光束合成设备制造技术

一种光束合成设备(400)，包括反射式衍射光栅面(401)，用于当不同颜色的第一(1)、第二(2)和第三(3)入射光束照射到所述反射式衍射光栅面(401)时将其合成单衍射混色光束(7)，其中，所述光栅面(401)的轮廓(403)针对衍射效率按照最优标准进行配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光束合成设备
本专利技术涉及一种具有衍射光栅面的光束合成设备，尤其涉及一种小型单元，其具有特别设计的用于将红色、绿色和蓝色激光束合成一条光束的衍射光栅。本专利技术还涉及一种包括这种光束合成设备的激光扫描微型投影仪以及生成混色光束的方法。本专利技术大体涉及微型投影照射

技术介绍
激光扫描技术支持设计用于插入到如移动电话、智能电话、笔记本电脑等移动设备中的高质量微投影设备。激光扫描投影方法的主要优点在于光源较小，色域良好，空间光调制器较小，不需要液晶矩阵或DLP(数字光处理)等成像器矩阵。激光扫描的一个主要问题在于如何将红色、绿色和蓝色激光束精确地合成一条光束，以在屏幕上所设计的坐标处创建图像点。激光扫描投影技术使用两个或两个以上双色镜将三条不同颜色的光束，如红色、蓝色和绿色或其他颜色，合成一条混色光束，如相似强度的白色光束。US7445339B2中的图1示出了将红色、绿色和蓝色激光束合成一条RGB(红、绿、蓝)色受控光束5。由此图可知，双色镜和偏光镜1、2、3、4通常可用于三种激光束的合成。建议将色散光学元件用于US7891817B2中的光束合成。色散光学元件是扩散光束的元件，其输出方向取决于光束的波长。如果入射光束以特定方向照射到色散元件上，可从色散光学元件产生混合光束。US7891817B2的图2示出了具有棱镜形式的色散光束合路器元件3的激光投影系统200的一般结构。1a、1b、1c三个光源(红、绿、蓝)的红色、绿色和蓝色光束到达将所述光束合成一条光束投影在屏幕6上的棱镜3之前，所述光束分别经过包括光束成形光单元21a、21b、21c的光单元2a、2b、2c以及光束转换光学元件22a、22b和22c。扫描单元4包括反射镜41a、42a以及扫描驱动部41b和42b，扫描单元4扫描光束并通过导光镜5控制到屏幕6上的投影。US7891817B2中的图3示出了透射式衍射光栅角度计算工作的原理。图3示出了通过用于入射光束角θ0计算的光束透射式衍射光栅的光束传播。相对于法线的入射光束角为θ0的入射光束折射到衍射光栅面，并以相对于法线的出射光束角θ1穿过衍射光栅，其中，所述出射光束角大于所述入射光束角。上述光学投影系统采用一般色散元件或设置有多面反射镜和扫描驱动部。一般色散光学元件为棱镜和透射式衍射光栅(diffractiongrating，简称DG)。棱镜和透射式衍射光栅为立体元件，因此它们不支持充分减小RGB光束合路器的总大小。类似地，多面反射镜和扫描驱动部的设置消耗了投影系统的大量内部空间。微型投影系统具有严格的尺寸要求，例如其大小应不超过几立方厘米。因此，有必要降低这类设备的大小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种小型设备，其用于将不同颜色的光束合成一条混色光束。本专利技术基于以下发现：通过使用特殊轮廓的反射式衍射光栅来有效地合成三条光束，能够减小照射单元的尺寸。在将三条光束合成一条光束时，所述反射式光栅根据最大效率进行优化。根据第一方面，本专利技术涉及一种光束合成设备，包括：反射式衍射光栅面，用于当不同颜色的第一入射光束、第二入射光束和第三入射光束照射到所述反射式衍射光栅面时将其合成单衍射混色光束，其中，所述光栅面的轮廓针对衍射效率按照最优标准进行配置。所述光栅面的轮廓针对衍射效率按照最优标准进行配置时，效率越高，光学元件数量越少。由于衍射效率的优化，可以减小所述光束合成设备的大小。在执行三条光束混合时，只需要使用单个光栅面。不需要额外的光学器件，如双色镜或棱镜等。根据所述第一方面，在所述光束合成设备的第一种可能的实施方式中，所述反射式衍射光栅面包括闪耀光栅。闪耀光栅的衍射效率可高于90％。根据所述第一方面的第一种实施方式，在所述光束合成设备的第二种可能的实施方式中，所述闪耀光栅包括非对称状，尤其是非对称三角形的凹槽。由于闪耀光栅的非对称形状，衍射效率得以提高。根据所述第一方面，在所述光束合成设备的第三种可能的实施方式中，所述反射式衍射光栅面包括子波长光栅。子波长光栅的衍射效率可高于90％。根据所述第一方面的第三种实施方式，在所述光束合成设备的第四中可能的实施方式中，所述子波长光栅包括设置于所述光栅面的凹槽，其中，所述凹槽的周期小于所述三条入射光束中一条光束的波长。周期小于波长的所述光栅面上的凹槽可提高衍射效率。根据所述第一方面的第四种实施方式，在所述光束合成设备的第五种可能的实施方式中，所述子波长光栅的凹槽为对称三角形或正弦曲线形。对于子波长光栅，对称形状可用于提高衍射效率。对称形状易于制造。根据所述第一方面本身或根据所述第一方面的任何一种前述的实施方式，在所述光束合成设备的第六种可能的实施方式中，所述光栅面包括反射式金属化光栅，尤其是覆盖所述光栅面的金属层。由于通过光栅透射不产生光损耗，所述反射式金属化光栅提高了衍射出射光束的功率。根据所述第一方面本身或根据所述第一方面的任何一种前述的实施方式，在所述光束合成设备的第七种可能的实施方式中，所述光栅面的轮廓弯曲，尤其是呈凹形。弯曲的光栅面支持对初始光束发散的矫正。弯曲的光栅表支持减少光学元件数量并允许更多的小型设备。根据所述第一方面本身或根据所述第一方面的任何一种前述的实施方式，在所述光束合成设备的第八种可能的实施方式中，所述最优标准基于至少一个以下参数：所述入射光束相对于法线的角度(θi)、所述衍射光束相对于法线的角度(θw)，所述入射光束的波长(λi)、衍射级号(m)，以及所述光栅面的光栅周期(T)。这些参数设计时已知或易于测量。根据所述第一方面的第八种实施方式，在所述光束合成设备的第九种可能的实施方式中，所述最优标准基于如下关系式：其中，θi表示第i条入射光束相对于法线的角度，i＝1,2,3；θw表示所述衍射光束相对于法线的角度；λi表示第i条入射光束的波长，i＝1,2,3；m表示衍射级号；T表示所述光栅面的光栅周期。可根据通用衍射光栅等式确定所述最优标准。使用这种关系式时，很容易生成光栅轮廓的设计。因此，可根据具体的光学环境灵活制造衍射光栅。根据所述第一方面的第九种实施方式，在所述光束合成设备的第十种可能的实施方式中，所述衍射级号m＝-1。使用衍射级号m＝-1时，可避免所设计的“白色”光束与初始RGB激光束零级的混合。用于出射光束颜色设计的效率能得到提高。根据所述第一方面的第八种至第十种实施方式中的任一种，在所述光束合成设备的第十一种可能的实施方式中，所述光栅面的光栅周期T在约2500条每毫米的范围内。此类范围产生蓝色激光束(450nm)、绿色激光束(532nm)和红色激光束(640nm)的子波长光栅，从而提高了衍射效率。根据所述第一方面的第八种至第十一种实施方式中的任一种，在所述光束合成设备的第十二种可能的实施方式中，所述入射光束的波长(λi)对应于红色、绿色、蓝色激光束的波长。所述衍射光栅的轮廓可以用在衍射效率得到提高的激光扫描投影仪中。根据第二方面，本专利技术涉及一种激光扫描微型投影仪，包括：第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别用于生成第一入射光束、第二入射光束和第三入射光束，其中，所述入射光束的颜色不同；根据所述第一方面本身或所述第一方面的任何一种前述的实施方式的光束合成设备，其中，所述第一激光器、第二激光器和第三激光器的设置使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光束合成设备(400)，其特征在于，包括：反射式衍射光栅面(401)，用于当不同颜色的第一(1)、第二(2)和第三(3)入射光束照射到所述反射式衍射光栅面(401)时将其合成单衍射混色光束(7)；其中，所述光栅面(401)的轮廓(403)针对衍射效率按照最优标准进行配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光束合成设备(400)，其特征在于，包括：反射式衍射光栅面(401)，用于当不同颜色的第一入射光束(1)、第二入射光束(2)和第三入射光束(3)照射到所述反射式衍射光栅面(401)时将其合成单衍射混色光束(7)；其中，所述光栅面(401)的轮廓(403)针对衍射效率按照最优标准进行配置；所述反射式衍射光栅面(401)包括亚波长光栅，所述亚波长光栅包括设置于所述光栅面(401)的凹槽，其中，所述凹槽的周期小于所述三条入射光束(1、2、3)中任意一条光束的波长。2.根据权利要求1所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述反射式衍射光栅面(401)包括闪耀光栅。3.根据权利要求2所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述闪耀光栅包括非对称状。4.根据权利要求1所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述亚波长光栅的凹槽为对称三角形或正弦曲线形。5.根据前述权利要求1-4任一所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述光栅面(401)包括反射式金属化光栅。6.根据前述权利要求1-4任一所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述光栅面(401)的轮廓(403)弯曲。7.根据前述权利要求1-4任一所述的光束合成设备(400)，其特征在于：所述最优标准基于至少一个以下参数：所述入射光束(1、2、3)相对于法线(402)的角度(θi)；所述衍射光束(7)相对于法线(402)的角度(θw)；所述入射光束(1、2、3)的波长(λi)；衍射级号(m)；以及所述光栅面(401)的光栅周期(T)。8.根据权利要求7所述的光束合成设备(400)，其特征在于，所述最优标准基于如下关系式：其中，θi表示第i条入射光束(1、2、3)相对于法线的角度，i＝1,2,3；θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉·伊万诺维奇·彼得洛夫，安吉拉·柳得维戈夫娜·斯托洛日娃，马克西姆·尼古列维奇·克洛莫夫，尤里·米哈伊洛维奇·索科洛夫，弗拉迪斯拉夫·根纳蒂耶维奇·尼基京，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44