一种变焦偏振转换系统技术方案

本发明专利技术提供一种变焦偏振转换系统，根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径，根据出射光孔径角和准直光束直径获取可变焦透镜组中两子透镜组之间的距离。准直光束依次被偏振转换模块中若干个偏振分光斜面反射后，半波片将准直光束中第一或第二偏振光转化为第二或第一偏振光后出射至可变焦透镜组。可变焦透镜组透射出射光后，经光积分器匀光，在光积分器的出射端透射出满足出射光孔径角大小的第一或第二偏振光。优点是在不使用光阑、透镜列阵、偏振转换列阵的条件下实现了一种方式简单，装配灵活的偏振转换系统，能够根据所需的出射光孔径角对光路中光学元件调节，应用于不同孔径角要求的光路系统中。应用于不同孔径角要求的光路系统中。应用于不同孔径角要求的光路系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种变焦偏振转换系统


[0001]本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种变焦偏振转换系统。

技术介绍

[0002]在投影系统中，为满足偏振光照明条件，通常在投影系统中采用偏振器件将光源系统发射的非偏振光转换为偏振光。
[0003]结构最简单的偏振器件是线偏振片。当一束自然光或者多偏振态的光经过线偏振片时，只能通过一个振动方向的光，而吸收其它振动方向的光，从而大大地降低了透过偏振片的光能，一般来说，透过率低于50％。
[0004]随着技术的发展，出现了其它形式的偏振转换器件。图1是一种典型的偏振转换阵列。图1包括若干用于遮挡部分入射光的光阑11，若干与光阑11配套的半波片12。光阑11和半波片12之间由多个上下端面平行的斜方棱镜胶合而成的偏振器件主体连接。在胶合的斜面上镀有偏振分光膜，使得入射到该镀膜面的S偏振态的光被反射，而P偏振态的光被透射。在斜方棱镜的下端面，对应于透射P偏振态光的区域放置半波片，使得P偏振态被转换成S偏振态，从而使得透过偏振转换阵列的光都是S偏振态。当一束自然光I0垂直入射到该偏振转换阵列上时，其偏振转换的光路如图1所示。为了有效地输出S偏振态的光，入射到相邻斜方棱镜上的光束I1和I2必须被光阑11挡住。因此，当一束准直的入射光通过这样的偏振转换系统时，能量利用率仍然低于50％。
[0005]如图2所示，为了提高这种偏振转换器件的能量利用率，通常采用透镜阵列与之匹配使用。其中1a为透镜阵列，2a为图1所示的偏振转换阵列。透镜阵列将入射的准直光汇聚到偏振转换阵列的透光区域，然后经过镀有偏振分光膜的胶合面，S偏振态的光被2次反射后出射，而P偏振态的光被透射，继而被半波片转换成S偏振态的光后透射出来。
[0006]图3为图2中偏振转换器件相邻两个单元的光路示意图。由于透镜阵列的汇聚作用，入射到偏振转换器件上的光束具有孔径角μ。当制作斜方棱镜的玻璃折射率为n，中心光线I0在斜面上的入射角为i0时，则光线I1在斜面上的入射角为：
[0007][0008]光线I2在斜面上的入射角为：
[0009][0010]当u＝40
°
，n＝1.5168，i0＝45
°
时，i1＝58.03
°
，i2＝31.97
°
，由于偏振镀膜具有角度特性，当入射角度偏离设计入射角度大约5度以上时，镀膜曲线将发生明显的位移，从而造成偏振分光膜的消光比迅速下降。一般当入射角度偏离25度时，偏振镀膜的消光比将出现指数级的变化，使得出射的偏振光不纯而降低了光能的利用率。
[0011]另外，为了避免产生杂光，还必须在透镜阵列前使用光阑片来挡住相邻小透镜的
边界。光阑的引入进一步地降低了光能的利用率。如图4所示，其中1b为透镜阵列，2b为偏振转换器件，3b为透镜阵列的光阑片。
[0012]现有的偏振转换器件，不管是使用单个偏振片还是偏振转换阵列，偏振转换效率和能量利用率都很低。如图4所示的偏振系统不仅加工、安装对准工艺复杂，而且还需要使用多个光阑片来提高偏振转换的效率，从而浪费了大量的光能。对于输出亮度要求高的投影设备尤其是3D投影设备，急需一种高效的偏振转换系统来达到高亮度的偏振输出。
[0013]所以如何能够提供一种能够提高入射光利用率的偏振系统成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0014]本专利技术提供一种变焦偏振转换系统，用以解决现有技术中偏振转换器件结构复杂、偏振转换效率低的问题。
[0015]为了实现上述目的，本专利技术技术方案提供了一种变焦偏振转换系统，其特征在于，它包括：第一透镜组、偏振转换模块、半波片、可变焦透镜组、光积分器；根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径h。准直光束依次被偏振转换模块中若干个偏振分光斜面反射后，半波片将准直光束中第一偏振光转化为第二偏振光后出射至所述可变焦透镜组；或，在偏振转换模块将第一偏振光直接透射后，半波片将准直光束中第二偏振光转化为第一偏振光后出射至可变焦透镜组。根据出射光孔径角u
′
和准直光束直径h获取可变焦透镜组中两子透镜组之间的距离，距离与可变焦透镜组中的第一子透镜组的焦距f1、第二子透镜组的焦距f2满足函数关系：
[0016]其中，f为可变焦透镜组的焦距；d为两子透镜组之间的距离。
[0017]第一偏振光或第二偏振光从可变焦透镜组出射后经光积分器匀光后，在光积分器的出射端透射一出射光孔径角为u
′
的第一偏振光或所述第二偏振光。
[0018]作为上述技术方案的优选，较佳的，根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径，包括：第一透镜组具有焦距f3，当汇聚点在第一透镜组焦点上时，入射光孔径角为u的光束透过偏振转换模块时，产生的准直光束直径h为:
[0019]作为上述技术方案的优选，较佳的，准直光束依次被所述偏振转换模块中偏振分光斜面反射，包括：所述准直光束入射至第一偏振斜面，第一偏振光束依次被所述第一偏振斜面和所述第二偏振斜面反射后，被所述半波片透射，所述第一偏振光被转换为第二偏振光，从所述偏振转换模块透射。
[0020]作为上述技术方案的优选，较佳的，半波片将准直光束中第一偏振光转化为第二偏振光后出射至所述可变焦透镜组，包括：所述准直光束中的第二偏振光从所述第一偏振斜面透射出后偏振态保持不变。
[0021]作为上述技术方案的优选，较佳的，准直光束依次被所述偏振转换模块中偏振分光斜面反射，包括：准直光束入射至第一偏振斜面，所述准直光束中的第一偏振光被所述第一偏振斜面和所述第二偏振斜面依次反射后，透射出所述偏振转换模块，在此过程中所述第一偏振光的偏振态不变。
[0022]作为上述技术方案的优选，较佳的，准直光束中的第二偏振光从所述第一偏振斜
面透射出后，射入所述半波片，其偏振态被转换为第一偏振光，准直透射出所述偏振转换模块。
[0023]作为上述技术方案的优选，较佳的，根据出射光孔径角u
′
和所述准直光束直径h获取所述可变焦透镜组中两子透镜组之间的距离，包括：
[0024]其中出射光孔径角u
′
随着所述距离d的减小而减小。
[0025]作为上述技术方案的优选，较佳的，光积分器为空心导光棒，其内表面镀有反射膜。
[0026]本专利技术技术方案提供了一种变焦偏振转换系统，根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径，进一步根据出射光孔径角和准直光束直径获取可变焦透镜组中两子透镜组之间的距离。准直光束依次被偏振转换模块中若干个偏振分光斜面反射后，半波片将准直光束中第一或第二偏振光转化为第二或第一偏振光后出射至可变焦透镜组。可变焦透镜组透射出射光后，经光积分器匀光，在光积分器的出射端透射出满足出射光孔径角大小的第一或第二偏振光。
[0027]本专利技术的优点是在不使用光阑、透镜列阵、偏振转换列阵的条件下提供了一种实现方式简单，装配灵活的偏振转换系统：入射光束以准直的方式直接通过偏振分光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变焦偏振转换系统，其特征在于，它包括：第一透镜组、偏振转换模块、半波片、可变焦透镜组、光积分器，根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径h；准直光束依次被所述偏振转换模块中若干个偏振分光斜面反射后，所述半波片将准直光束中第一偏振光转化为第二偏振光后出射至所述可变焦透镜组；或，在所述偏振转换模块将所述第一偏振光直接透射后，所述半波片将所述准直光束中第二偏振光转化为第一偏振光后出射至所述可变焦透镜组；根据出射光孔径角u
′
和所述准直光束直径h获取所述可变焦透镜组中两子透镜组之间的距离，所述距离与可变焦透镜组中的第一子透镜组的焦距f1、第二子透镜组的焦距f2满足函数关系：其中，f为所述可变焦透镜组的焦距；d为两子透镜组之间的距离。所述第一偏振光或所述第二偏振光从可变焦透镜组出射后经所述光积分器匀光后，在所述光积分器的出射端透射一出射光孔径角为u
′
的所述第一偏振光或所述第二偏振光。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据入射光孔径角和第一透镜组的焦距确定准直光束直径，包括：所述第一透镜组具有焦距f3，当汇聚点在第一透镜组焦点上时，入射光孔径角为u的光束透过所述偏振转换模块时，产生的准直光束直径h为:3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述准直光束依次被所述偏振转换模块中偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨风雷，
申请(专利权)人：巴可伟视北京电子有限公司，
类型：发明
国别省市：