發(fā)光裝置和投影裝置制造方法
【專利摘要】提出一種發(fā)光裝置和投影裝置，包括激光光源和散射反射裝置，該散射反射裝置包括至少一個(gè)凹陷，凹陷內(nèi)壁具有散射反射屬性；還包括分光裝置，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)和反射區(qū)；其中，激光光源發(fā)出的激光透射分光裝置的透射區(qū)并入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，激光在該凹陷內(nèi)散射反射后出射，其中大部分入射于分光裝置的反射區(qū)并被其反射而形成發(fā)光裝置的出射光。利用本發(fā)明的發(fā)光裝置，利用激光在凹陷內(nèi)壁的多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性。同時(shí)還利用入射的激光和散射后的激光在準(zhǔn)直性上的差別而將散射后的激光從光路中分離出來(lái)形成出射光。
【專利說(shuō)明】發(fā)光裝置和投影裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光源領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光裝置和使用這種發(fā)光裝置的投影裝置。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)前，激光光源的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越得到人們的重視。激光具有高亮度、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，但其問(wèn)題在于相干性很強(qiáng)，用于顯示則表現(xiàn)為散斑問(wèn)題嚴(yán)重。要想消除散斑必須消除激光的相干性，而作為激光的本質(zhì)屬性之一，相干性的消除很困難，往往要以犧牲效率作為代價(jià)。這個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)有得到很好的解決，這也制約了激光光源用于顯示的前景。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種發(fā)光裝置，包括激光光源和散射反射裝置，該散射反射裝置包括至少一個(gè)凹陷，凹陷內(nèi)壁具有散射反射屬性；還包括分光裝置，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)和反射區(qū)；其中，激光光源發(fā)出的激光透射分光裝置的透射區(qū)并入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，激光在該凹陷內(nèi)散射反射后出射，其中大部分入射于分光裝置的反射區(qū)并被其反射而形成發(fā)光裝置的出射光。
[0006]本發(fā)明還提出一種發(fā)光裝置，包括激光光源和散射反射裝置，該散射反射裝置包括至少一個(gè)凹陷，凹陷內(nèi)壁具有散射反射屬性；還包括分光裝置，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)和反射區(qū)；其中，激光光源發(fā)出的激光入射于分光裝置的反射區(qū)并被其以反射的方式引導(dǎo)入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，激光在該凹陷內(nèi)散射反射后出射，其中大部分透射分光裝置的透射區(qū)而形成發(fā)光裝置的出射光。
[0007]本發(fā)明還提出一種投影裝置，包括上述的發(fā)光裝置。
[0008]利用本發(fā)明的發(fā)光裝置，利用激光在凹陷內(nèi)壁的多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性。同時(shí)還利用入射的激光和散射后的激光在準(zhǔn)直性上的差別而將散射后的激光從光路中分離出來(lái)形成出射光。
[0009]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1A表示了本發(fā)明的發(fā)光裝置的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1B表不了圖1A實(shí)施例中的分光裝置的正視圖；
圖2A和2B是圖1A實(shí)施例中優(yōu)化的分光裝置的透射區(qū)的透射譜的兩種舉例；
圖3A和圖3B是圖1A實(shí)施例中另外兩種散射反射裝置的兩種舉例；
圖4是本發(fā)明的反光裝置的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的反光裝置的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明的反光裝置的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]

【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明的發(fā)光裝置的第一實(shí)施例如圖1A所示。該發(fā)光裝置包括激光光源(圖中未畫(huà)出)和散射反射裝置123，該散射反射裝置123包括至少一個(gè)凹陷124，凹陷124內(nèi)壁124a具有散射反射屬性。發(fā)光裝置還包括分光裝置121，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)121a和反射區(qū)121b。其中，激光光源發(fā)出的激光101透射分光裝置的透射區(qū)121a并入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷124內(nèi)，激光在該凹陷124內(nèi)散射反射后出射，其中大部分入射于分光裝置的反射區(qū)121b并被其反射而形成發(fā)光裝置的出射光102。
[0013]圖1B為分光裝置121的正視圖，可見(jiàn)其分光面的大部分區(qū)域?yàn)榉瓷鋮^(qū)121b，反射區(qū)包圍的一塊近似圓形區(qū)域?yàn)橥干鋮^(qū)121a。激光101具有準(zhǔn)直的特性，因此至少部分可以穿過(guò)透射區(qū)121a ;而激光在散射反射裝置的凹陷124內(nèi)散射后，充分消除了相干性，準(zhǔn)直特性也不在具備，因此其出射光的范圍會(huì)覆蓋整個(gè)分光裝置，其中大部分會(huì)被反射區(qū)121b反射而形成出射光，小部分會(huì)透過(guò)透射區(qū)121a而形成光損耗。本發(fā)明就是利用入射的激光和散射后的激光在準(zhǔn)直性上的差別而將散射后的激光從光路中分離出來(lái)形成出射光的。顯然，圖1B所示的透射區(qū)和反射區(qū)的分布形狀只是舉例，也可以采用其他形狀，此處不贅述。
[0014]在本實(shí)施例中，散射反射裝置的凹陷124是起到消除激光相干性的核心部件。當(dāng)激光入射于凹陷124內(nèi)，激光會(huì)在其內(nèi)壁反生多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性?？梢岳斫?，凹陷的深度越深則散射的次數(shù)越多，消相干的效果越好，而效率也越低。因此實(shí)際中凹陷的深度是消相干效果和效率的折中，這可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
[0015]凹陷124的內(nèi)壁124a所具有的散射反射屬性在實(shí)際中是容易加工形成的。例如在凹陷表面噴白色散射材料，例如白色無(wú)機(jī)粉末硫酸鋇、氧化鈦、氧化鋁等，也可以采用靜電涂裝的方式使白色無(wú)機(jī)粉末吸附于凹陷內(nèi)壁。在涂覆散射材料之前，凹陷內(nèi)壁可能是反射或半反射的，這種情況下散射材料可以涂覆薄一些；當(dāng)然內(nèi)壁也可能是不反射的，這種情況下散射材料需要涂覆厚一些以提高反射率。也有可能散射反射裝置本身就具有散射反射的表面屬性，例如白色多孔陶瓷。加工白色多孔陶瓷使其表面形成凹陷124，此時(shí)不需要做處理凹陷的內(nèi)壁就具有很好的散射反射屬性。顯然，此處所列舉的加工散射反射裝置的方法只是舉例，并使構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域工程師容易應(yīng)用一些現(xiàn)成的方法來(lái)制造散射反射裝置，此處就不一一列舉。
[0016]分光裝置也是容易加工的。例如在一塊玻璃上分區(qū)鍍膜，或者在一塊反射鏡上打洞而形成透射區(qū)。
[0017]在本實(shí)施例中，優(yōu)選的，還包括位于分光裝置121和散射反射裝置123光路之間的光收集透鏡或光收集透鏡組122，該光收集透鏡(組)122用于將入射的激光101聚焦于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷124內(nèi)，同時(shí)也用于將從散射反射裝置123出射的光收集起來(lái)并投射往分光裝置121，從而提高了光利用效率。
[0018]通過(guò)上面的描述可以理解，經(jīng)過(guò)散射反射裝置散射后的激光會(huì)有部分透射分光裝置的透射區(qū)121a從而造成一定的損失。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)分光裝置的透射區(qū)121a的濾光特性可以減小這種損失。優(yōu)選的，分光裝置的透射區(qū)具有透射該入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的屬性，其該透射區(qū)的透射譜的兩個(gè)舉例如圖2A和2B所示。圖2A和2B中，標(biāo)識(shí)201的光譜為激光光譜，標(biāo)識(shí)“S偏振光”的曲線為S偏振光入射于透射區(qū)121a時(shí)透射區(qū)的透射譜，標(biāo)識(shí)“P偏振光”的曲線為P偏振光入射于透射區(qū)121a時(shí)透射區(qū)的透射譜。使激光光源發(fā)出的激光以P偏振光入射于分光裝置的透射區(qū)，那么該激光顯然可以透射該透射區(qū)而入射于散射反射裝置，而經(jīng)過(guò)散射反射裝置散射和反射后，光的偏振態(tài)被打散，因此但其再次入射于分光裝置的透射區(qū)時(shí)，S偏振光和P偏振光幾乎各占一半，這樣S偏振光的部分就可以被透射區(qū)反射而成為出射光的一部分，提高了光利用效率。其中的圖2A和2B所示的透過(guò)譜顯然都可以實(shí)現(xiàn)上述的透射區(qū)的功能，在實(shí)際中可以根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。
[0019]在圖1A所示的實(shí)施例中，凹陷124的截面形狀為矩形。顯然凹陷的截面形狀也可以是其它形狀，例如梯形。如圖3A所示。截面為梯形的凹陷324的內(nèi)壁324a具有散射反射屬性，入射于凹陷324內(nèi)的激光同樣會(huì)在其內(nèi)部多次反射散射后最終出射。而與矩形截面的凹陷124相比，梯形截面可以減小出射光的發(fā)散角，對(duì)后端的光收集效率的提升有一定幫助。
[0020]無(wú)論是圖1A中的矩形截面的凹陷，還是圖3A所示的梯形截面的凹陷，都是以單個(gè)凹陷在起散射反射的作用，而實(shí)際上也可能是多個(gè)凹陷同時(shí)起作用。如圖3B所示，該散射反射裝置333的左側(cè)面為作用面，作用面上包括多個(gè)小的三角形截面的凹陷334，每個(gè)凹陷334表面334a都具有散射反射屬性。激光入射于多個(gè)凹陷334內(nèi)，并分別在其內(nèi)部散射反射而消除相干性。多個(gè)凹陷的好處在于在組裝是不用考慮激光與單個(gè)凹陷的對(duì)準(zhǔn)。
[0021]圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1A所示的實(shí)施例不同的是，入射激光與散射后出射的激光的光路對(duì)調(diào)了。如圖所示，分光裝置421的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)421b和反射區(qū)421a。其中，激光光源發(fā)出的激光401入射于分光裝置的反射區(qū)421a并被其以反射的方式引導(dǎo)入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷424內(nèi)，激光在該凹陷424內(nèi)散射反射后出射，其中大部分透射分光裝置的透射區(qū)421b而形成發(fā)光裝置的出射光402。在本實(shí)施例中，分光裝置421最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式就是一塊小反射鏡來(lái)充當(dāng)反射區(qū)421a，小反射鏡周?chē)礊橥干鋮^(qū)421b。當(dāng)然，出于容易夾持的考慮分光裝置421也可以是一片透明玻璃而分區(qū)鍍膜，中心的反射區(qū)421a鍍反射膜，反射區(qū)周?chē)耐干鋮^(qū)421b鍍?cè)鐾改せ虿诲兡ぁ?br> [0022]與圖1A所示的實(shí)施例類似的，本實(shí)施例中也可以通過(guò)優(yōu)化透射區(qū)421a的濾光特性來(lái)提高光利用率。在本實(shí)施例中，透射區(qū)421a具有透射該入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的屬性，即如圖2A和2B表示的那樣。同時(shí)控制激光光源發(fā)出的激光401以S偏振光入射于分光裝置的反射區(qū)，那么該激光顯然可以被該反射區(qū)反射而入射于散射反射裝置，而經(jīng)過(guò)散射反射裝置散射和反射后，光的偏振態(tài)被打散，因此但其再次入射于分光裝置的透射區(qū)時(shí)，S偏振光和P偏振光幾乎各占一半，這樣P偏振光的部分就可以透射反射區(qū)而成為出射光的一部分，提高了光利用效率。
[0023]圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它是圖1A所示實(shí)施例的一個(gè)變形。與圖1A所示實(shí)施例不同的是，分光裝置的反射區(qū)521b為弧形。這樣的好處在于可以將散射后的光502直接聚焦形成聚焦的出射光。值得說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，透射區(qū)521a的實(shí)現(xiàn)方法有多種。當(dāng)然可以使用在弧形分光面上分區(qū)鍍膜的方法，而更簡(jiǎn)單的方法是在弧形分光面上打洞，再使用一塊鍍膜后的小濾光片覆蓋在這個(gè)洞上。當(dāng)然，如果不利用入射于透射區(qū)的散射后的激光，則打洞本身就構(gòu)成透射區(qū)從而不需要在覆蓋小濾光片。
[0024]圖6是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它是圖5所示的實(shí)施例的一個(gè)變形。與圖5所示的實(shí)施例不同的是，分光裝置的反射區(qū)621b的截面為半圓形，散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷位于半圓形的圓心旁；還包括光接收裝置626，光接收裝置626的入口中心與散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷根據(jù)半圓形的圓心對(duì)稱?；蛘?，分光裝置的反射區(qū)621b的截面為半橢圓形，散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷位于半橢圓形的一個(gè)焦點(diǎn)上；還包括光接收裝置626，光接收裝置的入口中心位于半橢圓形的另一個(gè)焦點(diǎn)上。這樣，從凹陷出射的散射光602的大部分會(huì)被分光裝置的反射區(qū)621b收集并聚焦于光接收裝置626的入口。值得說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，透射區(qū)621a的實(shí)現(xiàn)方法有多種。當(dāng)然可以使用在弧形分光面上分區(qū)鍍膜的方法，而更簡(jiǎn)單的方法是在弧形分光面上打洞，再使用一塊鍍膜后的小濾光片覆蓋在這個(gè)洞上。當(dāng)然，如果不利用入射于透射區(qū)的散射后的激光，則打洞本身就構(gòu)成透射區(qū)從而不需要在覆蓋小濾光片。
[0025]本實(shí)施例與圖5所示的實(shí)施例相比還有一個(gè)區(qū)別，就是分光裝置的反射區(qū)621b本身就充當(dāng)了收集散射光602的作用，因此圖5所示的實(shí)施例中的光收集透鏡522就不再需要的。
[0026]本發(fā)明還提出一種投影裝置，包括上述的發(fā)光裝置。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于: 包括激光光源和散射反射裝置，該散射反射裝置包括至少一個(gè)凹陷，凹陷內(nèi)壁具有散射反射屬性； 還包括分光裝置，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)和反射區(qū)；其中，激光光源發(fā)出的激光透射分光裝置的透射區(qū)并入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，激光在該凹陷內(nèi)散射反射后出射，其中大部分入射于分光裝置的反射區(qū)并被其反射而形成發(fā)光裝置的出射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，激光光源發(fā)出的激光以P偏振光入射于分光裝置的透射區(qū)，且分光裝置的透射區(qū)具有透射該入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的屬性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括位于分光裝置和散射反射裝置光路之間的光收集透鏡(組)，該光收集透鏡(組)用于將入射的激光聚焦于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，同時(shí)也用于將從散射反射裝置出射的光收集起來(lái)并投射往分光裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述凹陷的截面為矩形、梯形、三角形中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述分光裝置的反射區(qū)為弧形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于: 所述分光裝置的反射區(qū)的截面為半圓形，所述散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷位于半圓形的圓心旁；還包括光接收裝置，光接收裝置的入口中心與散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷根據(jù)半圓形的圓心對(duì)稱；或者， 所述分光裝置的反射區(qū)的截面為半橢圓形，所述散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷位于半橢圓形的一個(gè)焦點(diǎn)上；還包括光接收裝置，光接收裝置的入口中心位于半橢圓形的另一個(gè)焦點(diǎn)上。
7.一種發(fā)光裝置，其特征在于: 包括激光光源和散射反射裝置，該散射反射裝置包括至少一個(gè)凹陷，凹陷內(nèi)壁具有散射反射屬性； 還包括分光裝置，該分光裝置的分光面上包括兩個(gè)區(qū)，透射區(qū)和反射區(qū)；其中，激光光源發(fā)出的激光入射于分光裝置的反射區(qū)并被其以反射的方式引導(dǎo)入射于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，激光在該凹陷內(nèi)散射反射后出射，其中大部分透射分光裝置的透射區(qū)而形成發(fā)光裝置的出射光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其特征在于，激光光源發(fā)出的激光以S偏振光入射于分光裝置的反射區(qū)，且分光裝置的透射區(qū)具有透射該入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的屬性。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括位于分光裝置和散射反射裝置光路之間的光收集透鏡(組)，該光收集透鏡(組)用于將入射的激光聚焦于散射反射裝置的至少一個(gè)凹陷內(nèi)，同時(shí)也用于將從散射反射裝置出射的光收集起來(lái)并投射往分光裝置。
10.一種投影裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置。
【文檔編號(hào)】G02B27/48GK104460206SQ201410714975
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】楊毅 申請(qǐng)人:楊毅