CN1393720A - 平板分合光投影显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板分合光投影显示器，包含：第一、第二光偏振选择器、一偏极光分光镜、第一、第二双色分光镜、第一～三补偿板、第一～三光阀，及镜头。该偏极光分光镜或第一、二双色分光镜可为一倾斜设置的平板式镜片。第一～三补偿板是设在该第一～三色光分别投射至第一～三光阀的光路上，使第一～三色光具有相同的光程，以分别同时地进入镜头中。具有构造简单、价格便宜、重量轻等功效。

Description

平板分合光投影显示器

本发明涉及一种平板分合光投影显示器，特别是涉及一种利用平板式分合光镜来取代块状式分合光棱镜的显示装置。

目前显示器上的影像，主要是由红、绿、蓝三原色光线汇集合成的光点像素所组成。而为了提高显示器的显影品质及效能，一般在利用镜头将光线投影到显示器前，会将光源发射出的光束加以处理，以经控制达到最佳的影像画质，投影显示装置因常被企业界人士携带作演示文稿用，所以须要求具有轻、薄、短、小等特性，因此针对此要求详加研发改良。

图1所示的是一种以往的投影显示装置1，它具有一可将某特定色光的偏振态作转换的第一~第四光偏振选择器(Color Select)111~114、可垂直反射S偏振色光并让P偏振色光直接穿透的第一~四偏极光分光棱镜(PBS)12~15、第一~三光阀161~163，及一镜头17。为了方便说明，以下就图1的光学零件的排列方向来做说明，这些零件大致呈上下二排并置，下排由左而右为第一光偏振选择器111、第一偏极光分光棱镜12、第二光偏振选择器112、第二偏极光分光棱镜13及第一光阀161，上排由左而右为第三光阀163、第三偏极光分光棱镜14、第四偏极光分光棱镜15、第四光偏振选择器114及镜头17，另外第二光阀162是位于第二偏极光分光棱镜13的下方，第三光偏振选择器113则是位于第一偏极光分光棱镜12与第四偏极光分光棱镜15间。当第一~三光阀161~163导通时，可加以调变并改变其偏振色光的偏振态而反射送出反方向的不同偏振态色光，在说明中是设定这些光阀都为导通的状态。

在使用时，一具有偏振态(例如P偏振)的白色光10投射到第一光偏振选择器111时，该第一、二色光101、102维持原先的P偏振通过，而第三色光103则是被转变成S偏振。当第一~三色光101~103送抵第一偏极光分光棱镜12时，P偏振的第一色光101直接向右穿透第一偏极光分光棱镜12、第二光偏振选择器112及第二偏极光分光棱镜13，进入第一光阀161，接着第一色光101被第一光阀161调变并改变成S偏振地反射向左，再被第二偏极光分光棱镜13反射向上，通过第三光偏振选择器113，向上被第四偏极光分光棱镜15反射向右，通过第四光偏振选择器114后射入镜头17。而P偏振的第二色光102在通过第一光偏振选择器111后，也是直接向右穿过第一偏极光分光棱镜12，并在通过第二光偏振选择器112时被转变成S偏振，当抵达第二偏极光分光棱镜13时，该第二色光102被反射向下送抵第二光阀162，接着被第二光阀162调变并改变成P偏振地反射向上，通过第二偏极光分光棱镜13，在通过该第三光偏振选择器113时被改变成S偏振，接着向上被第四偏极光分光棱镜15反射向右，通过第四光偏振选择器114后射入镜头17。上述S偏振的第三色光103向右遇到第一偏极光分光棱镜12时，是被反射向上进入第三偏极光分光棱镜14并被反射向左，抵达第三光阀163，接着S偏振的第三色光103受第三光阀163调变后，反射送出反方向的P偏振第三色光103，并依序向右通过第三偏极光分光棱镜14、第四偏极光分光棱镜15，且在通过第四光偏振选择器114时，被改变成S偏振，而后直接通过镜头17。这些色光再经镜头17投射在预设的投影幕上以合成影像。

以往投影显示装置1借由上述构件达到将白色光分离出三束色光，并经由各光阀调变后再予以合光的效果。但是以往的投影显示装置1是运用了四块立体棱镜，就是零件中的这些偏极光分光棱镜12~15，因这些棱镜是由整块立体玻璃所制成，在制造时可能因有内应力残留，而在使用时，因为必须将这些棱镜固定，也会有部份应力残留，这些残留应力皆会造成双折射效应，而使通过的色光的偏振态受应力作用而不纯正，且色光通过棱镜的路径愈长，该色光的偏振态愈不纯正，使偏漏光的情形更严重，进而造成所得到的影像品质不佳，此外，为了消弭应力，通常在构造上须较为复杂、制造困难度高，且价格成本也相对较高，这些棱镜所占的体积大及重量重，所以在构造及使用上皆有不尽理想的地方。

本发明的主要目的在于提供一种构造简单、价格便宜、重量轻的平板分合光投影显示器。

本发明的一种平板分合光投影显示器，包含：第一、第二光偏振选择器、一偏极光分光镜、第一、第二双色分光镜、第一~三补偿板、第一~三光阀以及一镜头，可用来将光源光束分离出可合成该光束的第一~三色光，使该第一~三色光分别受第一~三光阀调变，且于光阀导通时改变偏振态后反射，再经由镜头输出投影。第一、第二光偏振选择器是分别装设在所述光源射出第一~三色光的光路上及这些色光投射至镜头的光路上，第一光偏振选择器可改变第一色光的偏振态，使其与第二、第三色光的偏振态正交相反，而第二光偏振选择器则是改变该第一色光的偏振态，使第一色光与第二、第三色光的偏振态平行相同。偏极光分光镜是设置在该第一、第二光偏振选择器间，将通过第一光偏振选择器的第一色光反射转向，而令第二、三色光直接通过，使该第一色光与第二、三色光分别朝非与该第一、第二光偏振选择器相邻的二侧方向投射。第一、第二双色分光镜是二倾斜设置的平板镜片，分别设置在偏极光分光镜输出第一色光与第二、三色光的方向上，第一双色分光镜可容第一色光通过，并将第一色光朝第一光阀投射，而第二双色分光镜可将第二色光反射而容第三色光直接通过，并分别将第二色光朝第二光阀投射，第三色光投射到第三光阀。第一~三补偿板是分别对应位于第一~三色光进出第一~三光阀的光路上，使第一~三色光具有相等的光程，以分别同时地进入镜头中。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是以往的投影显示装置的使用示意图。

图2是本发明投影显示器的第一较佳实施例的使用示意图。

图3是本发明投影显示器的第二较佳实施例的使用示意图。

为了方便说明，以下的实施例，相同的组件以相同的标号表示。

如图2所示，是本发明投影显示器2的第一实施例是包含有：第一偏光板(P-state Polarizer)21、第二偏光板(S-state Polarizer)22、第一、第二光偏振选择器(ColorSelect)231、232、偏极光分光镜(PBS)24、第一、第二双色分光镜(Dichroic mirror)251、252、第一~三光阀(Display Panel)261~263、第一~三补偿板271~273，及一镜头28。光束20是由第一偏光板21的下方进入，并由镜头282的左方射出，以投射在预设的屏幕上合成影像。使用时可将一白色光20分离出可合成该白色光20的第一色光(如绿色光)201、第二色光(如蓝色光)202及第三色光(如红色光)203，使该第一~三色光201~203分别受对应设置的第一~三光阀261~263调变处理。下列都是以第一~三光阀261~263为导通时作说明，且为说明上的方便，将被S偏振的第一~三色光分别标示为201S~203S，另将被P偏振的第一~三色光分别标示为201P~203P。

该第一、第二偏光板21、22可分别使不同偏振的色光通过，光为一种电磁波，其含有多个不同振动向量的成份，而偏光板只可让某一垂直于光行进方向的一特定振动通过，其它成份则被吸收，所以成为只容某一偏振色光通过的栅板。在本实施例中第一偏光板21是用以使P偏振的色光通过，而S偏振的色光被吸收，而第二偏光板22是用以使S偏振的色光通过，而P偏振的色光被吸收。

由图2中来看，该第一偏光板21是正对位于该第一~三色光201~203的进入处，可使P偏振的第一~三色光201P~203P通过。第二偏光板22则位于镜头28的右侧，只让S偏振的第一~三色光201S~203S通过进入镜头28，用以使通过的S偏振态的各色光更为纯化。

该第一、第二光偏振选择器231、232可使用ColorLink公司所制造的ColorSelect Filters产品，其作用是可将具有被偏振的预定色光的偏振态作转换，例如将原本为S(P)偏振的某一色光转变成P(S)偏振。在本实施例中第一光偏振选择器231是位于通过第一偏光板21的色光的光程上，能将第一色光201P由P偏振转变成S偏振，而第二、第三色光202P、203P依旧保持P偏振通过。而第二光偏振选择器232是位于偏极光分光镜24与第二偏光板22间，能将由偏极光分光镜24射出的P偏振的第一色光201P转变成S偏振后，送抵第二偏光板22。

该偏极光分光镜24为一可垂直反射S偏振色光并让P偏振色光直接穿透的平板状玻璃，是在二平板玻璃间镀设有一用以分光的薄膜，该偏极光分光镜24是倾斜一正45°角地位于第一光偏振选择器231与第二光偏振选择器232间，由图2来看，是位于第一光偏振选择器231的上方，而位于第二光偏振选择器232的右方，当通过第一光偏振选择器231的第一~三色光201S~203P由下方进入时，可将S偏振的第一色光201S垂直向右反射，而让P偏振的第二、第三色光202P、203P直接向上通过。

该第一、第二双色分光镜251、252都是一平板式玻璃，每一双色分光镜具有由多层不同曲折率的薄膜交叠而成，并借由控制薄膜的材质、厚度及层数的设计，可使入射光线在特定的波长范围透过或反射，令具有不同波长的色光分别呈现穿透或反射的状态，并可依光的路径需要而呈一倾斜角度设置。当然，在制造上每一双色分光镜亦可为一在一侧上有涂设一分光层的平板玻璃，或可为一由二平板玻璃中间夹设一分光薄膜层所胶合而成。在本实施例中，该第一、第二双色分光镜251、252是分别呈一负45°角地相对位于该偏极光分光镜24的右方及上方，使该偏极光分光镜24输出的第一色光201S送抵该第一双色分光镜251，而第二、第三色光202P、203P送抵第二双色分光镜252。第一双色分光镜251能容第一色光201向右通过，而将其它色光垂直向下反射，第二双色分光镜252则将第二色光202垂直向左反射，而令第三色光203直接向上通过。

该第一~三光阀261~263皆为反射式光阀，可在上述第一~三色光201~203分别投射其上且导通时，加以调变并改变偏振色光的偏振态并反射送出反方向的不同偏振态色光。在图2中，第一光阀261是对应位于第一双色分光镜251送出该第一色光201的光路上，也就是位于第一双色分光镜251的右方，可加以调变该第一色光201S并反方向反射，朝左送出P偏振的第一色光201P。第二光阀262是对应位于第二双色分光镜252反射送出第二色光202的光路上，也就是位于第二双色分光镜252的左方，可加以调变第二色光202P并反方向反射朝右送出S偏振的第二色光202S。第三光阀263则是对应位于第二双色分光镜252直接送出第三色光203的光路上，也就是位于第二双色分光镜252的上方，可加以调变第三色光203P并反方向反射，朝下送出S偏振的第三色光203S。

这些补偿板271~273是分别位于第一~三光阀261~263输入色光的一侧上，也就是第一补偿板271是位于该第一双色分光镜251与第一光阀261间，而第二、第三补偿板272、273则分别位于该第二、三光阀262、263对应相邻于该第二双色分光镜252间。可用以补偿光程或相位差，使分光后不同行径方向的第一~三色光201~203具有相同的光程或相位差，以分别同时地进入镜头28中。在使用时，被偏振的第一~三色光201~203是向上投射至第一偏光板21时，该P偏振的第一色光201P可通过第一偏光板21，且在通过第一光偏振选择器231时被转变成S偏振，此S偏振的第一色光201S向上投射，在遇到偏极光分光镜24时被往右反射，直接通过第一双色分光镜251，经过第一补偿板271，抵达第一光阀261，受第一光阀261调变后送出反方向往左的P偏振第一色光201P，并依序通过第一补偿板271、第一双色分光镜251，及偏极光分光镜24，于进入第二光偏振选择器232时，将该P偏振的第一色光201P转变成S偏振，再通过第二偏光板22获得更纯化的S偏振第一色光201S，抵达镜头28。

而被偏振的第二色光202向上投射时，该P偏振的第二色光202P可通过第一偏光板21及第一光偏振选择器231，并向上通过偏极光分光镜24，在进入第二双色分光镜252后被反射向左，通过第二补偿板272送抵第二光阀262，受第二光阀262调变后送出反方向往右的S偏振第二色光202S，再通过第二补偿板272，并被第二双色分光镜252反射向下，再被偏极光分光镜24反射向左，经过第二光偏振选择器232及第二偏光板22，抵达镜头28。

该被偏振的第三色光203向上投射时，该P偏振的第三色光203P通过第一偏光板21及第一光偏振选择器231，并向上通过偏极光分光镜24、第二双色分光镜252，以及第三补偿板273，抵达该第三光阀263，受第三光阀263调变后送出反方向往下的S偏振第三色光203S，再通过第三补偿板273、第二双色分光镜252，并被偏极光分光镜24反射向左，经过第二光偏振选择器232及第二偏光板22，抵达镜头28。

在本发明中，都是使用平板式的偏极光分光镜24及第一、第二双色分光镜251、252，所以不会有以往立体式棱镜的双折射效应，平板式棱镜却可能存在光程及像差的问题，本发明就是利用补偿板补偿弥补前述问题。当然，若平板式棱镜很薄时，光程及像差很小时，也可以不需使用补偿板。

如图3所示，是本发明的投影显示器的第二实施例的构造大致与第一实施例同，该平板分合光投影显示器3同样包含有：第一、第二偏光板31、32、第一、第二光偏振选择器331、332、偏极光分光棱镜34、第一、第二双色分光镜351、352、第一~三光阀361~363、第一~三补偿板371~373，及一镜头38。但本实施例与第一实施例不同的地方在于：本实施例的偏极光分光棱镜34并非平板式镜片，而是一由二直角棱镜胶合而成的具有一倾斜分光层的棱镜，且该第一、第二双色分光镜351、352分别呈一正45°角设置，而该第二补偿板372及第二光阀362，则是搭配该第二双色分光镜352的折射镀膜角度地设置在该第二双色分光镜352的右方。本实施例还包含有第一~三1/4波板391~393，是分别装设在该第一~三补偿板371~373及第一~三光阀361~363间，可用以增加色光的对比度。

当然，该第二实施例的该偏极光分光棱镜34亦可为如第一实施例般的平板式。而在第一实施例中，亦可设有第一~三1/4波板。

本发明用以分合光的光学系统零件，如偏极光分光棱镜及数双色分光棱镜，可为平板式玻璃镜片或镀膜镜片，且在使用上为了搭配这些倾斜设置的平板，本发明设有分别对应的补偿板，以使色光投射的光程及相位差相同，而这些平板除了体积小、重量轻，制造易且价格成本低廉外，更于使用时不会有双折射效率，可使投射的色光正直且纯正，所得的影像品质较佳。所以本发明的构造、特征的确能提供一种平板分合光投影显示器，具有构造简单、价格便宜、重量轻且折射效果佳等功效。

Claims (6)

1.一种平板分合光投影显示器，其特征在于：包含有第一、第二光偏振选择器、偏极光分光镜、第一、第二双色分光镜、第一~三光阀，及一镜头；可用来将一光源光束分离出可合成该光束的第一~三色光，使第一~三色光分别受这些反射式的第一~三光阀调变反射，再经由镜头输出投影；

该第一、第二光偏振选择器，是分别装设在所述光源射出第一~三色光的光路上及这些色光投射至镜头的光路上，该第一光偏振选择器可改变第一色光的偏振态，使其与第二、第三色光的偏振态正交相反，而该第二光偏振选择器则是改变该第一色光的偏振态，使其与第二、第三色光的偏振态平行相同；

该偏极光分光镜，是设置在第一、第二光偏振选择器间，将通过第一光偏振选择器的第一色光反射转向，而令第二、三色光直接通过，使第一色光与第二、三色光分别朝非与第一、第二光偏振选择器相邻的二侧方向投射；及

该第一、第二双色分光镜，是二倾斜设置的平板镜片，分别设置在偏极光分光镜输出第一色光与第二、三色光的方向上，第一双色分光镜可容该第一色光通过，并将第一色光朝第一光阀投射，而第二双色分光镜可将第二色光反射而容第三色光直接通过，并分别将第二色光朝第二光阀投射，而第三色光投射到第三光阀。

2.如权利要求1所述的平板分合光投影显示器，其特征在于：该显示器更包含一第一~三补偿板，是分别对应位于第一~三色光进出第一~三光阀的光路上，使第一~三色光具有相等的光程，以分别同时地进入镜头中。

3.如权利要求1所述的平板分合光投影显示器，其特征在于：该投影显示装置更包含一位于第一~三色光进入第一光偏振选择器的光路上的第一偏光板，及一位于第二光偏振选择器射出色光到镜头的光路上的第二偏光板，可分别令同偏振的第一~三色光通过。

4.如权利要求1所述的平板分合光投影显示器，其特征在于：该投影显示装置还包含第一~三1/4波板，是分别装设在第一~三补偿板及第一~三光阀间。

5.如权利要求1所述的平板分合光投影显示器，其特征在于：该偏极光分光镜是一倾斜正45°角设置的平板镜片。

6.如权利要求1所述的平板分合光投影显示器，其特征在于：该偏极光分光镜是由二直角棱镜胶合而成的具有一倾斜分光层的棱镜。

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