CN1470889A - 一种光学混色棱镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学混色棱镜，该棱镜将在传统的“X”型棱镜中的每一块单体直角棱镜改变为一四面体棱镜，每一四面体棱镜的水平截面形状相同，四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜，组合后的整体混色棱镜中间呈一贯穿通孔，消除了传统混色棱镜的直角棱，降低了混色棱镜的加工误差和对玻璃材料的光学一致性的要求，当将该混色棱镜用于三片反射式微显示图像板的投影光学系统时，还可省却三个偏振光分束棱镜。

Description

一种光学混色棱镜

技术领域

本发明涉及用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件，更具体地指用于彩色投影显示设备的一种光学混色棱镜，它主要用于反射式微显示图像板组成的投影系统中，也可以用于透射式微显示图像板组成的投影系统中。

背景技术

在三片式单镜头彩色投影显示设备中，三块微显示板分别显示同一彩色图像的红、绿、蓝三原色图像，混色棱镜把这三个不同颜色的三原色图像合在一起，通过同一个投影镜头放大后投影在同一个屏幕上，便完成了彩色图像的投影显示。自从人们用微显示器件代替阴极射线管显示器以来，业界人士设计了各种各样的投影光学系统。在追求高亮度、高对比度、高清晰度和低能耗、低成本等目标过程中付出了极大的努力，其中使用的混色光学系统是一个非常重要的组成部分。目前在反射式微显示图像板的混色光学系统中，主要是采用“X”型立方混色棱镜10’(见图1)作为混色光学系统中的核心元件，其原理见图2所示，

图2中，1为光源、2为分色部分，3为一使用“X”型立方混色棱镜10’的混色部分，4为投影镜头，5为投影屏幕。在混色部分3中，包括一块“X”型立方混色棱镜和三块偏振光分束(注明中文)棱镜，以及红(R〕、绿(G)、蓝(B)三块微显示板。其系统结构明了，棱镜也较小，系统安排方便，是目前被广泛应用在各种反射式投影显示设备中的光学系统之一。但首先使用“X”型立方混色棱镜的投影光学系统无法进行等光程设计，照明系统较复杂；另外“X”型立方混色棱镜10’的制造工艺技术要求很高，它由四块直角棱镜胶合而成，在胶合面上镀制二向色分色膜。由于它的分色膜面相互交叉，都由两个棱面拼接而成，所以对四块棱镜的90°角加工误差和玻璃材料的光学一致性要求都极高。而且各棱镜的直角棱要求尽可能为尖棱，不允许破边，这为各道工序(包括镀膜)都造成了较大困难，尤其是用在高清晰高度电视(1920×1080及以上)等要求高分辨率显示的场合问题较大。因而制造成本也很高。

为此，针对上述传统的“X”型立方混色棱镜存在制造工艺复杂、加工成本高的缺点，本发明的目的是提供一种光学混色棱镜

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该光学混色棱镜包括四块同种材料的单体棱镜，四块单体棱镜组合为一立方体棱镜，所述的四块单体棱镜均为一四面体棱镜，每一四面体棱镜的水平截面形状相同，四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜。

所述的四块单体棱镜均为等腰梯形体，四块单体棱镜的上底面呈两两相对设置。

所述的四块单体棱镜均近似为等腰梯形体，每一单体棱镜的上底面为一曲面形状。

所述的四块单体棱镜的上底面均为一内凹状曲面。

所述的四块单体棱镜的上底面均呈一外凸状曲面。

本发明棱镜的四块单体棱镜也可均为一直角三角形棱镜，所述的四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜。

由于本发明将传统的“X”型立方混色棱镜中的每一块单体直角棱镜改变为一四面体棱镜，每一四面体棱镜的水平截面形状相同，四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜，组合后的整体混色棱镜中间呈一贯穿通孔，消除了传统混色棱镜的直角棱，使直角棱不在成像光路中，成像画面也不存在被直角棱切断的情况。因此，降低了混色棱镜的加工误差和对玻璃材料的光学一致性的要求，在加工过程中就更容易控制，此外，还可利用混色棱镜通孔来固定棱镜；当将该混色棱镜用于三片反射式微显示图像板的投影光学系统时，还可省却三个偏振光分束棱镜。

附图说明

图1为传统混色棱镜结构示意图。

图2为传统混色棱镜用于彩色投影设备的光学系统原理示意图。

图3为本发明混色棱镜结构示意图。

图4为本发明混色棱镜结构分介示意图。

图5、图6为本发明混色棱镜另二个实施例水平截面示意图。

图7为本发明混色棱镜用于彩色投影设备的光学系统原理示意图。

具体实施方式

请先参阅图3、图4所示，本发明的光学混色棱镜10包括四块同种材料的单体棱镜11、12、13、14，四块单体棱镜11、12、13、14组合为一立方体棱镜，所述的四块单体棱镜11、12、13、14均为一四面体棱镜，每一四面体棱镜11、12、13、14的水平截面形状相同，四块单体棱镜11、12、13、14呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面a、b、c、d，其中一组对角的胶合面a、c镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面b、d镀有二向色分色膜。当然也可以将胶合面b、d镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面a、c镀有二向色分色膜。

在图3、图4中所示的四块单体棱镜11、12、13、14均为等腰梯形体，四块单体棱镜的上底面呈两两相对设置，此时组合后的混色棱镜的水平截面呈一“回”字形，又称回形混色棱镜。

请继续参阅图5、图6所示，所述的四块单体棱镜11、12、13、14也可设计呈近似为等腰梯形体，每一单体棱镜的上底面为一曲面形状，如上底面均为一内凹状曲面或外凸状曲面。

在上述的混色棱镜中，每一块单体棱镜的上底可允许设计足够小。

本发明混色棱镜的四块单体棱镜也可设计为一直角三角形棱镜，所述的四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面a、b、c、d，便其中一组对角的胶合面a、c镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面b、d镀有二向色分色膜；同样也可以将胶合面b、d镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面a、c镀有二向色分色膜。

上述几种实施例的混色棱镜的长和宽大约是传统的“X”型立方混色棱镜的四倍。

请再参阅图7所示，图中，1为光源，2为分色部分，10为混色棱镜，5为投影镜头，6为屏幕。当将本发明的光学混色棱镜10用于彩色投影设备的光学系统中时，在胶合面d镀有反红绿透蓝的二向色分色膜，胶合面b镀有反红、透绿蓝的二向色分色膜；胶合面a和c镀有反射一个偏振方向透射另一个偏振调谐的偏振光分束分光膜。因此，绿光向左进入混色棱镜10，经d分色面反射、a分光面反射照在绿色(G)图像板上，经其反射并转变偏振方向后，透过a面及b面到达投影镜头5；红光和蓝光从混色棱镜10下方进入，到达d面，蓝光透过d面和a面照在蓝(B)图像板上，经其反射并转变偏振方向后，从a面反射，并透过b分色面从棱镜10右边射出，到达投影镜头5；红光被d面和c面反射到达红色(R)图像板上，经其反射并转变偏振方向后，透过c面，经b面反射后与蓝、绿光汇合，一同从棱镜10右边射出，到达投影镜头5。三条光路在棱镜10中经过的光路长刚好相等，于是棱镜就使得红绿蓝三块图像板产生的三原色图像可以由同一个投影镜头5投影到屏幕6上，形成一幅彩色图像，从而达到了混色和合像的目的。

由于其在混色过程中，光路围着通孔圈成回形，没有经过如同传统棱镜的直角棱，直角棱不在成像光路中，画面也不存在被棱切断的情况。因此，对四块棱镜的90°角加工误差和玻璃材料的光学一致性要求都大大降低，对直角棱要求更是很低，在加工过程中就容易控制，我们还可利用光学混色棱镜中心的通孔来固定棱镜。

本发明的光学混色棱镜被用在三片反射式微显示图像板的投影光学系统时，无需另加三个偏振光分束棱镜。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (6)

1、一种光学混色棱镜，该棱镜包括四块同种材料的单体棱镜，四块单体棱镜组合为一立方体棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜均为一四面体棱镜，每一四面体棱镜的水平截面形状相同，四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜。

2、如权利要求1所述的光学混色棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜均为等腰梯形体，四块单体棱镜的上底面呈两两相对设置。

3、如权利要求1所述的光学混色棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜均近似为等腰梯形体，每一单体棱镜的上底面为一曲面形状。

4、如权利要求3所述的光学混色棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜的上底面均为一内凹状曲面。

5、如权利要求3所述的光学混色棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜的上底面均呈一外凸状曲面。

6、一种光学混色棱镜，该棱镜包括四块同种材料的单体棱镜，四块单体棱镜组合为一立方体棱镜，四块单体棱镜均为一直角三角形棱镜，其特征在于：所述的四块单体棱镜呈对称胶合设置，棱镜胶合后有四个呈对称分布的胶合面，其中一组对角的胶合面镀有偏振光分束分光膜，另一组对角的胶合面镀有二向色分色膜。

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