CN1204437C - 反射式光阀显像系统 - Google Patents
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Abstract
一种反射式光阀显像系统，包括一棱镜模块，含有两外表面及一侧表面，内部介于两外表面间具有倾斜的两相邻切面；一金属线栅偏光器，设在靠侧表面的一切面上；一反射式光阀，设在靠金属线栅偏光器的外表面附近；以及一透镜组，设在另一外表面附近。由偏光片预先极化照明光束形成所需极性光束，令均一极性照明光束射入棱镜模块，经全反射后入射至金属线栅偏光器，由金属线栅偏光器完全反射各种入射角度的极性光束，照射至反射式光阀，经光阀调变后再投射至透镜组，形成图像。本发明可避免斜向入射的极化分离损失，增加系统图像的对比，并使显像系统空间配置更具弹性。
Description
技术领域
本发明涉及一种显像系统，特别是涉及一种使用棱镜模块的反射式光阀显像系统。
背景技术
现有显像系统为了配合光阀对特定极性光束的需求，预先将照明光束形成单一极性光束，再以单一极性照射光束照射至光阀，以提高显像画面的质量。
如图1所示，现有显像系统10使用一极性偏光器11(polarizing beamsplitter，PBS)作为极化照明光束的手段，该极性偏光器11由两个直角柱状棱镜111、112的斜边相互粘结形成方形剖面棱镜，并在该粘结斜边表面上设一极性分离镀层113(polarization splitting coating)，通过极性分离镀层113选择性反射特定极性光束的特性，进行极化光束。当混含P极性(平行于图1的纸面)及S极性(垂直于图1的纸面)的照明光束12，照射设于极性偏光器11一侧的偏光片15(Polarizer)，仅让S极性照明光束12穿过，并投射进入直角柱状棱镜111，再斜向入射至极性分离镀层111，S极光束被反射，转向由直角柱状棱镜111另一边穿出，并投射至邻近LCOS反射式光阀13(Liquid Crystal On Silicon)，由反射式光阀改变极性，即由S极性改变为P极性，调变后形成一具有图像信息的光束，经LCOS反射式光阀13反射后，又由直角柱状棱镜111同一边射入极性偏光器11，再入射至极性分离镀层113，极性分离镀层113让P极光束直接穿过，进入直角柱状棱镜112，并入射至透镜组14，形成一图像。
由于传统极性偏光器具有角度相依性(angular dependence)，即传统极性偏光器对于各种斜向角度入射的光束(skew rays)，会因方向不同而产生偏极性不同的光束，造成部分极性光束转换的损失，形成严重的对比度不均匀及对比度偏低的问题。因此现有显像系统10构件配置时，将受限于极性分离镀层113相对于入射照明光束及光阀反射光的偏极角度特性分布，一般仅应用于光束发散角较小(即光圈F/#较大)的光学系统中，因而降低光学系统的亮度输出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射式光阀显像系统，可减少照明光束斜向入射损失，以提高入射照明光束极化分离效果，增加画面的对比。
本发明的另一目的在于提供一种反射式光阀显像系统，使构件间配置降低限制，增加配置弹性，并缩减背焦距离。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种反射式光阀显像系统，包括：一棱镜模块，含有两外表面及一侧表面，内部介于两外表面间具有倾斜的两相邻切面；一金属线栅偏光器，设在靠近于该侧表面的前述一切面上；一反射式光阀，设在前述靠近于金属线栅偏光器的外表面附近；以及一透镜组，设在前述另一外表面附近。
本发明还提供一种棱镜模块，为一柱状棱镜包括：两外表面；一侧表面，位于两外表面一侧；两切面，相邻位于棱镜模块内部，倾斜介于两外表面间；以及一金属线栅偏光器，设于靠近于该侧表面的前述一切面上。
本发明还提供一种使用上述的棱镜模块的反射式光阀显像系统，包括：一合光棱镜，为一块状棱镜，含有同一水平的四个表面；三棱镜模块，分别以一外表面面对并设于前述四个表面中三个表面邻近，其中该棱镜模块为一柱状棱镜，包括：两外表面；一侧表面，位于两外表面一侧；两切面，相邻位于棱镜模块内部，倾斜介于两外表面间；以及一金属线栅偏光器，设于临近于该侧表面的前述一切面上；一透镜组，设于前述四个表面中一个表面附近；三反射式光阀，分别设于三棱镜模块的另一外表面邻近；以及三光束，分别投射并经三棱镜模块，反射至三反射式光阀。
进一步说明，本发明由一偏光片预先极化照明光束形成所需极性光束，令均一极性照明光束射入棱镜模块，棱镜模块具有两实质平行的外表面，以及跨两外表面对角边的金属线栅偏光器，使入射至棱镜模块内照明光束经全反射后，投射于金属线栅偏光器上，由金属线栅偏光器完全反射各种入射角度的极性光束，照射至反射式光阀，再经光阀调变后反射至透镜组，形成图像。
附图说明
图1为现有显像系统的光路径示意图；
图2为本发明第一实施例显像系统光路径的示意图；
图3为本发明第二实施例显像系统光路径的示意图；
图4为本发明第三实施例显像系统光路径的示意图；
图5为本发明第四实施例显像系统的外观图。
具体实施方式
请参阅图2，为本发明第一实施例的显像系统20，包括一偏光片21、一具有金属线栅偏光器23(Wire-Grid Polarizer)的棱镜模块22、反射式光阀24及透镜组25。主要通过偏光片21及金属线栅偏光器23，将照明光束26极化成所需极性光束，入射至反射式光阀24，再反射至透镜组25，形成图像。
其中，显像系统20的棱镜模块22为一柱状棱镜，具有两实质平行的外表面221及222，一侧表面223不平行于外表面221及222，棱镜模块22内部具有跨两外表面221、222两对角边的切面224、225，该两切面224、225实质相互平行，并间隔一微小的间隙226，其中近外表面221的切面224上，设一金属线栅线偏光器23，通过间隙226防止损坏金属线栅偏光器23。此外，反射式光阀24实质平行设于外表面221附近，而透镜组25的底部则实质平行设于外表面222附近，一偏光片21实质平行设于侧表面223外侧附近，构成本发明的显像系统20。
本发明的显像系统20，由一混合P极及S极的照明光束26，从棱镜模块22侧表面223方向，以垂直方向照射至偏光片21，经过偏光片21预先极化作用，使照明光束穿过偏光片21，形成均一S极照明光束，接着进入侧表面223，通过适当选择外表面221及侧表面223的夹角θ，使照明光束26能以大于全反射临界角的较大角度，照射至外表面221，使照明光束26形成全反射，接着反射至金属线栅偏光器23，利用由金属线栅偏光器23无角度相依性，即各种不同角度入射所有光束，金属线栅偏光器23会反射特定方向极性照明光束，以及让垂直该特定方向极性照明光束穿透金属线栅偏光器23，将S极光束反射以实质垂直穿出外表面221，以避免光束反射损失，接着照射至反射式光阀24，经过反射式光阀24调变后，形成一具有图像信息的P极光束261，由反射式光阀24反射，再以近垂直穿过外表面221进入棱镜模块22，入射至金属线栅偏光器23，以P极光束261穿过金属线栅偏光器23，进入间隙226，由于间隙226间隔极小，对光路径影响很小，因此P极光束261约以相同方向前进，穿过邻接切面225，再近垂直穿过外表面222离开棱镜模块22，最后入射至透镜组25，形成一图像。
由于本发明第一实施例的显像系统20，通过偏光片21，预先极化照明光束26成所需极性光束，并适当选择照明光束26照射至外表面221的角度，令均一S极性照明光束26全反射后，入射至金属线栅偏光器23，且由于金属线栅偏光器23可完全反射各种入射角度的S极性光束，可避免斜向入射的极化分离损失，增加系统20的对比，也可以金属线栅偏光器23较大倾斜范围的角度α，约在15-40度间，使显像系统配置更具弹性。
如图3所示，其为本发明第二实施例的显像系统30，其中棱镜模块32为一柱状棱镜，具有两实质平行的外表面321及322，一侧表面323分别垂直于外表面321及322，棱镜模块32内部具有跨两外表面321、322两对角边的切面324、325，切面324及外表面321的夹角α角，约在22.5度，该两切面324、325实质相互平行，并间隔一微小的间隙326，其中近外表面321的切面324上，设一金属线栅线偏光器33，通过间隙326防止损坏金属线栅偏光器33。此外，反射式光阀34实质平行设于外表面321附近，而显像透镜组35的底部则实质平行设于外表面322附近，一偏光片31实质平行设于侧表面323外侧附近，构成本发明的显像系统30。
本发明第二实施例的显像系统30，由照明光束36以水平方向投射，垂直照射至偏光片31，预先极化成均一S极性光束，由侧表面323射入棱镜模块32后，投射于金属线栅偏光器33，将各种不同角度入射S极性光束以较大角度完全反射至外表面321，形成全反射后，又入射至金属线栅偏光器33，金属线栅偏光器33再将光束以近垂直反射出外表面321，照射至反射式光阀34，接着经过反射式光阀34调变后，形成一具有图像信息的P极光束361，再次垂直进入外表面321，依序穿过金属线栅偏光器33、间隙326及切面325，并由外表面322穿出棱镜模块32，射入透镜组35，形成图像。由于夹角α角，约在22.5度，可使反射式光阀34与透镜组35的背焦距离缩小，不仅缩减所占体积，也可减小像差。
再请参阅图4，本发明第三实施例的显像系统40，其中棱镜模块42为一柱状棱镜，具有两实质平行的外表面421及422及一侧表面423，其中该侧表面423上镀有高反射率的光学镀膜，棱镜模块42内部具有跨两外表面421、422两对角边的切面424、425，该两切面424、425实质相互平行，并间隔一微小的间隙426，其中近外表面421的切面424上，设一金属线栅线偏光器43，通过间隙426防止损坏金属线栅偏光器43。此外，一反射式光阀44实质平行设于外表面421附近，而透镜组45的底部则相对着反射式光阀44，且实质平行设于外表面422附近，此外，一偏光片41相邻反射式光阀44，并实质平行设于外表面421附近，构成本发明的显像系统40。
本发明第三实施例的显像系统40，由照明光束46以垂直向上方向投射，垂直照射至偏光片41，预先极化成均一S极性光束，由外表面421射入棱镜模块42后，照射至侧表面423，经其上的镀膜层反射后，由适当配置棱镜模块42侧表面423与靠反射式光阀44外表面421的夹角θ、及金属线栅偏光器43与棱镜模块42外表面421的夹角α，使照射至外表面421产生全反射，投射于金属线栅偏光器43，将各种不同角度入射S极性光束以近垂直反射出外表面421，照射至反射式光阀44，接着经过反射式光阀44调变后，形成一具有图像信息的P极光束461，再次垂直进入外表面421，依序穿过金属线栅偏光器43、间隙426及切面425，并由外表面422穿出棱镜模块42，射入透镜组45，形成图像。由此，本发明第三实施例的显像系统40，可进一步提供照明光束46不同入射方向与位置，使显像系统的配置更弹性。
如图5所示，其为本发明第四实施例的显像系统50，为一彩色显像系统，主要将前述第三实施例的棱镜模块42，运用于多片式反射式光阀显像系统50。其中，显像系统50具有一方块状合光棱镜56，三个棱镜模块521、522及523分别以其中一平行外表面，设置在合光棱镜56同一水平三个面附近，合光棱镜56同一水平的第四个面附近则设置一透镜组55，三个棱镜模块521、522及523的另一平行外表面附近，则分别设有三个反射式光阀541、542及543，以构成显像系统50。
本发明的显像系统50以预先经极化的S极红513、绿512、蓝511光束，分别由棱镜模块523、522及521设置反射式光阀543、542及541的外表面射入，经一次反射及一次全反射后，投射至设于棱镜模块523、522及521内的金属线栅偏光器533、532及531，将各种不同角度入射S极性光束以近垂直反射出棱镜模块523、522及521，照射至反射式光阀543、542及541，接着经过调变后，形成一具有图像信息的P极光束(未图示)，再次垂直进入棱镜模块523、522及521，穿过金属线栅偏光器533、532及531，并穿出棱镜模块523、522及521，使P极红、绿、蓝光束分别由合光棱镜56三面射入，经合光后穿出合光棱镜56射入透镜组55，形成一彩色图像。因此，通过本发明的棱镜模块，不仅可增加对比及缩短背焦距离，还可进一步提供单片或多片式反射式光阀显像系统，选择照明光束多种不同入射方向，使配置空间更具有弹性。
与第四实施例的显像系统50相比，本发明的第一，第二，第三实施例也可将照明光束先经由色彩时序产生器(Color sequential device)例如如色轮(Color wheel)、色闸(Color switch)等，提供时序性的R、G、B彩色光源，因而形成彩色图像。
同理，在前面的实施例中，也可以双亮度加强膜取代金属线栅偏光器，或在反射式光阀与棱镜模块间加一相位延迟片(Retardation plate)，用以纯化反射式光阀的输出偏极特性，或在显像透镜组与棱镜模块间另加一偏光片，用以强化输出对比等，此外，在金属线栅偏光器旁的间隙内，也可注入折射率与棱镜模块材料相近的透明液体或粘胶，用以减低光线射至间隙界面时的损耗等变更。
以上所述的仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该各较佳实施例，凡依本发明所作的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明权利要求的范围。
Claims (26)
1.一种反射式光阀显像系统，包括：
一棱镜模块，含有两外表面及一侧表面，内部介于两外表面间具有倾斜的两相邻切面；
一金属线栅偏光器，设在靠近于该侧表面的前述一切面上；
一反射式光阀，设在前述靠近于金属线栅偏光器的外表面附近；以及
一透镜组，设在前述另一外表面附近。
2.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块两外表面平行。
3.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块为柱状棱镜。
4.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该反射式光阀、透镜组的底部平行前述棱镜模块两外表面。
5.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该两切面横跨在两外表面的对角边。
6.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该两切面相互平行并间隔一微小的间隙。
7.依权利要求6所述的反射式光阀显像系统，其中该间隙注入折射率与棱镜模块材料相近的透明液体。
8.依权利要求7所述的反射式光阀显像系统，其中该透明液体为粘胶。
9.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该侧表面附近设一偏光片并由偏光片接受照明光束射入。
10.依权利要求9所述的反射式光阀显像系统，其中该偏光片平行前述棱镜模块侧表面。
11.依权利要求9所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块侧表面垂直于两外表面。
12.依权利要求9所述的反射式光阀显像系统，其中该金属线栅偏光器与棱镜模块外表面的夹角α介于15-40度。
13.依权利要求12所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块侧表面与外表面的夹角θ与前述夹角α的配置，可使入射光束在该外表面形成全反射，其中该外表面是靠该反射式光阀的面。
14.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该金属线栅偏光器也可为双亮度加强膜。
15.依权利要求1所述的反射式光阀显像系统，其中该反射式光阀相邻设一偏光片，且由偏光片接受照明光束射入。
16.依权利要求15所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块侧表面上镀有高反射率的光学镀膜。
17.依权利要求16所述的反射式光阀显像系统，其中该棱镜模块侧表面与靠反射式光阀外表面的夹角θ、及金属线栅偏光器与棱镜模块外表面的夹角α的配置，可使入射光束在该外表面形成全反射。
18.一种棱镜模块，为一柱状棱镜包括：
两外表面；
一侧表面，位于两外表面一侧；
两切面，相邻位于棱镜模块内部，倾斜介于两外表面间；以及
一金属线栅偏光器，设于靠近于该侧表面的前述一切面上。
19.依权利要求18所述的棱镜模块，其中该两外表面平行。
20.依权利要求18所述的棱镜模块，其中该两切面平行，并间隔一微小的间隙。
21.依权利要求20所述的棱镜模块，其中该间隙注入折射率与棱镜模块材料相近的透明液体。
22.依权利要求21所述的棱镜模块，其中该透明液体为粘胶。
23.一种使用棱镜模块的反射式光阀显像系统，包括：
一合光棱镜，为一块状棱镜，含有同一水平的四个表面；
三棱镜模块，分别以一外表面面对并设于前述四个表面中三个表面邻近，其中该棱镜模块为一柱状棱镜，包括：两外表面；一侧表面，位于两外表面一侧；两切面，相邻位于棱镜模块内部，倾斜介于两外表面间；以及一金属线栅偏光器，设于临近于该侧表面的前述一切面上；
一透镜组，设于前述四个表面中一个表面附近；
三反射式光阀，分别设于三棱镜模块的另一外表面邻近；以及
三光束，分别投射并经三棱镜模块，反射至三反射式光阀。
24.依权利要求23所述的反射式光阀显像系统，其中该三光束分别为经均一极化的红蓝绿色光。
25.依权利要求23所述的反射式光阀显像系统，其中该至少一光束由棱镜模块靠反射式光阀的外表面入射。
26.依权利要求23所述的反射式光阀显像系统，其中该至少一光束由棱镜模块任一侧边方向入射。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050601 Termination date: 20110828 |