CN106773480B - 一种匀光棒及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种匀光棒及照明系统，用以提高光源利用率及消除散斑，本发明实施例提供的匀光棒内部包含至少一个散射层，使所述匀光棒内的光透过所述至少一个散射层时发生散射。本发明实施例中，由于匀光棒内部设置有一个或多个散射层，因而可以对匀光棒内的光进行散射，一方面提高了匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，不再是能量集中中0度附近的近高斯型能量分布，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的；同时，由于散射层是设置于匀光棒内部的，相较于背景技术中的方案，不会减少光源进入匀光棒的入射率，因而在消除散斑的同时不会减少光源入射率。

Description

一种匀光棒及照明系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种匀光棒及照明系统。

背景技术

匀光棒，也称光棒或光导管，通常用于对光束的匀化。从结构组成上，可分为实心光棒或者空心光棒，实心光棒是利用全反射原理将收入光棒内部的光线经过多次全反射后再出射，空心光棒通常是由内壁涂有高反射膜的四个侧壁拼接形成，利用内壁上的高反射膜将进入光棒内部的光束进行多次反射。由于多个发散角度的光束经过多次反射，能够达到光束分布均匀的目的，进而实现匀光棒的匀化效果。

在投影系统中，匀光棒通常被设置于投影光源和光机部分的衔接位置处，用于接收光源发出的一定角度范围内的光束，并将光束匀化后再输出给光机照明组件，投射到光阀光接收面，光束被光阀反射，进入投影镜头，最终成像。

由于在投影显示过程中使用激光光源，激光具有高亮，高色域，单色性强等优点，同时也具有高相干而带来散斑现象的缺点。因此在上述的投影系统中，通常在匀光之前，还需要设置专门的消散斑部件对激光光束先进行消散斑，之后再进行匀化投射到光阀上。如图1所示，为现有技术中常用的一种消除散斑的光路，其中，在激光光源进入匀光棒之前，通过一个或多个散射片对光源进行散射，可以达到一定的消除散斑的目的。

但图1所示的光路存在的主要问题是：散射片对光源光束进行散射时，使得光源光束的发散角度增大，而匀光棒收光具有一定的角度要求，这就极易造成一部分发散角度的光束无法被匀光棒收入，形成光损，一种解决方式是，再在散射片增加会聚收光透镜，这就会造成光路器件数量增多，光路调试复杂性也提高。

发明内容

本发明提供一种匀光棒及照明系统，用以在对光束进行匀化的同时，起到消散斑效果，从而既保证了光源利用率，还能简化光路系统。

第一方面，本发明实施例提供一种匀光棒，所述匀光棒内部包含至少一个散射层，使所述匀光棒内的光透过所述至少一个散射层时发生散射。

本发明实施例提供一种匀光棒，该匀光棒内部包含至少一个散射层，使所述匀光棒内的光透过所述至少一个散射层时发生散射。本发明实施例中，由于匀光棒内部设置有一个或多个散射层，因而可以对匀光棒内的光进行散射，一方面提高了匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，不再是能量集中中0度附近的近高斯型能量分布，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的；同时，由于散射层是设置于匀光棒内部的，相较于背景技术中的方案，不会减少光源进入匀光棒的入射率，因而在消除散斑的同时不会减少光源入射率。

第二方面，本发明实施例提供一种照明系统，接收光源光束，包括：如上所述的匀光棒，光机照明组件及光阀；

所述光源提供三基色光束，所述三基色光束进入所述匀光棒进行混光，经所述匀光棒出射至所述光机照明组件后照射至所述光阀的表面。

本发明实施例提供的照明系统，由于使用了内部设置有散射层的匀光棒，该匀光棒在不减少光源收光效率的前提下，还同时可达到消除散斑的目的，从而使得照明系统能够达到匀光和消散斑双重作用，以及，匀光棒的多功能化，使得照明系统光路中还能够减少独立消散斑部件的使用，有利于照明系统的简化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的消除散斑装置示意图；

图2为本发明实施例提供的匀光棒示意图；

图3为本发明实施例提供的匀光棒示意图；

图4为本发明实施例提供的匀光棒示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的实心匀光棒结构爆炸示意图；

图5(b)为本发明实施例提供的空心匀光棒结构爆炸示意图；

图6为本发明实施例提供的匀光棒运动结构示意图；

图7为本发明实施例提供的照明系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

实施例一、

如图2所示，为本发明实施例提供的匀光棒示意图，其中，所述匀光棒内部包含至少一个散射层，使所述匀光棒内的光透过所述至少一个散射层时发生散射。

本发明实施例提供的匀光棒，由于匀光棒内部设置有一个或多个散射层，因而可以对匀光棒内的光进行散射，一方面提高了匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，不再是能量集中中0度附近的近高斯型能量分布，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的；同时，由于散射层是设置于匀光棒内部的，相较于背景技术中的方案，不会减少光源进入匀光棒的入射率，因而在消除散斑的同时不会减少光源入射率。

本发明实施例中的匀光棒可以是两种类型的匀光棒，下面分别说明。

类型一、匀光棒是一个完整的匀光棒

如图2所示，为本发明实施例提供的匀光棒示意图，类型一中，每个散射层可以是该匀光棒的一个截面，也可以是该匀光棒的一个端面。

匀光棒内的散射层可以是垂直于匀光棒，也可以是不垂直于匀光棒，即与匀光棒有一个夹角，优选地，每个散射层均沿光轴方向设置且与光轴垂直，其中，匀光棒的长度方向是光轴方向，从而使得匀光棒内的光透过散射层时均匀发散，达到最佳的发射效果。

可选地，每个散射层是掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质层。

匀光棒内部设置的散射层可以对匀光棒内的光进行散射，一方面提高了匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，不再是能量集中中0度附近的近高斯型能量分布，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的；同时，由于散射层是设置于匀光棒内部的，相较于背景技术中的方案，不会减少光源进入匀光棒的入射率，因而在消除散斑的同时不会减少光源入射率。

类型二、匀光棒是由多段匀光部件拼接而成

该类型下，匀光棒是由多段匀光部件(匀光部件可以是匀光棒)拼接而成，并且任意相邻的两段匀光部件在拼接处通过一个散射层拼接。

如图3所示，为本发明实施例提供的匀光棒示意图，其中，散射层有两种设置方法。

方法一、相邻两段匀光部件之间设置一个散射层

该方式下，每两个相邻匀光棒之间单独增加一个散射层，该散射层可以是散射面或散射体，具体地，散射层可以为扩散片，或为掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质；或者是由多个扩散片构成的散射体，或者是掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质体

方法二、相邻两段匀光部件中的至少一个匀光部件在拼接处的端面设置为散射层

该方式下，散射层不是另外增加的层结构，而是相邻的两个匀光棒中的一个匀光棒在邻接处的端面，或是相邻的两个匀光棒中两个匀光棒在邻接处的端面，具体地，散射层可以是掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质层，也可以是扩散片片材，通过粘结方式与多段匀光部件进行粘合在一起。

对于本发明实施匀光棒中的散射层的设置，一种优选地实施方案为：匀光棒内部包含至少两个散射层，且所述至少两个散射层的散射角度沿所述匀光棒内光轴的方向依次减小。

具体地，参照图4，为本发明实施例提供的匀光棒示意图，其中，假设光线从左往右水平入射至匀光棒，则匀光棒内越靠近入光面的散射层的散射角度越大，即，光线进入匀光棒后，首先由一个散射角度最大的散射层对入射光进行散射，使得光线充分发散，可充分提高光线均匀性，越靠近出光面，散射层的散射角度逐渐减小，是为了满足出光面出光角度的要求，因为匀光棒出光面的出射角度需要控制在一定角度范围内，可选地，本发明实施例中，匀光棒的出射光的角度范围不大于预设的角度阈值。

举例来说，沿光束入匀光棒的光轴方向，第一散射层散射角度为5.5度，第二散射层为3.5度，第三散射层为1.5度，这样最大的散射角度变化在10.5度。这样排列的好处是：由于光进入匀光棒时呈现聚焦状态，首先经过散射角度较大的散射层可以快速的对光束进行发散，而散射层对光斑的消散斑效率是与光斑经过散射层的利用率呈正比的，在散射层消散斑中，认为光斑尺寸越大、均匀性越好消散斑越好，其主要原因为散射层单位面积对光束的发散的作用增加。所以我们利用匀光棒与散射层结合(每次经过散射层后，光束入射至匀光棒侧壁或侧面时还会被反射，从而光束既被发散还被反射，整体光束的匀化程度也得到提升)，可以有效利用光源输出的光能，并且能有效提高单位面积散射层的消散斑作用。

与相同扩散角度的散射层的设置方式相比，先大后小的设置方式，能够使得光斑快速的被发散放大，利于后面的散射层提高发散的效率，可更快地达到期望的发散角度。

因而，使用本发明实施例的匀光棒，一方面，通过匀光棒内的散射层，使得入射光在匀光棒内得到充分扩散，提高了匀光棒内光的均匀性，从而有利于消除散斑；另一方面，匀光棒内的光通过出光面出射时，出射光的角度范围不大于预设的角度阈值，因而可满足出射角度要求。

并且，使用本发明实施例中的匀光棒，还具有如下有益效果：由于匀光棒内的散射层是设置于光通路上，从而使得匀光棒的出光面的出射光的角度是可以通过计算得到的，因而方面在实际应用中精确地控制出射角度。

此外，本发明实施例中上述任一种匀光棒，均可以为实心匀光棒，或者，为内侧壁镀有反射膜的空心匀光棒。

如图5(a)所示，为本发明实施例提供的实心匀光棒结构爆炸示意图，匀光部件与散射层交替拼接而成，光线进入到匀光部件，经过散射层时，对光线进行散射，从而增加了光线扩散范围。

如图5(b)所示，为本发明实施例提供的空心匀光棒结构爆炸示意图，匀光部件与散射层交替拼接而成，且空心匀光部件内部为镀制全反射面，光线进入到匀光部件，经过散射层时，对光线进行散射，从而增加了光线扩散范围。

实施例二、

进一步地，本发明实施例中的匀光棒在实际应用中，可以是静止地，还可以进行整体振动，振动幅度在120HZ/S，振动距离为±0.5mm以内。如图6所示，为匀光棒运动结构示意图，其中电机有一个选择的悬臂绕轴顺时针转动，带动匀光棒整体顺时针转动(转动方向不限，也可以是逆时针等)。其中，匀光棒的运动轨迹可以是圆形运动轨迹，也可以为椭圆形运动轨迹，具体可以参考电机运动轨迹。

让匀光棒进行运动的目的是，相对于匀光棒入光面的光束来说，相当于依次经过多个运动的散射层，且相对于匀光棒出光面的收光透镜来说，出射的光斑面积增大，且光斑在变化，而匀光棒出光面的光斑相当于物面，光阀的接收面为像面，在物面处形成运动的光斑图像，进行匀化，当达到一定的频率时，也可以实现进一步减弱散斑现象。

本发明实施例中，由于匀光棒内部设置有一个或多个散射层，因而可以对匀光棒内的光进行散射，一方面提高了匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，不再是能量集中中0度附近的近高斯型能量分布，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的；同时，由于散射层是设置于匀光棒内部的，相较于背景技术中的方案，不会减少光源进入匀光棒的入射率，因而在消除散斑的同时不会减少光源入射率。

实施例三、

本发明实施例还提供一种照明系统，接收光源光束，包括：上述任一实施例提供的匀光棒，光机照明组件及光阀；

其中，投影光源提供三基色光束，在一个具体的实施例中，投影光源可以是激光光源，三基色光束进入所述匀光棒进行混光，经匀光棒出射至所述光机照明组件后照射至光阀的表面。

举例来说，如图7所示，为本发明实施例提供的投影架构示意图，其中，101R、101G、101B分别为半导体激光器发出的红、绿、蓝三种颜色的激光，201R、201G、201B分别为透过红、绿、蓝三种颜色激光的准直透镜，301R、301G、301B分别为红、绿、蓝三种颜色的单色激光合光装置，401R、401G、401B分别为红、绿、蓝三种颜色的合光镜，501为聚焦镜，601为本发明实施例提供的匀光棒，701为光阀，801为光机照明组件，901为投影镜头。

其中，匀光棒601，光机照明组件801及光阀701构成了本发明实施例的照明系统，如图7所示，经合光镜(401R、401G、401B)出射的三基色光束进入到匀光棒601，匀光棒601的出射光出射至光机照明组件801，由于本发明实施例的匀光棒601内部设置有一个或多个散射层，因而可以对进入匀光棒601内的光进行散射，因而可提高匀光棒出射光的均匀性，同时使得激光光束的能量分布趋向于均匀，降低了激光光束中相干性较强的光束部分的能量比例，因而可达到一定的消除散斑的目的，从而使得照明系统能够达到匀光和消散斑双重作用，以及，匀光棒的多功能化，使得照明系统光路中还能够减少独立消散斑部件的使用，有利于照明系统的简化。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种匀光棒，其特征在于，所述匀光棒内部包含至少两个散射层，使所述匀光棒内的光透过所述至少两个散射层时发生散射，且所述至少两个散射层的散射角度沿所述匀光棒内光轴的方向依次减小。

2.根据权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所有散射层均沿光轴方向设置且与光轴垂直，所述匀光棒的长度方向是光轴方向。

3.根据权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所述散射层为掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质层，或者，所述散射层为扩散片材质的片材。

4.根据权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒由多段匀光部件拼接而成，且任意相邻的两段匀光部件在拼接处通过一个散射层拼接。

5.根据权利要求4所述的匀光棒，其特征在于，所述散射层为散射面或散射体。

6.根据权利要求5所述的匀光棒，其特征在于，所述散射面为扩散片，或为掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质；所述散射体为多个扩散片构成的散射体，或为掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质体。

7.根据权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒由多段匀光部件拼接而成，且任意相邻的两段匀光部件中的至少一个匀光部件在拼接处的端面为掺杂有散射粒子或扩散粒子的透光介质层。

8.根据权利要求1至7任一所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒可振动。

9.一种照明系统，接收光源光束，其特征在于，包括：根据权利要求1至7任一所述的匀光棒，光机照明组件及光阀；

所述光源提供三基色光束，所述三基色光束进入所述匀光棒进行混光，经所述匀光棒出射至所述光机照明组件后照射至所述光阀的表面。

10.根据权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述光源为激光光源。