專利名稱：具有低偏振像差的偏振分合色器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于反射式投影機(jī)的具有低偏振像差的偏振分合色器件。
背景技術(shù)：
數(shù)字投影顯示的發(fā)展趨勢(shì)是向兩個(gè)“極端”發(fā)展，一方面是向所謂的“皮”投影 (pico-projection)即微型顯示系統(tǒng)發(fā)展，另一方面是向超高亮度和超高清晰度的大型顯 示系統(tǒng)發(fā)展。在諸如電影院、大型智能化指揮所、大型集會(huì)等各種場(chǎng)合，人們呼喚著一種超 高亮度和超高清晰度的大屏幕投影顯示技術(shù)。因此如何提高光能利用率，使顯示亮度提高 到1萬(wàn)流明以上是急待解決的一個(gè)問(wèn)題；如何從2K象素的高清顯示(1920X1280)提高到 4K象素的超高清顯示是急待解決的另一個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)有反射式投影機(jī)的偏振分合色器件由于偏振像差較大，在超高亮度和超高清晰 度的大型顯示系統(tǒng)中已不敷應(yīng)用，主要技術(shù)問(wèn)題有短波通膜和長(zhǎng)波通膜透射分光曲線的 S，P偏振分離大，不僅導(dǎo)致光能損失，而且損失的那一部分光在器件內(nèi)通過(guò)多次反射、折射 后變成了雜散光，導(dǎo)致圖像清晰度和對(duì)比度下降；短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位 相差太大，使一部分光由線偏振光變成扁橢圓偏振光，由于偏振分合色器件入射光是S線 偏振光，調(diào)制后的信號(hào)光是P線偏振光，扁橢圓偏振光中的S偏振成分同樣將導(dǎo)致光能量損 失和引入雜散光；超高亮度工作時(shí)棱鏡和薄膜之間溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致棱鏡和薄膜膠合失效和 薄膜表面的熱變像差，甚至導(dǎo)致棱鏡破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種具有低偏振像差的偏振分合色器 件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人獲得了減小光線在薄膜中的入射角是獲得低偏 振像差之關(guān)鍵所在的認(rèn)識(shí)，首次推導(dǎo)了一個(gè)方程組以尋求光線在薄膜中的可能的最小入射 角，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)紅、蘭、綠三路光在偏振分合色器件中的等光程原理，重新設(shè)計(jì)了一個(gè) 偏振分合色器件；設(shè)計(jì)了一個(gè)未見過(guò)報(bào)道的短波通膜和長(zhǎng)波通膜，獲得了比現(xiàn)用短波通膜 和長(zhǎng)波通膜更小的透射分光曲線的S，P偏振分離以及短波通膜與長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振 位相差；把器件設(shè)計(jì)成全空氣隙，控制每個(gè)空氣隙的平行度和增大空氣隙的間隔。這些突破 使器件獲得了很低的偏振像差，從而在偏振轉(zhuǎn)換過(guò)程中不僅提高了光能利用率，而且改善 了圖像清晰度和對(duì)比度。本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器件不僅可以用于超高亮度和超高清晰 度的大型投影機(jī)，而且同樣可用于現(xiàn)有的反射式投影機(jī)以取得更好的投影效果。具體地說(shuō)，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是該具有低偏振像差的偏振分合色器件包 括反紅透蘭綠分合色棱鏡、反蘭透綠分合色棱鏡和透綠分合色棱鏡，所述反紅透蘭綠分合 色棱鏡的第二棱鏡面上鍍有短波通膜，所述反蘭透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上鍍有長(zhǎng)波 通膜，所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的短波通膜與所述反蘭透綠分合色棱鏡
4的第一棱鏡面平行且相互之間存在空氣隙，所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第一棱鏡面與所 述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32° 40° ；所述反蘭透綠分合色棱鏡的 第一棱鏡面與所述反蘭透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32° 40° ；所述反蘭透綠 分合色棱鏡第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜與所述透綠分合色棱鏡的入射面平行且相互之間存 在空氣隙。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第一棱鏡面與所述反紅透蘭綠分 合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32°，所述反蘭透綠分合色棱鏡的第一棱鏡面與所述反蘭 透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32°，以獲得更優(yōu)的效果。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述短波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為1. 9 3. Inm, 所述長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S, P偏振分離為0. 8 1. 2nm ；短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成 的S，P偏振位相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-16度且小于49度。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述短波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為1. 9nm，所述長(zhǎng) 波通膜的透射分光曲線的S, P偏振分離為0. Snm ；短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S, P偏振位 相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-10度且小于29度。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的短波通膜與所述 反蘭透綠分合色棱鏡的第一棱鏡面之間的空氣隙的間距為30 35微米。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述反蘭透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜與所述透 綠分合色棱鏡的入射面之間的空氣隙的間距為30 35微米。進(jìn)一步地，本發(fā)明用長(zhǎng)波通膜替換所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的 短波通膜，用短波通膜替換所述反蘭透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為0. 8 1. 2nm, 所述短波通膜的透射分光曲線的S, P偏振分離為1. 9 3. Inm ；短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成 的S，P偏振位相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-16度且小于49度。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為0. 8nm，所述短 波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為1.9nm，短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位 相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-10度且小于29度。進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括直角梯形偏振棱鏡，所述直角梯形偏振棱鏡的斜腰所在 的棱鏡面與所述反紅透蘭綠分合色棱鏡的第一棱鏡面平行且相互之間存在空氣隙。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明首次推導(dǎo)出了偏振分合色器件中反紅透蘭綠分合色棱鏡、 反蘭透綠分合色棱鏡和透綠分合色棱鏡必須滿足的條件如式(1)所示 θ > — 3
—ι sin
+ sin NA
(1)
\nj式(1)中，θ為棱鏡中光線入射到短波通膜和長(zhǎng)波通膜的入射角，η為棱鏡的折射 率，NA為數(shù)值孔徑。借助于式(1)求出光在短波通膜和長(zhǎng)波通膜中最小的入射角，根據(jù)紅、蘭、綠三路 光在偏振分合色器件中的等光程原理設(shè)計(jì)出一個(gè)新的偏振分合色器件，這是本發(fā)明減小偏 振像差的重要技術(shù)關(guān)鍵；為了避免超高亮度工作時(shí)棱鏡面和短波通膜或長(zhǎng)波通膜之間溫度 過(guò)高而導(dǎo)致棱鏡面和短波通膜或長(zhǎng)波通膜之間的膠合失效以及短波通膜或長(zhǎng)波通膜表面
5的熱變像差，甚至導(dǎo)致棱鏡熱致破裂，同時(shí)為了滿足光線的全反射條件，提出反紅透蘭綠分 合色棱鏡第二棱鏡面上的短波通膜與反蘭透綠分合色棱鏡的第一棱鏡面之間以及反蘭透 綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜與透綠分合色棱鏡的入射面之間都必須互相構(gòu) 成一定寬度的平行空氣隙，這是本發(fā)明減小偏振像差所必須的。進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)對(duì)一個(gè)特殊濾光器HLH2L2H2LHLHL中的2L2H2L進(jìn)行厚度調(diào) 諧，H表示高折射率膜層Ti02，L表示低折射率膜層SiO2,發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇異的特性在反射帶的 短波側(cè)或長(zhǎng)波側(cè)，某些干涉級(jí)次的反射-透射過(guò)渡區(qū)具有很小的S，P偏振分離，而另一些干 涉級(jí)次的反射-透射過(guò)渡區(qū)具有很大的S，P偏振分離，這一特性的發(fā)現(xiàn)，對(duì)減小或增大偏 振分離的設(shè)計(jì)極為重要，由此獲得了一個(gè)未見報(bào)道過(guò)的新型短波通膜和長(zhǎng)波通膜，與現(xiàn)有 的短波通膜和長(zhǎng)波通膜相比，不僅降低了短波通膜和長(zhǎng)波通膜透射分光曲線的S，P偏振分 離，而且減小了短波通膜與長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差，這是本發(fā)明進(jìn)一步減小偏振 像差的技術(shù)關(guān)鍵。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是針對(duì)現(xiàn)有的偏振分合色器件在偏振轉(zhuǎn)換過(guò)程中還有進(jìn)一步提高光能量利用率的 潛力，以及S，P偏振位相差過(guò)大因而造成器件偏振像差太大而不能完全滿足超高亮度和超 高清晰度的投影機(jī)的應(yīng)用要求，提出了一種具有低偏振像差的偏振分合色器件，以滿足超 高亮度和超高清晰度的反射式投影機(jī)的應(yīng)用需求，它能同時(shí)為反射式投影機(jī)提供偏振光分 色(分成三基色S偏振光)和偏振光合色(三基色S偏振光經(jīng)調(diào)制變成P偏振信號(hào)光后合 成彩色圖像)的雙重功能。本發(fā)明器件的透射分光曲線的S，P偏振分離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有器件透射分光曲線的 S，P偏振分離，本發(fā)明的器件S，P偏振分離的減小主要?dú)w功于短波通膜和長(zhǎng)波通膜中光線 入射角θ的減??；此外，新的短波通膜和長(zhǎng)波通膜的使用也對(duì)本發(fā)明偏振分合色器件的S， P偏振分離的減小發(fā)揮重要作用。由于偏振分合色器件總的透射率為S，p偏振能量的乘積， 這意味著S，P偏振之間的波長(zhǎng)分離區(qū)域的光能量會(huì)無(wú)法利用而被損失，因此本發(fā)明的器件 可以大大提高光能利用率而顯著提高投影顯示亮度。更有甚者，S，P偏振分離造成的光能 損失在器件內(nèi)會(huì)形成大量雜散光，因此本發(fā)明的器件還可顯著改善圖像清晰度和對(duì)比度。本發(fā)明器件的短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有器件短 波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差，本發(fā)明的器件S，P偏振位相差的減小也歸功于 短波通膜和長(zhǎng)波通膜中光線入射角θ的減小和新的短波通膜和長(zhǎng)波通膜的使用。短波通 膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分線偏振光變成扁橢圓偏振光，而S 偏振光是不能參與成像的，因此扁橢圓偏振光中的S偏振分量也會(huì)導(dǎo)致光能量損失和產(chǎn)生 雜散光。現(xiàn)有技術(shù)從未認(rèn)識(shí)到通過(guò)把立方偏振棱鏡改為直角梯形偏振棱鏡可以顯著減小 偏振像差，現(xiàn)有技術(shù)也從未認(rèn)識(shí)到可用一個(gè)特殊濾光器進(jìn)行厚度調(diào)諧，獲得反射-透射過(guò) 渡區(qū)S，P偏振分離非常小的短波通膜和長(zhǎng)波通膜，現(xiàn)有技術(shù)更從未認(rèn)識(shí)到長(zhǎng)波通膜和短波 通膜合成的S，P位相差對(duì)偏振像差的重要影響。


圖1是本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器件的工作原理示意圖。
圖2是現(xiàn)有偏振分合色器件與本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器件的工 作狀態(tài)示意圖的比較(a)現(xiàn)有的偏振分合色器件；(b)本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器。圖3是現(xiàn)有偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜與本發(fā)明的偏振分合色器件短 波通膜和長(zhǎng)波通膜的S，P偏振光的透射分光曲線圖的分離比較(a)現(xiàn)有偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離；(b)本發(fā)明的偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜在2 θ = 32度時(shí)透射分光曲線 的S，P偏振分離；(c)本發(fā)明的偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜在2 θ = 40度時(shí)透射分光曲線 的S，P偏振分離。圖4是現(xiàn)有偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜與本發(fā)明的偏振分合色器件短 波通膜和長(zhǎng)波通膜S，P偏振位相差與波長(zhǎng)的關(guān)系圖的比較(a)現(xiàn)有偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜的S，P偏振位相差；(b)本發(fā)明偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜在2 θ = 32度時(shí)的S，ρ偏振位
相差；(c)本發(fā)明偏振分合色器件短波通膜和長(zhǎng)波通膜在2 θ = 40度時(shí)的S，ρ偏振位相差。圖5是現(xiàn)有偏振分合色器件與本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器件的偏 振象差的示意圖的比較(a)現(xiàn)有偏振分合色器件的透射光偏振象差；(b)本發(fā)明偏振分合色器件的透射光偏振象差。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明偏振分合色器件包括反紅透蘭綠分合色棱鏡1、反蘭透綠分合 色棱鏡2和透綠分合色棱鏡3。在反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第二棱鏡面上鍍上短波通膜系4，使入射到反紅透 蘭綠分合色棱鏡1的S偏振白光分為二路其中一路是反射的S偏振紅光經(jīng)反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面全反射 后經(jīng)反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第三棱鏡面入射到紅光圖像調(diào)制器8 ；S偏振紅光經(jīng)紅光圖 像調(diào)制器8調(diào)制后形成P偏振紅光再沿原路返回，P偏振紅光依次經(jīng)由反紅透蘭綠分合色 棱鏡1的第一棱鏡面和第二棱鏡面的短波通膜4反射，最后經(jīng)反紅透蘭綠分合色棱鏡1的 第一棱鏡面出射。另一路是透射的S偏振蘭綠光進(jìn)入反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡面后由反 蘭透綠分合色棱鏡2的第二棱鏡面的長(zhǎng)波通膜5再分為兩路其中一路是，反射的S偏振藍(lán) 光經(jīng)反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡面全反射后經(jīng)反蘭透綠分合色棱鏡2的第三棱鏡面 入射到藍(lán)光圖像調(diào)制器9，S偏振藍(lán)光經(jīng)藍(lán)光圖像調(diào)制器9調(diào)制后形成P偏振藍(lán)光再沿原 路返回；P偏振藍(lán)光依次經(jīng)由反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡面和第二棱鏡面上的長(zhǎng)波 通膜5反射后，再依次透過(guò)反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡面和反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第二棱鏡面上的短波通膜4，最后經(jīng)反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面出射。另一 路是，透射的S偏振綠光依次透過(guò)透綠分合色棱鏡3的入射面和出射面到綠光圖像調(diào)制器 10，S偏振綠光經(jīng)綠光圖像調(diào)制器10調(diào)制后形成P偏振綠光再沿原路返回，P偏振綠光依次 經(jīng)由透綠分合色棱鏡3的出射面和入射面、反蘭透綠分合色棱鏡2第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通 膜5和第一棱鏡面、反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第二棱鏡面上的短波通膜4，最后經(jīng)反紅透 蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面出射。這樣，由反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面出射的P偏振紅光、P偏振藍(lán)光和 P偏振綠光就可合成彩色圖像，經(jīng)直角梯形偏振棱鏡檢偏振后最后由投影物鏡投射到屏幕 上。而根據(jù)圖1所示的工作原理和參數(shù)，要使本發(fā)明偏振分合色器件正常工作，經(jīng)過(guò) 公式推導(dǎo)必須滿足式(1)所示的條件，即Φ 3 =[>Sφ22 > sin ‘由此可得
-θW-1η
+ sin 一1 NAθ > —
3
—ι丄、
sin
1—I
_ + sin NA η 1式(1)中，θ為棱鏡中光線入射到短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的入射角，η為棱鏡 的折射率，NA為數(shù)值孔徑。Φ 3為光線入射到透綠分合色棱鏡3的入射角的補(bǔ)角，Φ12為反 紅透蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面上的入射光與反射光的夾角，Φ22為反蘭透綠分合色 棱鏡2的第一棱鏡面上的入射光與反射光的夾角；對(duì)η = 1. 516的K9玻璃棱鏡和數(shù)值孔徑 ΝΑ =1/7(即F = 3. 5)的入射光，可求得最小的θ =16度，即2 θ =32度，并得到關(guān)系式 2Θ =2φ1 = 2φ2* φ3 = 74度，這些結(jié)果在下面圖2(a)所示的現(xiàn)有偏振分合色器件中 是無(wú)法得到的。如圖1所示，2 θ為棱鏡中光線入射到短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的入射角和 反射角之和；2 Ct1為反紅透蘭綠分合色棱鏡1的第一棱鏡面和第二棱鏡面的夾角；2Φ2為 反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡面和第二棱鏡面的夾角。圖2是現(xiàn)有偏振分合色器件與本發(fā)明的具有低偏振像差的偏振分合色器件工作 狀態(tài)示意圖的比較，其中，圖2(a)為現(xiàn)有偏振分合色器件；圖2(b)為本發(fā)明的具有低偏振 像差的偏振分合色器。首先，由于現(xiàn)有偏振分合色器件采用立方偏振棱鏡11，因而允許的最 小2Θ =60°，即棱鏡中入射到短波通膜4’和長(zhǎng)波通膜5’的最小入射角θ =30度。而 本發(fā)明具有低偏振像差的偏振分合色器改用直角梯形偏振棱鏡12，因而允許的最小2 θ = 32度，即棱鏡中入射到短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的最小入射角θ =16度。其次，由于現(xiàn)有 偏振分合色器件只用于亮度不高于6000流明的反射式投影機(jī)，因此偏振分合色器件不會(huì) 因溫度過(guò)高而帶來(lái)膠合失效的問(wèn)題，也不會(huì)因透光區(qū)熱量過(guò)高導(dǎo)致反紅透蘭綠分合色棱鏡 1’的第二棱鏡面上的短波通膜4’和反蘭透綠分合色棱鏡2’的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜 5’的表面熱變像差，甚至導(dǎo)致棱鏡熱致破裂的問(wèn)題。這樣，雖然反紅透蘭綠分合色棱鏡1’
8的第二棱鏡面上的短波通膜4’和反蘭透綠分合色棱鏡2’之間因全反射需要保留空氣隙6’ 外，反蘭透綠分合色棱鏡2’的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜5’和透綠分合色棱鏡3’之間卻可 以直接膠合，不用空氣隙。因此，現(xiàn)有偏振分合色器件只有一個(gè)空氣隙6’，且間隙只需10微 米左右(間隔越大，棱鏡固定越難)。當(dāng)偏振分合色器用于超高亮度投影機(jī)時(shí)，因高溫引起 的膠合失效、短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的表面熱變像差和棱鏡熱致破裂的問(wèn)題會(huì)變得非常 突出，因此，為使本發(fā)明具有低偏振像差的偏振分合色器能夠應(yīng)用于超高亮度投影機(jī)，在反 紅透蘭綠分合色棱鏡1的第二棱鏡面上的短波通膜4和反蘭透綠分合色棱鏡2的第一棱鏡 面之間必須有空氣隙6，反蘭透綠分合色棱鏡2第二面上的長(zhǎng)波通膜5和透綠分合色棱鏡3 入射面之間必須有空氣隙7，且空氣隙6和空氣隙7的厚度以不小于30微米為宜，以防止因 短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的表面熱變形導(dǎo)致兩個(gè)表面接觸而破壞全反射條件。此外，為便 于固定反紅透蘭綠分合色棱鏡1、反蘭透綠分合色棱鏡2和透綠分合色棱鏡3，空氣隙6和 空氣隙7的厚度優(yōu)選為30 35微米之間。當(dāng)空氣隙6和空氣隙7的厚度為30微米時(shí)，本 發(fā)明的偏振分合色器件能夠同時(shí)滿足全反射條件并具有優(yōu)良的強(qiáng)度。圖3是現(xiàn)有偏振分合色器件短波通膜4’和長(zhǎng)波通膜5’與本發(fā)明的偏振分合色器 件短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的S，P偏振光的透射分光曲線的分離比較，計(jì)算波長(zhǎng)為投影機(jī) 工作波長(zhǎng)420 680nm ；其中圖3(a)為現(xiàn)有偏振分合色器件的透射分光曲線的S，P偏振分 離；圖3(b)和3(c)分別為本發(fā)明的偏振分合色器件在2 θ = 32度和40度時(shí)的透射分光 曲線的S，P偏振分離，本發(fā)明的偏振分合色器件所用的新型短波通膜4和長(zhǎng)波通膜5的結(jié) 構(gòu)參見表1。圖3(a)中現(xiàn)有偏振分合色器件透射分光曲線13和14為經(jīng)過(guò)優(yōu)化的短波通 膜的透射分光曲線的S，P偏振分離，短波通膜透射分光曲線的S，P偏振分離為11. Inm ；透 射分光曲線15和16為經(jīng)過(guò)優(yōu)化的長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離，長(zhǎng)波通膜的 透射分光曲線的S，P偏振分離為12nm。圖3 (b)中本發(fā)明的器件在2Θ = 32度時(shí)的透射 分光曲線17和18為短波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離，短波通膜在2 θ = 32度時(shí) 透射分光曲線的S，P偏振分離為1. 9nm ；在2 θ =32度時(shí)的透射分光曲線19和20為長(zhǎng)波 通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離，長(zhǎng)波通膜在2 θ = 32度時(shí)透射分光曲線的S，P偏 振分離為0. 8nm。圖3(c)中本發(fā)明的器件在2 θ = 40度時(shí)的透射分光曲線21和22為短 波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分離，在2 θ = 40度時(shí)透射分光曲線的S，P偏振分離 為3. Inm ；在2 θ =40度時(shí)透射分光曲線23和24為長(zhǎng)波通膜的透射分光曲線的S，P偏振 分離，在2 θ =40度時(shí)透射分光曲線的S，P偏振分離為1.2nm。這說(shuō)明本發(fā)明的短波通膜 和長(zhǎng)波通膜在入射角為16 20度(2 θ = 32 40度)范圍內(nèi)的S，P偏振分離分別小于 3. Inm和1.2nm，其中，當(dāng)θ = 16度時(shí)，透射分光曲線的S，P偏振分離最小。表1列出本發(fā)明的短波通膜和長(zhǎng)波通膜各層膜的厚度。表1中，第1層膜與K9玻 璃接觸，H表示高折射率膜層TiO2,其折射率為2. 34 ；L表示低折射率膜層SiO2,折射率為 1.46?！岸滩ㄍず瘛焙汀伴L(zhǎng)波通膜厚”分別表示短波通膜和長(zhǎng)波通膜各層膜中心波長(zhǎng)的1/4 波長(zhǎng)的倍數(shù)，中心波長(zhǎng)為680nm。短波通膜共有23層膜構(gòu)成，長(zhǎng)波通膜共有34層膜構(gòu)成。表 權(quán)利要求
一種具有低偏振像差的偏振分合色器件，它包括反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)、反蘭透綠分合色棱鏡(2)和透綠分合色棱鏡(3)，所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面上鍍有短波通膜(4)，所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第二棱鏡面上鍍有長(zhǎng)波通膜(5)，所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面上的短波通膜(4)與所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第一棱鏡面平行且相互之間存在空氣隙，其特征在于所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第一棱鏡面與所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面的夾角為32°～40°；所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第一棱鏡面與所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第二棱鏡面的夾角為32°～40°；所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜(5)與所述透綠分合色棱鏡(3)的入射面平行且相互之間存在空氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述反紅透 蘭綠分合色棱鏡(1)的第一棱鏡面與所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面的夾角 為32°，所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第一棱鏡面與所述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第 二棱鏡面的夾角為32°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述短 波通膜(4)的透射分光曲線的S，P偏振分離為1.9 3. lnm，所述長(zhǎng)波通膜(5)的透射分 光曲線的S，P偏振分離為0. 8 1. 2nm ；短波通膜⑷和長(zhǎng)波通膜(5)合成的S，P偏振位 相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-16度且小于49度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述短波通 膜⑷的透射分光曲線的S，P偏振分離為1.9nm，所述長(zhǎng)波通膜(5)的透射分光曲線的S， P偏振分離為0. 8nm;短波通膜(4)和長(zhǎng)波通膜(5)合成的S，P偏振位相差在整個(gè)工作波長(zhǎng) 上為大于-10度且小于29度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述反 紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面上的短波通膜(4)與所述反蘭透綠分合色棱鏡(2) 的第一棱鏡面之間的空氣隙的間距為30 35微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述反 蘭透綠分合色棱鏡(2)的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜(5)與所述透綠分合色棱鏡(3)的入射 面之間的空氣隙的間距為30 35微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是用長(zhǎng)波 通膜替換所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第二棱鏡面上的短波通膜，用短波通膜替換所 述反蘭透綠分合色棱鏡(2)的第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述長(zhǎng)波通 膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為0. 8 1. 2nm，所述短波通膜的透射分光曲線的S，P 偏振分離為1. 9 3. Inm ；短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上 為大于-16度且小于49度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述長(zhǎng)波通 膜的透射分光曲線的S，P偏振分離為0. 8nm，所述短波通膜的透射分光曲線的S，P偏振分 離為1. 9nm,短波通膜和長(zhǎng)波通膜合成的S，P偏振位相差在整個(gè)工作波長(zhǎng)上為大于-10度 且小于29度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是該偏振分合色器件還包括直角梯形偏振棱鏡(12)，所述直角梯形偏振棱鏡(12)的斜腰所在的棱鏡面 與所述反紅透蘭綠分合色棱鏡(1)的第一棱鏡面平行且相互之間存在空氣隙。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有低偏振像差的偏振分合色器件，其反紅透藍(lán)綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上鍍有短波通膜，反藍(lán)透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上鍍有長(zhǎng)波通膜，反紅透藍(lán)綠分合色棱鏡的第二棱鏡面上的短波通膜與反藍(lán)透綠分合色棱鏡的第一棱鏡面平行且相互之間存在空氣隙，反紅透藍(lán)綠分合色棱鏡的第一棱鏡面與所述反紅透藍(lán)綠分合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32°～40°；反藍(lán)透綠分合色棱鏡的第一棱鏡面與反藍(lán)透綠分合色棱鏡的第二棱鏡面的夾角為32°～40°；反藍(lán)透綠分合色棱鏡第二棱鏡面上的長(zhǎng)波通膜與透綠分合色棱鏡的入射面平行且相互之間存在空氣隙。本發(fā)明具有低偏振像差，不僅提高光能利用率，且改善圖像清晰度和對(duì)比度。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101950086SQ20101027573
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者唐晉發(fā), 張梅驕, 艾曼靈, 金波, 陶占輝, 顧培夫 申請(qǐng)人:杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司