CN101140359A

CN101140359A - 可提升影像效能的液晶投影系统

Info

Publication number: CN101140359A
Application number: CNA2006101291796A
Authority: CN
Inventors: 熊坚智; 林耿晖; 吴子龙; 洪文郎
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-12

Abstract

一种可提升影像效能的液晶投影系统，包括一光源、一极化元件、一分色镜、第一和第二反射镜、第一和第二偏极光元件、一半波片、一分色元件、一影像调变装置以及一投影镜头。该第一、第二偏极光元件和该分色元件相互结合成一体。该半波片设置在该第一和第二偏极光元件之间。该影像调变装置设置在该第一偏极光元件和该分色元件的侧部。该投影镜头设置在该第二偏极光元件的一侧。该分色镜分离出的双原色光和单原色光均以S偏极光形式分别入射该第一、第二偏极光元件。

Description

可提升影像效能的液晶投影系统

技术领域

本发明涉及一种液晶投影系统，特别是关于一种利用三片反射式液晶板作影像投影输出的可提升影像效能的液晶投影系统。

背景技术

液晶投影机内部架构按照其内部的液晶板可分为单片式和三片式两种。单片式的投影机分辨率低，亮度也低，但价格较便宜，而三片式的投影机则具有高分辨率、高亮度的优点，但价格较贵。三片式投影机的工作原理为：将来自光源的白光分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色，使该三原色光分别进入红色、绿色和蓝色的液晶显示板，然后将从各液晶显示板反射的该三原色光重新组合并经由一投影透镜投射到屏幕上。

现有的三片式液晶投影机，从光源开始到屏幕之间，依次通常包括Integrator(镜片阵列)、PBS(Polarization Beam Splitter)阵列、Condense Lens(聚光镜)、Dichroic Mirror(双色镜)、ReflectingMirror(折射镜)、X-cube(双色棱镜)、Projection Lens(投影镜头)等光学元件。Integrator将光源分布重新整理，使光源的能量分布均匀，并将圆形照明分布转换成LCD面板的长方形；PBS阵列将不同极化方向的光做转换，以提高光源能量的利用效率；Condense Lens使光路维持收敛状态，使光能量平行传递；Dichroic Mirror是光学镀膜产品，能将白光分离成R、G、B三种不同频谱的色光；ReflectingMirror反射光使光路改变；X-cube将经过LCD调变后的R、G、B三色光合并；最后经由Projection Lens将影像放大投影到屏幕上。

图1为美国专利第6,819,497号所揭示的现有的一种三片式液晶投影系统的架构示意图，包括一光源36、4个偏极光分色棱镜PBS31、32、33、34，以及反射式液晶板39R、39G、39B。其中，PBS 32、33、34粘合成一体，光源36和PBs 31之间设有一选色偏光板37，PBS 32和34之间设有一玻璃片35，PBS 33和34之间也设有一选色偏光板38。

在该系统中，从光源36射出的三原色光R_S、G_S、B_S经由选色偏光板37后转换为R_S、G_P、B_S入射第一PBS 31。该三原色光R_S、G_P、B_S中的双原色光R_S和B_S经第一PBS 31反射并经选色偏光板30转换后变为R_P和B_S入射第三PBS33，而单原色光G_P穿透第一PBS 31入射至第二PBS32。R_P光穿透第三PBS 33入射至反射式液晶板39R，经调变后变为R_S光返回第三PBS 33，再经第三PBS 33反射至选色偏光板38转换成R_P光入射第四PBS 34；B_S光经第三PBS 33反射至反射式液晶板39B，经调变后变为B_P光返回并穿透第三PBS 33而入射第PBS 34；而G_P光入射并穿透第二PBS 32后入射反射式液晶板39G，经调变后变为G_S光经由第二PBS 32反射后入射至第四PBS 34。因此，入射第二、第三和第四PBS 32、33、34的原色光分别为G_P；R_P、B_S；以及R_P、B_P、G_S。而已知S偏极光在PBS内的有效利用率为99％，但P偏极光则只有90％的利用率，其余10％会有干涉现象而产生色相偏离现象，因此，该系统多以P偏极光进入第二、第三和第四PBS 32、33、34会降低原色光的使用效率，而导致光色偏离问题的产生并影响对比度。

此外，该系统共包括了4个偏极光分色棱镜PBS 31、32、33、34，并且进一步额外设有选色偏光板37、38和玻璃片35，这样将会增加系统元件的数目，而使整个系统架构的体积变大并使成本增加。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种可提升影像效能的液晶投影系统，其元件，尤其是其分光合光模组，具有创新的排配方式，可提高原色光使用效率，防止投影影像光色相偏离现象的产生并改善对比度。

本发明的又一目的在于提供一种生产便利、组装容易、成本较低的液晶投影系统。

为实现上述目的，本发明可提升影像效能的液晶投影系统，包括一射出白色光的光源、一极化该白色光源以产生一偏极化光源的极化元件、一分色镜、第一和第二反射镜、第一和第二偏极光元件、一设置在第一偏极光元件输出侧的半波片、一分色元件、一影像调变装置以及投射输出光束的一投影镜头。该分色镜将该偏极化光源分离成一单原色光和一双原色光分别输出至该第一和第二反射镜。该单原色光经第一反射镜反射并经一第一聚光透镜汇聚后入射该第一偏极光元件进行偏极分光，并输出至影像调变装置进行极性调变。偏极并调变后的该单原色光经该半波片改变极化方向后以原极化状态入射该第二偏极光元件。该双原色光经第二反射镜反射并经一第二聚光透镜汇聚后输出至该第二偏极光元件进行偏极分光。偏极分光后的双原色光被传送到分色元件，以将该双原色光进行分离。该影像调变装置设置在该第一偏极光元件和该分色元件的侧部，用于分别接收该单原色光和该双原色光并将该单原色光和该双原色光分别调变成另一极性的色光反射输出。一投影镜头，设置在该第二偏极光元件的一侧，用以接收该调变后的双原色光和单原色光，并投射光束到屏幕显示。

和现有技术相比，在本发明中，该分色镜分离出的单原色光均以S偏极光形式入射第一偏极光元件和第二偏极光元件；该分色镜分离出的双原色光也以S偏极光形式入射第二偏极光元件和分色元件。因此，本发明可显著提高原色光的使用效率，有效解决光色相偏离的问题并改善对比，从而提升投影影像效能。另，本发明经由两个偏极光元件和一分色元件组成的一“L”形棱镜模块，就可实现直接偏光和分光的效果，棱镜之间除一半波片外并无其它光学元件粘合其间，这样可降低系统成本并提升系统可靠度。此外，该“L”形棱镜模块除由传统的6个等大的等腰直角棱镜组成外，也可由4个等大的等腰直角棱镜和1个较大的等腰直角棱镜组成，或也可由4个等大的等腰直角棱镜和2个较小的等腰直角棱镜组成。因此，本发明液晶投影系统也具有生产便利、组装容易、成本较低的优点。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为现有的一种液晶投影系统的架构示意图。

图2为本发明可提升影像效能的液晶投影系统第一实施例的架构示意图。

图3为本发明液晶投影系统第二实施例的架构示意图。

图4为本发明液晶投影系统第三实施例的架构示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明和技术内容，现就结合附图说明如下：

图2为本发明可提升影像效能的液晶投影系统70第一实施例的架构示意图，该架构由一光源模组、一分光合光模组、一影像调变模组及一投影镜头所组成。该光源模组包括射出白色光的光源50以及将白色光作偏极化处理的极化元件51；该分光合光模组包括提供分离光束的分色镜52、提供光束反射的第一、第二反射镜53、54(在其它的实施例中，这些反射镜可以用其它的反射元件，例如棱镜来取代)、改变入射光偏极方向的半波片55(λ/2波片，λ＝632.8nm)、提供偏极分光的第一偏极光元件56和第二偏极光元件57，以及提供分色处理的分色元件58；该影像调变模组用于将输入的偏极光调变成含有影像讯号的另一极性偏极光并反射输出，包括反射式液晶板60R、60G、60B；该投影镜头59投射光束至屏幕(未图示)用以显示图像。其中，光源模组的极化元件51设于光源50的输出光路路径上，用于将白色的非偏极光源转换成具有三原色(R、G、B)的一偏极光源W_S(S为垂直偏极光)。该极化元件51和该光源50共同构成光源模组。另，本发明可提升影像效能的液晶投影系统70的分光合光模组进一步包括第一和第二聚光透镜61、62，用以使光路维持收敛状态，让光能量平行传递。

上述说明中，分光合光模组的分色镜52和第二反射镜54，均设于极化元件51的输出方向上，其中该分色镜52将极化元件51所输出的三原色偏极光W_S分离出两道光束，其一为经由设于分色镜52上方的第一反射镜53反射输出的单原色偏极光G_S，另一为经由设于分色镜52左侧的第二反射镜54反射输出的双原色偏极光R_S、B_S。

该第一偏极光元件56、第二偏极光元件57和分色元件58粘合成一体而呈“L”形架构。该第一偏极光元件56针对单原色偏极光的偏极状态(P极或S极)作出穿透或反射的偏极分光。该第二偏极光元件57设于第一偏极光元件56下方并邻近投影镜头59，用于针对双原色偏极光的偏极状态(P极或S极)作出穿透或反射的偏极分光。该分色元件58设于第二偏极光元件57的右侧，用于将双原色偏极光的其中之一原色偏极光反射，另一原色偏极光则穿透。该第一、第二偏极光元件56、57为传统的由两个等腰直角棱镜的底边粘合而成的一偏极光分光棱镜PBS。该分色元件58为一传统的也由两个等腰直角棱镜的底边粘合而成的一双色棱镜(Dichroic Prism)。

影像调变模组将输入的偏极光调变成含有影像讯号的另一极性偏极光并反射输出，包括第一反射式液晶板60G、第二反射式液晶板60B和第三反射式液晶板60R，其中第一反射式液晶板60G设于第一偏极光元件56一侧，而第二反射式液晶板60B和第三反射式液晶板60R分别设于分色元件58的两侧。该投影镜头59设于第二偏极光元件57一侧，用以将调变过的偏极光投射到屏幕显示。

另，该半波片55设于第一偏极光元件56和第二偏极光元件57之间，用来改变入射光束的极性(P极或S极)。该第一聚光透镜61设于第一反射镜53和第一偏极光元件56之间，而第二聚光透镜62设于第二反射镜54和第二偏极光元件57之间，用以使入射光束维持收敛状态，提升光利用率。

图3为本发明可提升影像效能的液晶投影系统第二实施例71的架构示意图。在本实施例中，极化元件51输出的偏极光为W_S。经由分色镜52将W_S三原色偏极光中的绿光G_S反射输出至第一反射镜53，红蓝光R_S、B_S则穿透输出至第二反射镜54。绿光G_S经第一反射镜53反射输出至第一聚光透镜61，经汇聚后射入第一偏极光元件56。该第一偏极光元件56为一PBS，针对偏极光中的P光穿透，而S光反射，故绿光G_S会经由该第一偏极光元件56反射输出至第一反射式液晶板60G。绿光G_S经由第一反射式液晶板60G调变转换成另一极性并带有影像讯号的绿光G_p，进一步穿透入射至半波片55。该半波片55将绿光G_p改变极化方向后以其原极化状态G_S入射该第二偏极光元件57。该第二偏极光元件57也为一PBS，也针对偏极光中的P光穿透，而S光反射，故绿光G_S被反射输出至投影镜头59。

另，分色镜52输出的红蓝光R_S、B_S经第二反射镜54的反射和第二聚光透镜62的汇聚后输入至第二偏极光元件57，经反射后输出至分色元件58。分色元件58为一双色棱镜，主要针对蓝光反射，红光穿透，因此，红蓝光R_S、B_S中的蓝光B_S会反射至第二反射式液晶板60B，而红光R_S则穿透进入第三反射式液晶板60R，从而使蓝光B_S经由第二反射式液晶板60B调变转换成另一极性并带有影像讯号的蓝光B_P反射输出至分色元件58，而红光R_S经由第三反射式液晶板60R调变转换成另一极性并带有影像讯号的红光R_P反射输出至分色元件58。再由分色元件58将红蓝光B_P、R_P分别反射、穿透输出至第二偏极光元件57，以使得第二偏极光元件57将分色元件58输出的红蓝光B_P、R_P穿透输出至投影镜头59，并将经第一偏极光元件56和半波片55输出的绿光G_S一并反射输出至投影镜头59。最后，投影镜头59输出包括有影像讯号的三原色光束B_P、G_S、R_P，投射到屏幕以显示影像画面。

上述实施例和图2基本架构的不同之处在于，图2中的“L”形棱镜组共由6个尺寸相同的等腰直角棱镜粘合而成，而本实施例中的“L”形棱镜组则由5个等腰直角棱镜粘合而成，其中图2中的2个等腰直角棱镜571、581在本实施例中由一尺寸相当的大等腰直角棱镜578所替代，这样可节省棱镜加工和组装的成本。

配合图2，请参考图4，图4为本发明可提升影像效能的液晶投影系统第三实施例72的架构示意图。该实施例和图2所示的基本架构的不同之处在于，其分色元件是一尺寸较小的双色棱镜58’，这样可使该实施例的液晶投影系统的架构更为紧凑。

综上所述，在本发明中，分色镜52分离出的双原色光红光R和蓝光B均以S偏极光的形式入射第二偏极光元件57和双色棱镜58、58’；该分色镜52分离出的单原色光绿光G也以S偏极光形式入射第一和第二偏极光元件56、57。因S偏极光在PBS可有效利用99％，但P偏极光则只有90％的利用率，其余10％会有干涉现象而产生色相偏离现象，因此，以R_s、G_s、B_s偏极形式进入PBS可提高原色光使用效率，有效解决光色相偏离的问题并改善对比，从而提升投影影像效能。另，本发明利用两个偏极光元件56、57和一分色元件58、58’组成的一“L”形棱镜模块，就可实现直接偏光和分光的效果，棱镜之间除半波片55之外并无其它光学元件粘合其间，这样可降低系统成本并提升系统可靠度。此外，该“L”形棱镜模块除由传统的6个等大的等腰直角棱镜组成外，也可由4个等大的等腰直角棱镜和1个较大的等腰直角棱镜组成，或也可由4个等大的等腰直角棱镜和2个较小的等腰直角棱镜组成。因此，本发明液晶投影系统70、71、72也具有生产便利、组装容易、成本较低的优点。

以上所介绍的，仅仅是本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明实施的范围，即本技术领域内的一般技术人员根据本发明所作的均等的变化，例如将以上实施例中的各个器件进行组合。以和本领域内技术人员熟知的改进，都应仍属于本发明专利涵盖的范围。

Claims

1.一种可提升影像效能的液晶投影系统，包括一光源模组、一分光合光模组、一影像调变模组以及一投影镜头，该光源模组提供一白色第一偏极化光束至该分光合光模组；该分光合光模组将该白色偏极化光束进行分光处理后输出至影像调变模组；该影像调变模组将输入的偏极光调变成含有影像讯号的另一偏极光后再输出至分光合光模组；该分光合光模组将含有影像讯号的另一偏极光结合后经由该投影镜头输出；其特征在于：

该分光合光模组包括一分色镜、一第一反射面、一第二反射面、一半波片、一第一偏极光元件、一第二偏极光元件以及一分色元件；该分色镜将来自光源模组的白色第一偏极化光束分离成一多波段第一偏极光和一第一波段第一偏极光；该第一反射面设置在该分色镜的一输出侧，将该第一波段第一偏极光导引至该第一偏极光元件；该第二反射面设置在该分色镜的另一输出侧，将该多波段第一偏极光导引至该第二偏极光元件，该多波段第一偏极光经由该第二偏极光元件反射后入射该分色元件，该分色元件将该多波段第一偏极光分离成一第二波段第一偏极光和一第三波段第一偏极光；

该影像调变模组分别设置在该第一偏极光元件和该分色元件的侧部，分别将经由第一偏极光元件反射后入射的该第一波段第一偏极光调变后输出第一波段第二偏极光至第一偏极光元件、将该第二波段第一偏极光调变后输出第二波段第二偏极光至第二偏极光元件以及将该第三波段第一偏极光调变后输出第三波段第二偏极光至第二偏极光元件；该第一波段第二偏极光经由该第一偏极光元件反射后入射半波片，该半波片将该第一波段第二偏极光转换成第一波段第一偏极光后入射第二偏极光元件；

该投影镜头设置在该第二偏极光元件的一侧，将来自第二偏极光元件的第一波段第一偏极光、第二波段第二偏极光及第三波段第二偏极光光束投射至屏幕用以显示影像。

2.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该分色镜分离出的第一波段第一偏极光和多波段第一偏极光均以S偏极光的形式分别入射该第一偏极光元件和该第二偏极光元件。

3.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该分光合光模组进一步包括一第一聚光透镜和一第二聚光透镜，该第一聚光透镜设于第一反射镜和第一偏极光元件之间，而该第二聚光透镜设于第二反射镜和第二偏极光元件之间。

4.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该第一、第二偏极光元件和该分色元件相互结合成一体。

5.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该半波片设置在该第一偏极光元件和该第二偏极光元件之间。

6.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该第一偏极光元件是一偏极光分色棱镜。

7.如权利要求6所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该第二偏极光元件是一偏极光分色棱镜。

8.如权利要求7所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该分色元件是一双色棱镜。

9.如权利要求8所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该分色元件的尺寸小于该第一和第二偏极光元件的尺寸。

10.如权利要求8所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该第一、第二偏极光元件和该分色元件结合成一“L”形架构，该架构由6个等腰直角棱镜粘合而成。

11.如权利要求8所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该第一、第二偏极光元件和该分色元件结合成一“L”形架构，该架构由5个等腰直角棱镜粘合而成。

12.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该影像调变装置包括一第一反射式液晶板、一第二反射式液晶板和一第三反射式液晶板，该第一反射式液晶板设置在该第一偏极光元件一侧，该第二反射式液晶板和该第三反射式液晶板则分别设置在该分色元件的两侧。

13.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该光源模组包括一白色光源以及一极化元件。

14.如权利要求1所述的可提升影像效能的液晶投影系统，其特征在于该光源模组提供单一S极光源。