專利名稱：一種減弱激光散斑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光顯示領(lǐng)域，特別是涉及一種減弱激光散斑的裝置。
背景技術(shù)：
激光顯示技術(shù)由于使用激光作為光源，從而具備更寬的顏色再現(xiàn)能力以實(shí)現(xiàn)更大的色域，并且由于激光的高準(zhǔn)直性以及高的電光轉(zhuǎn)換效率使得激光顯示技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力。 然而，由于該顯示技術(shù)使用的激光屬于相干光源，相干光束在屏幕粗糙面前端干涉疊加會(huì)形成散斑現(xiàn)象。散斑是影響激光顯示成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此在激光顯示技術(shù)中，消除激光散斑是一項(xiàng)重要的任務(wù)，事實(shí)上，由于相干性是激光內(nèi)生的屬性，完全消除激光的相干性是不大可能的，操作中只需將散斑減弱到人眼觀測(cè)極限之下，不影響觀眾感受即可。在現(xiàn)有的激光顯示技術(shù)中，還有一個(gè)對(duì)激光進(jìn)行勻場(chǎng)的步驟，一般采用積分棒(也稱聚光棒)對(duì)激光束進(jìn)行勻場(chǎng)，雖然積分棒對(duì)激光也有一定的減弱激光散斑作用，但效果很微弱，所以需要另設(shè)一個(gè)單獨(dú)的消除激光散斑的裝置，而其在減弱散斑的同時(shí)幾乎必然帶來激光利用率的降低，且大多數(shù)消除激光散斑的裝置不可避免地引入噪音，同時(shí)帶來可靠性和體積方面的問題，而且大多數(shù)成本較高，無法滿足系統(tǒng)的集成化、小型化和低成本的要求。目前有人將勻場(chǎng)和消相干的功能在一個(gè)積分棒上同時(shí)實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)部件得以減少， 成本降低，如公開號(hào)為W02007072334的美國(guó)專利利用積分棒同時(shí)實(shí)現(xiàn)勻場(chǎng)和減弱激光散斑的功能，其采用的積分棒為內(nèi)部中空的棒狀體，兩端面分別為光入射面和光出射面，積分棒的入射端面鍍有針對(duì)入射光的全反射膜，其出射面鍍有對(duì)入射光的部分反射膜，激光通過兩個(gè)反射膜的作用在積分棒內(nèi)進(jìn)行多次反射后從出射面射出，光束在積分棒內(nèi)進(jìn)行多達(dá)幾十次的反射，最終出射面的光束為多次反射疊加的光束，彼此之間互不相干，相比入射光而言降低了相干性。然而這一裝置的缺點(diǎn)也是很明顯的1)多次反射造成一部分的光能在積分棒內(nèi)被損耗，積分棒出射面的光能量為入射光能量的83. 3%，然而激光散斑效應(yīng)僅減弱 10%，以至于肉眼根本無法感受到改善作用；2)從積分棒出射的光束光學(xué)擴(kuò)展量也很大，無法保證出射光能完全被后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)接受，超出后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)擴(kuò)展量的光束不能被利用。進(jìn)一步解釋如下，光源發(fā)出的光能受到下游光學(xué)部件可接受的光量的限制，光學(xué)部件可接受的光量為光學(xué)擴(kuò)展量凡光學(xué)擴(kuò)展量公式為Ε = η2 π· sm2{a) S
其中Α為光學(xué)擴(kuò)展量，η為發(fā)光元所處的環(huán)境介質(zhì)的折射率；α為光源的發(fā)射半角A 為光源的發(fā)光面積。一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光源的光學(xué)擴(kuò)展量實(shí)際上確立了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量的下限，光學(xué)系統(tǒng)若要完全利用光源的能量，其所有部件的光學(xué)擴(kuò)展量必須大于光源的光學(xué)
擴(kuò)展量。從積分棒出射的光相當(dāng)于光源光，若光源光大于投影顯示系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量，則超出的這部分光不能有效耦合入投影顯示系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種減弱激光散斑的裝置，該裝置不僅能有效減弱激光散斑，而且還能有效的提高光能利用率。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供的該種減弱激光散斑的裝置，包括勻光裝置及角度選擇濾光膜，其中
所述角度選擇濾光膜設(shè)于勻光裝置光出射端；
所述勻光裝置主要由實(shí)心積分棒和漫反射板組成，所述漫反射板朝向所述勻光裝置內(nèi)部的一面為漫反射面，所述漫反射板由具有粗糙漫反射表面的高反射率陶瓷制成，或者所述漫反射面涂覆有材料Fluori lon-99WTM，或者覆有高反射率的漫反射材料BaSO4或CaSO4 ； 所述實(shí)心積分棒朝向漫反射板的底面鍍有增透膜；所述實(shí)心積分棒為玻璃或其他透明材料制成；
另，所述勻光裝置還可以主要由漫反射筒和透明介質(zhì)組成，所述漫反射筒內(nèi)壁均為漫反射面，且所述漫反射筒一端封閉另一端開口，開口端由透明介質(zhì)封閉，所述透明介質(zhì)的一表面鍍有所述角度選擇濾光膜；所述透明介質(zhì)另一個(gè)表面還可以鍍有增透膜；所述漫反射筒其內(nèi)表面涂覆材料Fluorilon-99WTM，或者其內(nèi)表面涂覆高反射率的漫反射材料BaSO4或 CaSO4,或者所述漫反射筒由具有粗糙漫反射面的高反射率陶瓷制成。所述勻光裝置為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)；所述勻光裝置除采用圓柱形外，還可以采用長(zhǎng)方體、正方體等；
所述角度選擇濾光膜對(duì)入射到其上的光線具有角度限制的作用，即只有當(dāng)入射光線的角度在角度選擇濾光膜允許的角度范圍內(nèi)才能夠透射過去，本發(fā)明中，所述角度選擇濾光膜的允許角度范圍，則主要是由下游光學(xué)部件可接受的光量的限制即光學(xué)擴(kuò)展量A決定的，本發(fā)明所述的減弱激光散斑的裝置應(yīng)用于投影顯示系統(tǒng)時(shí)，其角度選擇濾光膜的允許角度范圍優(yōu)選為36. 5度。本發(fā)明提供的減弱激光散斑的裝置在工作時(shí)，以勻光裝置由實(shí)心積分棒和漫反射板組成為例，激光光束從積分棒的入射端即設(shè)有角度選擇濾光膜的一端射入，通過角度選擇濾光膜和積分棒到達(dá)漫反射板的漫反射面，激光光束在漫反射面發(fā)生漫反射產(chǎn)生多束不同角度的散射光線，所述散射光線直接射至角度選擇濾光膜或通過積分棒內(nèi)壁經(jīng)多次全反射后到達(dá)角度選擇濾光膜，符合其允許角度范圍的光線則穿透射出，而剩下的不在出射角度范圍的光線，則被角度選擇濾光膜反射返回至積分棒及漫反射板，然后經(jīng)漫反射板再次漫反射之后，通過積分棒內(nèi)壁多次全反射后再到達(dá)角度選擇濾光膜，如此循環(huán)，通過角度選擇濾光膜射出，最終我們?cè)阱冇薪嵌冗x擇濾光膜的出射面得到經(jīng)過多批經(jīng)過漫反射和全反射的疊加激光束，該激光束的相干性已被大大減弱，并且可以控制光學(xué)擴(kuò)展量，能很好的與后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)匹配使用。本發(fā)明提供的減弱激光散斑的裝置具有以下有益效果
1.有效的減弱了輸出光場(chǎng)的散斑，使對(duì)比度降低到原來的20%左右；
2.光束在積分棒內(nèi)發(fā)生全反射，光能損耗小，從勻光裝置輸出的光能為入射光能的 90%以上，有效的提高光能利用率；
3.針對(duì)實(shí)際所采用的下游光學(xué)部件光學(xué)擴(kuò)展量的值可以合理的確定本發(fā)明角度選擇
4濾光膜的允許角度及勻光裝置的發(fā)光面積，使得勻光裝置的出射光的光學(xué)擴(kuò)展量小于等于下游光學(xué)部件光學(xué)擴(kuò)展量，使得全部出射光都能夠耦合到下游光學(xué)部件中，實(shí)現(xiàn)勻光裝置出射光到下游光學(xué)部件的高效光能耦合率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的減弱散斑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的減弱散斑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明所述的減弱激光散斑的裝置應(yīng)用于三片式數(shù)字微鏡裝置激光投影儀的工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作對(duì)其的限定
以投影顯示系統(tǒng)為例，由于光學(xué)擴(kuò)展量A為恒定值且受到下游光學(xué)部件的光學(xué)擴(kuò)展量的限制，需要針對(duì)所采用的下游光學(xué)部件光學(xué)擴(kuò)展量的值確定從勻光裝置，如積分棒輸出光的對(duì)應(yīng)值，使得積分棒的出射光全部能夠耦合到下游光學(xué)部件中，大幅提高光能的耦合率，從而提高整個(gè)投影顯示系統(tǒng)的光能利用率。根據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量公式^二？-；^皿”酌^需要限定積分棒出光面的面積和出射
光的發(fā)散角。本發(fā)明采用角度選擇濾光膜限制積分棒的出光角度，角度選擇濾光膜對(duì)入射到其上的光線具有角度限制的作用，即只有當(dāng)入射光線的角度在角度選擇濾光膜允許的角度范圍內(nèi)才能夠透射，其余角度范圍的則反射回腔內(nèi)。本發(fā)明首先根據(jù)積分棒的出光效率得到角度選擇濾光膜的允許的角度范圍，然后根據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量確定積分棒的發(fā)光面積。同時(shí)為了加強(qiáng)積分棒的減弱散斑能力，在積分棒的另一端加有漫反射板，激光入射到漫反射板上發(fā)生漫反射，相當(dāng)于N個(gè)互相獨(dú)立的光場(chǎng)
疊加，疊加之后的光場(chǎng)的散斑對(duì)比度是未疊加之前的^。實(shí)施例1:
圖1為本發(fā)明所述的一種減弱激光散斑的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括漫反射板101、積分棒102、角度選擇濾光膜103。漫反射板101采用上海光傲公司的Fluorilon-99Wtm漫反射板，此漫反射板的反射率在400nm至700nm波段高達(dá)99%以上，激光顯示所使用的激光的波長(zhǎng)均屬于此光波段。積分棒102為實(shí)心矩形棒，可以為玻璃或其他透明材質(zhì)制成，積分棒 102具有兩個(gè)平行端面A和B，端面A鍍有針對(duì)入射激光的增透膜，用膠水將漫反射板101與積分棒102的A端面膠合在一起，漫反射板101的面積與積分棒102的A端面橫截面相等， 并且膠水只涂覆在二者的邊緣處，以防污染通光面，角度選擇濾光膜103鍍?cè)诜e分棒102的 B端面。為了便于理解，圖1中特將漫反射板101和積分棒102的間隔拉寬，如圖所示，激光光束104垂直積分棒102的B端面入射并通過角度選擇濾光膜103和積分棒102到達(dá)漫反射板101的漫反射面，光束104在漫反射板101漫反射面01處發(fā)生朗伯反射，即當(dāng)入射角度一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射光的亮度均相等。為了便于理解，選擇反射光
5中的光線a、光線b和光線c三條光線進(jìn)行詳細(xì)地解釋說明，假設(shè)角度選擇濾光膜103的允許角度為30度，01處朗伯反射光中的光線a以小于30度角直接入射到積分棒的B端面并透射過角度選擇濾光膜103 ；01處朗伯反射光中的光線b被反射到積分棒102的側(cè)壁后發(fā)生全反射，反射光線以小于30度角入射到積分棒的B端面并透射過角度選擇濾光膜103 ； 01處朗伯反射光中的光線c在積分棒102內(nèi)發(fā)生多次的全反射到達(dá)B端，因?yàn)槠淙肷浣谴笥?0度，所以被角度選擇濾光膜103反射回積分棒102內(nèi)，在積分棒102內(nèi)又發(fā)生多次全內(nèi)反射后再次到達(dá)漫反射板表面的02處，光線c在02處再次發(fā)生朗伯反射，02處朗伯反射光中的光線c’以小于30度角入射到積分棒102的B端面，并透射過角度選擇濾光膜103。 01處反射光中的一部分光經(jīng)過積分棒并直接以小于等于30角度的入射角透射過角度選擇濾光膜103，另外一部分光經(jīng)過積分棒的多次全反射也從角度選擇濾光膜103透射出去，剩下部分的光在被積分棒102的B端面反射回積分棒102，并在漫反射板101表面再一次發(fā)生朗伯反
權(quán)利要求
1.一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，包括勻光裝置及角度選擇濾光膜，其中所述角度選擇濾光膜設(shè)于勻光裝置光出射端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述勻光裝置主要由實(shí)心積分棒和漫反射板組成，所述漫反射板朝向所述勻光裝置內(nèi)部的一面為漫反射面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述漫反射板由具有粗糙漫反射表面的高反射率陶瓷制成，或者所述漫反射面涂覆有材料Flu0ril0n-99WTM， 或者覆有高反射率的漫反射材料BaSO4或CaS04。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述實(shí)心積分棒朝向漫反射板的底面鍍有增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述實(shí)心積分棒為玻璃或其他透明材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述勻光裝置主要由漫反射筒和透明介質(zhì)組成，所述漫反射筒內(nèi)壁均為漫反射面，且所述漫反射筒一端封閉另一端開口，開口端由透明介質(zhì)封閉，所述透明介質(zhì)的一表面鍍有所述角度選擇濾光膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述透明介質(zhì)另一個(gè)表面鍍有增透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種減弱激光散斑的裝置，其特征在于，所述漫反射筒其內(nèi)表面涂覆材料Fluorilon-99WTM，或者其內(nèi)表面涂覆高反射率的漫反射材料BaSO4或CaSO4, 或者所述漫反射筒由具有粗糙漫反射面的高反射率陶瓷制成。
9.一種采用權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述減弱激光散斑的裝置的投影顯示系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述減弱激光散斑的裝置的角度選擇濾光膜的允許角度范圍為36. 5度。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光顯示領(lǐng)域，提供一種減弱激光散斑的裝置，主要包括勻光裝置及角度選擇濾光膜，其中所述角度選擇濾光膜設(shè)于勻光裝置光出射端，所述勻光裝置可以主要由實(shí)心積分棒和漫反射板組成，也可以主要由漫反射筒和透明介質(zhì)組成。本發(fā)明提供的該種減弱激光散斑的裝置，其有效的減弱了輸出光場(chǎng)的散斑，使對(duì)比度降低到原來的20%左右；使得勻光裝置的光輸出率提高到90%以上，有效的提高光能利用率；實(shí)現(xiàn)勻光裝置出射光到下游光學(xué)部件的高效光能耦合率。
文檔編號(hào)H04N9/31GK102313999SQ201010219770
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者成華, 畢勇, 顏世鵬 申請(qǐng)人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司