TWI301558B - Optical prism assembly - Google Patents

Description

1301558 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光學稜鏡組，尤有關一種用於數位光 處理(digital light processing ; DLP)投影系統之光學稜鏡組。 【先前技術】 請參照第1圖，顯示美國專利US 5,826,959號所揭露具 有將入射紅、藍及綠二原色之色光合成射出之X棱鏡組(cross dichroicprism)的數位光處理投影系統。如第1圖所示，習知數 位光處理投影系統包含一 X稜鏡組(cross dichroic prism)100， 二偏振分光稜鏡102、104、106，以及三空間光調變器(Spatiai light modulator ; SLM)108、110、112。藉由 X 棱鏡組 10〇 與 空間光調變器108、110、112搭配產生影像的過程，每一個空 間光调變裔會操作紅(R)、綠(G)、藍(B)其中一種色光。空間光 調變器108、110、112係分別為三個液晶光閥1〇8、11〇、112， 偏振分光稜鏡102、104、106則分別介設於液晶光閥丨〇8、丨j 〇、 112與X稜鏡組1〇〇之間，且χ稜鏡組内交叉設置的雙色濾 光鏡120及122可分別僅反射藍光與紅光，並令其他色光通 過。因此，當紅光、綠光及藍光分別經由偏振分光稜鏡、 104、106 ’與液晶光閥108、11〇、112反射後，χ稜鏡組1〇〇 可將紅光、綠光及藍光組合並導向同一方向垂直出射。 然而，習知技術的設計具有明顯缺點，即各個色光係以 二極大的人射肖(45度)斜向人射至雙色濾光鏡12〇及 122 上。 ϋί光鏡的人射角過大時，通過雙色濾光鏡之偏振 降低色光的利用效率，使合光⑽ 【發明内容】 因此’本發明之目的在提供—種光學稜鏡組，其能避免 1301558 習知稜鏡組設計所導致的問題。 依本發明設計，-種光學稜鏡組包 數稜鏡區塊。該_三_具有料3 ^腰二=柱及複 度之乾圍内。m數稜鏡區塊包含 又 第-邊界面鄰接等腰三稜柱之第 - 面’且-_界面形成為色光 ，塊’其—第—邊界面鄰接等腰 界ϋ 面=第三棱鏡區塊，其面ί ϋί -—ϋϋΓ紅邊界面形成為财光垂直入射之 以棱第:邊界面間，及第 开雙色遽光賴 面pm 透界面與弟―稜鏡區塊之第一邊界 界i間。 塊之第二邊界面與第三稜鏡區塊之第一邊 兩交ίίί Γίίΐ^ϋ—等腰三稜柱為基礎延伸設計 方面二ί if 1 再與相應之稜鏡區塊組合，如此- 確保各個色光於光 之目的。 各個色先可垂直人射及出射稜鏡組 雙色、制麵三稜歡⑽大小即可調整兩 將等腰三棱柱之底角β限制在大於3〇度並 於45度之關内，柯縮小㈣色縣鏡平面所夹之銳 1301558 角’使斜向入射至雙色濾光鏡之色光以較小的角度入射至雙 濾光鏡上，而可避免雙色濾光鏡之偏振光譜漂移，大幅提g 線利用效率，使合光後之影像其色彩純度及亮度大為提高 1 【實施方式】 一第2圖係本發明一實施例，顯示一光學稜鏡組1〇的平面 不意圖。如第2圖所示，光學棱鏡組1〇係用於一數位光處理 (digital light processing ; DLP)投影系統，經與三個數位光^理 面板(DLPpanel)34、36及38搭配後會產生影像，數位光^理 面板34、36及38上形成有大量微反射鏡，藉由控制鏡面傾斜 角度產生使光線穿透投影系統(亮態)或不穿透投影系統(暗態 兩種變化，三個數位光處理面板34、36及38分別操作紅 綠(G)、藍(B)三種色光的其中一種。 ” 光學稜鏡組10與各個數位光處理面板34、36及38間均設置 有二個卞内反射稜鏡12、η及16,以將來自不同方向之紅光、 ，予及藍光導向對應之數位光處理面板34、36及38以反射至 光學稜鏡組10。最後，光學稜鏡組1〇會將經數位光處理面板 34、36及38處理後之各道色光組合後送人—投影透鏡18而 產生影像。 一如下參知弟3圖說明光學稜鏡組10之設計。如第3圖所 示，本發明之光學稜鏡組10係由一等腰三稜柱(is〇sceles triangular pnsm)26 及稜鏡區塊(prism bl〇ck)28、30 及 32 所構 ，。稜鏡區塊28及3G可由四稜柱(quadrangularprism)所構成， ^鏡區塊32可由一五稜柱⑦邮卿⑽^丨咖)構成。 第4圖為顯示上述等腰三稜柱(a)、四稜柱(的之構件立體圖， =兒明本發明採用之稜鏡構件其立體型態。如第4圖所示，本 ϋ之專腰一稜柱」係定義為具有一對平行且由等腰三角形 立辦=平r，及與該水平面垂直之三伽直侧面界定而成之 -生悲，故具有兩個等長L之鉛直側面及相同之底角β。同 1301558 =各稜柱之錯直側面進出，且為配合圖：采：= 4再參照第3圖，本發明首先設計將等 ίί?；!®26a"26b 26c 二圍’例如可採4G度。稜鏡區塊28之一邊 之一邊26a ’且與邊界面28a相鄰 =^界面28b與等腰三稜柱之邊界面施設於同 /

I ㈣ff Γί鏡組合架構下’於邊界面26a與2如間、及邊界 =2與，，介設—連續平面·以形成·4ίί it-, ^ ^ 3〇a ^ 32a

Sii 22 之鑛層以形成另—雙色濾光鏡&雙色 ί 上可遽出特定色彩頻帶之干涉薄膜產 干涉薄膜後，再將各== 鏡連續平面。 構結合’即可形成兩個交又之雙色濾光 因等腰三稜柱26兩個等長之邊界面加及26b與底面26c 1301558 ^炎角為β，故雙色滤光鏡22與雙⑽光鏡24兩連續平面所 夾銳，為2β ’且該銳角之角度範圍為大於6〇度並小於9〇度。 如下5月再參照第2圖及第3圖說明本發明光學稜鏡組1〇之角 度配置實例。因本發明之棱舰塊須配置使數位光處理面板 3=、36及38反射後之光線，均如第2圖所示沿垂直方向進入 牙文鏡組10之邊界面，且須配置使稜鏡組1〇合光後，组合後之 光線W严由等腰三稜柱26底g 26e *直出射。故如第3圖所 等腰二稜柱26之底角ΖΑΒΟ =β時，雙色濾、光鏡22與 雙色濾光鏡24之兩連續平面所夾銳角ZB〇D = 2β，且當 ZBCD取為較佳之π/2以利邊界面與數位光處理面板平面保 持平f 時，則ζΧΒΟ=(π_3β)&ζαΧ)=(π+ρ/2)。 ，5圖顯示本發明光學稜鏡組1〇之合光過程。如第5圖 所例示，經二個數位光處理面板處理並反射之紅光(R)、藍光 (Β)及綠光(G)分別由光學稜鏡組1〇之左側、右側及下側垂直 入射至稜舰塊28、3〇及32輯人絲稜鏡組1G内。依本 實施例，目雙色濾光鏡22係設計為可濾丨狀雜光並透射 紅光及綠光’雙色濾、光鏡24可濾出並反射紅光並透射綠光及 藍光，故紅光(R)經由稜鏡區塊28—邊界面垂直入射後，可穿 透雙色濾、光鏡22並於雙色濾、光鏡24上反射再㈣腰三稜柱 26之底面26c垂直出射；藍光(β)經由稜鏡區塊3〇 一邊界面垂 直^射彳f ’可穿透雙色濾光鏡24並於雙色濾光鏡22上反射再 由等腰三稜柱26之底面26c垂直出射；綠光(G)經由稜鏡區 ，32 —邊界，垂直入射後，同時穿透雙色濾光鏡24及雙色濾 光鏡22再由等腰三稜柱26之底面26c垂直出射。如此光學稜 鏡組10即完成組合紅光(R)、藍光(B)及綠光(G)之過程。 >依本發明之設計，其運用一等腰三稜柱為基礎延伸設計 兩交叉之雙色濾光鏡平面，再與相應之稜鏡區塊組合，如此一 方面可達到運賴叙稜鏡組合方式即可確保各個色光於光 學稜鏡組10内光程-致、且各個色光可以垂直入射及出射稜 1301558 鏡組ίο之目的。 螫辛猎f控辦腰三稜柱之底角ΑΛί、即可調整兩 ϊϋ鏡千面之夾角’進而調整色光於雙色濾光鏡上之入射 發明將等腰三齡之鋪Ρ限制在大於3〇度並 in度之範圍内，而可縮小兩雙色遽光鏡平面所夾之銳 ，，使斜向入射至雙色滤光鏡之色光以較小的角度入射至雙色 遽光鏡上，而可避免雙㈣光鏡之偏振光 線利用效率，衫級之·其色雜纽統4^高二先 ，6圖以紅光為例’顯示經由雙色濾光鏡 偏振光顧，俾·人射狀顿偏振光制影響。| 6圖^ i【顯；計ΐΐ以45度角入射至雙色濾光鏡之偏振光 »曰^下方則為猎由本發明設計，將紅光入射角縮小至例如 40度之偏振光譜圖。比較兩者可知，#人射角由下圖之4〇产 =化為上圖之45度時，Ρ偏振光之光譜位置顯著地向右^ 移’且反射率大幅降低’如此因Ρ偏振光之糊效率大幅下降 2紅光之色纽亮度大域低，辟合光後色彩之對比及飽 再者’如第5騎示’於光學稜鏡組1()邊界面上各個 光未透射之區域’可塗佈練收㈣42 10内之雜散光(stray light)。 兀予私規、、且 以上所述縣例示性，而非驗雛者。任何未脫 發明之精神與範4，而對其進行之等效修改或 於後附之申請專職圍巾。 ^ 【圖式簡單說明】 =，為-示意圖，顯示包含X稜鏡組之習知數位光處理投 影糸統。 第2圖為依本發明-實施例，顯示_鱗稜鏡組之平面示竟 圖。 … 1301558 以說明本發明光學稜鏡組其棱鏡構件之連 第4圖為顯示本發明稜鏡構件立體鄉之立 第5 ffl顯示本發明光學稜鏡組合光過程之示意圖。 第6圖為對應不同人射角之紅光偏振光譜圖。 【主要元件符號說明】 10 棱鏡組 12、14、16 全内反射稜鏡 18 投影透鏡 22、24、120、122 雙色濾光鏡 26 等腰三稜柱 28、30、32 棱鏡區塊 26c 底面 34、36、38 數位光處理面板 42 光吸收材料 108、110、112 液晶光閥 100 X稜鏡組 102、104、106 偏振分光稜鏡 108、110、112 26a、26b、28a、28b、28c 30a、30b、30c、32a、32b、32c 液晶光閥 邊界面 邊界面

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Claims (1)

1301558 十、申請專利範圍 修· ί£| ，硬 第093120591號專利申請案 申請專利範固修正本(無劃線)97年2月 1· 一種光學棱鏡組，用以組合經數位光處理(digital light processing ; DLP)之複數道色光以形成一出射光，該光學稜鏡組包 含： 一等腰三稜柱(isosceles triangular prism)，具有等長之一第一 及一第二邊界面(bounding surface)，且該等腰三稜柱之底角係小於 42度； 一第一稜鏡區塊，鄰接該第一邊界面； 一第二稜鏡區塊，鄰接該第二邊界面； 一第二稜鏡區塊，鄰接於該第一及該第二稜鏡區塊間，該第 三稜鏡區塊與該第一棱鏡區塊之鄰接面平行該第二邊界面，且該 第三棱鏡區塊與該第二稜鏡區塊之鄰接面平行該第一邊界面； 厂第一濾光鏡，介設於該第一邊界面與該第一稜鏡區塊間、 及該第二稜鏡區塊與該第三稜鏡區塊間；及 厂第二濾光鏡，介設於該第二邊界面與該第二稜鏡區塊間、 及該第一棱鏡區塊與該第三棱鏡區塊間。 2·如申請專利範圍第1項之光學棱鏡組，其中該等腰三稜柱之 底角係大於30度。 3·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該第一及該第二 遽光鏡係分別為一雙色濾光鏡。 4·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該第三稜鏡區塊 及該第一稜鏡區塊之鄰接面與該第二邊界面構成一連續平面。 H中，利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該第三稜鏡區塊 及该第一稜鏡區塊之鄰接面與該第一邊界面構成一連續平面。 利範圍第1狀光學棱鏡組，射該第二遽光鏡與 该第一濾光鏡構成交叉之兩平面。 二如利範圍第6項之光學稜鏡組，其中該第—滤光鏡與 威弟一灑光鏡兩平面相交之銳角大於60度。 12 1301558 8·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，另包含有一第一數位 光處理面板(DLPpanel)平行配置並面向該第一稜鏡區塊。 9·，申凊專利範圍第8項之光學稜鏡組，其中當該等腰三棱挺 ^底角定義為々該第-稜鏡區塊其鄰接該等腰三稜柱及該第 ^區^之兩邊界面所夾内角為，且該第_稜鏡區塊其鄰接該等 夂柱及面向該第-數絲處理面板之兩邊界面所夾内角為 10，如申凊專利範圍第8項之光學稜鏡組，另包含有一第二數 光處理面板平行配置並面向該第二稜鏡區塊。 11·如申睛專利範圍帛1〇項之光學稜鏡組，其中當該等腰 定義ί 0，該第二稜鏡區塊其鄰接該等腰三稜柱及該第三稜 =|_=稜舰塊其鄰接該等 ^ 第—數位光處理面板之兩邊界面所央内角為 =·如申請專利範圍帛10項之光學棱鏡組，另包含有一第三 光處理面板平行配置並面向該第三稜鏡區塊。 =如申請專利範圍第u項之光學稜鏡組 :該第，光細第二滤光鏡卿成之夫角的乂以 Ιί稜1#專職_1奴光學魏組，其愧帛二稜鏡區塊 L7.士如申請專利範圍帛16項之光學稜鏡組，其中該第-卿「 r度:該第一滤光鏡及該第二滤光鏡所形成之夹心 队如申請專利範圍第！項之光學稜餘，其中該第三棱鏡區塊 13 1301558 係為五稜柱(pentagonal prism)。 |9·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該等腰三稜枉、 第一、第二及第三棱鏡區塊皆具有該色光垂直穿透之一邊界面。 20·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該複數道色光包 含一第一、第二及第三色光，該第一濾光鏡係反射該第_色光並 透射其他色光，該第二濾光鏡係反射該第二色光並透射其他色光。 21·如申請專利範圍第1項之光學稜鏡組，其中該光學稜鏡組更 包含一光吸收材料，且該光吸收材料分佈於該光學稜鏡組邊界面 上該色光未透射之區域或於該等腰三稜柱之該底面上之該出射光 範圍之外處。 22· —種光學稜鏡組，用以組合經數位光處理(出运访丨丨每扮 processing ; DLP)之複數道色光以形成一出射光，該光學稜鏡組包 含： 一等腰二稜柱，具有等長之一第一及一第二邊界面以及一底 面； 一第一稜鏡區塊，鄰接該第一邊界面； 一第二稜鏡區塊，鄰接該第二邊界面；及 一第二稜鏡區塊，鄰接於該第一及第二稜鏡區塊間； 圍之ίί做材料’位於料腰三餘之該底面上之該出射光範 、其中该專腰二稜柱及各該稜鏡區塊之兩相鄰邊界面皆分別形 ΐ二遽光鏡，使該等腰三稜柱及^該稜鏡區塊結合 ΐ第22項之綱紙組，其中該第―濾、光鏡及 f弟一/慮先鏡兩平面相交之銳角係大於60度。 士申口月專利$色圍第22項之光學棱鏡組，其中該算豚_娃 底角係大於3G度。 * ^料腰二稜柱之 %如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該色光入射至該 1301558 等濾光鏡之角度係大於30度且小於42产。 ί丄^申請專利範圍第22項之光學稜《组，其中該第-及㈣ 濾光鏡係分別為一雙色濾光鏡。 及μ第— ^ 利麵第22項之光學稜餘，另包含有—第-數位 先處理面板平行配置並面向該第-稜鏡區塊。 數位 28.，申請專利範圍第27項之光學 二第夾 =稜柱及面向該第一數位光處理面板之兩夂以 > 29,，請專利範圍第27項之光學棱鏡組，另 先處理面板平行配置並面向該第二稜鏡區塊。’弟—數仇 广專利範圍第29項之光學稜鏡組，其中當該等腰三稜杜 氐角疋義為沒，該第二稜鏡區塊其鄰接該等腰三稜柱及該 兩邊界面所夾内角為2/? ’且該第二稜鏡區塊其:接;| 腰二錄及面向該第二數位光處理面板之兩邊界面所失内角^ 31 ·如申請專利範圍第22項之分色棱鏡組，另包含有一第三 光處理面板平行配置並面向該第三稜鏡區塊。 — 32. 如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該 稜鏡 與該第二稜鏡區塊之形狀及大小相同。 ％齡塊 33. 如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該第一稜鏡區 係為四棱柱。 A 34. 如申請專利範圍第33項之光學稜鏡組，其中該第—稜鏡區 該第一濾光鏡及該第二濾光鏡所形成之夾角的一對角係i 3/5.如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該第二稜鏡區 係為四棱柱。 尾 36.如申請專利範圍第35項之光學稜鏡組，其中該第二稜鏡區 15 1301558 塊中，該第一濾光鏡及該第二濾光鏡所形成之夾角的一對角係為 90度。 37·如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該第三稜鏡區塊 係為五棱柱。 38·如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該光學稜鏡組更 包含另一光吸收材料，且該光吸收材料分佈於該光學稜鏡組邊界 面上色光未透射之區域。 39·如申請專利範圍第22項之光學稜鏡組，其中該複數道色光包 含一第一、第二及第三色光，該第一濾光鏡係反射該第一色光並 透射其他色光’該第二濾、光鏡係反射該第二色光並透射其他色光。 4〇· —種光學稜鏡組，用以組合經數位光處理之複數道色光以形 成一出射光，該光學稜鏡組包含： 一專腰二稜柱，具有等長之一第一及一第二邊界面，且該等 腰二稜柱之底角係小於42度； 一第一稜鏡區塊，鄰接該第一邊界面； 一第二稜鏡區塊，鄰接該第二邊界面； 夫一第二稜鏡區塊，鄰接於該第一及該第二稜鏡區塊間且為一 =稜柱，該第三稜鏡區塊與該第一棱鏡區塊之鄰接面平行該第二 邊f面，且該第三棱鏡區塊與該第二稜鏡區塊之鄰接面平行該第 一邊界面； 一濾光鏡，介設於該第一邊界面與該第一稜鏡區塊間、 及该第二稜鏡區塊與該第三稜鏡區塊間；及 乃兮Γ第二遽光鏡’介設於該第二邊界面與該第二稜鏡區塊間、 “第一稜鏡區塊與該第三稜鏡區塊間； ，中該第一稜鏡區塊中，該第一濾光鏡及該第二濾光鏡所形 ，角的一對角係為90度，以及 夾条iff二稜鏡區塊中，該第一濾光鏡及該第二濾光鏡所形成之 用的一對角係為90度。