专利名称：一种宽角度偏振分光器及使用其的投影光学引擎的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学元件和投影显示技术，尤其涉及一种宽角度偏振分光器及使 用其的投影光学引擎。
背景技术：
偏振分光器是将入射光分离成具有互相垂直偏振面的透射光和反射光的光学元 件，其可用于各种类型的光学系统，例如应用在投影显示中。图8所示为现有的偏振分光器应用于投影光学系统的示意图。该偏振分光器80 为棱镜式偏振分光器，由二个直角三角棱镜801、802胶合成立方体形状，在其中间接触面 上，即偏振分光器80的对角面上镀偏振分光膜堆构成偏振分光面803，该偏振分光面803能 反射S线偏振光而透过P线偏振光，与棱镜表面的夹角约为45°。当光源发射的主光线以 45°入射角入射到偏振分光器80的偏振分光面803时，S线偏振光藉由偏振分光器10的 偏振分光面803反射进入微显示面板81，由微显示面板81调制成含有图像信息的P线偏振 光，透过偏振分光面803入射至投影镜头82，由投影镜头82将微显示面板81上的图像信息 投影成像到屏幕上。然而，依照正弦定理，当起偏角为45°时，需要采用折射率较高的基底 材料，而这种基底材料的透光率较差，且，价格高，从而导致偏振分光器的成本较高，不利于 其的推广应用，局限了偏振分光器的发展。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低的宽角度偏振分光
ο[0005]另外，还需提供一种结构简单、成本低的投影光学引擎。本实用新型的发明目的是通过以下技术方案来实现的—种宽角度偏振分光器，其包括第一棱镜，第二棱镜以及设置于所述第一棱镜、第 二棱镜之间的偏振分光面。其中，所述第一棱镜包括第一表面、第二表面、第三表面。第一表 面用于垂直接收照明光。第二表面面向所述第二棱镜，用于提供入射光束给所述偏振分光 面。所述第二棱镜包括第一面、第二面、第三面。第一面平行于所述第一棱镜的第二表面。 第二面平行于所述第一棱镜的第三表面，用于出射调制后的影像光。第三面平行于所述第 一棱镜的第一表面。所述第一棱镜的第二表面与第三表面的相交内角或者所述第二棱镜的 第一面与第三面的相交内角α满足以下条件45° < α <90°。一种投影光学引擎，包括照明装置、上述所述的宽角度偏振分光器、微显示面板以 及投影物镜。其中，照明装置用于产生照明光。微显示面板用于对所接收到的偏振光进行 调制，转换为与该偏振光垂直的另一偏振光，并使该另一偏振光携有图像信息。投影物镜用 于投射携有图像信息的另一偏振光。本实用新型的宽角度偏振分光器，通过偏振分光面与棱镜表面设计恰当的相交内 角，从而采用成本低、折射率高、透光性好的基底材料，降低偏振分光器的成本，结构简单，易于生产。而使用这种宽角度偏振分光器的投影光学引擎，照明装置输出的光经宽角度偏 振分光器后，提供给微显示面板，之后，微显示面板调制出图像光再次通过宽角度偏振分光 器进入投影物镜，从投影物镜输出到外部屏幕，其光学系统设计过程仅涉及照明装置，一个 宽角度偏振分光器、微显示面板以及投影物镜，不涉及其他光学器件，所使用的光学元件较 少，结构简单、紧凑，尺寸较小，投影显示质量好，生产成本较低，满足市场微型化、轻量化的 需求。
为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。图Ia为本实用新型第一实施方式的宽角度偏振分光器的结构示意图。图Ib为本实用新型宽角度偏振分光器的透过率和波长的关系的曲线图。图2为本实用新型第二实施方式的宽角度偏振分光器的结构示意图。图3为本实用新型第三实施方式的宽角度偏振分光器的结构示意图。图4为本实用新型第四实施方式的宽角度偏振分光器的结构示意图。图5为本实用新型第一实施方式的投影光学引擎的平面结构示意图。图6为本实用新型第二实施方式的投影光学引擎的平面结构示意图。图7为本实用新型第三实施方式的投影光学引擎的平面结构示意图。图8为现有的偏振分光器应用于投影光学系统的示意图。
具体实施方式
图Ia所示为本实用新型第一实施方式的宽角度偏振分光器10的结构示意图。宽 角度偏振分光器10包括第一棱镜101，第二棱镜102以及设置于第一棱镜101、第二棱镜 102之间的偏振分光面103。第一棱镜101包括第一表面1011、第二表面1012、第三表面1013。其中，第一表面 1011用于垂直接收照明光。第二表面1012面向第二棱镜102，用于提供入射光束给偏振分 光面103。第三表面1013与第一棱镜101的第一表面1011相交。当宽角度偏振分光器10 接收S偏振光入射时，微显示面板20临近第一棱镜101的第三表面1013设置，此时，第三表 面用于提供S偏振光给微显示面板20，并接收微显示面板20调制后的反射光(影像光)。 如图Ia所示，调制后的反射光是垂直于第一棱镜101的第三表面1013进入宽角度偏振分 光器10。而第二表面1012还用于接收偏振分光面103所反射的偏振光。第二棱镜102包括第一面1021、第二面1022、第三面1023。其中，第一面1021平 行于第一棱镜101的第二表面1012。第二面1022平行于第一棱镜101的第三表面1013， 用于出射调制后的影像光。如图Ia所示，调制后的影像光是垂直于第二棱镜102的第二面 1022出射。第三面1023平行于第一棱镜101的第一表面1011。本实用新型中，第一棱镜101的第二表面1012与第三表面1013的相交内角或 者第二棱镜102的第一面1021与第三面1023的相交内角α满足以下条件45° < α <90°。其中，该相交内角优选57°、60.8°、53.7°。由于偏振分光器的起偏角度较大， 根据正弦定理，偏振分光器所采用的基底材料的折射率较低，透光率较好，且，价格便宜。参阅图la，第一棱镜101和第二棱镜102均为锐角三角形棱镜。又，本实用新型实
5施方式中，第一棱镜101与第二棱镜102为K9玻璃，透光率较好，且，价格便宜。由图可知， 入射光垂直第一棱镜101的第一表面1011进入宽角度偏振分光器10，之后，经微显示面板 20调制后的影像光同样是垂直第三表面1013进入到宽角度偏振分光器10后，最终垂直于 第二棱镜102的第二面1022出射。偏振分光面103由偏振分光膜堆构成，将入射光分离成具有互相垂直偏振面的 透射光和反射光，或者是反射S偏振光，透射P偏振光。其中，该偏振分光膜堆由高折射率 材料、中折射率材料以及低折射率材料构成。依照以下实现偏振条件的关系式
权利要求1.一种宽角度偏振分光器，其包括第一棱镜，第二棱镜以及设置于所述第一棱镜、第二 棱镜之间的偏振分光面；其中，所述第一棱镜包括 第一表面，用于垂直接收照明光；第二表面，面向所述第二棱镜，用于提供入射光束给所述偏振分光面；及 第三表面； 所述第二棱镜包括第一面，平行于所述第一棱镜的第二表面；第二面，平行于所述第一棱镜的第三表面，用于出射调制后的影像光；以及 第三面，平行于所述第一棱镜的第一表面；其特征在于，所述第一棱镜的第二表面与第三表面的相交内角或者所述第二棱镜的第 一面与第三面的相交内角α满足以下条件45° < α <90°。
2.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述相交内角α为57°。
3.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述调制后的影像光垂直 于所述第二棱镜的第二面出射。
4.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述第一棱镜为锐角三角 形棱镜、梯形棱镜或者不规则的多边形棱镜；所述第二棱镜为锐角三角形棱镜、梯形棱镜或 者不规则的多边形棱镜。
5.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述第一棱镜与第二棱镜 为Κ9玻璃。
6.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述偏振分光面由偏振分 光膜堆构成。
7.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，所述偏振分光面与棱镜之 间设置有粘接胶层。
8.根据权利要求1所述的宽角度偏振分光器，其特征在于，临近所述粘接胶层的表面 还镀有增透膜。
9.一种投影光学引擎，其包括 照明装置，用于产生照明光；其特征在于，所述投影光学引擎还包括权利要求1至8中任意一项所述的宽角度偏振 分光器，设置于所述照明装置的出射光路上；微显示面板，用于对所接收到的偏振光进行调制，转换为与该偏振光垂直的另一偏振 光，并使该另一偏振光携有图像信息；以及投影物镜，用于投射携有图像信息的另一偏振光。
10.根据权利要求9所述的投影光学引擎，其特征在于，还包括偏振转换器，设置于照 明装置的出射光路上，用于把所接收到的光转换为单一偏振状态的偏振光。
11.根据权利要求10所述的投影光学引擎，其特征在于，所述偏振转换器包括顺序排 列、结合成一体的多个棱镜，设置于棱镜间结合面的偏振分光面，设置于部分棱镜出光面上 的二分之一波片，以及设置于棱镜的外侧面上的全反光面；其中，棱镜的出光面与偏振分光 面的相交锐角α，满足以下条件45° < α，< 90°。
12.根据权利要求11所述的投影光学引擎，其特征在于，所述相交锐角α’为57°。
13.根据权利要求9所述的投影光学引擎，其特征在于，照明装置的主光轴与投影物镜 的主光轴的夹角为所述宽角度偏振分光器第一棱镜的第二表面与第三表面的相交内角或 者所述第二棱镜的第一面与第三面的相交内角α的两倍。
专利摘要一种宽角度偏振分光器，其包括第一棱镜，第二棱镜及设置于第一棱镜、第二棱镜之间的偏振分光面。其中，第一棱镜包括第一表面、第二表面、第三表面。第二棱镜包括第一面、第二面、第三面。第一面平行于第一棱镜的第二表面。第二面平行于第一棱镜的第三表面。第三面平行于第一棱镜的第一表面。第一棱镜的第二表面与第三表面的相交内角或者第二棱镜的第一面与第三面的相交内角α满足以下条件45°＜α＜90°。本实用新型的偏振分光器，通过偏振分光面与棱镜表面设计恰当的相交内角，从而采用成本低、折射率高、透光性好的基底材料，降低偏振分光器的成本，结构简单，易于生产。另外，还提供一种使用该宽角度偏振分光器的投影光学引擎。
文档编号G03B21/14GK201820036SQ20102010358
公开日2011年5月4日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者曲鲁杰, 王仁贵 申请人:红蝶科技(深圳)有限公司