棱镜单元及使用棱镜单元的投影装置的制作方法

1.本发明属于投影技术领域，具体涉及一种棱镜单元及使用棱镜单元的投影装置。


背景技术：

2.投影仪是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，主流投影仪分为三种类型：dlp投影仪、单lcd投影仪、3lcd投影仪。其中，3lcd投影仪具有好的色彩性能，得到广大用户的肯定。
3.但是，发明人研究发现，在现有的3lcd投影仪中，其采用的棱镜单元一般包括两个棱镜，其中第一棱镜12a的第一表面贴合第二棱镜12b的一表面并作为光线入射面，第一棱镜12a的第二表面为光线出射面，光源发射出的激光光束匀化后出射至合光棱镜单元，合光棱镜单元将射入的光束全反射至lcd面板，由lcd面板将调制后的光束出射至镜头以成像。由于lcd面板的耐温耐光性，直接射入3色系统的波长带宽长会有一定的色域不足的问题。


技术实现要素：

4.本发明涉及投影技术领域，涉及到一种棱镜单元及使用棱镜单元的投影装置，用于解决现有的棱镜单元会导致色域不足的技术问题。
5.一种棱镜单元，所述棱镜单元包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜、第五棱镜、第六棱镜，第一棱镜的第一侧面和第二侧面分别贴合固定于所述第二棱镜和所述第四棱镜的第一侧面，第三棱镜的第一侧面和第二侧面分别贴合固定于所述第二棱镜和所述第四棱镜的第二侧面，所述第五棱镜的第一侧面贴合固定于所述第三棱镜的第三侧面，所述第六棱镜的第一侧面贴合固定于所述第五棱镜的第二侧面；
6.其中，所述第一棱镜的第三侧面作为第一色光入射面，所述第二棱镜的第三侧面作为第二色光入射面，所述第四棱镜的第三侧面作为第三色光入射面，所述第六棱镜的第二侧面作为补偿光入射面，所述第六棱镜的第三侧面作为合光出射面，第六棱镜为全内反射棱镜。
7.在一实施方式中，所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜、第五棱镜和第六棱镜中，所有棱镜的顶面均在同一个平面。
8.在一实施方式中，所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜、第五棱镜和第六棱镜中，至少其中一个棱镜顶面的未与其他棱镜在顶面在同一个平面。
9.在一实施方式中，所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜的顶面均在第一平面，所述第五棱镜和第六棱镜的顶面均在第二平面，所述第一平面与所述第二平面为不同的平面。
10.在一实施方式中，所述第一平面与所述第二平面的夹角大于90度。
11.在一实施方式中，所述第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第四棱镜和第六棱镜为直角棱镜，所述第五棱镜的第一侧面和第三侧面的夹角大于90度，所述第一棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第二棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧
面，所述第三棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第四棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第一棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第六棱镜的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面。
12.在一实施方式中，第一色光射入所述第一棱镜的第三侧面时，所述第一色光依次透射过所述第一棱镜和所述第二棱镜进入所述第三棱镜，和/或依次透射过所述第一棱镜和所述第四棱镜进入所述第三棱镜，所述第一色光透射过所述第三棱镜和所述第五棱镜后从所述第六棱镜的第三侧面透射出；
13.第二色光射入所述第二棱镜的第三侧面时，部分所述第二色光被所述第二棱镜反射至所述第三棱镜，从所述第三棱镜和所述第五棱镜透射过，并从所述第六棱镜的第三侧面透射出；另一部分所述第二色光透过所述第二棱镜的第二侧面到达所述第三棱镜，被所述第三棱镜反射引导至所述第五棱镜，透射过所述第五棱镜并从所述第六棱镜的第三侧面透射出；
14.第三色光射入所述第四棱镜的第三侧面时，部分所述第三色光被所述第四棱镜反射至所述第三棱镜，从所述第三棱镜和所述第五棱镜透射过，并从所述第六棱镜的第三侧面透射出；另一部分所述第三色光透过所述第四棱镜的第二侧面到达所述第三棱镜，被所述第三棱镜反射引导至所述第五棱镜，透射过所述第五棱镜并从所述第六棱镜的第三侧面透射出；
15.补偿光射入所述第六棱镜的第二侧面时，所述补偿光透射入所述第六棱镜的第三侧面，所述补偿光被所述第六棱镜的第三侧面反射至所述第六棱镜的第一侧面，再被所述第六棱镜的第一侧面反射至所述第六棱镜的第三侧面并透射出。
16.在一实施方式中，从所述第六棱镜透射出的各个光束为平行光。
17.在一实施方式中，所述棱镜单元为如前述任一项实施方式所述的棱镜单元。
18.在一实施方式中，所述投影装置还包括第一光源、第一复眼透镜、第二复眼透镜、第一聚光透镜、第一分光镜、第一反射镜、第一lcd面板、第二分光镜、第二lcd面板、中继透镜、第二反射镜、第二聚光镜、第三反射镜、第三lcd面板、第二光源、均光系统和第四lcd面板；
19.所述第一光源发出的白光依次经过所述第一复眼透镜和第二复眼透镜均光处理后射入所述第一聚光透镜进行聚光，聚光光束射入所述第一分光镜，所述第一分光镜对所述聚光光束中的第二色光反射后，被所述第一反射镜反射引导至第一反射镜，被所述第一反射镜再次反射引导至所述第二lcd面板；所述聚光光束中其他波长的光从所述第一分光镜透射过并到达所述第二分光镜，所述第二分光镜对其中的第一色光反射至所述第一lcd面板，到达所述第二分光镜的第三色光从所述第二分光镜透射过并依次到达所述中继透镜和第二反射镜，并被所述第二反射镜反射至所述第二聚光镜，从所述第二聚光镜出来的所述第三色光经过所述第三反射镜到达所述第三lcd面板；所述第一光源发出的目标光束经过所述均光系统后照射在所述第四lcd面板；
20.所述第一lcd面板对所述第一色光进行调制并输出调制后的第一色光照射入所述第一棱镜的第三侧面；所述第二lcd面板对所述第二色光进行调制并输出调制后的第二色光射入所述第二棱镜的第三侧面，所述第三lcd面板对所述第三色光进行调制并输出调制后的第三色光射入所述第四棱镜的第三侧面，所述第四lcd面板对所述均光系统输出的所
述目标光束进行调制到补偿光，并将调制得到的补偿光射入所述第六棱镜的第二侧面。
21.本发明中的棱镜单元在第三棱镜的第三侧面贴合固定有第五棱镜，第三棱镜贴合有第六棱镜，而且第一至第四棱镜围合贴合固定，这样，第一、第二和第三棱镜的三侧面可以形成色光入射面，第六棱镜的第二侧面则可以作为补偿光入射面以形成四路光路，而第六棱镜是一种全内反射棱镜，经过第五棱镜和第六棱镜的引导，可以将四路光路合光从第六棱镜的第三侧面出射，以用于投影中。可见，本发明提供的棱镜单元，可以对四路光路进行合光，可以用来补偿投影整体色域，还可以提高亮度。
附图说明
22.图1是本发明一实施例中一种棱镜单元的一个结构示意图；
23.图2是本发明中一实施例中一种棱镜单元的顶面俯视示意图；
24.图3是本发明一实施例一种棱镜单元的光传导示意图；
25.图4是本发明一实施例采用棱镜单元的投影装置的一结构示意图。
26.说明书附图中的附图标记如下：
27.0-第一光源，1-第一复眼透镜，2-第二复眼透镜，3-第一聚光透镜，4-第一分光镜，5-第二分光镜，6-中继透镜，7-第二反射镜，8-第二聚光镜，9-第三反射镜，10-第一反射镜，11a-第一lcd面板，11b-第二lcd面板，11c-第三lcd面板，11d-第四lcd面板，12-棱镜单元，12a-第一棱镜，12b-第二棱镜，12c-第三棱镜，12d-第四棱镜，12e-第五棱镜，12f-第六棱镜。
具体实施方式
28.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.请一并参阅图1-4所示，本发明实施例提供了一种棱镜单元12以及使用该棱镜单元的投影装置，下面分别进行详细描述。
30.如图1-图2所示，图1为本发明一实施例中一种棱镜单元12的整体结构示意图，图1为本发明一实施例中一种棱镜单元12的顶面俯视图本发明实施例提供了一种棱镜单元12，示例性的，该棱镜单元12可以为异型柱状结构，该棱镜单元12包括至少六个棱镜单元，所述至少六个棱镜单元固定后形成所述棱镜单元12。为便于描述，将该六个棱镜单元依次称为第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d、第五棱镜12e、第六棱镜12f。在一实施方式中，上述棱镜指的是三棱镜，每个棱镜均包括六个面，分别为顶面、底面和三个侧面，其中，本发明中将每个棱镜的三个侧面称为第一侧面、第二侧面和第三侧面。图2中所示的俯视面对应的面为棱镜的顶面。
31.在该实施例中，第一棱镜12a的第一侧面和第二侧面分别贴合固定于所述第二棱镜12b和所述第四棱镜12d的第一侧面，第三棱镜12c的第一侧面和第二侧面分别贴合固定于所述第二棱镜12b和所述第四棱镜12d的第二侧面，所述第五棱镜12e的第一侧面贴合固定于所述第三棱镜12c的第三侧面，所述第六棱镜12f的第一侧面贴合固定于所述第五棱镜12e的第二侧面。需要说明的是，在一些实施方式中，上述棱镜之间的固定贴合方式可以采
用胶结方式固定。其中，所述第一棱镜12a的第三侧面作为第一色光入射面，所述第二棱镜12b的第三侧面作为第二色光入射面，所述第四棱镜12d的第三侧面作为第三色光入射面，所述第六棱镜12f的第二侧面作为补偿光入射面，所述第六棱镜12f的第三侧面作为合光出射面，所述第六棱镜是一种全内反射棱镜。示例性的，该第一色光为绿光、第二色光为蓝光、第三色光为红光，而补偿光是投影装置在投影成像时所需的补偿光，该补偿光可以是一种调制后的光，例如在一些实施例中，该补偿光是一lcd面板调制后射出的光。需要说明的是，在该实施例中以及后续实施例中，为便于描述，将以此为例进行说明，具体不做限定。投影装置在使用该棱镜单元时，可以依据与其他器件的位置关系调整棱镜整体位置或者色光入射，具体不做限定。
32.在该实施例中，与传统的棱镜单元的区别包括：本发明中的棱镜单元在第三棱镜12c的第三侧面贴合固定有第五棱镜12e，第三棱镜12e贴合有第六棱镜12f，而且第一至第四棱镜围合贴合固定，这样，第一、第二和第三棱镜的三侧面可以形成色光入射面，第六棱镜12f的第二侧面则可以作为补偿光入射面以形成四路光路，经过第五棱镜12e和第六棱镜12f的引导，第六棱镜是一种全全内反射棱镜，可以将四路光路合光从第六棱镜12的第三侧面出射，以用于投影中。可见，本发明提供的棱镜单元，可以对四路光路进行合光，可以用来补偿投影整体色域，还可以提高亮度。
33.在一实施例中，所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d、第五棱镜12e和第六棱镜12f中，所有棱镜的顶面均在同一个平面，而在另一些实施例中，所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d、第五棱镜12e和第六棱镜12f中，至少其中一个棱镜顶面的未与其他棱镜在顶面在同一个平面。例如，请参阅图2所示，所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d的顶面均在第一平面，所述第五棱镜12e和第六棱镜12f的顶面均在第二平面，所述第一平面与所述第二平面为不同的平面。可以看出，本发明中的棱镜单元12可以有多种的替换方案或者说实施方式，所有棱镜的顶面在同一平面，可以使得棱镜单元12整体平齐，便于后续投影仪内部结构设计和开模。所有棱镜的部门棱镜不在平面，则便于调整光束，例如如图2所示，第五棱镜12e和第六棱镜12f所在的第二平面，相对于第一平面是往上“翘起”的，所有棱镜的底面则在同一平面上，这样，从第五棱镜12e透射过来的光束可以从第六棱镜12f的光出射面射入，提高光的转化率。在一实施例中，如图2所示，第二平面的在一些实施例中所述第一平面与所述第二平面的夹角大于90度，在尽可能的保证光束光路合理的情况下，避免棱镜单元12占据过多空间。
34.在一实施例中，所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d和第六棱镜12f为一种直角棱镜，所谓直角棱镜，指的是该棱镜的其中两个相邻侧面之间是相互垂直的，在该实施例中，所述第一棱镜12a的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第二棱镜12b的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第三棱镜12c的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第四棱镜12d的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第一棱镜12a的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面，所述第六棱镜12f的第一侧面和第二侧面为两相邻的垂直侧面。而其中的所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d的垂直面贴合固定，使得从俯视图上看，贴面线形成交叉状，形成一种十字状的分色棱镜，也即是说，第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c和第四棱镜12d形成的分色棱镜，具有将四个三棱柱的棱镜贴合形成的六面体形状。在一实施方式中，
所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d这四个直棱镜为相同的直棱镜，从而贴合后所述第一棱镜12a、第二棱镜12b、第三棱镜12c、第四棱镜12d形成的整体呈现为正方体。
35.另外，在一实施例中，所述第五棱镜12e的第一侧面和第三侧面的夹角大于90度，所述第五棱镜12e与所述第六棱镜12f的顶面位于同一平面且高度相同，所述第五棱镜12e的第二侧面与所述第六棱镜12f的第一侧面贴合且露出部分，这么做的目的，使得第六棱镜12f的反射面足够大，补充光从所述第六棱镜12f的第二侧面射入后，该第六棱镜12f可以对补偿光进行两次全内反射后从所述第六棱镜的第三侧面射出，而不会对进入此第六棱镜内的光线折射到该棱镜以外的地方，也是可以保证充分利用到补偿光。
36.需要说明的是，上述棱镜单元可以通过设计棱镜的侧面，使得其具有多种光束折射/反射方式，其中，在一实施例中，请参阅图3并结合图2，图3中的箭头走向线为光束走向线，第一lcd面板11a(也称光阀)第一色光(绿光)射入所述第一棱镜12a的第三侧面时，所述第一色光(绿光)依次透射过所述第一棱镜12a和所述第二棱镜12b进入所述第三棱镜12c，和/或依次透射过所述第一棱镜12a和所述第四棱镜12d进入所述第三棱镜12c，所述第一色光(绿光)透射过所述第三棱镜12c和所述第五棱镜12e后从所述第六棱镜12f的第三侧面透射出。
37.第二lcd面板11b发出的第二色光(蓝光)射入所述第二棱镜12b的第三侧面时，部分所述第二色光(蓝光)被所述第二棱镜12b反射至所述第三棱镜12c，从所述第三棱镜12c和所述第五棱镜12e透射过，并从所述第六棱镜12f的第三侧面透射出；另一部分所述第二色光(蓝光)透过所述第二棱镜12b的第二侧面到达所述第三棱镜12c，被所述第三棱镜12c反射引导至所述第五棱镜12e，透射过所述第五棱镜12e并从所述第六棱镜12f的第三侧面透射出；
38.第三lcd面板11c射出的第三色光(红光)射入所述第四棱镜12d的第三侧面时，部分所述第三色光(红光)被所述第四棱镜12d反射至所述第三棱镜12c，从所述第三棱镜12c和所述第五棱镜12e透射过，并从所述第六棱镜12f的第三侧面透射出；另一部分所述第三色光(绿光)透过所述第四棱镜12d的第二侧面到达所述第三棱镜12c，被所述第三棱镜12c反射引导至所述第五棱镜12e，透射过所述第五棱镜12e并从所述第六棱镜12f的第三侧面透射出；
39.第四lcd面板11d射出的补偿光射入所述第六棱镜12f的第二侧面时，所述补偿光透射入所述第六棱镜12f的第三侧面，所述补偿光被所述第六棱镜12f的第三侧面反射至所述第六棱镜12f的第一侧面，再被所述第六棱镜12f的第一侧面反射至所述第六棱镜12f的第三侧面并透射出。
40.需要说明的是，为使得分色棱镜可以形成所需的折射或反射管路，可在分色棱镜内部使用分色膜实现，然后将相应各光路的光从第六棱镜12f合成射出。
41.在该实施例中，第一lcd面板11a、第二lcd面板11b、第三lcd面板11c和第四lcd面板11d射出的各光束通过本发明实施例提供的棱镜单元后，经过棱镜单元的上述处理最终形成可以四路光束并从棱镜单元射出，这样，色合成后的光束向投射镜头投影形成的投影，由于增加了第四lcd面板射入补偿光到该棱镜单元进行合光，可以增加最终投影的色域覆盖率和亮度，具有更高的实用性。
42.在一实施例中，从所述第六棱镜12f透射出的各个光束为平行光，可以通过调整入棱镜各光束的入射角度使得从第六棱镜12f透射出的各个光束为平行光经过投射镜头后投射至幕布，可以减少光的散射，使得投影更为均匀。
43.在一实施例中，提供了一种使用上述任一项实施例的所述棱镜单元12的棱镜单元。
44.在一实施例中，该投影装置还包括第一光源0、第一复眼透镜1、第二复眼透镜2、第一聚光透镜3、第一分光镜4、第一反射镜10、第一lcd面板11a、第二分光镜5、第二lcd面板11b、中继透镜6、第二反射镜7、第二聚光镜8、第三反射镜9、第三lcd面板11c、第二光源(图中未示出)、均光系统(图中未示出)和第四lcd面板11d。使用上述棱镜单元12的投影装置中，所述第一光源0发出的白光依次经过所述第一复眼透镜1和第二复眼透镜2均光处理得到均匀光束后射入所述第一聚光透镜3进行聚光得到聚光光束，均光处理可以使得光束均匀，得到的聚光光束射入所述第一分光镜4，其中，第一分光镜4被配置为对第二色光(蓝光)反射，对其他波长的光透射，所述第一分光镜4对所述聚光光束中的第二色光(蓝光)反射后，该第二色光(蓝光)被所述第一反射镜4反射引导至第一反射镜10，被第一反射镜10再次反射引导至所述第二lcd面板11b；所述聚光光束中其他波长的光(含红、绿光)则直接从所述第一分光镜4透射过并到达所述第二分光镜5，所述第二分光镜5对其中的第一色光(绿光)反射至所述第一lcd面板11a，到达所述第二分光镜5的第三色光(红光)则从所述第二分光镜5透射过并依次到达所述中继透镜6和第二反射镜7，并被所述第二反射镜7反射至所述第二聚光镜8，从所述第二聚光镜出来8的所述第三色光(红光)经过所述第三反射镜9到达所述第三lcd面板11c；所述第一光源(图中未示出)发出的目标光束经过所述均光系统后照射在所述第四lcd面板11d；
45.所述第一lcd面板11a对所述第一色光(绿光)进行调制并输出调制后的第一色光(绿光)照射入所述第一棱镜12a单元的第三侧面；所述第二lcd面板11b对所述第二色光(绿光)进行调制并输出调制后的第二色光(绿光)射入所述第二棱镜12b单元的第三侧面，所述第三lcd面板11c对所述第三色光(红光)进行调制并输出调制后的第三色光(红光)射入所述第四棱镜12d的第三侧面，所述第四lcd面板12d对所述均光系统输出的所述目标光束进行调制到补偿光，并将调制得到的补偿光射入所述第六棱镜12f的第二侧面。这样，射入棱镜单元12的对各调制后的光束合成后从投影装置的投射镜头投射形成而形成投影，也即投影镜头投影合成后的影响光，在该实施例中，上述补偿光可以是一种包含黄色光用成分被基于影像信号进行调制而得到，可以有效地对投影的亮度和色域覆盖率进行调制。需要说明的是，在投影装置中，上述四个lcd面板是一种进行光调制的装置，其会根据所需投影的影像需求对各个色光和补偿光进行调整，从而利用本发明实施例提供的棱镜单元进行合光，一方面利用第二光源和第四lcd面板的调制补偿光进行补光，如补偿黄光成分被基于影像进行调制以和绿光重叠，增加了投影成像的亮度和色域覆盖率，另外，还在第二光源与第lcd面板中增加均光系统，使得提高亮度和色域的同时，补偿光不会对投影成像的均匀性造成影响，使投影成像出来的亮度或色域更加均匀，提高投影质量。
46.另外值得注意的是，在一些实施例中，由于lcd面板自身的局限性，以红光射入面板的第三lcd面板11c为例，由于到达第三lcd面板11c的光束为椭圆偏振光，因此从第三反射镜9反射的红光射入该第三lcd面11c时，第三lcd面中，红光入射面的偏振光板会使得该
红色的椭圆偏振光偏振成的直线偏振光，使得该直线的偏振光通过，从而起到仅使在lcd面板11c中被调制后的固定方向的偏振光通过的作用，减少不必要的光分量。对于另外的其他lcd面板，同样可以参照上述操作，具体这里不重复说明。
47.在一些实施例中，还可以在第三lcd面板11c与棱镜单元12之间设置色差调整镜，使得射入棱镜单元12的调制后的红光的扩大倍率，使得各调制光的倍率形成投影所需的光束，提高投影质量。在一些实施方式中，色差调整镜可以弹性挤压方式贴合于棱镜单元12中第四棱镜12c的第三侧面，减少采用其他粘结方式而影响调制出来的光。
48.在一些实施例中，该投影装置还包括第五lcd面板，第五lcd面板对棱镜单元12的合成光再进行调制后输出至投射镜头进行投影。
49.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。