CN101382659B - 一种全内反射棱镜系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种全内反射棱镜系统，其包括一入射棱镜、一出射棱镜及透明胶层。该入射棱镜包括一入射棱镜接合面，该出射棱镜包括一出射棱镜接合面，所述出射棱镜接合面与入射棱镜接合面相对设置。所述入射棱镜由光学塑胶材质制成。所述全内反射棱镜系统还进一步包括一个透明薄片，所述透明薄片包括第一表面及与第一表面相对的第二表面，该透明薄片的第一表面通过所述透明胶层固设于入射棱镜接合面，所述透明薄片的第二表面固设于出射棱镜接合面上，所述出射棱镜接合面与所述透明薄片之间夹设有二条薄带，该二条薄带设置于所述出射棱镜接合面两相对侧边的边缘位置。本发明还涉及一种全内反射棱镜系统的制造方法。

Description

一种全内反射棱镜系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种棱镜，尤其涉及一种生产成本低且产率高的全内反射棱镜系统及其制造方法。

背景技术

随着计算机及信息显示技术的发展，出现了众多的新型显示技术，如DLP、LCOS、LED等，不仅如此，作为投影显示器件，其画面质量性能能否具有高分辨率、高对比度、高亮度及低价格等特征的全新产品，并为消费市场所乐于接受，已成为本领域研发的重要课题。

现有的数字微反射器件(Digital Micromirror Devices，简称DMD)投影光学系统采用的是全内反射棱镜(Total Internal Reflectivity，简称TIR)光学全内反射棱镜系统，如图1所示，为现有的投影装置的光学投影系统示意图。其中光源10由灯芯101与反射杯102组成，灯芯101产生光束103，该光束经反射杯102反射聚焦后，通过色轮11，从光源发射的光束103按照设计的红、绿、蓝顺序，依次通过色轮11，并通过积分柱12，光束103在积分柱12内多次反射，在积分柱12的出口处，即可形成具有一定形状与均匀的光斑，再经聚光镜13及延迟透镜14后，经折射反射镜15，再经延迟透镜16后进入全内反射棱镜系统17。光束经全内反射棱镜系统17后被全反射至数字微反射镜显示器件18(DMD)。当入射光照射到微反射镜时，DMD上微反射镜将以固定的角度旋转，并使入射光线全反射并进入投影镜头19，一定亮度的图像则在投影屏幕上显示出来。

如图2所示，TIR全内反射棱镜系统17包括第一棱镜171与第二棱镜172。所述第一棱镜171与第二棱镜172分别具有第一接合面1701、第二接合面1702。TIR全内反射棱镜系统17是由第一棱镜171的第一接合面1701与第二棱镜172的第二接合面1702边缘部相互胶合而成。为了使光束在第一棱镜171的第一接合面1701处全反射地输出，而不发生折射，第一接合面1701与第二接合面1702之间必须留有一间隔。然而，所述第一棱镜171与第二棱镜172都是由玻璃材质制成，成本相对较高，同时第一棱镜171与第二棱镜172的胶合前，所述第一接合面1701与第二接合面1702为了保持平整度一致必须对它们进行抛光。制程较为繁琐，产率也相对较低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种成本低且产率高的全内反射棱镜系统及其制造方法。

一种全内反射棱镜系统，其包括一入射棱镜、一出射棱镜及透明胶层。该入射棱镜包括一入射棱镜接合面，该出射棱镜包括一出射棱镜接合面，所述出射棱镜接合面与入射棱镜接合面相对设置。所述入射棱镜由光学塑胶材质制成。所述全内反射棱镜系统还进一步包括一个透明薄片，所述透明薄片包括第一表面及与第一表面相对的第二表面，该透明薄片的第一表面通过所述透明胶层固设于入射棱镜接合面，所述透明薄片的第二表面形成有一抗反射的膜层，所述全内反射棱镜系统还进一步包括一胶体，所述透明薄片通过其第二表面的边缘涂布的胶体固设于出射棱镜接合面上，所述出射棱镜接合面与所述透明薄片之间夹设有二条薄带，该透明薄片的第二表面与所述出射棱镜的接合面之间有一空气间隙，该二条薄带设置于所述出射棱镜接合面两相对侧边的边缘位置。

一种全内反射棱镜系统的制造方法，其包括以下步骤：

将一整块的透明基片先经高温离子辅助蒸镀后形成一抗反射的膜层，再经过切割得到一透明薄片，该透明薄片包括相对的第一表面及第二表面；

由光学塑胶材质射出成型形成一入射棱镜，该入射棱镜包括一个入射棱镜接合面；

将透明薄片的第一表面涂布透明胶层，所述透明薄片通过所述透明胶层固设于入射棱镜接合面上；

将所述透明薄片的第二表面的边缘涂布胶体，所述透明薄片通过其第二表面的边缘涂布的胶体固设于一个出射棱镜接合面上，同时在所述出射棱镜接合面与所述透明薄片之间夹设二条薄带，该二条薄带设置于所述出射棱镜接合面两相对侧边的边缘位置，该透明薄片的第二表面与所述出射棱镜的接合面之间有一空气间隙。

相对于现有技术，所述入射棱镜可由光学塑胶经射出成型达到大量生产的目的，其原料光学塑胶成本低于玻璃原料且经过射出成型其结合面无需经过抛光研磨这样复杂的工序，可大大提高产率。

附图说明

图1是一种现有的投影显示光学系统示意图；

图2是一种现有的全内反射棱镜系统结构图；

图3是本发明第一实施例的全内反射棱镜系统结构图；

图4是本发明第二实施例的全内反射棱镜系统结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图3为本发明第一实施例的全内反射棱镜系统20，其包括一个入射棱镜22、出射棱镜21、一个透明薄片23、透明胶层24及胶体28。

所述入射棱镜22是由透明的光学塑胶材质经射出成型制成，如紫外固化光学胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯等透明的光学塑胶材质。该入射棱镜22包括入射棱镜接收表面221及入射棱镜接合面222。所述入射棱镜接收表面221用于接收入射光束27，所述光束27经由所述入射棱镜接合面222折射至所述出射棱镜21。

优选地，所述出射棱镜21为一直角棱镜，该出射棱镜21可由光学塑胶材质制成也可为玻璃材质制成，其包括一斜面也即出射棱镜接合面211、第一直角面也即出射棱镜反射面212及第二直角面也即出射棱镜出射面213。本实施例中，所述出射棱镜接合面211尺寸与所述入射棱镜接合面222的尺寸相同。

本实施例中，所述透明薄片23具有第一表面231及与第一表面231相对的第二表面232。该透明薄片23可由透明的物质制成，优选地，该透明薄片23还需耐高温，例如，可采用玻璃、熔石英等材质制成。该透明薄片23的尺寸与所述入射棱镜接合面222的尺寸相当，优选地，该透明薄片23的尺寸与所述入射棱镜接合面222的尺寸相同。所述透明薄片23的第二表面232经过了高温离子辅助蒸镀后形成一抗反射的膜层，该膜层用于一定角度入射的光束27入射至入射棱镜结合面222后，会折射至所述出射棱镜21而避免在入射棱镜结合面222上发生反射。

优选地，所述透明胶层24与所述入射棱镜22的材质相同，为光学塑胶材质制成，同时透明胶层24具有粘性。如紫外固化光学胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯及其任意组合等透明的胶体状光学塑胶材质。所述透明薄片23通过其第一表面231涂布的透明胶层24固设于所述入射棱镜22的接合面222上。

本实施例中所述胶体28为双面胶、软胶及紫外固化胶的一种。实际应用中，所述胶体28也可与透明胶层24为同等材质，并不限于本实施例。所述透明薄片23通过该透明薄片23的第二表面232边缘涂布所述胶体28粘接于入射棱镜接合面222与出射棱镜接合面211之间，由于第二表面232边缘涂布的胶体28有一定的厚度，因此，所述透明薄片23的第二表面232与所述出射棱镜21的接合面211之间会有一空气间隙。

本实施例中，所述全内反射棱镜系统20上连接有数字微反射镜装置25(DMD)，所述数字微反射器件25与所述出射棱镜21的出射棱镜反射面212配合。当所述一定角度入射的光束27需经出射棱镜21的出射面213输出该光束27时，该数字微反射镜器件25以一定范围的旋转角度(通常为-10度至+10度)旋转，用于控制从出射棱镜21折射至出射棱镜反射面212上的光束27反射至出射棱镜接合面211。由于透明薄片23的第二表面232边缘的胶体28有一定厚度，所述透明薄片23与所述出射棱镜21的接合面211之间有一空气间隙，反射至出射棱镜接合面211的光束27在出射棱镜接合面211发生全反射至出射棱镜出射面213输出。

请参阅图3，为本发明实施例的全内反射棱镜系统20的制造方法，其包括以下步骤：

提供一透明薄片23，该透明薄片23包括相对的第一表面231及第二表面232；

所述透明薄片23可由透明的物质制成，优选地，该透明薄片23还需耐高温，例如，可采用玻璃、熔石英等材质制成。该透明薄片23是由一整块的透明基片先经高温离子辅助蒸镀后再进行切割而成，该透明薄片23的尺寸与所述入射棱镜接合面222的尺寸相当，优选地，该透明薄片23的尺寸与所述入射棱镜接合面222的尺寸相同。由于该透明薄片23进行了蒸镀使所述第二表面232形成一抗反射的膜层。

由光学塑胶材质射出成型形成入射棱镜22，该入射棱镜22包括一入射棱镜接合面222；

将透明薄片23的第一表面231涂布透明胶层24，所述透明薄片23通过所述透明胶层24固设于入射棱镜接合面222上；

所述透明胶层24与所述入射棱镜22的材质相同，即为光学塑胶材质制成，同时，该透明胶层24具有粘性。如紫外固化光学胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯及其任意组合等透明的粘性光学塑胶材质。

将所述透明薄片23的第二表面232固设于一个出射棱镜接合面211上。

所述出射棱镜21为一直角棱镜，该出射棱镜21可由光学塑胶材质射出成型，也可为玻璃材质制成。所述透明薄片23可以直接通过其第二表面232边缘涂布胶体28固设于出射棱镜接合面211上，也可在透明薄片23与所述出射棱镜21之间夹设二条薄片33，所述入射棱镜22与出射棱镜21通过透明细线捆绑的方式固定在一起。

请参阅图4为本发明第二实施例的全内反射棱镜系统30。所述全内反射棱镜系统30的结构与所述全内反射棱镜系统20的结构大体相同，其相同之处采用相同的标号表示且不再冗述，该全内反射棱镜系统30的结构与全内反射棱镜系统20的结构主要差异在于，为了防止胶体28老化收缩等，从而导致原来平行的第二表面232与出射棱接合面211变得不平行甚至使得两平面之间发生重合，致使一定角度入射的光束27在出射棱镜接合面211不能全反射地输出。所述透明薄片23与所述出射棱镜21之间夹设有二条薄带33，所述薄带33可由任意折射率的透明基片制成。该二条薄带33通过胶体28设置于所述出射棱镜接合面211两相对侧边的边缘位置。每条薄带33的尺寸都小于所述入射棱镜22的接合面222的尺寸。该薄带33的长度以所述入射棱镜22可以通过所述透明薄片23平稳的固设在所述出射棱镜21的接合面211上为宜，该薄带33的宽度以不影响光束27在入射棱镜22的接合面222折射至出射棱镜21为宜。

实际应用中，所述入射棱镜22与出射棱镜21之间也可直接夹设所述薄带33，所述入射棱镜22与出射棱镜21通过透明细线捆绑的方式固定在一起。

制造全内反射棱镜系统30的步骤与制造全内反射棱镜系统20的步骤类似，这里不再赘述。

相对于现有技术，所述入射棱镜可由光学塑胶经射出成型达到大量生产的目的，其原料光学塑胶成本低于玻璃原料且经过射出成型其结合面无需经过抛光研磨这样复杂的工序，可大大提高产率。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种全内反射棱镜系统，其包括一入射棱镜、一出射棱镜及透明胶层，该入射棱镜包括一入射棱镜接合面，该出射棱镜包括一出射棱镜接合面，所述出射棱镜接合面与入射棱镜接合面相对设置，其特征在于：所述入射棱镜由光学塑胶材质制成，所述全内反射棱镜系统还进一步包括一个透明薄片，所述透明薄片包括第一表面及与第一表面相对的第二表面，该透明薄片的第一表面通过所述透明胶层固设于入射棱镜接合面，所述透明薄片的第二表面形成有一抗反射的膜层，所述全内反射棱镜系统还进一步包括一胶体，所述透明薄片通过其第二表面的边缘涂布的胶体固设于出射棱镜接合面上，所述出射棱镜接合面与所述透明薄片之间夹设有二条薄带，该透明薄片的第二表面与所述出射棱镜的接合面之间有一空气间隙，该二条薄带设置于所述出射棱镜接合面两相对侧边的边缘位置。

2.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述透明薄片是玻璃材质或熔石英材质制成。

3.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述出射棱镜由光学塑胶材料制成。

4.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述透明薄片的尺寸与所述入射棱镜接合面的尺寸相当。

5.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述出射棱镜由玻璃材质制成。

6.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述透明胶层为具有粘性的光学塑胶材质制成。

7.如权利要求1至6任一项所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述光学塑胶材质选自紫外固化光学胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯及其任意组合中的一种。

8.如权利要求1所述的全内反射棱镜系统，其特征在于：所述入射棱镜与出射棱镜采用胶合的方式或透明细线捆绑的方式固定在一起。

9.一种全内反射棱镜系统的制造方法，其包括以下步骤：

将一整块的透明基片先经高温离子辅助蒸镀后形成一抗反射的膜层，再经过切割得到一透明薄片，该透明薄片包括相对的第一表面及第二表面；

由光学塑胶材质射出成型形成一入射棱镜，该入射棱镜包括一个入射棱镜接合面；

将透明薄片的第一表面涂布透明胶层，所述透明薄片通过所述透明胶层固设于入射棱镜接合面上；

将所述透明薄片的第二表面的边缘涂布胶体，所述透明薄片通过其第二表面的边缘涂布的胶体固设于一个出射棱镜接合面上，同时在所述出射棱镜接合面与所述透明薄片之间夹设二条薄带，该二条薄带设置于所述出射棱镜接合面两相对侧边的边缘位置，该透明薄片的第二表面与所述出射棱镜的接合面之间有一空气间隙。

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