[发明专利]一种3D投影镜头及投影设备

说明书

本申请的3D投影设备包括光源、分色合色单元、光调制单元、3D投影镜头。3D投影镜头包括前组镜头单元、分光单元、后组镜头单元、液晶器件，分光单元的PBS棱镜设置于3D投影镜头的孔径光阑位置。光源向分色合色单元发出光束；分色合色单元将其引导至光调制单元；光调制单元对来自分色合色单元的光束进行调制从而形成图像光并出射至3D投影镜头；3D投影镜头接收来自光调制单元的图像光并分光为第一光和第二光，投射至屏幕叠合呈现3D效果。本发明通过将3D系统在投影镜头内部实现，节省了3D系统的体积，使得PBS棱镜的体积达到最小，也避免了光调制器至投影镜头的距离过长，降低了镜头的设计难度。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种3D投影镜头及投影设备。

背景技术

3D投影显示以其生动、立体的显示效果得到越来越广泛的应用。影院中常用的投影仪为了实现3D效果，需要专门的3D设备，目前常用的3D设备可以利用起偏器将自然光属性的图像光转变为线偏振光，然后通过时序调制的液晶器件将线偏振光转变为时序的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别为左眼图像光和右眼图像光，二者叠合从而实现3D效果。该过程当中，自然光经过起偏器会损失一半的光，然后经过液晶器件再损失一部分光，由此导致投影仪整体的光效比较低。

为了减少3D设备在起偏器位置损失的光，本领域人员开发了双光路的3D系统，使得自然光属性的图像光经过PBS(polarization beam splitter，偏振分光棱镜)棱镜分成S光和P光，S光透射，P光反射，反射的P光经过偏振转换器变为S光，两束S光经过液晶器件变为时序的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，最终在屏幕上合成为左眼图像光和右眼图像光。然而，由于镜头设计需要考虑镜头的通用性，通常将PBS设置在镜头后方作为附加器件，这样的设计方案会导致光束经过PBS棱镜分光的效率不高，并且PBS棱镜的体积需要做得比较大，使得制造成本过高。

还有一种现有技术，如CN102402018A的投影镜头如图1所示，被数字微镜器件301调制后的光经过Philips棱镜和TIR棱镜后出射，此时为非偏振光，该非偏振光经过中继镜组31，在偏极转换系统32中成中继影像，并被偏极转换系统32转化为偏振光，而后投影镜头33将中继影像成像到屏幕上，由此实现了3D效果。在该技术方案中，将偏极转换系统32设置在镜头之前，使得数字微镜器件301到达镜头的距离更长，即镜头的BFL(back focallength)更长，使得镜头的设计和加工难度增大。同时，PBS棱镜304放置于数字微镜器件301出射光束的中间光路中，由于光束呈现发散状态，PBS棱镜304的体积也必须设计得比较大，整体结构也很复杂。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种3D投影镜头，其包括前组镜头单元、分光单元、后组镜头单元，所述后组镜头单元至少包括第一后组镜头和第二后组镜头；所述前组镜头单元接收图像光并将图像光汇聚到所述分光单元；所述分光单元的用于分光的部分设置于所述3D投影镜头的孔径光阑位置；所述分光单元接收来自所述前组镜头单元的图像光，对图像光进行分光从而得到多束光，所述多束光至少包括不同传播方向的第一光和第二光；所述分光单元将第一光沿第一光径引导出射至所述第一后组镜头，将第二光沿第二光径引导出射至所述第二后组镜头；所述第一后组镜头、所述第二后组镜头分别处于第一光径、第二光径上；所述第一后组镜头接收第一光、所述第二后组镜头接收第二光并出射。

优选地，分光单元的设置使得图像光在分光单元处的光束截面积小于等于孔径光阑截面积。

优选地，第二后组镜头相对于第一后组镜头具有一定的光轴偏移，从而使得第一后组镜头出射的第一光和第二后组镜头出射的第二光在屏幕上重合。

优选地，分光单元包括偏振分光棱镜，偏振分光棱镜设置于3D投影镜头的孔径光阑位置，用于将入射的图像光分为具有第一偏振态的第一光和具有第二偏振态的第二光；3D投影镜头还包括偏振转换组件，偏振转换组件处于第一光径或第二光径上，用于将第一光转换为第二偏振态，或将第二光转换为第一偏振态，以使入射至第一后组镜头的第一光和入射至第二后组镜头的第二光具有相同的偏振态。