CN1598642A - 偏轴式投影系统 - Google Patents

Abstract

一种偏轴式投影系统，至少具有一照射源、一反射式显示装置、一投影透镜组与一第一平板，其中照射源可发出一照射光束，反射式显示装置可调变此照射光束以形成一反射的成像光束，其中反射的成像光束系沿着一光学路径照射至投影透镜组，第一平板配置于投影透镜组与反射式显示装置之间的光学路径上，其中由照射源发出的照射光束，先入射至第一平板，再经由第一平板将照射光束以一非零的入射角反射至反射式显示装置，并且反射的成像光束能够穿过第一平板入射至投影透镜组。

Description

偏轴式投影系统

技术领域

本发明是有关于一种投影系统，且特别是有关于一种能够降低制造成本，并提高成像品质的偏轴式投影系统。

背景技术

在使用反射式液晶显示器的投影系统可分为轴线上投影系统与偏轴式投影系统，其中对于轴线上投影系统而言，其照射光束与成像光束二者均沿着相同的路径行进，因此通常需要装设一个极化分光器，然而，此极化分光器具有较不易制造，造价昂贵，以及使得投影系统的体积变大等问题存在。相较之下，偏轴式投影系统的照射光束与成像光束二者沿着不同的路径行进，因而能够避免需装设极化分光器的种种问题。

请参照图1，图1所示为公知一种偏轴式投影系统，并且于图1中为求简化起见，仅绘示出其中的绿色(g)频道。此偏轴式投影系统至少包括：照射源102、由二色性屏板150(r)、150(b)所组成的X-平板(X-plate)，偏光板104(r、g、b)、场镜(field lens)140(r、g、b)、反射式显示装置108(r、g、b)、分析器110(r、g、b)，彩色立方体160(colorcube)以及投影透镜组。照射源102产生一白光光束源，在经过X-平板则会被分离为红色、绿色以及蓝色成分，以图式中的绿光为例，照射光束116(g)经过偏光板104(g)，沿着光学路径118(g)以一非垂直的角度入射至反射式显示装置108(g)。在经由反射式显示装置108(g)将照射光束116(g)调变后，反射形成一成像光束120(g)，此成像光束120(g)沿着光学路径122(g)，经由场镜140(g)、分析110(g)以及彩色立方体160朝向投影透镜组114反射，关于未绘示的红色与蓝色的光束，个别经由对应的偏光板104(r、b)、反射式显示装置108(r、b)、场镜140(r、b)、分析器110(r、b)以及彩色立方体160而朝向投影透镜组114反射。其中三色的成像光束120(r、g、b)通过彩色立方体160结合后，再射至投影透镜组114。

然而，在上述偏轴式投影系统中，由于照射光线的光学路径118(r、g、b)与成像光线的光学路径122(r、g、b)并未位于同一路径，相对于彩色立方体160与投影透镜组114的轴向，其反射式显示装置108(r、g、b)与彩色立方体160并不是平行的而具有一夹角，因此入射反射式显示装置108(r、g、b)的光锥角较大且不对称，进而造成色差、成像清晰度、像素发散度、均匀性以及对比度不易调整的问题，为了解决上述问题，是在做镜头设计时，在投影透镜组114组中加入一片平板130，然而，此举将会增加镜头设计与组装的难度，以及造成镜头制造成本的增加。

另外，在上述的偏轴式投影系统中，由于反射式显示装置108(r、g、b)与彩色立方体160并不是平行的，并且入射光线116(g)是以一个倾斜角度通过X-平板，所以X-平板需做两个轴向的渐层镀膜，然而此种X-平板的制作较困难，成本亦较高。

发明内容

因此，本发明的目的在提出一种偏轴式投影系统，能够降低偏轴式投影系统的制造难度与制造成本。

本发明的另一目的在提出一种偏轴式投影系统，能够改善偏轴式投影系统的成像品质。

本发明的再一目的在提出一种偏轴式投影系统，能够缩小偏轴式投影系统的体积。

本发明提供一种偏轴式投影系统，至少包括一照射源、至少一反射式显示装置、一投影透镜组与至少一第一平板，其中照射源可发出一照射光束，反射式显示装置可调变此照射光束以形成一反射的成像光束，其中反射的成像光束是沿着一光学路径照射至投影透镜组，并且第一平板配置于投影透镜组与反射式显示装置之间的光学路径上，其中由照射源发出的照射光束，先入射至第一平板，再经由第一平板将照射光束以一非零的入射角反射至反射式显示装置，并且反射的成像光束系能够穿过第一平板入射至投影透镜组。

而且，对于彩色的偏轴式投影系统而言，此偏轴式投影系统还可以包括复数个反射式显示装置、一色彩分离器、一色彩结合器与复数个第一平板。其中此些反射式显示装置各别与一对应的彩色照射光束相关连，并通过调变相关连的彩色照射光束以形成复数的相关连的彩色成像光束，色彩分离器配置于照射源与反射式显示装置之间，其中照射光束通过色彩分离器分离成彩色照射光束，并个别入射至相关连的反射式显示装置，色彩结合器配置于反射式显示装置与投影透镜组之间，其中色彩结合器能够结合彩色成像光束，以形成反射的成像光束，而第一平板个别配置于投影透镜组与反射式显示装置之间相关连的光学路径上，其中由色彩分离器分离的彩色照射光束，先个别入射至相关连的第一平板，再经由第一平板将彩色照射光束以一非零的入射角反射至相关连的反射式显示装置，并且彩色成像光束系能够个别穿过相关连的第一平板入射至色彩结合器。

而且，在上述彩色的偏轴式投影系统中，还可以具有复数个第二平板，其个别配置于色彩分离器与相关连的反射式显示装置之间，其中第二平板使照射光束垂直色彩分离器的入射面射入，且分离的彩色照射光束为个别射至相关连的第二平板，再由第二平板个别反射至对应的第一平板。

并且，在上述偏轴式投影系统中，第一平板与对应的光学路径的夹角为个别介于大于-45度且小于0度以及大于0度且小于45度之间。

本发明提供另一种偏轴式投影系统，至少包括一照射源、复数个反射式显示装置、一投影透镜组、一色彩分离器、一色彩结合器与复数个平板组，其中照射源可发出一照射光束，色彩分离器用以将照射光束分离成复数个彩色照射光束，反射式显示装置为个别与彩色照射光束相关连，此些反射式显示装置为个别接收并调变相关连的彩色照射光束以形成复数的相关连的彩色成像光束，投影透镜组与反射式显示装置之间个别具有一光学路径，色彩结合器配置于反射式显示装置与投影透镜组之间，其中色彩结合器能够结合个别沿着光学路径的彩色成像光束以形成一成像光束沿着光学路径入射至投影透镜组，而平板组个别配置于色彩分离器与反射式显示装置之间，其中平板组使照射光束垂直色彩分离器的入射面射入，且分离的彩色照射光束个别射至相关连的平板组，再个别由平板组以一非零的入射角反射至对应的反射式显示装置。

而且，在上述的偏轴式投影系统中，其中每一平板组包括一第一平板与一第二平板，并且彩色照射光束个别照射至相关连的第二平板，再由第二平板反射至对应的第一平板，接着由第一平板反射至对应的反射式显示装置。

由上述可知，由于本发明在反射式显示装置与投影透镜组之间设置第一平板，通过将照射光束入射第一平板，再经由第一平板反射至反射式显示装置，能够使照射光束入射反射式显示装置的光锥角更加缩小，因此能改善色差、成像清晰度、像素发散度、均匀度及对比度等的问题，从而改善成像的品质。

而且，由于本发明在反射式显示装置与投影透镜组之间设置第一平板，且第一平板位于成像光束的光学路径上，此时通过第一平板能够消除成像光束的色差。

并且，由于本发明在反射式显示装置与投影透镜组之间的光学路径上设置第一平板，由于在反射式显示装置与投影透镜组之间设置第一平板的制造难度不高，并且不需在投影透镜组中组装平板，因此投影透镜组的镜头设计与制造较简单并且其制造的成本亦低。

尚且，由于本发明在反射式显示装置与投影透镜组之间的光学路径上设置第一平板，因此场镜的放大率可变小，于成像角落的放大率变异量也会缩小，使得角落影像的调整较容易。

再者，由于本发明在照射源与反射式显示装置之间的光学路径上设置平板组(例如是上述的第一平板与第二平板)，通过平板组的设置，而能够将照射光束调整为垂直入射至X-平板的入射面，因此在X-平板的渐层镀膜处理上只需进行单轴向镀膜，从而使得X-平板的制造变的更容易且能够降低制造成本。

此外，由于本发明在照射源与反射式显示装置之间设置平板组，通过平板组反射照射光束，能够折叠照射光束对投影系统的垂直方向的光学路径，从而使得投影系统的体积能够更加缩小。

附图说明

图1所示为公知一种偏轴式投影系统的绿色(g)频道的示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的一种偏轴式投影系统中的绿色(g)频道的示意图。

图3所示为本发明较佳实施例的偏轴式投影系统全频道的俯视图。

102、202：照射源

104(g)、204(r、g、b)：偏光板

108(g)、208(r、g、b)：反射式显示装置

110(g)、210(r、g、b)：分析器

114、214：投影透镜组

116(g)、216(r、g、b)、220(r、g、b)、224(r、g、b)：照射光束

118(g)、122(r、g、b)、218(r、g、b)、222(r、g、b)、226(r、g、b)、230(r、g、b)：光学路径

120(r、g、b)、116(r、g、b)、228(r、g、b)：成像光束

130、270、280：平板

140(r、g、b)、240(r、g、b)：场镜

150(r、b)、250(r、b)：二色屏蔽板

160、260：彩色立方体

具体实施方式

图2所示为本发明较佳实施例的一种偏轴式投影系统中的绿色(g)频道的示意图，并且图3所示为本发明较佳实施例的偏轴式投影系统全频道的俯视图。此偏轴式投影系统至少包括：照射源202、作为色彩分离器的X-平板(X-plate)250、平板270、平板280、场镜240(r、g、b)、反射式显示装置208(r、g、b)、作为色彩结合器的彩色立方体260(color cube)以及投影透镜组214。

请同时参照图2与图3，其中照射源202能够产生一照射光束216，并使照射光束216沿着一光学路径218经过X-平板250。

X-平板250是由二色性屏板所组成，其例如是绿色屏板250(r)与蓝色平板250(b)，其用以用将照射光束216分离为红色、绿色以及蓝色成分的照射光束216(r、g、b)。接着，经由X-平板分离的照射光束216(r、g、b)，沿着各自的光学路径218(r、g、b)射至平板270上。

而且，在X-平板与平板270之间的光学路径218(r、g、b)上，还可以设置偏光板204(r、g、b)，偏光板204(r、g、b)是用以使照射光束216(r、g、b)线性偏极化成对应偏光板204(r、g、b)的传输轴线的第一偏极化状态。

平板270用以反射具有第一偏极化状态的照射光束216(r、g、b)，其例如是偏光板或其它能够反射照射光束216(r、g、b)的材质所构成。

此处值得注意的是，通过平板270的设置，而能够将照射光束216调整为垂直入射至X-平板250，而非公知是以一个非垂直的倾斜角入射X-平板250，因此在X-平板250的渐层镀膜处理上只需进行单轴向的渐层镀膜，并不需进行两个轴向的渐层镀膜，从而使得X-平板250的制造变的更容易且降低制造的成本。

请继续同时参照图2与图3，经由平板270反射的照射光束220(r、g、b)，沿着光学路径222(r、g、b)射至平板280上，而由平板280反射的照射光束224(r、g、b)，沿着光学路径226(r、g、b)经场镜240(r、g、b)射至反射式显示装置208(r、g、b)，接着被射至反射式显示装置208(r、g、b)的照射光束224(r、g、b)，被反射式显示装置208(r、g、b)调变后形成成像光束228(r、g、b)，并且此成像光束228(r、g、b)沿着光学路径230(r、g、b)射至彩色立方体260。于此处需特别说明的是，由图3的俯视图观之，其中的光学路径222(r、g、b)、光学路径226(r、g、b)与光学路径230(r、g、b)应位于同一垂直剖面而互相重叠，然而，为了将三条光学路径清楚的表示在图3中，故而将之错开而绘示在同一平面上。

其中，场镜206(r、g、b)在设置上邻近反射式显示装置208(r、g、b)，场镜206(r、g、b)能够使照射光束224(r、g、b)入射反射式显示装置208(r、g、b)的光锥角再缩小(未绘示于图中)，进一步改善像差等问题，而且场镜206(r、g、b)能够调整成像光束228(r、g、b)，使其光学路径230(r、g、b)与投影透镜组214的光轴一致。

反射式显示装置208(r、g、b)例如是一反射式液晶显示装置，此反射式显示装置208(r、g、b)受到一个以电脑或是视频信号源(未图标)进行控制的系统的控制，并且此反射式显示装置208(r、g、b)系能够调变照射光束224(r、g、b)的选定部分的极性，而形成成像光束228(r、g、b)。

平板280个别设置于投影透镜组214与反射式显示装置208(r、g、b)之间的光学路径230(r、g、b)上，并且此些平板280与光学路径230(r、g、b)的夹角介于大于-45度且小于0度以及大于0度且小于45度之间。此些平板280具有偏极光处理以及调整补偿的功能，于本实施例中，此些平板280能够反射来自平板270的具有第一偏极化状态的照射光束220(r、g、b)，并使来自反射式显示装置208(r、g、b)的成像光束228(r、g、b)通过，并对成像光束228(r、g、b)进行调整补偿的功能以消除色差，此些平板280例如是玻璃板、偏光板或是任何能够达成上述功能的构件。

此处值得注意的是，通过平板280的设置(于各光学路径230(r、g、b)上各一片，共三片)，能够对成像光束228(r、g、b)个别产生调整补偿的功能，由于在反射式显示装置208(r、g、b)与投影透镜组214之间的各光学路径230(r、g、b)上设置平板280的制造难度不高，相较于公知将平板组装于投影透镜组中，本发明的装置其工艺简单并且其制造的成本亦低。

再者，通过调整平板280与光学路径的夹角，反射式显示装置208可以与彩色立方体260成小角度或是平行摆设，并且入射反射式显示装置208的光锥角较小，因而能够改善色差、成像清晰度、像素发散度、均匀度及对比度的问题，从而改善成像的品质。

此外，在反射式显示装置208(r、g、b)到彩色立方体260的光学路径230(r、g、b)上，还可以设置分析器210(r、g、b)，其中此分析器210(r、g、b)例如是一线性偏光板，以使投影系统至少可在二种不同的模态中运作。举例而言，根据分析器210(r、g、b)与偏光板204(r、g、b)的传输轴线的平行与垂直，将会决定成像光束是以未调变部分或是调变部分通过。然而，由于本发明的平板280亦具有偏极光处理的功能，因此亦可以通过对平板280做适当的设计，取代分析器210(r、g、b)的功能。

请继续同时参照图2与图3，射至彩色立方体260的成像光束228(r、g、b)通过彩色立方体260结合后形成彩色的影像光束228，此影像光束228射至投影透镜组214，其中的投影透镜组214接收影像光束228并使其聚焦，然后将一影像照射在一显示表面上(未图标)。

在上述较佳实施例中，反射式显示装置使用反射式液晶显示装置，然而本发明并不限定于此，本发明例如是可以使用可变形面镜装置的替代型显示器取代反射式液晶显示装置，而且，色彩分离器亦不限定于X-平板，亦可以使用X-立方体(X-Cube)取代X-平板。

而且，在上述的较佳实施例中，其中平板280与平板270可以视做成一个平板组，此些平板组只要能够使照射光线垂直入射X-平板的入射面后，使分离的彩色照射光束个别射入相对应的反射式显示装置即可，而平板280并不一定要设置于投影透镜组与反射式显示装置之间的光学路径上，另外平板组中的平板数目亦可以视实际需要调整。

综上所述，本发明至少具有下述优点：

1.本发明是在反射式显示装置与投影透镜组之间设置平板280，通过将照射光束入射平板280，再经由平板280反射至反射式显示装置，能够使照射光束入射反射式显示装置的光锥角更加缩小，因此能改善色差、成像清晰度、像素发散度、均匀度及对比度的问题，从而改善成像的品质。

2.本发明是在反射式显示装置与投影透镜组之间设置平板280，且平板280位于成像光束的光学路径上，此时通过平板280系能够消除成像光束的色差。

3.本发明是在反射式显示装置与投影透镜组之间的光学路径上设置平板280，由于在反射式显示装置与投影透镜组之间设置平板280的制造难度不高，并且不需在投影透镜组中组装平板，因此投影透镜组的镜头设计与制造较简单并且其制造的成本亦低。

4.本发明是在反射式显示装置与投影透镜组之间的光学路径上设置平板280，因此场镜的放大率可变小，于成像角落的放大率变异量也会缩小，使得角落影像的调整较容易。

5.本发明可以在照射源与反射式显示装置之间的光学路径上设置平板组(例如实施例所揭露的平板270与平板280)，通过平板组的设置，而能够将照射光束调整为垂直入射至X-平板的入射面，因此在X-平板的渐层镀膜处理上只需进行单轴向的渐层镀膜，从而使得X-平板的制造变的更容易且能够降低制造成本。

6.本发明可以在照射源与反射式显示装置之间设置平板组，通过平板组反射照射光束，能够折叠照射光束的光学路径路径，从而使得偏轴式投影系统的体积能够更加缩小。

Claims (15)

1.一种偏轴式投影系统，其特征是，该系统包括：

一照射源，可发出一照射光束；

至少一反射式显示装置，该反射式显示装置可调变该照射光束，以形成一反射的成像光束；

一投影透镜组，其中该反射的成像光束沿着一光学路径照射至该投影透镜组；以及

至少一第一平板，配置于该投影透镜组与反射式显示装置之间的该光学路径上，其中由该照射源发出的该照射光束，先入射至该第一平板，再经由该第一平板将该照射光束以一非零的入射角反射至该反射式显示装置，并且该反射的成像光束能够穿过该第一平板入射至该投影透镜组。

2.如权利要求1所述的偏轴式投影系统，其特征是，该第一平板与该光学路径的夹角介于大于-45度且小于0度以及大于0度且小于45度之间。

3.如权利要求1所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括一场镜，其中该场镜邻近该反射式显示装置配置，且该场镜的配置位置使得该照射光束经由该场镜入射至该反射式显示装置，且该反射的成像光束经由该场镜射出。

4.如权利要求1所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括：

一偏光板，配置于该照射源与该反射式显示装置之间，以将该照射光束偏极化；以及

一分析器，配置于该第一平板与该投影透镜组之间，以分析该反射的成像光束。

5.如权利要求1所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括：

复数个反射式显示装置，其中该些反射式显示装置各别与一对应的彩色照射光束相关连，并通过调变该些相关连的彩色照射光束以形成复数的相关连的彩色成像光束；

一色彩分离器，配置于该照射源与该些反射式显示装置之间，其中该照射光束是通过该色彩分离器分离成该些彩色照射光束，并个别入射至相关连的该些反射式显示装置；

一色彩结合器，配置于该些反射式显示装置与该投影透镜组之间，其中该色彩结合器能够结合该些彩色成像光束，以形成该反射的成像光束；以及

复数个第一平板，为个别配置于该投影透镜组与该些反射式显示装置之间相关连的该些光学路径上，其中由该色彩分离器分离的该些彩色照射光束，先个别入射至相关连的该些第一平板，再经由该些第一平板将该些彩色照射光束以一非零的入射角个别反射至相关连的该些反射式显示装置，并且该些彩色成像光束系能够个别穿过相关连的该些第一平板入射至该色彩结合器。

6.如权利要求5所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括复数个场镜，其中该些场镜个别邻近该些反射式显示装置配置，且该些场镜的配置位置使得该些彩色照射光束个别经由相关连的该些场镜入射至该些反射式显示装置，且该些彩色成像光束是经由对应的该场镜射出。

7.如权利要求5所述的偏轴式投影系统，其特征是，该些第一平板与对应的该些光学路径的夹角个别介于大于-45度且小于0度以及大于0度且小于45度之间。

8.如权利要求5所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括：复数个第二平板，个别配置于该色彩分离器与相关连的该些反射式显示装置之间，其中该些第二平板是使该照射光束垂直该色彩分离器的入射面入射，且分离的该些彩色照射光束为个别入射至相关连的该些第二平板，再由该些第二平板个别反射至对应的该些第一平板。

9.如权利要求5所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括：

复数个偏光板，个别与该些反射式显示装置相关连，配置于相关连的该照射源与该些反射式显示装置之间；以及

复数个分析器，个别与该些反射式显示装置相关连，配置于相关连的该色彩结合器与该些第一平板之间。

10.一种偏轴式投影系统，其特征是，包括：

一照射源，可发出一照射光束；

一色彩分离器，用以将该照射光束分离成复数个彩色照射光束；

复数个反射式显示装置，个别与该些彩色照射光束相关连，该些反射式显示装置个别接收并调变该些相关连的彩色照射光束以形成复数的相关连的彩色成像光束；

一投影透镜组，其中该投影透镜组与该些反射式显示装置个别具有一光学路径；

一色彩结合器，配置于该些反射式显示装置与该投影透镜组之间，其中该色彩结合器能够结合个别沿着该些光学路径的该些彩色成像光束，以形成一成像光束沿着该些光学路径入射至该投影透镜组；以及

复数个平板组，个别配置于该色彩分离器与该些反射式显示装置之间，其中该些平板组使该照射光束垂直该色彩分离器的入射面入射，且分离的该些彩色照射光束为个别入射至相关连的该些平板组，再个别由该些平板组以一非零的入射角反射至对应的该些反射式显示装置。

11.如权利要求10所述的偏轴式投影系统，其特征是，每一平板组包括：

一第一平板：以及

一第二平板，并且该些彩色照射光束个别照射至相关连的该些第二平板，再由该些第二平板反射至对应的该些第一平板，接着由该些第一平板反射至对应的该些反射式显示装置。

12.如权利要求11所述的偏轴式投影系统，其特征是，该些第一平板个别配置于该投影透镜组与该些反射式显示装置之间相关连的该些光学路径上，且该些彩色照射光束以一非零的入射角反射至相关连的该些反射式显示装置，并且该些彩色成像光束能够个别穿过对应的该些第一平板而入射至该色彩结合器。

13.如权利要求12所述的偏轴式投影系统，其特征是，该些第一平板与对应的该些光学路径的夹角个别介于大于-45度且小于0度以及大于0度且小于45度之间。

14.如权利要求10所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括复数个场镜，其中该些场镜为个别邻近该些反射式显示装置配置，且该些场镜的配置位置使得该些彩色照射光束个别经由相关连的该些场镜入射至该些反射式显示装置，且该些彩色成像光束个别经由对应的该些场镜射出。

15.如权利要求10所述的偏轴式投影系统，其特征是，更包括：

复数个偏光板，个别与该些反射式显示装置其中之一相关连，配置于相关连的该照射源与该些反射式显示装置之间；以及

复数个分析器，个别与该些反射式显示装置其中之一相关连，配置于相关连的该色彩结合器与该些反射式显示装置之间。

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