[实用新型]多基色图像叠加器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学器件，尤其涉及一种高效率多基色图像叠加器。

背景技术

众所周知，在以红、绿、蓝三色作为基色的显示器中，图像合成器是其中必不可少的装置。本领域中已存在多种光束合成装置。但这些装置各有长短。例如，图1公开了目前的投影仪中普遍采用的X棱镜。不同波长(λ₁、λ₂、λ₃)的单色光分别从三个方向射入该棱镜，并从该棱镜的第四个方向叠加输出。但在要输入更多基色的情况下，这种棱镜显然不能满足要求。此外，中国实用新型专利No.93109784.3中公开了一种激光束合成装置。该装置利用了方解石晶体的能将不同偏振态的光束进行合成的特征。但根据这种装置的原理，对输入的光束的偏振态有特殊的要求。由此，现有技术的合成器件虽然种类很多，但都有一定的局限性。

现在正开发基于多基色(三种以上的基色)的显示系统。基色数量的增加意味着图像颜色的还原性更好，显示效果更佳。图2A和2B分别示出了三基色和九基色条件下的显示色域。通过图2A和2B的比较可以看到，九基色的色域更接近需还原的真实色域。然而，由于以往的显示系统主要以三基色(RGB)为基础，因此未能提供适于这种多基色显示系统的图像合成器。

专利文件1：中国科学院物理研究所于2004/07/16提交的标题为″一种具有红、绿、蓝三基色激光彩色显示装置″的专利申请，申请号：200410069055。″因为这些多基色图像合成装置主要是解决目前已有的三基色激光显示装置无法实现向多基色激光显示过渡的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能叠加三种以上基色的图像以更真实地还原图像的光学装置。该光学装置也能用于不同颜色的光的叠加。

为此，本实用新型提供了一种多基色图像叠加器，它包括由单轴晶体构成的一个主棱镜，该主棱镜是不规则多边形并包括一个主分束面、至少一个分束面、可以射入若干基色合成的光的合成光入射棱面、只可射入单基色光的至少一个单色光入射棱面和一个出射棱面。主棱镜的形状使得从单色光入射棱面射入的单色光依次射到分束面上。所有的分束面使得入射其上的单色光均发生全反射且不同的单色光在至少一个分束面上递进地部分叠加。最终，所有入射光在主分束面处完全叠加并经全反射后垂直于出射棱面从主棱镜射出。合成光入射棱面与分束面和主分束面之一相对，使得垂直射入合成光入射棱面的入射光入射于该面，与同样射于该面的各个单色光叠加并共同发生全反射。单色光入射棱面与所述分束面和主分束面之一相对，使得从单色光入射棱面入射的光首先照射到该分束面上发生全反射，随后在入射到另一分束面或主分束面。

在该叠加器中，单轴晶体构成的主棱镜的光轴方向平行于出射棱面和合成光出射面，或者垂直于出射棱面。

此外，该叠加器还可以包括与主棱镜材料相同的多个像差修正棱镜，这些像差修正棱镜分别设置于入射棱面之前。

在一种情况中，主分束面与出射棱面的夹角为θ，n_orsinθ＞n₀，1≤r≤m₀，且当光轴方向平行于叠加器出射棱面和合成光的出射面时，n_ossinθ＞n₀，1≤s≤m。其中n_or表示已合成的基色r的对应波长λ_r在主棱镜采用的单轴晶体中的o光的主折射率，n_os表示需要叠加起进行合成的基色s的对应波长λ_s在主棱镜采用的单轴晶体中的o光的主折射率，n₀表示空气的折射率，m₀是入射所述合成光入射棱面的已合成的光的基色数量，m是所述叠加器需要合成的光的基色数量。

而在另一情况中，主分束面与出射棱面的夹角为θ，n_orsinθ＞n₀，1≤r≤m₀，且当所述单轴晶体的光轴方向垂直于所述出射棱面时，n_essinθ＞n₀，1≤s≤m。

在上述叠加器中，单色光入射棱面可以同时入射两束以上的单色光图像，且这些单色光图像在该单色光入射棱面处已部分叠加。此外，可沿在分束面处全反射后获得的光路方向该分束面射入单色光。

此外，上述叠加器还可以包括设置于一单色光入射棱面之前的次级棱镜，该次级棱镜由各向同性材料或单轴晶体构成并包括相互不平行的入射面和出射面，在多束单色光向一单色光入射棱面斜入射前，该次级棱镜使这多束单色光相互靠近并重叠。