CN101191902A - 三色光直六棱柱合色棱镜 - Google Patents

Abstract

一种三色光直六棱柱合色棱镜，属光电照明和显示的技术领域，是用第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜胶合而成的底面为正六边形的、直棱柱状的棱镜，第二滤光膜位于第一棱镜、第二棱镜与第三棱镜、第四棱镜之间，第一滤光膜位于第一棱镜、第四棱镜与第二棱镜、第三棱镜之间，第一滤光膜与第二滤光膜以夹角为60°的方式相交，第一滤光膜与第二滤光膜的交线与所述的合色棱镜的中心轴重合，三色入射光的入射面和合色光的出射面分别为第一入射面，第二入射面，第三入射面和出射面，有滤光膜的制作难度小，滤光膜可应用的相对孔径较大等优点，特别适于用在诸如LCD、DLP和LCOS之类的显示系统中，作为三色光合光照明用。

Description

三色光直六棱柱合色棱镜

技术领域

本发明涉及一种三色光直六棱柱合色棱镜，确切说，涉及一种用直六棱柱合色棱镜将三色光合色的装置，属光电照明和显示的技术领域。

背景技术

现有的三色光X型合色组合棱镜(X组合棱镜)，采用一个正方体形的X组合棱镜，中间有两片正交的滤光膜。见图1。现以红、绿、蓝三色光合色成白光为例说明之。滤光膜f1反射蓝光，透过红、绿光；滤光膜f2反射红光，透过蓝、绿光。当红、绿、蓝三色光分别从各自的入射面射入X组合棱镜，经滤光膜f1和f2的透射和反射就合色成白光出射。在背景技术的X组合棱镜中，红、绿、蓝三色光都是以45°的入射角分别射向各自对应的滤光膜，这样大的入射角对滤光膜的制作带来很大的难度，滤光膜可应用的相对孔径较小。此外，X组合棱镜由四个直角棱镜胶合而成，制作工艺要求严格，成本高。

发明内容

本发明的目的是提出一种三色光直六棱柱合色棱镜。该组合棱镜有滤光膜的制作难度小，滤光膜可应用的相对孔径较大的优点。此外，该组合棱镜由四个两两相同的棱镜胶合而成，制作工艺要求相对较低，便于制作，制造成本低。

现结合附图简述为实现上述目的，本发明所采用的技术方案。

三色光直六棱柱合色棱镜是用第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13和第四棱镜14胶合而成的底面为正六边形的直棱柱棱镜，第二滤光膜16位于第一棱镜11、第二棱镜12与第三棱镜13、第四棱镜14之间，第一滤光膜15位于第一棱镜11、第四棱镜14与第二棱镜12、第三棱镜13之间，第一滤光膜15与第二滤光膜16以夹角为60°的方式相交，第一滤光膜15与第二滤光膜16的交线与所述的合色棱镜的中心轴重合，三色光的三个入射面和一个合色光的出射面分别为第一色光入射面123、133，第二色光入射面113，第三色光入射面135、143和合色光出射面134。三色光以两两之间呈120°夹角的方式分别从第一色光入射面123、133、第二色光入射面113和第三色光入射面135、143射入所述的合色棱镜，经所述的合色棱镜合色后，合色光从出射面134出射。

现结合附图详细说明本发明的技术方案。

一种三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，含第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13、第四棱镜14、第一滤光膜15和第二滤光膜16，透过第一、第二色光，第一棱镜11和第三棱镜13是五个底角分别为90°、120°、120°、90°、120°的直五棱柱，第二棱镜12和第四棱镜14是四个底角分别为60°、90°、120°、90°的直四棱柱，所述的四个棱镜的高度相等，第一滤光膜15反射第一色光，透过第二、第三色光，第二滤光膜16反射第三色光，所述的合色棱镜是由第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13和第四棱镜14胶合而成的底面为正六边形、底边和边心距分别为a和d的正六棱柱，其中 $d=\sqrt{3}/2*a,$ 第一斜面111和第三斜面131分别与第二斜面121和第四斜面141胶合，两者的胶合面上有第一滤光膜15，第五斜面112和第三斜面132分别与第二斜面142和第四斜面122胶合，两者的胶合面上有第二滤光膜16，所述的两个滤光膜之间的夹角为60°，所述的两个滤光膜的交线与所述的合色棱镜的中心轴线重合，三个三色光的入射面分别为第一色光入射面123、133，第二色光入射面113和第三色光入射面135、143，第一色光入射面123、133是胶合在一起的第二棱镜12和第三棱镜13的两个底面拼成的平面，第二色光入射面113就是第一棱镜11的底面，第三色光入射面135、143是胶合在一起的第三棱镜13和第四棱镜14的两个底面拼成的平面，第一滤光膜15和第二滤光膜16分别垂直平分第三色光入射面143、135和第一色光入射面123、133，合色光出射面134就是第三棱镜13的底面，所述的四个棱镜的工作面：三个三色光的入射面，两个滤光膜的膜面和一个合色光的出射面都是抛光面。见图2、3和7。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第一滤光膜15和第二滤光膜16是消偏振滤光膜。

本发明的技术方案的进一步特征在于，合色光出射面134上的底边的边心距减小，其长度用不等式表示为： $5/16*\sqrt{3}*a\&le;d^{,}<a,$ 其中，a为原正六边形底面的边长，d’为合色光出射面134上的底边的边心距。换句话说，第三棱镜13的底面处可以截去一块平板，截去平板的最大厚度为见图6。

与背景技术相比，本发明有以下优点：

1、三色光的光能量利用率高

现有的X-棱镜合色器中红、绿、蓝三色光都是以45°入射角射向各自的滤光膜，制作这样的滤光膜的难度高，限制了F数的数值，限制了三色光的光能量利用率。本发明中红、绿、蓝三色光都是以30°入射角射向各自的滤光膜，降低了制作滤光膜的难度，减小了F数的数值，提高了三色光的光能量利用率。

2、第一滤光膜15和第二滤光膜16较背景技术易于做成消偏振滤光膜。

3、第一滤光膜15和第二滤光膜16的制造成本低。

附图说明

图1是红、绿、蓝三色光X-棱镜合色器的结构示意图。

图2是三色光直六棱柱合色棱镜的底面的结构示意图。

图3是三色光直六棱柱合色棱镜的底面的分解结构示意图。

图4是三色光直六棱柱合色棱镜中第一滤光膜15的光谱透过率曲线图，其中，第一滤光膜15是消偏振滤光膜。

图5三色光直六棱柱合色棱镜中第二滤光膜16的光谱透过率曲线图，其中，第二滤光膜16是消偏振滤光膜。

图6是三色光直六棱柱合色棱镜的一种变型的底面的结构示意图。

图7是三色光直六棱柱合色棱镜的光路示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。

实施例1直六棱柱合色棱镜之一。

本实施例具有与上述的技术方案所述结构完全相同的结构，其特征在于，主要技术指标罗列如下：

高度和底面正六边形的边长分别为22mm和12.7mm

第一滤光膜15的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm和第二滤光膜16的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm。

第一滤光膜15和第二滤光膜16的光谱透过率特性如图4和图5所示。

工作原理。假设在本实施例中，第一色光、第二色光和第三色光分别为蓝光、绿光和红光，三色光分别以30°的入射角入射到各自对应的滤光膜。参见图7。蓝光从第一色光入射面123、133入射，按照其通过第一色光入射面123、133的标号为123的部分和的标号为133的部分分别分为BP1和BP2两部分。BP 1部分先以30°入射角入射到第一滤光膜15上，第一滤光膜15将其反射到第二滤光膜16上，透过第二滤光膜16，从合色光出射面134出射；BP2部分以30°入射角入射到第一滤光膜15上，第一滤光膜15将其反射到合色光出射面134，并从该面出射。绿光从第二色光入射面113入射，按照入射光束相对于第二色光入射面11垂直平分面分布的位置，分成GP1和GP2两部分，GP1部分依次透过第一滤光膜15和第二滤光膜16，从合色光出射面134出射GP2部分依次透过第二滤光膜16和第一滤光膜15，从合色光出射面134出射。红光从第三色光入射面135、143入射，按照其通过第三色光入射面135、143的标号为135的部分和标号为143的部分分别分为RP1和RP2两部分。

RP1部分先以30°入射角入射到第二滤光膜16上，被第二滤光膜16反射后，入射到第一滤光膜15上，透过第一滤光膜15，从合色光出射面134出射RP2部分以30°入射角入射到第二滤光膜16上，第二滤光膜16将其反射到合色光出射面134，并从该面出射。因此，从三个入射面入射的红、绿、蓝三色光，经过长度相等的光学路径，在第一滤光膜15和第二滤光膜16的作用下，都从本实施例的直六棱柱合色棱镜的合色光出射面134出射。从合色光出射面134出射的红、绿、蓝三色光混合在一起，合色成合色光，即白光。

实施例2直六棱柱合色棱镜之二。

本实施例除了具有以下的结构外，其余的结构与实施例1的完全相同：第一滤光膜15和第二滤光膜16是消偏振滤光膜。

由于三色光分别以30°的入射角入射到各自对应的滤光膜，入射角较小，所以用于实施例1的滤光膜和实施例2的消偏振滤光膜，不仅制作的难度较小，而且还能减小所述的滤光膜和消偏振滤光膜的最大可应用的F数。

实施例3实施例1的合色棱镜的变型之一。

本实施例除了具有以下的结构外，其余的结构与实施例1的完全相同：原正六边形底面的边长a＝12.7mm，合色光出射面134上的底边的边心距d’＝9mm。

本发明的三色光直六棱柱合色棱镜特别适于在诸如LCD、DLP和LCOS之类的显示系统中，作三色光的合光棱镜，为系统提供均匀明亮的照明白光。

Claims (16)

1.一种三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，含第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)、第四棱镜(14)、第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)，第一滤光膜(15)反射第一色光，透过第二、第三色光，第二滤光膜(16)反射第三色光，透过第一、第二色光，第一棱镜(11)和第三棱镜(13)是五个底角分别为90°、120°、120°、90°、120°的直五棱柱，第二棱镜(12)和第四棱镜(14)是四个底角分别为60°、90°、120°、90°的直四棱柱，所述的四个棱镜的高度相等，第一滤光膜(15)反射第一色光，透过第二、第三色光，第二滤光膜(16)反射第三色光，所述的合色棱镜是由第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)和第四棱镜(14)胶合而成的底面为正六边形、底边和边心距分别为a和d的正六棱柱，其中 $d=\sqrt{3}/2*a$ ，第一斜面(111)和第三斜面(131)分别与第二斜面(121)和第四斜面(141)胶合，两者的胶合面上有第一滤光膜(15)，第五斜面(112)和第三斜面(132)分别与第二斜面(142)和第四斜面(122)胶合，两者的胶合面上有第二滤光膜(16)，所述的两个滤光膜之间的夹角为60°，所述的两个滤光膜的交线与所述的合色棱镜的中心轴线重合，三个三色光的入射面分别为第一色光入射面(123、133)，第二色光入射面(113)和第三色光入射面(135、143)，第一色光入射面(123、133)是胶合在一起的第二棱镜(12)和第三棱镜(13)的两个底面拼成的平面，第二色光入射面(113)就是第一棱镜(11)的底面，第三色光入射面(135、143)是胶合在一起的第三棱镜(13)和第四棱镜(14)的两个底面拼成的平面，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)分别垂直平分第三色光入射面(143、135)和第一色光入射面(123、133)，合色光出射面(134)就是第三棱镜(13)的底面，所述的四个棱镜的工作面：三个三色光的入射面，两个滤光膜的膜面和一个合色光的出射面都是抛光面。

2.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜。

3.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm。

4.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，合色光出射面(134)上的底边的边心距减小，其长度用不等式表示为： $5/16*\sqrt{3}*a\&le;d^{,}<a$ ，其中，a为原正六边形底面的边长，d’为合色光出射面(134)上的底边的边心距。

5.根据权利要求4所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，原正六边形底面的边长a＝12.7mm，合色光出射面(134)上的底边的边心距d’＝9mm。

6.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，所述的合色棱镜的高度和底面正六边形的边长分别为22mm和12.7mm。

7.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm。

8.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜，合色光出射面(134)上的底边的边心距减小，其长度用不等式表示为： $5/16*\sqrt{3}*a\&le;d^{,}<a$ ，其中，a为原正六边形底面的边长，d’为合色光出射面(134)上的底边的边心距。

9.根据权利要求8所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，原正六边形底面的边长a＝12.7mm，合色光出射面(134)上的底边的边心距d’＝9mm。

10.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜，所述的合色棱镜的高度和底面正六边形的边长分别为22mm和12.7mm。

11.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm，合色光出射面(134)上的底边的边心距减小，其长度用不等式表示为： $5/16*\sqrt{3}*a\&le;d^{,}<a$ ，其中，a为原正六边形底面的边长，d’为合色光出射面(134)上的底边的边心距。

12.根据权利要求11所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，原正六边形底面的边长a＝12.7mm，合色光出射(134)上的底边的边心距d’＝9mm。

13.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm，所述的合色棱镜的高度和底面正六边形的边长分别为22mm和12.7mm。

14.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm，合色光出射面(134)上的底边的边心距减小，其长度用不等式表示为： $5/16*\sqrt{3}*a\&le;d^{,}<a$ ，其中，a为原正六边形底面的边长，d’为合色光出射面(134)上的底边的边心距。

15.根据权利要求14所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，原正六边形底面的边长a＝12.7mm，合色光出射面(134)上的底边的边心距d’＝9mm。

16.根据权利要求1所述的三色光直六棱柱合色棱镜，其特征在于，第一滤光膜(15)和第二滤光膜(16)是消偏振滤光膜，第一滤光膜(15)的50％透过率对应的中心波长为585nm±3nm，第二滤光膜(16)的50％透过率对应的中心波长为500nm±3nm，所述的合色棱镜的高度和底面正六边形的边长分别为22mm和12.7mm。

Images