TW200305032A - Lateral color compensation for projection displays - Google Patents

Description

200305032 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係有關於一彩色數位圖像投影顯示器，以及用於 該投影顯示器之投影光學透鏡系統。 先前技術 一典型的彩色數位圖像投影顯示排列使用三個數位圖像 編碼光束調變器面板，每個針對一彩色圖像之紅、綠、藍 組成之每個。光束調變器面板的例子包含可傳導多晶石夕液 晶顯示器（LCDs)、反射式數位微鏡裝置（DMDs)、及反射式 液晶顯示器（RLCDs)，這些同樣係已知可作為在矽晶顯示 器上之反射式液晶（LC〇s)。常常來自該等三個面板之圖像 編碼光束係利用構成彩色的光束重新結合光學元件光學地 結合’並且透過一單一投影透鏡投影。 隨著更高解析度、更高像素數及更小裝置需求的增加， 設計用於彩色數位圖像投影顯示之投影透鏡之困難也與之 遞增。一逐漸被重視的投影透鏡之特徵係一被稱之為”橫向 彩色”的特徵。橫向彩色係指色散，其包含一圖像在該波長 或彩色或該圖像之彩色在橫向倍率之依存性。隨著彩色在 橫向倍率之變化典型地會導致向外離一投影圖像顯示之中 心之來自紅、綠及藍色數位圖像編碼光束調變器面板所重 昼構成彩.色成像的圖像之收斂改變。所以假如數位圖像編 碼面板係位在該顯示的中心，該彩色收斂會在該顯示之邊 緣處偏移-個以上的像素。$色收斂之變異會減損圖像品 質’特別是電腦圖像顯示器。 -6- 200305032 (2) 發明說明續頃 限制橫向彩色的偏移對於三面板投影螢幕的發展是一個 很重要的議題《例如，採用具有1200χ16⑽像素的面板陣列 之投影螢幕·’其每個像素大約為10微米大小的方塊，並且 受限於半個或更少的像素的橫向彩色的不收斂之設計目的 ’呈現出要達成一投影透鏡標記係一個困難的目標。一傳 統具有該等面板陣列之投影螢幕可能在該圖像之角落在該 面板_列處約12微米大小會有一橫向彩色的不收斂，其大 於一像素。該大小的橫向彩色不收斂在電腦顯示螢幕的應 用上是很重要問題，在此處按鈕及選單通常地係放置在該 圖像顯示器的邊緣處。一般為了補償橫向彩色效應，一投 影透鏡將會增加其大小及包含額外的元件，這會導致設計 複雜度及成本的增加。實際上，只有透鏡設計並不足以達 到增加顯示解析度的要求。 發明内容· _ 有關電干式投影顯示器之新興方向係為採用反射式液晶 極化調變器之反射極化調變器基系統。許多基於反射式極 化調變器之架構採用的安排會使得從該極化調變器面板到 該投影透鏡間的距離比該投影透鏡的焦距大。這對於後方 投影顯示器係特別地適用，像是投影螢幕及投影電視。通 常’該後焦點的距離愈大，則愈困難製造投影透鏡。其他 讓一投影透鏡產生該等系統之挑戰之光學的設計限制係遠 心性的要求。一遠心透鏡系統具有在無限遠處之入射瞳孔 。就首要的射線而言，也稱之為”主要射線"，其具有在無 限遠處之入射瞳孔係指該等首要的射線係平行於該光學軸 200305032 (3) 發明說明輕 ,因此導致一影像上的每一點都擁有同一組的角度或瞳孔 性質。 採周反射式液晶極化調變器及一遠心投影透鏡之傳統的 數位圖像、投影機係由Chui等人揭露於美國專利編號 5,777,789。該’789專利的投影機具有用於該投影機作為未 極化"白”光之光源之金屬鹵化物圓弧燈。來自該圓弧鹵化 物的光通過照明光學元件，其功能係用以形成一大致上平 行、可見的白光照明光束，其相對於採用於該投影機中液 晶極化調變器之極化調變器面在空間上強度大致上係為均 勻的。該未極化的照明光束係導入到一極化分光器方塊， 其將該未極化光束分割成兩道實質上已極化但是通常並非 完美地極化的光，該兩道光束各自的極化方向實質上係互 為垂直。在該’789專利之數位影像投影機之極化分光器方 塊中如此產生的兩道光束之一實質上係作為一已極化光源· 的光束，並且從該極化分光器方塊導入到一彩色分光/合光 稜鏡總成。該彩色分光/合光稜鏡總成係包含三個稜鏡，其 具有該等稜鏡的某些表面係帶有兩色性的塗層，用以連續 地從鉍實質上已極化的光源光束之可見白光中分出紅、藍 及綠光成分，然後將每道實質上已極化的構成彩色光束導 入道一對應的反射式液晶極化調變器-在該’789專利中稱之 為”光閥π。 該'789專利之數位影像投影機之三個極化調變器之每一 個係以垂直於一構成光束的光學路徑之反射式極化調變器 表面來定位，該路徑係相對於該對應的實質上已極化的彩 200305032 ^ 發明說明嚷 色組成光束離開該彩色分光/合光稜鏡總成之彩色組成輸 出表面來定義。根據該，789專利，該反射式液晶極化調變 兑的衫像係藉由相對於該菱鏡總成之彩色組成輸出表面之 極化調變器之機械調整來將之一致化於該投影螢光幕上。 通常，一反射式極化調變器係作為利用該光束之光之極化 之選擇性旋轉，在像素接著像素的基準下，在整個極化調 變器表面上’根據施加於該極化調變器之信號，其編碼一 所要求合成的彩色圖像之一組成彩色影像，於空間上調變 忒對應的彩色組成光束之極化。特別地，對於每個最後將 係以一給定彩色來照明的成像圖像的像素，該色彩之實質 上已學化的彩色組成光束之極化係利用該反射式液晶極化 调變器來旋轉’該調變器係位在對應於該最後成像的圖像 之像素位置之極化調變器表面。該等照明像素係稱之為 M光”像素。相反地，對於每個最後不需將以一給定彩色來 照明的成俸圖像的像素，該色彩之實質上已極化的彩色組 成光束係以未被該反射式液晶極化調變器所改變的光束的 極化所反射’該調變器係位在對應於該最後成像的圖像之 像素位置之極化調變器表面。該等未照明的像素係稱之為 ”暗”像素。 因此’利用該’789專利之數位圖像投影機之液晶極化調變 器在空間上可選擇地極化調變之彩色組成光束係從該極化 調變器之反射式極化調變器表面反射而來，實質上係沿著 該對應組成光束光學路徑往回穿過該彩色分光/合光稜鏡 總成。該三道反射的彩色組成光束之每一道實質上追溯其 -9- 200305032 (5) 發明說明_ V-· * * t i 原始通過該稜鏡總成，並且重新結合其他兩道彩色組成光 束以形成一合成空間上可選擇地極化調變光束。該合成光 束攸该彩色分光/合光棱鏡總成出現’然後傳送到該極化分 光器方塊。該極化分光器方塊將該合成光束分割成一極化 調變光像素組成光束，其攜帶著由光像素所組成之合成彩 色圖像，及一非極化調變暗像素組成光束，其攜帶著由暗 像素所組成之彩色否定圖像。因為該暗像素組成光束之極 化係利用該等反射式液晶調變器來讓其不變化，該暗像素 組成光束追溯透過該投影機往回到該照明光源之圓弧燈之 光學路徑。該極化調變光像素組成光束係從該極化光束分 光器導向該W89專利之數位圖像投影機之投影透鏡中。根 據該*789專利，該投影透鏡係為後對焦（retrofocus)遠心透 鏡，其設計用以調適一大量玻璃工作距離及遠心的照明。 該投影透鏡是用於將該要求的合成彩色圖像投影到一投影 螢光幕上。 通常’投影顯示器之設計者係努力要達成一 ”完美的，，投 影圖像。然而，投影顯示器的設計者會面對一些困難，列 舉一些像是在該投影圖像中保持適當的影像高度及橫向彩 色效應。以一單一數位圖像編碼光束調變器面板或多重光 束調變器面板及一遠心系統，設計者必須透過透鏡達到該 π完美成像圖像"。然而，只靠透鏡系統來達成一 ”完美的，， 成像圖像係有問題的，且常常會花費甚多而超過經濟上的 可行性。該等透鏡系統係放置於一光束調變器面板之前或 之後’對於橫向彩色常常都是問題，即使是目前可得最佳 -10- 200305032

的透鏡系統。嘗試著要達到一"完，，美成像圖像之投影顯示 器設計者係實際上受到透鏡系統所限制。 本發明之S的係提供一投影顯示器及一投影光學透鏡系 統’其提供對數位彩色圖像投影之橫向彩色效應之補償。 該目的係藉由根據本發明制定於申請專利範圍第1項之投 影顯不器以及如申請專利範圍第4項之投影光學透鏡系統 來達成。 大體上’在數位彩色圖像投影顯示中之橫向彩色色差效 應之補償係在本發明中利用提供投影光學元件給該投影顯 示來達成’其係為一定角度的遠心，以建立一用以聚集偏 轴光之角度幾何形狀，利用該投影光學元件來投影，及提 供不同原色之物體數位圖像之物體平面以透過該投影光學 疋件投影顯示’其係位在於離該投影光學元件不同的有效 轴向距離處J其軸向距離係分別地輸入到該投影光學元件 所聚集的偏軸光之角度幾何形狀，及輸入到由該投影光學 疋件以不同原色在橫向倍率中的橫向彩色色差差異，使得 在橫向倍率之彩色依存差異能夠被補償。 較佳地’本發明之數位彩色圖像投影顯示之投影光學元 件提供三個分別為紅、綠及藍的物體圖像的組成原色物體 平面。該等三個組成原色物體平面離該投影光學元件之有 效軸向距離較佳地彼此互相不同。 本發明之投影顯示較佳地包含三個組成原色數位圖像編 碼光束調變器面板，其分別對應於該組成原色為紅、綠、 及藍之一。每個光束調變器面板較佳地包含複數個以平面 • 11 - 200305032 發明說明轉譯 陣列所排關光學調㈣像素元件^组成原色數位圖 像編碼光束調變器面板之每_個係較佳地以靠近該投影顯 示之對應之组成原色构體平面之光束調變器面板之光學調 變器像素元件之平面陣列來定位…組成原色光束調變器 面板之每㈣學調變像素元件係、根據施加於該光束調變器 面板之圖像編碼控制信號’調適用以控制地且光學地調變 用以照明該像素元件之光…组成原色光束調變器面板之 光學調變器像素元件係較佳地可全體調適用於以一像素陣 列基準於空間上光學調變一組成原色光束，其根據該要求 的組成彩色數位圖像之對應原色圖像組成照明該光束調變 器面板，以形成一圖像編碼組成原色光束^ 一組成原色編 碼光束的中心軸可以分別為每個圖像編碼組成原色光束所 足義，利用母個組成原色編碼光束的中心軸以實質上為垂 直的入射與芦對應之組成原色光束調變器面板相交於一組 成原色調變器面板中心軸相交點。標示出光學調變器面板 元件在該等三個組成原色光束調變器面板上的位置以及該 各自的組成原色調變器面板中心軸交點之各自平面陣列較 佳地$質上彼此間在幾何上係一致的。一物體像素間隔距 離可以定義成該光束調變器面板之鄰近像素元件間平均中 心到中心的距離。 本發明之投影顯示之合成彩色影像平面較佳地具有一陣 列的相對於此所定義的合成彩色像素位置。每個合成彩色 像素在該-合成彩色影像平面上的位置較佳地對應於三個光 學調變器像素元件，其分別位於實質上在該等光束調變器 • 12 - 200305032 ⑻ 發明說明畴; 面板上係一致的位置。一投影光學元件的中心軸可以相對 於該投影光學元件中心地通過該投影光學元件來定義。本 發明之投影顯示之投影光學元件具有一投_影光學光圈停止 ，其七著該投影光學元件中心軸在投影光學光圈停止處。 一合成彩色影像平面的中心軸交點係利用該投影光學元件 的中心軸與該合成彩色影像平面之交點來定義，該平面係 對應於該專二個組成原色調變器面板中心軸交點。 一合成彩色影像測試點的位置係較佳地定義於本發明之 投影顯示之合成彩色影像平面，橫向地從該組成彩色影像 平面中心軸交點所偏移，及對應於在該合成彩色影像平面 之一單一合成彩色像素之位置。在該合成彩色影像平面上 之合率彩色影像測試點的位置較佳地對應於三光學調變器 物體測試點像素元件，其分別位在該等三個組成原色光束 調變器面板占基本上一致的點。對每個組成原色，一合成 原色測試點主要的光線軌跡可以，追蹤以作為該組成原色 光線’從該合成彩色影像平面之組成彩色影像測試點的位 置，透過該投影光學元件來定義，通過該投影光學元件光 圈停止之中心點，及通過該投影顯示之任何介於中間的光 學疋件，以相交該對應之組成原色光束調變器面板於從該 光束調變器面板之中心軸交點所橫向偏移的一點。該等三 個組成原色測5式點主要的光線軌跡之每一個光學地追縱一 組成原色相依型路徑，其證明該光學元件的色差，透過其 该主要的射線軌跡通過包含橫向倍率之橫向彩色色差的差 異。本發明之投影顯示之投影光學元件之投影光學元件光 200305032 ⑺ 發明說明g 圈停止的位置係為非遠心的光圈停止位置，使得每個組成 原色測試點的主要射線軌跡與該對應之組成原色光束調變 器面板，根據闬以聚集投影闬的偏軸光的角度幾何形狀， 利用該非遠心的投影光學元件，以一非遠心的相交角度相 交，其相對一垂直於該光束調變器面板在該相交點處傾斜 。該等三個組成原色光束調變器之每一個係較佳地個自以 離該投影光學元件之有效軸向距離將之軸向定位，考慮到 該組成原色測試點的主要射線軌跡與該對應之組成原色光 束調變器面板之相交的非遠心角度及色差，其包含在該等 各自的組成原色之橫向倍率中的橫向彩色色差的差異，該 對應之組成原色測試點的主要射線執跡相交該光束調變器 面板，約在該對應的物體測試點像素元件之中心之像素間 隔距離的一半之處内，使得該投影光學元件之不同組成原 色之光線之禪向倍率會很容易利用在該合成彩色影像平面 之投影光學元件所成像的整個合成彩色圖像上補償β 本發明的投影顯示之數位圖像編碼光束調變器面板包含 可傳導多晶石夕液晶顯示器（LCDs)、反射式數位微鏡裝置 (DMDs)、或反射式液晶顯示器（rlcDs)。 在本發明之投影顯示之一實施例中，該組成原色數位圖 像編碼光束調變器面板的每一個係以該光束調變器面板之 光學調變器像素元件之平面陣列來定位，其基本上定位係 與泫對應之組成原色物體平面一致。在本發明之投影顯示 之另一實施例中’該組成原色數位圖像編碼光束調變器面 板之至少一個係以該光束調變器面板之光學調變器像素元 -14- 200305032

件之平面陣列來定位，其與該對應之組成原色物體平面隔 離一組成原色像素收斂未聚焦的距離，使得該對應之組成 原色測試點的主要射線執跡相交該光束調變器面板於大約 一半的該對應光學調變器物體測試點像素元件之中心之物 體像素間隔距離。 本發明之能夠讓橫向彩色色差效應有效地補償之數位圖 像彩色投影顯示之投影光學元件透鏡系統具有一投影光學 疋件入射光學埠及一投影光學元件出射光學埠。一投影光 學元件中心軸係相對於該投影光學元件透鏡系統定義，其 通過5亥透鏡系統之中心，而軸向地從該入射光學埠及該出 射光學埠延伸。 在一合成彩色圖像投影顯示影像平面中可以利用本發明 之投影光學元件透鏡系統來成像合成彩色圖像，該平面係 相對於《玄·透截系統疋義，以貫質上垂直地延伸到該透鏡系 統之投影光學元件中心軸，其在一投影光束出射傳播方向 上從該投影光學元件出射光學埠相隔。在該合成彩色圖像 投影顯示影像平面上之一影像平面中心軸交點係利用該投 影光學元件中心軸與該影像平面之相交點來定義。 對三組成原色之每一個，較佳地為紅、綠及藍，一組成 原色投影顯示物體平面係定義以實質上垂直地延伸到本發 明之投影光學元件透鏡系統之投影光學元件中心軸，其在 相反於一投影光束入射傳播方向之方向上從該投影光學元 件入射光學埠相隔。一組成原色物體平面中心軸的交點係 分別地針對該等三個組成原色投影顯示物體平面，利用該 200305032 (’ 發明說 投影光學元件中心軸與該各自的物體平面之相交點來定義。 對該等三個組成原色之每一個，本發明之投影光學元件 透鏡系統係調適用以投影地將位在該對應之組成原色投影 顯示物體平面之組成原色之圖像成像於該合成彩色圖像投 影顯示影像平面上。該投影光學元件透鏡系統顯示出一橫 向彩色色差。例如，一測試合成彩色物體圖像具有相對於 该投影光學元件中心軸的橫向範圍，其沿著該投影光學元 件中心軸，放置在一測試物體位置，然後利用該透鏡系統 投影於該合成彩色圖像投影顯示影像平面上，這對不同的 組成原色係不一樣的。 本奋明之投影光學元件透鏡系統包含一入射光學元件， 其具有位在該投影光學元件入射光學埠處的一入射光學表 面。該投影光學元件中心軸與該投影光學元件透鏡系統之 入射光學表©之相交處定義一物體平面遠處基地點。一組 成原色物體平面軸向位置距離係分別地針對每個組成原色 投影顯示物體平面所定義，其係為從該物體平面遠處基地 點在該投影光學元件透鏡系統之入射光學表面上之物體平 面遠處基地點量測到該各自的組成原色物體平面之物體平 面中心軸交點。 本發明的投影光學元件透鏡系統具有一投影光學元件光 圈停止，其位在沿著該投影光學元件中心軸的投影光學元 件光圈停止的位置。 一相對於本發明的投影光學元件透鏡系統之合成彩色影 像測試點位置係定義在該合成彩色圖像投影顯示圖像平面 -16 - 200305032 (12) 發明說明績揉 ，其橫向地從該影像平面中心軸交點偏移。對每個組成原 色’ 一組成原色測試點主要的射線執跡係各自地定義，光 學上循跡作為該各自的組成原色光的射線；從在該合成彩 色圖俸投影顯示影像平面上的橫向偏移合成彩色影像測試 點到該投影光學元件出射光學埠，透過該投影光學元件透 鏡系統通過該投影光學元件光圈停止之中心點，及出自於 該投影光學元件入射光學埠以相交於該對應之組成原色投 影顯示物體平面。該等三個組成原色測試點主要的射線軌 跡之每個各自地循跡一對應的組成原色相依型路徑，透過 顯示出該透鏡系統之色差之投影光學元件透鏡系統，包含 該橫向彩色色差。在每個組成原色測試點主要的射線軌跡 與該對應之組成原色投影顯示物體平面之間的交點定義一 對應之組成原色此體測試點的位置。該等三個組成原色物 體測試點位異的每一個針對該對應之組成原色之光，係光 學地與在該合成彩色圖像投影顯示影像平面上之橫向偏移 的合成彩色影像測試點位置成對。每個組成原色物體測試 點位置係橫向地從該對應之組成原色投影顯示物體平面之 物體平面中心軸交點偏移，定義一組成原色物體測試點橫 向位移距離。 本發明之投影光學元件透鏡系統之投影光學元件光圈停 止之投影光學元件光圈停止位置係為一非遠心的光圈停止 的位i。·由於該非遠心的光圈停止的位置，每個組成原色 測試點主·要的射線軌跡係以一非遠心的相交角度相交該對 應之組成原色投影顯示物體平面，其係相對於該物體平面 •17- 200305032 (13) 發明說明續頁: 之垂直方向傾斜於該相交點。該等三個組成原色投影顯示 物體平面沿著該投影光學元件中心軸各自具有軸向位置， 考慮到該對應之組成原色到試點主要的射線執跡與該各自 的組成原色物體平面之相交的非遠心的角度，以及色差， 包含該透鏡系統在不同的組成主色下的橫向倍率的橫向彩 色色差差異，而使得該等三個組成原色投影顯示物體平面 之組成原色物體測試點橫向偏移距離基本上彼此係相等的 。該等三個組成原色投影顯示物體平面之各自的軸向位置 係使得該等三個組成原色物體平面之至少兩個的各自的組 成原色物體平面軸向位置距離-較佳地係所有三組成原色 物體平面-彼此間係不同的，使得由於本發明之投影光學元 件透鏡系統之橫向彩色色差所導致的不同組成原色光射線 之橫向倍率的差異係傾向於至少部分係由在該合成彩色圖 像投影顯示多像平面上的透鏡系統所成像的整個合成彩色 -圖像補償。 較佳地，本發明的投影光學元件透鏡系統係調適用以投 影地成像该專二個組成原色之每一原色的物體圖像，其按 尺寸切割以符合在一對應的大致上為矩形的物體圖像範圍 ，其參考該對應之組成原色投影顯示物體平面。舉例來說 ，該一物體圖像範圍較佳地對應於一數位圖像編碼光束調 變器面板的一調變器表面的尺寸。該物體圖像範圍的每個 具有-高度財，其對於所有三個物體圖像範圍係相同的 ，及一寬度尺寸，對於所有三個物趙圖像範圍係相同的。 在該辑影光學元件透鏡系統的入射光學表面上的物體平面 -18- 200305032

(14) 距離基準點與該對應之組成原色物體平面的物體平面中心 軸的相交點之間的每個物體平面軸向位置距離係較佳地至 少為兩倍於該物體圖像的高度尺寸與寬度尺寸中較小的尺 寸值’使得當該投影光學元件透鏡系統係與一數位圖像投 影顯示結合，極化分光器元件及光束彩色分割/組合元件可 以在該透鏡系統之投影光學元件入射埠與該投影顯示的組 成原色數位圖像編碼光束調變器面板之間調適，其較佳地 係各自地位在離該投影光學元件入射埠一有效的軸向距離 ’其相等於該對應之組成原色物體平面軸向位置距離。 一影像圖像範圍較佳地係定義於本發明之投影光學元件 透鏡系統之合成彩色圖像投影顯示影像平面，以對應於該 組成原色投影顯示物體平面之物體圖像範圍之影像。較佳 地’在該合成彩色圖像投影顯示影像平面上之合成彩色影 像測試點炳位置係位在於靠近該影像圖像範圍周圍内。 較佳地·，在本發明的投影光學元件透鏡系統，每個組成 原色測試點的主要射線軌跡在其與該對應之組成原色投影 顯示物體平面之交點處，其循跡在通常相反於一投影光束 入射傳播方向的方向，其背離該投影光學元件中心軸。 較佳地，該等三個組成原色投影顯示物體平面之各自的 組成原色物體平面軸向位置距離在本發明的投影光學元件 透鏡系統中彼此間互不相同。 本發明用以投影所要求觀看用的組成彩色數位圖像之投 影顯示較佳地包含一投影顯示外箱及一照明來源，其放置 在該投影顯示外箱内於用以提供白光光譜照明光之照明來 (15) (15)200305032

源物體位置。較佳地，光束成形光學元件係放置在該投影 顯示外箱内以接收該照明來源的照明光線。該光束成形光 學7C件係調適用以從該光線形成一聚焦的照明光束，气香 質上沿著相對於該光束成形光學元件所定義的照明光束^ 心軸傳播。 本發明的投影顯示較佳地也包含一極化分光器。一照明 光束接收軸、一暗像素極化狀態極化光束軸、及一光像素 極化狀態#化光束軸是相對於該極化分光器所定義。节極 化分光器係調適用以接收一照明光束，其實質上係朝向該 極化分光器沿著該照明光束接收軸傳播，以分割來自該照 明光束的一線性極化的暗像素極化狀態光束，其向外地從 該極化分光器實質上沿著該暗像素極化狀態極化光束轴傳 播，以接收一混合極化圖像編碼光束，包含具有一彩色負 面圖線的暗f象素極化狀態線性極化光及具有一要求的合成 彩色圖像之光像素極化狀態線性極化光，其朝向該分光号 貫質上Λ著该暗像素極化狀態極化光束軸傳播，以將該混 合極化圖像編碼光束分割成具有該彩色負面圖像的一暗像 素極化狀態線性極化光束，其遠離該極化分光器實質上沿 著該照明光束接收軸傳播，及具有所要求的合成彩色圖像 的朱像素極化狀態線性極化光束’其向外地從該極化分 光器貫質上沿著該光像素極化狀態極化光束軸傳播。該極 化分光器的照明光束接收軸係較佳地有效與該照明光束成 形光學元'件的照明光束中心軸對準。 本發明的投影顯示較佳地尚包含光束彩色分割/組合光 -20- 200305032 (16) 键說明:綠頁 千元件’其具有一合成光束輸入/輸出光學槔及三個組成原 色次光束輸出/輸入光學埠。該光束彩色分割/組合光學元件 係調適用以接收一白光光譜輸入光束，其實質上沿著一合 成光束輸入/輸出中心軸傳播到該合成光束輸入/輸出光學 淳’將該白光光譜輸入光束分割成三個組成原色輸出次光 束’及將該組成原色輸出次光束之每個各自地從該對應之 組成原色輸出/輸入光學埠投影，其實質上沿著一對應之組 成原色次光束輸出/輸入中心軸傳播。該光束彩色分割/組合 光學元件係尚調適用以各自接收該三個組成原色每個的輪 入次光束，其實質上沿著該對應之組成原色次光束輸出/ 輸入中心軸傳播到該等三個組成原色輸出/輸入光學埠的 對應埠，將該等三個組成原色輸入次光束組合成一合成彩 色輪出光束，然後投影來自該合成光束輸入/輸出光學埠的 合成彩色輪4光束，其實質上沿著該合成光束輸入/輸出中 心軸傳播。較佳地，該光束彩色分割/組合光學元件係放置 在忒投影顯示外箱内，並且將其方向定為以該合成光束輸 入/輸出中心軸與該極化分光器的暗像素極化狀態極化光 束軸處於有效的對準。較佳地，對應於每個組成原色，一 組成原色中心光學路徑係被定義，其通過該光束彩色分割/ 組合光學元件及該極化分光器作為該對應組成原色光線的 光像素極化狀態線性極化次光束的中心軸，其傳播到該 對應之組成原色次光束輸出/輸入光學埠内，其實質上沿著 該對應之組成原色次光束輸出/輸入中心軸，依次透過該光 束彩色分割/組合光學元件及該極化分光器及向外地從該 200305032 (17) 發明說明纖 • . . 'd 從該極化分光器實質上沿著該光像素極化狀態極化光束軸。 本發明的投影顯示較佳地也包含投影光學元件，其安裝 在具有一投影光學元件入射光學埠及一投影光學元件出射 光學槔的投影顯示外箱。一投影光學元件中心軸係較佳地 相對該投影光學系統來定義，其中心地通過該入射光學埠 及該出射光學埠。較佳地，該極化分光器的光像素極化狀 態極化光束軸係有效地與該投影光學元件的投影光學元件 中心轴對車。該投影光學元件具有一投影光學元件光圈停 止’其位在沿著該投影光學元件中心軸的一投影光學元件 光圈停止處。該投影光學元件係調適用以透過該入射光學 埠接收一合成彩色圖像承載光束，其實質上沿著該投影光 學元件中心軸傳播，並且投影該光束透過該出射光學埠以 有效地成像該合成彩色圖像於一圖像顯示影像平面上，其 較佳地係實_質上垂直延伸到該投影光學元件中心軸。該投 影光學元件較佳地包含一入射光學元件，其具有一入射光 學表©’透過該表面通過正進入到該入射光學埠的圖像承 載光束。較佳地，一投影物體距離基地點係定義為該投影 光學元件中心軸與該投影光學元件的入射光學表面的相交 點。該投影光學元件顯示出一橫向彩色色差。例如，一具 有相對該投影光學元件中心軸的橫向範圍的測試合成彩色 物體圖像的橫向倍率，其沿著該投影光學元件中心軸放置 在一測試物體圖像位置，然後藉由該投影光學元件投影到 該圖像顯示影像平面，這對不同的組成原色會不相同。 較佳地，本發明的投影顯示尚包含三個反射式組成原色 -22- 200305032 (18) 數位圖像編碼極化調變器。每個反射式組成原色極化調變 器較佳地具有一實質上為平面的反射式極化調變器表面， 其包含複數個獨立的以平面陣列所排列的可控制反射式極 化調變器像素元件。每個該反射式組成原色極化調變器係 較佳地放置在一與該光束彩色分割/組合光學元件的三個 組成原色輸出/輸入光學埠的所對應之一有關係的輸出次 光束截取，及較佳地以該各自的極化調變器的極化調變器 表面’其面對著該對應之組成原色輸出/輸入光學元件琿， 以及延伸實質上垂直於該對應之組成原色次光束輸出/輸 入中心軸而定其方向。較佳地，一極化調變器表面中心軸 交點係針對每個反射式極化調變器表面來定義為該極化調 變器表面與該對應之組成原色次光束輸出/輸入中心軸的 相交點。較佳地，將反射式極化調變器像素元件的位置放 置在該等：固組成原色極化調變器的極化調變器表面以及 該極化調變器表面的各自極化調變器表面中心軸相交點的 各自平面陣列基本上在幾何方面彼此係互相一致的。一極 化調變器軸向位置距離係較佳地針對每個反射式極化調變 器表面來定義，其係從該極化調變器表面的中心軸相交點 ，沿著該對應之組成原色中心光學路徑，通過該光束彩色 分割/組合光學元件及該極化分光器，量測到在該投影光學 元件的入射光學表面上的投影物體距離基地點。 較佳地，本發明的投影顯示的反射組成原色數位圖像編 碼極化調變器中的每個反射式極化調變器像素元件係調適 用以反射落在該像素元件上的線性極化的組成原色光線， -23- 200305032

以及用以根據施加於該極化調變器的圖像編碼控制信號， 調變該反射線性極化光線的極化。較佳地，一組成原色數 位圖像編碼極化調變器的一極化調變器表面的反射極化調 變器像素元件係集合地調適用以在一像素陣列的基礎上反 射地空間上調變一線性極化組成原色暗像素極化狀態輪出 次光束的極化，其係根據一所要求的合成彩色數位圖像的 對應的原色組成圖像，從該對應之組成原色次光束輸出/ 輸入光學埠投影到該極化調變器的表面上，以形成一反射 的混合極化圖像編碼組成原色輸入次光束，其被導入到該 對應之組成原色次光束輸出/輸入光學埠。較佳地，該圖像 顯示影像平面具有以相對於其上所定義的一陣列的合成彩 色像素位置。每個在該圖像顯示影像平面中的該合成彩色 像素位置較佳地係對應於三個反射式極化調變器像素元件 ，其各自地y有效一致的位置來放置在該三個反射的組成 -原色極化調變器的表面上。 較佳地，一合成彩色影像測試點的位置係定義在本發明 的投影顯示的圖像顯示影像平面中，其橫向偏離該投影光 學元件中心軸與該圖像顯示影像平面的相交點。該影像測 試點位置較佳地對應於在該圖像顯示影像平面的一單一合 成彩色像素。在該圖像顯示影像平面的合成彩色影像測試 點位置較佳地係對應於三個反射極化調變器物體測試點像 素元件’其各自位在於該三個反射組成原色極化調變器的 表面上的'有效一致的位置，橫向地偏離該極化調變器表面 的各自的極化調變器表面的中心軸的相交點^較佳地，對 -24- 200305032 (20) 發明說明« 每個組成原色，一組成原色測試點主要的射線執跡係從， 循跡作為該組成原色光像素極化狀態線性極化光的射線， 在該圖像顯示影像平面的合成彩色影像測試點的位置來定 義，透過該投影的光學元件，通過該投影光學元件光圈停 止的中心點，透過該極化分光器，及通過該光束彩色分割/ 組合光學元件，以相交該對應之組成原色極化調變器的表 面於一點’其橫向偏離該極化調變器表面的中心軸的相交 點。該三個組成原色測試點的主要的射線軌跡的每一個係 緊接在一組成原色相依型路徑，其顯示出該主要的射線軌 跡所通過的光學元件的色差，其包含該橫向彩色色差。投 影光學元件光圈停止位置係為一非遠心的光圈停止位置， 使得該組成原色測試點主要射線執跡係相交該對應之組成 原色極化調變器的表面於一非遠心的相交角度，其係相對 於該調變器^面的垂直方向上在該相交點上傾斜。該三個 反射組成原色極化調變器係單獨地沿著該光束彩色分割/ 組合光學元件所對應之組成原色次光束輸出/輸入光學埠 軸向地定位，考慮到該組成原色測試點主要射線軌跡與該 對應之組成原色極化調變器的極化調變器表面間的相交的 非遠〜角度，以及該主要的射線軌跡所通過的光學元件的 色差，其包含在橫向倍率中，對各自不同的組成原色所產 的檢向I色色差差異，該對應之組成原色測試點主要的 射線執跡有$文_地相交該對應之組成原、&極化調變器的極 化調變器的表面於該極化調變器物體測試點的像素元件。 較佳地纟’务明的⑬影顯示的三個&射的、组成原色數位圖 -25- 200305032 (21) 像編碼及互調變器的至少兩個的極化調變器表面的各自軸 向位置的距離彼此互相不同，使得該投影光學元件的橫向 彩色色差所引起的不同組成原色光射線的橫向倍率中的差 異易於針對該圖像顯示影像平面中的投影光學元件所成像 的合成彩色圖像而被補償。 較佳地，本發明的投影顯示的組成原色係為紅、綠及藍。 該合成彩色影像測試點的位置係較佳地位在本發明的投 影顯示的圖像顯示影像平面的周圍。較佳地，該合成彩色 影像的測試點的位置係位在該圖像顯示影像平面上的周圍。 較佳地’該三個反射的組成原色數位圖像編碼極化調變 器的的各自表面的軸向位置的距離在本發明的投影顯示中 彼此係互不相同的。 較佳地，本發明的投影顯示的每個反射的組成原色極化 調變器的表涵係位在至少靠近於一對應之組成原色物體平 面，其光學地相連結於該圖像顯示影像平面。一或更多的 極化調變器表面係與該對應之組成原色物體平面相隔一組 成原色像素收斂失焦的距離，使得該對應之組成原色測試 點的主要射線軌跡係有效地相交該極化調變器表面於該極 化調變器物體測試點像素元件。 適合本發明的投影顯示的極化分光器包含MacNeille型多 層介電質薄膜極化分光器、線格狀極化器極化分光器、或 另外雙折射/非雙折射薄膜極化器極化分光器。MacNeiiie 型多層介電質薄膜極化分光器大致上係由描述於 MacNeiUe的美國專利編號2,4〇3,7;h，以及Sann〇he及 -26- 200305032 (22) 奁吸續頁

Miyatake的美國專利編號5,453,859。線格狀極化器極化分 光器大致上係由描述於已發行的國際PCT專利申請案編號 WO 01/09677及WO 00/703 86。另外雙折射/非雙折射薄膜極 化器極化分光器大致上係由描述於已發行的國際PCT專利 申請案編號WO 00/70386。 本發明的投影顯示的光束彩色分割/組合光學元件較佳 地包含具有安裝在表面上的二色鏡稜鏡的組成，以及平板 安裝二色鏡的組成。 本發明的投影顯示的投影光學元件較佳地僅適度地偏離 一遠心的狀況。偏離在該投影光學元件中遠心的狀況（也就 是說，使用一有限瞳孔取代無限瞳孔）建立一有角度的幾何 ，用以聚集該投影光學元件所投影的偏轴光。該用以聚集 偏軸光的有角度的幾何可用以補償橫向彩色。 一有限的瞳孔位置一般也可以協助該投影光學元件的設 計。將該at孔放在比較靠近於該實體透鏡組成係比一遠心 透鏡總成的無限瞳孔的位置更為簡單的限制。假設緯度 (latitude)於確認投影光學元件的非遠心瞳孔位置係表示設 計上的自由，其相對於該可比較的遠心投影光學元件的設 計，更易於簡化本發明的投影顯示的投影光學元件的設計 。該遠心的狀況真的能夠協助該稜鏡彩色分光及極化分光 組件的影像及可接收角度的均一性。因此，對該遠心的狀 況的偏離係較佳地保持適度或少量用於本發明的投影顯示 的投影光學元件。 假設該三個原色的每個的單獨的物體平面提供一設計上 -27- 200305032 (23) 發明說明_ 的自由，即相對於要求該三個原色有一單一物體平面，能 夠易於簡化本發明的投影顯示的投影光學元件的設計。 一少量的失焦可用以改變組成彩色物體圖像的橫向偏移 量’以調聱本發明投影顯示的彩色收斂。 尚有其他有益的實施例係載明於該獨立的申請專利範圍 内。本發明的這些及其他方面參考在此之後所描述的這些 實施例，將會變得明顯而加以描述。 實施方式 針對圖1 ’ 一數位圖像投影顯示4〇〇包含一照明光束光源 總成402，其包含一高強度照明器404及一拋物線狀反射器 406 ’其形成該投影機之未極化白光頻譜光線之照明光束 408。一紫外線、紅外線及頻譜等級過濾器總成4〇7係置於 該未極化照明光束408之路徑上，以從該光束中移除紫外線 及紅外線的0率，而將一所要求彩色頻譜的形狀傳到該光 束之頻率頻譜。 一光線保存的光束極化器總成41 0係置於該數位影像投 影機400之未極化的照明光束408之路徑中。該光束極化器 總成410係屬於一種大致類似於美國專利編號5，9 8 6，8 0 9中 Itoh及Hashizume所描述的光束極化器，所揭露的專利係在 此以參考方式併入本文。簡言之，該光束極化器總成41〇 包含一第一透鏡陣列412,其包含一矩形陣列的實質上為矩 形的第一平凸透鏡元件413。在操作中，該第一透鏡陣列412 將該照明光束408分割成一矩形陣列的聚焦次光束。通常該 光束極化器總成410及該第一透鏡陣列412特別對於該照明 -28- 200305032 (24) %m3m 光束408的的效應並沒有在圖ι中說明。該光束極化器410 也包含一極化分光器/半波平板總成414，其放置在由該第 一透鏡陣列412所產生的聚焦次光束之聚焦平面。該極化分 光器/半波、平板總成414包含一第二透鏡陣列416，及複數個 成對交替的狹長極化分光器薄膜帶420及狹長反射鏡帶422 。該極化分光器薄膜帶420及反射鏡帶422兩者會線性地以 垂直該照明光束408之中心射線之方向互相平行延伸，並且 實質上相對該光束408之中心射線呈45度傾斜。該第二透鏡 陣列416包含一矩形陣列的第二透鏡元件417，該元件實質 上係為矩形，其對於光束極化器總成410之第一透鏡陣列 412之第一透鏡元件413係一對一地對應。該第二透鏡陣列 41 6之每個第二透鏡元件準直化來自該第一透鏡陣列412之 對應的第一透鏡元件41 3之未極化的次光束，然後將該次光 束導入到‘該-極化分光器/半波平板總成414之一極化分光器 薄膜帶42Q之一部份。該極化分光器薄膜帶420將該未極化 次光束分割成兩道線性極化次光束，其中之一第一次光束 通過該極化分光器薄膜帶420，而其中之一第二次光束係從 該極化分光器薄膜帶420反射進入到一鄰近的反射鏡帶422 。該第一及第二極化次光束的極化方向基本上彼此係為垂 直。該反射鏡帶422係用以沿著實質上平行於該照明光束 408之光軸411之方向，反射出於該極化分光器/半波平板總 成414之第二線性極化次光束。一狹長半波平板帶424與每 個極化分光器薄膜帶420對準。通過該極化分光器薄膜帶 420之第一線性極化次光束也會通過半波平板帶424。該半 -29- 200305032 (25) 發明說明續_ 波平板帶424將該第一線性極化次光束之極化方向實質上 旋轉90度，以與從該反射鏡帶422所反射的第二線性極化次 光束之極化狀態基本上保持一致。該光束極化器總成4 i 〇 藉此將該未極化的照明光束408轉換成由一陣列實質上只 具有一極化狀態的線性極化次光束所組成的線性極化照明 光束409，有效地不放棄對應於在該未極化照明光束4〇8中 之任何特殊的極化狀態之光線。 通常，一平凸的光束成形透鏡426係放置在該照明光束 409之路徑上，用以聚焦及將由該光束極化總成4丨〇所產生 的線性極化次光束之陣列中之各次光束結合成一結合線性 極化照明光束。利用將複數個次光束結合成結合線性極化 照明光束，該合成照明光束便能夠在其整個橫斷面上具有 均勻的強度。 一照明光麥反射鏡421反射該線性極化照明光束409以提 供該投影顯示400之光學佈局在實體上能夠簡潔。一平凸中 繼透鏡466及一修整片狀極化器468係放置在該照光束重新 導向鏡42 1後，該線性極化照明光束409的路徑上。該平凸 中繼透鏡466與該平凸光束成形透鏡426的作用係用以將該 結合的線性極化照明光束相對一照明光學影像平面成像。 制定該修整極化器468方向以通過線性極化的光線，其方向 係平行於該光束極化器總成41 0所產生光束的極化的額定 方向。 一 MacNeille型多層介電質薄膜極化分光器470係放置在 來自該修整極化器468所通過的該線性極化照明光束409的 -30- 200305032 (26) 路徑上。該MacNielle型極化分光器470係由一第一分光器 稜鏡471、一第二分光器稜鏡472及位在該第一及第二稜鏡 471及472之斜邊表面間的一多層介電質極化薄膜476所組 成。該第一及第二分光器稜鏡471及472係由光學玻璃所作 成。組成該多層介電質極化薄膜476之介電質層並未表示於 圖1。組成該多層極化薄膜476之厚度及折射率以及該分光 器稜鏡471及472之光學玻璃之折射率係經過挑選，使得以 最佳化的極化角度（實質上為45度），從該多層薄膜476所入 射的未極化光之射線能夠進入到該多層材料中而以所謂的 "Brewstefs角度·•連續撞擊在具有不同折射率之每一層之 界面。 通過一第一材料的未極化光線係以該Brewster，s角度撞 擊到與不同折射率之第二材料之間的界面，其部分會從該 界面反射而部分會折射進入到該第二材料中。該反射光線 基本上係·以其電場（’Έ場’’）的方向係垂直於定義為撞擊到 該界面上之射線之傳輸方向之入射平面且垂直於該界面， 完全地線性極化。該折射光線只有部分極化，這係為在入 射平面之E場的組成較大於垂直該入射平面之e場的組成 。藉由以該Brewster’s角度所反射產生的極化的討論可以從 Eugene Hecht所著的光學，第三版，342〜346頁（Addis〇n Wesley 1998)發現。 在該MacNeille型多層介電質薄膜極化分光器47〇,多重界 面係提供於該多層介電質極化薄膜476，以該 度連續地反射來自一通過該連續界面之光線之光的極化組 200305032 (27) 發明說 成。在該多層薄膜中每層之厚度係被挑選，以使得從該各 個界面所反射的極化光的組成能夠建設性地相加。結果， 連續通過界面的折射光線會變得連續地變得更為極化，該E 場係位在蹿入射平面上。典型地，選擇足夠數目的層數， 作為特殊方法，使得完全通過該多層介電質極化薄膜476 之射線係能夠有效完全地以位在該入射平面上的E場來線 性極化。該反射光線也可以有效完全地以上面所提，垂直 於該入射平面的E場來極化線性。基於多層介電質薄膜的一 般MacNeille型極化分光器之架構係由MacNeille描述於美 國專利編號2,403,731，及由Sannohe及Miyatake描述於美國 專利編號5,453,859。適合用於該投影顯示400之MacNeille 型極化分光器已經商業化。 該光束極化器總成410、該修整極化器468及該MacNeille 型極化分光@ 470相對於彼此定出方向，使得入射於該極化 分光器470之線性極化照明光束409通過一極化分光器470 成為一分光器傳輸線性極化照明光束434。從該極化分光器 470而來的線性極化照明光束434之極化狀態構成一暗像素 極化狀態，因為該分光器所傳輸的線性極化照明光束434 之直接反射’在沒有改變極化狀態下，沿著由該光束離開 該分光器時所經的軸回到該極化分光器470，這會導致該反 射線性極化光的通過該極化分光器470而在沒有被該分光 器470所偏移下，沿著該路徑回到該照明光源總成402，以 照明出該投影顯示400的顯示螢幕456，該要求的圖像的 π光”像素會成像於其上。該極化照明光束409基本上係沿著 -32- 200305032 (28) 發明說明^ 一暗像素極化狀態的極化光束軸473遠離該極化分光器47〇 ’該軸基本上係相對該極化分光器47〇的第二稜鏡472的表 面垂直地廷伸。 該分光器所傳輸的極化照明光束434傳播到一原色分割/ 組成稜鏡總成436。該原色分割/組成稜鏡總成436包含三個 具有二色性塗層在表面的稜鏡，且調適用以分割進入該稜 鏡總成436的白色光譜光的光束成為分別為紅、綠及藍光的 組成次光束。因為該原色分割/組成稜鏡總成係一般常見的 ，所以該稜鏡總成將不會詳細描述。特別地，該分光器所 傳送的極化照明光束之光學路徑以及在該彩色分割/組合 稜鏡總成436中的紅、綠及藍組成次光束並沒有顯示在圖1 中。該原色稜鏡分割/組合總成具有一合成光束輸入/輸出光 學埠437、一紅色組成次光束輸出/輸入光學埠438R、一綠 色組成次光_束輸出/輸入光學琿438G及一藍色組成次光束 輸入/輸出光學埠438B。靠近該紅色組成次光束輸出/輸入 光學爷43 8R係為一紅色組成反射數位圖像編碼液晶極化調 變器440R。一綠色組成反射數位圖像編碼液晶極化調變器 440G及一藍色組成反射數位圖像編碼液晶極化調變器 440B係分別靠近該綠色組成次光束輸出/輸入光學埠438G 及該藍色組成次光束輸出/輸入光學埠43 8Ββ這些會在下文 中討論’該紅、綠及藍色影像組成極化調變器的表面441R 、441G、441B分別所放的位置係為不同於相對分別的紅、 綠及藍色組成次光束的中心軸的軸向位置。該紅、綠及藍 色影像組成反射極化調變器440R、G、B的每一個係調適用 -33- (29) (29)200305032

11:1’ ΐ則象素接著像素的基準，根據施加於編碼-H Γ像的彳彡色影像組成調變11的數位圖像編碼信號 ’ ^料調變-落在該極化調變器的表面441R、G、B上 的線性極化光束的極化。該等反射式液晶極化調變器係很 常見的0 編碼一施加於該對應彩色極化調變器所要求的合成彩色 數位圖像的特殊彩色組成的信號係如此地編碼，使得在該 極化調變器表©441上的-像素元件，其對應於在該投影影 像圖像中保持5亥特殊彩色為未發亮的一像素，不會改變落 在該像素元件上的線性極化光線的極化。一對應在保持該 特殊彩色為未發亮的投影圖像影像中一像素的像素元件作 用是旋轉落在該像素元件的線性極化光的極化到一定程度 ’其對應該照明的程度。一特殊組成彩色極化調變器44〇 所形成的·空—間上可選擇地極化調變原色光的次光束係反射 回到該光束彩色分割/組合稜鏡總成436的對應組成彩色次 光束輸出/輸入埠438。該三個組成彩色光的次光束會重新 返回其分別通過該稜鏡總成436的路徑，然後從該稜鏡總成 的合成光束輸入/輸出埠437以一組合的混合極化合成彩色 光的光束離開。 該混合極化組合合成光線係從該稜鏡總成436的合成光 束輸入/輸出埠437，實質上沿著一合成光束輸入/輸出中心 軸傳播’該軸基本上係與該極化分光器4 7 0的暗像素極化狀 態的極化光束軸473排成一直線。該混合極化組成合成光的 光束傳播到該極化分光器470的一表面，該分光器所傳送的 -34- (30) (30)200305032 極化照明光束434係從該表面離開。具有不會被該反射極化 調變器440所改變的極化方向的混合極化合成光束的組成 係處於該暗像素極化狀態，結果會通過該極化分光器4 7 0 的多層介電質極化薄膜476而傳回到該照明器402。極化被 一反射極化調變器440旋轉某個程度的混合極化合成光束 的組成係處於一光像素極化狀態到該程度上，然後係由該 極化分光器470的多層介電質極化薄膜所反射到該程度上 。從該極化分光器的極化薄膜476所反射的光線實質上係沿 著一光像素極化狀態的極化光束軸474所傳播，該軸基本上 係相對該極化分光器470的第二稜鏡472的一表面垂直地延 伸。該光像素極化狀態光的光束係通過進入該數位圖像投 影顯示400的投影透鏡452的輸入埠450，其實質上係沿著該 投影透鏡452的中心轴460，其基本上係與該極化分光器470 的光像素極j匕狀態極化光束軸474成一直線。一極化分析器· 過濾器454係放置在該極化分光器470與該投影透鏡452的 輸入埠450之間’其方向係排成用以通過該光像素極化狀態 的線性極化光線，以改良該光對暗的對比值。該投影透鏡 452投影出自於該光束彩色分割/組合稜鏡總成的合成光束 的旋轉極化組成所攜帶的該要求的合成影像，送到一顯示 螢幕456以供觀賞。如下文中討論，一投影透鏡光圈停止458 係沿著该投影透鏡452的中心軸460放在一非遠心的位置上 ，與該極化調變器440R、G、B的紅、綠及藍色组成極化調 變器表面441R、441G及441B的個別軸向位置有關，這會促 成由該投影透鏡452的橫向彩色色差所引起的彩色無收斂 -35- 200305032

(31) 能夠減少。 接著來到圖2，一照明光束接收軸477、該暗像素極化狀 態極化光束軸473、及該光像素極化狀態極化光束轴474係 定義基本上從本發明的投影顯示4〇〇的極化分光器47〇的表 面垂直地延伸。該原色分割/組合稜鏡總成436包含一紅色 組成彩色稜鏡4 7 8 R，其一表面包含該紅色組成次光束輸出/ 輸入光學埠438R ; —綠色組成彩色稜鏡478G，其一表面包 含該綠色組成次光束輸出/輸入光學埠438G，及一藍色組成 彩色稜鏡47 8B，其一第一表面包含該藍色組成次光束輸出/ 輸入光學埠438B。紅、綠、及藍色組成彩色次光束輸出/ 輸入中心軸439R、G、B基本上係從該原色分割/組合稜鏡 總成43 6的各自紅綠藍色組成次光束輸出/輸入光學槔43 8R 、G、B垂直地延伸。靠近該紅色組成次光束輸出/輸入光學 埠43 8R及本上其方向垂直於對應的紅色組成彩色次光束 輸出/輸入中心軸439R係為該紅色組成彩色反射式液晶極 化調變器440R。該綠色組成彩色反射式液晶極化調變器 440G及該藍色組成彩色反射式液晶極化調變器440B係分 別地靠近該綠色組成次光束輸出/輸入光學埠438G及該藍 色組成次光束輸出/輸入光學埠43 8B，及分別地基本上其方 向垂直於對應的綠色及藍色組成彩色次光束輸出/輸入中 心軸43 9G及B。該藍色組成彩色稜鏡478B的一第二表面包 含該原色分割/組合稜鏡總成436的合成光束輸入/輸出光學 埠437。一合成光束輸入/輸出中心軸基本上係垂直地從該 原色分割/組合稜鏡總成436的合成光束輸入/輸出光學埠 -36- 200305032 .(32) 發明說明疲匿 43 7，以與該投影顯示400的極化分光器470的暗像素極化狀 態極化光束軸437有效的成一直線延伸。 該投影顯示400的投影光學元件452具有一投影光學元件 入射光學槔450及一投影光學元件出射光學埠457。該投影 光學元件中心軸460係定義成中心地延伸通過該投影光學 元件452，及中心地通過該入射光學埠450及該出射光學埠 457。該極化分光器470的光像素極化狀態的極化光束軸474 及該投影光學元件452的中心軸460彼此間係有效地成一直 線。對於該紅、綠及藍色的組成彩色的每一個，一組成彩 色中心光學路徑480R、G、B係定義成與從該極化調變器表 面441R、G、B所反射的對應組成彩色的光像素極化狀態線 性極化的次光束的中心轴一致，其實質上沿著垂直於該極 化調變器表面的對應的紅、綠及藍色組成彩色次光束輸出/ 輸入中心軸539R、G、B，穿過該光束彩色分割/組合稜鏡 總成436、該極化分光器470及該投影光學元件452，此處該 光像素極化狀態線性極化的次光束的中心軸4 8 〇實質上係 與該投影光學元件452中心軸460—致。正如在圖2中所見到 ，該紅色組成彩色中心光學元件路徑480R會循跡該紅色光 像素極化狀態線性極化的次光束在該光束彩色分割/組合 稜鏡總成436的紅色組成彩色稜鏡478R及該綠色組成彩色 稜鏡478G之間的一紅色反射/綠色穿透二色性鏡的反射，以 及在該紅色組成彩色稜鏡478R的一表面，該紅色光像素極 化狀態線性極化的次光束的内部全反射。該藍色組成彩色 中心光學元件路徑480B會循跡該藍色光像素極化狀態線性 -37- 200305032 (33) 發_明_ 極化的次光束在該藍色組成彩色稜鏡478B及該紅色組成彩 色棱鏡478R之間的一藍色反射/綠色穿透二色性鏡的反射 *以及在該藍色組成彩色稜鏡478B的第二表面，該藍色光 像素極化狀態線性極化的次光束的内部全反射。該紅、綠 及藍組成彩色中心軸光學路徑48OR、G、B係共線於通過該 極化分光器470，然後循跡在該極化分光器的多層介電質極 化薄膜476，該同樣共線的光像素極化狀態的線性極化的次 光束的反射。一投影物體距離基準點462為方便量測起見係 定義成在該投影光學元件452的中心軸460與該投影光學元 件的入射光學表面之間的焦點，其係為沿著該光學路徑的 一段路徑，在該三個中心光學路徑48 OR、G、B上的一點， 此處該等路徑彼此間係為共線，以及與該投影光學元件452 的中心軸460也係共線。 該投影顯护400的投影光學元件452係設計用以提供成像 不同軸向位置的紅、綠、及藍色組成彩色圖像於該投影顯 不的顯示螢幕456上的物體平面。特別地，該投影光學元件 452提供獨立的物體平面給成像紅、綠、及藍色彩色組成圖 像於該顯示螢幕456，其係放置在不同的軸向距離，如同沿 著该對應的組成彩色中心光學路徑48〇R、G、B，從該投影 物體距離基準點462各自的軸向量測。沿著一組成彩色中心 光學路徑480R、G、B的該等軸向距離係從由於該對應的光 像素極化狀態的線性極化次光束的反射所導致在該光學路 徑方向的每個變化，一段接一段地量測。該三個反射式組 成彩色極化調變器440R、G、B係如此定位，使得該組成彩 200305032 (34) \smm 色極化調變器的表面441 R、G、B的每一個係至少靠近該用 以成相該對應的組成彩色的圖像的物體平面。該三個組成 彩色極化調變器表面441R、G、B的軸向位置的差異係以誇 大的方式表示於圖2中。 該投影顯示400的投影光學元件452係為非遠心性。特別 地’ 4投影光學元件4 5 2包含一投影光學元件光圈停止4 5 8 ’其沿著該投影光學元件的中心軸460位於一非遠心投影光 干元件的光圈停止處，其係軸向地偏移於該投影光學元件 的焦點。該投影光學元件452的非遠心特性可以見於圖2， 藉由循跡來自投影於該投影顯示400的顯示螢幕456的彩色 圖像上的一單一代表的合成彩色點486的組成彩色主要射 線48 8R、G、B，其係橫向地偏移於該投影光學元件452的 中心軸460與該顯示螢幕456的相交點482。每個該代表的組 成彩色主要射線488R、G、B係利用循跡該對應的組成彩色 的光像素蜂化狀態的線性極化光的射線來定義，其係從在 5亥投影圖像上的橫向偏移合成彩色點4 8 6，透過該投影光學 元件452，通過該投影光學元件光圈停止458的中心，然後 通過該極化分光器470及該光束彩色分割/組合稜鏡總成 436，到達該對應組成彩色極化調變器44〇11、〇、β的極化 調變器表面441R、G、B，沿著一取決於彩色的路徑，其表 現出該投影光學元件452的色差，包含該橫向彩色色差^在 進入該投影光學件452的投影光學元件輸出埠457之前，該 代表的組成彩色主要射線488R、G、b係表示於圖2中，^ 為一單一共線的射線。該組成彩色主要射線、G、b沒 -39· 200305032 (35) 有表示出通過在圖2中的投影光學元件452的内部。一旦離 開該投影光學元件的輸入埠450，該代表的組成彩色主要射 線488R、G、B係顯示作為三個彼此間互相隔開的平行射線 ’代表该投影光學元件452的色差，包含由於橫向彩色色差 ’該投影光學元件452所提供的三個組成彩色的橫向倍率的 差異。因為該投影光學元件452的投影光學元件光圈停止 458的中心係為非遠心的光圈停止處，通過該投影光學元件 光圈停止的中心的三個代表的組成彩色主要射線48、〇 、B的每一個會相交該對應之組成原色極化調變器440R、G 、B的表面441R、G、B於某些非遠心的相交角度，其係相 對於遠调變器表面441R、G、B的垂直方向傾斜於該相交點 ，這可以見於圖2中。沿著該投影光學元件452的中心軸46〇 ’選擇相對於該投影光學元件的焦點的投影光學元件光圈 停止458的埤置，使得來自該顯示螢幕456上橫向地偏移於 5玄才又影光學元件452的中心軸與該顯示螢幕的相交點482的 合成彩色點所追蹤的任何組成彩色主要射線係偏離該對 應的組成彩色中心光學路徑480r、G、B，沿著一遠離該投 影顯不的光束彩色分割/組合稜鏡總成436的對應的組成彩 色輸出/輸入光學埠438R、G、B方向。通常，在該顯示螢 幕456上的一合成彩色點離該投影光學元件452的中心轴 460與該顯示螢幕456的相交點的橫向偏移愈大，則對應於 該合成彩色點的一組成彩色主要射線與該對應之組成原色 極化調變器440R、G、B的極化調變器表面441R、G、B的 非遠心的相交角度會愈大。在來自該顯示螢幕456上一選定 -40- 200305032 (36) [^明說明權 的橫向偏移合成彩色測試點所追蹤的組成彩色主要射線， 與該對應的組成彩色中心光學路徑48〇R、G、B，與該對應 的組成办色極化調變器44OR、G、B的極化調變器表面441 R 、G、B的個別軸向位置之間的偏離係被選定於本發明的投 影顯示400中，以提供沿著該不同的測試點組成彩色主要射 線’泫投影光學元件452所導致的橫向倍率的差異的補償， 因此易於對該整個合成彩色圖像上不同的組成彩色的橫向 倍率的差異提供至少部分的補償。 該投影顯示的投影透鏡的橫向彩色色差所引起的假設性 先前技藝的第一投影顯示的彩色失焦係說明於圖3中。圖3 的假设性先前技藝的第一投影顯示採用反射紅、綠及藍色 組成彩色液晶極化調變器（未顯示）、一極化分光器（未顯示） 、一光束彩色分割/組合稜鏡總成（未顯示）、及一常見的遠 心投影透鏡（未顯示），這些用以排列的光學佈局大致係相 似於上文所提的美國專利編號5,777,789的投影顯示的佈局 。一簡化圖不的側視圖係表示於該先前技藝的投影顯示的 分別為紅、綠、及藍色反射液晶極化調變器（未顯示）的紅 、綠、及藍色組成彩色極化調變器表面5〇〇r、G、B的疊印 上半部的圖3中。對該紅、綠、藍色組成彩色的每一個，一 、、且成彩色中心光學路徑52〇R、G、3係定義以與從該極化調 I益表面500R、G、B所反射的對應組成彩色的光的光像素 極化狀態的線性極化次光束的中心軸一致，實質上沿著該 極化凋變器表面的垂直方面，通過該光束彩色分割/組合稜 鏡總成（未顯示）、該極化分光器（未顯示）、及該投影透鏡 •41 - 200305032 ㈤ (未顯示）’此處該光像素極化狀態線性極化的次光束的中 心軸基本上係與該投影透鏡的中心軸一致。在圖3的假設性 先前技藝的第一投影顯示，該三個極化調變器表面5〇〇R、 G、B係放置在離一任意基準點（未顯示）相同的軸向距離， 其係軸向地沿著違對應的組成彩色中心光學路徑5 〇 2 r、〇 、B量測。該任意的基準點係放置在該三個組成彩色中心光 學路徑於一地方，像是到該投影透鏡的一入射表面，沿著 一段的光學路徑，此處該等路徑係為共線。因此，雖然該 二個極化調變器表面5〇〇R、G、B在該假設性先前技藝的第 一投影顯示中，彼此間具有不同的位置及方向，如同由該 光束彩色分割/組合稜鏡總成的幾何所決定，為了簡化，該 極化凋’菱器表面係顯示彼此間互相疊印於圖3的圖示側視 圖。每個反射式極化調變器表面5〇〇11、G、B包含複數個單 獨可控制的-反射式極化調變器像素元件（未顯示），其係以 平面陣列的方式排列。各自位在該極化調變器表面5〇〇r、 G B上的像素元件的位置的平面陣列，以及該極化調變器 表面與該=應的組成彩色中心光學路徑之間的分別相交點 基本上在成何上係彼此一致。雖然在圖3並沒有特別地表示 ，該三個極化調變器表面5〇〇R、G、B的疊印係說明於圖3 中利用像素元件接著一像素元件的幾何上一致的基準 來加以了解。 二個H點組成彩色射線錐形5G4R、G、B對應於-投影 在員示螢幕（未I員示）的圖像上的—單一橫向偏移的合成 t色測试點（未顯示），其係利用圖3的假設性先前技藝的第 -42- 200305032 (38) 發_明纖 一投影顯示的三個反射式極化調變器所產生。該合成彩色 測試點係放置在該圖像的周圍，其橫向地偏離該圖像的中 〜點’ β投影透鏡的中心轴相交該顯示螢幕於該處。例如 ’該測試點紅色組成的射線錐形504R係定義成利用從在該 才又衫圖像上的合成彩色測試點開始，追縱紅色光像素極化 狀怨線性極化光的所有射線，其照明測試點，往回通過該 投影透鏡、該極化分光器、及該光束彩色分割/組合稜鏡總 成到該紅色組成彩色極化調變器的表面5〇〇r，沿著紅色取 決於彩色的路徑，其顯示該透鏡的色差，包含該橫向彩色 色差。相似地，從在該投影圖像上相同的合成彩色測試點 開始’然後追蹤綠色光像素極化狀態的線性極化光的所有 射線’其照明該測試點，返回通過該投影透鏡、該極化分 光益、及該光束分割/組合稜鏡總成到該綠色組成彩色極化 調變器的表_面500G，沿著綠色取決於彩色的路徑，其表現 出該投影透鏡的色差，包含定義該綠色測試點組成彩色射 線錐形504G的橫向彩色色差。相同地，從在該投影圖像上 相同的合成彩色測試點開始，然後追蹤藍色光像素極化狀 態的線性極化光的所有射線，其照明該測試點，返回通過 泫投影透鏡、該極化分光器、及該光束分割/組合稜鏡總成 到該藍色組成彩色極化調變器的表面5〇〇β，沿著藍色取決 於彩色的路徑，其表現出該投影透鏡的色差，包含定義該 藍色測試點組成彩色射線錐形5〇4Β的橫向彩色色差。 圖3的假设性先前技藝的第一投影顯示的三個測試點組 成彩色射線錐形504R、G、Β的每一個包含一測試點組成彩 -43- 200305032 (39) 發明說明_: 色主要射線506R、G、B，其係相對於該投影顯示的投影透 鏡定義。因為該投影透鏡（未顯示）係為遠心的，該透鏡具 有投影透鏡光圈停止’其係沿著該透鏡的中心轴，位在 違透鏡的焦點。每個測試點組成彩色主要射線5 〇 6 r、Q、b 係利用追蹤該組成彩色的光像素極化狀態的線性極化光的 射線來定義，其係從在該投影圖像上的合成彩色測試點開 始，通過該投影透鏡，通過該投影透鏡光圈停止的中心， 也就是說，通過該透鏡的焦點，然後通過該極化分光器及 該光束彩色分割/組合稜鏡總成，到該對應的組成彩色極化 调變器的表面500R、G、B，沿著一取決於彩色的路徑，其 表現出該投影透鏡的色差，包含該橫向彩色色差。因為該 假設性先前技藝的投影顯示的投影透鏡係為遠心性，在與 4對應的極化调變器表面5〇〇R、g、B的相交點上，該測試 點組成彩色_主要射線506R、G、B的每一個係平行地延伸到 該對應的組成彩色中心光學路徑5〇2R、G、B ,而基本上垂 直於該對應的極化調變器表面500R、G、B。 因為在該投影透鏡的橫向彩色色差，一由該投影透鏡所 成像的合成彩色圖像的紅色組成彩色的橫向倍率係不同於 由忒投影透鏡所成像的圖像的綠色組成的橫向倍率，其 依次係不同於-由該投影透鏡所成像的的冑色組成影像的 橫向倍率。結| ’該紅、綠、及藍色測試點組成彩色射線 錐形504R、G、B並不會重疊於圖3的疊印側視圖；反之， 4等射線錐形504R、G、B分別地所相交該對應極化調變器 表面500R、G、B的點係為不同橫向偏移於該中心軸5〇2r -44- 200305032 (40) 發明說β

、G、Β所相交該對應極化調變器表面500Il、G、Β的點， 例如圖3中所示在上面係不同高度。假如該等在橫向偏移的 差異係大於在該極化調變器的反射式極化調變器像素元件 的中心對中心間隔，則在該投影圖像中的單一橫向偏移的 合成彩色測試點能夠利用從對應於一第一個像素位址的紅 色組成彩色極化調變器的像素元件所反射的紅色光，從對 應於一第二個、不同的像素位址的綠色組成彩色極化調變 器的像素元件所反射的綠色光，及從對應於尚有一第三個 像素位址的藍色組成彩色極化調變器的像素元件所反射的 藍色光來照明。因此在一投影透鏡中的橫向彩色色差會引 起在一彩色數位圖像投影顯示中顯著的彩色失焦問題。

一般來說，除了橫向彩色色差，一光學系統會易於產生 一第二種類型的色差，在此稱之為軸向彩色色差。在一光 學系統中軸$彩色色差係由不同彩色的光的準直光束來表 示，其沿著該系統的中心軸，入射於該系統，而被聚焦於 不同的焦點上，彼此間在該中心軸上互相軸向地遠離。在 圖3的假設性先前技藝的第一投影顯示，該投影透鏡的光學 元件已經修正彩色以充分地補償轴向彩色色差，使得以該 光像素極化狀態的線性極化次光束所編碼的組成彩色圖像 的每一個係利用該三個組成彩色極化調變器表面500R、G 、B所產生，其分別位在離該任意基準點相同的軸向距離上 ’該等次光束係適當地聚焦如成像於該投影顯示的顯示螢 幕上。 現在針對圖4，在一投影透鏡中橫向彩色色差的效應係針 -45- 200305032 ^ ; 發明說萌_ 對一叙没性第二投影顯示來表示，其係不同於圖3的假設先 =技藝的第一投影顯示，因為為遠心的第二投影顯示的投 影透鏡並未相對軸向彩色色差來彩色修正成與該第一投影 顯不的投影透鏡一樣的範圍。特別地，圖4的假設性第二投 影顯示的投影透鏡提供不同軸向位置的紅、綠、及藍色組 成彩色的物體平面。類似於圖3, 一簡化圖示的側視圖係表 示於圖4中，刀別為紅、綠、及藍色反射液晶極化調變器 (未顯示）的紅、綠、及藍組成彩色極化調變器表面51〇r、Q 、B的上半部。對於該紅、綠、及藍組成彩色的每個，一組 j彩色中心光學路徑512R、G、B係針對該第二投影顯示所 定義’如同該組成彩色中心光學路徑5〇2r、〇、b係針對上 文所纣論的圖3的第一投影顯示所定義。圖4的假設性第二 投影顯示的遠心投影透鏡（未顯示）提供用以成像紅、綠、 藍色组成彩_色圖像於一顯示螢幕上（未顯示）的物體平面， 其係位在不同的軸向距離，其係軸向地分別沿著該對應的 組成彩色中心光學路徑512R、G、B ,從位在該三個中心光 學路徑上的任意基準點來量測，沿著一段的光學路徑，在 位置上的該等路徑係為共線。該三個反射組成彩色極化

調變器係定位成使得該組成彩色極化調變器表面5丨〇R、G 、B的每一個係與該對應的組成彩色的用以成像圖像的物體 平面一致。 在圖4的假設第二投影顯示中，該三個極化調變器表面 51 OR、G、B的每一個垂直地朝向一對應的組成彩色中心光 學路徑512R、G、B ,進入該投影顯示的光束彩色分割/組 -46- 200305032 » (42) 發明說嚇 合稜鏡總成（未顯示）的對應的組成彩色輸出/輸入光學瑋。 結果，該二個極化調變器表面5 1 OR、G、B在該投影顯示中 具有不同的方向及位置。為了簡化起見，在圖4的圖式側視 圖中，該組成彩色極化調變器表面510R、G、B係表示成彼 此方向互相平行。在圖4中的極化調變器表面5丨〇R、g、B 係顯示彼此係互相軸向地分開，以表示出沿著該對應的組 成彩色中心光學路徑512R、G、B，離該任意的基準點所量 測的極化調變器表面的軸向距離的差異。雖然並未顯示在 圖4中’但是如同圖4中所說明的極化調變器表面5丨〇R、^ 、B係會被了解，當係與該三個極化調變器表面的對應的像 素元件為軸向對準，其係沿著平行於該組成彩色中心光學 路徑5 12 R、G、B方向的軸，軸向地對準，這如同所描述垂 直於該極化調變器的表面。 類似於圖1的假設性先前技藝的第一投影顯示的測試點 組成彩色射線錐形5 〇 4 R、G、B，圖4的假設性的第二投影 顯示的三個測試點組成彩色射線錐形5丨4r、^、b對應於在 一圖像的周圍上的一單一橫向偏移合成彩色測試點（未顯 示）’其投影於第二投影顯示的顯示螢幕（未顯示）上，利用 該投影顯示的三個反射式極化調變器所產生。特別地，圖4 的第一投影顯示的三個測試點組成彩色射線錐形5丨4R、G 、B係定義成就像是如上面所討論的圖3的第一投影顯示的 測試點組成彩色射線錐形504R、G、b—樣。相同地，圖4 的假埤性第二投影顯示的三個測試點組成彩色射線錐形 5 14R、G、B的每一個包含一相對於該投影顯示的遠心投影 -47- 200305032 (43) 發明說明續害 透鏡來定義的測試點組成彩色主要射線5 1 6R、G、B，其就 像疋如上面所討論的圖3的第一投影顯示的測試點組成彩 色射線錐形506R、G、B —樣。因為該假設的第二投影顯示 的投影透鳞係為遠心性，在與該對應的極化調變器表面 510R、G、B的相交點，該測試點組成彩色主要射線516r 、G、B的每一個係平行於該對應的組成彩色中心光學路徑 5 12R、G、B延伸，並且基本上垂直於該對應的極化調變器 表面510R G、B。因為該投影透鏡的橫向彩色色差，該投 影透叙所成像的紅、綠、及藍色組成彩色圖像的橫向倍率 都不同。結果，該紅、綠、及藍色測試點組成彩色射線錐 形514R、G、B相交該對應的極化調變器表面510R、G、B 於一些點上，這些點離該等中心軸512R、G、b與該對應的 極化調變器表面所相交的一些點的橫向偏移係不同的。假 如橫向偏移_的該等差異係大於在該投影調變器中的反射式 極化調變器像素元件中心到中心的間隔，在該投影圖像中 的單一橫向偏移合成彩色測試點可以利用由該三個對應於 二個予同像素位址的組成彩色極化調變器的組成彩色像素 70件所反射的該紅、綠、及藍色組成彩色的光來照明。圖* 的假没性第二投影顯示的投影透鏡中的橫向彩色效應因此 會引起顯著的彩色失焦。 圖5說明本發明在圖i中所示的投影顯示4〇〇的實施例中 ，該投影光學元件452中橫向彩色色差效應的補償：類似於 圖3及4，一簡化的圖示側視圖係表示於圖5 ,分別為紅、綠 、及藍色反射式液晶極化調變器表面440R、g、B(未顯示' -48· (44) (44)200305032 發明說 於圖5中）的紅、綠、及藍色組成彩色極化調變器表面44ir 、G 'B的上半部分。該投影顯示4〇〇的投影光學元件仏]提 供用以成像在該投影顯示的顯示螢幕456上的紅、綠、及藍 色組成彩色圖像的物體平面，其軸向位置係不同的。通常 ，該多重物體平面投影光學元件會比其他受限於提供一用 以成像所有該紅、綠、及藍色組成彩色圖像於一顯示螢幕 上的單一物體平面的可比較的效能的投影光學元件更易於 没計及較少的製造費用。對於該紅、綠及藍色組成彩色的 每個，一組成彩色中心光學路徑48〇R、G、B係定義成與該 對應的組成彩色的光的一光像素極化狀態的線性極化次光 束的一中心軸一致’其係從該極化調變器表面44〗r、〇、b 所反射，實質上係沿著垂直於該極化調變器表面的方向， 通過該光束彩色分割/組合稜鏡總成436、該極化分光器47〇 、及該投影步學元件452，此處該光像素極化狀態線性極化 的次光束的中心軸基本上係與該投影光學元件452的中心 軸460—致《該投影顯示4〇〇的投影透鏡452提供獨立的物體 平面’用以成像紅、綠、及藍色彩色組成圖像於該顯示螢 幕4 5 6上’其係放置在不同的軸向距離，如同軸向地分別沿 著該對應的組成彩色中心光學路徑480R、G、B從一投影物 體距籬基準點462量測，為了便於量測起見，其定義成為一 在該投影光學元件452的中心軸460與該投影光學元件的入 射光學表面之間的交點，其係為在該三個中心光學路徑 480R、G、B上，沿著一段共線的光學路徑的一點。該三個 反射式組成彩色極化調變器440R、G、B被定位，使組成彩 -49- 200305032

色極化調變器表面441R、G、B係至少靠近該用以成像所對 應的組成彩色的圖像的物體平面。 在圖5的投影顯示400中，該三個極化調變器表面44 1 R、 G、B的每一個係朝向垂直於該對應的組成彩色中心光學路 徑480R、G、B，進入該投影顯示的光束彩色分割/組合稜 鏡總成436的對應的組成彩色輸出/輸入光學埠438R、G、B 。結果’在該投影顯示中的三個極化調變器表面441R、G 、B的方向及位置彼此係互不相同，這可見於圖i中。如圖4 的假没性第二投景1顯示的例子及圖5的圖式側視圖中，為了 簡化起見’該組成彩色極化調變器表面441r、〇、b顯示出 方向係彼此互相平行。該極化調變器表面441r、〇、b係顯 示於圖5中，彼此間軸向地分開，以表現出該極化調變器表 面離該投影物體距離基準點462的軸向距離的差異，其係沿 著該對應·的i且成彩色中心光學路徑48〇R、G、B量測。每個 反射式極化調變器表面441R、G、B包含以平面陣列方式所 排列的複數個單獨可控制的反射式極化調變器像素元件 (未顯示）。標示出該等像素元件的位置在該極化調變器表 面441R、G、B上的分別的平面陣列，以及在該極化調變器 表面與該對應的組成彩色中心光學路徑分別的相交點基本 上彼此間係為幾何-致。雖然並沒有特別在圖5中說明，如 圖5所說明的極化調變器表面441R、G、㈣了解到其係處 於與該三個極化調變器表面的對應的像素元件軸向對準， 其軸向地對準沿著-些軸，該等㈣平行該組成彩色中心 光學路徑480R、G、B的方向，其係垂直於該極化調變器的 -50- 200305032 (46) 發明說 表面。 如同以圖3及4的假設性第一及第二投影顯示的測試點組 成彩色射線錐形504R、G、B及514R、G、B，圖5中的三個 測試點組成彩色射線錐形524R、G、B對應於一合成彩色圖 像周圍上的一單一合成彩色測試點484(圖1中所顯示），其 投影在該顯示螢幕456，橫向地偏移於該本發明的投影顯示 400的··實施例的投影光學元件452的中心軸460的交點482。 特別地，每個測試點組成彩色射線錐形524R、G、B係利用 從該投影圖像上的合成彩色測試點484開始，追蹤該對應彩 色的光像素極化狀態的線性極化的光的射線來定義，其照 明該測試點，返回穿過該投影光學元件452、該極化分光器 470、及該光束彩色分割/組合稜鏡總成43 6，到該對應的組 成彩色極化調變器440R、G、B的極化調變器表面441R、G 、B，沿著取渗於彩色的路徑，其顯示出該投影光學元件452 的色差，包含該橫向彩色色差。 該投影顯示400的投影光學元件452係為非遠心，具有一 投影光學元件光圈停止458，其位在一非遠心的投影光學元 件光圈停止位置，沿著該投影光學元件的中心軸46〇 ,其係 軸向地偏離該投影光學元件的焦點。該投影顯示4〇〇的三個 測試點組成彩色射線錐形524R、G、B的每一個包含一測試 點組成彩色主要的射線526R、G、B，其係相對於該投影顯 不的非遠心投影光學元件452來定義。每個測試點組成彩色 主要射線526R、G、B的定義係利用追蹤該對應的組成彩色 的光，素極化狀態的線性極化的光的射線，從該投影圖像 (47) (47) 200305032 纏詹健 上的合成彩色測試點484開始，通過該投影光學元件452 , 通過该投影光學元件光圈停止458的中心，然後通過該極化 分光器470及該光束彩色割/組合稜鏡總成436，到該對應的 組成彩色極化調變器440R、G、b的極化調變器表面441R 、G、B ,沿著一取決於彩色的路徑，其表現出該投影光學 元件452的色差，包含該橫向彩色色差。因為該投影光學元 件452的投影光學元件光圈停止458的中心係為一非遠心的 光圈停止位置，每個通過該投影光學元件光圈停止458中心 的組成彩色測試點主要射線526R、G、B以一非遠心的相交 角度相交該對應之組成原色極化調變器44〇r、g、B的極化 调變器表面441R、G、B，其係相對於該調變器表面441R 、G、B的垂直方向傾斜在該相交點，可以發現於從圖5中 。特別地，沿著該投影光學元件452的中心軸460，相對於 該投影光·學it件的焦點，該投影光學元件光圈停止458的位 置係選擇使得該組成彩色測試點主要射線526R、G、B的每 一個係偏離該對應的組成彩色中心光學路徑480R、G、B， 沿著遠離該投影顯示的光束彩色分割/組合稜鏡總成436的 對應的組成彩色輸出/輸入光學埠438R、G、B前進。結果 ’當離該投影物體距離基準點462，沿著該對應的組成彩色 中心光學路徑480R、G、B所量測的一極化調變器表面441R 、G、B的軸向距離增加時，該對應的組成彩色測試點主要 射線526R、G、B及該對應的測試點組成彩色射線錐形524R 、G、B本身相交於該極化調變器表面441R、G、B的橫向 偏移會增加。因此，如圖5中所示，假如該等組成彩色的各 -52- 200305032 (48) 自極化調變器表面441R、G、B的軸向位置選擇係考慮相對 於該組成彩色中心光學路徑480R、G、B的測試點組成彩色 射線錐形524R、G、B的組成彩色測試點主要射線526R、G 、B的非遠心的相交角度，該非遠心的投影透鏡452能夠設 計用以提供給由於該投影光學元件452的橫向彩色色差所 引起不同彩色的組成彩色次光束的橫向倍率的差異的補償 。對於該投影光學元件452的固定設計，將一組成彩色極化、 調變器表面441R、G、B從該對應由該投影光學元件452， 針對該組成彩色所建立的物體平面所移開會導致該極化調 變器表面441所編碼的組成彩色圖像會易於移出於該顯示 螢幕456的焦點。該組成彩色測試點主要射線526R、G、B 與該極化調變器表面441R、G、B的遠心的相交角度允許小 量的失焦，用以調整在該顯示螢幕456上彩色聚焦。 現在來細圖6，本發明的一投影光學元件透鏡總成652的 一實施例係適合用以整合在本發明的一數位圖向彩色投影 顯示’像視圖1的投影顯示400。該透鏡總成652具有一投影 光學元件入射光學埠650及一投影光學元件出射光學埠657 。一投影光學元件中心軸660中心地通過該透鏡總成600， 而從該入射光學埠650及該出射光學埠657轴向地延伸。 合成彩色圖像可以由該投影光學元件透鏡總成652所成 像於一合.成彩色圖像投影顯示影像平面656，其垂直地延伸 於透鏡總成652的投影光學元件中心軸660，其係與該投影 光學元件出射光學埠6 57間隔分開。該透鏡總成652的投影 -53- 200305032 (49) 丨發明 光學元件中心軸660相交該合成彩色圖像投影顯示影像平 面656於一影像平面中心軸的相交點682。 一紅色組成彩色投影顯示物體平面690R垂直地延伸於該 投影光學元件透鏡總成652的投影光學元件中心軸660於一 與該投影光學元件入射光學埠650分開的位置。相似地，一 綠色組成彩色投影顯示物體平面690G及一藍色組成彩色 才又影顯示物體平面6 9 0 B分別地垂直延伸於該透鏡組成6 5 2 的投影光學元件中心軸660。該投影光學元件中心軸660相 交該紅色組成彩色投影顯示物體平面690R於一紅色組成彩 色物體平面中心軸的相交點692R。該投影光學元件中心軸 660相交該綠色組成彩色投影顯示物體平面69〇g於一綠色 組成彩色物體平面中心軸的相交點692R，及相交該藍色組 成彩色投影顯示物體平面690B於一藍色組成彩色物體平面 中心軸的相交點692B。 該投影米學元件透鏡總成存在軸向彩色效應及橫向彩色 效應。這在下文中會更詳細地討論，該紅、綠、及藍色組 成彩色投影顯示物體平面690R、G、B的每個沿著該投影光 學元件中心軸6 6 0具有不同的軸向位置。相對於紅光，該投 影光學元件透鏡總成6 5 2係調適用以投影地將位在該紅色 組成彩色投影顯示物體平面6 9 0 R的一紅色圖像成像於該組 成彩色圖像投影顯示影像平面6 5 6上。相對於綠光，該透鏡 總成652係調適用以投影地將位在該綠色組成彩色投影顯 示物輯平面690G的一綠色圖像也係成像於該組成彩色圖 像投影顯示影像平面6 5 6上。相似地，相對於藍光，該透鏡 -54- 200305032 ，（50) 發明說明續 總成652係調適用以投影地將位在該藍色組成彩色投影顯 示物體平面690B的一藍色圖像成像於該組成彩色圖像投影 顯示影像平面656上。該投影光學元件透鏡總成652存在一 向彩色色差’因為具有相對於該沿著該中心軸66〇放置在 一測試物體位置的投影光學元件中心軸66〇，然後利用該透 鏡總成投影於該合成彩色圖像投影顯示影響平面656的橫 向範圍的一測試合成彩色圖像的橫向倍率對於不同組成原 色係不同，因為該軸向彩色效應，對所有的原色最多只有 一組成原色會失焦到某種程度。 該投影光學元件透鏡總成652包含一入射透鏡693 ,其位 在忒投景> 光學入射光學埠650處。該入射透鏡693具有一入 射光學表面694，其面向朝外於該入射光學埠65〇。該投影 光學元件中心軸660相交該入射透鏡693的入射光學表面 694於一物·髋平面距離基準點662，其可以作為用以量測在 忒透鏡總或652與該紅、綠、及藍色組成彩色投影顯示物體 平面690R、G、Β的一方便的點。 該投影光學元件透鏡總成652具有一投影光學元件光圈 停止658，其係沿著該投影光學元件中心軸66〇 ,位在於一 投影光學元件光圈停止位置695。該投影光學元件光圈停止 位置695係為一非遠心的位置，其係選擇用以獲得某一用以 聚集偏軸光來投影的角度幾何，這會在下文中討論。 一合成彩色影像測試點位置686係位在該合成彩色圖像 投影顯示影像平面656，其橫向地偏移於該影像平面中心轴 的相交點682。對於該紅、綠、及藍色組成原色每個，一對 •55- 200305032 發隨賴_ 應的測試點主要射線執跡係相對於該投影光學元件透鏡總 成652所决疋。主要射線軌跡的決定在光學設計中係很常見 的。例如請參考〇州„的n3到1?5頁，苐三版，由以以⑽

Hecht所寫（Addison-Wesley , 1998)，在此以參考方式併入 本文。 該紅色組成彩色測試點主要射線執跡係作為一紅光的射 線，從該合成彩色圖像投影顯示影像平面656的橫向偏移合 成彩色影像測試點位置686以延伸到該投影光學元件出射 光學埠657，通過該投影光學元件透鏡總成652，通過該投 影光學元件光圈停止658的中心點，其係與該投影光學元件 中心軸660上的投影光學元件光圈停止位置695一致，然後 出於該投影光學元件入射光學埠65〇，相交該紅色組成彩色 投影顯示物體平面690R。該紅色組成彩色測試點主要射線 軌跡688R追鞭一紅色取決於彩色的路徑，通過該投影光學 元件透鏡纟多成652，其表現出該透鏡總成的色差，包含該橫 向彩色色差。該綠色組成彩色測試點主要射線軌跡688〇}及 該藍色組成彩色測試點主要射線執跡688B也係以類似方式 決定《該綠色組成彩色測試點主要射線執跡688G追蹤一綠 色取決於彩色的路徑，通過該投影光學元件透鏡總成652 ’及該藍色組成彩色測試點主要射線轨跡688B追蹤一藍色 取決於彩色的路徑，通過該投影光學元件透鏡總成652。該 分別由該綠色及藍色組成測試點主要射線執跡6 8 8 G及 688B所採取的取決於彩色的路徑表現出該透鏡總成652的 色差’包含該橫向彩色色差。在進入到該投影光學元件透 200305032 (52) 爹_興績貢 鏡總成652的投影光學元件光學輸出埠657之前，該紅、綠 、及藍色組成彩色主要射線執跡係表示於圖6中作為一單一 共線的射線。該組成彩色主要射線轨跡688R、G、Β並未顯 示通過圖6中的透鏡總成652的内部。一旦離開該投影光學 元件光學輸入蟑650 ’該紅、綠、及藍色主要射線軌跡688r 、G、及B係顯示作為彼此相互分開的三道平行射線，以表 示該投影光學元件透鏡總成652中的色差，包含由於該透鏡 總成652的橫向彩色色差所導致的三個組成彩色的橫向倍 率的差異。 該紅色組成彩色測試點主要射線軌跡688R相交該紅色組 成彩色投影顯示物體平面6 9 0 R於一紅色組成彩色物體測試 點位置696R。該綠色組成彩色測試點主要射線執跡688g相 交該綠色組成彩色投影顯示物體平面690G於一綠色組成 彩色物體測誠點位置6 9 6 G。相似地，該藍色組成彩色測試 點主要射線執跡688B相交該藍色組成彩色投影顯示物體平 面690B於一藍色組成彩色物體測試點位置696B。該紅、綠 、及藍色組成彩色物體測試點位置696R、G、B的每個係在 光學上對於該對應的紅、綠、或藍色的原色的光，共輪於 5玄合成彩色圖像投影顯示影像平面6 5 6的合成彩色影像測 試點位置686。 該紅、綠、及藍色組成彩色物體測試點位置696R、G、B 係橫向地偏離該對應的紅、綠、及藍色組成彩色投影顯示 物體平面690R、G、B的物體平面中心軸的相交點692R、（3 、B。該紅色組成彩色物體測試點位置696R與該紅色組成 -57- 200305032

v 7 發明說明簾1C _- - r 彩色物體平面中心軸相交點692R之間的一紅色組成彩色物 體測試點橫向偏移距離係以記於圖6中。相似地，該 藍色組成彩色物體測試點位置696B與該藍色組成彩色物體 平面中心韩相交點692B之間的色組成彩色物體測試點 橫向偏移距離係以Δβ標記之。—綠色彩色物體測試點橫向 偏移距離△〇(未顯示於圖6中）係為在該綠色組成彩色物體 測試點位置696G與該綠色組成彩色物體平面中心軸相交 點6 9 2 G之間的距離。 如上面所記載，該投影光學元件透鏡總成652的投影光學 元件光圈停止658的投影光學元件光圈停止位置695係為非 遠心的光圈停止位置。結果，如同在圖6中以較誇大方式表 示’该紅、綠、藍色組成彩色測試點主要射線軌跡的每個 係以一非遠心的相交角度，相交該對應的組成彩色投影顯 示物體平·面690R、G、Β，其係相對於該物體平面的垂直方 向於該相交點傾斜。沿著該三個紅、綠、及藍色組成彩色 投影顯示物體平面690R、G、Β的投影光學元件中心軸66〇 ’該分別的軸向位置係如此選擇使得在考慮該對應的組成 彩色測試點主要射線執跡688R、G、Β與該分別的組成彩色 物體平面690R、G、Β的非遠心的相交角度。以及該組成彩 色物體平面690R、G、Β的軸向位置，該紅、綠、及藍色組 成彩色物體測試點的橫向偏移距離△ R、△ g、△ β基本上係 彼此相等的。對於在採用數位圖像編碼光束調變器平面的 特殊的數位圖像投影顯示中的使用，該紅、綠、及藍色組 成彩色物體測試點橫向偏移距離△ R、△ g、△ β係有利地限 200305032 (54) 發明說明續^ 制為彼此相等於該光束調變器面板的鄰近像素元件的至少 該中心到中心的間隔距離之内。因為該投影光學元件透鏡 總成652的色差的效應，在該透鏡總成652的入射透鏡693 的入射光學表面694上的物體平面距離基準點692與該對應 的紅、綠、及藍色組成彩色投影顯示物體平面69OR、G、Β 的各自的物體平面中心軸的相交點692R、G、B之間的物體 平面軸向位置距離彼此間係不同的，以便能夠滿足該紅綠 藍色組成彩色物體測試點橫向偏移的距離△ R、△ g、△B 實質上係為相等的狀況。 該投影光學元件透鏡總成6 5 2係用以在採用單獨調變紅 、綠、及藍光光束的數位圖像編碼光束調變器面板的數位 圖像投影顯示中獲得好處，然後其會結合以形成一用以投 影的合成彩色含有圖像的光束，通過該透鏡總成652以將一 合成彩色圖』象成像在該合成彩色圖像投影顯示影像平面 656。該透鏡總成可以設計用以提供該透鏡總成652的在入 射光學埠650的物體平面距離基準點692與該對應的紅、綠 、及藍色組成彩色投影顯示物體平面690R、G、B的各自的 物體乎面中心軸交點692R、G、B間的組成彩色物體平面軸 向位置的距離足夠大以容納在該入射光學埠65〇及數位圖 像編碼光束調變器面板之間的極化分光器及光束彩色分割 /組成元件，對於定位在物體平面位置的紅、綠、及藍光光 束，以光學路徑，分別地在該入射光學埠65〇與該各自的光 束凋變器面板之間延伸，通過有效地對應於該各自的彩色 物肢平面軸向位置距離的極化分光器及光束彩色分割/組 200305032

合元件。一種用於數位圖像投影顯示的極化/分光器與光束 彩色分割/組合元件的排列係與圖1及2的投影顯示的實施 例相關連而討論於上文。其他期望能夠適用於一數位圖像 投影顯示中的投影光學元件透鏡總成652的極化分光器及 光束彩色分割/組合元件的排列包含揭露於Sampsell及 Florence所提的美國專利編號6,1 13,239，以及Johnson及 Sharp所提的美國專利編號6,183,091中的排列。 考慮本發明的一投影顯示的實施例，其具有的稜鏡組件 能夠接受F值為F/2.8的一影像錐形。假如該投影顯示係要 操作在F/3.8, 一主要射線傾斜為2.7度能夠被導入然後靜止 不動，所有射線能夠保持在該稜鏡光學元件的F/2.8影像錐 形之內。一影像面板的軸向偏移1〇〇微米會讓一主要射線高 度偏移約為5微米。該南度偏移係為一大部分的像素，而一 般地係期t可以給予足夠自由度以補償橫向彩色。該瞳孔 位置所選擇的地方也應該考慮在該照明系統的設計中。相 對於具有遠心的投影光學元件的顯示器的透鏡功率及距離 ，該照明系統中的透鏡功率及距離會改變，但是該等變化 並沒有很大的技術困難。 下面會描述使用光學設計軟體，讓一程序大致上能夠適 合用以設計本發明的投影顯示的投影透鏡。 最佳化從一給定物體（該顯示螢幕）到一單一影像平面（該 極化調變器）的最佳成像的初始設計。藉由包含一中心（主 要）射線角度，將遠心狀況加入於價值函數（merit functi〇n) 。成像的特點係點的大小。以紅、綠、及藍色的二個中心 -60- 200305032 (56) 發明說痴_ 波長來特徵化成像。 通常都會遭遇到橫向彩色；也就是說，該三種彩色的影 像大小係不相同的，且並非所有都會符合該目標。接著會 嘗試著決定初始瞳孔位置。假如在面板位置的變化稱之為 △ Z係可接受，及該殘餘橫向彩色係為△h ,則該瞳孔角度（ 以弧度表示）係近似為θρ=Λ!ι/Δζ。將該瞳孔角度目標設定 在該價值函數中，這與零角度相反。 在該設計軟體中創造出一多重組態的系統。針對每個彩 色的不同面板位置有三個組態，而該變數係最後的成像距 離。修改該價值函數，使得在每個彩色的影像性質對應於 其組態。初始地，每個彩色的距離變化係為△ ζ 基於该新的狀況最佳化該系統。允許該成像距離在每個 組態中係為一變數。允許該瞳孔角度係在一限制範圍内變 化。以這些額外的變數，便能夠得到一個良好成像性能的 透鏡。 從孩可接收透鏡设計中，具有一有限的瞳孔角度。使用 該瞳孔角度作為在設計該照明系統時的限制條件。因此便 月&夠以该新式投影透鏡的瞳孔性質來重新設計該照明系統。 在此並不是要將本發明限制於上述的特定實施例。例如 ，本發明的投影顯示可以使用成像面板，而不是使用上述 的反射式液晶極化調變器，像是可傳導多晶矽液晶顯示器 、或反射式離散鏡裝置。可承認的是在不背離本發明的範 圍及文義下，可以改變特定在此描述的本發明，並且係要 包含所有與本發明一致的其他實施例、其他選擇及修改。 200305032

圖式簡單說明 在圖中： 圖1係為本發明的投影顯示的實施例的簡化圖示光學圖 面； 圖2係為本發明的投影顯示的一實施例的一極化分光器 、一彩色分割/組合稜鏡總成、紅、綠及藍色反射極化調變 器，及投影光學元件的簡化圖示光學圖面，其係以較誇大 的方式來說明在聚焦於該投影光學元件的非遠心光學元件 所產生的影像中心的射線錐形，與聚焦於該影像顯示的周 圍上的一點的射線錐形中的各自的主要射線，沒有互相平 行的情形。 圖3係為一在先前技藝的投影顯示中，代表橫向彩色無收 斂的簡化圖示，其具有放置在縱向等效的顯示物體平面中 的遠心投影光學元件，及紅、綠及藍色反射液晶極化調變 器。 圖4係為一在假設的投影顯示中，代表橫向彩色無收斂的 簡化圖示’其具有放置在縱向不同的顯示物體平面中的遠 心投影光學元件，及紅、綠及藍色的反射極化調變器。 圖5係為一在本發明的投影顯示的一實施例中，代表橫向 彩色收斂的簡化圖示，其具有放置在縱向不同的顯示物體 平面中的非遠心投影光學元件，及紅、綠及藍色的反射極 化調變器。 圖6係為本發明使用在一數位圖像投影顯示中，該投影光 學元件透鏡總成的實施例的簡化圖示光學圖面。 -62- 200305032

發明說fK (58) 圖式代表符號說明 400 數位圖像投影顯示 402 照明光束光源總成 404 高強度照射源 406 拋物線反射器 407 紫外線、紅外線及頻譜等級過濾器總成 408 未極化照射光束 409 線性極化照射光束 410 光線保存的光束極化器總成 411 光束轴 412 第一透鏡陣列 413 第一透鏡元件的矩形陣列 414 極化分光器/半波板總成 416 . 第二透鏡陣列 417 第二透鏡元件的矩形陣列 420 極化分光器薄膜帶 421 照射光束重新導向鏡 422 反射鏡帶 424 - 半波板帶 426 平凸光束整形透鏡 434 分光器傳輸極化照射光束 436 原色分割/組合稜鏡總成 437 合成光束輸入/輸出光學埠 438R、G、B 紅/綠/藍色組成次光束輸出/輸入光學埠

-63- 200305032 (59) 發明說fl 440R、G、B 紅/綠/藍色組成反射數位圖像編碼液晶極化調變器 441R、G、B 紅、綠、藍色組成極化調變器表面 450 入射光學埠 452 投影透鏡 454 極化分析器過濾器 456 顯示螢幕 457 投影光學元件出射光學埠 458 投影透鏡光圈停止 460 中心軸 462 投影物體距離基準點 、 470 MacNeille型多層介電質薄膜極化分光器 471 第一分光器稜鏡 472 - 第二分光器稜鏡 473 ^ 暗像素極化狀態極化光束軸 474 光像素極化狀態極化光束軸 476 多層介電質極化薄膜 478R、G、B 紅綠藍色組成彩色稜鏡 480R、G、B 組成彩色中心光學路徑 482 相交點 484 單一合成彩色測試點 486 橫向偏移合成彩色點 488R/、G、B 組成彩色主要射線 500R、G、B 極化調變器表面 502R、G、B 組成彩色中心光學路徑 -64- 200305032

504R 506R 510R 512R 514R 516R 524R 526R 650 652 656 657 658 660 662 682 686 688R 690R 692R 693 694 695 696R (60) I發明綱^ _ G、B 測試點組成彩色射線錐形 • G、B 測試點組成彩色主要射線 • G、B 組成彩色極化調變器表面 • G 'B 組成彩色中心光學路徑 、G、B 測試點組成彩色射線錐形 、G、B 測試點組成彩色主要射線 、G、B 測試點組成彩色射線錐形 、G、B 測試點組成彩色主要射線 投影光學元件入射光學埠 透鏡總成 合成彩色圖像投影顯示影像平面 投影光學元件出射光學埠 投影光學元件光圈停止 . 投影光學元件中心軸 _物體平面距離基準點 影像平面中心軸相交點 橫向偏移合成彩色影像測試位置 、G、B 紅、綠、藍色組成彩色測試點主要射線軌跡 、G、B紅、綠、藍色組成彩色投影顯示物體平面 、G、B 紅、綠、藍色組成彩色物體平面中心軸相交點 入射透鏡 入射光學表面 _ 投影光學元件光圈停止位置 、G、B 紅、綠、藍色組成彩色物體測試點位置 -65-

Claims (1)

1. 200305032 拾、申請專利範圍 1. 一種用u投影一所要求之合成《色數位圖像到一用以 觀看之合成彩色影像平面上的投影顯示；該投影顯示包 含非遠心投影光學元件，以建立一用以聚集該投影光學 70件所投影的偏軸光的角度幾何；該投影光學元件提供 複數個組成原色物體平面，分別用於透過該投影光學元 件將不則I之物體數位时以投射方❹貝示於該組 成彩色影像平面上；該等組成彩色物體平面中至少兩個 平面係放置在離該投影光學元件$ 像距離 上；離該投影光學元件的物體平面的有效軸向距離分別 地輸入到該投影光學元件的偏軸光聚集的角度幾何，及 在該投影光學元件在不同原色下，橫向倍率的橫向彩色 的色差·的差異，使得在橫向倍率的該取決於彩色的差異 能夠被補'償。 X 2·如申請專利範圍第1項之投影顯示裝置，其中該投影光 學元件提供分別用於紅、綠、及藍色的物體圖像的三個 組成原色物體平面。 3·如申請專利範圍第2項之投影顯示裝置，其中該等三個 組成原色物體平面離該投影光學元件的有效轴向距離 彼此互不相同。 4· 一種用於一數位圖像彩色投影顯示的投影光學元件透 鏡系統；該透鏡系統具有一投影光學元件入射光學瑋及 一投影光學元件出射光學槔；一投影光學元件中心軸係 定義成相對於該投影光學元件透鏡系統，朝中心地通過 200305032

   該透鏡系統，然後從該入射光學埠及 地延伸;-合成彩色圖像投影顯示影像平面：：：：: 質士以垂直於該投影光學元件中心軸的 只 在該投影光學元件出射光學埠的投影光束°出射傳：： 向上分隔’-影像平面中心軸的相交點係以該投令光與 ^牛中心軸與該合成彩色圖像投影顯示影像平面的: 父點來定義；對於該等三個組成原色之每一原色，一組 成原色投影顯不物體平面係定義成實質上以垂直於兮 投影光學元件中心軸的方向延伸，其係在該投影光學： 件^射光學埠的投影光束入射傳播方向的相反方向上 分隔’-組成原色物體平面中心軸的相交點係分別針對 該等三個組成原色投影顯示物體平面之每一平面，以該 投影光學元件中心軸與該分別的物體平面的相交點^ 定義；對於該等三個組成原色之每一原色，該投影光學 元件透鏡系統係調適用以將一位在該對應之組成原色 投影顯示物體平面的組成原色圖像投影地成像於該合 成彩色圖像投影顯示影像平面上；該投影光學元件透鏡 系統存在著橫向彩色色差；該投影光學元件透鏡總成具 有一投影光學元件光圈停止，其位在沿著該投影光學元 件中心軸上一投影光學元件的光圈停止位置上；該投影 光學元件透鏡系統包含一入射光學元件，其具有一位在 該投影光學元件入射光學埠的入射光學表面；該投影光 學元件中心軸與該投影光學元件透鏡系統的入射光學 表面的相交點定義出一物體平面距離的基準點；一組成 200305032 原色物體平面軸向位置的距離係分別地定義每個組成 原色投影顯示物體平面，其係從在該投影光學元件透鏡 系統的入射光學表面上的物體平面距離基準點量測到 該各自、的組成原色物體平面的物體平面中心軸相交點 ,δ成彩色景》像測試點位置係定在該合成彩色圖像投 影顯不影像平面，其橫向地偏離該影像平面中心軸的相 交點；對於每個組成原色，一組成原色測試點的主要射 線軌跡係分別地定義，光學地追蹤作為一該各自組成原 色光的射線，從在該合成彩色圖像投影顯示影像平面的 橫向偏移合成彩色影像測試點位置，進到該投影光學元 件出射光學埠，透過該投影光學元件透鏡系統，通過該 投影光學元件光圈停止的中心點，然後出於該投影光學 元件入射光學埠，相交該對應之組成原色投影顯示物體 平面；該_等三個組成原色彩色測試點的主要射線執跡都 分別地.追蹤一對應組成原色相依型路徑，透過該投影光 學元件透鏡系統，顯示出該透鏡總成的色差，包含在不 同組成原色下，橫向倍率的橫向彩色色差差異；在每個 組成原色測試點的主要射線軌跡與該對應之組成原色 投影顯示物體平面的相交點定義一對應之組成原色物 體測試點的位置，其對於該對應的組成原色光，係光學 共軛於在該合成彩色圖像投影顯示影像平面中的橫向 偏移合成彩色影像測試點的位置；每個組成原色物體測 試點位置係橫向偏離於該對應之組成原色投影顯示物 體平面的中心軸的相交點，定義一組成原色物體測試點 200305032

   橫向偏移的距離；該投影光學元件光圈停止的位置係為 一非遠心的光圈停止位置，使得每個組成原色測試點的 主要射線軌跡以一非遠心的相交角度，相交該對應之組 成原色、投影顯示物體平面，其係相對於該物體平面的垂 直方向，在該相交點傾斜；該等三個組成原色投影顯示 的物體平面沿著該投影光學元件的中心軸具有各自的 軸向位置，在考慮該對應之組成原色測試點的主要射線 軌跡與该各自的組成原色物體平面的非遠心的相交角 度’及包含在該各自的組成原色下，在橫向倍率中該橫 向彩色色差的差異的色差的情形下，使得該等三個組成 原色投影顯示物體平面的組成原色物體測試點的橫向 偏移距離實質上係彼此相等；該等三個組成原色投影顯 示物體平面的各自的軸向位置係使得該三組成原色投 影顯示物體平面的至少兩個的各自的組成原色物體平 面的軸·向位置的距離係彼此不同的，使得對於在該合成 彩色圖像投影顯不影像平面中的透鏡總成所成像的整 個合成彩色圖像中，該投影光學元件透鏡的橫向色差所 引起的不同組成原色光射線的橫向倍率中的差異能夠 至少部分被補償。 5.如申請專利範圍第4項之投影光學元件透鏡系統，其中 該透鏡系統係調適用以投影地成像尺寸化的組成原色 物體圖像，以填入到一通常為矩形的物體圖像範圍内， 其參考該組成原色投影顯示物體平面，該物體圖像範圍 具有一高度及寬度的尺寸，每個在該投影光學元件透鏡 200305032 與該對 物體平 高度或 ，其中 顯示影 的物體 該合成 像範圍 系統的入射光學表面上的物體平面距 應之組成原色物體平面的中心軸相交點ς間的 面軸向位置的距離係至少為該物賤圖像範圍的 寬度尺寸中值比較小的兩倍。 6. 如申請專㈣圍第5項之投影光學元件透鏡系統 -影像圖像範圍係定義在該合成彩色圖像投影 像平面’以對應一該組成原色投影顯示物體平面 圖像範圍的影像’該合成彩色影像測試點位置在 彩色圖像投影顯示影像平面係玫置在該影像圖 之内’其Λ近3玄衫像圖像範圍的周圍。 如申請專利範圍第5項之投影光學元件透鏡系統，其中 每個組成原色測試點的主要射線軌跡在與該對應之組 成原色投影顯示物體平面的相交點上，其係沿著通常相 反於一換影光束入射傳輸方向的方向前進，偏離該投影 光學元.件中心軸。 8·如申請專利範圍第5項之投影光學元件透鏡系統，其中 該等三個組成原色投影顯示物體平面的各自組成原色 物體平面軸向位置的距離彼此係互不相同。