TWI262727B

TWI262727B - Color component aperture stops in projection display system

Info

Publication number: TWI262727B
Application number: TW092100238A
Authority: TW
Inventors: R Edward English Jr; Simon Magarill; Sean Michael Donnelly; Arlie Richard Conner
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2006-09-21
Also published as: CN1613262A; US20030142276A1; EP1461962A1; TW200303145A; CN1613262B; MXPA04006578A; KR20040079922A; JP2005516249A; US6877865B2; WO2003063509A1

Description

Ϊ262727 0) ，、發明說明 (务月°兒明應敘明：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）技術領域本發明係關於電子投影光學系統，明確地說，係關於運用1形後孔洞止點以改良色彩平衡情形及影像對比。先前技術針對含有反射式液晶顯示器的投影系統來說，吾人已經瞭解其各種的光學饰置配置方式。於美國專利案第 6,309,071號與第 6,1 13,239號中，以及於Michael G. Robinson 等人於SID 00 Digest第92-95頁中所發表之「High Contrast

Color Splitting Architecture Using Color Polarization Filters 」一文中皆敘述其範例。Robinson等人文章中所述的其中 —種光學佈置採用的係位於美國科羅拉多州之波德市 (Boulder)的ColorLink，Inc·所提供之專利技術·偏極光濾光器技術（也就是’ ColorSelectTM偏極光濾光器技術），其所作之對比達到大於500:1。不過，該些熟知系統中，因為使用MacNeille稜鏡作為不同配置中的偏極光分光器（PBS)，所以其對比能力非常有限。如美國專利案第5,327,270號中所述，由於不交軸光線之去極化效應的關係，所以會使得MacNei 11 e稜鏡式的PB S之對比能力非常有限。該去極化光會降低反射式電子投影系統（尤其是採用矽上液晶（LCOS)光閥的投影系統）的對比能力。如專利案’ 2 7 0號中所述，為補償不交軸光線之去極化效應，必須增加一額外的四分之一波器，如此一來便會提高成本’並且需要精硝地對準，而且會限制作業溫 1262727

度的範圍。一般來說，反射式矽上液晶（LC0S)光閥使用於投影顯示器中時具有數項優點，該等優點包括像素小、孔洞比例高、反應快。提高使用反射式光閥之系統的數值孔洞（NA)之後便可將影像亮度最大化，不過對比能力卻會降低。對比此力降低的主要原因係因為該等光閥的非理想阻滯情形與此等系統中常用之傾斜的偏極光分光器之複角去極化效應之間的相互作用所造成的；其對比能力幾乎與該數值孔洞之平方成反比。NA值提高之後，除了會降低對比能力之外，遇會因為增加投影透鏡中的幾何像差，而導致影像品質變得較差。 ' f貝用糸統的另一項限制則 P丁、CW皿找T1Q的干衡性认扮尔統通常都需要壽命極長的燈管以及超小型的光源，例如配傷高壓水銀燈管（舉例來說’ PhiUps❿伽心所售的卿型燈管）。該些燈管會產生不連續的光譜’而且其中一種或兩種原色相對不足，因而必須減弱至少其中一種原色H: 都係綠色，有時候則是綠色與藍色）方能得到可接受的白色又先點。-般係藉由將該原色限制於較預期頻寬還窄中，以取得滿意的色彩域。舉例來說，可修改 ^ 光器，降低綠色與藍色原色的巴/慮準中…… 的頻見，使其比廣播標丰中所規U大小更為飽和，並且限制其動態範圍。發明内容，认砂命口多路徑、斤如矽上液晶（LCOS)投影顯示系射 J T杈仏回對比、平衡的色 (3) 1262727

及高輸出量的能力。在其中一種實現方式 Λ T ’反射式矽上液晶沪旦^备於勹紅一照明系統，用以產峰夕余、丨，夜日日杈衫糸統包括八0夕光。此種實現方式會放置一種 1八雜W α 式刀色鏡）’用以接收該多色光，並且將其分離成光的原色，#々 ^ ^ ^ . ，、色能夠沿著分離的原色成分光路徑刖進。於該等为洛士 i、成分光路徑之至少其中—條光路徑中έ放置至少一個芦4乂始1 ® » 、色知茭更（例如平衡處理）孔洞止點，用以平衡光之原色成分的相對強度。於該等原色成分光路徑之每條光路徑中放置一反射式石夕上液晶光闕，其會於適當位置配備一偏極光分光器(例如線拇偏極先分光器）’用以分開提供影像資訊給光的每-種原色成分。顏色組合器會利用所提供的影像資訊來接收且組合光的原色成分，以提供呈現出多色顯示影像的光。在另-種實現方式中則可能會配置一色彩平衡孔洞止點 (例如非同質的孔洞止點），以便於進行色彩分離之前，對該光進行色衫平衡處理。舉例來說，該非同質的孔洞止點可月b包括一與其所在之原色成分光路徑中光的原色成分相對應的環狀色彩濾光器。 «亥4 一個或以上的孔洞止點可藉由減低至少一個原色通道的數值孔洞（或提高F值）提供衰減的功能。該等孔洞止點有各種實現方式，包括使用較小型的照明系統孔洞止點，其中每種原色具有分離的孔洞止點位置；或使用較小型的投影透鏡孔洞止點，其中每種原色會使用分離的投影透鏡 ;或於該照明系統或投影透鏡的孔洞止點處使用一環狀色 (4) 1262727 [Mm 彩濾光器透鏡。其中所有原色皆使用一共同的照明系統或投影從本發明較佳具體實施例之詳細說明，同時參考隨附的圖式’將可更清楚本發明的其它說明與實現方式。實施方式圖1為一反射式投影顯示系統1〇之具體實施例示意圖，其闇述的係根據本發明環境進行作業的範例。投影顯示系統 10(本文中有時候亦稱為投影器1〇)包括三條色彩成分光學路役12(圖中僅顯示其中一條），分別對應個別的原色光成分紅、綠、藍。為清楚起見，圖i僅顯示其中一條色彩成分光學路徑，其元件符號為色彩成分光學路徑12(3，對應的係綠色原色色彩成分。口人可發現紅色與藍色色彩成分光學路徑與綠色色彩成光予路仕12G相同，僅係將位置稍作偏移而已。投影器工〇 ^ 種原色光成分專屬的元件都將會於字尾標示一對應的字母（也就是，「R」、「g」或「B」）。投影器1〇中並非任種原色光成分專屬的元件則不會含有此種字尾。因此，後面將針對綠色色彩成分相關的元件作說明，不過其將同樣適用於紅色與藍色色彩成分相關的元件。具有-橢圓反射鏡16與一寬頻(即「白光」）光源18的照明系統14會經由-光導管整合器22(空心或實心）與中繼光學元件24將照明光20導入照明交錯式分色鏡％。 >考圖1，根據本發明，綠光光學路徑丨2G係從交錯式分色鏡26開始前進，然後被—摺鏡則導向後會經過中繼光學 1262727

元件40G與一色彩平衡孔洞止點42G。一偏極光分光器 (PBS)48G與一反射式光閥50G(例如矽上液晶（LC〇s)光閥 5 0G)則會從色彩平衡孔洞止點42G中接收到該光。在其中一具體貫施例中’偏極光分光器48G包括一線柵偏光器52G，例如由位於美國猶他州0rem市的M〇xtek Inc·所售之 ’

ProFInx™偏光器。於美國專利案第6，122,1〇3號中便敘述過广此種線柵偏光器52G。當PBS 48G以線栅偏光器52G來實現時，亦可將其稱為線柵PBS 48G。經過LCOS光閥50G的調變之後，該調變後之綠色色彩成籲分變會被LCOS光閥50G反射回線栅偏光器52G，該線柵偏光器52G則會將該調變後之綠色色彩成分反射至一成像交錯式分色鏡54。成像交錯式分色鏡54與照明交錯式分色鏡 26相同，其功能則係將紅光、綠光及藍光調變後之色彩成分組合起來，並且使其通過投影透鏡配件56，該配件則會將該全彩顯示影像投影至一顯示螢幕（未顯示）上。投影器1〇可操作方式可以前投影格式或後投影格式來進行。作業中，源自照明糸統14的光會穿過整合器22，該整合為會於其射出視窗60處產生均勻強度的照明分佈。照明交錯式分色鏡26會將該照明光分成三種顏色（紅、綠、藍），該等顏色會被三組相同的中繼光學元件（圖中僅顯示出中繼 / 光學元件40G)與三個相同的摺鏡38R、38G、38B(圖3)導引 ' 至一個分離的LCOS光閥（圖中僅顯示出lc〇S光閥50G)。中繼光學元件24及色彩成分中繼光學元件（圖中僅顯示出 4 0G)會於母個LCOS光閥之光主動區域處產生整合器射出 -10- 1262727

視固6 0的影像。

較小型的投影透鏡孔洞止點， % π祝札洞止點，其中每種。另一種實現方式係，使用其中每種原色會使用分離的投影透鏡。吾人將會發現，部分的投影系統針對至少兩種原色使用一共同的照明系統或投影透鏡，而並非如投影系統丨〇中般地使用分離的色彩成分元件。在該些投影系統中，可以利用該共同的照明系統或投影透鏡之孔洞止點處的環狀色彩濾光為提供色彩平衡處理，其細節如下面所述。減低數值孔洞之後便會提高此原色的對比能力與影像品質。明確地說，於必須衰減綠光的系統中（例如使用高壓水銀燈管的系統），其中一種原色的對比能力與影像品質越高便可大幅地提升整體對比能力與影像品質的視覺感受。圖2 A - 2 F為根據本發明之各種整形後色彩平衡孔洞止點 120A-120E示意圖，其可作為投影系統1〇中的色彩平衡孔洞止點42G及任何其它的色彩平衡孔洞止點。（孔洞止點 120A-120E有時候將統稱為孔洞止點12〇。）為達到闡述範例的比例尺寸之目的，圖中將標示整形後之孔洞止點12〇的示範尺寸。吾人將會發現，亦可以圖中所示以外的尺寸來構成該等整形後之孔洞止點120。為提供說明整形後之孔洞止 1262727

點120的基礎，圖中顯示一慣用的孔洞止點丨26，其具有一. 非透明面1 2 8以及示範直徑為62· 5 mm之示範圓形孔洞1 3 〇〇整形後之孔洞止點120A包括一非透明面122A以及一實質橢圓形孔洞124A。整形後之孔洞止點12〇b包括一非透明面122B以及一大型的截斷圓形孔洞124B。大型的截斷圓形 - 孔洞124B包括介於一對直線截斷側丨34B之間的大型反向圓形區段132B。圓形區段132B非常地大，因為它們必須比截斷側134B包圍該孔洞124B之更大的圓形區段。參整形後之孔洞止點120C包括一非透明面122C以及一小型的截斷圓形孔洞124C。小型的截斷圓形孔洞124C包括介於一對直線截斷側134C之間的小型反向圓形區段132C。圓形區段132C非常地小，因為它們所包圍之該孔洞124C之圓形區段小於截斷側134C所包圍的圓形區段。整形後之孔洞止點120D包括一非透明面122D以及一十字形孔洞124D。十字形孔洞124D包括介於一對直線截斷側 134D與橫向延伸線136D之間的小型反向圓形區段132D。整鲁形後之孔洞止點120E包括一非透明面122E以及一小型的圓形孔洞124E。表1所列的係每個整形後之孔洞止點12〇的光學輸出量， : 表中列出的係以特定光源（例如F/2.2時的20 mm影像）照射 / 時所測量到的流明值，以及以慣用的孔洞止點12 6為基礎之輸出量百分比。表1 -12- 1262727 _ 流明值 — 輸出署％標準 3100 ------ 100% 橢圓形（120A) 3060 99% 大型截斷面 2950 --__ ^ ^ / K) 95% (120B) 小型截斷面 2500 81% (120C) 十字形（120D) 2330 75% 小圓形（120E) 920 __J0% 表1中顯不出可以各種整形後之孔洞止點12〇所達成的輸鲁出量變化範圍。此外，整形後之孔洞止點12〇a_12〇d具有狹長的長寬比，因而可改變於該光束之各角落處優先阻隔光的程度。位於該些角落處的光通常最容易受到偏軸或不交軸光線（也就是，對比能力與效果較差的光）或雜散光路徑的影響，所以阻隔該些角落處的光變能夠大幅地改良對比能力。孔洞止點42G會針對對應的色彩成分光路徑（例如綠光）又疋工作卩值（或數值孔洞）。每種色彩成分光路徑皆包括參對應的孔洞止點。使用正確直徑的孔洞，便可控制紅光、綠光及藍光的量，以便於提高對比能力時能夠在該螢幕上提供預期的色溫。 · 才又衫系統10之示範實現方式運用高壓水銀燈管（uHp型） .· 乍為光源1 8，其紅光的強度較弱。為獲得預期的色溫（白色幕的色彩座彳示），必須將綠光的量減少約3 5 %。當孔洞止點42R的基礎F值為2 8時，孔洞止點42(}必須具有35的^值 -13- 1262727 () 以便減少35%的綠光，如此將可大幅地提高該面板的整體。對比能力。所以，止點42G的功能可改良投影器1〇的對比能力與影響品質，同時維持影像或顯示器的亮度。部分慣用的色彩光閥投影顯示系統會使用高強度放電· (hid)光源來產生不連續光譜，而且其中一種或兩種原色則. 會相對地不足。該些系統必須減弱至少其中一種原色（一般-都係綠色）方能得到可接受的光譜平衡結果或「白色光點」。一般而言，可藉由將該原色限制於較窄的頻寬中達到衰減此原色色彩成分的目的，以取得滿意的色彩域。 _ 舉例來說，後投影電視系統可使用Philips Electronics所售的「超高效能」（UHP)之高壓水銀放電燈管。該卿燈管中紅光相對地不足，因而必須大量地衰減綠光與藍光，以得到可接受的白色光點。一般來說，可藉由修改該等分色濾光器以降低綠色與藍色原色的頻寬來完成，使其比 SMPTE廣播標準中所規^之大小更為飽和，並且限制其動態範圍。

圖3為照明交錯式分色鏡26之實現方式的俯視圖，如本技術中所熟知般地’ #包括位於一組稜鏡146之斜φ之間的交錯狀分色塗料142與144。分色塗料142與144會反射及透射不同的色彩成分，以便將於入射面14δ處所接收到的照明光 2〇分離成紅光，綠光及藍光，並且從個別的射出面15服、 150G及150B導出。圖4為成像交錯 < 分色鏡54之實現方式的俯視圖，盘昭交錯式分色鏡26相同，其包括位於一組稜鏡168之斜面之 -14- (10) 1262727

主枓164與166。圖4分別將線柵PBS 48R、48G 及48B放詈力Λ & 一夏隹入射面170R、170G及170Β的旁邊。圖3與4所 ^係對稱於投影器中線172(圖1)之三種色彩成分中每種成之相同光學元件的對應位置。吾人將會發現，可於中 11，予7°件24之間插入一冷光鏡，用以移除投影系統1 〇中過多的熱能。同時，可於中繼光學元件40之間配置至少一個額外的摺豐，以便進行不同或更佳的封裝。 …、月與成像父錯式分色鏡26與54係實質相同的。在其中

種貝現方式中，交錯式分色鏡26與54都係SPS型的，其中分色塗料142、144、164、166會反射s偏光光並且透射被選擇顏色之P偏光光。舉例來說，塗料142、164可反射S偏光紅光，塗料144、166可反射8偏光藍光，而所有塗料則都可透射P偏光綠光。如本技術所熟知般地，交錯式分色鏡26與54各包括三個半波板，每種色彩成分各一個（圖中未顯示），用以利用PBS 48R、48G與48B的偏光性將穿過交錯式分色鏡26與54之光的偏光性進行關聯處理。s偏光與p偏光都係慣用的術語，代表一對正交的線性偏光狀態，其中就偏光選擇分色膜來说，S偏光可視為「擦過」該膜，而p偏光則可視為「刺穿」該膜。因此’投影系統1 〇使用的係該綠光通道之其中一種偏光性，以及紅光與藍光通道的一種正交偏光性。該些偏光性允許使用藍光與綠光通道之重疊光譜，以提高該系統的輸出量。不過基於比色考量，不可以使用紅光與綠光通道之 -15- 00 1262727

間的重疊光譜。在邛刀只現方式中，僅使 ^ 馊便用乂錯式分色鏡26與54的色私特性亚無法達到 J巴心声§期的顯不器色彩特徵。必須使用額外的顏色才父正分芦、、盧ασ ζ 先时（一個長波通、兩個短波通，圖中並未顯不）來提供顏色紳声。鲁政l _ 不 ^ 人貫泰上可將該些低成本的校正濾光為插入於該照明路徑 T的任何位置，不過較佳的係放置於照明止點處（也就是，盥 …色心選擇非同質的濾光器層之功能結合）。牛例來5兒，圖5為pBS 48<3之作業情形的簡化示意圖。哪 48R與48B的作業情形與此類似，不過必須針對紅色與藍色色彩成分之不同的偏光狀態進行修正。 P偏光的、綠色照明光會通過線栅偏光器52G，該偏光器係配向成讓該綠色色彩成分中具有P偏光狀態的光通過。該光會照射在LCOS光閥50G之上，並且根據綠色色彩成分顯示〜像進行凋變，並且以§偏光調變光的形式被反射回到線栅偏光為52G。於交錯式分色鏡54之射入面174G處會放置一乾淨的偏光器176G，該偏光器可能係一成本低廉的、現成的薄膜偏光。圖5中光學配置所測量到的系統對比能力超過3200:1。此系統對比能力的測量方式係利用一前表面面鏡及四分之一波器組合來取代LCOS光閥50G，用以區分該光學配置之對比能力與該L C Ο S光閥5 0 G本身之對比能力。圖5之光學配置並不會受到不交轴光線去極化效應的影響（因而並不需要有補償四分之一波板），具有超高的偏光消退比例，可工作於極大的溫度範圍内，並且能夠耐受及高 -16- (12) 1262727 的光強度。舉例來說，可將線栅偏m2G製造於一平面玻璃基板之上，亚且可於如圖〗所示之成像光學路徑中使用於反射模式巾。PBSMG的平整性並W錢前產生大幅的變形’並且可提供投影II職高的影像品f。不幸的係，挪彻過厚，而無法於該成像路徑中使用於透射模式：其係因為此傾斜的平面平行板所導致的散光現象過大所導致的。此平面的PBS48G可收納於透射模式的照明路徑中。為於整個投影顯示螢幕中取得均勻的色彩分佈(也就是 ’避免「無色彩偏移」）’應該將交錯式分色鏡26與54放置於該系統的遠心、空間中。為於該白色螢幕中取得該光均勾的分佈，遠心點應該為於該整合器射出視_的空間中。因，’中繼光學元件26與4〇應該係三個空間中的遠心··整合器射出視窗60的遠心、照明交錯式分色鏡％的遠心以及成像交錯式分色鏡54的遠心。因為於其之間並未放置任何的主動光學組件，所以成像交錯式分色鏡54與每個線栅PM 48同樣會工作於該遠心空間[其同樣可於該榮幕中的整個影像上支援均勻的對比能力。、圖6為一對光線循跡系統18〇與182示意^，其闡述的係穿過中繼光學元件2 4與4 0的光線。光線循跡系統} 8 〇對應的係如圖i所示之投影系統10。光線循跡系統182對應的從圖】中的方向184看去的投影系統1〇。光線循跡系統ΐδ〇與⑻ 共圖解三個區域，其中會形成投影系統_中繼光學元件 24與40以提供遠心點，從而可於整個影像的白色與暗色營幕中形成無色彩偏移、均勻分佈的結果。因此’可將投影 -17- (13) __^ 1262727 “1〇"、… …明確二Γ中學元件24與4〇)視為三重遠心。明確地汍，中繼光學元心，以便運用且維持整個觀上目標空間」)會構成遠整合器22會於整個整合哭射屮:二的亮度均句性。光導管古如t出視窗60中各點處提供相同的 7C度角为佈。為於整個整盖 &山、s^ 爱幕上^供均勻的照明，整個導管射出視囪6 0中集光效率都應、〜^相同。為運用此照明均勻性，所形成的中繼光學元件24必孔（即遠心的射入瞳孔）。、於無限遠處具有一射入瞳括同時還會於中繼光學元件24與4。之間的區域(該區域包括照明交錯式分色鏡26)中維持一遠心點。一般來於交錯式分色鏡26中的分色頻谱特性與入射角度有極大 .......避免於整個影像中發生光譜偏離的情形(所謂的彩偏移的現象），介於中繼光學元件24與4〇之間區域中的光必須針對觀賞區的所有點比 ]所有點白具備相同的角度結構。此種目同的角度結構係達成遠心點的另外—種方式。最後，在中繼光學元件40G與光閱5〇之影像;間中的遠心點則可於整個觀賞區中提供均句的對比能力。換言之，就射入光而言，光閥50之所有點皆處於相同的狀況：同㈣ ’就射出光而言’則可假設於該Lc〇s裝置内部具有極佳的反射表面。因為於光閥5〇與成像交錯式分色鏡⑽之間並未放置任何的主動光學元件，所以此空間中的遠;;點同樣可對成像交錯式分色鏡54提供無色彩偏移的條件。吾人將會發現’採用LC0S光閥5〇的投影器1〇僅係能夠運用本發明之色彩平衡孔洞止點之電子投影顯示系統的其中 -18- 1262727

一種範例。圖7為一電子（LCD)投影器200結合本發明之色彩選擇、色彩平衡孔洞止點202之簡化示意圖。電子投影器2〇〇會透過色衫選擇、色彩平衡孔洞止點202來接收多色光204。電子投影器200包括一對色彩選擇面鏡2〇5與206，用以將 °亥夕色光204分離成各色彩成分（例如紅光、綠光與藍光），將其經由個別的透射式LCD/偏光器堆疊2〇8R、2〇8(}與2〇8b 進行導向，該等個別的偏光器堆疊會提供影像顯示資訊給該光。慣用的X-立方塊210可將該等含有影像顯示資訊的色衫成分組合在一起，並且將組合後的光導入投影透鏡中。圖8與9為可作為孔洞止點2〇2之個別的色彩選擇、色彩平衡孔洞止點範例220與222之正面示意圖。多考圖8 ’孔洞止點220包括一具有圓形内緣226之非透明的外侧環形區224。孔洞止點會依慣用白勺方式阻隔照射外側環形區224的光。圓形的色彩遽光器環形區228係位於圓形内緣226之内，並且可透射一種或兩種被選擇的色彩頻帶。中心的圓形光孔230可讓所有顏色的光都通過而不作任何過濾、’其可能係一實體孔洞或—透明基板。因為圓形的色彩濾光器環形區228與圓形光孔23〇的透射率不同，所以孔洞止點2 2 0可稱為非同質的孔洞止點2 2 〇。 :例來說，在其中一種實現方式中’希望能夠將該照明先中的綠色色衫成分相對於紅色與藍色成分進行降低改良色彩平衡的情況。纟此實現方式中，可以使用可讓么 -19- 1262727 (15) 光與藍光成分通過的洋紅色色彩濾光

器來構成色彩濾光器環形區228。該紅光與藍光成分具有一由内緣226所界定的孔洞’而綠色成分則具有一由光孔23〇所界定的孔洞。因此，非同質的孔洞止點220可藉由選擇性將綠色成分相對於紅色與藍色成分進行降低，以改良色彩平衡的情況。

蒼考圖9 ’如果像差效應減低的情況不盡理想時，孔洞止點222便可更大幅地改良影像的對比能力。孔洞止點222包括具有圓形内緣2 3 6之非透明的外側環形區2 3 4。孔洞止點會依慣用的方式阻隔照射外側環形區234的光。色彩濾光器環形區238係位於内緣236之内，並且可透射一種或兩種對應經由該止點導向之原色色彩成分之被選擇的色彩頻帶 (例如洋紅色）。孔洞239亦可具有如圖2所示之其它形狀。中心的圓十字形光孔239可讓所有顏色的光都通過而不作任何過濾，其可能係一實體孔洞或一透明基板。舉例來說，圓十字形光孔239與該色彩選擇止點或色彩濾光器環形區23 8經過配向後會消除以大複角入射之光線，同時讓等值

非複角處的光線通過。因為色彩濾光器環形區238與十字形光孔239的透射率不同，所以孔洞止點222亦可稱為非同質的孔洞止點。孔洞止點220與222的功能係限制、限定、或調整該光錐 (照明光錐）以改良系統的對比能力。因此，相較於藉由提高數值孔洞而使得慣用系統中的對比能力降低，孔洞止點“Ο 與222卻能夠改良對比能力。在其中-種實現方式中，可以利用孔洞止點22〇將綠光的 -20- 1262727

Mias (16) 強度與角度範圍相對於紅色與藍色成分進行降低。綠光於 RGB平衡色中約佔據了 _’因此對該系統的對比能力之影響甚鉅。利用孔洞止點22〇改良綠光的對比能力，便能夠改良整體糸統的對比能力。吾人將會發現，非同質的孔洞止點22〇與222可位於電子投影器或投影顯示系統中任何其它光學位置中，而且不論慣例上此光學位置是否具有一孔洞止點。舉例來說，任二非同質的孔洞止點22〇與222都可放置於投影系統ι〇(圖】）之中繼光學元件24中的位置62(圖υ中，取代孔洞止點42〇。在該替代的孔洞位置62(圖1)中，因為該照明光的色彩成分尚未分離，所以非同質的孔洞止點2〇〇與2〇2可能會包括色彩濾'光器元件，詩優先阻隔其中—種色彩成分（例如綠色）’同時讓其它的色彩成分通過（例如紅色與藍色，或洋紅色）。在其它的具體實施例中，非同質的孔洞止點2〇〇與則可能包括堆疊的色㈣光器元件，用於以相對於其它的色彩成分（例如紅色）不同量的方式優先阻隔其中兩種色彩成分（例如綠色與藍色）。圖10為可作為孔洞止點位置62之堆疊式非同質的孔洞止點240之正面示意圖，舉例來說，其可用於以相對於其它的色彩成分（例如紅色）不同量的方式優先阻隔其中兩種色彩成分（例如綠色與較少量的藍色）。堆疊式孔洞止點24〇包括 -大直徑的紅色濾光器環形區242，其可優先讓紅光通過；一中間的洋紅W光器環形區244，其可優先讓紅光與藍光通過；以及-中心的光孔246’不作任何過濾、便讓光通過。 -2]. 1262727 (i7) 中心的光孔246可能係一實體孔洞或—透明基板，其形狀可如圖中所示的圓形或本文所述的任何其它形狀。吾人將會發現，根據欲以比例方式降低或提高之色彩成分，可以各種色彩濾光器配置構成堆疊式非同質的孔洞止 Ο。舉例來說，其中-種替代方式係，省略紅色濾光器衣幵y區242，並且將洋紅色濾光器2料延伸至被紅色濾光器環形區242所覆蓋的環形區域中，以構成堆疊式非同質的孔洞止點240。此外，吾人將會發現，孔洞止點24〇可能進一

v匕括直徑大於該洋紅色濾光器環形區244之非透明的外側環形區（未顯示），用以於外側區域巾阻隔所有的色彩成分（包含紅色在内）。圖11為另一個堆疊式非同質的孔洞止點25〇之正面示意圖。非透明面252具有一實質圓形的孔洞254,於該孔洞内則放置缞形的洋紅色（也就是，紅色加藍色）濾光器256。衣形的洋紅色濾光器256包括一未具任何色彩過濾效果的内側孔洞258。於此圖式中可清楚地看見内側孔洞258為橢

圓的形狀。色彩選擇非同質的孔洞止點⑽之功能係降低綠光相對於紅光與藍光的比例。非同裊的孔洞止點200、2〇2、24〇及25〇可視為彼此間具有相對的形狀或尺寸之經過整形的孔洞止點具體實施例，可用於凋整投影顯示系統（例如投影系統丨〇或投影系 )中的色彩成分之平衡情形。不過，吾人將會發現，孩等具有裱形色彩濾光器的非同質的孔洞止點2⑻、2们、 240及250僅係調整色彩成分平衡的其中一種方式。或者， -22- 1262727 ： —η

(18) 丨纖懸I 不必使用孔洞止點200、202、240及250的非同質色彩濾光器便可構成本發明之整形後的孔洞止點。此外，吾人將會發現，孔洞止點200、202、240及250的非同質色彩濾光器亦可能係不同的形狀，甚至外緣亦可能並非為圓形。圖12為一電子（LCD)投影器260結合本發明之色彩選擇、色彩平衡孔洞止點262之簡化示意圖。電子投影器260會透過色彩選擇、色彩平衡孔洞止點262來接收多色光264。圖 1 3則更詳細地顯示色彩選擇、色彩平衡孔洞止點262。電子投影器260包括一對色彩選擇面鏡266與268，用以將該多色光264分離成各色彩成分（例如紅光、綠光與藍光），將其經由個別的透射式LCD/偏光器堆疊270R、270G與270B 進行導向，該等個別的偏光器堆疊會提供影像顯示資訊給該光。慣用的X-立方塊272可將該等含有影像顯示資訊的色彩成分組合在一起，並且將組合後的光導入投影透鏡274 中0 LCD/偏光器堆疊270R、270G與270B包括個別的90度扭轉向列LCD 2 76R、276G與276B，其特徵為於不同的視角具有非對稱的對比能力。如本技術所熟知的，一般可於極性對比關係圖中表示此等非對稱的對比能力。在此實現方式中，藉由從該等個別的紅光、綠光與藍光色彩成分中阻隔有角度的成分278R、278G與278B，便可提高顯示器對比能力。吾人將會發現，該等有角度的成分278R、278G與278B遍及該等個別的色彩成分光束。阻隔有角度的成分278R、 -23- 1262727

278G與278B便可提高對比能力，這係因為對應的LCD於該角度空間中的效果比較差所致。假設所有的LCD 276R、 276G與2 76B都係由相同的液晶、定向角度等所構成的，那麼便可於各LCD的相同方向中進行阻隔。由於光學佈置的特性，27 8R與27 8G並不會來自相同的角落，因此必須使用獨特的色彩選擇孔洞技術來限制該些不同顏色的光束，以便能夠針對每個色彩通道依比例限制低對比能力的光。孔洞止點262會阻隔對應個別LCD 276R、276G與 276B上之有角度成分278R、278G與278B的區域。

色彩選擇、色彩平衡孔洞止點262於相鄰的角落處放置一青綠色選擇濾光器280C、一洋紅色選擇濾光器280M以及一黃色選擇濾光器280Y。開放孔洞區282可讓所有顏色的光通過。青綠色濾光器280C的功能係阻隔紅光；洋紅色濾光器 280M的功能係阻隔綠光；以及黃色濾光器280Y的功能係阻隔藍光。濾光器280C、280M與280Y所在的角落對應的係該等有角度成分278R、278G與278B(圖12)。色彩選擇、色彩平衡孔洞止點262係被調整成適應LCD 276R、276G與276B 的非對稱的極性對比，以提高電子投影器260的對比能力。於替代的實現方式中，可以採用以稜鏡結構替代線柵 PBS 4 8R、48G與4 8B的偏極光分光器來構成投影系統10。不過此等慣用的PBS特別容易受到「不交軸光線」的影響，其會因為極轴的幾何旋轉（也就是，去極化）而降低該系統中的對比能力。於此實現方式中，孔洞止點82藉由裁減正常圓形瞳孔的各角落以減少其中一軸或其中兩轴中的照明， -24- 1262727 Ιϊϋϋ (20) 便可減少此專不交轴光線。於另-實現方式中，利用光導管整合器22便可減少其中車由中的〜、明光’其中該光導管整合器22於該軸中呈現逐漸變細的形狀。舉例來說，於可提供16:9矩形長寬比影像之同旦貝TV(HDTV)實現方式中’單轴尖頭光導管整合器可能具有-方形的射入面，以便有利於從一橢圓反射器:收集該光,。為提供具有正_的16:9長寬比之射出自，該單轴大頭光導官整合器22的功能必須能夠將該光束「擠進」較小的角度中。舉例來說’如此便可達到f/2.5的垂直範圍以及F / 4 · 0的水平範圍。繁於可應用本發㈣理的各種可能的具體實施例，應該瞭解的係，该等詳細的具體實施例僅供解釋用途，而非限制本發明的㈣。確切地說，本發明主張所有此等且體實施例皆涵蓋於後面中請專利範圍及其等效範圍的範嘴與精神内。圖式簡單說明圖1為根據本發明之反射式投影顯示系統之具體實施例示意圖。圖2A-2F為根據本發明之各種整形後孔洞止點示意圖。圖3為一照明交錯式分色鏡實現方式之俯視圖。圖4為一成像交錯式分色鏡實現方式之俯視圖。圖5為-線柵偏極光分光器之作業情形的簡化示意圖。圖6為-對光線循跡系統示意圖’其闡述的係穿過本發明之投影器中中繼光學元件的光線。 -25- 1262727(21) 圖7為 »1 笔子（LCD)投影器結合本發明之色彩選擇非的孔洞止％夕气— 、 …、ΰ之間化不意圖。圖8為具有圓形内緣結構之非同質的孔洞止意圖點之正面示點之正圖9為具有圓十字形内緣結構之非同質的孔洞止面不意圖。洞圖10為可作為照明孔洞止點位置之堆疊式非同質的孔止點之正面示意圖。圖圖11為堆疊式非同質的孔洞止點之另一範例之正面示意圖12為一具有90度扭轉向列LCD之電子（1^〇)投影器結合本發明之色彩選擇非同質的孔洞止點之簡化示意圖。Ό 圖13為適應於多重扭轉向列LCD之非對稱對比之非同質的孔洞止點之正面示意圖。、圖式代表符號說明 10 12G 14 16 18 20 22 24 反射式投影顯示系統綠光光學路徑照明系統反射鏡光源照明光光導管整合器中繼光學元件照明交錯式分色鏡 -26- 26 1262727 (22)

38R 紅光摺鏡 38G 綠光摺鏡 38B 藍光摺鏡 40G 綠光中繼光學元件 42G?120A-120E? 孔洞止點 202,262 48R 紅光偏極光分光器 48G 綠光偏極光分光器 48B 藍光偏極光分光器 50G 反射式光閥 52G 線柵偏光器 54 成像交錯式分色鏡 56 投影透鏡配件 60 整合器射出視窗 62 孔洞位置 122A-122E?128? 非透明面

252 124A 124B 124C 124D 124E 126 橢圓形孔洞大型的截斷圓形孔洞小型的截斷圓形孔洞二十字形孔洞 — 小型的圓形孔洞慣用的孔洞止點圓形孔洞 -27- 130 1262727 (23)

132B

132C.132D

134B?134C?134D

136D 142,144，164，166 146,168 148

150R

150G

150B

170R

170G

170B 172

174R

174G

174B

176G 180,182 200,260 204,264 204?206?265268

208R，270R

208G5270G 大型反向圓形區段小型反向圓形區段直線截斷側橫向延伸線分色塗料棱鏡入射面紅光射出面綠光射出面藍光射出面紅光入射面綠光入射面藍光入射面投影器中線紅光射入面綠光射入面藍光射入面偏光器光線循跡系統電子投影器多色光色彩選擇面鏡紅光偏光器堆疊綠光偏光器堆疊

-28- 1262727 1_ (24、樣吸説;明無齋 \ΔΗ) 織修__1^撼辦， 208Β?270Β 藍光偏光器堆® 210,272 X-立方塊 212,274 投影透鏡 220,222 非同質的孔洞止點 224,234 外侧環形區 2265236 圓形内緣 228,238 色彩濾光器環形區 230 圓形光孔 239 圓十字形光孔 240,250 堆疊式非同質的孔洞點 242 紅色濾光器環形 244 洋紅色濾光器環形區 246 光孔 254 實質圓形的孔洞 256 環形的洋紅色濾光器 258 内側孔洞 276R 紅色90度扭轉向列LCD 276G 綠色90度扭轉向列LCD 276Β 藍色90度扭轉向列LCD 278R 有角度的紅光成分 278G 有角度的綠光成分 278Β 有角度的藍光成分 280C 青綠色選擇濾光器 280Μ 洋紅色選擇濾光器 -29- 1262727 (25) 280Y 黃色選擇濾光器 282 開放孔洞區 R 紅光 G 綠光 B 藍光

-30-

Claims

126¾¾⑻238 號專4 中文申請專利範it替換伞(9、年冰拾、申請專利範圍 1 . 一種電子投影系統，其包括一可產生多色光的照明系統；、厂分色系統’其係定位於可從該照明系統接收該多色先、並且可將該多色光分離成光的原色成分，各原色係沿著分離的原色成分光路徑前進；至少兩個固定的色彩變更孔洞止點，其沿著該等分離的原色成分光路徑之至少兩個光路徑放置，該等固定的色彩變更孔洞止點之至少—個與另一個彼此大小不同，用以將該等光的原色成分中至少其中一種原色成分相對於另一光的原色成分進行選擇性地阻隔，以便於該等光成分之間產生平衡；及至少-個電子光閥’用以提供影像資訊給該等光的原色成分之每一種原色成分。 2. 專利範圍第1項之系統，其中該等至少兩個的色彩 '更孔洞止點係沿著該等分離的原色成分光路徑之兩條 '上光路徑放置，至少其中-個色彩變更孔洞止點盘另一個彼此形狀並不相同。 /、 3. 如申請專利範圍第W之系統，進—步包括第一與第二电 :繼光學元件，其可用以於該系統中建立三個遠心區域。 • 種電子投影系統，其包含：可產生多色光的照明系統；收該多色光各原色係沿分色系統，其係定位於可從該照明系統接並且可將該多色光分離成光的原色成分， 1262727 ^ 4. 2Η

5· 6. 7. 8. 9. 10. 著分離的原色成分光路徑前進；至>、-個色彩變更孔洞止點，用以將該等光的原色成分中至少其中一種原色成分相對於另一光的原選擇性地阻隔，以便於該等光成分之、進么丁几风刀之間產生平衡，該至少-個孔洞止點包括一非同質的孔洞止點，其具有對應於至少其中-種光的原色成分的環形色彩濾光器；及至V㈤電子光閥’用以提供影像資訊給該等光的原色成分之每一種原色成分。如申請專利範圍第4項之系統，其中該非同質的孔洞止點包含一圓形的環狀色彩濾光器。如申請專利範圍第4項之系、統’其中該非同質的孔洞止點包括一十字形的環狀色彩濾光器。 :種具有能夠產生多種原色成分光之照明系統之電子投影系統’其提供的改良包括：利用-色彩變更孔洞止點將至少其中一種原色成分的強度相對於其他原色成分的強度進行降低，該色彩變更孔洞止點為一非同質的的孔洞止點並且包括一沿一個方向呈狹長狀的孔洞。如申請專利範圍第7項之系統，丨中該色彩變更孔洞止點包括一橢圓形的孔洞。申月專利範圍第7項之系統，其中該色彩變更孔洞止點包括一截斷圓形的孔洞。申月專利fe圍第7項之系統，其中該色彩變更孔洞止點包括一十字形的孔洞。 1262727 11 ·如申請專利範圍第包括一環开，、、序'統’其中该非同質的孔洞點、夕' 彩濾光器，其可優先地降低至少苴中m 原色成分的強度。牛低至/其中一種 12·如申請專利範圍第7項之系統包括一沿一個方h 9 。万向呈狹長狀的孔其中该非同質的孔洞止點洞 13·如申請專利範圍第7 ㊃Α 钱，其巾所有該等原色成分都係由忒非同質的的孔洞止點前進。 14’ ：：：專利耗圍弟7項之系、統，其中原色成分係沿著分離的光學路徑前進’而且該色彩變更孔洞止點包括一環形的色彩濾光器。改良包括一可產生多色光之照明系統之反射式矽上液晶投影系統的對比能力之方法，該方法包括：對該照明系绩私ψ &夕立、天出的夕色光進行色彩分離，將該多色光分離成光的焉多占八办，、色成刀’各原色係沿著分離的原色成分光路徑前進；以孔网將至少其中一種光的原色成分相對於另一種原色成为進仃止點處理，包括利用一共用的非同質孔洞止點’依不同的量對兩種或以上的光的色彩成分進行孔洞止點處理’以便平衡光的原色成分的相對強度；及將口亥等光的原色成分導向至少_個的光閥，用以提供影像資訊給每種光的原色成分。 16. —種反射式矽上液晶投影系統，其包括：一可產生多色光的照明系統；一分色系統，其係定位於可從該照明系統接收該多色 1262727

的原色成分，各原色係 '、可用以於該系統中建光，並且可將該多色光分離成光冶著分離的原色成分光路徑前進第一與第二組中繼光學元件，立三個遠心區域；沿著該等原色成分光路徑之至少 2S .. /、中一條光路徑放罟至乂 —個孔洞止點，用以平衡該強度；寸九的原色成分的相對對於該等原色成分光路徑極光分光器之一反射式石夕上提供影像資訊給該等光的原及之每條光路徑，配備有一偏液晶光閥被放置，用以分開色成分之每一種原色成分；曰W用所被提供的影像資訊來接4 及組合該等光的原色成分’以提供呈現出多色顯示景“ 的光。 17. 18. 19. 該分色系統與該顏〇該分色系統與該顏如申請專利範圍第1 6項之系統，其中色組合器各包括一交錯式分色鏡配置如申請專利範圍第1 7項之系統，其中色組合器的交錯式分色鏡配置完全相同。 ^申請專利範圍第16項之系統，進—步包括—光導管整 ^ 其於其中一軸中呈現逐漸變細的形狀，而且該光 ¥官整合器係、位於該照明系統與該分色I统之間。一種電子投影系統，其包含：一可產生多色光的照明系統；刀色系統，其係定位於可從該照明系統接收該多色 20. 光，並且可將該多色光分離成光的原色成分沿著分離的原色成分光路徑前進；、Μ 1皇一個邑衫變更、a T 的原色成分至^其中-種相對於另-光的原色成分進行選擇性地阻隔，以便於該等光的成分之間產生平衡，至少一個電子光間，用以提供影像資訊^等光的原色成分之每一種原色成分。個色彩變更之僅一個路 2 1 ·如申請專利範圍第2 〇項之系統，其中該僅一孔洞止點係沿著該等分離的原色成分光路經徑進行配置。 22.如申請專利範圍第2〇項之系統，其中該僅一個色彩變更孔洞止點包含沿一個方向呈狹長狀的孔洞。 23·如申請專利範圍第2〇項之系統，其中該僅_個色彩變更孔洞止點包含一橢圓形的孔洞。 24.如申請專利範圍第2〇項之系統，其中該僅一個色彩變更孔洞止點包含一截斷圓形的孔洞。 25·如申請專利範圍第2〇項之系統，其中該僅一個色彩變更孔洞止點包含一十字形的孔洞。 26. —種電子投影系統，其包含：一以複數個色彩組件產生多色光的照明系統；至少一個色彩變更孔洞止點，用以將該等光的原色成分中至少其中一種相對於另一光的原色成分進行選擇性地阻隔，以便於該等光的成分之間提供平衡，該至少一個孔洞止點包含具有一環狀色彩濾光器之一非同質孔洞

1262727 止點，成分；該環狀色彩Μϋ對應於該等至少—個光的原色二少個電子光閥’用以提供影像資訊給該等光的原色成分之每一種原色成分；及、第一及第二組中繼光學元件’其於該系統中建立三遠心區域。 27. 28· 29. 30. 31. 32. 如申請專利範圍第26項之系統，其中該非同質孔洞止點包含一圓形的環狀色彩濾光器。如申：專利範圍第26項之系統，其中該等非同質孔洞止t 點包含一十字形的環狀色彩濾光器。如申請專利範圍第26項之系統，其中該等至少一個電子光閥包含液晶顯示器。如申請專利範圍第26項之系統，其中該等至少一個電子光閥包含透射式液晶顯示器。如申請專利範圍第26項之系統，其中該等至少一個電子光閥為透射式。 -種電子投景》系統，其包含： · 以複數個原色組件產生多色光的照明系統；至少一個色彩變更孔洞止點，用以將該等光的原色成刀中至：>、其中一種相對於另一光的原色成分進行選擇性地阻隔’以便於該等光的成分之間提供平衡，該至少一個孔洞止點包含具有一環狀色彩濾光器之一非同質孔洞止點，該環狀色彩濾光器對應於該等至少一個光的原色成分；年 1262727 至少一個電子光閥，用以提供影像資訊給該等光的原色成分之每一種原色成分；及一分色系統，其係定位於可從該照明系統接收該多色光’並且可將該多色光分離成光的原色成分，各原色係沿者分離的原色成分光路徑前進，該至少—個色彩變更孔洞止點位於該照明系統與該分色系統之間。 33. 34. 35. 36. 37. 38. 如申請專利II圍第32項之系統，其中該非同質孔洞止點包含一圓形的環狀色彩濾、光器。如申請專利範圍第32項之系統，其中該等至少-個非同質孔洞止點包含一十字形的環狀色彩濾光器。如申請專利範圍第32項之系統，其中該等至少—個電子光閥包含液晶顯示器。其中該等至少一個電子如申請專利範圍第32項之系統光閥包含透射式液晶顯示器。其中該等至少一個電子如申請專利範圍第32項之系統光閥為透射式。 -種色彩變更孔洞止點’相對於光的一第二原色成分，其選擇性地阻播光的一第一原色成分，該孔洞止點包令一非圓形中央光學孔洞，其具有—狹長狀的外觀比例及光的該第一及第二原色成分之選擇性的透射性；及 - ％狀色彩濾光器，其係對應於光的該第一原色成分 ’以相對於光的該第二原色成分，選擇性地阻播光的該第一原色成分。

U62727 39· 士 °申請專利範圍第3 8項之孔洞止點，進一步包含束缚住讀環狀色彩濾光器之一不透光的外部孔洞止點。 4 ο I | 、° 1請專利範圍第39項之孔洞止點，其中該不透光的外部孔洞止點形成圍繞該環狀色彩濾光器之一圓形邊界。 41 ·如申請專利範圍第39項之孔洞止點，其中該環狀色彩濾光器形成一圓形的環狀物。 42·如申凊專利範圍第38項之孔洞止點，其中該環狀色彩濾光益形成一圓形的環狀物。 43·如申請專利範圍第38項之孔洞止點，其中該中央光學孔洞包含一基板。 44·如申凊專利範圍第38項之孔洞止點，其中該中央光學孔洞包含一實質孔洞。 1262727 第092100238號專利申請案中文圖式替換頁(95年1月）

圖 2B

圖 2E 2G

1262727 第092100238號專利申請案中文圖式替換頁(95年1月） /-204

圖 8 1262727 圖陸、（一）、本案指定代表圖為：第. 本代表圖之元件代表符號簡單說明 10 反射式投影顯示系統 12G 綠光光學路徑 14 照明系統 16 反射鏡 18 光源 20 照明光 22 光導管整合器 24 中繼光學元件 26 照明交錯式分色鏡 38G 綠光摺鏡 40G 綠光中繼光學元件 42G 孔洞止點 48G 綠光偏極光分光器 50G 反射式光閥 52G 線柵偏光器 54 成像交錯式分色鏡 56 投影透鏡配件 60 整合器射出視窗 62 孔洞位置 172 投影器中線柒、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：