專利名稱：激光勻光消相干裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光勾光消相干裝置，更具體的涉及一種可用于顯示設備 的激光勻光消相干裝置。
背景技術：
激光作為一種亮度高、單色性好、方向性好的光源近些年來在很多領域都 得到了廣泛的應用。在顯示系統中，單色高亮度的照明光源對顯示圖像的質量 起著重要的作用，對顯示系統的性能有極大的提高，因此，激光已經成為顯示 系統的主要光源之一。但是，由于激光的光場在整個截面上通常不具有均勻分 布的光強，比如激光的高斯分布，使得激光在照明區域內光場分布極度不均勻。
對于照明均勻性要求很高的激光前投影、激光背投影電視中LC0或LC0S的照 明，光強分布的不均勻性將直接影響到系統的性能。另外，光能的利用率也是 照明系統中非常重要的一個因素，由于光源光斑通常為圓形，而儀器設備需照 明的區域很多情況下都是矩形或正方形，這種照明光場與需照明的區域形狀的 不匹配會嚴重影響光能的利用率，雖然通過特殊工藝，比如對照明光路中的元 件鍍增透膜可以適當提高整個照明系統的透過率，從而提高光能的利用率，但 是，這種利用率的提高非常有限。還有，由于激光具有極高的相干性，在照明 面上會有明顯的干涉條紋，在顯示投影系統中，直接影響圖像的質量。
目前，作為使光強均勻化的光學均勻器主要為陣列型器件，可以是復眼透 鏡、微復眼透鏡和陣列反射鏡等，陣列型器件的各單元一般采用膠合方式集成。 陣列型均勻器照明光路采用柯拉照明方式，復眼透鏡均勻照明由各透射單元透 鏡分割波面，每一單元都將它所覆蓋的不均勻光場投射到照明區域內疊加，形 成均勻的照明，適當增加單元數，可以提高混光均勻性。但是，陣列型透鏡或
反射鏡存在工藝技術復雜、截面尺寸大、照明光路復雜、體積大、成本高和產 品合格率低等難題，更重要的是對于用激光作光源的照明系統，用于膠合單元
鏡的膠層會對激光產生強烈的吸收，使得光能利用率降低，而且產生的熱能還 會損傷均勻器件，透鏡元邊界的散射和表面反射也會降低光源的利用率。
為了克服激光干涉條紋，人們采用了各種不同的方法，比如振動屏幕，聲 波以及各種復雜的光學系統。有人使用光纖，有人使用全息的方法，雖然可以 達到消相干的目的，但系統復雜，造價昂貴。因此，本領域需要一種成本較低 的激光勻光和消相干的方法或者裝置。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種激光勻光消相干裝置，包括入光濾 波片、光棒以及出光濾波片，所述入光濾波片、光棒以及出光濾波片依次連接， 所述入光濾波片包括入光口，內表面設有第一膜層，所述光棒包括第二膜層， 所述出光濾波片的內表面設有第三膜層，所述第一膜層和第二膜層都為反射膜， 所述第三膜層既有透射又有反射特性。
所述入光口表面設有第四膜層，所述第四膜層為增透膜。所述增透膜的厚
度為入射激光在所述增透膜介質中波長的1/4。
所述入光口為圓形。所述入光口的大小與入射的激光光束大小相同。 所述光棒為空心光棒，所述第二膜層設置在空心光棒的內表面。 所述入光濾波片和出光濾波片為矩形。所述矩形的寬高比為4: 3或16:9。 所述反射膜為全反射膜。
本發明提供的激光勻光消相干裝置根據激光的特性設計了適當的勻光解決 方案，既能得到理想的勻光和消相干效果，又能充分利用激光光能，提高光能 利用率，體積小、效果好，成本低。
圖1所示為一個本發明的激光勻光消相干裝置的實施例的示意圖。 圖2所示為一個本發明的激光勻光消相千裝置的實施例的側視圖。
圖3所示為一個本發明的激光勻光消相干裝置的實施例的正視圖。
圖4所示為一個本發明的激光勻光消相干裝置的實施例的光路示意圖。
具體實施例方式
為了使本領域的技術人員更好地理解本發明方案，并使本發明的上述目的、 特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一
步詳細的說明。
圖1所示為一個本發明的激光勻光消相干裝置的實施例的示意圖。圖2所 示為該實施例的激光勻光消相干裝置的側視圖。圖3所示為該實施例的激光勻 光消相干裝置的正-見圖。如圖所示，本實施例的激光勻光消相干裝置100包括 入光濾波片110、光棒120以及出光濾波片130。其中，入光濾波片110和出光 濾波片130為前后兩表面鍍膜的玻璃板，其形狀為矩形，入光濾波片110和出 光濾波片130的大小、尺寸都相同。入光濾波片IIO上設有入光口 111，激光 從入光口 111射入光棒120,入射的激光經過光棒120的反射最終到達出光濾 波片130。入射的激光到達出光濾波片130之后， 一部分^Mv出光濾波片130透 射射出，另一部分則#1反射回光棒120，反射回的激光經過光棒120的反射， 回到入光濾波片110，入光濾波片110的內表面設有反射膜，將反射回的激光 再次反射入光棒120，最后這些反射回的激光再次到達出光濾波片130,同樣的， 在到達出光濾波片130之后， 一部分激光從出光濾波片130透射射出，另一部 分激光則被反射回光棒120，這樣，經過多次光棒120和入光濾波片110的反 射，最初入射的激光最終都從出光濾波片130透射射出。
具體的，入光濾波片IIO的入光口 111的形狀應當與會聚入射的激光光斑 形狀相吻合，這樣可有效保證光能的利用率。 一般情況下，入射的激光光斑都 是圓形，因此入光口 111的形狀一般也為圓形。而入光口lll的大d、一般也應 當和會聚入射的激光光斑大小相當，既不能太大，也不能太小， 一般比入射的 激光光斑稍微大一點比較合適。入光口 111的大小比入射的激光光斑稍大，可 以保證入射的激光被充分利用，提高入射激光的利用率。但是在保證入射激光
的利用率的同時，入光口lll也不能太大，因為入射的激光有一部分最后會經
過出光濾波片130的反射和光棒120的反射回到入光濾波片110，由于入光口 111的存在，有一部分激光不可避免的會發射到入光口 111,而這些激光由于無 法通過入光濾波片110的內表面反射回出光濾波片130,因而會被浪費，如果 入光口 111太大，反射出入光口 111的激光就會增加，浪費的激光也就會增加。 因此，從理論上講，入光口 111的大小與會聚入射的激光光斑大小相等最為合 適。
同時，為了進一步提高入射激光的利用率，入光口 111可以設有增透膜。 增透膜是一種使玻璃鏡片的透光性能更好的玻璃后加工工藝，利用的是光的干 涉原理，由于反射光與透射光的能量之和等于入射光的能量，增透膜的作用即 是使空氣與膜的界面上的一旬反射光跟膜與玻璃界面上的一列反射光返回到空 氣與膜的界面時恰好反相，產生相消干涉，從而使反射光的能量趨近于零，使 透射光的能量達到最大。本實施例可以按照需要，選擇不同厚度的增透膜來對 不同顏色的入射光進行增透。增透膜的厚度可以通過一下方法計算獲得。當光 射到兩種透明介質的界面時，若光從光密介質射向光疏介質，光有可能發生全 反射；當光從光疏介質射向光密介質，反射光有半波損失。對于玻璃材質上的 增透膜，其折射率大小介于玻璃和空氣折射率之間，當光由空氣射向鏡頭時， 使得膜兩面的反射光均有半波損失，從而使膜的厚度僅僅只滿足兩反射光的光 程差為半個波長。增透膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多經歷的路 程，即為膜的厚度的兩倍。所以，增透膜的厚度應為光在薄膜介質中波長的1/4, 從而使兩反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d =入/4n (其中n為膜的 折射率，入為光在空氣中的波長)。
為了保證激光勻光消相干裝置在顯示器件中的使用效果，本實施例的激光 勻光消相干裝置100的入光濾波片110和出光濾波片130為矩形，其尺寸與使 用的顯示器件一致，以保證光能的利用率。例如，如果顯示器件的寬高比為4: 3， 則入光濾波片IIO和出光濾波片130的比例為4:3;如果顯示器件的筧高比為
16:9,則入光濾波片110和出光濾波片130的比例為16:9。另外， 一般情況下， 入光濾波片110和出光濾波片130的尺寸相同。
光棒120可以是一個空心的光棒，內表面設有反射膜，也可以是外表面設 有反射膜的實心光棒。這里的反射膜用來增加光學表面的反射率。反射膜一般 可分為兩大類， 一類是金屬反射膜， 一類是全電介質反射膜。此外，還有把兩 者結合起來的金屬電介質反膜。 一般金屬都具有較大的消光系數，當光束由空 氣入射到金屬表面時，進入金屬內的光振幅迅速衰減，使得進入金屬內部的光 能相應減少，而反射光能增加。消光系數越大，光振幅衰減越迅速，進入金屬 內部的光能越少，反射率越高。人們總是選擇光系數較大，光學性質較穩定的 那些金屬作為金屬膜材料。在紫外區常用的金屬薄材料是鋁，在可見光區常用 鋁和銀，在紅外區常用金、銀和銅，此外，鉻和鉑也常作一些特種薄膜的膜料。 由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能，以必須用電介質膜加 以保護。常用的保護膜材if+有一氧化^i、氟化^:、 二氧化> 圭、三氧化二鋁等。 金屬反射膜的優點是制備工藝簡單，工作的波長范圍寬；缺點是光損大，反射 率不可能很高。為了使金屬反射膜的反射率進一步提高，可以在膜的外側加鍍 幾層一定厚度的電介質層，組成金屬電介質反射膜。金屬電介質反射膜增加了
某一波長的反射率，卻破壞了金屬膜中性反射的特點。全電介質反射膜是建立 在多光束干涉基礎上的。與增透膜相反，在光學表面上鍍一層折射率高于基體 材料的薄膜，就可以增加光學表面的反射率。最簡單的多層反射是由高、低折 射率的二種材料交替蒸鍍而成的，每層膜的光學厚度為某一波長的四分一。在這
種條件下，參加疊加的各界面上的反射光矢量，振動方向相同。合成振幅隨著 薄膜層數的增加而增加。光棒120可以選擇上述反射膜中的任意一種，優選的， 本實施例的光棒120的反射膜為全電介質反射膜。
出光濾波片130的內表面也有一個膜層，和入光濾波片110入光口 111的 透射膜以及光棒120的反射膜都不同，出光濾波片130的內表面膜層既有透射 又有反射的特性，這樣的設計用于提高激光勻光消相干裝置100的勻光效果，
破壞入射激光的相干性。出光濾波片130的內表面膜層的透射率和反射率需要
根據入射激光的不同而變化，也需要根據出光濾波片130的尺寸以及光棒120
的長度等參數進行確定。具體的，可以通過多次的試驗來獲得最佳的透射率和 反射率，以獲得理想的勻光、消相千效果。
圖4所示為激光勻光消相干裝置100的光路示意圖，以一束光線為例說明 了激光勻光消相干裝置100的激光發射和透射的過程。如圖所示，實線光線表 示入射光線，經入光濾波片IIO的入光口 111進入光棒120后經過一次或多次 反射完成第一次勻光到達出光濾波片130的內表面。光線到達出光濾波片130 的內表面之后，部分光線透射射出，剩余部分被反射回光棒120中，經光棒120 一次或多次反射完成第二次勻光到達入光濾波片IIO的內表面，經光濾波片110 的內表面反射后再次在光棒120內經過一次或多次反射完成第三次勻光，到達 出光濾波片130的內表面。這樣，在一個循環內有部分光線為一次勻光，剩余 部分光線則經過了三次勻光，有效的提高了激光勻光消相干裝置100的勻光效 果，這樣的勻光效果要比傳統光棒有顯著提升。而且，本實施例的激光勻光消 相干裝置IOO在某一時刻從出光濾波片130輸出的光束是由不同時刻的入射光 束組合而成，其等相位面發生了變化，破壞了其相干性，因而本實施例的激光 勻光消相干裝置100可有效減輕畫面散斑。
由以上的說明可以看出，本發明提供的激光勻光消相干裝置根據激光的特 性設計了適當的勻光解決方案，既能得到理想的勻光和消相干效果，又能充分 利用激光光能，提高光能利用率，體積小、效果好，成本低。
當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例， 本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加 或替換，也應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種激光勻光消相干裝置，包括入光濾波片、光棒以及出光濾波片，所述入光濾波片、光棒以及出光濾波片依次連接，其特征在于:所述入光濾波片包括入光口，內表面設有第一膜層，所述光棒包括第二膜層，所述出光濾波片的內表面設有第三膜層，所述第一膜層和第二膜層都為反射膜，所述第三膜層既有透射又有反射特性。
2、 根據權利要求1所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光口 表面設有第四膜層，'所述第四膜層為增透膜。
3、 根據權利要求2所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述增透膜 的厚度為入射激光在所述增透膜介質中波長的1/4。
4、 才艮據權利要求l所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光口 為圓形。
5、 根據權利要求4所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光口 的大小與入射的激光光束大小相同。
6、 根據權利要求1所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述光棒為 空心光棒，所述第二膜層設置在空心光棒的內表面。
7、 根據權利要求l所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光濾 波片和出光濾波片為矩形。
8、 根據權利要求7所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光濾 波片和出光濾波片為寬高比為4: 3的矩形。
9、 根據權利要求7所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述入光濾 波片和出光濾波片為寬高比為16: 9的矩形。
10、 根據權利要求l所述的激光勻光消相干裝置，其特征在于所述反射 膜為全反射膜。全文摘要
本發明提供了一種激光勻光消相干裝置，包括入光濾波片、光棒以及出光濾波片，所述入光濾波片、光棒以及出光濾波片依次連接，所述入光濾波片包括入光口，內表面設有第一膜層，所述光棒包括第二膜層，所述出光濾波片的內表面設有第三膜層，所述第一膜層和第二膜層都為反射膜，所述第三膜層既有透射又有反射特性。本發明提供的激光勻光消相干裝置根據激光的特性設計了適當的勻光解決方案，既能得到理想的勻光和消相干效果，又能充分利用激光光能，提高光能利用率，體積小、效果好，成本低。
文檔編號G02B1/10GK101377557SQ20081013827
公開日2009年3月4日 申請日期2008年7月12日 優先權日2008年7月12日
發明者苗永平 申請人:青島海信電器股份有限公司