CN1180631C - 投影显示装置 - Google Patents

Abstract

一种投影显示装置，包括L型光学模组件，其有第一、第二及第三偏振分束镜，及第一偏振转换镜。第一及第三偏振分束镜沿平面排列，第二偏振分束镜与第一及第三偏振分束镜垂直。第一偏振转换镜设于第二与第三偏振分束镜间。当单色及双色光束输入光学模组件后，单色光束传向第一偏振分束镜，双色光束传向第三偏振分束镜。单色光束导向第一调变单元，第一调变光束导向第二偏振分束镜，变色光束分成两单色光束，最后第二偏振分束镜将第一、第二及第三调变光束合成为输出光束。

Description

投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种投影显示装置，特别是涉及一种可用来显示电子图像的投影显示装置。

背景技术

请参考图1。图1为现有液晶投影机的投影显示装置10的示意图。投影显示装置10包括有一近似白色的光源12，用来产生光线，一光均匀化装置(uniform illumination optical device)14设于光源12之前，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，其包括有三输入面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图像的输出光线，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屏幕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图像。分色棱镜18会将三个单色液晶显示器20所产生的三个单色图像合成为一个彩色图像并由其输出面18b输出。

分色装置16包括有一第一分色镜(dichroic mirror)26，用来将光均匀化装置14所产生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所产生的色光反射至聚焦镜片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，并经由两片透镜30以及两片反射镜32传入聚焦镜片21。

由分色装置16的结构很明显地可以看出，红、蓝、绿三色输入光线在分色装置16内所走过的光程长短不一样。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，两者的光程约相等，但是绿色输入光线的光程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，两片透镜30分别被置于两片反射镜32的前端用来聚集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。而两片透镜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内所走过的光程长短不一而引起的。

发明目的

本发明的目的在于提供一种投影显示装置，其可利用一L型光学模组件来解决上述的光程长短不一的问题，并且可以减化现有投影显示装置的光学设计。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种投影显示装置，其包括有：一光源，用来产生一偏振方向相同的红绿蓝三色偏振光束；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偏振光并改变其偏振方向；一光学模组件，其包括有：第一、第二及第三偏振分束镜(polarization beam splitter mirror)，该第一及第三偏振分束镜近似沿一平面排列，该第二偏振分束镜与该第一及第三偏振分束镜相垂直；一第一偏振转换镜(retarder film)，设于该第二与第三偏振分束镜之间；以及一输入镜片组，设于该光源与该光学模组件之间，其包括有一分色镜用来将该三色偏振光分为一内含有一色偏振光的单色光束以及一内含有两色偏振光的双色光束，以及一第二偏振转换镜用来将该双色光束中的一色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向，该二光束会分别由两相垂直的方向输入该光学模组件；其中该单色光束会被传向该第一偏振分束镜，该双色光束会被传向该第三偏振分束镜，该第一偏振分束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该第二偏振分束镜，该第三偏振分束镜会将该双色光束依据其偏振分成两单色光束并分别导向该第二及第三调变单元，而后再将该第二及第三调变单元反射而回的第二及第三调变光束经由该第二偏振转换镜导向该第二偏振分束镜，该第一偏振转换镜会将该第二及第三调变光束中的一调变光束的偏振方向转变成另一偏振方向，该第二偏振分束镜则会将该第一、第二及第三调变光束合成为一输出光束而后加以输出。

附图说明

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1为现有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2L型光学模组件的示意图；

图4为图2第一调变单元的示意图；

图5为图2输入镜片组的示意图；

图6为本发明另一输入镜片组的示意图；

图7为本发明第三种输入镜片组的示意图。

具体实施方式

请参阅图2，图2为本发明的液晶投影机的投影显示装置40的示意图。投影显示装置40包括有一光源42，用来产生一偏振相同的红绿蓝三色偏振光束，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偏振光并改变其偏振方向，一L型光学模组件50，用来控制各个单色偏振光的路径，一输入镜片组52，设于光源42与L型光学模组件50的内侧之间，以及一投影镜头54，用来将L型光学模组件50的输出光束投射至一屏幕56上。

光源42包括有一灯管57用来产生红绿蓝三色非偏振光，一光偏振装置(polarization converter)58用来将三色非偏振光转换成三色偏振光，以及一光均匀化装置59用来使灯管57所发出的三色非偏振光或是光偏振装置58所产生的三色偏振光均匀地朝向一个预定的方向行进。

请参阅图3，图3为L型光学模组件50的示意图。L型光学模组件50包括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、64，三个透明柱体是由多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、第二及第三柱体60、62、64内的一对角线处各设有一第一、第二及第三偏振分束镜(polarization beamsplitter mirror)70、72、74。第二与第三偏振分束镜72、74之间设有一第一偏振转换镜(retarder film)73。第一及第三偏振分束镜70、74近似沿一平面排列，第二偏振分束镜72与第一及第三偏振分束镜70、74相垂直，且第一、第二及第三偏振分束镜70、72、74均设于二三角形柱体66之间。第一偏振转换镜73位于第二与第三柱体62、64之间。L型光学模组件50内侧为一内凹的直角，其由第一及第三柱体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包括有一反射式图像调变装置96，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(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所产生的反射光束与入射光束的偏振方向相反。反射式图像调变装置96可为数字式微镜面装置(digital micro-mirror device)，也可为反射式液晶显示器(liquidcrystal 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型光学模组件50内侧之间。输入镜片组52包括有一分色镜76用来将红绿蓝三色偏振光分为一内含有绿色偏振光的单色光束以及一内含有红蓝色偏振光的双色光束，一第二偏振转换镜78用来将分出的双色光束中的蓝色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向，以及两反射镜80、82用来将单色光束及双色光束分别垂直地输入位于L型光学模组件50内侧的两垂直侧边61、65。

如图2所示，当两光束分别被垂直地输入位于L型光学模组件50内侧的两垂直侧边61、65时，单色光束会被传向第一柱体60内的第一偏振分束镜70，而双色光束则会被传向第三柱体64内的第三偏振分束镜74。

第一偏振分束镜70会将单色光束以反射的方式导向第一调变单元44，第一调变单元44反射而回的调变后的单色光束会穿透过第一偏振分束镜70而传至第二柱体62内的第二偏振分束镜72。然而，若第一调变单元44置于第一柱体60的另一三角形柱体66的外侧时，可通过改变光束偏振的方式，以使单色光束穿透过第一偏振分束镜70而传至第一调变单元44，第一调变单元44反射而回的调变后的单色光束经由第一偏振分束镜70的反射而传至第二偏振分束镜72。

第三偏振分束镜74会将双色光束依据其偏振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，第二调变单元46反射而回的调变后的红色光束会穿透第三偏振分束镜74并经由第一偏振转换镜73而传至第二柱体62内的第二偏振分束镜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偏振分束镜74以反射的方式并经由第一偏振转换镜73传至第二偏振分束镜72。第一偏振转换镜73会将调变后的红色光束的偏振转变成另一偏振。

第三偏振分束镜74也可将红色光束及蓝色光束的处理方式调换，其为将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，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偏振分束镜74并经由第一偏振转换镜73而传至第二柱体62内的第二偏振分束镜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偏振分束镜74以反射的方式并经由第一偏振转换镜73传至第二偏振分束镜72。

请参阅图6，图6为本发明另一输入镜片组90的示意图。输入镜片驵90的第四分色镜76位于L型光学模组件50内侧的两垂直侧边61、65之间的对角线上，第二偏振转换镜78是紧贴于L型光学模组件50内侧的一垂直侧边65上，用来将分色镜76所产生的双色光束中蓝色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向。

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的分色镜76位于L型光学模组件50内侧的两垂直侧边61、65之间的对角线上，第二偏振转换镜78位于分色镜76与光源42之间。第二偏振转换镜78会先将红绿蓝三色偏振光中的蓝色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向，后分色镜76会将偏振转换镜78所产生的三色偏振光分为一内含有绿色偏振光的单色光束以及一内含有红蓝色偏振光的双色光束，而双色光束内的红蓝色偏振光的偏振不同。

最后，第二偏振分束镜72会将第一偏振分束镜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，并将第三偏振分束镜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。然而若投影镜头54及屏幕56是设于第二柱体62的另一三角形柱体66的外侧时，第二偏振分束镜72会将第一偏振分束镜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，以及将第三偏振分束镜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屏幕56上。

此外，上述第一偏振转换镜73将调变后的红色光束的偏振转变成另一偏振，但不影响蓝色光束的偏振。然而，也可使用会将蓝色光束的偏振方向转变成另一偏振方向但不影响红色光束偏振的第一偏振转换镜73，此时仅须于第一与第二偏振分束镜之间设置一第三偏振转换镜，以改变绿色光束的偏振方向，即可使单色光束(绿色)与双色光束(红色及蓝色)的偏振方向不同，如此一来，第二偏振分束镜72即可分别以穿透反射(或反射及穿透)的方式将调变后的红色、蓝色及绿色光束合成为一输出光束并投射至屏幕56上。

由投影显示装置40的结构很明显地可以看出，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内的各个元件以可调整的方式安装于投影显示装置40内，使用者可以于必要时很轻易地调整输入镜片组50内的各个元件以对各个输入光线的路径做一些微调整。与现有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，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种投影显示装置，其包括有：

一光源，用来产生一偏振方向相同的红绿蓝三色偏振光束；

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偏振光并改变其偏振方向；

一光学模组件，其包括有：

第一、第二及第三偏振分束镜(polarization beam splitter mirror)，该第一及第三偏振分束镜近似沿一平面排列，该第二偏振分束镜与该第一及第三偏振分束镜相垂直；

一第一偏振转换镜(retarder film)，设于该第二与第三偏振分束镜之间；以及

一输入镜片组，设于该光源与该光学模组件之间，其包括有一分色镜用来将该三色偏振光分为一内含有一色偏振光的单色光束以及一内含有两色偏振光的双色光束，以及一第二偏振转换镜用来将该双色光束中的一色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向，该二光束会分别由两相垂直的方向输入该光学模组件；

其中该单色光束会被传向该第一偏振分束镜，该双色光束会被传向该第三偏振分束镜，该第一偏振分束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该第二偏振分束镜，该第三偏振分束镜会将该双色光束依据其偏振分成两单色光束并分别导向该第二及第三调变单元，而后再将该第二及第三调变单元反射而回的第二及第三调变光束经由该第二偏振转换镜导向该第二偏振分束镜，该第一偏振转换镜会将该第二及第三调变光束中的一调变光束的偏振方向转变成另一偏振方向，该第二偏振分束镜则会将该第一、第二及第三调变光束合成为一输出光束而后加以输出。

2.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该光学模组件为一L型光学模组件，其另包括有三个近似相同的方形透明柱体，即第一、第二及第三柱体，该第二柱体位于该第一及第三柱体之间，该第一及第三偏振分束镜分别设于该第一及第三柱体内的一对角线处，该第二偏振分束镜设于该第二柱体内的一对角线处，该L型光学模组件的内侧为一内凹的直角，其由该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所述的投影显示装置，其中该第一偏振转换镜位于该第二与第三柱体之间。

4.如权利要求1所述的投影显示装置，其另包括有一投影镜头，用来将该第二偏振分束镜的输出光束投射至一屏幕上。

5.如权利要求2所述的投影显示装置，其中该三个近似相同的方形透明柱体由多个透明的三角形柱体所组合而成，该第一、第二及第三偏振分束镜均设于两三角形柱体之间。

6.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该光源包括有一灯管用来产生红绿蓝三色非偏振光，以及一光偏振转换装置(polarization converter)用来将该三色非偏振光转换成三色偏振光。

7.如权利要求6所述的投影显示装置，其中该光源另包括有一光均匀化装置，用来使该灯管所发出的三色非偏振光或是该光偏振转换装置所产生的三色偏振光均匀地朝向一个预定的方向行进。

8.如权利要求2所述的投影显示装置，其中该输入镜片组另包括有两反射镜用来将该两光束分别地垂直传入位于该L型光学模组件内侧的两垂直侧边。

9.如权利要求7所述的投影显示装置，其中该分色镜位于该L型光学模组件内侧的两垂直侧边之间的对角线上，该第二偏振转换镜紧贴于该L型光学模组件内侧的一垂直侧边上，用来将该分色镜所产生的双色光束中的一色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向。

10.如权利要求2所述的投影显示装置，其中该输入镜片组的第二偏振转换镜会先将该三色偏振光中的一色偏振光的偏振方向转变成另一偏振方向，而后该分色镜会将该偏振转换镜所产生的三色偏振光分为一内含有一色偏振光的单色光束以及一内含有两色偏振光的双色光束，该双色光束内的二色偏振光的偏振方向不同。

11.如权利要求10所述的投影显示装置，其中该分色镜位于该L型光学模组件内侧的两垂直侧边之间的对角线上，该第二偏振转换镜位于该分色镜与该光源之间。

12.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该第一调变单元反射而回的第一调变光会穿透过该第一偏振分束镜传至该第二偏振分束镜。

13.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该单色光束会穿透过该第一偏振分束镜而传至第一调变单元，该第一调变单元反射而回的第一调变光会被该第一偏振分束镜反射而传至该第二偏振分束镜。

14.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该双色光束中的一单色光束会被该第三偏振分束镜以反射的方式传至该第二调变单元，该双色光束中的另一单色光束会穿透过该第三偏振分束镜而传至该第三调变单元，该第二调变单元反射而回的第二调变光束会穿透过该第三偏振分束镜并经由该第一偏振转换镜而传至该第二偏振分束镜，该第三调变单元反射而回的第三调变光会被该第三偏振分束镜反射并经由该第一偏振转换镜传至该第二偏振分束镜。

15.如权利要求1所述的投影显示装置，其中每一调变单元包括有一反射式图像调变装置，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(quarter-wave retarder)，用来将该入射光束及反射光束各延迟四分之一波长以使该调变单元所产生的反射光束与该入射光束的偏振方向相反。

16.如权利要求15所述的投影显示装置，其中该反射式图像调变装置为一数字式微镜面装置(digital micro-mirror device)。

17.如权利要求15所述的投影显示装置，其中该反射式图像调变装置为一反射式液晶显示器(liquid crystal display)。

18.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该第二偏振分束镜会将该第一偏振分束镜传来的第一调变光束以穿透的方式传向一预定方向输出，以及将该第三偏振分束镜经由该第二偏振转换镜所传来的第二及第三调变光束以反射的方式传向该预定方向以使该第一、第二及第三调变光束得以合成为该输出光束。

19.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该第二偏振分束镜会将该第一偏振分束镜经由该第一偏振转换镜所传来的第一调变光束以反射的方式传向一预定方向输出，以及将该第三偏振分束镜经由该第二偏振转换镜所传来的第二及第三调变光束以穿透的方式传向该预定方向以使该第一、第二及第三调变光束得以合成为该输出光束。

20.如权利要求1所述的投影显示装置，其中该光学模组件另包括有一第三偏振转换镜设于该第一与第二偏振分束镜之间，用来将该第一调变光束的偏振方向转变为另一偏振方向。

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