肘形混色稜鏡的製作方法
2023-06-11 11:44:51 2
專利名稱：肘形混色稜鏡的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種三板式單鏡頭彩色投影顯示設備用的肘形混色稜鏡，主要用於透射式微顯示圖象板組成的投影系統中，也可以用於反射式微顯示圖象板組成的投影系統中。
背景技術：
三板色單鏡頭彩色投影顯示設備中，3塊微顯示板分別顯示同一彩色圖象的紅、綠、藍三原色圖象，再通過混色稜鏡把這三個不同顏色的圖象合在一起，通過同一個投影鏡頭放大後投影在同一個屏幕上，便完成了彩色圖象的投影顯示。自從人們用顯示器件替代CRT顯示器以來，許多人設計了各種各樣的投影光學系統。在追求高亮度、高對比度、高清晰度和低能耗、低成本等目標的過程中，付出了極大的努力。其中使用的混色光學系統是一個非常重要的組成部分。概括起來，目前使用的混色光學系統主要有以下三種1、純反射鏡混色光學系統；2、X立方稜鏡混色光學系統；3、Philips三色稜鏡混色光學系統。
上述各種混色光學系統都各有特色，其中，純反射鏡混色系統如圖1所示，由光源1發出的白光經分色系統2後分成紅、綠、藍3束光分別到R、G、B 3塊微顯示板上。透過微顯示板的3束光經混色系統3後合成一個彩色圖象，再經投影鏡頭4放大投影到屏幕5上。該系統主要用於投射式液晶投影顯示設備中，其混色系統的光學元件製造方便，成本較低，但對各反射鏡的固定、安裝、調試要求較高，反射鏡的微小機械變形就可能對圖象質量造成顯著影響。X系統稜鏡混色系統如圖2所示，結構比較緊湊，所需光路較短，但對製造技術要求很高，因而成本很高，Philips三色稜鏡如圖3所示，通常只與反射式微顯示器件聯用。
技術內容本實用新型的目的是設計一種肘形混色稜鏡，以簡化結構、降低成本、提高顯示設備的穩定性與可靠性。
其主要技術方案是該混色稜鏡由3塊或3塊以上同種材料的單個稜鏡膠合而成。
3塊單色稜鏡分別為1塊直角稜鏡與兩塊菱形稜鏡，兩塊菱形稜鏡以長面對稱地相互膠合，其中1塊菱形稜鏡的另一個長面與直角稜鏡的斜面相互膠合，並且，所述直角稜鏡中的直角為近似直角，所述菱形稜鏡中的菱形為近似菱形。
該混色稜鏡的截面成六邊形，該六邊形有3個相鄰的頂角為近似90°，其餘3個頂角依次為近似135°、近似45°和近似270°。
在其中兩個膠合面上鍍二向色分色膜；在每兩個稜鏡的膠合部位的頂端形成角度為近似90°的頂角。
本實用新型的優點是由於肘形混色稜鏡膠合成一個整體，其安裝固定方便可靠，不易產生機械變形，有利於保證投影顯示設備的性能穩定可靠。雖然肘形混色稜鏡光路的幾何長度與純反射鏡混色系統相近，但由於肘形混色稜鏡中光路的介質折射率一般都在1.5以上，使得肘形混色稜鏡中光路的等效空氣層厚度比純反射鏡混色系統減小1/3以上，這就使得肘形混色稜鏡對投影鏡頭後截距的要求可以減小1/3以上，也就是說，採用肘形混色稜鏡不但結構穩定可靠，而且可以比純反射鏡系統顯著地增大投影顯示設備的視場角。
組成肘形混色稜鏡的各個稜鏡都是最常用的稜鏡，其加工工藝非常成熟，而且由於肘形混色稜鏡在混色過程中各個分色面都是一個完整的稜鏡面，這就避免了X稜鏡的分色膜由兩個稜鏡面拼接而成帶來的麻煩。肘形混色稜鏡無論零件加工、鍍膜或膠合都比X稜鏡容易得多。此外肘形混色稜鏡對各組成稜鏡材料的一致性要求也比X稜鏡要低得多，因而肘形混色稜鏡的製造成本可以比X稜鏡顯著下降，且容易進行大批量生產。不過，肘形混色稜鏡的光路比X稜鏡要長，因而對投影鏡頭後截距的要求也比X稜鏡要長。好在近年來隨著反射式投影設備的開發，其投影鏡頭後截距長度足以使用一個X稜鏡再加一個PBS偏振分束鏡，這樣的投影鏡頭完全可以與肘形混色稜鏡的混色系統一起使用。
圖1為純反射鏡混色光學系統圖。
圖2為X立方稜鏡混色光學系統圖。
圖3為Philips三色稜鏡混色系統圖。
圖4中為本實用新型的混色稜鏡圖。
圖5為對應於圖4的光學系統圖。
具體實施方式
該混色稜鏡由3塊同種材料的單個稜鏡膠合而成，混色稜鏡的截面成六邊形，該六邊形有3個相鄰的頂角為90°，其餘的3個頂角依次為135°、45°和270°，並在其中兩個膠合面上鍍二向色分色膜。
3塊單色稜鏡分別為1塊直角稜鏡與兩塊菱形稜鏡，兩塊菱形稜鏡以長面對稱地相互膠合，其中1塊菱形稜鏡的另一個長面與直角稜鏡的斜面相互膠合，形成肘形稜鏡，在兩個膠合面上鍍二向分色膜構成兩個分色面。
這種含有兩個菱形稜鏡的肘形混色稜鏡在投影光學系統中的光路見圖5，其中1為光源，2為等光程分色照明系統，3』為肘形混色稜鏡，4為投影鏡頭，5為屏，R、G、B分別表示紅色、綠色和藍色三塊顯示圖象板。在圖5所示情況下，肘形混色稜鏡的膠合面a鍍有透紅反綠的二向色分色膜，膠合面b鍍有透紅、綠反藍的二向色分色膜。因此，由圖象板R向右傳播的紅光進入肘形稜鏡後，可以透過a、b兩個分色面，從稜鏡右邊射出，到達投影鏡頭；由圖象板G向上傳播的綠光進入稜鏡後，經a分色面反射後，折射向右與紅光匯合，再透過b分色面從稜鏡右邊射出，到達投影鏡頭；由圖象板B向右傳播的藍光進入稜鏡後，由c分色面全反射轉向上，又在b面上反射折轉向右，與紅、綠光匯合，一同從稜鏡右邊射出，到達投影鏡頭。三條光路在肘形混色稜鏡中經過的光路長度剛好相等，於是肘形稜鏡就使得3塊圖象板產生的三原色圖象，可以由一個投影鏡頭投影到屏上，形成一幅彩色圖象，從而達到了混色與合像的目的。
權利要求1.肘形混色稜鏡，其特徵是該混色稜鏡由3塊或3塊以上同種材料的單個稜鏡膠合而成。
2.根據權利要求1所述的混色稜鏡，其特徵是3塊單色稜鏡分別為1塊直角稜鏡與兩塊菱形稜鏡，兩塊菱形稜鏡以長面對稱地相互膠合，其中1塊菱形稜鏡的另一個長面與直角稜鏡的斜面相互膠合，並且，所述直角稜鏡中的直角為近似直角，所述菱形稜鏡中的菱形為近似菱形。
3.根據權利要求1所述的混色稜鏡，其特徵是該混色稜鏡的截面成六邊形。
4.根據權利要求1所述的混色稜鏡，其特徵是該混色稜鏡的截面成六邊形，該六邊形有3個相鄰的頂角為近似90°，其餘3個頂角依次為近似135°、近似45°和近似270°。
5.根據權利要求1所述的混色稜鏡，其特徵是在其中兩個膠合面上鍍二向色分色膜。
6.根據權利要求1所述的混色稜鏡，其特徵是在每兩個稜鏡的膠合部位的頂端形成角度為近似90°的頂角。
專利摘要本實用新型屬於一種三板式單鏡頭彩色投影顯示設備用的肘形混色稜鏡。其主要技術方案是該混色稜鏡由3塊或3塊以上同種材料的單個稜鏡膠合而成;3塊單色稜鏡分別為1塊直角稜鏡與兩塊菱形稜鏡,兩塊菱形稜鏡以長面對稱地相互膠合,其中1塊菱形稜鏡的另一個長面與直角稜鏡的斜面相互膠合,並且,所述直角稜鏡中的直角為近似直角,所述菱形稜鏡中的菱形為近似菱形。本實用新型具有性能穩定可靠、使用方便等特點。
文檔編號G02B27/18GK2494991SQ0126293
公開日2002年6月12日 申請日期2001年9月21日 優先權日2001年9月21日
發明者張景鶇 申請人:無錫市星迪儀器有限公司