全內反合色棱鏡及其制作方法技術

本發明專利技術提供了一種全內反合色棱鏡，包括第一、第二、第三、第四、第五界面、第一、第二、第三表面、第一、第二、第三入射面，以及出射面；所述第四界面對紅光和綠光透過，對藍光反射；所述第五界面對藍光和綠光透過，對紅光反射；分別由所述第一、第二和第三入射面入射的紅、綠、藍光，分別經過第一、第二和第三界面反射后，由第一、第二和第三表面透射出去；由所述第一表面輸入的圖像經過第五界面反射后由所述出射面輸出；由所述第三表面輸入的圖像經過第四界面反射后由所述出射面輸出；由所述第二表面輸入的圖像直接透射經過第四界面和第五界面后由所述出射面輸出。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種合色棱鏡及其制作方法，特別涉及一種能夠將三基色光耦合進入對應的DMD，并將由DMD輸出的圖像合成為彩色圖像的全內反合色 棱鏡及其制作方法。
技術介紹
目前市場所采用的單片DLP (digital light processing)投影系統如 圖l所示，燈泡101發出的白光經過色輪102后時序輸出紅綠藍三色，光束 經過光棒103的勻場和中繼透鏡組104的轉像后，光束經過內部全反射棱鏡 105 (Total Interface Reflection,簡稱TIR棱4竟)后照射到數字樣丈4竟 器件106 (Digital Micro-mirror Device,簡稱DMD )上，由DMD106處 理過后的光束經過投影透鏡組107后，最后照射到屏幕108上成像。由于 單片DLP對色輪102的使用，白光通過色輪102時，有三分之二的光能被 浪費掉，所以造成光能利用率較低。目前市場所采用的三片DLP投影系統如圖2所示，燈泡201發出的光首 先經過光棒202進行勻場，再通過聚焦透鏡組203會聚，然后經過平面反射 鏡204反射，進入TIR棱鏡205， TIR棱鏡205的作用是實現入射光與出射 光分離，互不干擾，使入射光全反射，出射光透過。之后，光束經過分色 再合色棱鏡206 (color splitting/recombining prism )使白光先分為紅 綠藍三色，并分別入射到紅綠藍DMD207、 217、 227上，之后三束光再進 行合色，通過TIR棱鏡205出射，最后經過投射透鏡組2 08后再成像。從 圖2可見，三片DLP投影系統采用了白光先分為紅綠藍三色再合色的方法， 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，價格成本也十分高昂，且體積大，重量較重，占據了整個DLP投 影系統的絕大部分重量。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，還會釆用選擇寬譜來解決紅光 亮度的問題，而這樣又會造成色飽和度和對比度的降低。
技術實現思路
因此，本專利技術的任務是針對現有技術存在的不足，提出一種全內反合色棱鏡；本專利技術的另 一任務是提供一種全內反合色棱鏡的制作方法。一方面，本專利技術的全內反合色棱鏡，包括第一、第二、第三、第四、第 五界面、第一、第二、第三表面、第一、第二、第三入射面，以及出射面；所述第四界面對紅光和綠光透過，對藍光反射；所述第五界面對藍光和 綠光透過，對紅光反射；分別由所述第一、第二和第三入射面入射的紅、綠、藍光，分別經過第 一、第二和第三界面反射后，由第一、第二和第三表面透射出去；由所述第 一表面輸入的圖像經過第五界面反射后由所述出射面輸出；由所述第三表面輸入的圖像經過第四界面反射后由所述出射面輸出；由所述第二表面輸入的圖像直接透射經過第四界面和第五界面后由所 述出射面輸出。所述第四和第五界面相互垂直。所述第 一和第三表面彼此平行。所述第二表面和所述出射面彼此平行。所述第二表面和第一表面垂直。所述第一表面與所述第四界面的夾角為45° 。所述第一、第二和第三界面中央填充有透明介質。進一步地，所述透明介質的折射率小于棱鏡材料的折射率。進一步地，所述透明介質為空氣、光學膠。進一步地，所述透明介質厚3微米到IO微米。另一方面，本專利技術提供了一種制作全內反合色棱鏡的方法，選擇第一、 第二和第三直角棱鏡，并將所述三個直角棱鏡和一個直角三棱鏡的各個直角 面使用光學膠彼此不留空隙地完全膠合在一起，形成相互垂直的第四界面和 第五界面，所述直角三棱鏡的斜面作為出射面，其中，所述第四界面和第五 界面兩側的棱鏡表面分別鍍有相應的減反膜和高反膜，使得第四界面對紅光 和綠光通過，對藍光反射，且第五界面對藍光和綠光通過，對紅光反射；直角三棱鏡的出射面鍍有對可見光的寬帶減反膜。選擇第一棱鏡，該第一棱鏡包括第一表面、第一入射面和第一膠合表面， 將所述第一膠合表面與所述第一直角棱鏡的一個表面膠合，形成第一界面， 使得由第一入射面入射到第一棱鏡中的紅光在第一界面發生全反射后經第 一表面透射，且由所述第一表面輸入的紅光直接透射通過第一界面，并在第 五界面處被反射，由所述出射面輸出；第一膠合面兩側的棱鏡表面、第一入 射面、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表面、第二入射面和第二膠合表面， 將所述第二膠合表面與所述第二直角棱鏡的一個表面膠合，形成第二界面， 使得由第二入射面入射到第二棱鏡中的綠光在第二界面發生全反射后經第 二表面透射，且由所述第二表面輸入的綠光直接透射通過第二、第四和第五界面，由所述出射面輸出；第二膠合面兩側的棱鏡表面、第二入射面、第二 表面均鍍有綠光的減反膜。選才奪第三棱鏡，該第三棱鏡包括第三表面、第三入射面和第三膠合表面， 將所述第三膠合表面與所述第三直角棱鏡的一個表面膠合，形成第三界面， 使得由第三入射面入射到第三棱鏡中的藍光在第三界面發生全反射后經第 三表面透射，且由所述第三表面入射的藍光直接透射通過第三界面，并在第 四界面處被反射，由所述出射面輸出，第三膠合面兩側的棱鏡表面、第三入 射面、第三表面均鍍有藍光的減反膜。所述第四和第五界面彼此垂直。所述第 一和第三表面彼此平行。所述第二表面和所述出射面彼此平行。所述第二表面和所述第一表面垂直。所述第一表面與所述第四界面的夾角為45。。所述的第一、第二、第三三角棱鏡結構相同，第一、第二、第三直角棱 鏡結構相同。所述的第一、第二、第三三角棱鏡與第一、第二、第三直角棱鏡和直角 三棱鏡釆用相同的棱鏡材料。所述第一、第二和第三界面中央填充有透明介質，且所述透明介質的折 射率小于所述棱鏡材料的折射率。所述透明介質厚度為3微米到IO微米。所述透明介質為空氣。所述光學膠的折射率與全內反合色棱鏡的折射率相同或者相近。上述的全內反合色棱鏡的可以應用于獨立照明的三片DLP投影系統中。將本專利技術的全內反合色棱鏡用于獨立照明的三片DLP投影系統，優點如下1. 使投影系統省去了白光的分色環節，有效地簡化了 DLP投影系統的光 路，從而使系統設計更容易，減少了光損耗，提高了光能利用率；2. 不必再使用目前成本極高的復雜棱鏡器件色分離及色合成棱鏡，不僅 有效地減小了 DLP投影系統的體積和重量，極大地降低了成本，同時縮短 了光路，減小了光路的復雜性，使投影系統不易因溫度變化受到影響，增 強了投影系統的效果。3. 由于采取獨立照明的方法，可以根據白光配光比來合理的設置紅綠藍 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釆用選寬譜 造成的色飽和度和對比度的降低，而且避免了光能的浪費，將光能充分化 利用。4. 采用三基色激光器或LED作為光源的話，比燈泡具有可調節性，可降 低發熱量，較好地避免高發熱的問題。5. 本專利技術的投影系統比現有的DLP投影系統技術具有明顯的高集成度的 優勢，省去了傳統的TIR棱鏡，本專利技術的全內反合色棱鏡既可實現傳統 TIR棱鏡的功能又可以實現合色功能，從而使投影系統的結構更為緊湊， 體積因此得到了大幅度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全內反合色棱鏡，包括第一、第二、第三、第四、第五界面、第一、第二、第三表面、第一、第二、第三入射面，以及出射面；　所述第四界面對紅光和綠光透過，對藍光反射；所述第五界面對藍光和綠光透過，對紅光反射；　分別由所述第一、第二和第三入射面入射的紅、綠、藍光，分別經過第一、第二和第三界面反射后，由第一、第二和第三表面透射出去；　由所述第一表面輸入的圖像經過第五界面反射后由所述出射面輸出；　由所述第三表面輸入的圖像經過第四界面反射后由所述出射面輸出；由所述第二表面輸入的圖像直接透射經過第四界面和第五界面后由所述出射面輸出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王延偉，鄭光，張明勇，成華，王斌，畢勇，賈中達，
申請(專利權)人：北京中視中科光電技術有限公司，中國科學院光電研究院，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]