CN1128549C - 可用来显示电子影像的投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用来显示电子影像的投影显示装置，该装置包含一光源，一投影镜头，第一、第二及第三调变单元，每一调变单元用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性；一光学模组，其包含有第一及第三分极镜，以及一第二分色镜，第一及第三分极镜近似沿一平面排列，而第二分色镜则与该第一及第三分极镜相垂直；以及一输入镜片组，设于光源与光学模组之间，其包含有一第四分色镜，用来将三色极化光分为一内含有一色极化光的单色光束以及一内含有两色极化光的双色光束，以及一极性转换片，本发明的投影显示装置与传统显示装置相比较，红、绿、蓝三色输入光线在投影显示装置内所走过的光程距离大约相等，而且光程非常的短，本发明的投影显示装置的结构非常简单，造价较低，而且投影效果也比较好。

Description

可用来显示电子影像的投影显示装置

本发明涉及投影显示装置，尤指一种可用来显示电子影像的投影显示装置。

先请参考图1。图1为已知液晶投影机的投影显示装置10的示意图。投影显示装置10包含有一近似白色的光源12，用来产生光线，一光均匀化装置(uniformillumination optical device)14设于光源12的前，用来将光源12发出的光线转换成照度均匀且近似方形的光束，一分色装置16，用来将光源12所产生的光线分成红(R)、绿(G)、蓝(B)三束不同颜色的输入光线，一近似方形的分色棱镜(trichromatic prism)18，其包含有三输入面18a及一输出面18b，用来将红绿蓝三束不同颜色的输入光线合成为一束输出光线输出，三光调变装置(modulation device)20，由单色液晶板(liquid crystal panels)所构成，分别设于分色棱镜18的三输入面前，用来调变三束输入的光线以产生内含有电子影像的输出光线，三聚焦镜片17、19、21，分别设于三光调变装置20前，用来将分色装置16所产生的红绿蓝三束输入光线聚集于三光调变装置20上，以及一投影镜头22，设于分色棱镜18的输出面前，用来将分色棱镜18所产生的输出光线投射至一荧幕24上。光调变装置20由透明的单色液晶显示器所构成，用来显示一单色的电子影像。分色棱镜18则会将三个单色液晶显示器20所产生的三个单色影像合成为一个彩色影像并由其输出面18b输出。

分色装置16包含有一第一分色镜(dichroic mirror)26，用来将光均匀化装置14所产的方形白色光束中先分离出一种色光，一反射镜27用来将分色镜片26所产生的光反射至聚焦镜片17，一第二分色镜28用来分离其余二种色光。光均匀化装置14所产生的方形白色光束可由第一分色镜26，以透射的方式先分出红色输入光线，然后由第二分色镜28将蓝色输入光线，由分色镜26的反射光线中以反射的方式分出并传至聚焦镜片19，而绿色输入光线则是由第二分色镜28透过，并经由二片透镜30以及二片反射镜32传入聚焦镜片21。

由分色装置16的结构很明显的可以看出，红、蓝、绿三色输入光束在分色装置16内所走过的光程度短不一样。红色以及蓝色输入光线各经过一个分色镜片以及一个反射镜，两者的光程约略相等，但是绿色输入光线的光程则比红色及蓝色输入光线多出很多。由于距离不同会影响光线的照度，为了弥补绿色输入光线因光程较长而产生的照度损失，二片透镜30分别被置于二片反射镜32的前端，用来聚焦光线以弥补绿色输入光线因传递的距离过远而产生照度不足与均匀度不同的问题。而二片透镜30的设置使绿色输入光线所经过的光程变得更为复杂，并使投影显示装置10的成本提高。这些问题都是因为分色装置16所产生的红、蓝、绿三色输入光线在分色装置16内所走过的光程度长短不一而引起的。

因此，本发明的主要目的是针对上述投影显示装置存在的问题，提供一种可用显示电子影像的投影显示装置，该投影显示装置可利用一L型光学模组来解决上述的光程长短不一的问题，并且可以减化已知投影显示装置的光学设计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该装置包含有，

一光源，用来产生一极性相同的红绿蓝三色极化光束；

一投影镜头，用来将第二分色镜的输出光束投射至一荧幕上；

第一、第二及第三调变单元，每一调变单元用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性；

一光学模组，其包含有第一及第三分极镜(polarization beam splitter mirror)，以及一第二分色镜(dichroic mirror)，第一及第三分极镜近似沿一平面排列，而第二分色镜则与该第一及第三分极镜相垂直；以及

一输入镜片组，设于光源与光学模组之间，其包含有一第四分色镜，用来将三色极化光分为一内含有一色极化光的单色光束以及一内含有两色极化光的双色光束，以及一极性转换片(retarder film)，用来将该双色光束中的一色极化光的极性转变成另一极性，而二光束会分别由二相垂直的方向输入光学模组；

其中，单色光束会被传向所述第一分极镜，而双色光束则会被传向所述第三分极镜，所述第一分极镜会将该单色光束导向该第一调变单元，并将该第一调变单元反射而回的第一调变光束导向第二分色镜，所述第三分极镜则会将双色光束依据其极性分成二单色光束并分别导向第二及第三调变单元，而后再将第二及第三调变单元反射而回的第二及第三调变光束导向该第二分色镜，该第二分色镜则会将该第一、第二及第三调变光束合成为一输出光束后输出。

因此，本发明的投影显示装置与已知液晶投影机的投影显示装置相比较，红、绿、蓝三色输入光线在投影显示装置内所走过的光程距离大约相等，而且光程非常的短，不需要使用任何多余的透镜及反射镜的组件，来帮助分离各个输入光线或弥补因光程长短上的差异而产生的照度变化。此外，由于输入镜片组的各个元件是以可调整的方式安装于投影显示装置内，使用者可以在必要时很轻易的调整输入镜片组各个元件以对各个输入光线的路径做些微微调整即可，本发明的投影显示装置的结构非常简单，造价较低，而且投影效果也比较好。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步地详细说明：

图1为已知的液晶投影机的投影显示装置的示意图。

图2为本发明液晶投影机的投影显示装置的示意图。

图3为图2中L型光学模组的示意图。

图4为图2中第一调变单元的示意图。

图5为图2中输入镜片组的示意图。

图6为图2中的另一输入镜片组的示意图。

图7为图2中的第三种输入镜片组的示意图。

图中：

              40                  投影显示装置

              42                  光源

              44                  第一调变单元

              46                  第二调变单元

              48                  第三调变单元

              50                  L型光学模组

              52、90、94          输入镜片组

              54                  投影镜头

              56                  荧幕

              57                  灯管

              58                  光极化装置

              59                  光均匀化装置

              60                  第一柱体

              62                  第二柱体

              64                  第三柱体

              66                  三角形柱体

              70                  第一分极镜

              72                  第二分色镜

              74                  第三分极镜

              76                  第四分色镜

              78                  极性转换片

              80、82              反射镜

              92                  极性纯化片

              96                  反射式影像调变

                                  装置

              98                  四分之一波长延

                                  迟装置

请参阅图2，图2为本发明的投影机的投影显示装置40的示意图。投影显示装置40包含有一光源42，用来产生一极性相同的红绿蓝三色极化光束，第一、第二及第三调变单元44、46、48，均用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性，一L型光学模组50，用来控制各个单色极化光的路径，以及一投影镜头54，用来将L光学模组50的输出光束投射至一荧幕56上。

光源42包含有一灯管57，用来产生红绿蓝三色非极化光，一光极化装置(polarization converter)58，用来将三色非极化光转换成三色极化光，以及一光均匀化装置59，用来使灯管57所发出的三色非极化光或是光极化装置58所产生的三色极化光均匀地朝向镜片组方向行走。

请参阅图3，图3为L型光学模组50的示意图。L型光学模组50包含有三个近似相同的方形透明柱体，即第一、第二及第三柱体60、62、64，三个透明柱体系由复数个透明的三角形柱体66所组合而成。第二柱体62位于第一及第三柱体60、64之间，第一及第三柱体60、64内的一对角线处各设有一第一及第三分极镜(polarization beam splitter mirror)70、74，第二柱体62内的一对角线处设有一第二分色镜(dichroic mirror)72，第一及第三分极镜70、74为近似沿一平面排列，而第二分色镜72则与第一及第三分极镜70、74相垂直，此外，每一分极镜70、74或分色镜72均设于二三角形柱体66之间。L型光学模组50的内侧系为一内凹的直角，其系由第一及第三柱体60、64的一垂直侧边61、65所构成，用来输入光线。

请参阅图4，图4为第一调变单元44的示意图。每一调变单元44、46或48包含有一反射式影像调变装置96，用来以反射的方式调变一入射式光束以产生一反射光束，以及一四分之一波长延迟装置(quarter-wave retarder)98，用来将入射光束及反射光束各延迟四分之一波长，以使调变单元44所生的反射光束与入射光束的极性相反。反射式影像调变装置96可为数字式微镜面装置(digitalmicro-mirror device)，也可为反射式液晶显示器(liquid crystal display)。

请参阅图5，图5为输入镜片组52的示意图。输入镜片组52设于光源42与L型光学模组50的内侧之间。输入镜片组52包含有一第四分色镜76，用来将红绿蓝三色极化光分为一内含有绿色极化光的单色光束以及一内含有红蓝极化光的双色光束，一极性转换片(retarder film)78，用来将分出的双色光束中的蓝色极化光的极性转变成另一极性，以及二反射镜80、82，用来将单色光束及双色光束分别垂直地输入位于L型光学模组50内侧的二垂直侧边61、65。

请结合图2、图3，当二光束分别被垂直地输入位于L型光学模组50内侧的二垂直侧边61、65时，单色光束会被传向第一柱体60内的第一分极镜70，而双色光束则会被传向第三柱体64内的第三分极镜74。

第一分极镜70会将单色光束以反射的方式导向第一调变单元44，而第一调变单元44反射而回的调变后的单色光束则会穿透过第一分极镜70而传至第二柱体62内的第二分色镜72。然而，当第一调变单元44置于第一柱体60的另一三角形柱体66的外侧时，单色光束会穿过第一分极镜70而传至第一调变单元44，而第一调变单元44反射而回的调变后的单色光束则会经由第一分极镜70的反射而导向第二分色镜72。

第三分极镜74会将双色光束依据其极性分成红色光束及蓝色光束并分别以反射及穿透的方式将红色光束及蓝色光束导向第二及第三调变单元46、48，而第二调变单元46反射而回的调变后的红色光束会穿过第三分极镜74而传至第二柱体62内的第二分色镜72，第三调变单元48反射而回的调变后的蓝色光束会被第三极镜74以反射的方式传至第二分色镜72。

第三分极镜74也可将红色光束及蓝色光束的处理方式调换，即，红色光束及蓝色光束分别以穿透及反射的方式导向第三及第二调变单元48、46，而第二调变单元46反射而回的调变后的蓝色光束会穿透第三分极镜74而传至第二柱体62内的第二分色镜72，第三调变单元48反射而回的调变后的红色光束会被第三分极镜74以反射的方式传至第二分色镜72。

最后第二分色镜72会将第一分极镜70所传来的调变后的绿色光束以反射的方式传向投影镜头54，以及将第三分极镜74所传来的调变后的红色及蓝色光束以穿透的方式传向投影镜头54。然而若投影镜头54及荧幕56是设于第二柱体62的另一三角形柱体66的外侧时，第二分色镜72会将第一分极镜70所传来的调变后的绿色光束以穿透的方式传向投影镜头54，以及将第三分极镜74所传来的调变后的红色及蓝色光束以反射的方式传向投影镜头54以使调变后的红色、蓝色及绿色光束合成为一输出光束并投射至荧幕56上。

请参图6，图6为本发明另一输入镜片组90的示意图。输入镜片组90的第四分色镜76系位于L型光学模组50内侧的二垂直侧边61、65之间的对角线上，而极性转换片78则是紧贴于L型光学模组50内侧的一垂直侧边65的上，用来将第四分色镜76所产生的双色光束中的蓝色极化光的极性转变成另一极性。输入镜片组90另包含有一极性纯化片(polarization film)92紧贴于L型光学模组50内侧的另一垂直侧边61的上，用来纯化第四色镜76所产生的单色光束。

请参阅图7，图7为本发明第三种输入镜片组94的示意图。输入镜片组94的第四分色镜76位于L型光学模组50内侧的二垂直侧边61、65之间的对角线上，而极性转换片78则位于第四分色镜76与光源42之间。极性转换片78会先将红绿蓝三色极化光中的蓝色极化光的极性转变成另一极性，而后第四分色镜76会将极性转换片78所产生的三色极化光分为一内含有绿色极化光的单色光束以及一内含有红蓝色极化光的双色光束，而双色光束内的红蓝色极化光的极性不同。

由投影显示装置40的结构很明显的可以看出，红、绿、蓝三色输入光线在投影显示装置40内所走过的光程距离大约相等，而且光程非常的短，因此投影显示装置40不需要使用任何多余的透镜及反射镜的组件，来帮助分离各个输入光线或弥补因光程长短上的差异而产生的照度变化。此外，由于输入镜片组50、90、94内的各个元件是以可调整的方式安装于投影显示装置40内，使用者可以在必要时很轻易的调整输入镜片组50、90、94内的各个元件以对各个输入光线的路径做些微微调整。与已知液晶投影机的投影显示装置10相比较，本发明的投影显示装置40的结构非常简单，造价较低，而且效果也比较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明所做的同等变换，均应属本发明所覆盖范围。

Claims (19)

1.一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：该装置包含有，

一光源，用来产生一极性相同的红绿蓝三色极化光束；

一投影镜头，用来将第二分色镜的输出光束投射至一荧幕上；

第一、第二及第三调变单元，每一调变单元用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性；

一光学模组，其包含有第一及第三分极镜，以及一第二分色镜，第一及第三分极镜近似沿一平面排列，而第二分色镜则与该第一及第三分极镜相垂直；以及

一输入镜片组，设于光源与光学模组之间，其包含有一第四分色镜，用来将三色极化光分为一内含有一色极化光的单色光束以及一内含有两色极化光的双色光束，以及一极性转换片，用来将该双色光束中的一色极化光的极性转变成另一极性，而二光束会分别由二相垂直的方向输入光学模组；

其中，单色光束会被传向所述第一分极镜，而双色光束则会被传向所述第三分极镜，所述第一分极镜会将该单色光束导向该第一调变单元，并将该第一调变单元反射而回的第一调变光束导向第二分色镜，所述第三分极镜则会将双色光束依据其极性分成二单色光束并分别导向第二及第三调变单元，而后再将第二及第三调变单元反射而回的第二及第三调变光束导向该第二分色镜，该第二分色镜则会将该第一、第二及第三调变光束合成为一输出光束后输出。

2.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的光学模组系为一L型光学模组，包含有三个近似相同的方形透明柱体，即第一、第二及第三柱体，第二柱体位于该第一及第三柱体之间；所述的第一及第三分极镜分别设于第一及第三柱体内的一对角线处，第二分色镜设于第二柱体内的一对角线处；L型光学模组的内侧为一内凹的直角，由第一及第三柱体的一垂直侧边所构成，用来输入光线。

3.如权利要求2所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的三个近似相同的方形透明柱体由复数个透明的三角形柱体所组合而成，而每一分极镜或分色镜均设于二三角形柱体之间。

4.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的光源包含有一灯管用来产生红绿蓝三色非极化光，以及一光极化装置，用来将三色非极化光转换成三色极化光。

5.如权利要求4所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的光源还包含有一光均匀化装置，用来使灯管所发出的三色非极化光或是该光极化装置所产生的三色极化光均匀地朝向一个预定的方向进行。

6.如权利要求2所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的输入镜片组的第三分色镜先将该光源所发出的三色极化光分为一内含有一色极化光的单色光束以及一内含有两色极化光的双色光束，其后极性转换片则将该双色光束中的一色极化光的极性转变成另一极性。

7.如权利要求6所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的输入镜片组还包含有二反射镜，用来将二光束分别地垂直输入位于该L型光学模组内侧的二垂直侧边。

8.如权利要求6所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的输入镜片组的第四分色镜位于L型光学模组内侧的二垂直侧边之间的对角线上，而极性转换片则紧贴于该L型光学模组内侧的一垂直侧边之上，用来将第四分色镜所产生的双色光束中之一色极化光的极性转变成另一极性。

9.如权利要求8所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的输入镜片组还包含有一极性纯化片，该纯化镜紧贴于L型光学模组内侧的另一垂直侧边的上，用来纯化第四分色镜所产生的单色光束。

10.如权利要求2所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的输入镜片组的极性转换片先将三色极化光中的一色极化光的极性转变成另一极性，而后第四分色镜会将该极性转换片所产生的三色极化光分为一内含有一色极化光的单色光束以及一内含有两色极化光的双色光束，而该双色光束内的二色极化光的极性不同。

11.如权利要求10所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的第四分色镜位于L型光学模组内侧的二垂直侧边之间的对角线上，而极性转换片则位于第四分色镜与光源之间。

12.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的第一分极镜将单色光束以反射的方式导向第一调变单元，而第一调变单元反射而回的第一调变光则会穿透过第一分极镜而传至第二分色镜。

13.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的单色光束会穿透过第一分极镜而传至第一调变单元，而第一调变单元反射而回的第一调变光则会经由第一分极镜的反射而导向第二分色镜。

14.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的双色光束中的一单色光束被第三分极镜以反射的方式传至第二调变单元，而双色光束中的另一单色光束则会穿透过第三分极镜而传至第三调变单元，第二调变单元反射而回的第二调变光束则会穿过第三分极镜而传至该第二分色镜，而第三调变单元反射而回的第三调变光则会被第三分极镜以反射的方式传至第二分色镜。

15.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的每一调变单元包含有一反射式影像调变装置，用来以反射的方式调变一入射光束以产生一反射光束，以及一四分之一波长延迟装置，用来将该入射光束及反射光束各延迟四分之一波长，以使调变单元所产生的反射光束与该入射光束的极性相反。

16.如权利要求15所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的反射式影像调变装置为一数字式微镜面装置。

17.如权利要求15所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的反射式影像调变装置为一反射式液晶显示器。

18.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的第二分色镜将第一分极镜所传来的第一调变光束以反射的方式传向荧幕方向输出，以及将第三分极镜所传来的第二及第三调变光束以穿透的方式传向荧幕方向以使该第一、第二及第三调变光束得以合成为输出光束。

19.如权利要求1所述的可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于：所述的第二分色镜将第一分极镜所传来的第一调变光束以穿透的方式传向荧幕方向输出，以及将第三分极镜所传来的第二及第三调变光束以反射的方式传向荧幕方向以使第一、第二及第三调变光束得以合成为输出光束。

Images