CN1361442A - 反射式液晶投影机 - Google Patents

Abstract

一种反射式液晶投影机,包括入射光源与三个彩色滤光棱镜。其中,第一彩色滤光棱镜具有法向矢量为(1,0,1)的第一光学镀膜,将入射光源分为两个方向,一为反射红光、蓝光,另一为透射的绿光。第二彩色滤光棱镜具有一法向矢量为(1,1,0)的第二光学镀膜,将反射后的红光再反射至红色液晶显示板上,并让反射后的蓝光透射至蓝色液晶显示板。第三彩色滤光棱镜具有一法向矢量为(1,0,1)的第三光学镀膜,使透射的绿光继续透射至绿色液晶显示板。

Description

反射式液晶投影机

本发明涉及一种反射式液晶投影机的投影元件，特别是涉及一种反射式液晶投影机投影元件中的光路。

近年来的液晶显示元件已经渐渐地广泛应用于日常生活上，如液晶电视、手提电脑以及液晶投影机等。一般的反射式液晶投影机中分光元件的光路设计可以分为离轴式(Off axial)与轴上式(On line)的设计两种。所谓离轴式的设计指其入射光源与出射光源不在同一直线上，而轴上式的设计则指其入射光源与出射光源在同一直线上。

请参照图1，其为离轴式液晶投影机中光路设计的示意图。首先提供一入射光源100，入射光源100先经过偏振化成为S偏振型态。之后再由一偏振化分束器(简称PBS)将S偏振光反射进入彩色滤光棱镜102中，进行分光的动作，经分光后投射至反射式液晶显示板104上。接着再由反射式液晶显示板104反射出一对应的P偏振光。此P偏振光会经过一合光器106加以合光，最后再透过投影物镜108投影于萤幕上。

上述离轴式液晶投影机的光路设计中，由于以彩色滤光棱镜102进行分光，并以合光器106进行合光，分光与合光的步骤是分开进行的，故可以产生对比较高的影像。虽然目前离轴式液晶投影机的技术趋于成熟，但由于光路不在同一直线上，且牵涉到对准与光程的问题，使得整个机构在调整上难度很高。此外离轴式液晶投影机仍有生产不易、生产成本高、所生产的光机高度较高(大约为6英寸)、镜头设计不易以及元件体积大等项缺点。

请参照图2，其为PHILIPS棱镜的光路设计示意图。一经过偏振化后的光源200先经过一偏振化分束器(PBS)，将S偏振型态的入射光源200反射进入分光/合光元件中。

先就分光方面而言，当入射光源200中的S偏振光反射进入分光/合光元件之后，以PHILIPS棱镜为例，其分光/合光元件由三个三角形的彩色滤光棱镜202、彩色滤光棱镜204以及彩色滤光棱镜206所组成。其中，彩色滤光棱镜202与彩色滤光棱镜204之间具有一第一光学镀膜208，彩色滤光棱镜204与彩色滤光棱镜206之间也具有一第二光学镀膜210。第一光学镀膜208具有可让红光、绿光透射，而蓝光完全反射的功能。第二光学镀膜210具有可让绿光透射，而红光完全反射的功能。

同样请参照图2，入射光源200会先进入彩色滤光棱镜202中，入射光源200中的红光、绿光会透过第一光学镀膜208而进入彩色滤光棱镜204，蓝光则会被反射至蓝色液晶显示板212以将其启动。红光、绿光在透过第一光学镀膜208进入彩色滤光棱镜204之后，绿光会继续透过第二光学镀膜210，入射至绿色液晶显示板214以将其启动，而红光则会被第二光学镀膜210反射至红色液晶显示板216以将其启动。

接着就合光方面而言，请参照图3，在液晶显示板启动之后，分别由蓝色液晶显示板212、绿色液晶显示板214以及红色液晶显示板216反射出P偏振型态的蓝光、绿光以及红光，依原路径反射出分光元件，透过偏振化分光器218，之后再进入投影物镜220中，最后投射至萤幕成像。

请参照图4，其为彩色CONOR的光路设计示意图。一光源300先经过一偏振化分束器，将入射光源300中的S偏振光反射进入彩色CONOR分光/合光元件中。

先就分光方面而言，当入射光源300中的S偏振光反射进入分光/合光元件之后，以彩色CONOR分光/合光元件为例，其分光/合光元件是由三个方形的彩色滤光棱镜所组成，包括彩色滤光棱镜302、304及306。彩色滤光棱镜302具有让红光、蓝光完全反射，而绿光透射的功能。彩色滤光棱镜304具有可让红光透射，而蓝光完全反射的功能。绿、红、蓝三色光分别被分光元件分至绿色液晶显示板308、红色液晶显示板310、蓝色液晶显示板312上。接着就合光方面而言，在液晶显示板启动之后，分别由绿色液晶显示板308、红色液晶显示板310以及蓝色液晶显示板312反射出P偏振型态的蓝光、绿光以及红光，反射出分光/合光元件，即完成合光的动作。

上述轴上式液晶投影机的光路设计虽然没有离轴式元件的缺点，但是以目前分光元件的设计仍无法有效地将整体光机的体积缩小。

现今市面上所见的分光元件，不论是PHILIPS棱镜、彩色CONER或彩色LINK都是被设计为平面式的分光，即入射光与出射光位于同一水平面上。且因为液晶投影机在OFF-SET时，投影物镜会从原先分光/合光元件出射光的位置往上提升至一固定位置，因此在分光/合光元件如PHILIPS棱镜及彩色CONER上方会预留一些空间，此空间并未被妥善的利用到，对于现今液晶投影机走向轻、薄、短、小的趋势，无疑是一种有待改进的缺点。

因此本发明提出一种更为有效利用空间的分光合光元件，利用将分光/合光元件中的光路设计由平面式改为立体式，所谓立体式就是入射光与出射光并不位于同一水平面上的光路设计，使得分光/合光元件上方预留的空间能够被更有效的利用。

本发明提出的反射式液晶投影机包括一入射光源、偏振化分光器以及彩色滤光棱镜组。先以偏振化分光器将入射光源中的S偏振型态的光反射至彩色滤光棱镜组中。彩色滤光棱镜组包括第一彩色滤光棱镜、第二彩色滤光棱镜以及第三彩色滤光棱镜。其中，第一彩色滤光棱镜具有第一光学镀膜，此第一光学镀膜平面的法向矢量为(1，0，1)，可将入射光源分成两个方向，一为反射红光、蓝光的方向，另一为透射绿光的方向。第二彩色滤光棱镜设置于第一彩色滤光棱镜的一侧，即经过第一彩色滤光棱镜反射红光、蓝光的光路径上。此第二彩色滤光棱镜具有一第二光学镀膜，第二光学镀膜平面的法向矢量为(1，1，0)，可将入射光源中的红光反射至红色液晶显示板上，并让蓝光透射至蓝色液晶显示板。第三彩色滤光棱镜，设置于第一彩色滤光棱镜的上方，即透射绿光行进的路径上。此第三彩色滤光棱镜具有一第三光学镀膜，此第三光学镀膜平面的法向矢量与第一光学镀膜的法向矢量同为(1，0，1)，可让绿光继续透射至绿色液晶显示板。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。其中，

图1为现有技术中离轴式液晶投影机的光路设计示意图；

图2为PHILIPS棱镜的光路设计示意图；

图3为PHILIPS棱镜的光路设计与其投影物镜、偏振化分光器的结合示意图；

图4为彩色CONOR的光路设计示意图；

图5为依照本发明较佳实施例中立体式光路设计的示意图。

首先，提供一入射光源400。入射光源400经过偏振化分束器，将入射光源400中的S偏振形态的光反射至分光元件中。

分光/合光元件为一彩色滤光棱镜的组合，包括第一彩色滤光棱镜、第二彩色滤光棱镜以及第三彩色滤光棱镜，其中第一、第二、第三彩色滤光棱镜为立方体结构。其中，第一彩色滤光棱镜402具有第一光学镀膜404，此第一光学镀膜404平面的法向矢量为(1，0，1)。入射光源400由第一彩色滤光棱镜402的下方沿着(0，0，1)的方向进入第一彩色滤光棱镜402，当入射光源400行进至第一光学镀膜404时，第一光学镀膜404可将入射光源400中的红光、蓝光反射而沿着(-1，0，0)的方向进入至第二彩色滤光棱镜406。而绿光则沿着原方向(0，0，1)透过第一光学镀膜404至第三彩色滤光棱镜410。

入射光源400中的红光、蓝光被第一光学镀膜404反射而沿着(-1，0，0)的方向行进，第二彩色滤光棱镜406设置于第一彩色滤光棱镜402的一侧，即被第一光学镀膜404反射的红光、蓝光的光路径上。此第二彩色滤光棱镜406具有一第二光学镀膜408，此第二光学镀膜408平面的法向矢量为(1，1，0)。第二光学镀膜408可将被第一光学镀膜404反射的红光再反射而沿着(0，1，0)的方向投射至红色液晶显示板416上，并让蓝光透射至蓝色液晶显示板418。

由上述可知，经过分光/合光元件进行分光之后，绿光的行进方向为(0，0，1)，蓝光的行进方向为(-1，0，0)，而红光的行进方向为(0，1，0)，三种色光的路径方向为三维的立体形式，而非二维的平面形式。

在第一彩色滤光棱镜中402的绿光沿着原方向(0，0，1)透过第一光学镀膜404至第三彩色滤光棱镜410。此第三彩色滤光棱镜410，即位于第一彩色滤光棱镜402的上方，即透射后绿光行进的光路径上。第三彩色滤光棱镜具有一第三光学镀膜412，此第三光学镀膜412平面的法向矢量与第一光学镀膜404的法向矢量可以同为(1，0，1)，可让绿光继续透射至绿色液晶显示板414。

其中，绿光在第三彩色滤光棱镜410中也可以经过第三光学镀膜412反射至绿光液晶显示板414上，此时的绿光液晶显示板414必须设置在绿光反射后出射的路径上。若绿光在第三彩色滤光棱镜410中是透过第三光学镀膜412，而反射至绿光液晶显示板414上，第三彩色滤光棱镜410，则可以由具相同功能的三角棱镜替代，于体积上有所简省。

最后，由绿色液晶显示板414、蓝色液晶显示板418以及红色液晶显示板416，反射出一对应的P偏振型态绿、蓝、红光至投影物镜中，最后再投影至萤幕。

本发明的特征为用以分光的第一光学镀膜与第二光学镀膜为不平行的平面关系，使得入射光源行进的路径立体化，而不局限于同一平面上，可有效节省所占的面积。

本发明所使用的分光元件，其所占面积只有两个彩色滤光棱镜的面积，而与现有技术中三个彩色滤光棱镜的面积比较起来，减少了许多。且现有技术中如PHILIPS棱镜及彩色CONER上方因投影物镜提升所预留的空间，并没有被有效地利用，本发明将第三个彩色滤光棱镜设置于上方，既不影响元件的操作又可有效的利用此棱镜上方的空间。

虽然本发明已以一较佳实施例进行了说明，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可以作各种变型与修改，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种反射式液晶投影机，其特征在于，包括：

一光源，以(0，0，1)的方向入射；

一第一彩色滤光棱镜，其具有一第一光学镀膜，所述第一光学镀膜平面的法向矢量为(1，0，1)，所述第一光学镀膜可使绿光透射，红光、蓝光反射；

一第二彩色滤光棱镜，设置于所述第一彩色滤光棱镜中蓝光、红光出射的一端，其中所述第二彩色滤光棱镜具有一第二光学镀膜，且所述第二光学镀膜平面的法向矢量为(1，1，0)，所述第二光学镀膜可使蓝光透射，红光反射；

一第三彩色滤光棱镜，设置于所述第一彩色滤光棱镜中绿光出射的一端；

一绿色液晶显示板，设置于所述第三彩色滤光棱镜中绿光出射的一端；

一蓝色液晶显示板，设置于所述第二彩色滤光棱镜中透射蓝光出射的一端；以及

一红色液晶显示板，设置于所述第二彩色滤光棱镜中反射红光出射的一端。

2.如权利要求1所述的反射式液晶投影机，其特征在于，所述第三彩色滤光棱镜具有一第三彩色滤光棱镜可使绿光透射至该绿色液晶显示板。

3.如权利要求1所述的反射式液晶投影机，其特征在于，所述第三彩色滤光棱镜具有一第三彩色滤光棱镜可使绿光透射至该绿色液晶显示板。

4.如权利要求1所述的反射式液晶投影机，其特征在于，第一、第二、第三彩色滤光棱镜为一立方体结构。

5.一种反射式液晶投影机，其特征在于，包括：

一光源，以(0，0，1)的方向入射，该光源具有一第一原色光、一第二原色光，及一第三原色光；

一第一彩色滤光棱镜，其具有一第一光学镀膜，所述第一光学镀膜平面的法向矢量为(1，0，1)，所述第一光学镀膜可使所述第一原色光透射，所述第二原色光、第三原色光反射；

一第二彩色滤光棱镜，设置于所述第一彩色滤光棱镜中所述第二原色光、第三原色光出射的一端，所述第二彩色滤光棱镜具有一第二光学镀膜，所述第二光学镀膜平面的法向矢量为(1，1，0)，所述第二光学镀膜可使所述第二原色光透射，第三原色光反射；

一第三彩色滤光棱镜，设置于所述第一彩色滤光棱镜中该第一原色光出射的一端；

一绿色液晶显示板，设置于所述第三彩色滤光棱镜中所述第一原色光出射的一端；

一蓝色液晶显示板，设置于所述第二彩色滤光棱镜中透射的所述第二原色光出射的一端；以及

一红色液晶显示板，设置于所述第二彩色滤光棱镜中反射的所述第三原色光出射的一端。

6.如权利要求5所述的反射式液晶投影机，其特征在于，所述第三彩色滤光棱镜具有一第三彩色滤光棱镜，可使所述第一原色光透射至所述第一原色光液晶显示板。

7.如权利要求5所述的反射式液晶投影机，其特征在于，所述第三彩色滤光棱镜具有一第三彩色滤光棱镜，可使所述第一原色光反射至所述第一原色光液晶显示板。

8.如权利要求5所述的反射式液晶投影机，其特征在于，第一、第二、第三彩色滤光棱镜为一立方体结构。

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