技术洞察

合光棱镜如何让红绿蓝三路光汇成一路

鸿石“光电”科普系列,由一个小问题开始,每篇讲清一个原理。

本期,我们从一个玻璃方块说起:红、绿、蓝三路光,为什么能从不同方向进入,却沿同一个方向输出?

在光学显示系统中,典型结构的三色合光光机的正中央,有一颗边长仅几毫米的玻璃立方体。这个看似普通的玻璃体,承担着把三路光合在一起的任务。

乍看之下,很容易被它当成一整块玻璃,以为光线知识靠折射拐个弯,再从另一侧射出。

真正完成合光的关键,藏在它的内部。

 

合光棱镜主图1.jpg

看似一块玻璃,实际由四块棱镜组成

典型的合光棱镜由四块等腰直角三棱镜胶合而成。从横截面看,内部的接合界面沿正方形的两条对角线展开,形成交叉。这些界面上有两组功能不同的光学薄膜,通常成为二向色膜。

把几块棱镜组合起来,就能在胶合前对相应表面镀膜,将带有不同功能的膜面放到立方体内部,并固定在设计所需的位置和角度。

棱镜.png

让光转向的两组膜面

在常见设计中,一组膜面主要反射红光,让绿光、蓝光透过;另一组主要反射蓝光,让红光、绿光透过。可以把它们理解为按颜色分工的“镜子”:对某一种颜色起反射作用,对另外两种颜色则像透明窗口。

于是,红光和蓝光从两侧进入后,分别经相应膜面反射,转向同一个出口;绿光则透过两组膜面,继续向前。三路光由此走向共同的输出光路。

 

合光棱镜插图2.jpg

三路光合在一起如何呈现白色

以画面中的一个白点为例:当红、绿、蓝三路光在对应的成像位置准确叠合,并保持合适的强度比例,经后续光学系统进入人眼,我们就会看到白色。这就是色光的加色混合。

这里要区分的是:白光并不对应某一个单独的波长。棱镜让不同颜色的光共用一条输出光路,而我们看到的白色,来自这些光共同作用于视觉系统。

这个玻璃方块的巧妙之处,就藏在内部两组膜面的分工里。