[发明专利]基于偏振分光镜的分光装置

说明书

本发明提供一种基于偏振分光镜的分光装置，包括偏振分光镜、二分之一波片、全反射镜和中性分束镜，利用偏振分光镜的偏振分光特性，将一束非偏振光分成两束偏振光，同时利用二分之一波片改变其中一束光的偏振特性，利用中性分束镜，达到分束的目的，再利用全反射镜改变光传播方向。最终获得了偏振相同、光强相同、方向平行的多束线偏振激光输出。本发明解决了照明和投影显示系统中单束光难以获得大范围照明面积的问题。该装置结构简单，运行稳定，适用于需要通过扩大照明面积，提高匀场显示效果的显示系统。投影显示系统很多都工作在偏振光模式，而本装置正好实现了偏振输出，符合了很多投影显示系统的工作要求，因此可以简化系统，降低成本。

技术领域

本发明涉及激光照明、显示领域，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，具体为一种基于偏振分光镜的分光装置。

背景技术

激光显示技术以其色域宽广、亮度高、饱和度高以及可以更真实再现自然界多姿多彩的颜色世界等优点日益受到人们的关注。

在激光显示中常常需要把激光光束转换成特定形状且强度均匀的光束。常常需要用到复眼照明系统与X分光镜，但X分光镜交叉位置对应的像面上会形成一条暗场区域。在CN 205353467 U专利中采用了分光的解决办法，将原光路划分为四条光路，合理的弥补了X分光镜在投影系统中画面屏幕中心出现暗条纹的缺陷，已经获得了良好的显示效果。不过该专利只是简单把入射光分为若干个区域入射，每束光光学性质可能不同，所以显示效果可以进一步提高。而本装置将一束光通过简单结构分成四束光，每束光光强，波长，偏振等光学性质完全一致，进一步提高了匀场显示效果。此外本装置可以直接和光学衍射元件(DOE)联用，可以输出面积可调的矩形光斑，可以提高复眼透镜覆盖率，也进一步提高了匀场效果，另外DOE代替了透镜扩束系统，降低了系统成本。

无论在激光显示还是激光照明的应用中，常常需要通过扩大照明面积来获得良好的照明和匀场效果，而传统利用单束光进行扩束的方法，例如望远镜扩束系统，随着倍率的提高，尺寸会变得很大，不利于制作和使用，而且效果常常不够理想。而本装置通过简单的光学器件，合理的光路结构，可以获得很大的照明面积，且装置各器件之间距离可调，方便与很多光学系统配合使用。

投影显示系统，特别是液晶投影与LCOS投影显示系统，都工作在偏振光模式，而传统的照明光源均为非偏振光源，所以常常需要和偏振转换器(PCS)联用。本装置直接实现了线偏振光输出，不需要偏振转换器(PCS)，能量利用率得到提高，同时也降低了光学系统的成本。

发明内容

本发明提供了一种基于偏振分光镜的分光装置，它以简单的结构，扩大了照明面积，获得良好的匀场效果，而且获得线偏振光输出，可以在激光照明、激光显示等领域获得很多应用。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种基于偏振分光镜的分光装置，包括分光组件，所述分光组件包括偏振分光镜、二分之一波片、全反射镜I、中性分束镜I、全反射镜II、中性分束镜II和全反射镜III；入射光进入偏振分光镜，被分成两束光，反射光为S偏振光，透射光为P偏振光；S偏振光进入到二分之一波片被转换成P偏振光，再由全反射镜I反射，进入中性分束镜I再被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜II反射，使方向调整到与透射光一致；P偏振光直接进入中性分束镜II被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜III反射，使方向调整到与透射光一致，最终获得了偏振相同，光强相同，方向平行的四束线偏振激光输出。

其中，二分之一波片与偏振分光镜胶合在一起。

其中，建立直角坐标系，全反射镜I、全反射镜II和全反射镜III角度都可调，调整全反射镜I位置至垂直于XOZ平面，与X轴、Z轴分别成45°夹角，调整全反射镜II和全反射镜III位置至垂直于XOY平面，与X轴、Y轴负向分别成45°夹角。

其中，中性分束镜I和中性分束镜II透射和反射比为50/50。