CN2289254Y - 新型组合棱镜彩色光分解及合成装置 - Google Patents

Abstract

新型组合棱镜彩色光分解及合成装置,由三块棱镜镀膜后按特定方式胶合而成,它将入射的白光分解为红、绿、蓝三种颜色的光沿不同方向射出,或将沿三个方向入射的红、绿、蓝三色光合成为白光。该装置使系统中红、绿、蓝三色的光路长度相等,配置对称。它的输出端是由棱镜构成的,缩短了配套的投影成像镜头的后工作距,使该镜头结构简单,成本下降且不存在图像失配误差,该装置可广泛应用于高清晰度液晶投影电视及实现白光分解或红、绿、蓝光合成的光学系统中。

Description

新型组合棱镜彩色光分解及合成装置

该实用新型属于投影光学仪器类，是液晶投影电视中关键的光学装置，也可用于科研和教学。

液晶投影电视是大屏幕电视的主流产品，也是大屏幕平板显示技术的发展方向之一，广泛应用于家庭影院，娱乐场所，广告，教学演示和军事指挥系统。三板式液晶投影电视光学系统的核心部件是红、绿、蓝三个单色光的合成装置。已有技术中的合成装置见图2所示，是用四块直角棱镜15、17、19、21胶合而成。在它们的分界面16、18、20、22上分别镀分光膜，使得从27、28及29三个方向射入的红、绿、蓝三种单色光合成为白光，从30方向射出。它的缺点在于，由于棱镜的直角23、24、25、26的加工误差及胶合误差，使得分界面18和22不共面，其结果，从27方向射来的光在分界面18和22上反射后，两部分反射光的方向不一致，造成投影图像的失配。

在已有技术中的另一种合成装置(称六板式分光合成装置)见图3所示，它由反射镜33、28′，分光膜27′、35、30′及32构成，29′、36、34是三个液晶显示器(LCD-TFT)，37是投影物镜。由于物镜的后工作距离是从物镜表面40到任意一个液晶显示器的长度。相当于图中L1和L2的和，该工作距与物镜37的焦距f的比定义为物镜的“反远距系数″ $\mathrm{\η}=\frac{L1+L2}{f}....\left(1\right)$ 在这一装置中h一般大于2.5，使物镜的结构复杂，造价高，装调困难。

为了克服上述缺点，我们设计了由三块棱镜镀膜后胶合而成的新型装置，适用于液晶投影系统优质的完成彩色光的分解与合成。

该实用新型可结合附图详细说明其设计方案及主要技术特征。首先，见图1所示，2、4、6都是完整的反射面，不存在反射图像的失配问题。其次，图1中投影物镜11的后工作距(由透镜后表面算起到液晶显示器7为止)由三部分构成：

                  L＝L₁+L₂+L₃    (2)其中L₁和L₃是空气间隔，L₂是玻璃介质，它相当于空气间隔为： $\stackrel{-}{L_2}=\frac{L_2}{n}....\left(3\right)$ 式中n是玻璃的折射率，因此等效的工作距为： $L_{\mathrm{eq}}=L_1+L_3+\frac{L_2}{n}....\left(4\right)$

实际计算表明，用这种装置，投影物镜的反远距系数 $\mathrm{\η}=\frac{L_{\mathrm{eq}}}{f}....\left(5\right)$ 一般低于2.0，使物镜11的结构相对简单，设计工作量小，成本降低。

该实用新型的技术特征是：它由三块棱镜，按特定的方式胶合而成，见图1所示，其中采用了直角棱镜1、斜方棱镜3和5胶合而成；在直角棱镜1和斜方棱镜3之间的任意一个表面2镀有分光膜，在斜方棱镜3和斜方棱镜5之间的任意一个表面4镀有分光膜；分光膜2和分光膜4有多种组合，使得从液晶显示器7、8、9方向射入的红、绿、蓝光在本装置中合成并从光输出端10射出，或使光从射入端10射入的白光分解成红、绿、蓝三色光分别从液晶显示器7、8、9方向射出。在该组合棱镜彩色光分解及合成装置中的光输出端10前面放置一块直角棱镜1和两块相同尺寸的斜方棱镜3和5，并在镀制分光膜后，使之三块棱镜胶合组成棱镜组，并且在该棱镜组中的直角棱镜1和斜方棱镜3之间，以及两块斜方棱镜3和5之间镀制了两种不同分光膜，它们是对于透射波段有高透过率而对反射波段有高反射率的多层介质膜。在该组合棱镜彩色光分解及合成装置中，所采用的入射光和出射光均为特定偏振状态的光，而且该装置能使三个方向的液晶显示器，分别从三个方向7、8、9入射的红、绿、蓝三种单色光合成为白光，或将从光输出端10入射的白光分解成红、绿、蓝三种单色光，分别从液晶显示器7、8、9三个方向射出。

该新型装置使系统中红、绿、蓝三色光的光路长度相等，配置对称。由于它的输出端是由棱镜构成的，因此缩短了配套的投影成像镜头的后工作距，使其镜头结构简单而且不存在图像失配误差，可以广泛的应用于高清晰度液晶投影电视以及其它白光的分解和彩色光的合成系统中。

附图说明图1.新型组合棱镜彩色分解及合成装置

1       直角棱镜

3、5    斜方棱镜

11      投影物镜

7、8、9 液晶显示器

2、4    分光膜

10      光输出端或射入端图2.直角胶合棱镜装置15、17、19、21    直角棱镜16、18、20、22    分光膜23、24、25、26    四块棱镜的直角27、28、29        红、绿、蓝的三个入射方向30                合成白光的出射方向图3.六板式红、绿、蓝光合成装置

28′、33              反光镜

27′、35、30′、32    分光膜

29′、36、34          液晶显示器

37                    投影物镜

L₁+L₂              物镜的后工作距离

本新型组合棱镜彩色光分解及合成装置采用一块直角棱镜和两块同样规格的斜方棱镜经镀制分光膜后胶合而成，它与已有技术的直角胶合棱镜装置(图2)及六板式红、绿、蓝光合成装置(图3)相比，具有以下优点：

(1)不存在反射像的失配问题；

(2)为投影物镜提供了较短的后工作距，减小了它的反远距系数，使物镜结构简单，成本降低。

因此，该实用新型是液晶投影电视中的关键光学装置，适用于液晶投影系统。

本实用新型的实施例：

按图1所示的光路设计及各光学元件的配置，首先应确定分光面2、4的光谱透过率范围，例如图1中，分光面2透射红光反射绿光，分光面4透射红、绿光反射蓝光。绿光从方向8入射，红光从方向7入射，蓝光从方向9入射，并经反射面6反射。最后，红、绿光透过4，蓝光从4反射，合成白光。当液晶显示器7、8、9上分别显示红、绿、和蓝光的图像信号时，通过合成，再经投影物镜11投影到屏上，则成为彩色图像。

Claims (5)

1.一种新型彩色光分解及合成装置，由三块棱镜组成，其特性是：

1.1采用直角棱镜(1)、斜方棱镜(3)和(5)胶合而成；

1.2在直角棱镜(1)和斜方棱镜(3)之间的任意一个表面(2)镀有分光膜，在

斜方棱镜(3)和斜方棱镜(5)之间的任意一个表面(4)镀有分光膜；

1.3分光膜(2)和分光膜(4)有多种组合，使得从液晶显示器(7)、(8)、(9)方

向射入的红、绿、蓝光在本装置中合成并从光输出端(10)射出，或使光

从射入端(10)射入的白光分解成红、绿、蓝三色光分别从液晶显示器

(7)、(8)、(9)方向射出。

2.按照权利要求1所述的新型组合棱镜彩色光分解及合成装置，其特征是在光输出端(10)前面放置一块直角棱镜(1)和两块相同尺寸的斜方棱镜(3)和(5)，并在镀制分光膜后，使之三块棱镜胶合组成的棱镜组。

3.按照权利要求1和2所述的新型组合棱镜彩色光分解及合成装置，其特性是在直角棱镜(1)和斜方棱镜(3)之间，以及两块斜方棱镜(3)和(5)之间镀制了两种不同分光膜，它们是对于透射波段有高透过率而对反射波段有高反射率的多层介质膜。

4.按照权利要求1所述之新型组合棱镜彩色光分解及合成装置，其特性是入射光和出射光均为特定偏振状态的光。

5.按照权利要求1所述的新型组合棱镜彩色光分解及合成装置，其特征是它能使三个方向(7)、(8)、(9)入射的红、绿、蓝三种单色光合成为白光，或将从光输出端(10)入射的白光分解成红、绿、蓝三种单色光，分别从液晶显示器(7)、(8)、(9)三个方向射出。

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