平均干涉性 在


tween the two pinholes. The middle pattern (c) is the case            |        两针孔之间。中间的图样c情况是


when the degree of granularity was almost the same size              |       当粒度的度量 几乎相同尺寸


as the distance between the pinholes. The resultant inter-              |       as 针孔间距。结果干涉


ference pattern showed little interference. The rightmost                |        图样 表示一点干涉。最右边


pattern (d) shows the case for a much larger degree of                  |        的图样d表示大得多的粒度度量


granularity.  In  this  case,  interference  can  obviously  be             |        这样的情况下,干涉显然被辨认。


recognized.


These experimental results showed that the degree of                   |        这些实验结果说明,粒度的度量


granularity of the primary speckle corresponded to the                   |        of 主要散斑 对应于 the


size of coherent region for the secondary speckle of the                |        尺寸 of 干涉区域 for 次要散斑 of 


screen, when the small diffuser was rotated.                                    |         屏幕,当小散射屏旋转。


5. SPECKLE REDUCTION BY ROTATION OF                              |         5.散斑降低 by 旋转 of the 小散射屏


THE SMALL DIFFUSER


The results of the previous section explain the mechanism            |        之前的结果解释了


of speckle reduction in the small diffuser system. When                 |       散斑降低机制 in 小散射板系统,当


the small diffuser was stationary, the secondary speckle               |        小的散射板静止,次要散斑


generated at the screen was unaffected because no change        |      产生在屏幕 was 不影因为没有变化


occurred in the interference conditions there. When the                 |       发生在干涉条件这里。当


small diffuser was rotated continuously, the movement of               |       小散射板 was 持续旋转,移动 of


the primary speckle changed the interference condition                 |      主要散斑的干涉条件变化  


on the screen. This affected the generation of the second-            |       在屏幕上。这影响产生 of 次要散斑


ary speckle. Because the degree of granularity of the pri-              |      因为粒度的度量 of 主要


mary speckle on the screen represented the size of the co-           |      散斑在屏幕上代表干涉区域的尺寸


herent  region,  the  contrast  of  the  secondary  speckle               |       。对比度 of 次要散斑降低 as 


decreased as the degree of granularity declined.                           |       the 粒度的度量下降。


We con?rmed that the speckle reduction depended on                  |       我们确定 that the 散斑降低 依赖于


the  degree  of  granularity  as  follows.  We  measured  the           |       粒度的度量如下:我们测量散斑


speckle contrasts on the screen by changing the degree of           |       对比度在屏幕上 by 改变粒度的度量


granularity of the primary speckle. The speckle contrast                 |      of 主要散斑。散斑的对比度


was calculated by dividing the standard deviation of the                 |      被计算 by 除以 标准差 of the 


intensity distribution of the obtained speckle pattern by                   |      强度分布 of the 取得的散斑图样 by


its mean intensity. To improve its validity, we changed not              |      它的平均强度。要提高它的置信度,我们改变


only the F-number of the projection lens but also its mag-               |       不只是投影镜头F数,也改变了放大率和


ni?cation and the diffusing angle range of the small dif-                   |         散射角范围 of 小散射屏。


fuser. Figure 16 shows the result. As the degree of granu-              |       图16示出结果。当粒度度量增加


larity increased, the corresponding speckle contrast also               |       对应的散斑对比度也增加


increased.   In   every   case   when   the   granularity   was             |       在每一个情况下,当粒度改变,


changed, the resultant values lay on the same approxi-                   |       结果值坐落在同样的近似曲线上。


mate curve. This clearly showed that the degree of granu-              |       这清晰的表明粒度的度量


larity of the primary speckle was the key parameter in                     |       of 主要散斑是关键参数 in


speckle generation on the screen.                                                      |        屏幕上的散斑产生。


6. CONCLUSIONS                                                                               |      6.结论


We have established a speckle generation model for the               |       我们建立了一个散斑产生的模型 for 


small diffuser method and found two speckles in the sys-               |        小散射屏方法 and 找到两个散斑在系统:


tem: a coarse speckle generated at the small diffuser and             |        一个粗糙散斑 产生在小散射屏 and 


a ?ne speckle generated at the screen. These two speckles          |       一个细的散斑产生在屏幕。这两个散斑


must be treated separately.                                                                 |       必须区别对待。


From experiments using a mask sheet with double pin-                  |        从实验用掩膜片 with 双针孔,


holes,  we  con?rmed  that  the  granular  pattern  of  the                  |         我们确定粒度图样 of 


speckles represented the underlying phase difference dis-             |        散斑代表底层的相位差分布。


tribution. This meant that the ?ner speckle pattern had a                  |       这表明 细微散斑图样有


steeper  phase  difference  change.  When  the  primary                  |      更剧烈的相位差改变。当主要


speckle pattern moved as a result of the rotation of the                    |      散斑图样移动 as a result of the 旋转of


small diffuser, the granularity of the pattern determined                    |      小散射屏,图样的粒度 确定了


the coherency within a unit area on the screen, and the                    |       干涉性 在一个单位面积之内在屏幕上。


degree of granularity corresponded to the coherent area                 |       and the 粒度的度量对应干涉区域尺寸


size.


The  dependency  of  the  coherency  on  the  degree  of                  |       干涉性对粒度的度量的依赖


granularity determined the speckle contrast on the screen               |       确定了散斑对比度 在屏幕上


when the diffuser was rotated. The speckle contrast in-                    |        当散射屏旋转 。散斑对比度增加


creased with the degree of granularity. Hence the degree               |       with 粒度的度量增加。所以粒度的度量


of granularity can be used as a uni?ed index when dis-                    |        可以用做一个统一的指数 当


cussing speckle reduction effects.                                                       |       讨论散斑降低效应。


From these results, we have obtained a valid speckle                      |       从这些结果出发,我们获得了可用的散斑


generation model and clari?ed the mechanism of speckle               |      产生模型 and 澄清了散斑降低的机制


reduction in the small diffuser method.                                                |        in 小散射屏方法。

论文原文

https://m.sciencenet.cn/blog-408189-353004.html

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