專利名稱：全內(nèi)反合色棱鏡及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合色棱鏡及其制作方法，特別涉及一種能夠?qū)⑷?br> 入射到對(duì)應(yīng)的謝D，并將由DMD輸出的圖像合成為彩色圖像的全內(nèi)反合色棱 鏡及其制作方法。
背景技術(shù)：
目前市場所采用的單片DLP (digital light processing)投影系統(tǒng)如 圖l所示，燈泡101發(fā)出的白光經(jīng)過色輪102后時(shí)序輸出紅綠藍(lán)三色，光束 經(jīng)過光棒103的勻場和中繼透鏡組104后，光束經(jīng)過全內(nèi)反射棱鏡105 (Reverse Total Interface Reflection,簡稱RTIR棱4竟)后照射到凄t 字孩H竟器件106 ( Digital Micro-mirror Device,簡稱DMD)上，由DMD106 處理過后的光束經(jīng)過投影透鏡組107后，最后照射到屏幕108上成像。由 于單片DLP對(duì)色輪102的使用，白光通過色輪102時(shí)，有三分之二的光能 被浪費(fèi)掉，所以造成光能利用率較低。此光學(xué)系統(tǒng)所使用的RTIR棱鏡， 光束先通過空氣隙后入射到匿D上，再經(jīng)全內(nèi)反射后進(jìn)入投影系統(tǒng)中。
目前市場所采用的三片DLP投影系統(tǒng)如圖2所示，燈泡201發(fā)出的光首 先經(jīng)過光棒202進(jìn)行勻場，再通過聚焦透鏡組203會(huì)聚，然后經(jīng)過平面反射 鏡204反射，進(jìn)入TIR棱鏡205， TIR棱鏡205的作用是實(shí)現(xiàn)入射光與出射 光分離，互不干擾，使入射光全反射，出射光透過。之后，光束經(jīng)過分色 再合色棱鏡206 (color spliUing/recombining prism)使白光先分為紅 綠藍(lán)三色，并分別入射到紅綠藍(lán)畫D207、 217、 227上，之后三束光再進(jìn) 行合色，通過TIR棱鏡205出射，最后經(jīng)過投射透鏡組208后再成像。從 圖2可見，三片DLP投影系統(tǒng)采用了白光先分為紅綠藍(lán)三色再合色的方法， 增加了分色再合色棱鏡206的使用。而分色再合色棱鏡206的制作工藝非 常困難，價(jià)格成本也十分高昂，且體積大，重量較重，占據(jù)了整個(gè)DLP投 影系統(tǒng)的絕大部分重量。而且，光路在分色再合色棱鏡206中先分色再合 色，光路復(fù)雜且長，故而影響投影效果。
此外，由于光源的白光在光譜分布上并不滿足色平衡的要求，為了滿足色平衡，通常采用抑制部分譜段光的辦法來調(diào)制色平衡，從而造成了光能 利用率的降低。而且由于燈泡中紅光的不足，還會(huì)采用選才奪寬譜來解決紅光 亮度的問題，而這樣又會(huì)造成色飽和度和對(duì)比度的降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種全內(nèi)反合
色棱鏡；
本發(fā)明的另 一任務(wù)是提供一種全內(nèi)反合色棱鏡的制作方法。
一方面，提供了一種全內(nèi)反合色棱鏡，包括第一、第二、第三、第四、 第五、第六、第七和第八界面、第一、第二、第三表面、第一、第二、第三 入射面，以及出射面；所述第七和第八界面彼此交叉垂直；
所述第七界面對(duì)紅光和綠光透過，對(duì)藍(lán)光反射；所述第八界面對(duì)藍(lán)光和 綠光透過，對(duì)紅光反射；
由所述第 一入射面入射的紅光 一表面透射出去；
由所述第二入射面入射的綠光 二表面透射出去；
由所述第三入射面入射的藍(lán)光 三表面透射出去；
由所述第一表面入射的光先后被第四界面和第八界面反射后由所述出 射面出射；
由所述第三表面入射的光先后被第六界面和第七界面反射后由所述出 射面出射；
由所述第二表面入射的光先被第五界面反射再經(jīng)過第七界面和第八界
面透射后由所述出射面出射。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一、第三表面和出射面平行。 進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第三表面和出射面在同一平面上。 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第二表面和所述出射面垂直。 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一表面與所述第八界面的夾角為135° 。 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一和第四界面之間、第二和第五界面之間、
第三和第六界面之間都設(shè)有空氣隙。
進(jìn)一步地，所述空氣隙的厚度優(yōu)選小于0. 6毫米。
,先后透射經(jīng)過第 ,先后透射經(jīng)過第 ,先后透射經(jīng)過第
和第四界面后，由第 和第五界面后，由第 和第六界面后，由第進(jìn)一步地，所述空氣隙設(shè)置在相應(yīng)界面之間的中夬通光處，用光學(xué)膠將 所述空氣隙兩側(cè)相應(yīng)界面的邊或角粘合在 一起。
進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第一和第四界面、第二和第五界面、第三和第六界 面互相平行設(shè)置。
進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第一和第四界面之間、第二和第五界面之間和第三 和第六界面之間的空氣隙厚度相同。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種制作全內(nèi)反合色棱鏡的方法，包 括選擇第四、第五和第六直角棱鏡，并使用光學(xué)膠將所述三個(gè)直角棱鏡的直 角面和一個(gè)直角等腰三棱鏡的直角面彼此不留空隙地完全膠合在一起，形成 相互交叉且彼此垂直的第七界面和第八界面，所述直角等腰三棱鏡的斜面作 為出射面，其中，所述第七界面和第八界面兩側(cè)的棱鏡表面分別鍍有相應(yīng)的 減反膜和高反膜，使得第七界面對(duì)紅光和綠光通過，對(duì)藍(lán)光反射，且第八界
面對(duì)藍(lán)光和綠光通過，對(duì)紅光反射；所述直角等腰三棱鏡的出射面鍍有對(duì)可 見光的寬帶減反膜；
還包括選#^第一棱鏡，該第一棱鏡包括第一入射面和第一界面，所述第 四直角棱鏡還包括第 一表面和第四界面，將第 一棱鏡的第 一界面與所述第四 直角棱鏡的第四界面膠合，使得由第一入射面入射到第一棱鏡中的紅光先后 經(jīng)第一界面、第四界面和第一表面透射，且由所述第一表面輸入的紅光在第 四界面發(fā)生全反射，并在第八界面處被反射，由所述出射面輸出；第一界面、 第四界面、第一入射面和第一表面均鍍有紅光的減反膜；
還包括選擇第二棱鏡，該第二棱鏡包括第二入射面和第二界面，所述第 五直角棱鏡還包括第二表面和第五界面，將第二棱4竟的第二界面與所述第五 直角棱鏡的第五界面膠合，使得由第二入射面入射到第二棱鏡中的綠光先后 經(jīng)第二界面、第五界面和第二表面透射，且由所述第二表面輸入的綠光在第 五界面發(fā)生全反射，透射過第七與第八界面后，由所述出射面輸出；第二界 面、第五界面、第二入射面和第二表面均鍍有綠光的減反膜；
還包括選擇第三棱鏡，該第三棱鏡包括第三入射面和第三界面，所述第 六直角棱鏡還包括第三表面和第六界面，將第三棱鏡的第三界面與所述第六 直角棱鏡的第六界面膠合，使得由第三入射面入射到第三棱鏡中的藍(lán)光先后 經(jīng)第三界面、第六界面和第三表面透射，且由所述第三表面輸入的藍(lán)光在第 六界面發(fā)生全反射，并在第七界面處被反射，由所述出射面輸出；第三界面、 第六界面、第三入射面和第三表面均鍍有藍(lán)光的減反膜。上述^R術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一和第三表面與出射面平行。 進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第三表面和出射面在同一平面上。 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第二表面和所述出射面垂直。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一表面與所述第八界面的夾角為135° 。 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選所述第一、第二和第三棱鏡采用相同牌號(hào)的玻璃
材料，所述第四、第五、第六直角棱鏡和所述直角等腰三棱鏡采用相同牌號(hào)
的玻璃材津+。
上述:R術(shù)方案中，優(yōu)選所述的第一、第二和第三棱鏡的結(jié)構(gòu)相同，所述 第四、第五和第六直角棱鏡的結(jié)構(gòu)相同。
一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)是所述第四、第五和
第六直角棱鏡為四棱鏡，且兩個(gè)相鄰的棱角為90度，另外兩個(gè)棱角分別為 45度和135度。
上述技術(shù)方案中，優(yōu)選在所述第一和第四界面之間、第二和第五界面之 間、第三和第六界面之間設(shè)置空氣隙。
進(jìn)一步地，所述空氣隙的厚度優(yōu)選小于0. 6毫米。
上述技術(shù)方案中，所述空氣隙設(shè)置在相應(yīng)界面之間的中央通光處，并用 光學(xué)膠將所述空氣隙兩側(cè)相應(yīng)界面的邊或角粘合在一起。
進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第一和第四界面、第二和第五界面、第三和第六界 面互相平^f亍"i殳置。
進(jìn)一步地，優(yōu)選所述第一和第四界面之間、第二和第五界面之間、第三 和第六界面之間的空氣隙厚度相同。
上述技術(shù)方案中，形成第七與第八界面所使用的光學(xué)膠的折射率與第 四、第五、第六和第七棱鏡的折射率相同或者相近。
進(jìn)一步地，所述光學(xué)膠與第四、第五、第六和第七棱鏡材料的相對(duì)折 射率為0. 98-1. 02。
上述的全內(nèi)反合色棱鏡可以應(yīng)用于三片DLP投影系統(tǒng)中。
將本發(fā)明的全內(nèi)反合色棱鏡用于三片DLP投影系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)如下
1. 使用本發(fā)明的全內(nèi)反合色棱鏡，不僅適用于傳統(tǒng)的分色再合色的投影 系統(tǒng)，同樣也可以適用于獨(dú)立照明的情況。尤其是使用獨(dú)立照明的方法， 可以使投影系統(tǒng)省去白光的分色環(huán)節(jié)，有效地簡化了 DLP投影系統(tǒng)的光 路，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易，減少了光損耗，提高了光能利用率；
2. 和目前成本極高的復(fù)雜棱鏡器件，例如色分離及色合成棱鏡相比，本 發(fā)明不僅有效地減小了 DLP投影系統(tǒng)的體積和重量，降低了成本，同時(shí)縮短了光路，減小了光路的復(fù)雜性，增強(qiáng)了投影系統(tǒng)的效果。
3. 如果釆取獨(dú)立照明的方法，可以根據(jù)白光配光比來合理的設(shè)置紅綠藍(lán) 光源或者其他顏色光源的功率需求，不僅避免了由于紅光不足采用選寬譜 造成的色飽和度和對(duì)比度的降低，而且避免了光能的浪費(fèi)，將光能充分化 利用。
4. 使用本發(fā)明全內(nèi)反合色棱鏡的投影系統(tǒng)比現(xiàn)有的DLP投影系統(tǒng)技術(shù)具 有明顯的高集成度的優(yōu)勢，省去了傳統(tǒng)的TIR棱鏡或者RTIR棱鏡，本發(fā) 明的全內(nèi)反合色棱鏡既可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)TIR棱鏡的功能又可以實(shí)現(xiàn)合色功能， 從而使投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積因此縮小，重量也因此減輕，且成 本也相應(yīng)得到降低。
5. 由于光束先通過空氣隙后入射到DMD上，再經(jīng)全內(nèi)反射后進(jìn)入投影 系統(tǒng)中，所以本發(fā)明中的空氣隙出現(xiàn)在照明系統(tǒng)中，與空氣隙出現(xiàn)在成 像系統(tǒng)中相比，大大降低了空氣隙的指標(biāo)要求，不僅使棱鏡加工更容易， 減去了光路調(diào)制過程的隨機(jī)性與不統(tǒng)一性，使得光路調(diào)制更為簡便，而且 明顯地提高了成像質(zhì)量。
因此，本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)三片DLP低成本、高效率、高投影顯示效果的有效 途徑和方法，在投影顯示技術(shù)領(lǐng)域具有很高的實(shí)用價(jià)值及規(guī)模化生產(chǎn)的價(jià) 值。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1為傳統(tǒng)單片DLP投影系統(tǒng)的光路示意圖； 圖2為傳統(tǒng)三片DLP投影系統(tǒng)的光路示意圖； 圖3為全內(nèi)反合色棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為獨(dú)立照明的三片DLP投影系統(tǒng)裝置圖； 圖5為一種獨(dú)立照明的激光投影系統(tǒng)示意圖； 圖6為一種獨(dú)立照明的LED投影系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說明。
圖3為一種全內(nèi)反合色棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。該全內(nèi)反合色棱鏡由七塊棱鏡膠合而成。其中，第一、第二和第三棱鏡301, 302和303為結(jié)構(gòu)相同 的三角棱鏡，出于加工的方便，通常采用直角棱鏡，銳角角度根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì) 中選擇的具體棱鏡的材料而有所不同，當(dāng)然根據(jù)具體要求，完全可以釆用其 他形狀的棱鏡，其中，第一、第二、第三棱鏡中，斜邊所在面為入射面；第 四、第五和第六棱鏡304, 305和306為結(jié)構(gòu)相同的四棱鏡，且有兩個(gè)相鄰 的直角，還有一個(gè)135度角，同時(shí)第四、第五和第六棱鏡304, 305, 306中 與135度角相鄰的直角為等腰直角；第七棱鏡307為等腰直角三角棱鏡，其 等腰直角邊與第四、第五、第六棱鏡304， 305, 306的等腰直角邊相等。
通過光學(xué)膠順序?qū)⒌谒闹恋谄呃忡R的等腰直角面不留空隙地完全膠合 在一起，且使其等腰直角棱彼此重合，同時(shí)盡可能地在此四個(gè)棱鏡的中心交 叉點(diǎn)處不留空隙，或至少應(yīng)當(dāng)將空隙控制在微米量級(jí)或其以下，如圖3所示。 從而，形成互相交叉垂直的第七界面308 (包括第一子界面308a和第二子界 面308b)和第八界面309 (包括第三子界面309a和第四子界面309b)。此外， 第 一至第三棱鏡的材料采用相同牌號(hào)的玻璃材料，第四至第七棱鏡的材料采 用相同牌號(hào)的玻璃材料，采用的光學(xué)膠折射率應(yīng)與第四、第五、第六、第七 棱鏡的折射率相同或相近，且光學(xué)膠與第四、第五、第六、第七棱鏡材料 的相對(duì)折射率為0. 98-1. 02。
然后將第一棱4竟301長直角棱所在的面膠合在第四棱鎮(zhèn):304最長棱所在 的面上，兩個(gè)面之間并非完全膠合，是部分膠合，即在膠合面中央的通光區(qū) 域不予膠合，從而保留有空氣隙，厚度一般應(yīng)當(dāng)小于0. 6毫米。該空氣隙與 第一棱鏡之間形成第一界面301b，空氣隙與第四棱鏡之間形成第四界面 304a。而通光區(qū)域周圍的膠合所用的光學(xué)膠可以是與第一或第四棱鏡折射率 相同或相近的光學(xué)膠，也可以采用其他光學(xué)膠。同理，將第二棱鏡和第三棱 鏡分別與第五棱鏡和第六棱鏡膠合，形成第二界面302b和第五界面305a, 第三界面303b和第六界面306a。其中，形成第一至第六界面的棱鏡表面分 別鍍有對(duì)所通過光線的減反膜。第一、第二和第三棱鏡的光線的入射面分別 為第一、第二和第三入射面301a， 302a和303a,其表面分別鍍有對(duì)入射光 線的減反膜。第四、第五和第六棱鏡的第一、第二和第三表面304b、 305b、 306b分別鍍有對(duì)入射光線的減反膜。
當(dāng)紅光從第一入射面301a入射，綠光從第二入射面30h入射，藍(lán)光從 第三入射面303a入射時(shí)，形成第一子界面308a的第四、第七棱鏡的相應(yīng)面 和形成第二子界面308b的第五、第六棱鏡的相應(yīng)面則鍍有連續(xù)的綠光和紅光的減反膜及藍(lán)光的高反膜；形成第三子界面309a的第四、第五棱鏡的相 應(yīng)面和形成第四子界面309b的第六、第七棱^:的相應(yīng)面鍍有連續(xù)的綠光和 藍(lán)光的減反膜及紅光的高反膜。第七棱鏡的出射面307c鍍有對(duì)可見光的寬 帶減反膜。通常綠光都是從第二入射面302a入射，藍(lán)光和紅光的入射位置 則可以相互交換，而當(dāng)藍(lán)光和紅光的位置交換時(shí)，鍍膜也相應(yīng)改變，相當(dāng)于 將當(dāng)前系統(tǒng)沿水平軸翻轉(zhuǎn)而已，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是可以理解的。
入射光束在第一、第二、第三棱鏡的第一、第二、第三界面上的入射角 必須小于相應(yīng)棱鏡的全反射角，以確保入射光束透射通過該界面；由第一、 第二和第三表面304b， 305b， 306b入射到第四、第五、第六棱鏡的第四、第 五、第六界面304a、 305a、 306a上的入射角必須大于相應(yīng)棱鏡的全反射角， 以確保入射光在該界面產(chǎn)生全反射。
作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，圖3中的所有棱鏡玻璃材料的中國牌號(hào)選用 Fl,其折射率為1.60。第一、第二和第三棱鏡的銳角(3為21。， a為90。。 所述第一和第四界面、第二和第五界面、第三和第六界面之間的空氣隙厚度 為0. 3毫米。最后構(gòu)成第一表面304b與出射面307c平行，且第三表面306b 和出射面307c在同一平面上；第二表面305b和出射面307c垂直；第二表面 305b和第一表面304b垂直；第一表面304b與第八界面309的夾角為135° 。
當(dāng)然，如前所述，根據(jù)不同的DMD和實(shí)際使用的需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員 根據(jù)上面描述的原則還可以使用其他不同角度的棱鏡。
圖4給出了一種使用圖3所示全內(nèi)反合色棱鏡的獨(dú)立照明的三片DLP投 影系統(tǒng)的裝置圖，包括紅綠藍(lán)光源裝置421， 422, 423、紅綠藍(lán)光對(duì)應(yīng)的 DMD411， 412, 413、全內(nèi)反合色棱鏡310、投影透鏡組414和投影屏幕415; 其中，紅綠藍(lán)光DMD411, 412， 413均使用0. 7DDR12的DMD，且紅光畫D411 平行設(shè)置于全內(nèi)反合色棱鏡310的第一表面304b之外，綠光畫D412平行設(shè) 置于全內(nèi)反合色棱鏡310的第二表面305b之外，藍(lán)光DMD413平行設(shè)置于全 內(nèi)反合色棱鏡310的第三表面306b之外。全內(nèi)反合色棱鏡31G采用圖3所 示結(jié)構(gòu)，且棱鏡玻璃材料的中國牌號(hào)選用Fl。
所述紅光光源裝置421輸出的紅光于第一棱鏡301的第一入射面301a 以16。入射角入射，由于在第一界面上的入射角小于全反射角，所以經(jīng)過第 一界面301b透射到空氣隙，再由空氣隙經(jīng)第四界面304a入射到第四棱鏡 304,從第一表面304b出射到紅光DMD411中，經(jīng)過紅光DMD411反射后的光 束再次由第一表面304b入射到第四棱鏡304中，光束在到達(dá)第四界面3(Ma時(shí)由于入射角大于全反射角而發(fā)生全內(nèi)反射，反射光透射通過第七界面308, 在第八界面309反射后進(jìn)入第七棱鏡307，最后由出射面307c出射；
所述綠光光源裝置422輸出的綠光于第二棱鏡302的第二入射面302a 以16。入射角入射，由于在第二界面上的入射角小于全反射角，所以經(jīng)過第 二界面302b透射到空氣隙，再由空氣隙經(jīng)第五界面305a入射到第五棱鏡
305, 從第二表面305b出射到綠光DMD412中，經(jīng)過綠光DMD412反射后的光 束再次由第二表面305b入射到第五棱鏡305中，光束在到達(dá)第五界面305a 時(shí)由于入射角大于全反射角而發(fā)生全內(nèi)反射，反射光透過第七界面308和第 八界面309后進(jìn)入第七棱鏡307,最后由出射面307c出射；
所述藍(lán)光光源裝置423輸出的藍(lán)光于第三棱鏡303的第三入射面303a 以16。入射角入射，由于在第三界面上的入射角小于全反射角，所以經(jīng)過第 三界面303b透射到空氣隙，再由空氣隙經(jīng)第六界面306a入射到第六棱鏡
306, 從第三表面306b出射到藍(lán)光DMD413中，經(jīng)過藍(lán)光DMD413反射后的光 束再次由第三表面306b入射到第六棱鏡306中，光束在到達(dá)第六界面306a 時(shí)由于入射角大于全反射角而發(fā)生全內(nèi)反射，反射光透射通過第八界面309， 在第七界面308反射后進(jìn)入第七棱鏡307,最后由出射面307c出射；
其中，第七界面308鍍有綠光和紅光的減反膜及藍(lán)光的高反膜，第八界 面309鍍有綠光和藍(lán)光的減反膜及紅光的高反膜；第一入射面301a、第一界 面301b、第四界面304a和第一表面304b皆鍍有紅光減反膜，第二入射面 302a、第二界面302b、第五界面305a和第二表面305b皆鍍有綠光減反膜， 第三入射面303a、第三界面303b、第六界面306a和第三表面306b皆鍍有 藍(lán)光減反膜；第七棱鏡307的出射面307c鍍有可見光的寬帶減反膜。
上面三個(gè)匿D反射的光束在全內(nèi)反合色棱鏡310中實(shí)現(xiàn)了合束，再由投 影透鏡組414將全內(nèi)反合色棱鏡的輸出光投影顯示到投影屏幕415上。
本領(lǐng)域人員都應(yīng)當(dāng)了解，此具體實(shí)施例中第一到第七棱鏡采用相同牌號(hào) 玻璃材料，但實(shí)際上，只要滿足第一、第二和第三棱鏡采用相同牌號(hào)的玻璃 材料，第四、第五、第六直角棱鏡和所述直角等腰三棱鏡采用相同牌號(hào)的玻
璃材料即可，也就是第一、第二、第三棱鏡的材料可以和第四、第五、第六 及第七棱鏡的材料不同。另外，本實(shí)施例中給出的DMD型號(hào)和規(guī)格只是作為 一個(gè)示例，而非限制，實(shí)際上，在本實(shí)施例中，可以使用幾乎所有型號(hào)和規(guī) 才各的DMD。
圖5給出了一種獨(dú)立照明的激光投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)中在紅、綠、藍(lán)三色激光光源510， 520, 530與全內(nèi)反合色棱鏡310之間的光路上順序設(shè)有紅、 綠、藍(lán)聚焦透4竟511, 521, 531,紅、綠、藍(lán)積分棒512, 522, 532和紅、 綠、藍(lán)中繼透鏡組51 3, 523, 533,其他裝置和結(jié)構(gòu)與圖4相同。
圖6給出了一種獨(dú)立照明的LED投影系統(tǒng)示意圖，其中，三基色光源使 用紅、綠、藍(lán)LED光源裝置601, 602， 603,并在每個(gè)光源與全內(nèi)反合色棱 鏡310之間的光路上順序設(shè)有紅、綠、藍(lán)光束整形系統(tǒng)611， 621, 631和紅、 綠、藍(lán)中繼透鏡組612， 622, 632,其他裝置和結(jié)構(gòu)與圖4相同。
針對(duì)不同激光器和LED還可以采取其他方式將三色光耦合進(jìn)全內(nèi)反合 色棱鏡。此外，三色光可以為紅綠藍(lán)三色，也可以根據(jù)需要選擇其他三色 光源。此外，本發(fā)明的全內(nèi)反合色棱鏡也可以用于傳統(tǒng)的白光光源的DLP 照明系統(tǒng)中，按照傳統(tǒng)的方法分色后，再使用本發(fā)明的全內(nèi)反合色棱鏡進(jìn) 行合色。
上面各個(gè)實(shí)施例的投影顯示系統(tǒng)中，全內(nèi)反合色棱鏡的空氣隙厚度可以 根據(jù)需要在0. 6毫米以下進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，更優(yōu)選的范圍是0. 2至0. 6毫米之 間。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不改變各個(gè)界面和表面功能和作用的 情況下，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種變形，例如適當(dāng)改變各個(gè)棱鏡的角度、 使用更多表面的棱鏡、進(jìn)行各種鍍膜等，都應(yīng)該在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全內(nèi)反合色棱鏡，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八界面、第一、第二、第三表面、第一、第二、第三入射面，以及出射面；所述第七界面對(duì)紅光和綠光透過，對(duì)藍(lán)光反射；所述第八界面對(duì)藍(lán)光和綠光透過，對(duì)紅光反射；所述第七界面和第八界面相互垂直；由所述第一入射面入射的紅光，先后透射經(jīng)過第一和第四界面后，由第一表面透射出去；由所述第二入射面入射的綠光，先后透射經(jīng)過第二和第五界面后，由第二表面透射出去；由所述第三入射面入射的藍(lán)光，先后透射經(jīng)過第三和第六界面后，由第三表面透射出去；由所述第一表面入射的光先后被第四界面和第八界面反射后由所述出射面出射；由所述第三表面入射的光先后被第六界面和第七界面反射后由所述出射面出射；由所述第二表面入射的光先經(jīng)過第五界面反射再經(jīng)過第七界面和第八界面透射后由所述出射面出射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一、第三 表面和出射面平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第二表面和 所述出射面垂直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一表面與 所述第八界面的夾角為135° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一和第四 界面之間、第二和第五界面之間、第三和第六界面之間都設(shè)有空氣隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述空氣隙的厚 度小于0. 6毫米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述空氣隙設(shè)置 在相應(yīng)界面之間的中央通光處，并用光學(xué)膠將所述空氣隙兩側(cè)相應(yīng)界面的邊 或角粘合在一起。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一和第四 界面之間、第二和第五界面之間和第三和第六界面之間的空氣隙厚度相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一和第四界面、第二和第五界面、第三和第六界面互相平行設(shè)置。
10. —種制作全內(nèi)反合色棱鏡的方法，選擇第四、第五和第六直角棱鏡，并 使用光學(xué)膠將所述三個(gè)直角棱鏡的直角面和一個(gè)直角等腰三棱鏡的直角面 彼此不留空隙地完全膠合在一起，形成相互交叉且彼此垂直的第七界面和第 八界面，所述直角等腰三棱鏡的斜面作為出射面，其中，所述第七界面和第 八界面兩側(cè)的棱鏡表面分別鍍有相應(yīng)的減反膜和高反膜，使得第七界面對(duì)紅 光和綠光通過，對(duì)藍(lán)光反射，且第八界面對(duì)藍(lán)光和綠光通過，對(duì)紅光反射； 所述直角等腰三棱鏡的出射面鍍有對(duì)可見光的寬帶減反膜；選擇第一棱鏡，該第一棱鏡包括第一入射面和第一界面，所述第四直角 棱鏡還包括第一表面和第四界面，將第一棱鏡的第一界面與所述第四直角棱 鏡的第四界面膠合，使得由第一入射面入射到第一棱鏡中的紅光先后經(jīng)第一 界面、第四界面和第一表面透射，且由所述第一表面輸入的紅光在第四界面 發(fā)生全反射，并在第八界面處被反射，由所述出射面輸出；第一界面、第四 界面、第一入射面和第一表面均鍍有紅光的減反膜；選擇第二棱鏡，該第二棱鏡包括第二入射面和第二界面，所述第五直角 棱鏡還包括第二表面和第五界面，將第二棱鏡的第二界面與所述第五直角棱 鏡的第五界面膠合，使得由第二入射面入射到第二棱鏡中的綠光先后經(jīng)第二 界面、第五界面和第二表面透射，且由所述第二表面輸入的綠光在第五界面 發(fā)生全反射，透射過第七與第八界面后，由所述出射面輸出；第二界面、第 五界面、第二入射面和第二表面均鍍有綠光的減反膜；選擇第三棱鏡，該第三棱鏡包括第三入射面和第三界面，所述第六直角 棱鏡還包括第三表面和第六界面，將第三棱鏡的第三界面與所述第六直角棱 鏡的第六界面膠合， -使得由第三入射面入射到第三棱鏡中的藍(lán)光先后經(jīng)第三 界面、第六界面和第三表面透射，且由所述第三表面輸入的藍(lán)光在第六界面 發(fā)生全反射，并在第七界面處被反射，由所述出射面輸出；第三界面、第六 界面、第三入射面和第三表面均鍍有藍(lán)光的減反膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一和第三表面與出 射面平4亍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二表面和所述出射面垂直。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一表面與所述第八 界面的夾角為135° 。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三棱鏡采用相同牌號(hào)的玻璃材料，所述第四、第五、第六直角棱鏡和所述直角等 腰三棱鏡采用相同牌號(hào)的玻璃材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的第一、第二和第三 棱鏡的結(jié)構(gòu)相同，所述第四、第五和第六直角棱鏡的結(jié)構(gòu)相同。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第四、第五和第六直 角棱鏡為四棱鏡，且兩個(gè)相鄰的棱角為90度，另外兩個(gè)棱角分別為45度和 135度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述第一和第四界面之 間、第二和第五界面之間、第三和第六界面之間設(shè)置空氣隙。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述空氣隙的厚度小于0. 6 毫米。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述空氣隙設(shè)置在相應(yīng)界 面之間的中央通光處，并用光學(xué)膠將所述空氣隙兩側(cè)相應(yīng)界面的邊或角粘合 在一起。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一和第 四界面之間、第二和第五界面之間和第三和第六界面之間的空氣隙厚度相 同。
21. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的全內(nèi)反合色棱鏡，其特征在于，所述第一和第 四界面、第二和第五界面、第三和第六界面互相平行設(shè)置。
22. —種投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的全內(nèi) 反合色棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全內(nèi)反合色棱鏡，包括第一至第八界面、第一至第三表面、第一至第三入射面，以及出射面；第七和第八界面彼此交叉垂直；第七界面對(duì)紅光和綠光透過，對(duì)藍(lán)光反射；第八界面對(duì)藍(lán)光和綠光透過，對(duì)紅光反射；由第一入射面入射的紅光，先后透射經(jīng)過第一和第四界面后，由第一表面透射出去；由第一入射面入射的綠光，先后透射經(jīng)過第二和第五界面后，由第二表面透射出去；由第一入射面入射的藍(lán)光，先后透射經(jīng)過第三和第六界面后，由第三表面透射出去；由第一表面入射的光經(jīng)過第八界面反射后由出射面出射；由第三表面入射的光經(jīng)過第七界面反射后由出射面出射；由第二表面入射的光直接透射經(jīng)過第七界面和第八界面后由出射面出射。
文檔編號(hào)G02B27/14GK101515069SQ20081010082
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者張明勇, 華 成, 勇 畢, 王延偉, 賈中達(dá), 光 鄭 申請(qǐng)人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司;中國科學(xué)院光電研究院