专利名称：三色光等腰梯形合色组合棱镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，确切说，涉及一 种用等腰梯形组合棱镜将三色光合色的装置，属光电照明和显示的技 术领域。
背景技术：
现有的三色光X型合色组合棱镜(X组合棱镜)，采用一个IH方 形的X组合棱镜，中间有两片正交的滤光膜，两片滤光膜均为消偏 振滤光膜。见图1。现以红、绿、蓝三色光合成白光为例说明之。滤 光膜fl反射蓝光，透过红、绿光；滤光膜f2反射红光，透过蓝、绿 光。当红、绿、蓝三色光分别从各自的入射面射入X组合棱镜，经 滤光膜fl和f2的透射和反射就合色成白光出射。在背景技术的X组 合棱镜中，红、绿、蓝三色光都是以45°角分别入射各自对应的滤光 膜，且两片滤光膜都不受光偏振状态的影响，这样大的入射角对消偏 振滤光膜的制作带来很大的难度，滤光膜可应用相对孔径(F数)较 小。此外，X组合棱镜由四个直角棱镜胶合，制作工艺要求高，成本 高。发明内容本发明的目的是提出一种三色光等腰梯形合色组合棱镜。该组合 棱镜具有结构简单，便于制作，制造成本低，滤光膜可应用相对孔径 (F数)较大的优点。为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。该组合棱镜是由 第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13、第一滤光膜14和第二滤
光膜15组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状的棱镜，第三棱镜13 的第一斜面132与第二棱镜12的第三等腰面120胶合，第一棱镜11 的第一底面112与第三棱镜13的第二直角面131和第二棱镜12的第 四等腰面121胶合，所述的胶合面上分别有第一滤光膜14和第二滤 光膜15,三色光入射面分别为第一直角面130、第一等腰面IIO和第 .二底面122,合色光出射面为第二等腰面111。本发明的组合棱镜的 底面如图2所示，本发明的组合棱镜的立体示意图和分解示意图如图 3所示。三色光分别以30°的入射角入射各自对应的滤光膜，小角度 入射有助于降低消偏振滤光膜制作的难度和提高滤光膜的最大可应 用F数。本发明的组合棱镜可以将任意三种颜色的光合色；反之，可以将 包含两种以上颜色的合色光分色成为三色光。为简化叙述，现以红、 绿、蓝三色光的合色为例，结合附图详细说明本发明的技术方案。方案1:(见附图4) 一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征 在于该组合棱镜是由第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13、第 一滤光膜14和第二滤光膜15组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状 的棱镜，第一棱镜11是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰三 角形的底角为30a ,第一棱镜11含第一等腰面110、第二等腰面111 和第一底面112,第二棱镜12是底面为等腰三角形的直棱镜，所述 的等腰三角形的底角为30° ，第二棱镜12含第三等腰面120、第四 等腰面121和第二底面122，第三棱镜13是底面为直角三角形的直 棱镜，所述的直角三角形的一个底角为30° ，第三棱镜13含第一直 角面130、第二直角面131和第一斜面132，第一棱镜ll、第二棱镜 12和第三棱镜13的侧棱相等，第二底面122的底边的长度是第一等 腰面110和第二等腰面111的底边的长度的2倍，第三等腰面120的 底边的长度与第一斜面132的底边的长度相等，第一底面112的底边
的长度与第四等腰面112和第二直角面131的底边的长度之和相等， 第一棱镜11、第二棱镜12和第三棱镜13由光学材料制成，所述的 棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面132与第三等腰面120胶合， 第一底面112与第二直角面131和第四等腰面121胶合，在第一斜面 132和第三等腰面120的胶合面上有反射蓝光和绿光、透过红光的第 一滤光膜14，在第一底面112与第二直角面131和第四等腰面121 的胶合面上有反射蓝光、透过绿光和红光的第二滤光膜15，第一滤 光膜14和第二滤光膜15均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面 的两个底角都是60。，两腰与上底相等，下底是上底的2倍，蓝光入 射面为第一等腰面110，绿光入射面为第二底面122,红光入射面为 第一直角面130,出射面为第二等腰面111。第一滤光膜14和第二滤 光膜15的光谱透过率特性分别类似于图5和图6所示的光谱透过率 特性
方案2:(见附图7) —种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征 在于该组合棱镜是由第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13、第 一滤光膜14和第二滤光膜15组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状 的棱镜，第一棱镜11是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰三 角形的底角为30° ，第一棱镜11含第一等腰面110、第二等腰面111 和第一底面112，第二棱镜12是底面为等腰三角形的直棱镜，所述 的等腰三角形的底角为30° ，第二棱镜12含第三等腰面120、第四 等腰面121和第二底面122，第三棱镜13是底面为直角三角形的直 棱镜，所述的直角三角形的一个底角为30° ，第三棱镜13含第一直 角面130、第二直角面131和第一斜面132,第一棱镜U、第二棱镜 12和第三棱镜13的侧棱相等，第二底面122的底边的长度是第一等 腰面IIO和第二等腰面111的底边的长度的2倍，第三等腰面120的 底边的长度与第一 斜面132的底边的长度相等，第一底面112的底边
的长度与第四等腰面112和第二直角面131的底边的长度之和相等， 第一棱镜11、第二棱镜12和第三棱镜13由光学材料制成，所述的 棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面132与第三等腰面120胶合， 第--底面112与第二直角面131和第四等腰面121胶合，在第一斜面 132和第三等腰面120的胶合面上有反射红光和绿光、透过蓝光的第 一滤光膜14，在第一底面112与第二直角面131和第四等腰面121 的胶合面上有反射红光、透过绿光和蓝光的第二滤光膜15，第一滤 光膜14和第二滤光膜15均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面 的两个底角都是60。，两腰与上底相等，下底是上底的2倍，红光入 射面为第一等腰面110，绿光入射面为第二底面122，蓝光入射面为 第一直角面130,出射面为第二等腰面111。第一滤光膜14和第二滤 光膜15的光谱透过率特性分别类似于图8和图9所示的光谱透过率 特性。方案3:(见附图10) —种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征 在于该组合棱镜是由第一棱镜11、第二棱镜12、第三棱镜13、第 一滤光膜14和第二滤光膜15组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状 的棱镜，第一棱镜11是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰三 角形的底角为30° ，第一棱镜11含第一等腰面110、第二等腰面111 和第一底面112，第二棱镜12是底面为等腰三角形的直棱镜，所述 的等腰三角形的底角为30° ，第二棱镜12含第三等腰面120、第四 等腰面121和第二底面122，第三棱镜13是底面为直角三角形的直 棱镜，所述的直角三角形的一个底角为30° ,第三棱镜13含第一直 角面130、第二直角面131和第一斜面132，第一棱镜ll、第二棱镜 12和第三棱镜13的侧棱相等，第二底面122的底边的长度是第一等 腰面IIO和第二等腰面111的底边的长度的2倍，第三等腰面120的 底边的长度与第一斜面132的底边的长度相等，第一底面112的底边
的长度与第四等腰面112和第二直角面131的底边的长度之和相等， 第一棱镜11、第二棱镜12和第三棱镜13由光学材料制成，所述的 棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面132与第三等腰面120胶合， 第一底面112与第二直角面131和第四等腰面121胶合，在第一斜面 132和第三等腰面120的胶合面上有反射红光、透过绿光和蓝光的第 一滤光膜14，在第一底面112与第二直角面131和第四等腰面121 的胶合面上有反射蓝光、透过绿光和红光的第二滤光膜15,第一滤 光膜14和第二滤光膜15均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面 的两个底角都是60° ,两腰与上底相等，下底是上底的2倍，蓝光入 射面为第一等腰面110，红光入射面为第二底面122，绿光入射面为 第一直角面130，出射面为第二等腰面111。第一滤光膜14和第二滤 光膜15的光谱透过率特性分别类似于图11和图12所示的光谱透过 率特性。与背景技术相比，本发明有以下优点1、 提高合色组合棱镜的滤光膜的F数现有的X合色棱镜中，红、绿、蓝三色光都是以45。入射角入射 到各自的滤光膜，入射角大，制作这样的滤光膜的难度高，X合色棱 镜可应用的相对孔径，即F数较小。本发明所述的三色光都是以30 °入射角入射到各自的滤光膜，入射角小，降低了制作滤光膜的难度， 本发明所述的组合棱镜可应用的相对孔径，即F数较大。2、 结构简单，易于制作，成本低现有的X合色棱镜由四个高精度直角棱镜组合而成，结构复杂， 工艺繁杂，制作成本高。本发明所述的组合棱镜由三个高精度的棱镜 组合而成，较背景技术少一个高精度棱镜，结构简单，工艺较简洁， 制作成本低。
图l三色光x型合色组合棱镜的示意图。图2三色光等腰梯形合色组合棱镜底面的结构示意图。等腰梯形 是ABCD， AB是上底，CD是下底，AD和BC是两个腰。图3三色光等腰梯形合色组合棱镜的立体示意图和分解示意图。图4三色光等腰梯形合色组合棱镜之一的结构示意图。图5图4所示的组合棱镜的第一滤光膜14的光谱透过率曲线。图6图4所示的组合棱镜的第二滤光膜15的光谱透过率曲线。图7三色光等腰梯形合色组合棱镜之二的结构示意图。图8图7所示的组合棱镜的第一滤光膜14的光谱透过率曲线。图9图7所示的组合棱镜的第二滤光膜15的光谱透过率曲线。图10三色光等腰梯形合色组合棱镜之三的结构示意图。图11图IO所示的组合棱镜的第一滤光膜14的光谱透过率曲线。图12图IO所示的组合棱镜的第二滤光膜15的光谱透过率曲线。
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。 实施例1三色光等腰梯形合色组合棱镜之一，该组合棱镜完全按 照上述的方案1实施本实施例所述的组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm; 底面上底为10mm;底面下底为20mm;棱镜侧棱为17.8mm;第一 滤光膜14的50%透过率对应的中心波长为585nm土3nm;第二滤光 膜15的50%透过率对应的中心波长为500nm土3nm。实施例2三色光等腰梯形合色组合棱镜之二，该组合棱镜完全按 照上述的方案2实施本实施例所述的组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm;
底面上底为10mm;底面下底为20mm;棱镜侧棱为17.8mm;第一 滤光膜14的50%透过率对应的中心波长为500nm土3nm;第二滤光 膜15的50%透过率对应的中心波长为585nm士3nm。
实施例3三色光等腰梯形合色组合棱镜之三，该组合棱镜完全按 照上述的方案3实施
本实施例所述的组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm; 底面上底为10mm;底面下底为20mm;棱镜侧棱为17.8mm;第一 滤光膜14的50%透过率对应的中心波长为585nm土3nm;第二滤光 膜15的50%透过率对应的中心波长为500nm土3nm。
工作原理。
现以实施例1为例说明之。实施例1的三色光等腰梯 形合色组合棱镜合色的工作原理，如图4所示。红、绿、蓝三色光分 别从实施例1所述的组合棱镜的第一直角面130、第二底面122、第 —等腰面IIO垂直入射。从第一直角面130入射的红光先透过第三棱 镜13以30°入射角入射到第一滤光膜14上，透过第一滤光膜14进 入第二棱镜12,并以60°入射角入射到第二底面122上，因为入射 角大于临界角，所以在第二底面122上发生全反射，并以30°的入射 角入射到第二滤光膜15上，透过第二滤光膜15进入第一棱镜11后， 入射到第二等腰面111上，透过第二等腰面111射出。从第二底面122 入射的绿光先经过第二棱镜12以30°的入射角入射到第一滤光膜14 上，被第一滤光膜14反射回第二棱镜12，并以60°的入射角入射到 第二底面122上，因为入射角大于临界角，绿光在第二底面122上发 生全反射，反射的绿光以30°入射角入射到第二滤光膜15上，透过 第二滤光膜15进入第一棱镜11，并入射到第二等腰面111上，透过 第二等腰面111射出。从第一等腰面110入射的蓝光以中心点Pl为 界限分为两部分API和BP1，这两部分光线的传播途径是不一样的。 入射的BP1部分蓝光，先以30°入射角入射到第二滤光膜15上，被12
第二滤光膜15反射回第一棱镜11，然后入射到第二等腰面111上， 透过第二等腰面111射出；入射的API部分蓝光，以30°入射角入 射到第二滤光膜15上，被第二滤光膜15反射到第一等腰面110上， 因为光线在第一等腰面110上的入射角为60a ，大于临界角，因此光 线在该面上发生全反射，反射的蓝光以60°入射角入射到第二等腰面 lll上，因为入射角大于临界角，光线在第二等腰面111上发生全反 射，反射的蓝光以30°入射角入射到第二滤光膜15上，被第二滤光 膜15反射，入射到第二等腰面111上，透过第二等腰面111射出。 因此，从三个入射面入射的三色光，经过不同的光学路径，在第一滤 光膜14,第二滤光膜15和棱面的全反射的作用下，都从三色光等腰 梯形合色组合棱镜的第二等腰面111射出，实现了三色光的合色。本发明的组合棱镜特别适于用在诸如LCD、 DLP、 LCOS之类的 显示系统中，作为合色器件和分色器件。
权利要求
1、一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征在于该组合棱镜是由第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)、第一滤光膜(14)和第二滤光膜(15)组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状的棱镜，第一棱镜(11)是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰三角形的底角为30°，第一棱镜(11)含第一等腰面(110)、第二等腰面(111)和第一底面(112)，第二棱镜(12)是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰三角形的底角为30°，第二棱镜(12)含第三等腰面(120)、第四等腰面(121)和第二底面(122)，第三棱镜(13)是底面为直角三角形的直棱镜，所述的直角三角形的一个底角为30°，第三棱镜(13)含第一直角面(130)、第二直角面(131)和第一斜面(132)，第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13)的侧棱相等，第二底面(122)的底边的长度是第一等腰面(110)和第二等腰面(111)的底边的长度的2倍，第三等腰面(120)的底边的长度与第一斜面(132)的底边的长度相等，第一底面(112)的底边的长度与第四等腰面(112)和第二直角面(131)的底边的长度之和相等，第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13)由光学材料制成，所述的棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面(132)与第三等腰面(120)胶合，第一底面(112)与第二直角面(131)和第四等腰面(121)胶合，在第一斜面(132)和第三等腰面(120)的胶合面上有反射蓝光和绿光、透过红光的第一滤光膜(14)，在第一底面(112)与第二直角面(131)和第四等腰面(121)的胶合面上有反射蓝光、透过绿光和红光的第二滤光膜(15)，第一滤光膜(14)和第二滤光膜(15)均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面的两个底角都是60°，两腰与上底相等，下底是上底的2倍，蓝光入射面为第一等腰面(110)，绿光入射面为第二底面(122)，红光入射面为第一直角面(130)，出射面为第二等腰面(111)。
2、 根据权利要求1所述的三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特 征在于，该组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm;底面上底 为10 mm;底面下底为20 mm;棱镜侧棱为17.8mm;第一滤光膜(14) 的50%透过率对应的中心波长为585nm士3nm:第二滤光膜(15)的 50%透过率对应的中心波长为500nm土3nm。
3、 一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征在于该组合棱 镜是由第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)、第一滤光 膜(14)和第二滤光膜(15)组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状 的棱镜，第一棱镜(11)是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰 三角形的底角为30° ，第一棱镜(11)含第一等腰面(110)、第二等 腰面(111)和第一底面(112),第二棱镜(12)是底面为等腰三角 形的直棱镜，所述的等腰三角形的底角为30。，第二棱镜(12)含第 三等腰面(120)、第四等腰面(121)和第二底面(122)，第三棱镜(13)是底面为直角三角形的直棱镜，所述的直角三角形的一个底角 为30° ，第三棱镜(13)含第一直角面(130)、第二直角面(131) 和第一斜面(132)，第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13) 的侧棱相等，第二底面(122)的底边的长度是第一等腰面(110)和 第二等腰面(111)的底边的长度的2倍，第三等腰面(120)的底边 的长度与第一斜面(132)的底边的长度相等，第一底面(112)的底 边的长度与第四等腰面(112)和第二直角面(131)的底边的长度之 和相等，第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13)由光学 材料制成，所述的棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面(132) 与第三等腰面(120)胶合，第一底面(11) 2与第二直角面(131) 和第四等腰面(121)胶合，在第一斜面(132)和第三等腰面(120) 的胶合面上有反射红光和绿光、透过蓝光的第一滤光膜(14)，在第 一底面(112)与第二直角面(131)和第四等腰面(121)的胶合面 上有反射红光、透过绿光和蓝光的第二滤光膜(15)，第一滤光膜(14) 和第二滤光膜(15)均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面的两 个底角都是60。，两腰与上底相等，下底是上底的2倍，红光入射面 为第一等腰面(110)，绿光入射面为第二底面(122)，蓝光入射面为 第一直角面(130)，出射面为第二等腰面(111)。
4、 根据权利要求3所述的三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特 征在于，该组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm;底面上底 为10 mm;底面下底为20 mm;棱镜侧棱为17.8mm:第一滤光膜(14) 的50%透过率对应的中心波长为500nm士3nm;第二滤光膜(15)的 50%透过率对应的中心波长为585nm士3nm。
5、 一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征在于该组合棱 镜是由第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)、第一滤光 膜(14)和第二滤光膜(15)组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状 的棱镜，第一棱镜(11)是底面为等腰三角形的直棱镜，所述的等腰 三角形的底角为30° ,第一棱镜(11)含第一等腰面(110)、第二等 腰面(111)和第一底面(112)，第二棱镜(12)是底面为等腰三角 形的直棱镜，所述的等腰三角形的底角为30° ,第二棱镜(12)含第 三等腰面(120)、第四等腰面(121)和第二底面(122)，第三棱镜 (13)是底面为直角三角形的直棱镜，所述的直角三角形的一个底角 为30° ,第三棱镜(13)含第一直角面(130)、第二直角面(131) 和第一斜面(132),第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13) 的侧棱相等，第二底面(122)的底边的长度是第一等腰面(110)和 第二等腰面(111)的底边的长度的2倍，第三等腰面(120)的底边 的长度与第一斜面(132)的底边的长度相等，第一底面(112)的底 边的长度与第四等腰面(112)和第二直角面(131)的底边的长度之 和相等，第一棱镜(11)、第二棱镜(12)和第三棱镜(13)由光学 材料制成，所述的棱镜的每个工作面都是抛光面，第一斜面(132) 与第三等腰面(120)胶合，第一底面(112)与第二直角面(131) 和第四等腰面(121)胶合，在第一斜面(132)和第三等腰面(120) 的胶合面上有反射红光、透过绿光和蓝光的第一滤光膜(14)，在第 —底面(112)与第二直角面(131)和第四等腰面(121)的胶合面 上有反射蓝光、透过绿光和红光的第二滤光膜(15),第一滤光膜(14) 和第二滤光膜(15)均为消偏振滤光膜，所述的组合棱镜的底面的两 个底角都是60。，两腰与上底相等，下底是上底的2倍，蓝光入射面 为第一等腰面(110)，红光入射面为第二底面(122)，绿光入射面为第一直角面(130)，出射面为第二等腰面(111)。
6、根据权利要求5所述的三色光等腰梯形合色组合棱镜，其特征在于，该组合棱镜的主要技术指标底面腰长为10mm:底面上底 为10 mm;底面下底为20 mm;棱镜侧棱为17.8mm;第一滤光膜(14) 的50%透过率对应的中心波长为585nm土3nm;第二滤光膜(15)的 50%透过率对应的中心波长为500nm土3nm。
全文摘要
一种三色光等腰梯形合色组合棱镜，属光电照明和显示的技术领域，该组合棱镜是由第一棱镜(11)、第二棱镜(12)、第三棱镜(13)、第一滤光膜(14)和第二滤光膜(15)组成的、底面为等腰梯形的、直棱柱状的棱镜，第三棱镜(13)的第一斜面(132)与第二棱镜(12)的第三等腰面(120)胶合，第一棱镜(11)的第一底面(112)与第三棱镜(13)的第二直角面(131)和第二棱镜(12)的第四等腰面(121)胶合，所述的胶合面上分别有第一滤光膜(14)和第二滤光膜(15)，三色光入射面分别为第一直角面(130)、第一等腰面(110)和第二底面(122)，合色光出射面为第二等腰面(111)。本发明的组合棱镜具有以下优点能提高合色组合棱镜的滤光膜的F数；结构简单，易于制作，成本低。
文档编号G02B5/04GK101126823SQ20061003006
公开日2008年2月20日 申请日期2006年8月14日 优先权日2006年8月14日
发明者刘啸虎, 楼云中, 沈荣桂, 辜长明, 耀 郑 申请人:上海飞锐光电科技有限公司