CN106918921A - 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 - Google Patents
一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106918921A CN106918921A CN201710281561.7A CN201710281561A CN106918921A CN 106918921 A CN106918921 A CN 106918921A CN 201710281561 A CN201710281561 A CN 201710281561A CN 106918921 A CN106918921 A CN 106918921A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fly
- light
- eye lens
- lens
- pbs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，属于激光显示技术领域。该装置光纤、准直透镜、PBS、反射镜、半波片、复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ和透镜；光纤的出射光路上设置准直透镜和PBS，PBS的出射面上设置半波片，PBS将光纤的激光光束分光后，S光经PBS的内反射面反射后出射；P光透射过半波片后变为S光出射，出射光路上依次设置复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ和透镜；反射和出射的两路S光以相同的角度入射复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ和透镜，实现匀场和整型后的光斑。本发明实现了匀场、整型、起偏功能，设计合理、结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及激光显示技术领域，特别是应用于激光照明、激光显示及以相干光为光源的光学设备与仪器，具体为一种基于复眼透镜的匀场整形装置光路设计。
背景技术
激光具有高亮度、单波长，光束质量好等特点，在激光显示领域和激光照明领域具有广阔的应用前景。但由于激光器出射光为偏振光，且功率低，呈高斯分布，为了实现大功率激光照明，通常采用激光器与光纤耦合，多根光纤集束，实现大功率激光输出，采用两片式复眼透镜组和球面镜实现匀场整型，再采用PCS(PCS-Polarizing Conversion System偏振光转换器)实现非偏振光转化为偏振光，具体如图1所示。
在Lcos(Lcos-Liquid Crystal on Silicon硅基液晶)和LCD投影系统中，近似平行光的非偏振光1先后通过2、3复眼透镜和透镜5实现匀场和整型后的光场6，同时才复眼透镜3和球面镜5之间，放置PCS4，实现非偏振光转化为线偏正光，基于复眼透镜的匀场装置必须采用PCS实现偏振光转换，导致系统元器件成本高，系统光效率低于60％。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，能够高效率和低成本地实现匀场整型及偏振态光转化。
一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，该装置包括光纤、准直透镜、PBS(Polarizing Beam splitters偏振分光棱镜)、反射镜、半波片、复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ以及透镜；
所述光纤的出射光路上依次设置准直透镜和PBS，PBS的出射面上设置半波片，PBS将光纤的激光光束分光后，S光反射的光路上设置反射镜，S光在反射镜上发生反射；P光透射过半波片后转变为S光出射，出射光路上依次设置复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ和透镜；反射和出射的两路S光以相同的角度射入复眼透镜Ⅰ，经复眼透镜Ⅱ和透镜，实现匀场和整型后的光斑。
进一步地，为了简化光路结构，利用内反射镜PBS代替PBS和反射镜的组合。
进一步地，通过改变半波片的位置可实现P光的输出。
进一步地，减少轴向光路尺寸以适用于不同空间限制，所述光纤与准直透镜垂直于复眼透镜轴线方向设置，半波片设置在内反射镜PBS的反射光出射面上；光束经内反射镜PBS分光，S光经内反射镜PBS反射后直接入射到复眼透镜，分光后的P光经内反射面内反射后，经半波片转化为S光，以相同的角度入射复眼透镜Ⅰ，经复眼透镜和透镜，实现匀场和整型后的光斑。
进一步地，为了提高照明光功率，采用两根光纤耦合方式；所述光纤、准直透镜、内反射镜PBS和半波片组成S光出射组件，两组S光出射组件呈中心对称设置，两组S光出射组件中光纤的光束同时位于垂直于复眼透镜轴线方向的直线上。
进一步地，为了克服不同空间对光路设计的限制，对准直透镜输入时采用平行光束，平行光束利用准直透镜对光纤输出光束准直或采用空间平行光束直接输入来实现。
进一步地，采用多根光纤，多种入射角度方式实现匀场整型及起偏功能。
进一步地，在PBS前入射光位置，或BPS与复眼透镜组之间放置散射片，进一步匀化，提高匀场效果。
有益效果：
1、本发明的生产成本低：由于PCS为几十片棱镜和波片胶合而成，加工精度高，工序复杂，因此价格高，而本发明利用PBS代替了PCS，PBS数量少，加工难度低，因此可大幅度降低元器件成本；
2、本发明的光效率高：由于PCS受光面是间隔分布，必须置于复眼透镜后，入射光发散角大，光效率小于60％，本发明采用PCS、复眼透镜方式，先将准直后光束转化为偏振光，再经过复眼透镜匀场和整型，光效率大于90％，本发明可提高系统光效率。
3、本发明的偏振转换效果好：由于PCS至于复眼透镜之后，入射光剩余发散角大，偏振态转换效果差，消光比较小；本发明采用准直透镜准直后，入射光发散角小，经PBS偏振态转换后，消光比大。
4、本发明的装置中各器件效率高，发热量小，可连续稳定工作，性能稳定，安全可靠。
附图说明
图1现有技术中基于复眼透镜和PCS的激光显示起偏匀场整形装置的光路图
图2本发明基于复眼透镜和PBS激光显示起偏匀场整形装置的光路图
图3本发明利用内反射镜PBS代替PBS的实施例
图4本发明采用垂直入射光路设计的实施例
图5本发明基于2×2内反射镜PBS和复眼透镜匀场、整型和起偏光路的实施例(垂直入射)
图6本发明基于2×2内反射镜PBS和复眼透镜匀场、整型和起偏光路的实施例(平行入射)
图7本发明基于多PBS和复眼透镜匀场、整型和起偏光路的实施例
图8基于Lcos的光路设计
其中：1-入射光束，2-复眼透镜Ⅰ，3-复眼透镜Ⅱ，4-PCS，5-透镜，6-匀场整型后光场，7、71、72、73-光纤，8、81、82、83-准直透镜，9-PBS，91、92、93-内反射镜PBS，10、101、102、103-半波片，11-反射镜，111-内反射面，12、16、19-Lcos模组，13-合束棱镜，14-投影镜头，15-X分光棱镜，17-反射镜，18-分光镜，20-反射镜。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1
如附图2所示，本发明提供了一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，该装置包括光纤7、准直透镜8、PBS9、反射镜11、半波片10、复眼透镜Ⅰ2、复眼透镜Ⅱ3以及透镜5；
光纤的出射光路上设置准直透镜8和PBS9，PBS9的出射面上设置半波片10，PBS9将光纤的激光光束分光后，S光反射的光路上设置反射镜11，S光在反射镜11上发生反射；P光透射过半波片10后转变为S光出射，出射光路上依次设置复眼透镜Ⅰ2、复眼透镜Ⅱ3和透镜5；反射和出射的两路S光以相同的角度射入复眼透镜Ⅰ2，经复眼透镜Ⅱ3和透镜5，实现匀场和整型后的光斑6。
实施例2
如图3所示，在实施例1的基础上采用内反射镜PBS91的内反射面111实现内反射，代替实施例1中的反射镜11，简化了装置的整体结构。
实施例3
如图4所示，光纤7与准直透镜8垂直于复眼透镜2轴线方向入射，经PBS91分光，S光经内反射镜PBS91反射，直接入射到复眼透镜Ⅰ2，分光后的P光经内反射面111内反射后，经半波片10转化为S光，以相同的角度入射复眼透镜Ⅰ2。本实施例有利于减少轴向光路尺寸，适用于不同空间限制。
实施例4
为了提高照明光功率，可采用两根光纤耦合方式，如图5所示，光纤71、准直透镜81、内反射镜PBS91和半波片101组成S光出射组件，两组S光出射组件呈中心对称设置，两组S光出射组件中光纤的光束同时位于垂直于复眼透镜轴线方向的直线上。
光纤71和72输出的两束光束，经准直透镜81和82准直后，利用内反射镜PBS91和92起偏，经两片半波片101和102将P光转化为S光，一并照射到复眼透镜Ⅰ2，分光后的S光经内反射镜PBS91和92的内反射面111反射，直接入射到复眼透镜Ⅰ2，经复眼透镜Ⅱ3和透镜5，实现匀场和整型后的光斑6。
实施例5
为了克服不同空间对光路设计的限制，可采用光纤与准直透镜平行于复眼透镜轴线的方式入射，如附图6所示。
实施例6
如附图7所示，本实施例采用三根光纤入射，其中光纤71和光纤73所在的S光出射组件入射角度一致，光纤72位于光纤71和光纤73之间，光纤72所在的S光出射组件入射角度与光纤71和光纤73所在的S光出射组件入射角度相差180度；光纤71、72和73与准直透镜81、82和83以平行于复眼透镜Ⅰ2和Ⅱ3轴线的方式入射，光束分别经准直透镜81、82和83准直后，利用内反射镜PBS91、92和93起偏，经三片半波片101、102和103将P光转化为S光，一并照射到复眼透镜Ⅰ2；分光后的S光经内反射镜PBS91、92和93的内反射面111反射，直接入射到复眼透镜Ⅰ2经复眼透镜Ⅱ3和透镜5，实现匀场和整型后的光斑6。
实施例7
如图8所示，一种基于本发明的投影显示装置，包括本发明的匀场整型装置部分以及投影显示部分。工作时，激光光源71、72经光纤输出白色激光，经过准直透镜81、82准直后为平行光束，经过PBS91、92分光后为两束P光和两束S光，P光经波片101、102后，转化为S光，四束S光束经汇聚透镜5汇聚后，X分光棱镜15分光，绿光(或红光，或蓝光)经反射镜20反射后，入射Lcos模组12，经Lcos模组12图像调制后，入射到合束棱镜13；X分光棱镜15分光后的其它两种光(绿光和蓝光)经反射镜17反射，和分光镜18分光后，分别照射到Lcos模组16、19，经Lcos模组16、19图像调制后，入射到合束棱镜13，经投影镜头14实现投影显示。
装置将入射的自然光高效率的转换为固定的偏振态，经X镜以及分光镜分为红、绿、蓝三路光入射到各自的Lcos中进行光的调制，最终实现图像的输出。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，该装置包括光纤、准直透镜、PBS、反射镜、半波片、复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ以及透镜；
所述光纤的出射光路上依次设置准直透镜和PBS，PBS的出射面上设置半波片，PBS将光纤的激光光束分光后，S光反射的光路上设置反射镜，S光在反射镜上发生反射；P光透射过半波片后转变为S光出射，出射光路上依次设置复眼透镜Ⅰ、复眼透镜Ⅱ和透镜；反射和出射的两路S光以相同的角度入射复眼透镜Ⅰ，经复眼透镜Ⅱ和透镜，实现匀场和整型后的光斑。
2.如权利要求1所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，利用内反射镜PBS代替PBS和反射镜的组合。
3.如权利要求1所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，通过改变半波片的位置实现P光的输出。
4.如权利要求2所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，所述光纤与准直透镜垂直于复眼透镜轴线方向设置，半波片设置在内反射镜PBS的反射光出射面上。
5.如权利要求2所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，所述光纤、准直透镜、内反射镜PBS和半波片组成S光出射组件，两组S光出射组件呈中心对称设置，两组S光出射组件中光纤的光束同时位于垂直于复眼透镜轴线方向的直线上。
6.如权利要求2所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，对准直透镜输入时采用平行光束，平行光束利用准直透镜对光纤输出光束准直或采用空间平行光束直接输入来实现。
7.如权利要求5或6所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，采用多根光纤，多种入射角度方式实现匀场整型及起偏功能。
8.如权利要求7所述的基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置，其特征在于，在PBS前入射光位置或BPS与复眼透镜组之间放置散射片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710281561.7A CN106918921A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710281561.7A CN106918921A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106918921A true CN106918921A (zh) | 2017-07-04 |
Family
ID=59568270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710281561.7A Pending CN106918921A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106918921A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107861178A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-03-30 | 青岛海信电器股份有限公司 | 复眼透镜组及应用其的投影装置 |
| CN109375330A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-02-22 | 哈尔滨工程大学 | 一种光纤阵列与蝇眼透镜的对准系统及方法 |
| CN109782454A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-21 | 重庆爱奇艺智能科技有限公司 | 一种偏振转换装置 |
| CN111360397A (zh) * | 2019-08-14 | 2020-07-03 | 方强 | 基于多个光纤输出激光模块的匀光光学系统及加工头 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09244021A (ja) * | 1996-03-04 | 1997-09-19 | Casio Comput Co Ltd | 液晶表示装置 |
| US20040021832A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-02-05 | Chikara Yamamoto | Polarizing illumination optical system and projection-type display device which uses same |
| CN101169520A (zh) * | 2006-11-16 | 2008-04-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于液晶投影显示的偏振光转换装置 |
| CN102004321A (zh) * | 2010-08-27 | 2011-04-06 | 浙江金成科技发展有限公司 | 具有单个偏振转换器的led液晶投影机的光学结构 |
| JP2015210488A (ja) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | キヤノン株式会社 | 照明光学系およびこれを用いた画像表示装置 |
| CN206906709U (zh) * | 2017-04-26 | 2018-01-19 | 北京镭创高科光电科技有限公司 | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 |
-
2017
- 2017-04-26 CN CN201710281561.7A patent/CN106918921A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09244021A (ja) * | 1996-03-04 | 1997-09-19 | Casio Comput Co Ltd | 液晶表示装置 |
| US20040021832A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-02-05 | Chikara Yamamoto | Polarizing illumination optical system and projection-type display device which uses same |
| CN101169520A (zh) * | 2006-11-16 | 2008-04-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于液晶投影显示的偏振光转换装置 |
| CN102004321A (zh) * | 2010-08-27 | 2011-04-06 | 浙江金成科技发展有限公司 | 具有单个偏振转换器的led液晶投影机的光学结构 |
| JP2015210488A (ja) * | 2014-04-30 | 2015-11-24 | キヤノン株式会社 | 照明光学系およびこれを用いた画像表示装置 |
| CN206906709U (zh) * | 2017-04-26 | 2018-01-19 | 北京镭创高科光电科技有限公司 | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107861178A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-03-30 | 青岛海信电器股份有限公司 | 复眼透镜组及应用其的投影装置 |
| CN109375330A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-02-22 | 哈尔滨工程大学 | 一种光纤阵列与蝇眼透镜的对准系统及方法 |
| CN109375330B (zh) * | 2018-10-18 | 2021-03-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种光纤阵列与蝇眼透镜的对准系统及方法 |
| CN109782454A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-05-21 | 重庆爱奇艺智能科技有限公司 | 一种偏振转换装置 |
| CN111360397A (zh) * | 2019-08-14 | 2020-07-03 | 方强 | 基于多个光纤输出激光模块的匀光光学系统及加工头 |
| WO2021027657A1 (zh) * | 2019-08-14 | 2021-02-18 | 方强 | 基于多个光纤输出激光模块的匀光光学系统及加工头 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112969955B (zh) | 具有二向色分束器颜色组合器的光学装置和系统 | |
| CN201780448U (zh) | 一种图像均匀清晰的投影光学引擎 | |
| US10386563B2 (en) | Illuminator for a wearable display | |
| RU2437130C2 (ru) | Линза, формирующая изображение под управлением подложки | |
| CN113391506B (zh) | 照明系统及投影装置 | |
| CN112859343A (zh) | 新型的增强现实近眼显示装置和增强现实显示设备 | |
| CN106918921A (zh) | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 | |
| CN107045255A (zh) | 一种薄型液晶投影显示led偏光光源 | |
| CN101995743A (zh) | 一种亮度和颜色均匀的投影光学引擎 | |
| CN116047849A (zh) | 照明系统及投影装置 | |
| CN206906709U (zh) | 一种基于复眼透镜的激光显示起偏匀场整形装置 | |
| CN210465974U (zh) | 一种激光合束装置 | |
| CN105511012A (zh) | 一种用于实现偏振准直面光源的导光结构 | |
| CN112965247A (zh) | 一种投影光学系统及近眼显示设备 | |
| CN111435215A (zh) | 一种紧凑的微型投影光引擎 | |
| CN218824990U (zh) | 一种光机系统及近眼显示设备 | |
| CN218767781U (zh) | 投影显示设备 | |
| US11543741B2 (en) | Illumination system and projection device | |
| CN210894973U (zh) | 一种激光光源系统 | |
| CN113805415B (zh) | 投影装置 | |
| CN102411255A (zh) | 投影机 | |
| CN115421351A (zh) | 一种投影设备和投影系统 | |
| CN115793370A (zh) | 一种投影光机及ar眼镜 | |
| CN210428067U (zh) | 一种蓝紫光led节能投影机及其投影膜 | |
| WO2023082468A1 (zh) | 一种反向分布照明的ar光机及ar眼镜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170704 |