专利名称：色彩分合的光学系统及其使用此光学系统的液晶投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学系统及其在液晶投影装置上的应用，特别是有关于利用其降低漏光的现象，提高液晶投影机投影画面对比的色彩分合的光学系统及其使用此光学系统的液晶投影装置。
图2显示另一种习知的色彩分合的光学系统。如图2所示，另一种习知的色彩分合的光学系统20包括一个绿/洋红色选择器1、一个红/蓝色选择器2、两个偏振光束分光器5、7、一个光路径长度补偿器13以及三个反射式液晶面板9、11、12。
然而，参考图1，于习知的光学系统10中，绿/洋红色选择器1无法将s偏振光束L0完全转换成p偏振的绿光g1以及s偏振的洋红光m1。也就是，绿/洋红色选择器大约产生1％的s偏振绿光。相同地，参考图1，红/蓝色选择器无法将s偏振洋红光m1完全转换成p偏振的红光r1以及s偏振的蓝光b1。也就是，红/蓝色选择器大约产生1％的s偏振红光。
相同地，参考图2，于习知的另一光学系统20中，绿/洋红色选择器1无法将s偏振光束L0完全转换成s偏振的绿光g1以及p偏振的洋红光m1。也就是，绿/洋红色选择器大约产生1％的s偏振洋红光。相同地，参考图2，红/蓝色选择器无法将p偏振洋红光m1完全转换成p偏振的红光r1以及s偏振的蓝光b1。也就是，红/蓝色选择器大约产生1％的p偏振蓝光。
未完全转换的颜色光将造成漏光现象；进一步，未完全转换的颜色光破坏显示画面的对比值。
本发明的一个目的是提供一种色彩分合的光学系统，其包括一第一色选择器(color selector)、一第一窄波段偏振器(narrow bandpolarizer)、一第一偏振光束分光器、一第二色选择器、一第二窄波段偏振器、一第二偏振光束分光器、三个反射式液晶面板(LCOS displaypanel)、一第三偏振光束分光器、一第三色选择器、一第四偏振光束分光器以及一第四色选择器。
本发明的另一目的是提供一种液晶投影系统，其包括一光源、一放大率变化光学转换系统(power variation optical relay system)、一偏振转换系统(polarization conversion system)、一色彩分合的光学系统以及一投射光学系统。
本发明的一特征在于，上述第一窄波段偏振器吸收未被第一色选择器转换成第一波长范围的p偏振光。也就是，在第一波长范围内，第一窄波段偏振器具有穿透率大体为零的s偏振光的穿透频谱。
本发明的另一特征在于，上述第二窄波段偏振器吸收未被第二色选择器转换成第二波长范围的p偏振光。也就是，于第二波长范围内，第二窄波段偏振器具有穿透率大体为零的s偏振光的穿透频谱。
本发明的再一特征在于，上述第二窄波段偏振器吸收未被第二色选择器转换成第二波长范围的s偏振光。也就是，在第二波长范围内，第二窄波段偏振器具有穿透率大体为零的p偏振光的穿透频谱。
本发明的目的是这样实现的一种色彩分合的光学系统，适用于将一s偏振光转换成一p偏振色彩影像，其包括一第一色选择器，将上述s偏振光转换成一p偏振第一频带光、一s偏振第二频带光与一s偏振第一频带光；一第一窄波段偏振器，用以将上述p偏振第一频带光与上述s偏振第二频带光通过该第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一频带光通过该第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一频带光借由该第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二频带光通过该第一偏振光束分光器；一第二色选择器，将上述s偏振第二频带光转换成一p偏振第三频带光、一s偏振第四频带光与一s偏振第三频带光；一第二窄波段偏振器，用以将上述p偏振第三频带光与上述s偏振第四频带光通过该第二窄波段偏振器，且防止上述s偏振第三频带光通过该第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三频带光借由该第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四频带光通过该第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述p偏振第一频带光借由该第三偏振光束分光器反射；一第一反射式液晶面板，将上述p偏振第一频带光反射成一s偏振第一频带影像，且上述s偏振第一频带影像通过上述第三偏振光束分光器；一第二反射式液晶面板，将上述p偏振第三频带光反射成一s偏振第三频带影像，且上述s偏振第三频带影像通过上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，将上述s偏振第四频带光反射成一p偏振第四频带影像，且上述p偏振第四频带影像借由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色选择器，将上述s偏振第三频带影像与上述p偏振第四频带影像结合成一p偏振第二频带影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二频带影像，且使上述s偏振第一频带影像通过；以及一第四色选择器，转换上述s偏振第一频带影像成一p偏振第一频带影像后，将上述p偏振第一频带影像与上述p偏振第二频带影像结合成上述p偏振色彩影像输出。
一种使用本发明的光学系统的液晶投影系统，其包括一发出s偏振光的光源系统；前述的色彩分合的光学系统，将上述s偏振光转换成一p偏振色彩影像；以及一投射光学系统，投射来自上述色彩分合的光学系统的上述p偏振色彩影。
本发明的一优点在于，利用上述窄波段偏振器，减少漏光。
本发明的另一优点在于，借由上述窄波段偏振器，降低液晶投影系统显示画面的暗态的亮度，增加对比值。
图1是一种习知的色彩分合的光学系统示意图；图2是另一种习知的色彩分合的光学系统示意图；图3是本发明第一实施例的色彩分合的光学系统；图4是本发明的第一实施例中，第一窄波段偏振器的一穿透频谱图；图5是本发明的第一实施例中，第二窄波段偏振器的一穿透频谱图；图6是本发明的第二实施例的色彩分合的光学系统；图7是本发明的第二实施例中，第一窄波段偏振器的一穿透频谱图；图8是本发明的第二实施例中，第二窄波段偏振器的一穿透频谱图；图9是使用上述光学系统的液晶投影系统。
符号说明1第一色选择器 2第二色选择器；3第三色选择器 4第四色选择器；5第一偏振光束分光器；6第二偏振光束分光器；7第三偏振光束分光器；8第四偏振光束分光器；9、11、12反射式液晶面板；10、20、30、40、80色彩分合的光学系统；31第一窄波段偏振器；32第二窄波段偏振器；41第一窄波段偏振器；42第二窄波段偏振器；50光源；
60放大率变化光学转换系统；70偏振转换系统；90投射光学系统；100 液晶投影系统；L0、L3、L6s偏振光；LI、L7p偏振色彩影像；M1s偏振洋红光； g1p偏振彩光；g1’ s偏振绿光； g2s偏振录影像；g3s偏振绿光；g4p偏振录影像；r1p偏振红光；r1’ s偏振红光；r2s偏振红影像； r3p偏振红光；r4s偏振红影像； b1s偏振蓝光b2p偏振蓝影像； b3s偏振蓝光；b3’ p偏振蓝光； b4p偏振蓝影像；m2p偏振叠加影像；m3p偏振洋红光；m3’ s偏振洋红光m4s偏振叠加影像。
在本发明的实施例中，上述第一色选择器1将一s偏振光L0转换成一s偏振的洋红光m1、一p偏振的绿光g1与少许的s偏振的绿光g1’。接着，s偏振的洋红光m1与p偏振的绿光g1通过上述第一窄波段偏振器31。
图4是显示本发明的实施例中第一窄波段偏振器的s偏振穿透频谱图。如图4所示，对于s偏振的可见光，波长范围约500nm至600nm的s偏振光的穿透率大体为零。因此，未完全借由第一色选择器转换成p偏振的绿光，也就是少许的s偏振的绿光g1’，将被此第一窄波段偏振器31吸收。
接着，s偏振的洋红光m1通过上述第一偏振光束分光器5，且入射上述第二色选择器2。上述第二色选择器2将s偏振的洋红光m1转换成一s偏振的蓝光b1、一p偏振的红光r1与少许的s偏振的红光r1’。接着，s偏振的蓝光b1与p偏振的红光r1通过上述第二窄波段偏振器32。
图5概要地显示本发明的实施例中，第二窄波段偏振器的一s偏振穿透频谱图。如图5所示，对于s偏振的可见光，波长范围约600nm至800nm的s偏振光的穿透率大体为零。因此，未完全借由第二色选择器转换成p偏振的红光，也就是少许的s偏振的红光r1’，将被此第二窄波段偏振器32吸收。
接着，参考图3，p偏振的彩光g1借由第一偏振光束分光器5反射后，p偏振的绿光g1入射上述第三偏振光束分光器7。接着，p偏振的绿光g1借由第三偏振光束分光器7反射后，p偏振的绿光g1入射一反射式液晶面板9。接着借由上述反射式液晶面板9将上述p偏振绿光g1调制产生一s偏振的绿色影像g2。接着，s偏振的绿色影像g2通过上述第三偏振光束分光器7，s偏振的绿色影像g2入射上述第四偏振光束分光器8。接着，s偏振的绿色影像g2通过上述第四偏振光束分光器8后，入射上述第四色选择器4。
接着，参考图3，s偏振的蓝光b1通过上述第二偏振光束分光器6后，s偏振的蓝光b1入射一反射式液晶面板12。接着，借由上述反射式液晶面板12将上述s偏振蓝光b1调制产生一p偏振的蓝色影像b2。接着，p偏振的蓝色影像b2借由上述第二偏振光束分光器6反射后，p偏振的蓝色影像b2入射上述第三色选择器3。
接着，参考图3，p偏振的红光r1借由上述第二偏振光束分光器5反射后，p偏振的红光r1入射一反射式液晶面板11。接着，借由上述反射式液晶面板11将上述p偏振红光r1调制产生一s偏振的红色影像r2。接着，s偏振的红色影像r2通过上述第二偏振光束分光器6后，s偏振的红色影像r2入射上述第三色选择器3。
接着，参考图3，上述第三色选择器3将上述p偏振蓝色影像b2与上述s偏振红色影像r2结合，形成一p偏振的叠加影像m2。接着，p偏振的叠加影像m2入射上述第四偏振光束分光器8。接着，p偏振的叠加影像m2借由上述第四偏振光束分光器8反射后，入射上述第四色选择器4。
接着，参考图3，上述第四色选择器4将上述p偏振叠加影像m2与上述s偏振绿色影像g2结合，形成一p偏振的色彩影像L1输出。
第二实施例图6为概要地显示本发明第二实施例的色彩分合的光学系统。如图6所示，此一色彩分合的光学系统包括一第一色选择器(colorselector)1、一第一窄波段偏振器(narrow band polarizer)41、一第一偏振光束分光器5、一第二色选择器2、一第二窄波段偏振器42、一第二偏振光束分光器6、三个反射式液晶面板(LCOS dispay panel)9、11、12、一第三偏振光束分光器7、一第三色选择器3、一第四偏振光束分光器8以及一第四色选择器4。
在本发明的实施例中，上述第一色选择器1将一s偏振光L0转换成一s偏振的绿光g3、一p偏振的洋红光m3与少许的s偏振的洋红光m3’。接着，s偏振的绿光g3与p偏振的洋红光m3通过上述第一窄波段偏振器41。
图7为概要显示本发明的实施例中，第一窄波段偏振器的s偏振穿透频谱图。如图7所示，对于s偏振的可见光，波长范围约400nm-500nm以及600nm-800nm的s偏振光的穿透率大体为零。因此，未完全借由第一色选择器转换成p偏振的洋红光，也就是少许的s偏振的洋红光m3’，将被此第一窄波段偏振器41吸收。
接着，p偏振的洋红光m3借由上述第一偏振光束分光器5反射后，入射上述第二色选择器2。上述第二色选择器2将p偏振的洋红光m3转换成一s偏振的蓝光b3、一p偏振的红光r3与少许的p偏振的蓝光b3’。接着，s偏振的蓝光b3与p偏振的红光r3通过上述第二窄波段偏振器42。
图8为概要地显示本发明的实施例中，第二窄波段偏振器的一p偏振穿透频谱图。如图8所示，对于p偏振的可见光，波长范围约400nm至500nm的p偏振光的穿透率大体为零。因此，未完全借由第二色选择器转换成s偏振的蓝光，也就是少许的p偏振的蓝光b3’，将被此第一窄波段偏振器42吸收。
接着，参考图6，s偏振的绿光g3通过第一偏振光束分光器5后，s偏振的绿光g3入射一第三偏振光束分光器7。接着，s偏振的绿光g3通过上述第三偏振光束分光器7后，s偏振的绿光g3入射一反射式液晶面板9。接着，借由此反射式液晶面板9将上述s偏振绿光g3调制产生一p偏振的绿色影像g4。接着，p偏振的绿色影像g4借由上述第三偏振光束分光器7反射后，p偏振的绿色影像g4入射上述第四偏振光束分光器8。接着，p偏振的绿色影像g4借由上述第四偏振光束分光器8反射后，入射上述第四色选择器4。
接着，参考图6，s偏振的蓝光b3通过上述第二偏振光束分光器6后，s偏振的蓝光b3入射一反射式液晶面板12。接着，借由上述反射式液晶面板12将上述s偏振蓝光b3调制产生一p偏振的蓝色影像b4。接着，p偏振的蓝色影像b4借由上述第二偏振光束分光器6反射后，p偏振的蓝色影像b4入射上述第三色选择器3。
接着，参考图6，p偏振的红光r3借由上述第二偏振光束分光器6反射后，p偏振的红光r3入射一反射式液晶面板11。接着，借由上述反射式液晶面板11将上述p偏振红光r3调制产生一s偏振的红色影像r4。接着，s偏振的红色影像r4通过上述第二偏振光束分光器6后，s偏振的红色影像r4入射上述第三色选择器3。
接着，参考图6，上述第三色选择器3将上述p偏振蓝色影像b4与上述s偏振红色影像r4结合，形成一s偏振的叠加影像m4。接着，s偏振的叠加影像m4入射上述第四偏振光束分光器8。接着，s偏振的叠加影像m4通过上述第四偏振光束分光器8后，入射上述第四色选择器4。
接着，参考图6，上述第四色选择器4将上述s偏振叠加影像m4与上述p偏振绿色影像g4结合，形成一p偏振的色彩影像LI输出。
图9为概要地显示使用上述光学系统的液晶投影系统。如图9所示，此液晶投影系统100包括一光源50一放大率变化光学转换系统(powervariation optical replay system)60、一偏振转换系统(polarizationconversion system)70、一色彩分合的光学系统80以及一投射光学系统90。
参考图9，一光源50发射一未偏振光L5后，一放大率变化光学转换系统60改变借由上述光源发射的未偏振光L5的大小。接着，借由上述偏振转换系统70转换上述未偏振光L5成为s偏振光束L6。接着，上述s偏振光束入射上述色彩分合的光学系统80后，产生一p偏振的色彩影像L7。接着，p偏振的彩色影像L7入射上述投射光学系统90后，上述投射光学系统90投射发射自上述色彩分合的光学系统90的p偏振色彩影像L7。
借由本发明的色彩分合的光学系统，减少不必要的颜色光出现于色彩影像中。投射光学系统投射一色彩影像后，进一步可降低液晶投影系统显示画面的暗态的亮度增加对比值。
以上所述实施例仅系为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种色彩分合的光学系统，适用于将一s偏振光转换成一p偏振色彩影像，其特征是其包括一第一色选择器，将上述s偏振光转换成一p偏振第一频带光、一s偏振第二频带光与一s偏振第一频带光；一第一窄波段偏振器，用以将上述p偏振第一频带光与上述s偏振第二频带光通过该第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一频带光通过该第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一频带光借由该第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二频带光通过该第一偏振光束分光器；一第二色选择器，将上述s偏振第二频带光转换成一p偏振第三频带光、一s偏振第四频带光与一s偏振第三频带光；一第二窄波段偏振器，用以将上述p偏振第三频带光与上述s偏振第四频带光通过该第二窄波段偏振器，且防止上述s偏振第三频带光通过该第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三频带光借由该第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四频带光通过该第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述p偏振第一频带光借由该第三偏振光束分光器反射；一第一反射式液晶面板，将上述p偏振第一频带光反射成一s偏振第一频带影像，且上述s偏振第一频带影像通过上述第三偏振光束分光器；一第二反射式液晶面板，将上述p偏振第三频带光反射成一s偏振第三频带影像，且上述s偏振第三频带影像通过上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，将上述s偏振第四频带光反射成一p偏振第四频带影像，且上述p偏振第四频带影像借由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色选择器，将上述s偏振第三频带影像与上述p偏振第四频带影像结合成一p偏振第二频带影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二频带影像，且使上述s偏振第一频带影像通过；以及一第四色选择器，转换上述s偏振第一频带影像成一p偏振第一频带影像后，将上述p偏振第一频带影像与上述p偏振第二频带影像结合成上述p偏振色彩影像输出。
2.根据权利要求1所述的色彩分合的光学系统，其特征是所述第一窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光谱，所述s偏振的穿透光谱具有穿透率大体为零的s偏振第一频带。
3.根据权利要求1所述的色彩分合的光学系统，其特征是所述第二窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光谱，其中上述s偏振的穿透光谱具有穿透率大体为零的s偏振的第三频带。
4.一种色彩分合的光学系统，适用于将一s偏振光转换成一p偏振色彩影像，其包括一第一色选择器，将上述s偏振光转换成一p偏振第一频带光、一s偏振第二频带光与一s偏振第一频带光；一第一窄波段偏振器，用以将上述p偏振第一频带光与上述s偏振第二频带光通过该第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一频带光通过该第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一频带光借由该第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二频带光通过该第一偏振光束分光器；一第二色选择器，将上述p偏振第一频带光转换成一p偏振第三频带光、一s偏振第四频带光与一p偏振第四频带光；一第二窄波段偏振器，用以将上述p偏振第三频带光与上述s偏振第四频带光通过该第二窄波段偏振器，且防止上述p偏振第四频带光通过该第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三频带光借由该第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四频带光通过该第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述s偏振第二频带光通过该第三偏振光束分光器；一第一反射式液晶面板，将上述s偏振第二频带光反射成一p偏振第二频带影像，且上述p偏振第二频带影像借由上述第三偏振光束分光器反射；一第二反射式液晶面板，将上述p偏振第三频带光反射成一s偏振第三频带影像，且上述s偏振第三频带影像通过上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，将上述s偏振第四频带光反射成一p偏振第四频带影像，且上述p偏振第四频带影像借由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色选择器，将上述s偏振第三频带影像与上述p偏振第四频带影像结合成一s偏振第一频带影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二频带影像，且使上述s偏振第一频带影像通过；以及一第四色选择器，转换上述s偏振第一频带影像成一p偏振第一频带影像后，将上述p偏振第一频带影像与上述p偏振第二频带影像结合成上述p偏振色彩影像输出。
5.根据权利要求4所述的色彩分合的光学系统，其特征是所述第一窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光谱，所述s偏振的穿透光谱具有穿透率大体为零的s偏振第一频带。
6.根据权利要求4所述的色彩分合的光学系统，其特征是所述第二窄波段偏振器具有一p偏振的穿透光谱，所述p偏振的穿透光谱具有穿透率大体为零的p偏振的第四频带。
7.一种液晶投影系统，其特征是其包括一发出s偏振光的光源系统；根据权利要求1所述的、将上述s偏振光转换成一p偏振色彩影像的色彩分合的光学系统；以及一投射光学系统，投射来自上述色彩分合的光学系统的上述p偏振色彩影。
8.根据权利要求7所述的液晶投影系统，其特征是所述光源系统还包括一发射一未偏振光的光源；改变借由上述光源发射的未偏振光的大小的一放大率变化光学转换系统；以及转换上述未偏振光成为s偏振光的一偏振转换系统。
9.一种液晶投影系统，其特征是其包括一光源系统，发出s偏振光；一根据权利要求4所述的、将上述s偏振光转换成一p偏振色彩影像的色彩分合的光学系统，；以及一投射光学系统，投射来自上述色彩分合的光学系统的上述p偏振色彩影。
10.如权利要求9所述的液晶投影系统，其特征是上述光源系统还包括一发射一未偏振光的光源；一改变借由上述光源发射的未偏振光大小的放大率变化光学转换系统；以及转换上述未偏振光成为s偏振光的一偏振转换系统，
全文摘要
本发明公开了一种色彩分合的光学系统及其使用此光学系统的液晶投影装置，该光学系统包括一第一色选择器、一第一窄波段偏振器、一第一偏振光束分光器、一第二色选择器、一第二窄波段偏振器、一第二偏振光束分光器、三个反射式液晶面板、一第三偏振光束分光器、一第三色选择器、一第四偏振光束分光器以及一第四色选择器；借由利用上述窄波段偏振器，减少漏光；进一步，使用此光学系统的液晶投影系统可降低液晶投影系统显示画面的暗态的亮度，增加对比值。
文档编号G02B27/18GK1402042SQ0112426
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月21日 优先权日2001年8月21日
发明者林琦雄 申请人:台达电子工业股份有限公司