CN218213761U - 匀光棒、光源模块及投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于激光投影显示技术领域，提供了一种匀光棒、光源模块及投影系统。匀光棒包括第一导光面和环绕第一导光面的第二导光面，第一导光面用于使部分光线反射，另一部分透射至第二导光面上，第二导光面为全反射面。光源模块包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、第一透镜和匀光棒，激光光源用于提供激光束，第一透镜用于会聚激光束，匀光棒为上述匀光棒，用于接收并整形会聚的激光束。本实用新型提供的匀光棒、光源模块及投影系统，抑制散斑效果良好。

Description

匀光棒、光源模块及投影系统

技术领域

本实用新型属于激光投影显示技术领域，尤其涉及一种匀光棒、光源模块及投影系统。

背景技术

由于激光光源具有高亮度、高色域、长寿命等优点，因此近年来采用激光作为光源的投影系统被广泛应用。但采用激光光源也面临一个新的挑战，因为激光为相干光，其干涉现象被投射在屏幕上，会形成明暗交错的噪点，即散斑，散斑会严重影响画面的显示效果，更甚者，长时间观看会造成眼干、眼疲劳等损害健康的问题。

现有的抑制散斑的技术有多种，如多波长的激光混合使用、振动屏幕和旋转的扩散板等，但是这些方法对抑制散斑的效果有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种匀光棒、光源模块及投影系统，旨在提供一种抑制散斑效果良好的匀光棒、光源模块及投影系统。

本实用新型是这样实现的，第一方面，提供了一种匀光棒，包括第一导光面和环绕所述第一导光面的第二导光面，所述第一导光面用于使部分光线反射，另一部分透射至所述第二导光面上，所述第二导光面为全反射面。

在一个可选实施例中，所述匀光棒为中空结构，具有内壁和外壁，所述内壁上形成有分光层，所述分光层的内表面为所述第一导光面，所述外壁上形成有全反射层，所述全反射层的内表面为所述第二导光面。

在一个可选实施例中，所述匀光棒包括棒体、环绕所述棒体的分光层、环绕所述分光层的导光层以及环绕所述导光层的全反射层，所述导光层的折射率与所述棒体的折射率不同，所述分光层的内表面为所述第一导光面，所述全反射层的内表面为所述第二导光面。

在一个可选实施例中，所述第一导光面的透反比为4:1-1:4。

在一个可选实施例中，所述匀光棒的横截面的外轮廓为矩形。

第二方面，提供了一种光源模块，包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、第一透镜和匀光棒，所述激光光源用于提供激光束，所述第一透镜用于会聚所述激光束，所述匀光棒为上述各实施例提供的匀光棒，用于接收并整形会聚的激光束。

在一个可选实施例中，所述光源模块还包括位于所述第一透镜的入光侧和/或出光侧的匀光部件，所述匀光部件用于均匀化所述激光束。

在一个可选实施例中，所述匀光部件包括位于所述第一透镜入光侧的扩散板，以及位于所述第一透镜出光侧的扩散轮。

在一个可选实施例中，所述光源模块还包括位于所述匀光棒出光侧的第二透镜，所述第二透镜用于使得所述激光束准直输出。

第三方面，提供了一种投影系统，包括光源模块和位于所述光源模块出光侧的光学系统，所述光源模块为上述各实施例提供的光源模块。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：本实用新型各实施例提供的匀光棒、光源模块及投影系统，改变了匀光棒仅设置一个全反射面的固有结构，在匀光棒中设置了具有一定透反比的第一导光面，同时在第一导光面外设置了具有全反射功能的第二导光面，通过设计合理的匀光棒，让散斑噪点平滑化，达到人眼觉察不到明暗相间的散斑噪点存在的效果，抑制散斑效果良好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的光源模块的结构及光路示意图；

图2是本实用新型一实施例所采用的匀光棒的剖视结构示意图；

图3是图2所示匀光棒的光路示意图；

图4是本实用新型另一实施例所采用的匀光棒的剖视结构示意图。

附图标记说明：

100、激光光源；200、扩散板；300、第一透镜；400、扩散轮；500、匀光棒；510、第一导光面；520、第二导光面；530、棒体；540、分光层；550、导光层；560、全反射层；600、第二透镜。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

投影系统一般包括光源模块和位于光源模块出光侧的光学系统。

其中光源模块主要分为三种类型：传统灯泡光源、LED光源和激光光源100，用于提供照明光束。

光学系统一般包括光阀和投影镜头。其中，光阀位于照明光束的传播路径上，用于将照明光束转换成成像光束。具体的，光阀可以为数字微镜元件(digital micro-mirrordevice，DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)或穿透式液晶面板，当然不局限于此，还可以采用其他结构，具体可以根据出光效果而定。投影镜头位于成像光束的传播路径上，用于将成像光束转换成投影光束投射至投影屏幕上形成影像画面。投影镜头一般包括多个透镜，各透镜的类型和数量可以根据出光效果而定，这里不做唯一限定。

当光源模块为激光光源时，由于激光为相干光，其干涉现象被投射在屏幕上，会形成明暗交错的噪点，即散斑。为消减散斑的不良影响，本实用新型一实施例提供了一种光源模块。

请参照图1所示，该光源模块包括沿光线传播方向依次设置的激光光源100、第一透镜300和匀光棒500。

其中，激光光源100用于提供激光束。具体的，本实施例中激光光源100可以为单色光源，也可以为彩色光源，具体可以根据使用需要灵活选择，这里不做唯一限定。第一透镜300用于会聚激光束。第一透镜300可以为一个或者多个透镜，具体可以根据出光效果灵活选择。

请参照图2及图3所示，匀光棒500用于接收并整形会聚的激光束。具体的，匀光棒500包括第一导光面510和环绕第一导光面510的第二导光面520，第一导光面510用于使部分光线反射，另一部分透射至第二导光面520上，第二导光面520为全反射面。

具体的，匀光棒500具有中心轴，第一导光面510为环绕中心轴的封闭图形，其一端形成入光口，另一端形成出光口，第二导光面520为环绕第一导光面510的封闭图形。

采用本实施例提供的光源模块及匀光棒的工作原理如下：

使用时，激光光源100发出激光束，该激光束先经第一透镜300会聚，之后会聚的激光束经匀光棒500的入光口进入匀光棒500内(即第一导光面510围成的空间内)，之后照射至第一导光面510上，一部分光线被反射，另一部分穿过第一导光面510进入第一导光面510和第二导光面520之间的空间，再照射至第二导光面520上，被反射，再照射至第一导光面510上，一部分被反射仍在第一导光面510和第二导光面520之间的空间内传播，另一部分穿过第一导光面510，重新回到第一导光面510所围成的空间内，重复上述过程，直至经匀光棒500的出光口射出。

综上所述，本实施例提供的匀光棒500主要有两个作用：1、和传统匀光棒500一样，起到光斑整型的作用，即入射光斑是圆形，出射光斑是与匀光棒500形状相适配的形状；2、第一导光面510具有一定透反比，入射光线在匀光棒500内部，可以被分成多束出射光。

经过匀光棒500之后，原本能量集中的入射光，可被多次反射，分成能量分散且更均匀的多束出射光。因此可以改善投影屏幕上的散斑噪点。

为便于理解，现以第一导光面510的透反比为1:1(即反射率为50％、透射率为50％)，入射光能量为100％为例对上述过程中的光线的能量变化进行说明：

请参照图3所示，入射光经第一导光面510反射一次之后，被分成反射光线A、B、C、D、……；此时，反射光线A的能量为50％，反射光线B的能量为25％，反射光线C的能量为12.5％，反射光线D的能量为6.25％；最终从匀光棒500出射的光束，一般至少会在匀光棒500内被反射3次，即一束入射光在匀光棒500内进行了3级展开，每到达一次匀光棒500的第一导光面510，光束被展开一次，即能量被分散一次。

当第一导光面510的透反比为其他数值时，光束经过第一导光面510时的能量变化原理同上，只是具体数值不同。

由此可见，原本具有高对比度散斑噪点的入射光，在被匀光棒500多次展开后，可变成低对比度的散斑噪点，这些低对比度的散斑噪点，再叠加积分，可形成均匀性分布的无明暗相间噪点的平滑图像。

上述匀光棒可以为实心结构，也可以为空心结构，为便于理解，现举例说明：

请参照图2所示，在一个可选的实施例中，匀光棒500为中空结构，具有内壁和外壁，内壁上形成有分光层，分光层的内表面为第一导光面510，外壁上形成有全反射层，全反射层的内表面为第二导光面520。本实施例中分光层可以为具有一定透反比的分光膜、分光涂层中的任一种，也可以是能够实现上述功能的其他结构。全反射层可以为全反射贴膜、全反射涂层中的任一种，也可以是能够实现全反射功能的其他结构。

采用这一结构，匀光棒500所需材料较少，重量较轻，便于搬运和安装。

请参照图4所示，在另一个可选的实施例中，匀光棒500包括棒体530、环绕棒体530的分光层540、环绕分光层540的导光层550以及环绕导光层550的全反射层560，导光层550的折射率与棒体530的折射率不同，分光层540的内表面为第一导光面510，全反射层560的内表面为第二导光面520。

具体的，本实施例中棒体530一般使用石英玻璃或者K9玻璃。导光层550可以采用玻璃、树脂等，具体可以根据出光效果而定。本实施例中分光层可以为具有一定透反比的分光膜、分光涂层中的任一种，也可以是能够实现上述功能的其他结构。全反射层可以为全反射贴膜、全反射涂层中的任一种，也可以是能够实现全反射功能的其他结构。

采用这一结构，匀光棒500可以逐层加工，加工方式简单。

为保证匀光棒500的匀光效果良好，在一个可选的实施例中，第一导光面510的透反比为4:1-1:4，即第一导光面510对光线的反射率为20％-80％，对光线的透射率为80％-20％。

上述各实施例中的匀光棒500可以有多种形状，在一个可选的实施例中，匀光棒500的横截面的外轮廓为矩形。如此，经过该匀光棒500，可使原本横截面呈圆形(即光斑呈圆形)的光束，被整形为横截面呈矩形(即光斑呈矩形)。

为进一步降低散斑的不良影响，在一个可选的实施例中，请参照图1所示，上述各实施例提供的光源模块还包括位于第一透镜300的入光侧和/或出光侧的匀光部件，匀光部件用于均匀化激光束。

本实施例中的匀光部件可以为一个或多个扩散片、扩散轮400等，具体可以根据出光效果而定。

在一个可选的实施例中，请参照图1所示，匀光部件包括位于第一透镜300入光侧的扩散板200，以及位于第一透镜300出光侧的扩散轮400。

采用这一结构，匀光部件结构简单，且匀光效果良好。

当然，在其他实施例中，匀光部件还可以采用其他结构，如多个扩散轮、多个扩散板和扩散轮组合等。

在一个具体的实施例中，扩散轮400由马达和扩散碟片组成，马达旋转带动扩散碟片旋转。

为进一步提高光源模块的出光效果，在一个可选的实施例中，请参照图1所示，光源模块还包括位于匀光棒500出光侧的第二透镜600，第二透镜600用于使得激光束准直输出。

本实施例中的第二透镜600可以为一个或者多个透镜，具体可以根据出光效果灵活选择。

在一个具体的实施例中，请参照图1所示，光源模块包括沿光线传播方向依次设置的激光光源100、扩散板200、第一透镜300、匀光棒500、扩散轮400和第二透镜600。

本实施例中激光光源100可以采用单色光源，也可以采用彩色光源，当采用彩色光源时，一般包括多个单色激光器和合束镜，此为现有技术，在此不多赘述。扩散板200、扩散轮400、第一透镜300和第二透镜600可均采用市场上现有产品。匀光棒500则采用上述各实施例提供的匀光棒。

本实施例提供的光源模块的工作原理如下：

激光光源100发出激光，经过扩散板200改变光强分布后，入射到第一透镜300，第一透镜300把光会聚入射到扩散轮400，扩散轮400处于第一透镜300和第二透镜600的焦点之间，扩散轮400能够进一步地改变光强分布；从扩散轮400出射的圆形光斑入射到匀光棒500，在匀光棒500内进行多重反射和光束整型，最终出射的是能量分布相对均匀的矩形光斑；经匀光棒500出射的光束再经过第二透镜600准直输出至后面的光学系统。

在一个具体的实施例中，第一透镜300和第二透镜600均由单个凸透镜组成。

综上所述，本实用新型各实施例提供的匀光棒500、光源模块及投影系统，改变了匀光棒500仅设置一个全反射面的固有结构，在匀光棒500中设置了具有一定透反比的第一导光面510，同时在第一导光面510外设置了具有全反射功能的第二导光面520，通过设计合理的匀光棒500，让散斑噪点平滑化，达到人眼觉察不到明暗相间的散斑噪点存在的效果，抑制散斑效果良好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，仅具体描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其他具体实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种匀光棒，其特征在于，包括第一导光面和环绕所述第一导光面的第二导光面，所述第一导光面用于使部分光线反射，另一部分透射至所述第二导光面上，所述第二导光面为全反射面。

2.如权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒为中空结构，具有内壁和外壁，所述内壁上形成有分光层，所述分光层的内表面为所述第一导光面，所述外壁上形成有全反射层，所述全反射层的内表面为所述第二导光面。

3.如权利要求1所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒包括棒体、环绕所述棒体的分光层、环绕所述分光层的导光层以及环绕所述导光层的全反射层，所述导光层的折射率与所述棒体的折射率不同，所述分光层的内表面为所述第一导光面，所述全反射层的内表面为所述第二导光面。

4.如权利要求1-3任一项所述的匀光棒，其特征在于，所述第一导光面的透反比为4:1-1:4。

5.如权利要求1-3任一项所述的匀光棒，其特征在于，所述匀光棒的横截面的外轮廓为矩形。

6.一种光源模块，其特征在于，包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、第一透镜和匀光棒，所述激光光源用于提供激光束，所述第一透镜用于会聚所述激光束，所述匀光棒为权利要求1-5任一项所述的匀光棒，用于接收并整形会聚的激光束。

7.如权利要求6所述的光源模块，其特征在于，所述光源模块还包括位于所述第一透镜的入光侧和/或出光侧的匀光部件，所述匀光部件用于均匀化所述激光束。

8.如权利要求7所述的光源模块，其特征在于，所述匀光部件包括位于所述第一透镜入光侧的扩散板，以及位于所述第一透镜出光侧的扩散轮。

9.如权利要求6-8任一项所述的光源模块，其特征在于，所述光源模块还包括位于所述匀光棒出光侧的第二透镜，所述第二透镜用于使得所述激光束准直输出。

10.一种投影系统，其特征在于，包括光源模块和位于所述光源模块出光侧的光学系统，所述光源模块为权利要求6-9任一项所述的光源模块。

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