一种具有低偏振像差的偏振分合色器件制造技术

本实用新型专利技术公开一种具有低偏振像差的偏振分合色器件，其反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面上镀有短波通膜，反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面上镀有长波通膜，反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面上的短波通膜与反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面平行且相互之间存在空气隙，反红透兰绿分合色棱镜的第一棱镜面与所述反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为３２°～４０°；反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面与反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为３２°～４０°；反兰透绿分合色棱镜第二棱镜面上的长波通膜与透绿分合色棱镜的入射面平行且相互之间存在空气隙。本实用新型专利技术具有低偏振像差，不仅提高光能利用率，且改善图像清晰度和对比度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于反射式投影机的具有低偏振像差的偏振分合色器件。
技术介绍
数字投影显示的发展趋势是向两个“极端”发展，一方面是向所谓的“皮”投影 (pico-projection)即微型显示系统发展，另一方面是向超高亮度和超高清晰度的大型显 示系统发展。在诸如电影院、大型智能化指挥所、大型集会等各种场合，人们呼唤着一种超 高亮度和超高清晰度的大屏幕投影显示技术。因此如何提高光能利用率，使显示亮度提高 到1万流明以上是急待解决的一个问题；如何从I象素的高清显示(1920X1280)提高到 4K象素的超高清显示是急待解决的另一个问题。现有反射式投影机的偏振分合色器件由于偏振像差较大，在超高亮度和超高清晰 度的大型显示系统中已不敷应用，主要技术问题有短波通膜和长波通膜透射分光曲线的 S，P偏振分离大，不仅导致光能损失，而且损失的那一部分光在器件内通过多次反射、折射 后变成了杂散光，导致图像清晰度和对比度下降；短波通膜和长波通膜合成的S，P偏振位 相差太大，使一部分光由线偏振光变成扁椭圆偏振光，由于偏振分合色器件入射光是S线 偏振光，调制后的信号光是P线偏振光，扁椭圆偏振光中的S偏振成分同样将导致光能量损 失和引入杂散光；超高亮度工作时棱镜和薄膜之间温度过高会导致棱镜和薄膜胶合失效和 薄膜表面的热变像差，甚至导致棱镜破裂。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有低偏振像差的偏振分合 色器件。为实现上述目的，本技术的专利技术人获得了减小光线在薄膜中的入射角是获得 低偏振像差之关键所在的认识，首次推导了一个方程组以寻求光线在薄膜中的可能的最小 入射角，在此基础上，根据红、兰、绿三路光在偏振分合色器件中的等光程原理，重新设计了 一个偏振分合色器件；设计了一个未见过报道的短波通膜和长波通膜，获得了比现用短波 通膜和长波通膜更小的透射分光曲线的S，P偏振分离以及短波通膜与长波通膜合成的S， P偏振位相差；把器件设计成全空气隙，控制每个空气隙的平行度和增大空气隙的间隔。这 些突破使器件获得了很低的偏振像差，从而在偏振转换过程中不仅提高了光能利用率，而 且改善了图像清晰度和对比度。本技术的具有低偏振像差的偏振分合色器件不仅可以用于超高亮度和超高 清晰度的大型投影机，而且同样可用于现有的反射式投影机以取得更好的投影效果。具体地说，本技术所采取的技术方案是该具有低偏振像差的偏振分合色器 件包括反红透兰绿分合色棱镜、反兰透绿分合色棱镜和透绿分合色棱镜，所述反红透兰绿 分合色棱镜的第二棱镜面上镀有短波通膜，所述反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面上镀有 长波通膜，所述反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面上的短波通膜与所述反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面平行且相互之间存在空气隙，所述反红透兰绿分合色棱镜的第一棱镜面 与所述反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为32° 40° ；所述反兰透绿分合色棱 镜的第一棱镜面与所述反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为32° 40° ；所述反兰 透绿分合色棱镜第二棱镜面上的长波通膜与所述透绿分合色棱镜的入射面平行且相互之 间存在空气隙。进一步地，本技术所述反红透兰绿分合色棱镜的第一棱镜面与所述反红透兰 绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为32°，所述反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面与所述 反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面的夹角为32°，以获得更优的效果。进一步地，本技术所述短波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为1.9 3. lnm，所述长波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为0. 8 1. 2nm ；短波通膜和长波通 膜合成的S, P偏振位相差在整个工作波长上为大于-16度且小于49度。进一步地，本技术所述短波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为1. 9nm，所 述长波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为0. Snm ；短波通膜和长波通膜合成的S，P偏 振位相差在整个工作波长上为大于-10度且小于四度。进一步地，本技术所述反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面上的短波通膜与 所述反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面之间的空气隙的间距为30 35微米。进一步地，本技术所述反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面上的长波通膜与所 述透绿分合色棱镜的入射面之间的空气隙的间距为30 35微米。进一步地，本技术用长波通膜替换所述反红透兰绿分合色棱镜的第二棱镜面 上的短波通膜，用短波通膜替换所述反兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面上的长波通膜。进一步地，本技术所述长波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为0.8 1. 2nm，所述短波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为1. 9 3. Inm ；短波通膜和长波通 膜合成的S, P偏振位相差在整个工作波长上为大于-16度且小于49度。进一步地，本技术所述长波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为0. 8nm，所 述短波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为1.9nm，短波通膜和长波通膜合成的S，P偏 振位相差在整个工作波长上为大于-10度且小于四度。进一步地，本技术还包括直角梯形偏振棱镜，所述直角梯形偏振棱镜的斜腰 所在的棱镜面与所述反红透兰绿分合色棱镜的第一棱镜面平行且相互之间存在空气隙。需要说明的是，本技术首次推导出了偏振分合色器件中反红透兰绿分合色棱 镜、反兰透绿分合色棱镜和透绿分合色棱镜必须满足的条件如式(1)所示Z5 1 θ > ~3sm+ sin “1 NA⑴η式(1)中，θ为棱镜中光线入射到短波通膜和长波通膜的入射角，η为棱镜的折射 率，NA为数值孔径。借助于式(1)求出光在短波通膜和长波通膜中最小的入射角，根据红、兰、绿三路 光在偏振分合色器件中的等光程原理设计出一个新的偏振分合色器件，这是本技术减 小偏振像差的重要技术关键；为了避免超高亮度工作时棱镜面和短波通膜或长波通膜之间 温度过高而导致棱镜面和短波通膜或长波通膜之间的胶合失效以及短波通膜或长波通膜表面的热变像差，甚至导致棱镜热致破裂，同时为了满足光线的全反射条件，提出反红透兰 绿分合色棱镜第二棱镜面上的短波通膜与反兰透绿分合色棱镜的第一棱镜面之间以及反 兰透绿分合色棱镜的第二棱镜面上的长波通膜与透绿分合色棱镜的入射面之间都必须互 相构成一定宽度的平行空气隙，这是本技术减小偏振像差所必须的。进一步地，本技术通过对一个特殊滤光器HLH2L2H2LHLHL中的2L2H2L进行厚 度调谐，H表示高折射率膜层Ti02，L表示低折射率膜层SiO2,发现一个奇异的特性在反射 带的短波侧或长波侧，某些干涉级次的反射-透射过渡区具有很小的S，P偏振分离，而另一 些干涉级次的反射-透射过渡区具有很大的S，P偏振分离，这一特性的发现，对减小或增大 偏振分离的设计极为重要，由此获得了一个未见报道过的新型短波通膜和长波通膜，与现 有的短波通膜和长波通膜相比，不仅降低了短波通膜和长波通膜透射分光曲线的S，P偏振 分离，而且减小了短波通膜与长波通膜合成的S, P偏振位相差，这是本技术进一步减 小偏振像差的技术关键。与现有技术相比，本技术的有益效果是针对现有的偏振分合色器件在偏振转换过程中还有进一步提高光能量利用率的 潜力，以及S，P偏振位相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低偏振像差的偏振分合色器件，它包括反红透兰绿分合色棱镜（１）、反兰透绿分合色棱镜（２）和透绿分合色棱镜（３），所述反红透兰绿分合色棱镜（１）的第二棱镜面上镀有短波通膜（４），所述反兰透绿分合色棱镜（２）的第二棱镜面上镀有长波通膜（５），所述反红透兰绿分合色棱镜（１）的第二棱镜面上的短波通膜（４）与所述反兰透绿分合色棱镜（２）的第一棱镜面平行且相互之间存在空气隙，其特征在于：所述反红透兰绿分合色棱镜（１）的第一棱镜面与所述反红透兰绿分合色棱镜（１）的第二棱镜面的夹角为３２°～４０°；所述反兰透绿分合色棱镜（２）的第一棱镜面与所述反兰透绿分合色棱镜（２）的第二棱镜面的夹角为３２°～４０°；所述反兰透绿分合色棱镜（２）的第二棱镜面上的长波通膜（５）与所述透绿分合色棱镜（３）的入射面平行且相互之间存在空气隙。

【技术特征摘要】
1.一种具有低偏振像差的偏振分合色器件，它包括反红透兰绿分合色棱镜(1)、反兰 透绿分合色棱镜( 和透绿分合色棱镜(3)，所述反红透兰绿分合色棱镜(1)的第二棱镜面 上镀有短波通膜G)，所述反兰透绿分合色棱镜O)的第二棱镜面上镀有长波通膜(5)，所 述反红透兰绿分合色棱镜(1)的第二棱镜面上的短波通膜(4)与所述反兰透绿分合色棱镜 (2)的第一棱镜面平行且相互之间存在空气隙，其特征在于所述反红透兰绿分合色棱镜 (1)的第一棱镜面与所述反红透兰绿分合色棱镜(1)的第二棱镜面的夹角为32° 40° ； 所述反兰透绿分合色棱镜( 的第一棱镜面与所述反兰透绿分合色棱镜( 的第二棱镜面 的夹角为32° 40° ；所述反兰透绿分合色棱镜O)的第二棱镜面上的长波通膜( 与所 述透绿分合色棱镜(3)的入射面平行且相互之间存在空气隙。2.根据权利要求1所述的具有低偏振像差的偏振分合色器件，其特征是所述反红透 兰绿分合色棱镜(1)的第一棱镜面与所述反红透兰绿分合色棱镜(1)的第二棱镜面的夹角 为32°，所述反兰透绿分合色棱镜O)的第一棱镜面与所述反兰透绿分合色棱镜O)的第 二棱镜面的夹角为32°。3.根据权利要求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 波通膜的透射分光曲线的S，P偏振分离为1.9 3. lnm，所述长波通膜(5)的透射分 光曲线的S，P偏振分离为0. 8 1. 2nm ；短波通膜⑷和长波通膜(5)合成的S，P偏振位 相差在整个工作波长上为大于-16度且小于49度。4.根据权利要求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的透射分光曲线的S，P偏振分离为1.9nm，所述长波通膜(5)的透射分光曲线的S， P偏振分离为0. 8nm;短...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼灵，张梅骄，金波，陶占辉，顾培夫，唐晋发，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]