CN1237353C - 正交二向色棱镜及使用正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪 - Google Patents

正交二向色棱镜及使用正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪 Download PDF

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Abstract

用于色分解的一个正交二向色棱镜包括一个用于反射蓝光成分的蓝反射分色膜及一个用于反射红光成分的红反射分色膜。每个分色膜包括交替镀在棱镜基体上的较低及较高折射率的材料。该正交二向色棱镜满足如果Ng≤Nl，则1.105≤Nh/Nl≤1.450，或如果Ng＞Nl，则1.118≤Nh/Nl≤1.150的条件，其中Ng是棱镜基体的折射率，Nh是较高折射率材料的折射率，以及Nl是较低折射率材料的折射率。

Description

正交二向色棱镜及使用正交 二向色棱镜的反射型液晶投影仪
技术领域
本发明涉及一个正交二向色棱镜以及一个随其一同安装的反射型液晶投影仪。在其中光通量被斜入射到反射型液晶显示设备的一个反射型彩色液晶投影仪中，该正交二向色棱镜用于分解来自于光源的该光通量为单色光成分。
背景技术
通常我们知道，在反射型液晶彩色投影仪中的色分解光学系统中，正交二向色棱镜用于将光源光分解为红、绿和蓝三色光成分。
例如，这种正交二向色棱镜应用在如图15A和15B所示的应用中，它们分别是侧视图和俯视图。即，被变换成S偏振光的光源光经过透镜101入射到PBS棱镜102上，然后被PBS棱镜102的偏振分离表面反射。反射光被正交二向色棱镜103分解为红、绿和蓝三色光成分。该分解的色光成分被入射到它们相应的反射型液晶显示设备104到106。入射到该反射型液晶显示设备(通常已知为LCOS)104到106的色光成分被相应的图像信号调制。这样被调制的色光成分被变换成P偏振光并且被正交二向色棱镜103组合。该组合光被直接透过PBS 102的偏振分离表面，并且被投影透镜107投影到一个非画屏(undepicted screen)。
以上提到的通过由多层膜组成的两个分色膜来完成色分解的正交二向色棱镜103是一个玻璃棱镜，其中红反射分色膜111的表面和蓝反射分色膜112的表面被完全相互正交地放置。例如，如图16A到16C所示，在正交二向色棱镜103内，每种色光成分连续地通过红反射分色膜111的表面和蓝反射分色膜112的表面。即，绿色光成分通过红反射分色膜111和蓝反射分色膜112。红色光成分被红反射分色膜111反射并且透过蓝反射分色膜112。蓝色光成分被蓝反射分色膜112反射并且透过红反射分色膜111。如图16A到16C所示，这里在光通量的上半及下半部分的色光成分被分别以彼此相反的顺序入射到两个分色膜111和112上。如图15A和15B所示，当光通量被垂直地入射到正交二向色棱镜103时，光通量通过分色膜111和112的顺序无关紧要。
另一方面，最近我们知道的一个斜入射型的配置(通常已知为离轴型)，使光通量斜入射到一个反射型液晶显示设备表面，而不是象上面所述垂直地入射。在这种斜入射型中，输入侧的光学系统和输出侧的光学系统的光轴互相不重叠。因此，不再需要上面提到的现有技术中的用于使入射光和输出光相互分离的PBS棱镜102，这使得防止制造成本升高、防止光学系统更重以及防止由于PBS棱镜的使用而使光学设计复杂化成为可能。
然而，在上面提到的斜入射型中，光通量也被斜入射到用于将入射光分解为色光成分的正交二向色棱镜的输入表面。结果，不能在如图16A到16C所示的垂直于正交二向色棱镜103的轴的平面内讨论光通量的入射、反射和透射。迄今为止，缺乏从这一视点的指导性的光学研究，传统的正交二向色棱镜103还用传统的方法安装。
然而，正如本发明人已经验证的，当如图15A和15B所示，现有技术中使用的正交二向色棱镜103在应用到上面提到的斜入射型时，每种色光成分的量依据在分色膜111和112上的入射顺序而变化。这样，如图16A到16C所示，得到的光的量可以在入射光通量的上半及下半部分间变化。结果，投影到屏上的图像的色调和光强可以在右和左(或上和下)部分间变化。
发明内容
为了克服这一问题，本发明的目标之一是提供一个正交二向色棱镜，用于一个斜入射反射型液晶投影仪的色分解光学系统中，能防止由于红和蓝反射分色膜的光通量的入射顺序不同而使光的量变化，从而建立投影到屏上的图像的右和左或上和下部分间色调和光强的有利平衡；以及提供一个使用该正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪。
本发明提供一个用于色分解的正交二向色棱镜，该正交二向色棱镜和一个反射型液晶投影仪一同安装，用于在反射型液晶显示设备上从一个斜入射的光源产生光通量，该正交二向色棱镜透过绿色光成分，并且使蓝及红色光成分反射到与反射型液晶显示设备的前段(upstream)彼此不同的方向；
该正交二向色棱镜包括一个用于反射蓝光成分的蓝反射分色膜以及一个用于反射红光成分的红反射分色膜，每个蓝和红反射分色膜包括交替镀在棱镜基体上的较低及较高折射率的材料；
该正交二向色棱镜满足以下条件表达式(1)或(2)：
如果Ng≤Nl，则1.105≤Nh/Nl≤1.450  (1)，或
如果Ng＞Nl，则1.118≤Nh/Nl≤1.150  (2)
其中Ng是棱镜基体(base)的折射率，Nh是较高折射率材料的折射率，以及Nl是较低折射率材料的折射率。
这里，术语“斜”意思是指在包括一个正交二向色棱镜的轴的横截面内，在该棱镜的光进入面上的光通量的入射角度是20到40度。
较好地，当满足以上提到的条件表达式(1)时，较高折射率材料从Nb2O5，TiO2，Ta2O5，LaTiO3，HfO2，ZrO2和La2XAl2YO3(X+Y)组中选择材料，而较低折射率材料从LaTiO3，HfO2，ZrO2，La2XAl2YO3(X+Y)，Y2O3，PrAlO3和Al2O3组中选择材料。
较好地，当满足以上提到的条件表达式(2)时，较高折射率材料是Al2O3，而较低折射率材料是SiO2。
较好地，棱镜基体是由玻璃材料BK7制成。
较好地，蓝反射分色膜由23到29层组成，而红反射分色膜由19到25层组成。
较好地，在蓝及红反射分色膜中，最下和最上层中的至少一层是由较低折射率材料制成。
较好地，至少一个蓝及红反射分色膜是由奇数层组成。
本发明提供一个反射型液晶投影仪，包括一个根据本发明的正交二向色棱镜，其中来自于光源的光通量，以使该光通量倾斜于该正交二向色棱镜的轴的角度，斜入射到一个该正交二向色棱镜的进入面上。
附图说明
图1A和1B分别是侧视图和俯视图，示意地解释根据本发明的一个实施例的正交二向色棱镜和入射到其上的光通量间的关系；
图2是示意图，显示根据本发明的一个实施例的反射型液晶投影仪的配置；
图3是示意图，显示在根据本发明的一个实施例的正交二向色棱镜中的一个分色膜的层配置；
图4A到4C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的例子1的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图5A到5C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的例子2的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图6A到6C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的例子3的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图7A到7C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的例子4的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图8A到8C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的例子5的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图9A到9C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的比较例子1的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图10A到10C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的比较例子2的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图11A到11C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的比较例子3的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图12A到12C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的比较例子4的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图13A到13C是曲线，分别显示，当通过使用根据本发明的比较例子5的正交二向色棱镜来实现色分解时，绿、蓝和红色光成分的测试的波长特征；
图14A和14B分别是侧视图和俯视图，解释用于测试根据本发明的例子及比较例子的正交二向色棱镜的波长特征的条件；
图15A和15B分别是侧视图和俯视图，用于解释现有技术；以及
图16A到16C是示意图，用于分别解释在绿、蓝和红光成分中
现有技术的一个问题。
具体实施方式
下面将参考附图解释，根据本发明的正交二向色棱镜及使用该正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪的实施例。
图2是示意图，显示根据一个实施例的反射型液晶投影仪。虽然该投影仪是一个包括分别对应于红、绿和蓝色光成分的反射型液晶显示设备(参考为LCOS)的彩色投影仪，但是为了便于解释，图2仅仅显示一个对应于绿光的反射型液晶显示设备，并且下面的解释将集中在绿通道。
图2中，光源11发出的非偏振白光作为输出的照明光，被一对透镜阵列片组成的蝇眼12依据在垂直于光轴Z的一个横截面内的光量而均匀化。整个光通量被偏振变换器(梳状滤波器)13变换成S偏振光。S偏振光透过一个聚光透镜后，通过一个特殊的色光偏振变换器15，仅有绿光成分被变换成P偏振光，并使得入射到作为色分解光学系统的一个正交二向色棱镜16。
在入射到正交二向色棱镜16的光通量中，绿光成分(P偏振光)被透过，而蓝和红色光成分在相对的方向(侧面)上被反射，由此该光通量被分解为三原色光成分。这样，使得被分离的绿光成分经过用于挡住杂光的偏振器17及透镜18，斜入射到一个用于绿光的反射型液晶显示设备19。
然后，显示一幅用于绿光的图像的该反射型液晶显示设备19输出绿光成分作为携带该图像信息的S偏振光。通过透镜18后，S偏振光被一个用于实现P-S偏振变换的相位片20变换成P偏振光，并且然后入射到正交二向色棱镜21。
在配置非常近似于以上提到的绿通道的红和蓝通道中，被正交二向色棱镜16分离的红和蓝光成分分别携带红和蓝光图像，并且入射到色合成正交二向色棱镜21的侧面。
结果，被色合成正交二向色棱镜21合成的该色光成分被投影透镜22投影到一个非画屏上，由此一幅图像被显示在该屏上。
光源11带有一个可以有效利用光的反射器。例如，光源11可以是金属卤化物灯、高压汞灯和卤钨灯等。
如上面所提到的，在斜入射反射型液晶投影仪中，光通量被斜入射到正交二向色棱镜16的进入面上，分解该入射光为单色光成分。即如图1A和1B所示，它们分别是侧视图和俯视图，在俯视图(见图1B)中，入射光垂直入射到正交二向色棱镜16的进入面上，在侧视图(见图1A)中，入射光斜入射到正交二向色棱镜16的进入面上。在包括棱镜光轴的横截面内，光通量相对于正交二向色棱镜16的进入面的入射角约为20度到40度。
如图15A和15B所示，当应用现有技术中使用的正交二向色棱镜103时，色光成分的量依据光在分色膜上的入射顺序而变化。即，如图16A到16C所示，得到的光的量可以在入射光通量的上半及下半部分间变化。结果，投影到屏上的图像的色调和光强可以在右和左部分间变化。
因此，在本实施例中，在正交二向色棱镜16中的红反射分色膜31和蓝反射分色膜32的层配置(组成层的材料、层数等等)被适当地确定，以克服以上所提到的问题。
图3示意地显示根据本发明的一个实施例的正交二向色棱镜的分色膜31和32的层配置。
分色膜31和32由交替镀在棱镜基体(玻璃衬底)40上的较低折射率材料44a及较高折射率材料44b组成。可以使用蒸汽镀、溅射镀和离子镀等。
分色膜31和32的每个最下和最上层是一个较低折射率材料层44a。
蓝反射分色膜32由23到29间的奇数层组成。红反射分色膜31由19到25间的奇数层组成。
分色膜31和32满足以下条件表达式(1)或(2)：
如果Ng≤Nl，则1.105≤Nh/Nl≤1.450  (1)，或
如果Ng＞Nl，则1.118≤Nh/Nl≤1.150  (2)
其中Ng是棱镜基体的折射率，Nh是较高折射率材料的折射率，以及Nl是较低折射率材料的折射率。
下面的表1显示在特定物质的组合中满足上面提到的表达式(1)或(2)的范围。
表1中，单线包围的组合的范围是满足条件表达式(1)的范围，而双线包围的组合的范围是满足条件表达式(2)的范围。表1中，被选择作为较高折射率材料的材料名称及其折射率(波长632.8nm处)在最上两排以水平方向排列，而被选择作为较低折射率材料的材料名称及其折射率(波长632.8nm处)在最左两列以垂直方向排列。例如，写在Nb2O5列及Al2O3行交叉区域的值1.443表示上面提到的Nh/Nl值。既然该区域落在粗单线包围的组合的范围内，则表示当分别选择Nb2O5和Al2O3作为较高和较低折射率材料时，满足条件表达式(1)。
棱镜基体(玻璃衬底)40用于在其上镀分色膜31和32，由于良好的光学性能、优秀的镀膜特性及低成本，所以选择BK7(折射率为1.5146)作为棱镜基体。
特别是，当选择Nb2O5或TiO2作为较高折射率材料时，选择LaTiO3，HfO2，ZrO2，La2XAl2YO3(X+Y)，Y2O3，PrAlO3和Al2O3中的一种作为较低折射率材料。
当选择Ta2O5作为较高折射率材料时，选择HfO2，ZrO2，La2XAl2YO3(X+Y)，Y2O3，PrAlO3和Al2O3中的一种作为较低折射率材料。
当选择LaTiO3作为较高折射率材料时，选择Y2O3，PrAlO3和Al2O3中的一种作为较低折射率材料。
当选择La2XAl2YO3(X+Y)作为较高折射率材料时，选择Al2O3作为较低折射率材料。
当选择Al2O3作为较高折射率材料时，选择SiO2作为较低折射率材料。这种组合也满足条件表达式(2)并且适合于制造。
上面提到的LaTiO3、PrAlO3和La2XAl2YO3(X+Y)分别以产品名称为Substance H4 Patinal、Substance M1 Patinal和Substance M3Patinal(每种都是Merck的注册商标)的为著名。
本实施例的这种配置的正交二向色棱镜能防止由于红和蓝反射分色膜的光通量的入射顺序不同而使输出光的量变化，从而建立投影到屏上的图像的右和左部分间色调和光强的有利平衡。
上面提到的好的效果也可以通过以下办法之一得到促进：(i)分色膜的最低和最高层由较低折射率材料层组成，(ii)蓝反射分色膜由23到29间的奇数层组成，以及(iii)红反射分色膜由19到25间的奇数层组成。
不严格限制于上面提到的实施例，本发明的正交二向色棱镜及使用正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪可以以多种方式进行修改。例如，组成层的材料不严格限制于上面提到的实施例的那些材料，可以是组合满足上面提到的条件表达式(1)或(2)的各种材料。
例如，OH-5(Optron制造；TiO2+ZrO2)，Substance H1Patinal((注册商标)Merck制造；TiO2+ZrO2)，Substance H5Patinal((注册商标)Merck制造；LaTixOy)，以及可以被用作较高折射率材料的类似材料。另一方面，OM-4(Optron制造；Al2O3+ZrO2)，OM-6(Optron制造；Al2O3+ZrO2)，以及可以被用作较低折射率材料的类似材料。
分色膜的最低和/或最高层可以是较高折射率材料，但应该具有偶数的层数。
不严格限制于BK7，具有良好的光学性能及优秀的镀膜特性的各种基体可以用作该正交二向色棱镜的基体。
现在参考特定的例子进一步详细解释本发明。图14A和14B分别是侧视图和俯视图，解释用于测试根据下面的例子及比较例子的正交二向色棱镜的波长特征的条件。
例子1
根据例子1的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而Al2O3制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.646)及Ta2O5制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.213)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是Al2O3制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由19层组成。
下面的表2显示每种分色膜的单个层的组成材料及其实际的膜厚度值。
使用根据例子1的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。本例子中的Nh/Nl值为1.344，满足条件表达式(1)。
图4A到4C(与图5A到13C相同，分别表示绿、蓝及红光成分)显示测试结果。从图4A到4C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征是非常一致的。
例子2
根据例子2的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而PrAlO3制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.715)及TiO2制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.350)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是PrAlO3制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由19层组成。
使用根据例子2的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。本例子中的Nh/Nl值为1.371，满足条件表达式(1)。
图5A到5C显示测试结果。从图5A到5C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征是非常一致的。
例子3
根据例子3的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而Al2O3制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.646)及TiO2制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.350)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是Al2O3制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由19层组成。
使用根据例子3的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。本例子中的Nh/Nl值为1.427，满足条件表达式(1)。
图6A到6C显示测试结果。从图6A到6C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征是非常一致的。
例子4
根据例子4的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而Al2O3制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.646)及LaTiO3制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.081)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是Al2O3制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由19层组成。
使用根据例子4的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。本例子中的Nh/Nl值为1.264，满足条件表达式(1)。
图7A到7C显示测试结果。从图7A到7C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征是非常一致的。
例子5
根据例子5的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及Al2O3制成的较高折射率材料层(折射率Nh为1.646)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由27层组成，而红反射分色膜由25层组成。
下面的表3显示每种分色膜的单个层的组成材料及其实际的膜厚度值。
使用根据例子5的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。本例子中的Nh/Nl值为1.120，满足条件表达式(2)。
图8A到8C显示测试结果。从图8A到8C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征是非常一致的。
比较例子1
根据比较例子1的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及TiO2制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.350)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由17层组成。
使用根据比较例子1的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。虽然本比较例子中的Ng＞Nl，但是Nh/Nl值为1.599，不满足条件表达式(1)和(2)中的任何一个。
图9A到9C显示测试结果。从图9A到9C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征有很大偏差。
比较例子2
根据比较例子2的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及Ta2O5制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.213)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由17层组成。
下面的表4显示每种分色膜的单个层的组成材料及其实际的膜厚度值。
使用根据比较例子2的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。虽然本比较例子中的Ng＞Nl，但是Nh/Nl值为1.506，不满足条件表达式(1)和(2)中的任何一个。
图10A到10C显示测试结果。从图10A到10C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征有很大偏差。
比较例子3
根据比较例子3的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及LaTiO3制成的较高折射率材料层(折射率Nh为2.081)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由23层组成，而红反射分色膜由17层组成。
使用根据比较例子3的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。虽然本比较例子中的Ng＞Nl，但是Nh/Nl值为1.416，不满足条件表达式(1)和(2)中的任何一个。
图11A到11C显示测试结果。从图11A到11C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征有很大偏差。
比较例子4
根据比较例子4的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及La2XAl2YO3(X+Y)制成的较高折射率材料层(折射率Nh为1.820)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由25层组成，而红反射分色膜由23层组成。
使用根据比较例子4的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。虽然本比较例子中的Ng＞Nl，但是Nh/Nl值为1.238，不满足条件表达式(1)和(2)中的任何一个。
图12A到12C显示测试结果。从图12A到12C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征有很大偏差。
比较例子5
根据比较例子5的正交二向色棱镜中的分色膜采用BK7作为棱镜基体，而SiO2制成的较低折射率材料层(折射率Nl为1.470)及PrAlO3制成的较高折射率材料层(折射率Nh为1.715)通过蒸汽镀被交替镀在棱镜基体上。
分色膜的最低(第一层)和最高层可以是SiO2制成的较低折射率材料。蓝反射分色膜由25层组成，而红反射分色膜由23层组成。
使用根据比较例子5的正交二向色棱镜，在入射条件(波长为632.8nm的入射光)下，当如图15A和15B所示，分别是侧视图和俯视图，实现色分解时，测试每种色光成分的波长特征。虽然本比较例子中的Ng＞Nl，但是Nh/Nl值为1.166，不满足条件表达式(1)和(2)中的任何一个。
图13A到13C显示测试结果。从图13A到13C可以看出，当光通量开始入射到蓝反射分色膜，然后入射到红反射分色膜(B-R曲线(用虚线表示))时得到的特征，以及当光通量开始入射到红反射分色膜，然后入射到蓝反射分色膜(R-B曲线(用实线表示))时得到的特征有很大偏差。
表5总结了上面提到的例子和比较例子的结果。
正如上面所解释的，根据本发明的正交二向色棱镜及使用该正交二向色棱镜的反射型液晶投影仪，依据预定的折射率函数来定义组成分色膜的较高和较低折射率材料，从而能防止由于红和蓝反射分色膜的光通量的入射顺序不同而使输出光的量变化，即使在一个来自于光源的光通量斜入射到反射型液晶显示设备的反射型液晶投影仪中。这样能建立投影到该屏上的图像的右和左部分间色调和光强的有利平衡。
表1
Figure C20031010459500191
每种物质的折射率(波长632.8nm处)
表2
        蓝反射二向色棱镜          红反射二向色棱镜
层号 物质   实际厚度(nm) 层号 物质   实际厚度(nm)
  1234567891011121314151617181920212223   Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3   103.8518.3252.7673.4741.3474.0348.7886.064379.8148.4184.7943.3384.4243.8386.1941.8184.1536.1784.8654.5225.1372.19   12345678910111213141516171819   Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3Ta2O5Al2O3   83.9125.0453.68126.2984.33117.5185.99117.4272.98119.5172.98117.4285.99117.5184.33126.2953.68125.0483.9
Al2O3的折射率(波长632.8nm处)：1.646
Ta2O5的折射率(波长632.8nm处)：2.213
玻璃衬底(BK7)的折射率(波长632.8nm处)：1.515
表3
          蓝反射二向色棱镜           红反射二向色棱镜
层号 物质   实际厚度(nm) 层号 物质   实际厚度(nm)
  123456789101112131415161718192021222324252627   SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2   87.3568.3790.8988.92103.291.19101.1990.89103.9594.12104.9492.55102.9492.55102.9492.55104.9494.12103.9590.89101.1991.19103.288.9290.8968.3787.35   12345678910111213141516171819202122232425   SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2Al2O3SiO2   181.244157.416167.686144.529160.096141.38157.856139.329156.579138.991155.763138.991155.763137.862155.763138.991156.579139.329157.856141.38160.096144.529167.686157.416181.244
SiO2的折射率(波长632.8nm处)：1.470
Al2O3的折射率(波长632.8nm处)：1.646
玻璃衬底(BK7)的折射率(波长632.8nm处)：1.515
表4
        蓝反射二向色棱镜            红反射二向色棱镜
层号 物质   实际厚度(nm) 层号 物质   实际厚度(nm)
  1234567891011121314151617181920212223   SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2   10028.37264.66175.85746.52173.76850.27687.89344.18579.18749.57385.1644.6284.28244.81985.57243.43383.70837.39285.47162.331.05682.966   1234567891011121314151617   SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2Ta2O5SiO2   241.5131.11766.961134.53497.904127.06992.539127.02480.771127.47487.472128.90191.953133.69974.359130.83139.016
SiO2的折射率(波长632.8nm处)：1.470
Ta2O5的折射率(波长632.8nm处)：2.213
玻璃衬底(BK7)的折射率(波长632.8nm处)：1.515
表5
        较高折射率物质    较低折射率物质   折射率比值   结果    多层膜的层数
物质 折射率 物质 折射率   蓝反射   红反射
  Ta2O5TiO2TiO2LaTiO3Al2O3TiO2Ta2O5LaTiO3La2XAl2YO3(X-Y)PrAlO3   2.2132.3502.3502.0811.6462.3502.2132.0811.8201.715   Al2O3PrAlO3Al2O3Al2O3SiO2SiO2SiO2SiO2SiO2SiO2   1.6461.7151.6461.6461.4701.4701.4701.4701.4701.470   1.3441.3711.4271.2641.1201.5991.5061.4161.2381.166   ○○○○○×××××   23232323272323232525   19191919251717172323

Claims (7)

1.一种用于色分解的正交二向色棱镜，该正交二向色棱镜和一个反射型液晶投影仪一同安装，并且设置在光源与反射型液晶显示设备之间，用于在反射型液晶显示设备上从一个斜入射的光源产生光通量，该正交二向色棱镜透过绿色光成分，并且使蓝及红色光成分反射到彼此不同的方向，其特征在于，该正交二向色棱镜包括：
一个用于反射蓝光成分的蓝反射分色膜以及一个用于反射红光成分的红反射分色膜，每个蓝和红反射分色膜包括交替镀在棱镜基体上的较低及较高折射率的材料；
该正交二向色棱镜满足以下条件表达式(1)或(2)：
如果Ng≤N1，则1.105≤Nh/N1≤1.450  (1)，或
如果Ng＞N1，则1.118≤Nh/N1≤1.150  (2)
其中Ng是棱镜基体的折射率，Nh是较高折射率材料的折射率，以及N1是较低折射率材料的折射率。
2.根据权利要求1的正交二向色棱镜，其中该正交二向色棱镜满足条件表达式(1)；其中较高折射率材料从Nb2O5，TiO2，Ta2O5，LaTiO3，HfO2，ZrO2和La2XAl2YO3(X+Y)组中选择材料；并且其中较低折射率材料从LaTiO3，HfO2，ZrO2，La2XAl2YO3(X+Y)，Y2O3，PrAlO3和Al2O3组中选择材料。
3.根据权利要求2的正交二向色棱镜，其中该棱镜基体由玻璃材料BK7制成。
4.根据权利要求1的正交二向色棱镜，其中该正交二向色棱镜满足条件表达式(2)；其中较高折射率材料是Al2O3；并且其中较低折射率材料是SiO2。
5.根据权利要求4的正交二向色棱镜，其中该棱镜基体由玻璃材料BK7制成。
6.根据权利要求1的正交二向色棱镜，其中蓝反射分色膜及红反射分色膜中至少之一是由奇数层组成。
7.一种反射型液晶投影仪，包括根据权利要求1的正交二向色棱镜，其中来自于光源的光通量，以使该光通量倾斜于该正交二向色棱镜的轴的角度，斜入射到一个该正交二向色棱镜的进入面上。
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