专利名称：肘形混色棱镜的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种三板式单镜头彩色投影显示设备用的肘形混色棱镜，主要用于透射式微显示图象板组成的投影系统中，也可以用于反射式微显示图象板组成的投影系统中。
背景技术：
三板色单镜头彩色投影显示设备中，3块微显示板分别显示同一彩色图象的红、绿、蓝三原色图象，再通过混色棱镜把这三个不同颜色的图象合在一起，通过同一个投影镜头放大后投影在同一个屏幕上，便完成了彩色图象的投影显示。自从人们用显示器件替代CRT显示器以来，许多人设计了各种各样的投影光学系统。在追求高亮度、高对比度、高清晰度和低能耗、低成本等目标的过程中，付出了极大的努力。其中使用的混色光学系统是一个非常重要的组成部分。概括起来，目前使用的混色光学系统主要有以下三种1、纯反射镜混色光学系统；2、X立方棱镜混色光学系统；3、Philips三色棱镜混色光学系统。
上述各种混色光学系统都各有特色，其中，纯反射镜混色系统如图1所示，由光源1发出的白光经分色系统2后分成红、绿、蓝3束光分别到R、G、B 3块微显示板上。透过微显示板的3束光经混色系统3后合成一个彩色图象，再经投影镜头4放大投影到屏幕5上。该系统主要用于投射式液晶投影显示设备中，其混色系统的光学元件制造方便，成本较低，但对各反射镜的固定、安装、调试要求较高，反射镜的微小机械变形就可能对图象质量造成显著影响。X系统棱镜混色系统如图2所示，结构比较紧凑，所需光路较短，但对制造技术要求很高，因而成本很高，Philips三色棱镜如图3所示，通常只与反射式微显示器件联用。
技术内容本实用新型的目的是设计一种肘形混色棱镜，以简化结构、降低成本、提高显示设备的稳定性与可靠性。
其主要技术方案是该混色棱镜由3块或3块以上同种材料的单个棱镜胶合而成。
3块单色棱镜分别为1块直角棱镜与两块菱形棱镜，两块菱形棱镜以长面对称地相互胶合，其中1块菱形棱镜的另一个长面与直角棱镜的斜面相互胶合，并且，所述直角棱镜中的直角为近似直角，所述菱形棱镜中的菱形为近似菱形。
该混色棱镜的截面成六边形，该六边形有3个相邻的顶角为近似90°，其余3个顶角依次为近似135°、近似45°和近似270°。
在其中两个胶合面上镀二向色分色膜；在每两个棱镜的胶合部位的顶端形成角度为近似90°的顶角。
本实用新型的优点是由于肘形混色棱镜胶合成一个整体，其安装固定方便可靠，不易产生机械变形，有利于保证投影显示设备的性能稳定可靠。虽然肘形混色棱镜光路的几何长度与纯反射镜混色系统相近，但由于肘形混色棱镜中光路的介质折射率一般都在1.5以上，使得肘形混色棱镜中光路的等效空气层厚度比纯反射镜混色系统减小1/3以上，这就使得肘形混色棱镜对投影镜头后截距的要求可以减小1/3以上，也就是说，采用肘形混色棱镜不但结构稳定可靠，而且可以比纯反射镜系统显著地增大投影显示设备的视场角。
组成肘形混色棱镜的各个棱镜都是最常用的棱镜，其加工工艺非常成熟，而且由于肘形混色棱镜在混色过程中各个分色面都是一个完整的棱镜面，这就避免了X棱镜的分色膜由两个棱镜面拼接而成带来的麻烦。肘形混色棱镜无论零件加工、镀膜或胶合都比X棱镜容易得多。此外肘形混色棱镜对各组成棱镜材料的一致性要求也比X棱镜要低得多，因而肘形混色棱镜的制造成本可以比X棱镜显著下降，且容易进行大批量生产。不过，肘形混色棱镜的光路比X棱镜要长，因而对投影镜头后截距的要求也比X棱镜要长。好在近年来随着反射式投影设备的开发，其投影镜头后截距长度足以使用一个X棱镜再加一个PBS偏振分束镜，这样的投影镜头完全可以与肘形混色棱镜的混色系统一起使用。
图1为纯反射镜混色光学系统图。
图2为X立方棱镜混色光学系统图。
图3为Philips三色棱镜混色系统图。
图4中为本实用新型的混色棱镜图。
图5为对应于图4的光学系统图。
具体实施方式
该混色棱镜由3块同种材料的单个棱镜胶合而成，混色棱镜的截面成六边形，该六边形有3个相邻的顶角为90°，其余的3个顶角依次为135°、45°和270°，并在其中两个胶合面上镀二向色分色膜。
3块单色棱镜分别为1块直角棱镜与两块菱形棱镜，两块菱形棱镜以长面对称地相互胶合，其中1块菱形棱镜的另一个长面与直角棱镜的斜面相互胶合，形成肘形棱镜，在两个胶合面上镀二向分色膜构成两个分色面。
这种含有两个菱形棱镜的肘形混色棱镜在投影光学系统中的光路见图5，其中1为光源，2为等光程分色照明系统，3’为肘形混色棱镜，4为投影镜头，5为屏，R、G、B分别表示红色、绿色和蓝色三块显示图象板。在图5所示情况下，肘形混色棱镜的胶合面a镀有透红反绿的二向色分色膜，胶合面b镀有透红、绿反蓝的二向色分色膜。因此，由图象板R向右传播的红光进入肘形棱镜后，可以透过a、b两个分色面，从棱镜右边射出，到达投影镜头；由图象板G向上传播的绿光进入棱镜后，经a分色面反射后，折射向右与红光汇合，再透过b分色面从棱镜右边射出，到达投影镜头；由图象板B向右传播的蓝光进入棱镜后，由c分色面全反射转向上，又在b面上反射折转向右，与红、绿光汇合，一同从棱镜右边射出，到达投影镜头。三条光路在肘形混色棱镜中经过的光路长度刚好相等，于是肘形棱镜就使得3块图象板产生的三原色图象，可以由一个投影镜头投影到屏上，形成一幅彩色图象，从而达到了混色与合像的目的。
权利要求1.肘形混色棱镜，其特征是该混色棱镜由3块或3块以上同种材料的单个棱镜胶合而成。
2.根据权利要求1所述的混色棱镜，其特征是3块单色棱镜分别为1块直角棱镜与两块菱形棱镜，两块菱形棱镜以长面对称地相互胶合，其中1块菱形棱镜的另一个长面与直角棱镜的斜面相互胶合，并且，所述直角棱镜中的直角为近似直角，所述菱形棱镜中的菱形为近似菱形。
3.根据权利要求1所述的混色棱镜，其特征是该混色棱镜的截面成六边形。
4.根据权利要求1所述的混色棱镜，其特征是该混色棱镜的截面成六边形，该六边形有3个相邻的顶角为近似90°，其余3个顶角依次为近似135°、近似45°和近似270°。
5.根据权利要求1所述的混色棱镜，其特征是在其中两个胶合面上镀二向色分色膜。
6.根据权利要求1所述的混色棱镜，其特征是在每两个棱镜的胶合部位的顶端形成角度为近似90°的顶角。
专利摘要本实用新型属于一种三板式单镜头彩色投影显示设备用的肘形混色棱镜。其主要技术方案是该混色棱镜由3块或3块以上同种材料的单个棱镜胶合而成;3块单色棱镜分别为1块直角棱镜与两块菱形棱镜,两块菱形棱镜以长面对称地相互胶合,其中1块菱形棱镜的另一个长面与直角棱镜的斜面相互胶合,并且,所述直角棱镜中的直角为近似直角,所述菱形棱镜中的菱形为近似菱形。本实用新型具有性能稳定可靠、使用方便等特点。
文档编号G02B27/18GK2494991SQ0126293
公开日2002年6月12日 申请日期2001年9月21日 优先权日2001年9月21日
发明者张景鸫 申请人:无锡市星迪仪器有限公司