CN101968574B - 偏振转换合色棱镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种偏振转换合色棱镜，包括两个截面为直角三角形第一棱镜和第三棱镜，以及截面是内角与一、三棱镜相等或互补的菱形的第二棱镜；所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与第二棱镜相应的面连接，再结合镀膜技术和波片的使用，以实现红、绿、蓝三种基色光的偏振转化和合成，制造成本低，合光效率高，可以广泛应用于LCD或LCoS的投影显示。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种光电显示元件，尤其涉及一种偏振转换合色棱镜。
【背景技术】
在LCD(或LCoS)调制的光引擎的照明光路中，常需要偏振转换，尤其是高质量和小型化投影显示系统中，常常采用三基色的LED为照明光路，这就不仅需要偏振转换，还需要三基色的合成光路。
传统的方式是直接采用偏振片起偏，最后再用X-棱镜来合色，这样就造成50％以上的光源能量浪费，并产生大量热或杂光。为让光强无损的使用，也有采用大量的元件来实现偏振转换，再加上后续的合色光路，这使得最后系统的体积庞大，尤其难用于手机投影等微投影系统。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种偏振转换合色棱镜，直接将偏振转换和合色光路有效的结合起来，使得结构简单，并且胶合要求简单，制造成本更低，合光效率更高，可以实现红、绿、蓝三种基色光的合成可以广泛应用于LCD或LCoS的投影显示。
本发明可以这样实现：一种偏振转换合色棱镜，包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第三棱镜的截面为直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角与第一棱镜、第三棱镜的锐角相等或互补的菱形；所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接；所述第二棱镜与所述第一棱镜的两连接面之间镀有偏振分光膜，所述第二棱镜的处于该第二棱镜与所述第一棱镜的连接面的对面镀有全反膜，所述第三棱镜的斜面镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜；所述第二棱镜的处于该第二棱镜与第三棱镜的连接面的对面连接一第一波片，所述第一棱镜处于与该第一波片同侧的直角面连接有一第二波片，该第一波片是红光 的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
本发明还可以这样实现：一种偏振转换合色棱镜，包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第三棱镜的截面为直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角与第一棱镜、第三棱镜的锐角相等或互补的菱形；所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接；所述第二棱镜与所述第一棱镜的两连接面之间镀有偏振分光膜，所述第二棱镜的处于该第二棱镜与所述第一棱镜的连接面的对面镀有全反膜，所述第三棱镜的斜面镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜；所述第二棱镜的处于该第二棱镜与第三棱镜的连接面的对面连接一第二波片，所述第一棱镜处于与该第一波片同侧的直角面连接有一第一波片，该第一波片是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
上述的技术方案中，所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接后形成一个大三角形。
所述第一棱镜和第三棱镜的截面为等腰直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角分别为45°和135°的菱形。
上述的技术方案中，所述各棱镜之间、所述各棱镜与两波片之间均采用胶合或深化光胶的方式连接。
本发明具有如下优点：利用一种特殊设计的棱镜、镀膜技术以及波片偏振转化功能相结合来实现对红、绿、蓝三种基色光的偏振转换并合色，以实现LED等光源全光强的利用，并可直接用后面LCD(或LCoS)来实现色彩调制。本发明可不限尺寸生产，结构简单，并且胶合要求简单，制造成本更低，合光效率更高，可以实现红、绿、蓝三种基色光的合成可以广泛应用于LCD或LCoS的投影显示，尤其是低成本，小尺寸要求的手机投影显示的需求。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明偏振转换合色棱镜第一种实施例的结构示意图。
图2是本发明偏振转换合色棱镜第二种实施例的结构示意图。
图3是本发明偏振转换合色棱镜第三种实施例的结构示意图。
图4是本发明偏振转换合色棱镜第四种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
本发明是利用一些特殊镀膜棱镜和波片结合来实现对红、绿、蓝三种基色光偏振转换并合色功能。具体以下述几个实施例进行说明。
实施例一
请参阅图1所示，本实施例的偏振转换合色棱镜，包括第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3，所述第一棱镜1和第三棱镜3的截面为等腰直角三角形(也可以是任意直角三角形)，所述第二棱镜2的截面是内角分别为45°和135°的菱形(其内角不限于45°和135°，只要与第一棱镜1、第三棱镜3的锐角相等或互补即可)；所述第二棱镜2中形成锐角45°角的相邻两面21(22)分别与所述第三棱镜3的其中一直角面31以及第一棱镜1的斜面13连接形成一个大三角形；所述第二棱镜2与所述第一棱镜1的两连接面(22)13之间镀有偏振分光膜(PBS)4，所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与所述第一棱镜1的连接面22的对面(称为第二外表面24)镀有全反膜5，所述第三棱镜3的斜面33镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜6；所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与第三棱镜3的连接面21的对面(称为第一外表面23)连接一第一波片7，所述第一棱镜1处于与该第一波片7同侧的直角面12连接有一第二波片8，该第一波片7是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片8是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
将发红、绿、蓝基色光的LED等发光体分别置于第一棱镜1的直角面11之前、第三棱镜3的直角面32之前、以及第三棱镜3的斜面33之前。如此，从LED等发光体发出的任意偏振的红、绿、蓝基色光，进入棱镜后，其中：
红基色光(R)从第一棱镜1的直角面11进入第一棱镜1，被第一棱镜1的斜面13上的偏振分光膜4分解为反射的S偏振光(垂直于纸面，图中用点表示，下同)和透过的P偏振光(平行于纸面，图中用双箭头表示，下同)。S偏振的红基色光出射时被第二波片8旋转90度偏振方向变成P偏振出射。P偏振的红基色光经第二棱镜2的第二外表面24上全反膜5反射后经第一波片7出射，其偏振方向保持不变。
蓝基色光(B)从第三棱镜3的斜面33进入第三棱镜3，直接透射后，在斜面13上的偏振分光膜4分解为S偏振光和P偏振光，S偏振光的反射光经第二棱镜2的第二表面24上的全反膜5反射后经第一波片7出射，其偏振方向被旋转90度偏振方向变成P偏振出射；透射的P偏振的蓝光经第一波片7出射，其偏振方向保持不变。
绿基色光(G)从第三棱镜3的直角面32进入第三棱镜3，在第三棱镜3的斜面33上的滤光膜6反射后，分解为S偏振光和P偏振光，S偏振光的反射光经第二棱镜2的第二表面24上的全反膜5反射后经第一波片7出射，其偏振方向被旋转90度偏振方向变成P偏振出射；透射的P偏振的绿光经第一波片7出射，其偏振方向保持不变。其光路和偏振转化和蓝光一样。
这样就实现了三种颜色的任意偏振的入射光转换成同一偏振光(即同为P偏振光)目的，并从由不同的端口入射，最后都从同一端口出射，从而实现合光的效果。同一偏振的光就可以直接利用后续的LCD或LCoS调制设备对三基色光实际入射量控制后，最后出射端将显现我们需要的各种颜色。且本实施例中所述第二棱镜和所述第三棱镜用一个具有与该第二棱镜和第三棱镜连接后的形状相同形状的梯形棱镜代替，其功能和效果不变。
实施例二
请参阅图2所示，本实施例的偏振转换合色棱镜，是将实施例一中的第一波片和第二波片的位置对调，其余结构不变。即所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与第三棱镜3的连接面21的对面即第一外表面23连接一第二波片8，所述第一棱镜1处于与该第二波片7同侧的直角面12连接有一第一波片7，该第一波片7是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片8是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
将发红、绿、蓝基色光的LED等发光体分别置于第一棱镜1的直角面11之前、第三棱镜3的直角面32之前、以及第三棱镜3的斜面33之前。如此，从LED等发光体发出的任意偏振的红、绿、蓝基色光，进入棱镜后，其中：
红基色光(R)从第一棱镜1的直角面11进入第一棱镜1，被第一棱镜1的斜面13上的偏振分光膜4分解为反射的S偏振光(垂直于纸面，图中用点表示)和透过的P偏振光(平行于纸面，图中用双箭头表示)。S偏振的红基色光出射时直接从第一波片7出射，其偏振方向保持不变。P偏振的红基色光经第二棱镜2的第二外表面24上全反膜5反射后经第二波片7旋转90度，偏振方向变成S偏振后出射。
蓝基色光(B)从第三棱镜3的斜面33进入第三棱镜3，直接透射后，在斜面13上的偏振分光膜4分解为S偏振光和P偏振光，S偏振光的反射光经第二棱镜2的第二表面24上的全反膜5反射后经第二波片8出射，其偏振方向保持不变；透射的P偏振的蓝光经第一波片7时，其偏振方向被旋转90度偏振方向变成S偏振出射。
绿基色光(G)从第三棱镜3的直角面32进入第三棱镜3，在第三棱镜3的斜面33上的滤光膜6反射后，分解为S偏振光和P偏振光，S偏振光的反射光经第二棱镜2的第二表面24上的全反膜5反射后经第二波片8出射，其偏振方向被旋转90度偏振方向变成P偏振出射；透射的P偏振的绿光经第一波片7出射，其偏振方向保持不变。其光路和偏振转化和蓝光一样。
这样就实现了三种颜色的任意偏振的入射光转换成同一偏振光(即同为S偏振光)目的，并从由不同的端口入射，最后都从同一端口出射，从而实现合光的效果。同一偏振的光就可以直接利用后续的LCD或LCoS调制设备对三基色光实际入射量控制后，最后出射端将显现我们需要的各种颜色。且本实施例中所述第二棱镜和所述第三棱镜用一个具有与该第二棱镜和第三棱镜连接后的形状相同形状的梯形棱镜代替，其功能和效果不变。
实施例三
请参阅图3所示，本实施例的偏振转换合色棱镜，是将实施例一中的第三棱镜逆时针旋转90°，其余结构不变。具体是：本实施例的偏振转换合色棱镜，包括第一棱镜1、第二棱镜2，和第三棱镜3，所述第一棱镜1和第三棱镜3的截面为等腰直角三角形(也可以是任意直角三角形)，所述第二棱镜2的截面是内角分别为45°和135°的菱形(其内角不限于45°和135°，只要与第一棱镜1、第三棱镜3的锐角相等或互补即可)；所述第二棱镜2中形成锐角45°角的相邻两面21(22)分别与所述第三棱镜3的另一直角面32以及第一棱镜1的斜面13连接；所述第二棱镜2与所述第一棱镜1的两连接面(22)13之间镀有偏振分光膜(PBS)4，所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与所述第一棱镜1的连接面22的对面即第二外表面24镀有全反膜5，所述第三棱镜3的斜面33镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜6；所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与第三棱镜3的连接面21的对面即第一外表面23连接一第一波片7，所述第一棱镜1处于与该第一波片7同侧的直角面12连接有一第二波片8，该第一波片7是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片8是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
将发红、绿、蓝基色光的LED等发光体分别置于第一棱镜1的直角面11之前、第三棱镜3的直角面31之前、以及第三棱镜3的斜面33之前。如此，从LED等发光体发出的任意偏振的红、绿、蓝基色光，进入棱镜后，其中：
红基色光(R)的光路和偏振转化和实施例一中的红基色光的相同，此处不再赘述。
蓝基色光(B)的光路和偏振转化和实施例一中的蓝基色光的相同，此处不再赘述。
绿基色光(G)改为从第三棱镜3的另一直角面31进入第三棱镜3，其余的光路和偏振转化和实施例一中的绿基色光的相同。
该实施例同样可实现三种颜色的任意偏振的入射光转换成同一偏振光(即同为P偏振光)目的，并从由不同的端口入射，最后都从同一端口出射，从而实现合光的效果。同一偏振的光就可以直接利用后续的LCD或LCoS调制设备对三基色光实际入射量控制后，最后出射端将显现我们需要的各种颜色。
实施例四
请参阅图4所示，本实施例的偏振转换合色棱镜，是将实施例三中的第一波片和第二波片的位置对调，其余结构不变。即所述第二棱镜2的处于该第二棱镜2与第三棱镜3的连接面21的对面即第一外表面23连接一第二波片8，所述第一棱镜1处于与该第二波片7同侧的直角面12连接有一第一波片7，该第一波片7是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片8是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
将发红、绿、蓝基色光的LED等发光体分别置于第一棱镜1的直角面11之前、第三棱镜3的另一直角面31之前、以及第三棱镜3的斜面33之前。如此，从LED等发光体发出的任意偏振的红、绿、蓝基色光，进入棱镜后，其中：
红基色光(R)的光路和偏振转化和实施例三中的红基色光的相同，此处不再赘述。
蓝基色光(B)的光路和偏振转化和实施例三中的蓝基色光的相同，此处不再赘述。
绿基色光(G)改为从第三棱镜3的另一直角面31进入第三棱镜3，其余的光路和偏振转化和实施例三中的绿基色光的相同。
该实施例同样可实现三种颜色的任意偏振的入射光转换成同一偏振光(即同为S偏振光)目的，并从由不同的端口入射，最后都从同一端口出射，从而实现合光的效果。同一偏振的光就可以直接利用后续的LCD或LCoS调制设备对三基色光实际入射量控制后，最后出射端将显现我们需要的各种颜色。
综上所述，利用一种特殊设计的棱镜、镀膜技术以及波片偏振转化功能相结合来实现对红、绿、蓝三种基色光的偏振转换并合色，可实现出射光全为P偏振光，当第一波片和第二波片位置对调后，又可以实现出射光全为S偏振光。还可通过改变第二棱镜的胶合面及各棱镜的镀膜面的所镀的膜，就可以实现具体入射光位置的变化，以实现LED等光源全光强的利用，并可直接用后面LCD(或LCoS)来实现色彩调制。各棱镜与波片的结合可以采用胶合或深化光胶的方法，而后者主要是用于高功率的使用。第二棱镜和第三棱镜也可以用一个梯形棱镜代替，以实现低成本的目的。
Claims (10)
1.一种偏振转换合色棱镜，其特征在于：包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第三棱镜的截面为直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角与第一棱镜、第三棱镜的锐角相等或互补的菱形；
所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接；
所述第二棱镜与所述第一棱镜的两连接面之间镀有偏振分光膜，所述第二棱镜的处于该第二棱镜与所述第一棱镜的连接面的对面镀有全反膜，所述第三棱镜的斜面镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜；
所述第二棱镜的处于该第二棱镜与第三棱镜的连接面的对面连接一第一波片，所述第一棱镜处于与该第一波片同侧的直角面连接有一第二波片，该第一波片是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
2.根据权利要求1所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接后形成一个大三角形。
3.根据权利要求2所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第二棱镜和所述第三棱镜用一个具有与该第二棱镜和第三棱镜连接后的形状相同形状的梯形棱镜代替。
4.根据权利要求1或2所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第一棱镜和第三棱镜的截面为等腰直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角分别为45°和135°的菱形。
5.根据权利要求1或2所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第二棱镜分别与第一棱镜和第三棱镜之间、所述第二棱镜与第一波片之间、以及所述第一棱镜与第二波片之间采用胶合或深化光胶的方式连接。
6.一种偏振转换合色棱镜，其特征在于：包括第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜，所述第一棱镜和第三棱镜的截面为直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角与第一棱镜、第三棱镜的锐角相等或互补的菱形；
所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接；
所述第二棱镜与所述第一棱镜的两连接面之间镀有偏振分光膜，所述第二棱镜的处于该第二棱镜与所述第一棱镜的连接面的对面镀有全反膜，所述第三棱镜的斜面镀有对蓝光透射绿光反射的滤光膜；
所述第二棱镜的处于该第二棱镜与第三棱镜的连接面的对面连接一第二波片，所述第一棱镜处于与该第二波片同侧的直角面连接有一第一波片，该第一波片是红光的全波片同时又是蓝绿光的半波片，该第二波片是红光的半波片同时又是蓝绿光的全波片。
7.根据权利要求5所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第三棱镜的任一直角面以及第一棱镜的斜面分别与所述第二棱镜的形成锐角的相邻两面连接后形成一个大三角形。
8.根据权利要求7所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第二棱镜和所述第三棱镜用一个具有与该第二棱镜和第三棱镜连接后的形状相同形状的梯形棱镜代替。
9.根据权利要求6或7所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第一棱镜和第三棱镜的截面为等腰直角三角形，所述第二棱镜的截面是内角分别为45°和135°的菱形。
10.根据权利要求6或7所述的偏振转换合色棱镜，其特征在于：所述第二棱镜分别与第一棱镜和第三棱镜之间、第一棱镜与所述第一波片之间、以及所述第二棱镜与第二波片之间采用胶合或深化光胶的方式连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |