一種減弱雷射散斑的裝置的製作方法
2023-07-15 16:20:46 1
專利名稱：一種減弱雷射散斑的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射顯示領域，特別是涉及一種減弱雷射散斑的裝置。
背景技術：
雷射顯示技術由於使用雷射作為光源，從而具備更寬的顏色再現能力以實現更大的色域，並且由於雷射的高準直性以及高的電光轉換效率使得雷射顯示技術更具競爭力。 然而，由於該顯示技術使用的雷射屬於相干光源，相干光束在屏幕粗糙面前端幹涉疊加會形成散斑現象。散斑是影響雷射顯示成像質量的關鍵因素，因此在雷射顯示技術中，消除雷射散斑是一項重要的任務，事實上，由於相干性是雷射內生的屬性，完全消除雷射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極限之下，不影響觀眾感受即可。在現有的雷射顯示技術中，還有一個對雷射進行勻場的步驟，一般採用積分棒(也稱聚光棒)對雷射束進行勻場，雖然積分棒對雷射也有一定的減弱雷射散斑作用，但效果很微弱，所以需要另設一個單獨的消除雷射散斑的裝置，而其在減弱散斑的同時幾乎必然帶來雷射利用率的降低，且大多數消除雷射散斑的裝置不可避免地引入噪音，同時帶來可靠性和體積方面的問題，而且大多數成本較高，無法滿足系統的集成化、小型化和低成本的要求。目前有人將勻場和消相干的功能在一個積分棒上同時實現，使得系統部件得以減少， 成本降低，如公開號為W02007072334的美國專利利用積分棒同時實現勻場和減弱雷射散斑的功能，其採用的積分棒為內部中空的棒狀體，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入射光的全反射膜，其出射面鍍有對入射光的部分反射膜，雷射通過兩個反射膜的作用在積分棒內進行多次反射後從出射面射出，光束在積分棒內進行多達幾十次的反射，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也是很明顯的1)多次反射造成一部分的光能在積分棒內被損耗，積分棒出射面的光能量為入射光能量的83. 3%，然而雷射散斑效應僅減弱 10%，以至於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擴展量也很大，無法保證出射光能完全被後續光學系統接受，超出後續光學系統光學擴展量的光束不能被利用。進一步解釋如下，光源發出的光能受到下遊光學部件可接受的光量的限制，光學部件可接受的光量為光學擴展量凡光學擴展量公式為Ε = η2 π· sm2{a) S
其中Α為光學擴展量，η為發光元所處的環境介質的折射率；α為光源的發射半角A 為光源的發光面積。一個光學系統的光源的光學擴展量實際上確立了整個光學系統的光學擴展量的下限，光學系統若要完全利用光源的能量，其所有部件的光學擴展量必須大於光源的光學
擴展量。從積分棒出射的光相當於光源光，若光源光大於投影顯示系統的光學擴展量，則超出的這部分光不能有效耦合入投影顯示系統。
發明內容
鑑於以上問題，本發明的主要目的在於提供一種減弱雷射散斑的裝置，該裝置不僅能有效減弱雷射散斑，而且還能有效的提高光能利用率。為了達到以上目的，本發明提供的該種減弱雷射散斑的裝置，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於勻光裝置光出射端；
所述勻光裝置主要由實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製成，或者所述漫反射面塗覆有材料Fluori lon-99WTM，或者覆有高反射率的漫反射材料BaSO4或CaSO4 ； 所述實心積分棒朝向漫反射板的底面鍍有增透膜；所述實心積分棒為玻璃或其他透明材料製成；
另，所述勻光裝置還可以主要由漫反射筒和透明介質組成，所述漫反射筒內壁均為漫反射面，且所述漫反射筒一端封閉另一端開口，開口端由透明介質封閉，所述透明介質的一表面鍍有所述角度選擇濾光膜；所述透明介質另一個表面還可以鍍有增透膜；所述漫反射筒其內表面塗覆材料Fluorilon-99WTM，或者其內表面塗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製成。所述勻光裝置為軸對稱結構或旋轉對稱結構；所述勻光裝置除採用圓柱形外，還可以採用長方體、正方體等；
所述角度選擇濾光膜對入射到其上的光線具有角度限制的作用，即只有當入射光線的角度在角度選擇濾光膜允許的角度範圍內才能夠透射過去，本發明中，所述角度選擇濾光膜的允許角度範圍，則主要是由下遊光學部件可接受的光量的限制即光學擴展量A決定的，本發明所述的減弱雷射散斑的裝置應用於投影顯示系統時，其角度選擇濾光膜的允許角度範圍優選為36. 5度。本發明提供的減弱雷射散斑的裝置在工作時，以勻光裝置由實心積分棒和漫反射板組成為例，雷射光束從積分棒的入射端即設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漫反射板的漫反射面，雷射光束在漫反射面發生漫反射產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壁經多次全反射後到達角度選擇濾光膜，符合其允許角度範圍的光線則穿透射出，而剩下的不在出射角度範圍的光線，則被角度選擇濾光膜反射返回至積分棒及漫反射板，然後經漫反射板再次漫反射之後，通過積分棒內壁多次全反射後再到達角度選擇濾光膜，如此循環，通過角度選擇濾光膜射出，最終我們在鍍有角度選擇濾光膜的出射面得到經過多批經過漫反射和全反射的疊加雷射束，該雷射束的相干性已被大大減弱，並且可以控制光學擴展量，能很好的與後續光學系統匹配使用。本發明提供的減弱雷射散斑的裝置具有以下有益效果
1.有效的減弱了輸出光場的散斑，使對比度降低到原來的20%左右；
2.光束在積分棒內發生全反射，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.針對實際所採用的下遊光學部件光學擴展量的值可以合理的確定本發明角度選擇
4濾光膜的允許角度及勻光裝置的發光面積，使得勻光裝置的出射光的光學擴展量小於等於下遊光學部件光學擴展量，使得全部出射光都能夠耦合到下遊光學部件中，實現勻光裝置出射光到下遊光學部件的高效光能耦合率。
圖1為本發明實施例1的減弱散斑裝置的結構示意圖； 圖2為本發明實施例2的減弱散斑裝置的結構示意圖3為本發明所述的減弱雷射散斑的裝置應用於三片式數字微鏡裝置雷射投影儀的工作原理示意圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例及附圖對本發明作進一步說明，但不作對其的限定
以投影顯示系統為例，由於光學擴展量A為恆定值且受到下遊光學部件的光學擴展量的限制，需要針對所採用的下遊光學部件光學擴展量的值確定從勻光裝置，如積分棒輸出光的對應值，使得積分棒的出射光全部能夠耦合到下遊光學部件中，大幅提高光能的耦合率，從而提高整個投影顯示系統的光能利用率。根據光學擴展量公式^二？-；^皿」酌^需要限定積分棒出光面的面積和出射
光的發散角。本發明採用角度選擇濾光膜限制積分棒的出光角度，角度選擇濾光膜對入射到其上的光線具有角度限制的作用，即只有當入射光線的角度在角度選擇濾光膜允許的角度範圍內才能夠透射，其餘角度範圍的則反射回腔內。本發明首先根據積分棒的出光效率得到角度選擇濾光膜的允許的角度範圍，然後根據光學擴展量確定積分棒的發光面積。同時為了加強積分棒的減弱散斑能力，在積分棒的另一端加有漫反射板，雷射入射到漫反射板上發生漫反射，相當於N個互相獨立的光場
疊加，疊加之後的光場的散斑對比度是未疊加之前的^。實施例1:
圖1為本發明所述的一種減弱雷射散斑的裝置的結構示意圖，包括漫反射板101、積分棒102、角度選擇濾光膜103。漫反射板101採用上海光傲公司的Fluorilon-99Wtm漫反射板，此漫反射板的反射率在400nm至700nm波段高達99%以上，雷射顯示所使用的雷射的波長均屬於此光波段。積分棒102為實心矩形棒，可以為玻璃或其他透明材質製成，積分棒 102具有兩個平行端面A和B，端面A鍍有針對入射雷射的增透膜，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， 並且膠水只塗覆在二者的邊緣處，以防汙染通光面，角度選擇濾光膜103鍍在積分棒102的 B端面。為了便於理解，圖1中特將漫反射板101和積分棒102的間隔拉寬，如圖所示，雷射光束104垂直積分棒102的B端面入射並通過角度選擇濾光膜103和積分棒102到達漫反射板101的漫反射面，光束104在漫反射板101漫反射面01處發生朗伯反射，即當入射角度一定時，從任何角度觀察反射面，其反射光的亮度均相等。為了便於理解，選擇反射光
5中的光線a、光線b和光線c三條光線進行詳細地解釋說明，假設角度選擇濾光膜103的允許角度為30度，01處朗伯反射光中的光線a以小於30度角直接入射到積分棒的B端面並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的側壁後發生全反射，反射光線以小於30度角入射到積分棒的B端面並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內發生多次的全反射到達B端，因為其入射角大於30度，所以被角度選擇濾光膜103反射回積分棒102內，在積分棒102內又發生多次全內反射後再次到達漫反射板表面的02處，光線c在02處再次發生朗伯反射，02處朗伯反射光中的光線c』以小於30度角入射到積分棒102的B端面，並透射過角度選擇濾光膜103。 01處反射光中的一部分光經過積分棒並直接以小於等於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，並在漫反射板101表面再一次發生朗伯反
權利要求
1.一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，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於勻光裝置光出射端。
2.根據權利要求1所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述勻光裝置主要由實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部的一面為漫反射面。
3.根據權利要求2所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述漫反射板由具有粗糙漫反射表面的高反射率陶瓷製成，或者所述漫反射面塗覆有材料Flu0ril0n-99WTM， 或者覆有高反射率的漫反射材料BaSO4或CaS04。
4.根據權利要求2所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述實心積分棒朝向漫反射板的底面鍍有增透膜。
5.根據權利要求2所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述實心積分棒為玻璃或其他透明材料製成。
6.根據權利要求1所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述勻光裝置主要由漫反射筒和透明介質組成，所述漫反射筒內壁均為漫反射面，且所述漫反射筒一端封閉另一端開口，開口端由透明介質封閉，所述透明介質的一表面鍍有所述角度選擇濾光膜。
7.根據權利要求6所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述透明介質另一個表面鍍有增透膜。
8.根據權利要求6所述的一種減弱雷射散斑的裝置，其特徵在於，所述漫反射筒其內表面塗覆材料Fluorilon-99WTM，或者其內表面塗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製成。
9.一種採用權利要求1-8任意一項所述減弱雷射散斑的裝置的投影顯示系統。
10.根據權利要求9所述的投影顯示系統，其特徵在於，所述減弱雷射散斑的裝置的角度選擇濾光膜的允許角度範圍為36. 5度。
全文摘要
本發明涉及雷射顯示領域，提供一種減弱雷射散斑的裝置，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於勻光裝置光出射端，所述勻光裝置可以主要由實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組成。本發明提供的該種減弱雷射散斑的裝置，其有效的減弱了輸出光場的散斑，使對比度降低到原來的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；實現勻光裝置出射光到下遊光學部件的高效光能耦合率。
文檔編號H04N9/31GK102313999SQ201010219770
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優先權日2010年7月7日
發明者成華, 畢勇, 顏世鵬 申請人:北京中視中科光電技術有限公司