多基色圖像組合合成器的製作方法
2023-05-31 04:22:11 2
專利名稱：多基色圖像組合合成器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學器件，尤其涉及一種多基色圖像組合合成器。
背景技術：
眾所周知，在以紅、綠、藍三色作為基色的顯示器中，圖像合成器是其中必不可少的裝置。本領域中已存在多種光束合成裝置。但這些裝置各有長短。例如，圖1公開了目前的投影儀中普遍採用的X稜鏡。不同波長(λ1、λ2、λ3)的單色光分別從三個方向射入該稜鏡，並從該稜鏡的第四個方向疊加輸出。但在要輸入更多基色的情況下，這種稜鏡顯然不能滿足要求。此外，中國發明專利No.93109784.3中公開了一種雷射束合成裝置。該裝置利用了方解石晶體的能將不同偏振態的光束進行合成的特徵。但根據這種裝置的原理，對輸入的光束的偏振態有特殊的要求。由此，現有技術的合成器件雖然種類很多，但都有一定的局限性。
現在正開發基於多基色(三種以上的基色)的顯示系統。基色數量的增加意味著圖像顏色的還原性更好，顯示效果更佳。圖2A和2B分別示出了三基色和九基色條件下的顯示色域。通過圖2A和2B的比較可以看到，九基色的色域更接近需還原的真實色域。然而，由於以往的顯示系統主要以三基色(RGB)為基礎，因此未能提供適於這種多基色顯示系統的圖像合成器。
專利文件1中國科學院物理研究所於2004/07/16提交的標題為″一種具有紅、綠、藍三基色雷射彩色顯示裝置″的專利申請，申請號200410069055。″因為這些多基色圖像合成裝置主要是解決目前已有的三基色雷射顯示裝置無法實現向多基色雷射顯示過渡的問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於多基色圖像的合成器。
本發明提供了一種多基色圖像組合合成器，它包括主稜鏡以及設置於各入射方向上的至少一個修正稜鏡。主稜鏡是多邊形並包括一個正入射面、多個分束面以及一個出射面，主稜鏡用於將從正入射面和分束面入射進主稜鏡的光形成從正入射面到出射面的光路，該光路在各分束面處發生全反射。修正稜鏡都包括一個入射面和一個出射面。從正入射面射入的入射光直接垂直地入射到正入射面。其它入射方向的入射光則射入至少一個修正稜鏡之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的分束面，沿各入射方向的入射光在主稜鏡中合成，最後從主稜鏡的出射面射出，其中修正稜鏡的出射面與同該修正稜鏡相對應的分束面相互平行。
根據一種實施例，除第一分束面之外，所有分束面相對於前一分束面的旋轉方向相同。根據另一種實施例，除第一分束面和最後一個分束面外，至少一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同。
此外，各修正稜鏡的入射面與出射面的夾角的大小根據主稜鏡的各相應分束面之間的夾角確定。
此外，本發明的多基色圖像組合合成器的各稜鏡由各向同性材料、負晶體和正晶體中的任一種構成。
此外，本發明的多基色圖像組合合成器還包括設置於主稜鏡的出射面之前的轉向稜鏡。
通過本發明的合成器可以獲得顏色更加逼真的圖像。
應當理解，本發明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，並且旨在為如權利要求所述的本發明提供進一步的解釋。
包括附圖是為提供對本發明進一步的理解，它們被收錄並構成本申請的一部分，附圖示出了本發明的實施例，並與本說明書一起起到解釋本發明原理的作用。
附圖中 圖1是現有技術的X稜鏡的結構示意圖。
圖2A和2B分別是三基色與九基色顯示的顯示色域的示意圖。
圖3A和3B分別是根據本發明一個實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖4A和4B分別是根據本發明第二實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖5A和5B分別是根據本發明第三實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖6是根據本發明第四實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖7是根據本發明第五實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
具體實施例方式 現在將詳細參考附圖描述本發明的實施例。
圖3A是根據本發明一個實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
如圖3A所示，本發明的多基色圖像組合合成器包括不規則多邊形主稜鏡A、設置於各入射方向上的修正稜鏡A1、A2、A3、A4以及轉向稜鏡B。圖中相同的字母所表示的邊具有相同的幾何性質。虛線是輔助線。圖中，①、②、③、④、⑤表示入射方向。s′表示基色圖像的寬度。圖中所示的稜鏡A、A1、A2、A3、A4的構造材料相同，均為各向同性的介質；轉向稜鏡B的構造材料為各向同性的介質，該介質可與稜鏡A、A1、A2、A3、A4所用的材料不同，但必須保證在可見光範圍內轉向稜鏡B的材料對任何參與顯示的光的折射率均大於
)。各修正稜鏡前設置有光程補償器D，該光程補償器D必須不改變光路。主稜鏡A是多邊形並包括一個正入射面(rs)和多個分束面(bc)、(df)、(hg)、(pq)。分束面被定義為稜鏡A的一個可以全反射稜鏡A中光路的部分光的稜鏡面。
其中，從正入射面(rs)射入的入射光直接垂直地入射到該正入射面(rs)，而其它方向的入射光射入修正稜鏡A1、A2、A3、A4之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的多個分束面(bc)、(df)、(hg)、(pq)之一，沿各入射方向的入射光在主稜鏡A中合成，最後從主稜鏡A的出射面(av)射出。此後，垂直入射到轉向稜鏡B的入射面並垂直於其出射面射出。其中，修正稜鏡的出射面與同其對應的分束面相互平行，例如x1y1//bc。
本實施例中，優選滿足以下幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3，hl4//gh，pw4//qp並與hl4相交於點w4，ql5//pq，rw5//sr並與ql5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A3、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、gh//x3y3、pq//x4y4，rs垂直於從⑤入射的入射光方向；ab、cd、fg、hp、qr、st、tu、uv、x1z1、x2z2、x3z3、x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A3、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A3、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠hw4p＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A3∠x3y3z3＝π-θ3+θ2-θ1＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)] (5)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝θ1-θ2+θ3-θ4＝(π-θ4)-{(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]}； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A3、A4所用的各向同性介質中的折射率分別為ni(i＝1，2……N)，並假設這些光已按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)；在轉向稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
假設需要從稜鏡Ai入射進合成器光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、主稜鏡A中有關的各個角所優選滿足以下條件 1、分束面的作用主要有 合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(gh)、(pq))
s＝mi+1，t＝mi，i≤u[1]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入主稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1，
1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，i≤u[3]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只有一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[4]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Si與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向
入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [5]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [6]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所優選滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
此外，為提高光的利用率，可在各個稜鏡的入射面以及出射面上鍍敷相應的增透膜，以提高光的透過率。
此外，對於圖3A由兩塊稜鏡A4，兩種基色的光分別平行入射到兩塊稜鏡A4的情況同樣可以應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。
圖3B是根據本發明一個實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖3B與圖3A有許多相同之處，這些相同部分的標號與圖3A中的相同並表示相同的含義，因此其描述可參照上述圖3A中的情況。圖3B中，第四分束面為(sr)((sr)在圖3A的實施例中是正入射面)，正入射面為(pq)((pq)在圖3A的實施例中是第四分束面)。在本實施例中，如果一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同，那麼稱這個分束面為臨界分束面。(第一個分束面與最後一個除外)，例如圖3B中的分束面(gh)。
圖3B所示的實施例與圖3A所示的實施例的區別主要在於圖3A的實施例中，所有分束面相對於前一分束面的旋轉方向相同(第一分束面除外)；而圖3B的實施例中，至少一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同(第一分束面和最後一個分束面除外)，諸如分束面(gh)。
在圖3B所示的實施例中，沿第一方向①、第二方向②入射的情況與圖3A中的相同。在沿方向④入射的情況中，有兩種基色的光平行入射到同一修正稜鏡A4。這種多種基色的光平行入射到同一修正稜鏡Ai再入射到第i分束面的情況同樣可應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。此外，在本實施例中，沿方向④入射的光經過修正稜鏡A4進入的分束面為(sr)。而沿方向⑤入射的光直接垂直入射的主稜鏡面為(pq)，即正入射面。
在圖3A的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量是有限的；而在圖3B的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量遠多於圖3A的實施例。
本實施例中，優選滿足以下幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3，sl4//rs，sw4//gh，rl5//sr，qw5//pq並與rl5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、sr//x4y4，pq垂直於從⑤入射的入射光方向；ab，cd，fg，hp，qr，st，tu，uv，x1z1，x2z2，x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠rsw4＝π-θ4，∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝π-θ1+θ2-θ3-θ4＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]-θ4； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A4所用的各向同性介質中的折射率分別為ni(i＝1，2……N)，並假設這些光已按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)；在稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
假設需要從稜鏡Ai入射進合成器光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、主稜鏡A中有關的各個角所優選滿足以下條件 1、分束面的作用主要有兩點 (1)合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(sr))
i≠hk+1，
i＝hk+1， s＝mi+1，t＝mi，
i≤u [8]； 其中hk表示第k個臨界分束面，其編號為hk(即第hk個分束面)， u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
(2)調整主稜鏡A中的光路(如圖，分束面(gh))
i≠hk+1，
i＝hk+1， r＝mi，mi＝mi-1，
r≤u [9]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1，
i≠hk+1，
i＝hk+1， 1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，
i≤u[11]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[12]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向
入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [13]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [14]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所優選滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
在圖3B的實施例中，省去了從入射方向③入射的情況，以此說明可選擇從以上①、②、③、④、⑤入射方向中的任一個或多個入射，而能同樣地實現所需的圖像合成。但可以理解，圖3B的實施例中也可以增加入射方向③的修正稜鏡A3，並可沿用圖3A實施例中的條件來實現圖3A方案中的技術效果。
圖4A是根據本發明另一實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖4A的實施例的結構與圖3A基本相同，主要區別在於圖4A的實施例中各稜鏡A、A1、A2、A4的材料是負晶體，稜鏡B的材料仍為各向同性材料，且與圖3A相比，圖4A中省去了稜鏡A3。圖中M表示稜鏡A、A1、A2、A4的光軸方向。負晶體的該技術方案的設計中要求入射光的偏振方向必須平行或者垂直於上述光軸方向。
如圖4A所示，本發明的多基色圖像組合合成器包括不規則多邊形主稜鏡A、設置於各入射方向上的修正稜鏡A1、A2、A4以及轉向稜鏡B。圖中相同的字母所表示的邊具有相同的幾何性質。虛線是輔助線。圖中，①、②、④、⑤表示入射方向。s′表示基色圖像的寬度。圖中所示的稜鏡A、A1、A2、A4的構造材料相同，均為同種負晶體；轉向稜鏡B的構造材料為各向同性的介質，但必須保證在可見光範圍內轉向稜鏡B的材料對任何參與顯示的光的折射率均大於
)。各修正稜鏡前設置有光程補償器D，該光程補償器D必須不改變光路。主稜鏡A是多邊形並包括一個正入射面(rs)和多個分束面(bc)、(df)、(hg)、(pq)。分束面被定義為稜鏡A的一個可以全反射稜鏡A中的部分光的稜鏡面。
其中，從正入射面(rs)射入的入射光直接垂直地入射到該正入射面(rs)，而其它方向的入射光射入修正稜鏡A1、A2、A4之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的多個分束面(bc)、(df)、(pq)之一，沿各入射方向的入射光在主稜鏡A中合成，最後從主稜鏡A的出射面(av)射出。此後，垂直入射到轉向稜鏡B的入射面並垂直於其出射面射出。其中，修正稜鏡的出射面與同其對應的分束面相互平行，例如x1y1//bc。
本實施例中，優選滿足以下幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3，hl4//gh，pw4//qp並與hl4相交於點w4，ql5//pq，rw5//sr並與ql5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、pq//x4y4，rs垂直於從⑤入射的入射光方向；ab，cd，fg，hp，qr，st，tu，uv，x1z1，x2z2，x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠hw4p＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝θ1-θ2+θ3-θ4＝(π-θ4)-{(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]}； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A4所用的負晶體中的o光和e光的主折射率分別為noi和nei(i＝1，2……N)(在負晶體中noi＞nei)，所以N種基色的顯示共有2N種入射方式(偏振方向垂直或平行於光軸)，保證N種顯示基色的條件下，篩選出m(N≤m≤2N)種方式並按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)；在稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
若nj表示波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的o光的主折射率noi，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A之前必須滿足偏振方向與光軸方向垂直，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向垂直；若nj表示為波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的e光的主折射率nei，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A必須滿足偏振方向與光軸方向平行，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向平行。
假設需要從修正稜鏡Ai入射進合成器的光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、主稜鏡A中有關的各個角所優選滿足的條件為 1、分束面的作用主要有兩點 (1)合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(pq))
s＝mi+1，t＝mi，i≤u[16]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
(2)調整主稜鏡A中的光路(如圖，分束面(gh))
r＝mi，mi＝mi-1，r≤u[17]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入主稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1，
1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，i≤u[19]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只有一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[20]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向①入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [21]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [22]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所優選滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
此外，對於圖4A由兩塊稜鏡A4，兩種基色的光分別平行入射到兩塊稜鏡A4的情況同樣可以應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。
圖4B是根據本發明另一個實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖4B與圖4A有許多相同之處，這些相同部分的標號與圖3A中的相同並表示相同的含義，因此其描述可參照上述圖4A中的情況。圖4B中，第四分束面為(sr)((sr)在圖4A的實施例中為正入射面)，正入射面為(pq)((pq)在圖4A的實施例中是第四分束面)。在本實施例中，如果一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同，那麼稱這個分束面為臨界分束面。(第一個分束面與最後一個除外)，例如圖4B中的分束面(gh)。
圖4B所示的實施例與圖4A所示的實施例的區別主要在於圖4A的實施例中，所有分束面相對於前一分束面的旋轉方向相同(第一分束面除外)；而圖4B的實施例中，至少一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同(第一分束面和最後一個分束面除外)，諸如分束面(gh)。
在圖4B所示的實施例中，沿第一方向①、第二方向②入射的情況與圖4A中的相同。在沿方向④入射的情況中，有兩種基色的光平行入射到同一修正稜鏡A4。這種多種基色的光平行入射到同一修正稜鏡Ai再入射到第i分束面的情況同樣可應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。此外，在本實施例中，沿方向④入射的光經過修正稜鏡A4進入的分束面為(sr)。而沿方向⑤入射的光直接垂直入射的主稜鏡面為(pq)，即正入射面。
在圖4A的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量是有限的；而在圖4B的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量遠多於圖4A的實施例。
本實施例中，裝置優選滿足以下的幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3，sl4//rs，sw4//gh，rl5//sr，qw5//pq並與rl5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、sr//x4y4，pq垂直於從⑤入射的入射光方向；ab，cd，fg，hp，qr，st，tu，uv，x1z1，x2z2，x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠rsw4＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝π-θ1+θ2-θ3-θ4＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]-θ4； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A4所用的負晶體中的o光和e光的主折射率分別為noi和nei(i＝1，2……N)(在負晶體中noi＞nei)，所以N種基色的顯示共有2N種入射方式(偏振方向垂直或平行於光軸)，保證N種顯示基色的條件下，篩選出m(N≤m≤2N)種方式並按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)，在稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
若nj表示波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的o光的主折射率noi，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A之前必須滿足偏振方向與光軸方向垂直，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向垂直；若nj表示為波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的e光的主折射率nei，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A必須滿足偏振方向與光軸方向平行，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向平行。
假設需要從修正稜鏡Ai入射進合成器光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、主稜鏡A中有關的各個角所優選滿足的條件為 1、分束面的作用主要有兩點 (1)合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(sr))
i≠hk+1，
i＝hk+1， s＝mi+1，t＝mi，
i≤u [24]； 其中hk表示第k個臨界分束面，其編號為hk(即第hk個分束面)， u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
(2)調整主稜鏡A中的光路(如圖，分束面(gh))
i≠hk+1，
i＝hk+1， r＝mi，mi＝mi-1，
r≤u [25]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入主稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1，
i≠hk+1，
i＝hk+1， 1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，
i≤u[27]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[28]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向
入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [29]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [30]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所必須滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
圖5A是根據本發明又一實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖5A的實施例的結構與圖3A基本相同，主要區別在於圖5A的實施例中各稜鏡A、A1、A2、A4的材料是正晶體，稜鏡B的材料仍為各向同性材料，且與圖3A相比，圖4A中省去了稜鏡A3。圖中M表示稜鏡A、A1、A2、A4的光軸方向。正晶體的該技術方案的設計中要求入射光的偏振方向必須平行或者垂直於上述光軸方向。
如圖5A所示，本發明的多基色圖像組合合成器包括不規則多邊形主稜鏡A、設置於各入射方向上的修正稜鏡A1、A2、A4以及轉向稜鏡B。圖中相同的字母所表示的邊具有相同的幾何性質。虛線是輔助線。圖中，①、②、④、⑤表示入射方向。s′表示基色圖像的寬度。圖中所示的稜鏡A、A1、A2、A4的構造材料相同，均為同種正晶體；轉向稜鏡B的構造材料為各向同性的介質，但必須保證在可見光範圍內轉向稜鏡B的材料對任何參與顯示的光的折射率均大於
)。各修正稜鏡前設置有光程補償器D，該光程補償器D必須不改變光路。主稜鏡A是多邊形並包括一個正入射面(rs)和多個分束面(bc)、(df)、(hg)、(pq)。分束面被定義為稜鏡A的一個可以全反射稜鏡A中的部分光的稜鏡面。
其中，從正入射面(rs)射入的入射光直接垂直地入射到該正入射面(rs)，而其它方向的入射光射入修正稜鏡A1、A2、A4之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的多個分束面(bc)、(df)、(pq)之一，沿各入射方向的入射光在主稜鏡A中合成，最後從主稜鏡A的出射面(av)射出。此後，垂直入射到轉向稜鏡B的入射面並垂直於其出射面射出。其中，修正稜鏡的出射面與同其對應的分束面相互平行，例如x1y1//bc。
本實施例中，優選滿足以下幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//kg並與fl3相交於點w3，hl4//gh，pw4//qp並與hl4相交於點w4，ql5//pq，rw5//sr並與ql5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、pq//x4y4，rs垂直於從⑤入射的入射光方向；ab，cd，fg，hp，qr，st，tu，uv，x1z1，x2z2，x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠hw4p＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝θ1-θ2+θ3-θ4＝(π-θ4)-{(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]}； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A4所用的正晶體中的o光和e光的主折射率分別為noi和nei(i＝1，2……N)(在正晶體中noi＜nei)，所以N種基色的顯示共有2N種入射方式(偏振方向垂直或平行於光軸)，保證N種顯示基色的條件下，篩選出m(N≤m≤2N)種方式並按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)；在稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
若nj表示波長為λi的光在稜鏡所用的正晶體中對應的o光的主折射率noi，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A之前必須滿足偏振方向與光軸方向垂直，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向垂直；若nj表示為波長為λi的光在稜鏡所用的正晶體中對應的e光的主折射率nei，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A必須滿足偏振方向與光軸方向平行，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向平行。
假設需要從修正稜鏡Ai入射進合成器的光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、稜鏡A中有關的各個角所優選滿足的條件為 1、分束面的作用主要有兩點 (1)合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(pq))
s＝mi+1，t＝mi，i≤u[32]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
(2)調整主稜鏡A中的光路(如圖，分束面(gh))
r＝mi，mi＝mi-1，r≤u[33]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入主稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1
1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，i≤u[35]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只有一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[36]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向①入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [37]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [38]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所必須滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
此外，對於圖5A由兩塊稜鏡A4，兩種基色的光分別平行入射到兩塊稜鏡A4的情況同樣可以應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。
圖5B是根據本發明又一實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。
圖5B與圖5A有許多相同之處，這些相同部分的標號與圖3A中的相同並表示相同的含義，因此其描述可參照上述圖5A中的情況。圖5B中，第四分束面為(sr)((sr)在圖4A的實施例中為正入射面)，正入射面為(pq)((pq)在圖4A的實施例中是第四分束面)。在本實施例中，如果一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同，那麼稱這個分束面為臨界分束面。(第一個分束面與最後一個除外)，例如圖5B中的分束面(gh)。
圖5B所示的實施例與圖5A所示的實施例的區別主要在於圖5A的實施例中，所有分束面相對於前一分束面的旋轉方向相同(第一分束面除外)；而圖5B的實施例中，至少一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同(第一分束面和最後一個分束面除外)，諸如分束面(gh)。
在圖5B所示的實施例中，沿第一方向①、第二方向②入射的情況與圖5A中的相同。在沿方向④入射的情況中，有兩種基色的光平行入射到同一修正稜鏡A4。這種多種基色的光平行入射到同一修正稜鏡Ai再入射到第i分束面的情況同樣可應用於本發明的其它實施例以及其它實施例中的各修正稜鏡。此外，在本實施例中，沿方向④入射的光經過修正稜鏡A4進入的分束面為(sr)。而沿方向⑤入射的光直接垂直入射的分束面為(pq)，即正入射面。
在圖5A的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量是有限的；而在圖5B的實施例中只用一塊主稜鏡所能實現的多基色圖像合成的基色數量遠多於圖5A的實施例。
本實施例中，裝置優選滿足以下的幾何條件 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1，cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2，fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3，sl4//rs，sw4//gh，rl5//sr，qw5//pq並與rl5相交於點w5； 2、稜鏡A、A1、A2、A4的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、sr//x4y4，pq垂直於從⑤入射的入射光方向；ab，cd，fg，hp，qr，st，tu，uv，x1z1，x2z2，x4z4沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠rsw4＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4 ∠x4y4z4＝π-θ1+θ2-θ3-θ4＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]-θ4； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
以下詳細描述如何利用本發明的裝置實現本發明的合成圖像的目的。
假設顯示所需的基色數量為N，這些光波長分別為λi(i＝1，2……N)，在稜鏡A、A1、A2、A4所用的正晶體中的o光和e光的主折射率分別為noi和nei(i＝1，2……N)(在正晶體中noi＜nei)，所以N種基色的顯示共有2N種入射方式(偏振方向垂直或平行於光軸)，保證N種顯示基色的條件下，篩選出m(N≤m≤2N)種方式並按照折射率由小到大依次排列並重新記為nj(即nj+1＞nj)，在稜鏡B所用的各向同性介質中的折射率分別為n′i(i＝1，2……N)。
若nj表示波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的o光的主折射率noi，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A之前必須滿足偏振方向與光軸方向垂直，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向垂直；若nj表示為波長為λi的光在稜鏡所用的負晶體中對應的e光的主折射率nei，那麼在本設計中要求入射光在進入主稜鏡A必須滿足偏振方向與光軸方向平行，如果光需要先經過修正稜鏡Ai再進入主稜鏡A，那麼在進入修正稜鏡Ai之前使光的偏振方向與光軸方向平行。
假設需要從修正稜鏡Ai入射進合成器光為nj(mi-1＜j≤mi，mi≥mi-1≥0，i≥1，m0＝0，mi為正整數，1≤i≤u≤N，mu≤N，u表示最後一個分束面)，假設空氣的折射率為n0。
{1}、主稜鏡A中有關的各個角所優選滿足的條件為 1、分束面的作用主要有兩點 (1)合成部分基色的圖像(如圖，分束面(bc)、(df)、(sr))
i≠hk+1，
i＝hk+1， s＝mi+1，t＝mi，
i≤u[40]； 其中hk表示第k個臨界分束面，其編號為hk(即第hk個分束面)， u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
(2)調整主稜鏡A中的光路(如圖，分束面(gh))
i≠hk+1，
i＝hk+1， r＝mi，mi＝mi-1，
r≤u[41]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
2、從入射方向⑤進入主稜鏡A(如圖，正入射面(rs))
其中u表示最後一個分束面。
{2}、在第i個分束面上
nk＝nj，nk＜nk+1，
i≠hk+1，
i＝hk+1， 1≤k≤(mi-mi-1)，mi-1＜j≤mi，
i≤u[43]； 其中u表示最後一個分束面，空氣的折射率為n0。
{3}、偏移距離 1、只一種波長的光入射的第i個分束面，修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi優選滿足 Hi＞0，1≤i≤N[44]； 2、有兩種或兩種以上的波長的光入射的修正稜鏡Ai與主稜鏡A的第i個分束面之間的距離Hi，k(Hi，k＞0，mi-1＜j≤mi，k≥2，k是正整數)，對於均從修正稜鏡Ai入射(即從入射方向
入射，1≤i≤u，u表示最後一個分束面)的不同波長的光的基色圖像與合成方向的偏移距離為
1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [45]； 那麼從同一塊修正稜鏡Ai入射的兩種相鄰的不同的基色圖像之間的偏移距離為 Δdi，k＝|di，k+1-di，k|， 1≤i≤N，1≤k＜(k+1)≤(mi-mi-1) [46]； 當Δdi，k≥s時(即(Δdi，k-s)≥0)，各基色圖像入射時在空間是分離的，並且經過合成器之後可以完全在空間重疊，達到多基色的單色圖像合成的目的。
在入射光進入合成器之前先通過各基色對應的光程補償裝置用於調整各基色的光在到達出射面(av)時的彼此之間的相位。
最後將合成後圖像從出射面(av)射出並從入射面(zy)進入轉向稜鏡B，在全反射面(xy)全反射後從出射面(xz)射出，轉向稜鏡B主要用於調整合成後的圖像的出射方向。
轉向稜鏡B的角所必須滿足的條件為 空氣的折射率為n0，圖中的示例採用一個底角∠xyz＝∠yxz＝θ＝45°的直角稜鏡。
圖6是根據本發明第四實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。該合成器的主稜鏡A具有三個分束面(bc)、(df)、(gh)，其原理與以上諸實施例相類似。其優選的幾何條件為 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1；cl2//bc，dw2//fd並與cl2相交於點w2；fl3//df，gw3//hg並與fl3相交於點w3；hl4//gh，pw4//rp並與hl4相交於點w4； 2、稜鏡A、A1、A2、A3的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、gh//x3y3，rp垂直於從④入射的入射光方向ab、cd、fg、hp、rs、st、tu、uv、x1z1、x2z2、x3z3沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A3中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A3的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠hw4p＝π-θ4； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A3∠x3y3z3＝π-θ3-θ1+θ2＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
其他的內容與四個分束面的完全相同，區別在於分束面為(bc)、(df)、(gh)；正入射面為(pr)。
本實施例的材料可以是各向同性材料、負晶體或正晶體，針對這些材料的條件與以上相應實施例中的內容相同。
圖7是根據本發明第五實施例的多基色圖像組合合成器的示意圖。該合成器的主稜鏡A具有五個分束面(bc)、(df)、(gh)、(rs)、(c1q)，其原理與以上諸實施例相類似。其優選的幾何條件為 1、輔助線說明al1//va，bw1//cb並與al1相交於點w1；cl2//bc、dw2//fd並與cl2相交於點w2；fl3//df、gw3//hg並與fl3相交於點w3；sl4//rs、sw4//gh；rl5//sr、qw5//c1q並與rl5相交於點w5；c1l6//qc1，r1w6//b′r1並與c1l6相交於點w6； 2、稜鏡A、A1、A2、A4、A5的稜邊av與出射光垂直，bc//x1y1、df//x2y2、sr//x4y4、qc1//x5y5，b′r1垂直於從⑥入射的入射光方向；ab、cd、fg、hp、pa′、a′b′、r1c1、qr、st、tu、uv、x1z1經、x2z2、x4z4、x5z5沒有要求，但是不影響在稜鏡A、A1、A2、A4、A5中的光路。
3、稜鏡A、A1、A2、A4、A5的角度 (1)稜鏡A∠aw1b＝π-θ1，∠cw2d＝π-θ2，∠fw3g＝π-θ3，∠rsw4＝π-θ4， ∠qw5r＝π-θ5，∠r1w6c1＝π-θ6； (2)稜鏡A1∠x1y1z1＝π-θ1； (3)稜鏡A2∠x2y2z2＝θ1-θ2＝(π-θ2)-(π-θ1)； (4)稜鏡A4∠x4y4z4＝π-θ1+θ2-θ3-θ4＝(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]-θ4； (5)稜鏡A5 ∠x5y5z5＝θ1-θ2+θ3+θ4-θ5＝(π-θ5)-{(π-θ3)-[(π-θ2)-(π-θ1)]-θ4}； 4、稜鏡B的稜邊yz與入射光垂直，xz與出射光垂直。
5、稜鏡B的角度∠xyz＝θ。
其他的內容與四個分束面的完全相同，區別在於分束面為(bc)、(df)、(gh)、(c1q)；正入射面為(b′r1)；臨界分束面為(rs)。
本實施例的材料可以是各向同性材料、負晶體或正晶體，針對這些材料的條件與以上相應實施例中的內容相同。
應注意，以上各實施例中的有關技術特徵並非旨在窮盡性地限定本發明的實施方式。根據一般的光學常識可以理解，在實現本發明的圖像組合目的的前提下可對上述各實施例中的技術特徵選擇加以利用。例如，以上圖3A實施例中在方向④上使用了兩個修正稜鏡A4來分別通過一種不同基色的光，而在圖3B的實施例中在方向④上僅使用一個修正稜鏡A4來通過兩種不同基色的光，但顯然這兩種技術方案都能實現基本相同的技術效果，這兩種技術方案是等價的。此外，上述方向④上的這兩種修正稜鏡方案同樣可在其它方向上使用。再者，如上所述，在能實現本發明的目的(即圖像合成)的前提下，本發明的任何實施例中的任一分束面都可像圖3B的實施例中的分束面(gh)那樣沒有與之相對應的修正稜鏡，即不利用該分束面進行入射，而是通過其它分束面入射不同基色的光。本發明說明書部分所述的上述諸實施例只是給出以各種方式使用本發明的裝置來實現圖像組合的特例，因此其中能實現相似或相同功能的技術特徵顯然能根據公知常識進行交換或取捨。
以上描述了本發明的多基色圖像組合合成器的結構和實施方式。但可以理解許多其它的實施例也在本發明的範圍內。例如雖然以上各方案中只用一個主稜鏡與多個修正稜鏡配合使用，但也可組合多個主稜鏡進行圖像合成。例如可將由一個主稜鏡合成的光束再從另一個主稜鏡的正入射面輸入到另一主稜鏡中與其它光束進行合成。這種方式的實現是所述技術領域的人員顯而易見的。
本領域技術人員可顯見，可對本發明的上述示例性實施例進行各種修改和變型而不偏離本發明的精神和範圍。因此，旨在使本發明覆蓋落在所附權利要求書及其等效技術方案範圍內的對本發明的修改和變型。
權利要求
1.一種多基色圖像組合合成器，其特徵在於，包括主稜鏡以及設置於各入射方向上的至少一個修正稜鏡，
所述主稜鏡是多邊形並包括一個正入射面、多個分束面以及一個出射面，所述主稜鏡用於將從所述正入射面和所述分束面入射進主稜鏡的光形成從所述正入射面到所述出射面的光路，所述光路在各分束面處發生全反射，
所述修正稜鏡都具有一個入射面和一個出射面，
從正入射面射入的入射光直接垂直地入射到所述正入射面，其它入射方向的入射光則射入所述至少一個修正稜鏡之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的分束面，各入射方向的入射光在所述主稜鏡內沿所述主稜鏡的所述光路合成，最後從所述主稜鏡的出射面射出，
其中修正稜鏡的出射面與同該修正稜鏡相對應的分束面相互平行。
2.如權利要求1所述的多基色圖像組合合成器，其特徵在於，除沿一旋轉方向起的第一分束面之外，所有分束面相對於前一分束面的旋轉方向相同。
3.如權利要求1所述的多基色圖像組合合成器，其特徵在於，除沿一旋轉方向起的第一分束面和最後一個分束面外，至少一個分束面的後一分束面相對於其的旋轉方向與其相對於前一分束面的旋轉方向不同。
4.如以上任一權利要求所述的多基色圖像組合合成器，其特徵在於，所述各修正稜鏡的入射面與出射面的夾角的大小根據所述主稜鏡的各相應分束面之間的夾角確定。
5.如權利要求1所述的多基色圖像組合合成器，其特徵在於，所述多基色圖像組合合成器的各稜鏡由各向同性材料、負晶體和正晶體中的任一種構成。
6.如權利要求1所述的多基色圖像組合合成器，其特徵在於，還包括設置於所述主稜鏡的出射面之前的轉向稜鏡。
全文摘要
本發明提供了一種多基色圖像組合合成器。它包括主稜鏡以及設置於各入射方向上的至少一個修正稜鏡，主稜鏡是多邊形並包括一個正入射面、多個分束面以及一個出射面，主稜鏡用於將從正入射面和分束面入射進主稜鏡的光形成從正入射面到出射面的光路，所述光路在各分束面處發生全反射；所述修正稜鏡都具有一個入射面和一個出射面，從正入射面射入的入射光直接垂直地入射到所述正入射面，其它入射方向的入射光射入所述至少一個修正稜鏡之一的入射面並從其出射面射出，隨後入射到與該修正稜鏡相對應的分束面，沿各入射方向的入射光在所述主稜鏡中合成，最後從所述主稜鏡的出射面射出，其中修正稜鏡的出射面與同該修正稜鏡相對應的分束面互相平行。通過本發明的合成器可以獲得顏色更加逼真的圖像。
文檔編號G02B27/10GK101221289SQ20071003629
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月9日 優先權日2007年1月9日
發明者程思洋 申請人:程思洋