专利名称：激光匀光消相干装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光匀光消相干装置，更具体的涉及一种可用于显示 设备的激光匀光消相干装置。
背景技术：
激光作为一种亮度高、单色性好、方向性好的光源近些年来在很多领域都 得到了广泛的应用。在显示系统中，单色高亮度的照明光源对显示图像的质量 起着重要的作用，对显示系统的性能有极大的提高，因此，激光已经成为显示 系统的主要光源之一。但是，由于激光的光场在整个截面上通常不具有均匀分 布的光强，比如激光的高斯分布，使得激光在照明区域内光场分布极度不均匀。
对于照明均匀性要求很高的激光前投影、激光背投影电视中LC0或LC0S的照 明，光强分布的不均匀性将直接影响到系统的性能。另外，光能的利用率也是 照明系统中非常重要的一个因素，由于光源光斑通常为圓形，而仪器设备需照 明的区域很多情况下都是矩形或正方形，这种照明光场与需照明的区域形状的 不匹配会严重影响光能的利用率，虽然通过特殊工艺，比如对照明光^^中的元 件镀增透膜可以适当提高整个照明系统的透过率，从而提高光能的利用率，但 是，这种利用率的提高非常有限。还有，由于激光具有极高的相干性，在照明 面上会有明显的干涉条紋，在显示投影系统中，直接影响图像的质量。
目前，作为使光强均匀化的光学均匀器主要为阵列型器件，可以是复眼透 镜、微复眼透镜和阵列反射镜等，阵列型器件的各单元一般采用胶合方式集成。 阵列型均匀器照明光路釆用柯拉照明方式，复眼透镜均匀照明由各透射单元透 镜分割波面，每一单元都将它所覆盖的不均匀光场投射到照明区域内叠加，形 成均匀的照明，适当增加单元数，可以提高混光均匀性。但是，阵列型透镜或反射镜存在工艺技术复杂、截面尺寸大、照明光路复杂、体积大、成本高和产 品合格率低等难题，更重要的是对于用激光作光源的照明系统，用于胶合单元
镜的胶层会对激光产生强烈的吸收，使得光能利用率降低，而且产生的热能还 会损伤均勻器件，透镜元边界的散射和表面反射也会降低光源的利用率。
为了克服激光干涉条紋，人们采用了各种不同的方法，比如振动屏幕，声 波以及各种复杂的光学系统。有人使用光纤，有人使用全息的方法，虽然可以 达到消相干的目的，但系统复杂，造价昂贵。因此，本领域需要一种成本较低 的激光匀光和消相干的方法或者装置。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种激光匀光消相干装置，包括入 光滤波片、光棒以及出光滤波片，所述入光滤波片、光棒以及出光滤波片依次 连接，所述入光滤波片包括入光口，内表面设有第一膜层，所述光棒包括第二 膜层，所述出光滤波片的内表面设有第三膜层，所述第一膜层和第二膜层都为 反射膜，所述第三膜层既有透射又有反射特性。
所述入光口表面设有第四膜层，所述第四膜层为增透膜。所述增透膜的厚
度为入射激光在所述增透膜介质中波长的1/4。
所述入光口为圆形。所述入光口的大小与入射的激光光束大小相同。 所述光棒为空心光棒，所述第二膜层设置在空心光棒的内表面。 所述入光滤波片和出光滤波片为矩形。所述矩形的宽高比为4: 3或16:9。 所述反射膜为全反射膜。
本实用新型提供的激光匀光消相干装置根据激光的特性设计了适当的匀光 解决方案，既能得到理想的匀光和消相干效果，又能充分利用激光光能，提高 光能利用率，体积小、效果好，成本低。
图1所示为一个本实用新型的激光匀光消相千装置的实施例的示意图。 图2所示为一个本实用新型的激光匀光消相干装置的实施例的侧视图。图3所示为一个本实用新型的激光匀光消相干装置的实施例的正视图。
图4所示为一个本实用新型的激光匀光消相干装置的实施例的光路示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，并使本实用新型的 上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实施方式
对本 实用新型作进 一 步详细的说明。
图1所示为一个本实用新型的激光匀光消相干装置的实施例的示意图。图 2所示为该实施例的激光匀光消相干装置的侧视图。图3所示为该实施例的激 光匀光消相干装置的正视图。如图所示，本实施例的激光匀光消相干装置100 包括入光滤波片110、光棒120以及出光滤波片130。其中，入光滤波片110 和出光滤波片130为前后两表面镀膜的玻璃板，其形状为矩形，入光滤波片110 和出光滤波片130的大小、尺寸都相同。入光滤波片IIO上设有入光口 111, 激光从入光口 111射入光棒120，入射的激光经过光棒120的反射最终到达出 光滤波片130。入射的激光到达出光滤波片130之后， 一部分从出光滤波片130 透射射出，另一部分则被反射回光棒120,反射回的激光经过光棒120的反射， 回到入光滤波片110，入光滤波片110的内表面设有反射膜，将反射回的激光 再次反射入光棒12 0,最后这些反射回的激光再次到达出光滤波片13 0 ，同样的， 在到达出光滤波片130之后， 一部分激光从出光滤波片130透射射出，另一部 分激光则被反射回光棒120,这样，经过多次光棒120和入光滤波片110的反 射，最初入射的激光最终都从出光滤波片130透射射出。
具体的，入光滤波片IIO的入光口 111的形状应当与会聚入射的激光光斑 形状相吻合，这样可有效保证光能的利用率。 一般情况下，入射的激光光斑都 是圓形，因此入光口 111的形状一般也为圓形。而入光口111的大'J、一般也应 当和会聚入射的激光光斑大小相当，既不能大大，也不能太小， 一般比入射的 激光光斑稍微大一点比较合适。入光口 111的大小比入射的激光光斑稍大，可以保证入射的激光被充分利用，提高入射激光的利用率。但是在保证入射激光 的利用率的同时，入光口lll也不能太大，因为入射的激光有一部分最后会经
过出光滤波片130的反射和光棒120的反射回到入光滤波片110，由于入光口 111的存在，有一部分激光不可避免的会发射到入光口 111，而这些激光由于无 法通过入光滤波片110的内表面反射回出光滤波片130，因而会被浪费，如果 入光口 111太大，反射出入光口 111的激光就会增加，浪费的激光也就会增加。 因此，从理论上讲，入光口 111的大小与会聚入射的激光光斑大小相等最为合 适。
同时，为了进一步提高入射激光的利用率，入光口 111可以设有增透膜。 增透膜是一种使玻璃镜片的透光性能更好的玻璃后加工工艺，利用的是光的干 涉原理，由于反射光与透射光的能量之和等于入射光的能量，增透膜的作用即 是使空气与膜的界面上的 一 旬反射光跟膜与玻璃界面上的 一列反射光返回到空 气与膜的界面时恰好反相，产生相消干涉，从而使反射光的能量趋近于零，使 透射光的能量达到最大。本实施例可以按照需要，选择不同厚度的增透膜来对 不同颜色的入射光进行增透。增透膜的厚度可以通过一下方法计算获得。当光 射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全 反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃材质上的 增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时， 使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光 程差为半个波长。增透膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路 程，即为膜的厚度的两倍。所以，增透膜的厚度应为光在薄膜介质中波长的1/4, 从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d:人/4n (其中n为膜的 折射率，入为光在空气中的波长)。
为了保证激光匀光消相干装置在显示器件中的使用效果，本实施例的激光 匀光消相千装置100的入光滤波片110和出光滤波片130为矩形，其尺寸与使 用的显示器件一致，以保证光能的利用率。洌如，如果显示器件的宽高比为4: 3，则入光滤波片IIO和出光滤波片130的比例为4:3;如果显示器件的宽高比为 16:9,则入光滤波片IIO和出光滤波片130的比例为16:9。另外， 一般情况下， 入光滤波片IIO和出光滤波片130的尺寸相同。
光棒120可以是一个空心的光棒，内表面设有反射膜，也可以是外表面设 有反射膜的实心光棒。这里的反射膜用来增加光学表面的反射率。反射膜一般 可分为两大类， 一类是金属反射膜， 一类是全电介质反射膜。此外，还有把两 者结合起来的金属电介质反膜。 一般金属都具有较大的消光系数，当光束由空 气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光 能相应减少，而反射光能增加。消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属 内部的光能越少，反射率越高。人们总是选择光系数较大，光学性质较稳定的 那些金属作为金属膜材料。在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用 铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和柏也常作一些特种薄膜的膜料。 由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，以必须用电介质膜加 以保护。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。 金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；缺点是光损大，反射 率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀 几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。金属电介质反射膜增加了 某一波长的反射率，却破坏了金属膜中性反射的特点。全电介质反射膜是建立 在多光束干涉基础上的。与增透膜相反，在光学表面上镀一层折射率高于基体 材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。最简单的多层反射是由高、低折 射率的二种材料交替蒸镀而成的，每层膜的光学厚度为某一波长的四分一。在这 种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着 薄膜层数的增加而增加。光棒120可以选择上述反射膜中的任意一种，优选的， 本实施例的光棒120的反射膜为全电介质反射膜。
出光滤波片130的内表面也有一个膜层，和入光滤波片IIO入光口 111的 透射膜以及光棒120的反射膜都不同，出光滤波片130的内表面膜层既有透射又有反射的特性，这样的设计用于提高激光匀光消相千装置100的匀光效果，
破坏入射激光的相干性。出光滤波片130的内表面膜层的透射率和反射率需要 根据入射激光的不同而变化，也需要根据出光滤波片130的尺寸以及光棒120 的长度等参数进行确定。具体的，可以通过多次的试验来获得最佳的透射率和 反射率，以获得理想的匀光、消相干效果。
图4所示为激光匀光消相干装置100的光路示意图，以一束光线为例说明 了激光匀光消相干装置100的激光发射和透射的过程。如图所示，实线光线表 示入射光线，经入光滤波片IIO的入光口 111进入光棒120后经过一次或多次 反射完成第一次匀光到达出光滤波片130的内表面。光线到达出光滤波片130 的内表面之后，部分光线透射射出，剩余部分被反射回光棒120中，经光棒120 一次或多次反射完成第二次匀光到达入光滤波片IIO的内表面，经光滤波片110 的内表面反射后再次在光棒120内经过一次或多次反射完成第三次匀光，到达 出光滤波片130的内表面。这样，在一个循环内有部分光线为一次匀光，剩余 部分光线则经过了三次匀光，有效的提高了激光匀光消相干装置100的匀光效 果，这样的匀光效果要比传统光棒有显著提升。而且，本实施例的激光匀光消 相干装置IOO在某一时刻从出光滤波片130输出的光束是由不同时刻的入射光 束组合而成，其等相位面发生了变化，破坏了其相干性，因而本实施例的激光 匀光消相干装置100可有效减轻画面散斑。
由以上的说明可以看出，本实用新型提供的激光匀光消相干装置根据激光 的特性设计了适当的匀光解决方案，既能得到理想的匀光和消相干效果，又能 充分利用激光光能，提高光能利用率，体积小、效果好，成本低。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上 述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、 改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种激光匀光消相干装置，包括入光滤波片、光棒以及出光滤波片，所述入光滤波片、光棒以及出光滤波片依次连接，其特征在于所述入光滤波片包括入光口，内表面设有第一膜层，所述光棒包括第二膜层，所述出光滤波片的内表面设有第三膜层，所述第一膜层和第二膜层都为反射膜，所述第三膜层既有透射又有反射特性。
2、 根据权利要求l所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述入光口 表面设有第四膜层，所述第四膜层为增透膜。
3、 根据权利要求2所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述增透膜 的厚度为入射激光在所述增透膜介质中波长的1/4。
4、 根据权利要求1所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述入光口 为圆形。
5、 根据权利要求4所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述入光口 的大小与入射的激光光束大小相同。
6、 才艮据权利要求1所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述光棒为 空心光棒，所述第二膜层设置在空心光棒的内表面。
7、 根据权利要求1所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述入光滤 波片和出光滤波片为矩形。
8、 根据权利要求7所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述入光滤 波片和出光滤波片为宽高比为4: 3的矩形。
9、 根据权利要求7所述的激光勻光消相干装置，其特征在于所述入光滤 波片和出光滤波片为宽高比为16: 9的矩形。
10、 根据权利要求1所述的激光匀光消相干装置，其特征在于所述反射 膜为全反射膜。
专利摘要本实用新型提供了一种激光匀光消相干装置，包括入光滤波片、光棒以及出光滤波片，所述入光滤波片、光棒以及出光滤波片依次连接，所述入光滤波片包括入光口，内表面设有第一膜层，所述光棒包括第二膜层，所述出光滤波片的内表面设有第三膜层，所述第一膜层和第二膜层都为反射膜，所述第三膜层既有透射又有反射特性。本实用新型提供的激光匀光消相干装置根据激光的特性设计了适当的匀光解决方案，既能得到理想的匀光和消相干效果，又能充分利用激光光能，提高光能利用率，体积小、效果好，成本低。
文档编号G02B1/10GK201229413SQ20082002592
公开日2009年4月29日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者苗永平 申请人:青岛海信电器股份有限公司