CN104460206A - 发光装置和投影装置 - Google Patents

Abstract

提出一种发光装置和投影装置，包括激光光源和散射反射装置，该散射反射装置包括至少一个凹陷，凹陷内壁具有散射反射属性；还包括分光装置，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区和反射区；其中，激光光源发出的激光透射分光装置的透射区并入射于散射反射装置的至少一个凹陷内，激光在该凹陷内散射反射后出射，其中大部分入射于分光装置的反射区并被其反射而形成发光装置的出射光。利用本发明的发光装置，利用激光在凹陷内壁的多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性。同时还利用入射的激光和散射后的激光在准直性上的差别而将散射后的激光从光路中分离出来形成出射光。

Description

发光装置和投影装置

技术领域

本发明涉及光源领域，特别是涉及一种发光装置和使用这种发光装置的投影装置。

背景技术

当前，激光光源的应用已经越来越得到人们的重视。激光具有高亮度、长寿命的优点，但其问题在于相干性很强，用于显示则表现为散斑问题严重。要想消除散斑必须消除激光的相干性，而作为激光的本质属性之一，相干性的消除很困难，往往要以牺牲效率作为代价。这个问题始终没有得到很好的解决，这也制约了激光光源用于显示的前景。

发明内容

本发明提出一种发光装置，包括激光光源和散射反射装置，该散射反射装置包括至少一个凹陷，凹陷内壁具有散射反射属性；还包括分光装置，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区和反射区；其中，激光光源发出的激光透射分光装置的透射区并入射于散射反射装置的至少一个凹陷内，激光在该凹陷内散射反射后出射，其中大部分入射于分光装置的反射区并被其反射而形成发光装置的出射光。

本发明还提出一种发光装置，包括激光光源和散射反射装置，该散射反射装置包括至少一个凹陷，凹陷内壁具有散射反射属性；还包括分光装置，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区和反射区；其中，激光光源发出的激光入射于分光装置的反射区并被其以反射的方式引导入射于散射反射装置的至少一个凹陷内，激光在该凹陷内散射反射后出射，其中大部分透射分光装置的透射区而形成发光装置的出射光。

本发明还提出一种投影装置，包括上述的发光装置。

利用本发明的发光装置，利用激光在凹陷内壁的多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性。同时还利用入射的激光和散射后的激光在准直性上的差别而将散射后的激光从光路中分离出来形成出射光。

附图说明

图1A表示了本发明的发光装置的第一实施例的结构示意图；

图1B表示了图1A实施例中的分光装置的正视图；

图2A和2B是图1A实施例中优化的分光装置的透射区的透射谱的两种举例；

图3A和图3B是图1A实施例中另外两种散射反射装置的两种举例；

图4是本发明的反光装置的另一个实施例的结构示意图；

图5是本发明的反光装置的另一个实施例的结构示意图；

图6是本发明的反光装置的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明的发光装置的第一实施例如图1A所示。该发光装置包括激光光源（图中未画出）和散射反射装置123，该散射反射装置123包括至少一个凹陷124，凹陷124内壁124a具有散射反射属性。发光装置还包括分光装置121，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区121a和反射区121b。其中，激光光源发出的激光101透射分光装置的透射区121a并入射于散射反射装置的至少一个凹陷124内，激光在该凹陷124内散射反射后出射，其中大部分入射于分光装置的反射区121b并被其反射而形成发光装置的出射光102。

图1B为分光装置121的正视图，可见其分光面的大部分区域为反射区121b，反射区包围的一块近似圆形区域为透射区121a。激光101具有准直的特性，因此至少部分可以穿过透射区121a；而激光在散射反射装置的凹陷124内散射后，充分消除了相干性，准直特性也不在具备，因此其出射光的范围会覆盖整个分光装置，其中大部分会被反射区121b反射而形成出射光，小部分会透过透射区121a而形成光损耗。本发明就是利用入射的激光和散射后的激光在准直性上的差别而将散射后的激光从光路中分离出来形成出射光的。显然，图1B所示的透射区和反射区的分布形状只是举例，也可以采用其他形状，此处不赘述。

在本实施例中，散射反射装置的凹陷124是起到消除激光相干性的核心部件。当激光入射于凹陷124内，激光会在其内壁反生多次散射反射，使其充分的混合以消除相干性。可以理解，凹陷的深度越深则散射的次数越多，消相干的效果越好，而效率也越低。因此实际中凹陷的深度是消相干效果和效率的折中，这可以通过实验来确定。

凹陷124的内壁124a所具有的散射反射属性在实际中是容易加工形成的。例如在凹陷表面喷白色散射材料，例如白色无机粉末硫酸钡、氧化钛、氧化铝等，也可以采用静电涂装的方式使白色无机粉末吸附于凹陷内壁。在涂覆散射材料之前，凹陷内壁可能是反射或半反射的，这种情况下散射材料可以涂覆薄一些；当然内壁也可能是不反射的，这种情况下散射材料需要涂覆厚一些以提高反射率。也有可能散射反射装置本身就具有散射反射的表面属性，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，此时不需要做处理凹陷的内壁就具有很好的散射反射属性。显然，此处所列举的加工散射反射装置的方法只是举例，并使构成对本发明的限制，本领域工程师容易应用一些现成的方法来制造散射反射装置，此处就不一一列举。

分光装置也是容易加工的。例如在一块玻璃上分区镀膜，或者在一块反射镜上打洞而形成透射区。

在本实施例中，优选的，还包括位于分光装置121和散射反射装置123光路之间的光收集透镜或光收集透镜组122，该光收集透镜（组）122用于将入射的激光101聚焦于散射反射装置的至少一个凹陷124内，同时也用于将从散射反射装置123出射的光收集起来并投射往分光装置121，从而提高了光利用效率。

通过上面的描述可以理解，经过散射反射装置散射后的激光会有部分透射分光装置的透射区121a从而造成一定的损失。通过优化设计分光装置的透射区121a的滤光特性可以减小这种损失。优选的，分光装置的透射区具有透射该入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的属性，其该透射区的透射谱的两个举例如图2A和2B所示。图2A和2B中，标识201的光谱为激光光谱，标识“S偏振光”的曲线为S偏振光入射于透射区121a时透射区的透射谱，标识“P偏振光”的曲线为P偏振光入射于透射区121a时透射区的透射谱。使激光光源发出的激光以P偏振光入射于分光装置的透射区，那么该激光显然可以透射该透射区而入射于散射反射装置，而经过散射反射装置散射和反射后，光的偏振态被打散，因此但其再次入射于分光装置的透射区时，S偏振光和P偏振光几乎各占一半，这样S偏振光的部分就可以被透射区反射而成为出射光的一部分，提高了光利用效率。其中的图2A和2B所示的透过谱显然都可以实现上述的透射区的功能，在实际中可以根据实际情况选择使用。

在图1A所示的实施例中，凹陷124的截面形状为矩形。显然凹陷的截面形状也可以是其它形状，例如梯形。如图3A所示。截面为梯形的凹陷324的内壁324a具有散射反射属性，入射于凹陷324内的激光同样会在其内部多次反射散射后最终出射。而与矩形截面的凹陷124相比，梯形截面可以减小出射光的发散角，对后端的光收集效率的提升有一定帮助。

无论是图1A中的矩形截面的凹陷，还是图3A所示的梯形截面的凹陷，都是以单个凹陷在起散射反射的作用，而实际上也可能是多个凹陷同时起作用。如图3B所示，该散射反射装置333的左侧面为作用面，作用面上包括多个小的三角形截面的凹陷334，每个凹陷334表面334a都具有散射反射属性。激光入射于多个凹陷334内，并分别在其内部散射反射而消除相干性。多个凹陷的好处在于在组装是不用考虑激光与单个凹陷的对准。

图4是本发明另一个实施例的结构示意图。与图1A所示的实施例不同的是，入射激光与散射后出射的激光的光路对调了。如图所示，分光装置421的分光面上包括两个区，透射区421b和反射区421a。其中，激光光源发出的激光401入射于分光装置的反射区421a并被其以反射的方式引导入射于散射反射装置的至少一个凹陷424内，激光在该凹陷424内散射反射后出射，其中大部分透射分光装置的透射区421b而形成发光装置的出射光402。在本实施例中，分光装置421最简单的实现方式就是一块小反射镜来充当反射区421a，小反射镜周围即为透射区421b。当然，出于容易夹持的考虑分光装置421也可以是一片透明玻璃而分区镀膜，中心的反射区421a镀反射膜，反射区周围的透射区421b镀增透膜或不镀膜。

与图1A所示的实施例类似的，本实施例中也可以通过优化透射区421a的滤光特性来提高光利用率。在本实施例中，透射区421a具有透射该入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的属性，即如图2A和2B表示的那样。同时控制激光光源发出的激光401以S偏振光入射于分光装置的反射区，那么该激光显然可以被该反射区反射而入射于散射反射装置，而经过散射反射装置散射和反射后，光的偏振态被打散，因此但其再次入射于分光装置的透射区时，S偏振光和P偏振光几乎各占一半，这样P偏振光的部分就可以透射反射区而成为出射光的一部分，提高了光利用效率。

图5是本发明另一个实施例的结构示意图，它是图1A所示实施例的一个变形。与图1A所示实施例不同的是，分光装置的反射区521b为弧形。这样的好处在于可以将散射后的光502直接聚焦形成聚焦的出射光。值得说明的是，在本实施例中，透射区521a的实现方法有多种。当然可以使用在弧形分光面上分区镀膜的方法，而更简单的方法是在弧形分光面上打洞，再使用一块镀膜后的小滤光片覆盖在这个洞上。当然，如果不利用入射于透射区的散射后的激光，则打洞本身就构成透射区从而不需要在覆盖小滤光片。

图6是本发明另一个实施例的结构示意图，它是图5所示的实施例的一个变形。与图5所示的实施例不同的是，分光装置的反射区621b的截面为半圆形，散射反射装置的至少一个凹陷位于半圆形的圆心旁；还包括光接收装置626，光接收装置626的入口中心与散射反射装置的至少一个凹陷根据半圆形的圆心对称。或者，分光装置的反射区621b的截面为半椭圆形，散射反射装置的至少一个凹陷位于半椭圆形的一个焦点上；还包括光接收装置626，光接收装置的入口中心位于半椭圆形的另一个焦点上。这样，从凹陷出射的散射光602的大部分会被分光装置的反射区621b收集并聚焦于光接收装置626的入口。值得说明的是，在本实施例中，透射区621a的实现方法有多种。当然可以使用在弧形分光面上分区镀膜的方法，而更简单的方法是在弧形分光面上打洞，再使用一块镀膜后的小滤光片覆盖在这个洞上。当然，如果不利用入射于透射区的散射后的激光，则打洞本身就构成透射区从而不需要在覆盖小滤光片。

本实施例与图5所示的实施例相比还有一个区别，就是分光装置的反射区621b本身就充当了收集散射光602的作用，因此图5所示的实施例中的光收集透镜522就不再需要的。

本发明还提出一种投影装置，包括上述的发光装置。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于：

包括激光光源和散射反射装置，该散射反射装置包括至少一个凹陷，凹陷内壁具有散射反射属性；

还包括分光装置，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区和反射区；其中，激光光源发出的激光透射分光装置的透射区并入射于散射反射装置的至少一个凹陷内，激光在该凹陷内散射反射后出射，其中大部分入射于分光装置的反射区并被其反射而形成发光装置的出射光。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，激光光源发出的激光以P偏振光入射于分光装置的透射区，且分光装置的透射区具有透射该入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的属性。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括位于分光装置和散射反射装置光路之间的光收集透镜（组），该光收集透镜（组）用于将入射的激光聚焦于散射反射装置的至少一个凹陷内，同时也用于将从散射反射装置出射的光收集起来并投射往分光装置。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述凹陷的截面为矩形、梯形、三角形中的一种。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述分光装置的反射区为弧形。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：

所述分光装置的反射区的截面为半圆形，所述散射反射装置的至少一个凹陷位于半圆形的圆心旁；还包括光接收装置，光接收装置的入口中心与散射反射装置的至少一个凹陷根据半圆形的圆心对称；或者，

所述分光装置的反射区的截面为半椭圆形，所述散射反射装置的至少一个凹陷位于半椭圆形的一个焦点上；还包括光接收装置，光接收装置的入口中心位于半椭圆形的另一个焦点上。

7.一种发光装置，其特征在于：

包括激光光源和散射反射装置，该散射反射装置包括至少一个凹陷，凹陷内壁具有散射反射属性；

还包括分光装置，该分光装置的分光面上包括两个区，透射区和反射区；其中，激光光源发出的激光入射于分光装置的反射区并被其以反射的方式引导入射于散射反射装置的至少一个凹陷内，激光在该凹陷内散射反射后出射，其中大部分透射分光装置的透射区而形成发光装置的出射光。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，激光光源发出的激光以S偏振光入射于分光装置的反射区，且分光装置的透射区具有透射该入射激光的P偏振光并反射其S偏振光的属性。

9.根据权利要求7或8所述的发光装置，其特征在于，还包括位于分光装置和散射反射装置光路之间的光收集透镜（组），该光收集透镜（组）用于将入射的激光聚焦于散射反射装置的至少一个凹陷内，同时也用于将从散射反射装置出射的光收集起来并投射往分光装置。

10.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的发光装置。