CN109483886B - 一种液晶屏3d打印用偏振光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶屏3D打印用偏振光源，解决了现有的液晶屏3D打印机光源照射到液晶屏中的50%的光能被偏振膜吸收，光能利用率低的问题。本装置包括偏振调节片，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置液晶屏，所述偏振调节片包括交替分布的第一偏振模块和第二偏振模块，第一偏振模块内倾斜设置偏振膜，第二偏振模块内倾斜设置有反射膜，反射膜和偏振膜相互平行，第一偏振模块或者第二偏振模块的出射侧设有旋光片。本发明在光源入射液晶屏之前，通过偏振调节片的调节，将光源整理成能通过液晶屏偏振膜的单向光，减少光能的浪费，节约能耗。
Description
技术领域
本发明属于3D打印领域，涉及一种3D打印光源，特别涉及一种液晶屏3D打印用偏振光源。
背景技术
偏振分光膜是利用光斜入射时薄膜的偏振效应制成的。偏振分光膜可以分成棱镜型和平板型两种。棱镜型偏振膜利用布儒斯特角入射时界面的偏振效应。当光束总是以布儒斯特角入射到两种材料界面时，则不论薄膜层数有多少，其水平方向振动的反射光总为零，而垂直分量振动的光则随薄膜层数的增加而增加，只要层数足够多，就可以实现透过光束基本是平行方向振动的光，而反射光束基本上是垂直方向振动的光，从而达到偏振分光的目的，由于由空气入射不可能达到两种薄膜材料界面上的布儒斯特角，所以薄膜必须镀在棱镜上，这时入射介质不是空气而是玻璃。平板型偏振膜主要是利用在斜入射时由电介质反射膜两个偏振分量的反射带带宽的不同而制成的。一般高反射膜，随着入射角的增大，垂直分量的反射带宽逐渐增大，而平行分量的带宽逐渐减少。选择垂直分量的高反射区、平行分量的高透过区为工作区则可构成透过平行分量反射垂直分量的偏振膜，这种偏振膜的入射角一般选择在基体的布儒斯特角附近。棱镜型偏振膜工作的波长范围比较宽，偏振度也可以做得比较高，但它制备较麻烦，不易做得大，抗激光强度也比较低。平板型偏振片工作的波长区域比较窄，但它可以做得很大，抗激光强度也比较高，所以经常用在强激光系统中。
使用LCD液晶屏的光固化LCD-3D打印机，设置储液槽、储液槽内放置树脂液，储液槽上方设有可升降的托盘，储液槽的底面设置底膜，储液槽底面透明，下方设置液晶屏，液晶屏下方设置光源。其3D打印的原理是利用液晶屏透光照射，使储液槽底膜根据液晶屏的透光形成的图像发生固化，凝固在托板上。由于液晶屏中偏振膜的存在，导致光源照射到液晶屏中的50%的光能被偏振膜吸收，光能利用率低。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的液晶屏3D打印机光源照射到液晶屏中的50%的光能被偏振膜吸收，光能利用率低的问题，提供一种液晶屏3D打印用偏振光源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于，包括偏振调节片，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置液晶屏，所述偏振调节片包括交替分布的第一偏振模块和第二偏振模块，第一偏振模块内倾斜设置偏振膜，第二偏振模块内倾斜设置有反射膜，反射膜和偏振膜相互平行，第一偏振模块或者第二偏振模块的出射侧设有旋光片。光是一种电磁波，根据振动方向和传播方向的关系，可以分为P偏振光和S偏振光，普通的光源一般为各向均匀的，由于液晶屏中存在偏振膜，只允许单一振动方向光通过，根据液晶屏偏振膜设置方向的不同，液晶屏单一利用P偏振光或者单一利用S偏振光。因此，常规光源通过液晶屏时，有一半的光能被过滤掉，造成能源的浪费。本方案至少使用一个第一偏振模块和一个第二偏振模块。本方案在光源入射液晶屏之前，通过偏振调节片的调节，将光源整理成能通过液晶屏偏振膜的单向光，减少光能的浪费。本方案中，第二偏振模块的出射侧设有旋光片的方式，光源从第一偏振模块的入射侧入射，经过偏振膜偏振后，分成透射的P偏振光和反射的S偏振光，P偏振光在第一偏振模块的出射侧出射，S偏振光在第二偏振模块中被反射膜二次反射后，并在第二偏振模块出射侧经过旋光片旋转，在第二偏振模块的出射侧出射，第一偏振模块和第二偏振模块的出射侧形成传播方向一致，振动方向一致的P偏振光；第一偏振模块的出射侧设有旋光片的方式，则第一偏振模块和第二偏振模块出射侧均射出S偏振光。光源的P偏振光、S偏振光均可以被液晶屏完全利用，减少了光源能耗。
作为优选，所述第一偏振模块的偏振膜相对偏振调节片表面的倾斜角度为45度。
作为优选，所述旋光片贴设在偏振调节片出射侧的表面，旋光片的旋光角度为90度。
作为优选，所述第一偏振模块和第二偏振模块相邻侧壁紧密贴靠。
作为优选，所述第一偏振模块和第二偏振模块的宽度一致。
作为优选，所述偏振调节片与液晶屏平行设置。
作为优选，所述光源为点阵分布式光源，每个第一偏振模块的入射侧设置一个准直光源。第二偏振模块的入射侧不设置光源。
作为优选，所述准直光源包括一个点光源和一个准直透镜。
作为另一种优选方案，所述光源为面分布光源，光源与偏振调节片之间设有将光束宽度缩小的缩束镜阵列，所述缩束镜阵列包括与第一偏振模块一一对应的光缩束模块，光缩束模块包括用于汇聚光束的第一透镜、用于将第一透镜汇聚的光束折射为平行光的第二透镜。光源的光线在经过缩束镜阵列的光缩束模块后，光束缩束前后比例为2:1或者略小于2:1，保证光束能完全覆盖第一偏振模块的范围。第一透镜聚光在第二透镜的焦点上，如果光源为平行光，则第一透镜和第二透镜焦点重合；如果光源为点光源发散的，那么各光缩束模块的第一透镜、第二透镜的形状需要分别设置，满足光光缩束的需求。
作为优选，所述第一透镜为凸透镜，所述第二透镜为设置在第一透镜焦点前侧的凹透镜或者所述第二透镜为设置在第一透镜焦点后侧的凸透镜。
作为优选，所述光源包括分束镜组，入射光从所述分束镜组的一端入射，沿入射光方向设置与第一偏振模块数量相同并一一对齐的分束镜，各分束镜倾斜设置并相互平行，沿入射光方向的分束镜数量为n，沿入射光方向分束镜的反射率依次为1/n、1/(n-1)、1/(n-2)…1。入射光经过分束镜时根据反射率分成反射光和继续直线传输的穿透光，反射光形成第一偏振模块的光源。沿入射光方向通过反射率的不断增大来保证反射光平均分布。
作为优选，偏振调节片和分束镜组平行设置，分束镜组的入射光从分束镜组入射，入射光与偏振调节片平行。
作为优选，所述分束镜与分束镜组的入射光夹角为45°。
作为优选，所述偏振调节片的宽度小于液晶屏宽度，偏振调节片和液晶屏之间设置扩大光束宽度的扩束镜。偏振调节片的单元结构复杂，成本高，实用扩束镜可以减少偏振调节片的尺寸，减少成本。
本发明在光源入射液晶屏之前，通过偏振调节片的调节，将光源整理成能通过液晶屏偏振膜的单向光，减少光能的浪费，节约能耗。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的实施例1的偏振调节片单元结构示意图。
图3是本发明的实施例2的偏振调节片单元结构示意图。
图4是本发明的实施例3的结构示意图。
图5是本发明的实施例4的结构示意图。
图6是本发明的实施例5的结构示意图。
图中：1、点光源，2、准直透镜，3、偏振调节片，4、第一偏振模块，5、第二偏振模块，6、液晶屏，7、偏振膜，8、旋光片，9、反射膜，10、第一透镜，11、第二透镜，12、光缩束模块，13、扩束镜，14、分束镜组，15、分束镜。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：一种液晶屏3D打印用偏振光源，如图1、2所示。本装置包括偏振调节片3，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置与偏振调节片平行的液晶屏6。如图2所示，所述偏振调节片包括交替分布、相互紧密贴靠的第一偏振模块4和第二偏振模块5，第一偏振模块4和第二偏振模块5宽度一致。第一偏振模块4内倾斜设置有偏振膜6，第二偏振模块5内倾斜设置反射膜9，反射膜和偏振膜相互平行，第一偏振模块的出射侧设有旋光片8。第一偏振模块4的偏振膜7相对偏振调节片3表面的倾斜角度为45度。所述旋光片8贴设在偏振调节片出射侧的表面，旋光片的旋光角度为90度。
光源为点阵分布式光源，每个第一偏振模块的入射侧设置一个准直光源，所述准直光源包括一个点光源1和一个准直透镜2。第二偏振模块的入射侧不设置光源。
如图2所示，点光源和准直透镜光源形成从第一偏振模块的入射侧垂直入射的平行光，经过偏振膜偏振后，分成透射的P偏振光和反射的S偏振光，P偏振光在第一偏振模块的出射侧经过旋光片90°旋光后转换成S偏振光出射；偏振膜偏振的S偏振光在第二偏振模块中被反射膜二次反射后，在第二偏振模块的出射侧呈S偏振光出射，第一偏振模块和第二偏振模块的出射侧形成传播方向一致，振动方向一致的S偏振光，可以被液晶屏完全利用，减少了光源能耗。
实施例2：一种液晶屏3D打印用偏振光源，如图1、3所示。本装置包括偏振调节片3，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置与偏振调节片平行的液晶屏6。如图3所示，所述偏振调节片包括交替分布、相互紧密贴靠的第一偏振模块4和第二偏振模块5，第一偏振模块4和第二偏振模块5宽度一致。第一偏振模块4内倾斜设置有偏振膜6，第二偏振模块5内倾斜设置反射膜9，反射膜和偏振膜相互平行，第二偏振模块的出射侧设有旋光片8。第一偏振模块4的偏振膜7相对偏振调节片3表面的倾斜角度为45度。所述旋光片8贴设在偏振调节片出射侧的表面，旋光片的旋光角度为90度。
光源为点阵分布式光源，每个第一偏振模块的入射侧设置一个准直光源，所述准直光源包括一个点光源1和一个准直透镜2。第二偏振模块的入射侧不设置光源。
如图2所示，点光源和准直透镜光源形成从第一偏振模块的入射侧垂直入射的平行光，经过偏振膜偏振后，分成透射的P偏振光和反射的S偏振光，P偏振光在第一偏振模块的出射侧出射，S偏振光在第二偏振模块中被反射膜二次反射后，并在第二偏振模块出射侧经过旋光片旋转，在第二偏振模块的出射侧出射，第一偏振模块和第二偏振模块的出射侧形成传播方向一致，振动方向一致的P偏振光，可以被液晶屏完全利用，减少了光源能耗。
实施例3：一种液晶屏3D打印用偏振光源，如图4所示。本装置的光源为面分布光源，光源与偏振调节片之间设有将光束宽度缩小的缩束镜阵列，所述缩束镜阵列包括与第一偏振模块一一对应的光缩束模块12，光缩束模块包括用于汇聚光束的第一透镜10、用于将第一透镜汇聚的光束折射为平行光的第二透镜11。第一透镜为凸透镜，所述第二透镜为设置在第一透镜焦点前侧的凹透镜。本装置的其他结构与实施例1或2相同。
实施例4：一种液晶屏3D打印用偏振光源，如图5所示。本装置的光源为面分布光源，光源与偏振调节片之间设有将光束宽度缩小的缩束镜阵列，所述缩束镜阵列包括与第一偏振模块一一对应的光缩束模块12，光缩束模块包括用于汇聚光束的第一透镜10、用于将第一透镜汇聚的光束折射为平行光的第二透镜11。第一透镜为凸透镜，第二透镜为设置在第一透镜焦点后侧的凸透镜。本装置的其他结构与实施例1或2相同。
实施例5：一种液晶屏3D打印用偏振光源，如图6所示。本装置包括偏振调节片3，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置与偏振调节片平行的液晶屏6。所述偏振调节片包括交替分布、相互紧密贴靠的第一偏振模块4和第二偏振模块5，第一偏振模块4和第二偏振模块5宽度一致。第一偏振模块4内倾斜设置有偏振膜6，第二偏振模块5内倾斜设置反射膜9，反射膜和偏振膜相互平行，第一偏振模块的出射侧设有旋光片8。第一偏振模块4的偏振膜7相对偏振调节片3表面的倾斜角度为45度。所述旋光片8贴设在偏振调节片出射侧的表面，旋光片的旋光角度为90度。
偏振调节片3的宽度小于液晶屏6宽度，偏振调节片和液晶屏之间设置扩大光束宽度的扩束镜13。
光源包括与偏振调节片平行的分束镜组14，所述分束镜组的一端具有与偏振调节片平行的入射光，沿入射光方向设置与第一偏振模块数量相同并一一对齐的分束镜15，分束镜倾斜设置并与第一偏振模块的偏振膜平行，沿入射光方向的分束镜数量为n，沿入射光方向分束镜的反射率依次为1/n、1/(n-1)、1/(n-2)…1。
Claims (9)
1.一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于，包括偏振调节片，所述偏振调节片的入射侧设置光源、出射侧设置液晶屏，所述偏振调节片包括交替分布的第一偏振模块和第二偏振模块，第一偏振模块内倾斜设置偏振膜，第二偏振模块内倾斜设置有反射膜，反射膜和偏振膜相互平行，第一偏振模块或者第二偏振模块的出射侧设有旋光片；
所述光源包括分束镜组，入射光从所述分束镜组的一端入射，沿入射光方向设置与第一偏振模块数量相同并一一对齐的分束镜，各分束镜倾斜设置并相互平行，沿入射光方向的分束镜数量为n，沿入射光方向分束镜的反射率依次为1/n、1/(n-1)、1/(n-2)…1；分束镜与第一偏振模块的偏振膜平行。
2.根据权利要求1所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述第一偏振模块的偏振膜相对偏振调节片表面的倾斜角度为45度。
3.根据权利要求1所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述旋光片贴设在偏振调节片出射侧的表面，旋光片的旋光角度为90度。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述第一偏振模块和第二偏振模块相邻侧壁紧密贴靠。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述第一偏振模块和第二偏振模块的宽度一致。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述偏振调节片与液晶屏平行设置。
7.根据权利要求1所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：偏振调节片和分束镜组平行设置，分束镜组的入射光从分束镜组入射，入射光与偏振调节片平行。
8.根据权利要求1或7所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述分束镜与分束镜组的入射光夹角为45°。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种液晶屏3D打印用偏振光源，其特征在于：所述偏振调节片的宽度小于液晶屏宽度，偏振调节片和液晶屏之间设置扩大光束宽度的扩束镜。
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