CN111399240B - 一种激光全内反合色棱镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光全内反合色棱镜，包括上部分结构、下部分结构、第七棱镜，上部分结构与下部分结构胶合或者光胶，然后与第七棱镜的两个直角面胶合或者光胶；上部分结构中第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜相依长边排列胶合或者光胶，第三棱镜的长边与第八棱镜斜边胶合或者光胶；下部分结构中第四棱镜、第五棱镜、第六棱镜相依长边排列胶合或者光胶，第九棱镜与第十棱镜的斜面胶合或者光胶成偏振分光棱镜PBS，第六棱镜与PBS棱镜合或者光胶；本发明再结合镀膜技术和波片的使用，以实现双排列红、绿、蓝三种基色光的合成，增强投影显示亮度，出射光同时拥有s光和p光，提高视场分辨率，制造成本低，合光效率高。

Description

一种激光全内反合色棱镜

技术领域

本发明涉及光学技术产品领域中的一种光电显示元件领域，特别是涉及一种激光全内反合色棱镜。

背景技术

在液晶(LCD)显示和硅上液晶(LCoS)投影系统中，为了实现色彩更加艳丽，显示更为清晰，激光光源将作为取代传统光源的首选。激光光源具有单色性好，亮度高，是偏振光，而液晶(LCD)显示和硅上液晶(LCoS)投影系统中需要将来自三条光路的三基色偏振光合并到一条光路中。因此选用激光作为光源可以减少将传统光源转化为偏振光所造成的“光浪费”。

目前业内较多是采用的是由4块直角棱镜沿沿直角面胶合而成的X棱镜，直角棱镜的斜面作为光的输入面；其余一个直角棱镜的斜面作为三基色合成白光后的输出面。X棱镜能很好地对三基色偏振光进行合成，但不足之处在于：组成X棱镜的四个直角棱镜的加工及、膜系的设计、及直角棱镜与膜系的胶合都有极其严格的要求，无形中增加了加工成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光全内反合色棱镜，用于将三基色激光进行合束合色，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种激光全内反合色棱镜，包括上部分结构、下部分结构、第七棱镜，所述上部分结构与所述下部分结构胶合或者光胶，然后与所述第七棱镜的两个直角面胶合或者光胶；

所述上部分结构包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第八棱镜，所述第一棱镜、所述第二棱镜、所述第三棱镜相依长边排列胶合或者光胶，所述第三棱镜的长边与第八棱镜斜边胶合或者光胶；

所述下部分结构包括第四棱镜、第五棱镜、第六棱镜、第九棱镜、第十棱镜、λ/2波片，所述第四棱镜、所述第五棱镜、所述第六棱镜相依长边排列胶合或者光胶，所述第九棱镜与所述第十棱镜的斜面胶合或者光胶成偏振分光棱镜PBS，所述第六棱镜与所述偏振分光棱镜PBS胶合或者光胶。

优选地，所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜、第五棱镜的截面是内角分别为45°和135°的斜方棱镜；所述第六棱镜的截面为内角分别为45°和135°及两个直角的梯形棱镜；所述偏振分光棱镜PBS的截面为正方形。

优选地，激光全内反合色棱镜的各个部分胶合或者光胶后包括若干个面，所述若干个面包括面10a、面8a、面6b、面7b、面9b、面7c、面8c、面10c、面1d、面2d、面3d、面4d、面5d、面6d，其中面1d和面4d、面2d和面5d、面3d和面6d两面之间相互垂直，面9b平行于面7c、面10a、面8a、面6b，同时面10c平行于面1d、面2d、面3d、面8c，面7b平行于面4d、面5d、面6d，所述第八棱镜的斜边长度与第三棱镜长边的长度相等，第七棱镜的直角边长度与第一棱镜长边的长度相等。

优选地，所述激光全内反合色棱镜在胶合或者光胶过程中，形成的界面1d～7a、1b～2d、2b～3d、3b～8c、4d～7b、4b～5d、5b～6d、9c～10c分别镀有不同的膜系，所述界面1d～7a、4d～7b分别镀有对红光的第一高反膜和第二高反膜；所述的界面1b～2d、4b～5d分别镀有对红光透过，绿光反射的第一滤光膜和第二滤光膜；所述界面2b～3d、5b～6d分别镀有对红光绿光透过且对蓝光反射的滤光膜和第四滤光膜；所述界面9c～10c镀有对s光反射，p光透过的PBS偏振分光膜；所述界面3b～8c镀有对红光绿光蓝光反射的第三高反膜14。

优选地，所述λ/2波片的一面与所述偏振分光棱镜PBS胶合或者光胶，所述λ/2波片的另一面与所述第六棱镜胶合或者光胶。

优选地，所述λ/2波片的一面与所述PBS的胶合或者光胶，所述λ/2波片的另一面与所述第三棱镜胶合或者光胶。

优选地，所述第七棱镜、第八棱镜、第九棱镜、第十棱镜的截面为等腰直角三角形。

本发明公开了以下技术效果：本发明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双排列红、绿、蓝三种基色光的偏振转换并合束合色，增强投影显示亮度；同时出射光拥有s光和p光，提高视场分辨率，以实现激光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，小尺寸要求的手机微投影显示的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明激光全内反合色棱镜第一种实施例的结构示意图；

图2为本发明激光全内反合色棱镜第二种实施例的结构示意图；

其中，Rs为红光s偏振光，Gs为绿光s偏振光，Bs为蓝光s偏振光，s为偏振光(垂直于纸面，图中用圆圈带点表示)，P为透过的偏振光(平行于纸面，图中用双箭头表示)，1为第一棱镜，2为第二棱镜，3为第三棱镜，4为第四棱镜，5为第五棱镜，6为第六棱镜，7为第七棱镜，8为第八棱镜，9为第九棱镜，10为第十棱镜，镀有对红光反射的第一高反膜11和第二高反膜15，对红光透过绿光反射的第一滤光膜12和第二滤光膜16，对红光绿光透过且对蓝光反射的第三滤光膜13和第四滤光膜17，对红光绿光蓝光反射的第三高反膜14，18为PBS偏振分光膜，19为λ/2波片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，本发明提供一种激光全内反合色棱镜，包括第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3、第四棱镜4、第五棱镜5、第六棱镜6、第七棱镜7、第八棱镜8、第九棱镜9、第十棱镜10，所述第七棱镜7、第八棱镜8、第九棱镜9、第十棱镜10的截面为两个锐角为45°的等腰直角三角形，所述第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3、第四棱镜4、第五棱镜5的截面是内角分别为45°和135°的斜方棱镜；第六棱镜6为内角分别为45°、135°、90°、90°的截面梯形棱镜，第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3相依长边排列胶合或者光胶在一起，第三棱镜3长边再跟第八棱镜8斜边胶合或者光胶，形成结构上半部分；所述第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3、第四棱镜4、第五棱镜5为斜方棱镜；

第四棱镜4、第五棱镜5相边胶合，或者光胶在一起，第五棱镜5的长边再跟第六棱镜6斜边胶合或者光胶，再和λ/2波片19另外一个截面胶合或者光胶，第九棱镜9和第十棱镜10沿着斜面胶合或者光胶之后成一正方形的偏振分光棱镜(PBS)，再和λ/2波片19另一个截面胶合或者光胶，形成结构下半部分；

结构上部分和下半部分再胶合，或者光胶在一起，然后再和第七棱镜7两个直角面胶合或者光胶，就形成整个全内反合色棱镜。

在胶合形成的界面1d～7a、1b～2d、2b～3d、3b～8c、4d～7b、4b～5d、5b～6d、9c～10c，上述界面分别镀有不同的膜系。所述第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3依次排列胶合，形成界面1b～2d、2b～3d，所述第八棱镜8的斜面与棱镜3胶合或者光胶，形成界面3b～8c，第四棱镜4、第五棱镜5、第六棱镜6、λ/2波片19、PBS棱镜依次排列并胶合或者光胶，形成界面4b～5d、5b～6d、9c～10c，第一棱镜1、第四棱镜4之间再胶合一个第七棱镜7，形成界面1d～7a、4d～7b，出射面为10a。

上述各个界面镀有膜系：所述的界面1d～7a、4d～7b分别镀有对红光反射的第一高反膜11和第二高反膜15；所述的界面1b～2d、4b～5d分别镀有对红光透过绿光反射的第一滤光膜12和第二滤光膜16；所述的界面2b～3d、5b～6d分别镀有对红光绿光透过且对蓝光反射的第三滤光膜13和第四滤光膜17；所述的界面9c～10c镀有对s光反射，p光透过的PBS偏振分光膜18；所述的界面3b～8c镀有对红光绿光蓝光反射的第三高反膜14。所述PBS偏振分光膜18为PBS偏振分光膜。

将发红、绿、蓝基色光的激光光源分别置于第一棱镜1、第二棱镜2、第三棱镜3的面1a、2a、3a的正上方，同时将发红、绿、蓝基色光的激光光源分别置于第四棱镜4、第五棱镜5、第六棱镜6的面4c、5c、6c的正下方，红、绿、蓝基色光的s偏振光，进入棱镜后，其中：

上方的红色s光从面1a入射，经过第一高反膜11反射，透过第一滤光膜12及第三滤光膜13后，从第三高反膜14反射，经PBS偏振分光膜18反射后，再从出射面10a射出；下方的红色s光从面4c入射，经过高反膜15反射，透过滤光膜16及滤光膜17后，经过λ/2波片19后转化为红色p光，透过PBS偏振分光膜18后，再从出射面10a射出。

上方的绿色s光从面2a入射，从第一滤光膜12的反射，经过透过第三滤光膜13后，从第三高反膜14反射，经过PBS偏振分光膜18反射，再从出射面10a射出；下方的绿色s光从面5c入射，经过第二滤光膜16的反射，经过透过第四滤光膜17后，经过λ/2波片19转化为p光后，透过PBS偏振分光膜18，再从出射面为10a射出。

上方的蓝色s光从面3a入射，经过第三滤光膜13反射，再从第三高反膜14反射，经过PBS偏振分光膜18反射，再从出射面10a射出；下方的蓝色s光从面6c入射，经过第四滤光膜17反射，再经过λ/2波片19转化为p光后，透过第四滤光膜18，再从出射面为10a射出，这样就实现双排列红绿蓝合束合色功能输出。

实施例二

参照图2，与实施例一不同的是，将λ/2波片19换到第十棱镜10上方直角面，和第十棱镜10胶合或者光胶。

红、绿、蓝基色光的激光光源布局同实施例一，红、绿、蓝基色光的s偏振光，进入棱镜后，其中：

上方的红色s光从面1a入射后，经过高反膜11反射，透过滤光膜12及滤光膜13后，经过第三高反膜14反射，经过λ/2波片19转化为p光，经过PBS偏振分光膜18后，再从出射面9a射出；下方的红色s光从面4c入射的经过第二高反膜15反射，透过第二滤光膜16及第四滤光膜17，从PBS偏振分光膜18后，再从出射面9a射出。

上方的绿色s光从面2a入射，从第一滤光膜12的反射，经过透过第三滤光膜13后，从第三高反膜14反射，经过λ/2波片19转化为p光后，透过PBS偏振分光膜18，再从出射面9a射出；下方的绿色s光从面5c入射，经过第二滤光膜16的反射，经过透过第四滤光膜17后，从PBS偏振分光膜18反射，再从出射面9a射出。

上方的蓝色s光从面3a入射，经过第三滤光膜13反射，再经过第三高反膜14反射，再经过λ/2波片19转化为p光后，透过PBS偏振分光膜18，再从出射面9a射出；下方的蓝色s光从面6c入射，经滤光膜17反射，经过PBS偏振分光膜18反射，再从出射面9a射出，这样就实现二排列红绿蓝合束合色功能输出。

综上所述，利用一种特殊设计的棱镜组、镀膜技术以及波片偏振转化功能相结合来实现对双排列的红、绿、蓝三种基色光的偏振转换并合束合色功能输出，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种激光全内反合色棱镜，其特征在于：包括上部分结构、下部分结构、第七棱镜，所述上部分结构与所述下部分结构胶合或者光胶，然后与所述第七棱镜的两个直角面胶合或者光胶；

所述上部分结构包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第八棱镜，所述第一棱镜、所述第二棱镜、所述第三棱镜相依长边排列胶合或者光胶，所述第三棱镜的长边与第八棱镜斜边胶合或者光胶；

所述下部分结构包括第四棱镜、第五棱镜、第六棱镜、第九棱镜、第十棱镜、λ/2波片，所述第四棱镜、所述第五棱镜、所述第六棱镜相依长边排列胶合或者光胶，所述第九棱镜与所述第十棱镜的斜面胶合或者光胶成偏振分光棱镜PBS，所述第六棱镜与所述偏振分光棱镜PBS胶合或者光胶；

所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜、第五棱镜的截面是内角分别为45°和135°的斜方棱镜；所述第六棱镜的截面为内角分别为45°和135°及两个直角的梯形棱镜；所述第七棱镜、第八棱镜、第九棱镜、第十棱镜的截面为为等腰直角三角形；所述偏振分光棱镜PBS的截面为正方形；所述第一棱镜、第四棱镜之间胶合所述第七棱镜。

2.根据权利要求1所述的激光全内反合色棱镜，其特征在于：激光全内反合色棱镜的各个部分胶合或者光胶后包括若干个面，所述若干个面包括面10a、面8a、面6b、面7b、面9b、面7c、面8c、面10c、面1d、面2d、面3d、面4d、面5d、面6d，其中面1d和面4d、面2d和面5d、面3d和面6d两面之间相互垂直，面9b平行于面7c、面10a、面8a、面6b，同时面10c平行于面1d、面2d、面3d、面8c，面7b平行于面4d、面5d、面6d，所述第八棱镜的斜边长度与第三棱镜长边的长度相等，第七棱镜的直角边长度与第一棱镜长边的长度相等。

3.根据权利要求2所述的激光全内反合色棱镜，其特征在于：所述激光全内反合色棱镜在胶合或者光胶过程中，形成的界面1d～7a、1b～2d、2b～3d、3b～8c、4d～7b、4b～5d、5b～6d、9c～10c分别镀有不同的膜系，所述界面1d～7a、4d～7b分别镀有对红光的第一高反膜和第二高反膜；所述的界面1b～2d、4b～5d分别镀有对红光透过绿光反射的第一滤光膜和第二滤光膜；所述界面2b～3d、5b～6d分别镀有对红光绿光透过且对蓝光反射的第三滤光膜和第四滤光膜；所述界面9c～10c镀有对s光反射，p光透过的PBS偏振分光膜；所述界面3b～8c镀有对红光绿光蓝光反射的第三高反膜14。

4.根据权利要求1所述的激光全内反合色棱镜，其特征在于：所述λ/2波片的一面与所述偏振分光棱镜PBS胶合或者光胶，所述λ/2波片的另一面与所述第六棱镜胶合或者光胶。

5.根据权利要求1所述的激光全内反合色棱镜，其特征在于：所述λ/2波片的一面与所述偏振分光棱镜PBS的胶合或者光胶，所述λ/2波片的另一面与所述第三棱镜胶合或者光胶。

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