CN216927360U - 一种消散斑器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种消散斑器件，包括筒形件，筒形件的壁面为扩散元件，筒形件由动力机构带动沿着筒形件的轴向进行转动，光线倾斜或垂直于筒形件的轴向入射并透过筒形件的壁面，并且筒形件沿着其周向分为若干个不同的分区，每个分区分别对不同的色光进行扩散处理。本实用新型所述的消散斑器件使得光线可方便的连续进行两次动态扩散处理，提高消散斑效果，并且消散斑器件尺寸最大的部分平行或者是基本平行于光线，有效减小垂直于光线方向上的结构尺寸，便于光源系统进行紧凑布局，有利于减小光源系统的整体体积，不同的色光分别由不同的分区进行扩散处理，提高扩散效果的均匀性一致性，提高出光均匀性，提高投影效果。

Description

一种消散斑器件

技术领域

本实用新型涉及光源消散斑技术领域，尤其涉及一种消散斑器件。

背景技术

激光投影是以二极管激光器作为光源，光线经照明系统匀光后投射在光调制芯片(DMD、LCD、LCOS等)上，然后经投影镜头成像在像面上。散斑是激光投影技术中常遇到的问题，激光的高相干性是引起散斑效应的主要原因，散斑是指相干光源照射粗糙物体时，散射后的光由于相位差恒定，光波频率相同，振动方向一致，在空间中产生干涉，有些部分干涉相长，有的部分干涉相消，最终的结果就是在屏幕上出现明暗相间的斑点，也即散斑，这些未聚焦的斑点在人眼看来是闪烁的，长时间观看容易引起不适，更严重影响投影画面的质量，降低用户的观看体验。

消散斑亦即消相干，降低激光束的空间相干性和时间相干性是解决散斑问题的有效途径，通常是在光路中设置动态或静态扩散片进行消散斑处理，而扩散片设置的位置及方式不同，得到不同的消散斑效果。现有技术中的动态扩散片通常为直径尺寸较大的圆盘形扩散片，圆盘形扩散片在动力机构的带动进行转动，并且圆盘形扩散片的表面垂直于光线，也就是光线垂直照射动态扩散片后进行透射，并且光线是从圆盘形扩散片上径向尺寸较大处进行入射，圆盘形扩散片极大的增加了光源系统在垂直于光线方向上的结构尺寸，影响光源系统的紧凑布局，难以满足小型化发展的需求。并且，投影用的光源的合光光束通常包含的是时序的色光，即在不同时间点上光路上通过的是不同颜色的色光，不同颜色的色光由于波长不同，在通过相同的扩散元件时产生的扩散角度会不一致，从而导致合光光束的均匀性较差，影响投影效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种消散斑器件，解决目前技术中传统的动态扩散片导致光源系统结构不紧凑、占用空间大的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种消散斑器件，包括筒形件，所述筒形件的壁面为扩散元件，所述筒形件由动力机构带动沿着筒形件的轴向进行转动，光线倾斜或垂直于筒形件的轴向入射并透过筒形件的壁面，并且所述筒形件沿着其周向分为若干个不同的分区，每个分区分别对不同的色光进行扩散处理。本实用新型所述的消散斑器件采用动态消散斑的处理方式，筒形件持续转动以提高消散效果，但相对于传统的动态扩散片而言改变了结构以及光路方向，由于筒形件的转动轴向垂直或大致垂直于光线，使得消散斑器件尺寸最大的部分平行或者是大致平行于光线，有效减小垂直于光线方向上的结构尺寸，便于光源系统进行紧凑布局，有利于减小光源系统的整体体积，满足小型化发展的需求，同时，光线可方便的两次穿过筒形件的壁面，换言之可方便的连续进行两次扩散处理，有效破坏光线的相位相干性，进而提高消散斑效果。并且，采用不同的分区来分别对不同的色光进行扩散处理，从保障扩散效果的均匀一致性，进而提高出光的均匀性。

进一步的，还包括传感器和触发件，所述传感器相对于筒形件静置设置，所述触发件设置在筒形件上，所述传感器检测触发件的位置状况。从而能精确的获知不同分区处于光路上的时序状况，色光按此时序进行点亮，从而确保分区与色光精确一一对应，使得分区的切换与色光的切换达到高度同步，提高扩散均匀一致性。

进一步的，每个所述分区分别设置有具有不同的表面微纳米结构的扩散层。光线通过分区时会由于表面微纳米结构的作用而发生不同方向的折射，改变光的行进路线，实现入射光充分扩散。

进一步的，每个所述分区分别设置有不同厚度的扩散层，通过控制扩散层的厚度来实现不同的扩散效果，确保各色光能充分扩散，提高出光均匀性。

进一步的，每个所述分区分别采用不同材质的扩散层。

进一步的，所述筒形件的壁面外侧设置有增透层，所述筒形件的壁面内侧设置有扩散层。光线第一次穿过筒形件的壁面时，是先经过增透层，能够减小光线的反射损失，使得光线能更多的穿过筒形件的壁面后在扩散层处进行扩散处理后进入到筒形件的内部区域中，然后光线再从筒形件对侧的壁面透射而出，两次进行扩散处理。

进一步的，所述筒形件包括沿着其轴向分布的分段一和分段二，所述分段一的壁面外侧为增透层，所述分段一的壁面内侧为扩散层，所述分段二的壁面内侧为增透层，所述分段二的壁面外侧为扩散层，光线从分段一的壁面外侧入射并透射至筒形件内部，然后射向分段二的壁面内侧并透射而出。光线两次穿过筒形件的壁面进行扩散处理，并且光线两次都是从增透层入射而出扩散层出射，能够有效减小光线的反射损失，在消除散斑的同时保障出光量。

进一步的，还包括引导元件，所述引导元件设置在筒形件的内部并且相对于筒形件静置，射入筒形件内部的光线由引导元件反射引导至筒形件壁面内侧的预设位置以透射而出。利用引导元件可方便的进行光路的折转，将光线引导所需的位置或者是方向，更有利于光源系统进行紧凑布局，减小占用体积，并且也有利于光线垂直于筒形件的壁面入射，减小光损失，然后通过引导元件将光线引导至所需的位置，无需光线倾斜于筒形件的壁面入射。

进一步的，还包括反射板，所述筒形件轴向两侧分别设置有所述反射板，并且反射板沿着筒形件的横截面方向。光线在穿过筒状体壁面进入到筒状体内部时已发生了一次扩散处理，光线的方向发生了发散，部分光会向其他方向传播而损失掉，利用反射板将发散出去的光再反射回收利用，使更多的光尽可能的沿着整体的光路方向行进，提高光的利用率。

进一步的，光线与筒形件轴向的倾斜夹角为85～90°，光线倾斜于筒形件的轴向入射时，光线前后两次穿过筒形件的壁面，并且前后两次穿过的壁面位置在筒形件的轴向上具有间距，可以更充分的利用筒形件的壁面进行扩散处理，并且还可以避免热量集中，倾斜夹角不易过大，减小反射损耗，并且有利于减小筒形件的轴向尺寸，进而减小消散斑器件在垂直于光线方向上的结构尺寸，减小光源系统的整体体积。

进一步的，光线垂直于筒形件的壁面入射，减小光线的反射损失，在保障扩散效果的同时提高出光量。

进一步的，光线沿着筒形件直径所在平面穿过筒形件，结构简单、紧凑，易于实施，便于光线精确的垂直于筒形件的壁面入射。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的消散斑器件使得光线可方便的连续进行两次动态扩散处理，提高消散斑效果，并且消散斑器件尺寸最大的部分平行或者是基本平行于光线，有效减小垂直于光线方向上的结构尺寸，便于光源系统进行紧凑布局，有利于减小光源系统的整体体积，满足小型化发展的需求，不同的色光分别有不同的分区进行扩散处理，提高扩散效果的均匀性一致性，提高出光均匀性，提高投影效果。

附图说明

图1为本实用新型的消散斑器件的整体结构示意图；

图2为图1的下侧结构示意图；

图3为光线垂直于筒形件的轴向入射的剖面结构示意图；

图4为光线穿过筒形件的俯视结构示意图；

图5为针对红光的扩散层微观结构示意图；

图6为针对绿光的扩散层微观结构示意图；

图7为针对蓝光的扩散层微观结构示意图；

图8为光线倾斜于筒形件的轴向入射的剖面结构示意图；

图9为实施例二的消散斑器件的整体结构示意图；

图10为实施例二的光线倾斜于筒形件的轴向入射的剖面结构示意图；

图11为实施例三的光线通过筒形件的剖面结构示意图；

图12为实施例四的光线通过筒形件的俯视结构示意图；

图13为实施例五的光线通过筒形件的剖面结构示意图。

图中：

筒形件1、动力机构2、分段一11、分段二12、增透层13、扩散层14、分区15、引导元件3、传感器41、触发件42，反射板5。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种消散斑器件，有利于提高光源系统的结构紧凑性，便于光源系统进行布局，减小光源系统的整体体积，同时保障良好的扩散效果，有效消除散斑，提高光照效果。

实施例一

如图1至图4所示，一种消散斑器件，主要包括筒形件1，所述筒形件1具体呈圆筒形结构，筒形件1的壁面为扩散元件，所述筒形件1由动力机构2带动沿着筒形件1的轴向进行转动，光线垂直于筒形件1的轴向入射并透过筒形件1的壁面以进行动态扩散处理，并且光线前后两次穿过筒形件1的壁面，换言之，连续两次扩散处理，光线穿过筒形件1的壁面时会发生许多折射、反射与散射现象，破坏光线的相位相干性，有效提高消斑效果。

筒形件1轴向的一端连接有基板，动力机构2具体可采用电机，基板与电机的输出轴连接，进而实现动力机构2带动筒形件1进行转动，结构简单，易于实施。

所述筒形件1的轴向尺寸小于筒形件1的直径尺寸，从而消散斑器件尺寸最大的部分平行于光线方向，相对于传统的圆盘形扩散片，能有效减小垂直于光线方向上的结构尺寸，有利于光源系统进行布局，可在筒形件1轴向上的位置设置其他的器件，提高结构紧凑性，减小光源系统的的整体体积。

在本实施例中，光线沿着筒形件1直径所在平面穿过筒形件1，并且光线垂直于筒形件1的壁面入射，垂直入射时光线的反射损失最小，在提高消散斑效果的同时保障出光量；

所述筒形件1采用透光材质制成，可以是玻璃或者石英等材质，实施方便、成本低，在保障扩散效果的同时降低光损失，优选的是，所述筒形件1的壁面外侧设置有增透层13，所述筒形件1的壁面内侧设置有扩散层14，扩散层14为磨砂雾面，结构简单，实施方便，光线从外侧向筒形件1入射时，光线是先通过增透层13，能够减小光线的反射损失，使得光线能更多进入到筒形件1的壁面中然后在扩散层14处进行扩散处理，在提高扩散效果以进行消散斑的同时提高通过消散斑器件之后的出光量。

不同波长的光通过相同的扩散元件时产生的扩散角度不一致，导致出光均匀性不佳，为了解决上述问题，如图1及图4所示，所述筒形件1沿着周向分为若干个分区15，每个分区15分别对不同的色光进行扩散处理，分区15的数量根据色光的数量而定，针对三基色光进行扩散时，则分区15一共有三个，提高扩散后的光均匀性以获得最佳的扩散效果，具体的，每个所述分区分别设置有具有不同的表面微纳米结构的扩散层以达到不同的扩散效果，所述表面微纳米结构由若干微特征结构进行阵列排布而成，对光线具有一定的衍射效果，并且是对不同波长的光具有不同的衍射效果，实现不同的衍射扩散，通过改变微特征结构的形状和不同排布，可以调整扩散角度、光场的空间和能量分布，达到不同的扩散效果，如图5至图7所示的三种表面微纳米结构，第一种为六边形阵列排布的微纳米图形结构，第二种是圆点阵列排布的微纳米图形结构，第三种是三角形阵列排布的微纳米图形结构，三种表面微纳米结构分别对不同波长的光有不同的扩散效果，将具有不同表面微纳米结构的分区15与色光一一对应，能使得每种色光都充分扩散，进而提高扩散均匀性，提高出光质量。

还可以是每个分区15的扩散层厚度不同，现有常用的扩散片对红光有2°的扩散效果，而对绿光有5°的扩散效果，可以增加与红光匹配的分区15中的扩散层厚度以提高对红光的扩散效果，从而使得各种色光的扩散效果达到一致，进而保证出光均匀性。

或者是每个分区15可以采用不同材质的扩散层，所述扩散层可以是在PMMA、PC、PS、PP，hips等基材基础中添加无机扩散剂或有机光扩散剂，扩散剂在基材中作为散射粒子，使光线在经过散射层时不断的在两个折射率相异的介质中发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果，不同基材或者不同扩散剂浓度都能获得具有不同扩散效果的扩散层，根据对不同色光的具体扩散效果需求来选择具体的基材和扩散剂浓度，确保各种色光的扩散效果达到一致，进而保证出光均匀性。

为了使不同分区15分别精确的对各种色光进行扩散处理，需要不同分区15处在光路上的切换频率与色光的时序精确相同，如图1和图2所示，在动力机构2上设置有传感器41，筒形件1上设置有供传感器41检测的触发件42，触发件42随着筒形件1一起转动，所述触发件42具体可以是反光点等，筒形件1转动时，传感器41精确的检测处触发件42的位置状况，从而能精确获知不同分区15处在光路上的时序状况，依此来控制色光的点亮时序，从而确保分区与色光能一一对应，每种色光仅通过其对应的分区进行扩散处理，有效提高扩散后的光均匀性。

如图8所示，光线也可倾斜于筒形件1的轴向入射并透过筒形件1的壁面以进行动态扩散处理，光线与筒形件1轴向的倾斜夹角为85～90°，倾斜夹角不易过大，减小光线入射到筒形件1壁面的表面时的反射损失，光线依然是前后两次穿过筒形件的壁面以连续进行两次动态扩散处理，光线前后两次打在筒形件1壁面上所形成的光斑在筒形件的轴向上具有间距，可以更充分的利用筒形件的壁面，并且也避免光斑位于筒形件轴向上的同一位置处导致热量集中，有利于筒形件1进行散热，保障长效稳定工作。

实施例二

如图9和图10所示，与实施例一的不同点在于，所述筒形件1沿着其轴向分为分段一11和分段二12，所述分段一11的壁面外侧为增透层13，所述分段一11的壁面内侧为扩散层14，所述分段二12的壁面内侧为增透层13，所述分段二12的壁面外侧为扩散层14，光线从分段一11的壁面外侧入射并透射至筒形件1内部，然后射向分段二12的壁面内侧并透射而出，所述扩散层14为磨砂雾面的微观结构，所述增透层13为镀增透膜，有效减小光线入射到筒形件1壁面时的反射损失，在消除散斑的同时保障出光量。

并且，所述分段二12沿着周向分为三个分区15以分别对不同颜色的色光进行扩散处理，而分段一11为统一的整体，也就是分段一11的整个周向保持一致，当然也可以是分段一11沿着周向分为三个分区15以分别对不同颜色的色光进行扩散处理。

由于分段一11和分段二12处在筒形件1轴向上的不同位置，光线倾斜于筒形件1的轴向入射才能同时穿过分段一11和分段二12，光线与筒形件1轴向的倾斜夹角为85～90°，使得光线接近于垂直于筒形件1壁面的状态入射，减小光线的反射损失，提高出光量。

实施例三

如图11所示，与实施例二的不同点在于，消散斑器件还包括引导元件3，所述引导元件3设置在筒形件1的内部并且相对于筒形件1静置，射入筒形件1内部的光线由引导元件3反射引导至筒形件1壁面内侧的预设位置以透射而出；

具体的，光线垂直于筒形件1的轴向入射，并且，光线垂直于分段一11的壁面外侧入射，减小光损失，然后光线在透过分段一11的壁面后进入到筒形件1内部，光线射向位于筒形件1内部的引导元件3，再由引导元件3反射引导至分段二12的壁面内侧，并且光线垂直于分段二12的壁面内侧入射，同样减小光损失，最后光线从分段二12的壁面透射而出，所述引导元件3具体可以是两个反射片构成，两个反射片具体可以是分别与筒形件1的轴向呈45°倾斜，光线被连续反射两次以将光路沿着筒形件1的轴向进行平移，从而使得从分段一11的壁面垂直入射的光线最后垂直于分段二12的壁面入射并透射，减小倾斜入射所产生的光损失，并且引导元件3位于筒形件1的内部，不会额外占用空间，能够保持结构紧凑。

实施例四

如图12所示，与实施例一的不同点在于，消散斑器件还包括引导元件3，所述引导元件3设置在筒形件1的内部并且相对于筒形件1静置，射入筒形件1内部的光线由引导元件3引导至筒形件1壁面内侧的预设位置以透射而出；

具体的，所述引导元件3由一个反射片构成，所述引导元件3位于筒形件1的轴心位置，在筒形件1的转动平面上所述反射片以45°角倾斜于从筒形件1的壁面透射入筒形件1内部的光线，光线在引导元件3的作用下传播方向发生90°折转，光线入射向筒形件1的壁面内侧然后从筒形件1的壁面外侧透射而出，采用此种结构可实现光路的折转，而光线依然进行了两次动态扩散处理，能够保障消散斑效果，同时也可以更灵活的进行光源系统的布局，提高结构紧凑性。

所述反射片与透射入筒形件1内部的光线的夹角也可以是其他任意角度，只要被反射片反射而出的光线射向筒形件1的壁面内侧即可，可以根据实际的光路需求进行灵活设置。

实施例五

如图13所示，在实施例二的基础上，消散斑器件还包括反射板5，筒形件1的轴向上间隔设置有所述反射板5，所述反射板5沿着筒形件1横截面方向，换言之，所述反射板5垂直于筒形件1的轴向，反射板5可以是与筒形件1连接为一体而随着筒形件1一起转动，也可以是反射板5为独立部件，反射板5相对于筒形件1静置设置，当光线第一次透过筒形件1的壁面而进入上下两个反射板5之间的筒形件1的内部时，光线已进行了一次扩散处理，光线会产生发散角度，从而有一部分的光不会完全沿着光路行进而向其他方向发散出去，为了减小光损失，设置反射板5来将发散出去光再反射回收利用，使得更多的光能够第二次从筒形件1的壁面穿过以进入光源系统后续的光器件中，提高光的利用效率，提高出光量，从筒形件1轴向的剖面看，反射板5与筒形件1组合构成一个相对封闭的供光通过的通道，光线不会从筒形件1的轴向上出射而损失掉。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种消散斑器件，其特征在于，包括筒形件(1)，所述筒形件(1)的壁面为扩散元件，所述筒形件(1)由动力机构(2)带动沿着筒形件(1)的轴向进行转动，光线倾斜或垂直于筒形件(1)的轴向入射并透过筒形件(1)的壁面，并且所述筒形件(1)沿着其周向分为若干个不同的分区(15)，每个分区(15)分别对不同的色光进行扩散处理。

2.根据权利要求1所述的消散斑器件，其特征在于，还包括传感器(41)和触发件(42)，所述传感器(41)相对于筒形件(1)静置设置，所述触发件(42)设置在筒形件(1)上，所述传感器(41)检测触发件(42)的位置状况。

3.根据权利要求1所述的消散斑器件，其特征在于，每个所述分区(15)分别设置有具有不同的表面微纳米结构的扩散层。

4.根据权利要求1所述的消散斑器件，其特征在于，每个所述分区(15)分别设置有不同厚度的扩散层。

5.根据权利要求1所述的消散斑器件，其特征在于，每个所述分区(15)分别采用不同材质的扩散层。

6.根据权利要求1至5任一项所述的消散斑器件，其特征在于，所述筒形件(1)的壁面外侧设置有增透层(13)，所述筒形件(1)的壁面内侧设置有扩散层(14)。

7.根据权利要求1至5任一项所述的消散斑器件，其特征在于，所述筒形件(1)包括沿着其轴向分布的分段一(11)和分段二(12)，所述分段一(11)的壁面外侧为增透层(13)，所述分段一(11)的壁面内侧为扩散层(14)，所述分段二(12)的壁面内侧为增透层(13)，所述分段二(12)的壁面外侧为扩散层(14)，光线从分段一(11)的壁面外侧入射并透射至筒形件(1)内部，然后射向分段二(12)的壁面内侧并透射而出。

8.根据权利要求1至5任一项所述的消散斑器件，其特征在于，还包括引导元件(3)，所述引导元件(3)设置在筒形件(1)的内部并且相对于筒形件(1)静置，射入筒形件(1)内部的光线由引导元件(3)反射引导至筒形件(1)壁面内侧的预设位置以透射而出。

9.根据权利要求1至5任一项所述的消散斑器件，其特征在于，还包括反射板(5)，所述筒形件(1)的轴向上间隔设置有所述反射板(5)，所述反射板(5)沿着筒形件(1)的横截面方向。

10.根据权利要求1至5任一项所述的消散斑器件，其特征在于，光线与筒形件(1)轴向的倾斜夹角为85～90°。

Images