CN102929088B - 传导式偏振分光同步照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种传导式偏振分光同步照明装置，包括：光源、导光棒、偏振分光棱镜、第一镜头、偏振光转换单元、第二镜头；其中光源发出的光聚焦于导光棒上，偏振分光棱镜的入射面与导光棒的出射面粘接，偏振分光棱镜将入射光分成第一线偏振光和第二线偏振光，第一镜头将第一线偏振光投射至多个第一投影机中的一个，偏振光转换单元将第二线偏振光的偏振方向转换成与第一线偏振光的偏振方向相同，第二镜头将经过偏振方向转换的第二线偏振光投射至多个第二投影机中的一个。本发明采用偏振分光棱镜将光源的自然光分成两路线偏振光，在分光的同时实现了自然光到线偏振光的转换，提高了光效，降低了投影机中的杂光干扰。

Description

传导式偏振分光同步照明装置

技术领域

本申请涉及一种照明装置，尤其涉及用于投影机中的传导式偏振分光同步照明装置。

背景技术

多投影机真三位显示器的投影机成圆周排布，平面屏幕转到正对投影机时投影机投射出所对应截面的图形，屏幕连续转动，人眼视暂留效应将通过转轴的系列截面影像合成出完整的真三维影像，若要重构出不失真的真三维影像，屏幕转动应与投影机照明完全同步。

在中国专利申请CN101038421A中公开了一种多投影机的布局方案和多种照明光路，其中使用了至少两台投影机，沿着一旋转屏周围摆放，将对应角度的一个二维图像同步投影在一个旋转屏幕上，从而重构出与真实物体相似的三维图像。其中存在下述问题，首先，采用的照明光为自然光，由于目前常用的LCD和LCOS空间光调制器要求线偏振光照明，因此同步照明光路的光能损失较大；其次，传光束与投影机一对一设置，数量很多，成本较高；此外，传光束的入射端或光阑距离转轴的距离较长，一般在300～800mm之间，照明光源的投射距离相应较远，光学元件的口径也相应较大，从而增加了旋转光路的体积和转动惯量。

发明内容

本发明提出一种传导式偏振分光同步照明装置，能够克服现有技术中所述的缺陷。

该传导式偏振分光同步照明装置，包括：光源、导光棒、偏振分光棱镜、第一镜头、偏振光转换单元、第二镜头；其中光源发出的光聚焦于导光棒上，偏振分光棱镜的入射面与导光棒的出射面粘接，偏振分光棱镜将入射光分成第一线偏振光和第二线偏振光，第一镜头将第一线偏振光投射至多个第一投影机中的一个，偏振光转换单元将第二线偏振光的偏振方向转换成与第一线偏振光的偏振方向相同，第二镜头将经过偏振方向转换的第二线偏振光投射至多个第二投影机中的一个；

该装置还包括一个转动机构，所述转动结构带动光路***转动，使第一镜头和第二镜头出射的线偏振光依次投射至第一投影机和第二投影机，所述的光路***包括光源、导光棒、偏振分光棱镜、第一镜头、偏振光转换单元、第二镜头。

其中，导光棒的截面形状为圆形、正方形或矩形。

其中，导光棒的入射端面形状为圆形。

其中，导光棒的出射端面形状为方形或矩形。

其中，偏振分光棱镜的上、下底面都被抛光成光学面，光线在该光学面处被全反射。

其中，偏振转换单元是1/2波片。

其中，在偏振分光棱镜和第一镜头之间，具有第一保偏导光棒。

其中，第二线偏振光从偏振分光棱镜出射后被反射棱镜反射至偏振转换单元。

其中，在反射棱镜和偏振转换单元之间具有第二保偏导光棒。

本发明的有益效果：在上述照明装置中，采用偏振分光棱镜将光源的自然光分成两路线偏振光，在分光的同时实现了自然光到线偏振光的转换，提高了光效，降低了投影机中的杂光干扰。同时，采用导光式传光方式缩短了投影机上的传光距离，结构简单、安装方便、降低成本，同时还使照明光源均匀化。

附图说明

图1为本发明的偏振光同步照明装置的光路示意图；

图2为本发明的PBS棱镜和反射棱镜的结构示意图；

图3示出了本发明中透镜光轴与导光棒中心之间的关系。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

图1所示为传导式偏振光同步照明装置的光路。光源1为反光杯式照明光源，也可以采用其它类型的照明光源，光源发出的光聚焦在导光棒2上，导光棒的截面形状可为圆形、正方形和矩形，或者也可以采用圆形入射端，方形或矩形出射端的导光棒，导光棒的出射端面与偏振分光棱镜（PBS）3紧密接触或粘接。PBS3将自然光分成两路相互正交的线偏振光，S方向线偏振光经保偏导光棒5，再经透镜6、7及反射镜8对投影机9进行照明。经PBS3透射的P方向线偏振光经棱镜4反射，再经导光棒13和1/2波片14以及透镜和反射镜对投影机9进行照明。

PBS棱镜的上、下底面通常为粗糙面，散射严重，不能全反射，光的传输效率很低。本实施例中将PBS3的上下底面抛光成光学面，使光线能进行全反射，从而提高传光效率，如图2所示。本实施例中的反射棱镜4的斜面上镀有全反射膜，上下底面同样抛光成光学面，使光线能全反射。1/2波片14将保偏导光棒13发出的P方向线偏振光变为S方向线偏振光，使两臂出射的偏振光的偏振方向相同，均为投影机所要求的偏振方向。

电机12的转动由齿轮11传送到转轴10，带动同步照明光路转动，交替对投影机进行照明。所有投影机和反射镜的高度均相同，即各投影机的照明光轴高度相同，同时两臂出射的光束中心高也相同。透镜6、7的光轴相对于导光棒5的中心高出距离a，使出射光束的中心平移至与投影机照明光轴相同的高度，如图3所示。其中a满足下述公式（1）：

$a=\frac{D}{2(1+\frac{f_2^{\′}}{f_1^{\′}})}---\left(1\right)$

其中D为保偏导光棒的高，f₁'为透镜6的焦距，f₂′为透镜7的焦距。透镜15、16的光轴应相对导光棒13中心向下移一个距离a，也用公式(1)计算。保偏导光棒5，13形状尺寸相同，其截面形状为正方形或矩形。

本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.传导式偏振分光同步照明装置，包括：光源、导光棒、偏振分光棱镜、第一镜头、偏振光转换单元、第二镜头；其特征在于：其中光源发出的光聚焦于导光棒上，偏振分光棱镜的入射面与导光棒的出射面粘接，偏振分光棱镜将入射光分成第一线偏振光和第二线偏振光，第一镜头将第一线偏振光投射至多个第一投影机中的一个，偏振光转换单元将第二线偏振光的偏振方向转换成与第一线偏振光的偏振方向相同，第二镜头将经过偏振方向转换的第二线偏振光投射至多个第二投影机中的一个；

所述第一镜头包括透镜6、7及第一反射镜8，其中透镜6、7光轴平行，第一线偏振光经透镜6、7之后再经反射镜8对第一投影机9进行照明；所述第二镜头包括透镜15、16以及第二反射镜，其中透镜15、16光轴平行，第二线偏振光经透镜15、16和第二反射镜对第二投影机进行照明；

所有投影机的照明光轴高度相同，透镜6、7的光轴相对于第一保偏导光棒5的中心高出距离a₁；透镜15、16的光轴相对第二保偏导光棒13中心向下移一个距离a₂：

$a=\frac{D}{2(1+\frac{f_2^{\′}}{f_1^{\′}})}$

其中以第一保偏导光棒5的高作为D，透镜6的焦距作为f₁'，透镜7的焦距作为f₂'，计算获得的a即为a₁；

其中以第二保偏导光棒13的的高作为D，透镜15的焦距作为f₁'，透镜16的焦距作为f₂'，计算获得的a即为a₂。

2.如权利要求1所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：该装置还包括一个转动机构，所述转动结构带动光路***转动，使第一镜头和第二镜头出射的线偏振光依次投射至第一投影机和第二投影机，所述的光路***包括光源、导光棒、偏振分光棱镜、第一镜头、偏振光转换单元、第二镜头。

3.如权利要求1或2所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，导光棒的截面形状为圆形、正方形或矩形。

4.如权利要求3所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，导光棒的入射端面形状为圆形。

5.如权利要求3所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，导光棒的出射端面形状为方形或矩形。

6.如权利要求1或2或4或5所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，偏振分光棱镜的上、下底面都被抛光成光学面，光线在该光学面处被全反射。

7.如权利要求1或2或4或5所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，偏振转换单元是1/2波片。

8.如权利要求1或2或4或5所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，在偏振分光棱镜和第一镜头之间，具有第一保偏导光棒。

9.如权利要求1或2或4或5所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，在反射棱镜和偏振转换单元之间具有第二保偏导光棒。

10.如权利要求1或2或4或5所述的传导式偏振分光同步照明装置，其特征在于：其中，第二线偏振光从偏振分光棱镜出射后被反射棱镜反射至偏振转换单元。