CN208367250U - 一种立方分光棱镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种立方分光棱镜，该棱镜由同一材料的若干不同形状的子棱镜胶合而成，其内部设有若干胶合面，且在同一平面上的胶合面组合形成反射面。本实用新型可以实现最多5路分光或者合光操作，适用于更加复杂的光学系统，也能为光学设计带来更多的思路。

Description

一种立方分光棱镜

技术领域

本实用新型涉及一种棱镜，尤其涉及一种立方分光棱镜。

背景技术

采用棱镜对一束光线进行分光或者对多束光线进行合光，是目前光学中常用的手段。而分光的主体是形成各种分光功能的表面膜系，立方棱镜作为各种功能薄膜的有效载体。采用棱镜进行分光，最大的优势在于可以保证分光后的各方向光束具有等光程。

目前的立方分光棱镜可以实现二路和三路分光和合光操作。二路分光棱镜有两片劈形三棱镜胶合而成，胶合面镀膜形成分光面。三路分光棱镜也叫X棱镜、二向色分光棱镜，由四块三棱镜胶合而成，形成X形交叉的两个分光表面，可以实现红绿蓝三路分光或者合光，被广泛应用于投影仪中的三色光融合。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实现更多更复杂的分光或者合光操作的立方分光棱镜。

为解决上述问题，本实用新型所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：该棱镜由同一材料的若干不同形状的子棱镜胶合而成，其内部设有若干胶合面，且在同一平面上的胶合面组合形成反射面。

所述子棱镜由四棱锥子棱镜、异型棱子棱镜和三棱锥子棱镜共计14块构成。

所述四棱锥子棱镜为2块。

所述异型棱子棱镜为4块。

所述三棱锥子棱镜为8块。

所述反射面为4个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型通过将立方棱镜进一步分割成14块小棱镜，然后在特定的表面上镀上光学功能薄膜，之后再将14块子棱镜按照顺序重新胶合在一起形成一块立方棱镜，这样就可以实现最多5路分光或者合光操作。重新设计优化的分光棱镜，结构变得复杂但是能组合出更加丰富的功能，适用于更加复杂的光学系统，也能为光学设计带来更多的思路。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的四棱锥子棱镜几何形状示意图。

图2为本实用新型的异型棱子棱镜几何形状示意图。

图3为本实用新型的三棱锥子棱镜几何形状示意图。

图4为本实用新型组合关系示意图。

图5为本实用新型立体透视图。

图6为本实用新型效果图。

图7为本实用新型组合关系详细图。

图8为本实用新型示意图。

图9为本实用新型分光的光学示意图。

图10为本实用新型合光的光学示意图。

图中：001—四棱锥子棱镜；002—异型棱子棱镜；003—三棱锥子棱镜。

具体实施方式

如图8所示，一种立方分光棱镜，为立方体结构，该棱镜由同一材料的若干不同形状的子棱镜胶合而成，其内部设有若干胶合面，且在同一平面上的胶合面组合形成反射面。反射面为4个，可将一束入射光线分成五束射出，或者将五束入射光线合成一束射出。

其中：子棱镜由四棱锥子棱镜001、异型棱子棱镜002和三棱锥子棱镜003共计14块构成。

四棱锥子棱镜001为2块。异型棱子棱镜002为4块。三棱锥子棱镜003为8块。

如图1所示，四棱锥子棱镜001，有5个顶点A₁、B₁、C₁、D₁和E₁。底面由顶点A₁、B₁、C₁和D₁组成一个正方形，其边长等于整个立方体棱镜的棱长。剩下四个面是由四个全等的等腰三角形组成，分别是面A₁B₁E₁、面B₁C₁ E₁、面C₁D₁ E₁和面A₁D₁ E₁。二面角∠E₁- A₁B₁- D₁ C₁=∠E₁- A₁D₁- B₁ C₁=∠E₁- D₁C₁- A₁ B₁=∠E₁- B₁C₁- A₁D₁=45°。

如图2所示，异型棱子棱镜002，包含五个顶点六个三角平面。面A₂B₂E₂和面A₂D₂E₂是两个等腰直角三角形，直角分别为∠A₂B₂E₂和∠A₂D₂E₂。面交线为A₂E₂，长度等于立方棱镜的棱长，二面角为90°。剩下的四个面由四个全等直角三角形组成，分别为△A₂B₂C₂、△A₂C₂D₂、△E₂B₂C₂和△E₂C₂D₂，△A₂B₂C₂的直角边分别为A₂B₂和B₂C₂，∠B₂A₂C₂≈35.26°。△A₂B₂C₂与△A₂C₂D₂共斜边A₂C₂，与△E₂B₂C₂共直角边B₂C₂；△E₂C₂D₂与△E₂B₂C₂共斜边C₂E₂，与△A₂C₂D₂共直角边C₂D₂。

如图3所示，三棱锥子棱镜003，由四个顶点A₃、B₃、C₃和 E₃组成，包含四个三角形平面。底面△A₃B₃C₃为等腰三角形，长度A₃B₃=A₃C₃，∠A₃C₃B₃=∠A₃B₃C₃≈54.74°。△A₃E₃C₃与△B₃E₃A₃全等，为直角三角形，直角边分别为A₃E₃、E₃C₃和E₃B₃。∠A₃C₃E₃=A₃B₃E₃≈35.26°。△B₃C₃E₃为等腰直角三角形，B₃C₃的长度等于立方棱镜的棱长。面A₃E₃C₃、面B₃E₃A₃与面B₃C₃E₃相互垂直。

立方分光棱镜的组合关系如图4所示，从上到下可分为五层。第一层棱镜组（1.1）包含1块四棱锥子棱镜001，紧接着是包含4块异型棱子棱镜002的第二层棱镜组（2.1，2.2，2.3，2.4），第三层棱镜组（3.1，3.2，3.3，3.4）包含4块三棱锥子棱镜003，第四层棱镜组（4.1，4.2，4.3，4.4）包含4块异型棱子棱镜002以及最后第五层棱镜组（5.1）包含1块四棱锥子棱镜001。其中胶合部分包含有四十八个三角平面分成24组，两两一组胶合在一起，形成如图5所示的立体透视效果，最终效果如图6所示。

为了对本实用新型进行进一步的详解，将四棱锥子棱镜001、异型棱子棱镜002和三棱锥子棱镜003三种合计14块子棱镜沿各自的某一个顶点剖开，形成面剖视图，并将所有的面编号，每两个面分为一组进行胶合，如图7所示，24组胶合面分别为：面2-面34、面3-面38、面4-面45、面5-面42、面49-面31、面34-面46、面45-面13、面16-面38、面37-面25、面28-面42、面41-面19、面22-面50、面58-面20、面21-面65、面66-面32、面33-面61、面62-面14、面15-面53、面54-面26、面27-面57、面9-面63、面10-面59、面7-面51、面8-面55。

胶合好的棱镜包含2套交叉的X形反射面，合计4个劈形面反射面（面ABGH、面DCFE、面ADGF以及面BCHE），4个反射面均由胶合而形成：由面13、面35、面28、面58、面9、面61与面45、面5、面42、面20、面63、面33胶合形成第一反射面；由面34、面47、面19、面57、面7、面62与面46、面3、面41、面27、面51、面14胶合形成第二反射面；面25、面39、面22、面66、面10、面53和面37、面2、面50、面32、面59、面15胶合形成第三反射面；由面16、面43、面31、面65、面8、面54和面38、面4、面49、面21、面55、面26胶合形成第四反射面。其它的，面1组成标准立方棱镜上表面形成第一光学入射面；面40、面24、面17、面56组成标准立方棱镜第一侧表面形成第一光学出射面；面48、面18、面29、面64组成标准立方棱镜第二侧表面形成第二出射面；面64、面11、面30、面60组成标准立方棱镜第三侧表面形成第三光学出射面；面36、面12、面23、面52组成标准立方棱镜第四侧表面形成第四光学出射面；面6组成标准立方棱镜的底面形成第五光学出射面。以上组合形成分光立方棱镜，可将一束入射光分成最多五束光线，由立方体的五个表面射出。将入射面与反射面角色互换，则形成合光立方棱镜，最多能将由五个方向入射的光线合成一束光线，并由出射面射出。

在本实施例中，第一反射面镀蓝色光学反射膜，中心波长450nm，带宽30nm，入射角为45°，最大反射率>90%；第二反射面镀绿色反射膜，中心波长530nm，带宽30nm，入射角为45°，最大反射率>90%；第三反射面镀黄色反射膜，中心波长590nm，带宽30nm，入射角为45°，最大反射率>90%；第四反射面镀红色反射膜，中心波长650nm，带宽50nm，入射角为45°，最大反射率>90%。入射光为6500K色温标准光源，由第一入射面入射。第五出射面出射白光，其它四个出射面分别出射蓝光、绿光、黄光和红光。本实施例中的标准立方棱镜也可以用于对应波长的光线进行合光操作。图9、图10给出了本棱镜分光或者合光的光学示意图。箭头方向表示光线的传播方向，两个图分别标准将一束光线分成五束和将五束光线合成一束。

Claims (6)

1.一种立方分光棱镜，其特征在于：该棱镜由同一材料的若干不同形状的子棱镜胶合而成，其内部设有若干胶合面，且在同一平面上的胶合面组合形成反射面。

2.如权利要求1所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：所述子棱镜由四棱锥子棱镜（001）、异型棱子棱镜（002）和三棱锥子棱镜（003）共计14块构成。

3.如权利要求2所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：所述四棱锥子棱镜（001）为2块。

4.如权利要求2所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：所述异型棱子棱镜（002）为4块。

5.如权利要求2所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：所述三棱锥子棱镜（003）为8块。

6.如权利要求1所述的一种立方分光棱镜，其特征在于：所述反射面为4个。