扩散元件、匀光装置及投影显示设备

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种扩散元件、匀光装置及投影显示设备。

背景技术

激光投影显示技术由于具有高亮度，高色域等优良特点，被广泛应用投影显示设备中。由于激光照射到粗糙物体表面时会产生明暗分布的颗粒状光强分布，这种颗粒状结构被称为散斑。而散斑的存在会影响投影画面的质量，从而影响观看效果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种扩散元件、匀光装置及投影显示设备，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

第一方面，本发明实施例提供一种扩散元件，所述扩散元件具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面沿照明光束的传播方向间隔分布，所述第一表面和第二表面分别设置有扩散层，所述扩散层的扩散角度沿预定方向渐变分布；其中，所述第一表面的扩散层的扩散角度沿第一方向渐变分布，所述第二表面的扩散层的扩散角度沿第二方向渐变分布，所述第一方向与所述第二方向相交。

本发明实施例提供的扩散元件，扩散元件具有间隔分布的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面分别设置有扩散层，且所述扩散层的扩散角度沿预设方向渐变分布，具体所述第一表面的扩散层的扩散角度沿第一方向渐变分布，所述第二表面的扩散层的扩散角度沿第二方向渐变分布，所述第一方向与所述第二方向相交，这样，通过扩散元件的相对第一表面及第二表面的扩散层的扩散角度的不均匀分布，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

在一些实施例中，所述第一表面的扩散层的第一目标点与第一预设参考点之间具有第一距离，沿所述第一方向，所述第一距离与所述第一目标点处的扩散角度呈正相关；所述第二表面的扩散层的第二目标点与第二预设参考点在所述第二表面的正投影之间具有第二距离，所述第二距离与所述第二目标点处的扩散角度呈负相关；所述第一预设参考点和所述第二预设参考点位于所述第一表面的扩散层的边缘。通过上述设置，能够有效改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度。

在一些实施例中，所述第一表面的扩散层的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，所述第一预设参考点位于所述第一表面的扩散层的边缘，所述第一目标点处所述扩散层对应的扩散角度为y，则所述第一表面的扩散层满足：y＝kx+b；其中，k和b为常数，b≥0。通过上述设置，能够实现对光束传播的角度和相位的改变，达到降低散斑的目的。

在一些实施例中，所述第一表面的扩散层的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，所述第一预设参考点位于所述第一表面的扩散层的边缘，所述第一目标点处所述扩散层对应的扩散角度为y，则所述第一表面的扩散层满足：y＝a

在一些实施例中，所述第一表面的扩散层的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，所述第一预设参考点位于所述第一表面的扩散层的边缘，所述第一目标点处所述扩散层对应的扩散角度为y，则位于所述第一表面的扩散层满足：y＝a

在一些实施例中，所述第一表面和第二表面的所述扩散层的扩散角度沿预定方向呈连续式渐变分布。

在一些实施例中，位于所述第一表面和第二表面的所述扩散层的扩散角度沿预定方向呈梯度式渐变分布。

在一些实施例中，所述扩散元件具有同心设置第一区域和第二区域，所述第一区域用于供入射角度大于或等于第一阈值的照明光束透过，所述第二区域用于供入射角度小于第一阈值的照明光束透过，其中，所述第一表面和第二表面位于所述第二区域的部分分别设置有所述扩散层。通过上述设置，能够实现对光束传播的角度和相位的改变，达到降低散斑的目的，同时能够减少扩散粒子的涂布区域，降低成本。

第二方面，本发明实施例提供一种匀光装置，包括前述任一项所述的扩散元件和匀光棒，所述匀光棒具有入光面以及出光面，其中，照明光束经所述扩散元件射入至所述入光面并从所述出光面出射。

在一些实施例中，所述扩散元件与所述入光面胶合。通过采用扩散元件与匀光棒胶合的架构，有利于修正投影画面的色差。

第三方面，本发明实施例提供一种投影显示设备，包括前述任一项所述的匀光装置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是一示例性实施例提供的匀光装置的结构示意图；

图2是一示例性实施例提供的匀光装置的分解结构示意图；

图3是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面的结构示意图；

图4是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面及第二表面所对应的扩散角度的曲线图；

图5是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面的扩散层中第一区域和第二区域的示意图；

图6是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图；

图7是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图；

图8是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图。

附图标记说明：

1-匀光棒；1a-入光面；1b-棒体；1c-出光面；2-扩散元件；2a-第一表面；2b-第二表面；2c-扩散层；2d-第一区域；2e-第二区域。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的匀光装置的结构、功能及实现方式进行举例说明。

另外，本发明实施例的匀光装置的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

图1是一示例性实施例提供的匀光装置的结构示意图；图2是一示例性实施例提供的匀光装置的分解结构示意图；图3是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面的结构示意图。

请参照图1至图3，本实施例提供的匀光装置，包括：匀光棒1以及扩散元件2，照明光束经过扩散元件2入射至匀光棒1。扩散元件2用于对照明光束进行扩散，增加照明光束的发散角，使照明光束在匀光棒1内进行全反射，实现对照明光束的匀化和整形。

示例性的，匀光棒1具有入光面1a、出光面1c及棒体1b，棒体1b位于入光面1a与出光面1c之间，照明光束经入光面1a入射至棒体1b内进行全反射并从出光面1c射出。入光面1a可以为光滑平面。出光面1c可以为光滑平面或者磨砂平面；在出光面1c为磨砂平面时，磨砂平面的表面能够形成漫反射，使得照明光束的出射角增大，增加反射次数，从而提高匀光能力。可选的，入光面1a和出光面1c可以均设置有增透膜。

棒体1b可以为圆柱体或多边形棱柱。以棒体1b呈四棱柱，且棒体1b的横截面为正方形为例，照明光束从入光面1a入射至棒体1b并在棒体1b的对称面发生多次全反射最终从出光面1c射出。在其它示例中，棒体1b的横截面也可以为正六边形等。其中，每一次的反射光束都可以视为新的虚拟光源产生的光束。棒体1b可以是实心棒体也可以是空心棒体。

照明光束从入光面1a入射至棒体1b后，棒体1b能对照明光束进行匀光。可选的，照明光束可以在匀光棒1内形成3次或4次或5次全反射或更多数量的全反射。

扩散元件2具有第一表面2a和第二表面2b，第一表面2a和第二表面2b沿照明光束的传播方向间隔分布。示例性的，扩散元件2成片状，片状的扩散元件2具有一定厚度，照明光束沿扩散元件2的厚度方向传播；扩散元件2具有沿其厚度方向间隔分布的第一表面2a和第二表面2b。

其中，第二表面2b面向匀光棒1的入光面1a设置。第二表面2b的面积可以与匀光棒1的入光面1a的面积大致相等，使得入射的照明光束都能够经过扩散元件2再入射至匀光棒1。可选的，第二表面2b的面积略大于入光面1a的面积，且第二表面2b和入光面1a的中心点都可以位于匀光棒1的光轴上。

第一表面2a和第二表面2b分别设置有扩散层2c。示例性的，扩散元件2包括：平板状的镜片本体，镜片本体的面向匀光棒1的第二表面2b以及背离匀光棒1的第一表面2a都设置扩散层2c。扩散层2c可以通过涂布扩散粒子的方式形成在镜片本体的第一表面2a和第二表面2b。扩散层2c也可以通过在镜片本体的第一表面2a和第二表面2b做成磨砂层形成。

其中，第一表面2a及第二表面2b的至少部分表面可以设置有扩散层2c。例如，第一表面2a的全部区域都设置有扩散层2c，且第二表面2b的全部区域都设置有扩散层2c。或者，第一表面2a的部分区域设置有扩散层2c，第二表面2b的部分区域设置有扩散层2c，且位于第一表面2a的扩散层2c在平行于扩散元件2的预设投影面上的正投影，与位于第二表面2b的扩散层2c在平行于扩散元件2的预设投影面上的正投影重合。

如图3所示，举例来说，在第二表面2b与匀光棒1的入光面1a对应的区域设置有扩散层2c，且在第一表面2a与匀光棒1的入光面1a对应的区域设置有扩散层2c；换句话说，位于第一表面2a及第二表面2b的扩散层2c在平行于扩散元件2的预设投影面上的正投影，与匀光棒1的入光面1a在该预设投影面上的正投影重合。其中，在匀光棒1的棒体呈圆柱状时，扩散层2c也可以呈圆形；在匀光棒1的棒体呈棱柱状时，扩散层2c也可以呈相应的多边形。

扩散层2c的扩散角度渐变分布。具体的，第一表面2a的扩散层2c的扩散角度沿第一方向渐变分布，第二表面2b的扩散层2c的扩散角度沿第二方向渐变分布，第一方向与第二方向相交。其中，第一方向和第二方向具体可以根据实际需要进行设置。例如，第一方向与第二方向可以垂直，或者，第一方向与第二方向的夹角为45°或60°等。

其中，沿预设方向，位于第一表面2a和第二表面2b的扩散层2c的扩散角度呈连续式渐变分布。或，沿预设方向，位于第一表面2a和第二表面2b的扩散层2c的扩散角度呈梯度式渐变分布。

本实施例提供的匀光装置，通过在匀光棒1的入光侧设置扩散元件2，扩散元件2具有间隔分布的第一表面2a和第二表面2b，第二表面2b面向匀光棒1的入光面1a设置，第一表面2a和第二表面2b分别设置有扩散层2c，且扩散层2c的扩散角度渐变分布，具体将第一表面2a上的扩散层2c设置为扩散角度沿第一方向渐变分布，将第二表面2b上的扩散层2c设置为扩散角度沿第二方向渐变分布，第一方向与第二方向相交，这样，通过扩散元件2的相对第一表面2a及第二表面2b的扩散层2c的扩散角度的不均匀分布，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

在一些实施例中，位于第一表面2a的扩散层2c上的第一目标点与第一预设参考点之间具有第一距离，沿第一方向，第一距离与第一目标点对应的扩散角度呈正相关；第一预设参考点位于第一表面2a上的扩散层2c的边缘。

位于第二表面2b的扩散层2c上的第二目标点与第二预设参考点在第二表面2b的正投影之间具有第二距离，沿第二方向，第二距离与第二目标点对应的扩散角度呈负相关，第二预设参考点位于第一表面2a上的扩散层2c的边缘。

例如，扩散元件2具有多个边缘，第一边缘和第二边缘为多个边缘中相间隔的两个边缘，第一方向大致为从第一边缘朝向第二边缘的方向；其中，沿第一方向，设置在第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大；第二方向为与第一方向相交的方向，沿第二方向，设置在第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小。

又例如，扩散元件2具有相对第一边缘和第二边缘，以及相对的第三边缘和第四边缘，第一边缘、第三边缘、第二边缘和第四边缘依次连接；也即，扩散元件2可以为矩形，扩散元件2的四个边缘分别为第一边缘、第三边缘、第二边缘和第四边缘，其中，第一边缘和第二边缘相对，第三边缘和第四边缘相对。第一方向大致为从第一边缘朝向第二边缘的方向，沿第一方向，设置在第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大；第二方向为从第三边缘朝向第四边缘的方向，沿第二方向，设置在第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小。当然，扩散层2c的扩散角度的渐变趋势并不限于此，本实施例此处只是举例说明。

本实施例提供的匀光装置，通过上述设置，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

图4是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面及第二表面所对应的扩散角度的曲线图。其中，以扩散元件为矩形为例，X方向是长度方向，也即X方向是第一方向，Y是宽度方向，也即Y方向是第二方向。在第一表面和第二表面所对应的曲线的交叉处，表示第一表面及第二表面所对应的扩散角度相等，横坐标用于示意第一目标点或第二目标点与预设参考点之间的距离。

请参照图2至图4，在一些实施例中，分别设在第一表面2a和第二表面2b的扩散层2c的扩散角度呈互补式排布。具体的，位于第一表面2a的扩散层2c上的第一目标点对应的扩散角度，与位于第二表面2b的扩散层2c上的相应第二目标点对应的扩散角度互补。也即，位于第一表面2a的扩散层2c上的第一目标点对应的扩散角度，与位于第二表面2b的扩散层2c上的相应第二目标点对应的扩散角度之和为180°。

通过上述设置，能够有效改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度。

在一些实施例中，扩散元件2与入光面1a胶合。具体的，扩散元件2的第二表面2b与匀光棒1的入光面1a胶合。本实施例中，通过采用扩散元件2与匀光棒1胶合的架构，有利于修正投影画面的色差。在其它实施例中，也可以采用其它固定方式将扩散元件2固定在匀光棒1的入光侧。

图5是一示例性实施例提供的扩散元件的第一表面的扩散层2c中第一区域和第二区域的示意图。图5中内圈所对应的区域为第一区域2d。

请参照图2、图3及图5，在一些实施例中，扩散元件2具有第一区域2d和第二区域2e，第一区域2d无扩散层，第一区域2d用于供入射角度大于或等于第一阈值的照明光束透过，第二区域2e设置成扩散层2c，第二区域2e用于供入射角度小于第一阈值的照明光束透过。其中，第一阈值具体可以根据实际需要进行设置。

第一表面2a具有第一区域2d和第二区域2e，第二表面2b具有第一区域2d和第二区域2e，且第一表面2a的第一区域2d与第二表面2b的第一区域2d在平行于扩散元件2的方向的投影面上的正投影重合，第一表面2a的第二区域2e与第二表面2b的第二区域2e在平行于扩散元件2的方向的投影面上的正投影重合。第一表面2a和第二表面2b位于第二区域2e的部分，分别设置有扩散层2c。

示例性的，第二区域2e位于第一区域2d的外围，第一区域2d和第二区域2e的同心设置。以扩散层2c呈圆形为例，第一区域2d可以为圆形区域，第二区域2e可以为圆环形区域，第一区域2d和第二区域2e的圆心重合。以第一区域2d的半径为R1，以第二区域2e的外径为R2，则匀光装置满足：0.6≤R1/R2≤0.9。示例性的，R1/R2可以为0.6或0.65或0.7或0.76或0.8或0.85或0.9，或者为以上任意两个之间的比值。当然，在其它示例中，扩散层2c、第一区域2d及第二区域2e的具体形状可以根据实际需要进行设置；例如，扩散层2c呈方形，第一区域2d呈圆形。

可选的，以第一区域2d的面积为S1，以第二区域2e的面积为S2，则匀光装置满足：0.5≤S1/S2≤0.9.示例性的，S1/S2可以为0.5或0.55或0.6或0.65或0.7或0.73或0.75或0.8或0.85或0.9，或者为以上任意两个之间的比值。

本实施例中，通过上述设置，大角度入射的照明光束可以通过透过扩散元件2的第一区域2d并在匀光棒1内进行反射来实现相位的改变，小角度入射的照明光束可以入射到第二区域2e的粒子扩散层2c以能够通过粒子扩散层2c的渐变的扩散角度实现对光束传播的角度和相位的改变，达到降低散斑的目的，同时能够减少扩散粒子的涂布区域，降低成本。

图6是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图，用于示意位于第一表面的扩散层的扩散角度的变化趋势。其中，以扩散层2c为矩形为例，X方向是长度方向，Y是宽度方向，横坐标用于示意第一目标与预设参考点之间的距离。

请参照图2、图3及图6，在一些实施例中，位于第一表面2a的扩散层2c上的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，第一预设参考点位于第一表面2a上的扩散层2c的边缘，在第一目标点处，扩散层2c对应的扩散角度为y，则位于第一表面2a的扩散层2c满足：y＝kx+b；其中，k和b为常数，k＞0，b≥0。例如，k＝1，b＝0。其中，设在第二表面2b的扩散层2c的扩散角度与设置在第一表面2a的扩散层2c的相应位置的扩散角度互补。

示例性的，以第一表面2a上的扩散层2c呈矩形为例，该扩散层2c具有依次连接的第一边缘、第三边缘、第二边缘和第四边缘，第一边缘和第二边缘相对，第三边缘和第四边缘相对；其中，从第一边缘朝向第二边缘可以为长度方向也即X方向(第一方向)；从第三边缘朝向第四边缘可以为宽度方向也即Y方向(第二方向)。则匀光装置满足：沿X方向，位于第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大，位于第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小；或，沿Y方向，位于第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大，位于第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小；或，沿X方向及Y方向，位于第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大，位于第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小。

本实施例中，通过在扩散元件2对第一表面2a及第二表面2b的扩散层2c的扩散角度进行合理设置，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

图7是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图，用于示意位于第一表面的扩散层的扩散角度的变化趋势。其中，以扩散层2c为矩形为例，X方向是长度方向，Y是宽度方向，横坐标用于示意第一目标与预设参考点之间的距离。

请参照图2、图3及图7，在另一些实施例中，位于第一表面2a的扩散层2c上的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，第一预设参考点位于第一表面2a上的扩散层2c的边缘，在第一目标点处，扩散层2c对应的扩散角度为y，则位于第一表面2a的扩散层2c满足：y＝a

本实施例中，通过上述设置，使得沿X方向和/或Y方向，位于第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大，位于第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

图8是一示例性实施例提供的扩散元件的位于第一表面的扩散层的扩散角度的曲线图，用于示意位于第一表面的扩散层的扩散角度的变化趋势。其中，以扩散层2c为矩形为例，X方向是长度方向，Y是宽度方向，横坐标用于示意第一目标与预设参考点之间的距离。

请参照图2、图3及图8，在又一些实施例中，位于第一表面2a的扩散层2c的第一目标点与第一预设参考点之间的距离为x，第一预设参考点位于第一表面2a上的扩散层2c的边缘，在第一目标点处，扩散层2c对应的扩散角度为y，则位于第一表面2a的扩散层2c满足：

y＝a

其中，a

另外，设在第二表面2b的扩散层2c的扩散角度与设置在第一表面2a的扩散层2c的相应位置的扩散角度互补。

本实施例中，通过上述设置，使得沿X方向和/或Y方向，位于第一表面2a的扩散层2c的扩散角度逐渐增大，位于第二表面2b的扩散层2c的扩散角度逐渐减小，能够改变照明光束传播的角度和相位分布，从而有效抑制光束相干降低散斑程度，提高图像对比度，提升投影视觉观感。

本实施例还提供一种扩散元件，扩散元件的结构、功能及实现过程与前述任一实施例中的扩散元件相同，本实施例此处不再赘述。

本实施例还提供一种投影显示设备，包括前述任一实施例中的匀光装置。另外，投影显示设备还可以包括：照明装置及成像装置，匀光装置可以设置在投影显示设备的照明装置和成像装置之间，用于对照明装置发出的照明光束进行匀光，匀光后的照明光束能够入射至成像装置形成投影画面。当然，匀光装置还可以根据实际需要设置在其它位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，本发明实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本发明实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本发明的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。

在本发明中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者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，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。