专利名称：一种用于多投影机真三维显示器的导光型白光同步照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步照明装置，特别是涉及一种用于多投影机真三维显示器的导光型白光同步照明装置。
背景技术：
真三维显示技术因其能够满足“直接可视、全角度可视及群视”等一系列要求，而成为目前在技术实现和显示效果两方面均较有优势的技术。现有的真三维显示方案，主要为体积静止型和体积扫掠型两大类型。体积静止型的真三维显示是通过适当的方式来激励或寻址静止体积内的显示介质，并以高于人眼闪烁融合频率的速度进行刷新，以便在每一个指定的空间位置产生体像素，由此构成真实地加载于三维实空间内的体图像。由于缺少合适的显示介质，这种显示技术到目前为止尚无法满足实用。体积扫掠型的真三维显示是根据屏幕的形状、运动方式和位置，将三维物体切片解析成二维图像，当屏幕运动时，在指定位置将解析的图像显示在屏幕上，利用人眼视觉暂留重构出三维图像。目前已经公开报道的有如下五种1)基于平面屏直线往复运动的真三维显示系统，通过投影屏幕的直线运动来重构出三维图像；2)浙江大学基于二维LED屏旋转的真三维显示系统；3)基于旋转平面屏加高帧频DLP投影机的真三维显示系统；4)基于螺旋屏加高帧频DLP投影机的真三维显示系统；5)基于多投影机的真三维显示系统。基于多投影机的真三维显示技术突破了分辨率、灰阶和帧频的相互制约瓶颈，是目前最有可能实现实用的显示技术。单片彩色滤色片LCD或LCOS投影机具有结构简单、体积小和成本低等优点，非常适合用于基于多投影机的真三维显示器中。真三维显示器中投影机围绕屏幕转轴圆周排列，旋转光源照明方向与屏幕垂直，并与屏幕同步旋转，依次照明投影机。单片彩色滤色片的LCD或LCOS投影机需要白光照明，若使用线偏振白光则亮度更高。基于多投影机的真三维显示器中现有的同步照明装置采用两级柯勒照明光路，光能利用率低，光学元件多，结构笨重松散，调整复杂，且只能提供白光自然光照明，照明系统的光损耗高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种导光型照明装置，可以使同步旋转照明光路的结构紧凑、重量更轻、光损耗更低，而且可以降低旋转照明光路的转动惯量。本发明提供一种用于多投影机真三维显示器的导光型白光同步照明装置，包括一组旋转组和至少两组固定组；其特征在于，所述旋转组由垂直导光棒、直角棱镜一、直角棱镜二、横向导光棒一和横向导光棒二组成；垂直导光棒位于白光光源正上方，直角棱镜一和直角棱镜二的三角面重合且斜面相对并行排列于纵向导光棒正上方，横向导光棒一和横向导光棒二入射端分别正对直角棱镜一和直角棱镜二的出射端面；所述固定组由扩展棱镜组、横向短导光棒、折转棱镜、斜向导光棒和透镜组成，其中横向短导光棒的入射端为垂面， 出射端为斜面，斜向导光棒的入射端为斜面，出射端为垂面；横向短导光棒入射端面正对扩展棱镜组的出射端面，折转棱镜入射端面与横向短导光棒的出射端面平行正对，斜向导光棒入射端面与折转棱镜的出射端面平行正对；透镜的光轴与斜向导光棒的出射光轴重合。所述垂直导光棒的截面为圆形，横向导光棒一、横向导光棒二、横向短导光棒和斜向导光棒的截面均为矩形。所述固定组的数量与基于多投影机的真三维显示器中投影机的数量相同，且与投影机一样沿旋转屏圆周摆放。所述固定组中的扩展棱镜组由直角棱镜三、分光棱镜和1/2波片组成，该扩展棱镜组可以将自然光转化为不同方向的线偏振光。该装置采用全反射原理，所有的导光棒和棱镜等光学元件的所有表面均为抛光面，所有光学零件之间均有Ium至Imm的空气间隔，这样可以提高导光效率。
图1是本发明专利的导光型白光同步照明装置结构示意图；图2是本发明专利的导光型白光同步照明装置俯视图；图3(1)是本发明专利的棱镜一 3和棱镜二 15的结构示意主视图；图3(2)是本发明专利的棱镜一 3和棱镜二 15的结构示意俯视图；图4是本发明专利的棱镜一 3和棱镜二 15的位置关系示意图；图5是本发明专利的扩展棱镜组结构示意图；图6是本发明专利的可产生S方向偏振光的固定组结构示意图；图7是本发明专利的可产生P方向偏振光的固定组结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体使用过程中做进一步阐述。在基于多投影机的真三维显示器中，投影机10采用单片彩色滤色片IXD或LCOS 投影机，其围绕屏幕转轴圆周排列；光源照明方向与屏幕垂直，并与屏幕同步旋转，依次照明投影机。单片彩色滤色片的LCD或LCOS投影机需要白光照明，若使用线偏振白光则亮度更高。如图1所示，该导光型白光同步照明装置包括旋转组、固定组和白光光源1。其中， 旋转组包括垂直导光棒2、直角棱镜一 3和直角棱镜二 15、横向导光棒一 4和横向导光棒二 14 ；白光光源1的出射光线垂直进入垂直导光棒2，由垂直导光棒2出射的光线经直角棱镜一 3和直角棱镜二 15分别向左右两个方向折转90°，经直角棱镜一 3反射的光线再通过横向导光棒一 4传到照明固定组。直角棱镜二 15将由垂直导光棒2出射的另一半光线反射90°后传至横向导光棒二 14。旋转组固定在转臂13上，电机12通过齿形带11带动转臂13转动，从而使整个旋转组绕轴旋转。固定组由扩展棱镜组5、横向短导光棒6、折转棱镜7、斜向导光棒8和透镜9组成。 当旋转组中的横向导光棒一 4转至扩展棱镜组5时，扩展棱镜组将光束口径扩展一倍，并耦合到横向短导光棒6中，再经折转棱镜7折转后由斜向导光棒8出射，透镜9将斜向导光棒8出射的光耦合到投影机中。横向短导光棒6、折转棱镜7和斜向导光棒8将光束折转并在斜向导光棒8的出口处将照明光线偏振化。固定组的数量与圆周排列的投影机的数量一致。如图2所示，当旋转组转过θ/2时，横向导光棒二 14照明对径方向的另一位置的固定组，从而为对径方向的投影机提供照明。该导光型照明光路装置采用反射原理，所有的导光棒和棱镜等光学元件的所有表面均为抛光面。且在所有光学零件之间均存在Ium至Imm的空气间隔，这样可以更好地提高导光效率。而在常规的光路中，棱镜只有三个面抛光，上下底面一般为粗糙表面，导光效率很低。垂直导光棒2的截面为圆形，其直径为D。横向导光棒一 4、横向导光棒二 14、横向短导光棒6和斜向导光棒8的截面均为矩形。直角棱镜一 3和直角棱镜二 15的结构如图 3所示，直角边长度为0.707D，厚度为0.354D。扩展棱镜组5由直角棱镜三17、偏振分光棱镜16和1/2波片18组成，其结构如图5所示。由横向导光棒一 4出射的光线照到偏振分光棱镜16后，一部分光透射，另一部分光反射后再经直角棱镜三17反射，从而保证该部分光线的方向与经偏振分光棱镜16透射的光线方向相同，且反射光强与透射光强相同。为了满足不同投影机对入射光线偏振方向的要求，该固定组提供两种不同的结构，分别可以将自然光转换成P方向的线偏振光和S方向的线偏振光。如图6所示，将1/2波片18放置在直角棱镜三17 —侧，其形状与直角棱镜三17出射面形状相同并与其保持正对。其中，偏振分光棱镜16透射P方向线偏振光、反射S方向线偏振光，经偏振分光棱镜16反射的S方向光线再经直角棱镜三17反射后投射到1/2波片18，该1/2波片18可以将偏振方向转90°，从而保证了经横向短导光棒6出射的光线均为S方向线偏振光。1/2波片粘于横向短导光棒6上。同理，如图7所示，当1/2波片18设置在偏振分光棱镜16 —侧时，经导光棒出射的光线为P方向线偏振光。从而很好地满足了不同投影机对入射光线的要求。
权利要求
1.一种用于多投影机真三维显示器的导光型白光同步照明装置，包括一组旋转组和至少两组固定组；其特征在于，所述旋转组由垂直导光棒、直角棱镜一、直角棱镜二、横向导光棒一和横向导光棒二组成；垂直导光棒位于白光光源正上方，直角棱镜一和直角棱镜二的三角面重合且斜面相对并行排列于纵向导光棒正上方，横向导光棒一和横向导光棒二入射端分别正对直角棱镜一和直角棱镜二的出射端面；所述固定组由扩展棱镜组、横向短导光棒、折转棱镜、斜向导光棒和透镜组成，其中横向短导光棒的入射端为垂面，出射端为斜面， 斜向导光棒的入射端为斜面，出射端为垂面；横向短导光棒入射端面正对扩展棱镜组的出射端面，折转棱镜入射端面与横向短导光棒的出射端面平行正对，斜向导光棒入射端面与折转棱镜的出射端面平行正对，透镜的光轴与斜向导光棒的出射光轴重合。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述垂直导光棒的截面为圆形，横向导光棒一、横向导光棒二、横向短导光棒和斜向导光棒的截面均为矩形。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述固定组的数量与基于多投影机的真三维显示器中投影机的数量相同，且与投影机一样沿旋转屏圆周摆放。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述固定组中的扩展棱镜组由直角棱镜三、偏振分光棱镜和1/2波片组成，将自然光转化为线偏振光。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该装置采用全反射原理，所有的导光棒和棱镜等光学元件的所有表面均为抛光面，所有光学零件之间均有Ium至Imm的空气间隔，可提高导光效率。
全文摘要
本发明提出一种用于多投影机真三维显示器的导光型白光同步照明装置，该装置包括一组旋转组和至少两组固定组；所述旋转组由垂直导光棒、两个直角棱镜和两个横向导光棒组成；两直角棱镜的三角面重合且斜面相对并行排列于纵向导光棒正上方，两个横向导光棒入射端分别正对两个直角棱镜的出射端；所述固定组由扩展棱镜组、横向短导光棒、折转棱镜、斜向导光棒和透镜组成，横向短导光棒入射端正对扩展棱镜组的出射端，折转棱镜入射端与横向短导光棒的出射端平行正对，斜向导光棒入射端与折转棱镜的出射端平行正对；透镜的光轴与斜向导光棒的出射光轴重合。该装置可以使同步旋转照明光路的结构紧凑、重量轻、光损耗低，降低旋转照明光路的转动惯量。
文档编号G03B35/20GK102566234SQ20121000910
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘越, 朱秋东, 王涌天, 黄涛 申请人:北京理工大学