专利名称：液晶投影机彩色分光系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种关于液晶投影机分光系统，特别是指一种具有特定滤光设计以减少杂色光的分光系统。
液晶投影机是一已广为风行的产品，其主要的光学机构包含了所谓光学分光系统。对反射式液晶投影机而言，其分光系统一般是以所谓偏极分光镜[PBS(Polarization Beam Splitter)]与反射式液晶[LCOS(Liquid Crystal On Silicon)]面板等光学元件所组成，再配合以离轴(off-axis)或同轴(on-axis)的光路设计，采用同轴的光路设计虽较有利于设计与制造，但其缺点则在于较不易达成高度对比的效果。
图1是用以说明现有的分光系统光路原理的横剖面图，该光路系统是以4组偏极偏光镜与红、蓝、绿三原色的反射式向列液晶面板所组成，并采用同轴的光路设计。由
图1可知，该分光系统10包含4组偏极分光镜11、12、13、与14、4组偏极滤光器(polarizerfilter)15、16、17、与18、一绿色反射式液晶面板20、一蓝色反射式液晶面板21、一红色反射式液晶面板22、以及一偏极器19。其中，每一偏极分光镜皆分别包含二分色棱镜，亦即，偏极分光镜11包含分色棱镜111与112、偏极分光镜12包含分色棱镜121与122、偏极分光镜13包含分色棱镜131与132、以及偏极分光镜14则包含分色棱镜141与142。
分光系统10的光源1可产生一处于S偏极态的偏极光束2，偏极光束2在分光系统10中受到三色的液晶面板20、21、与22的反射，此三液晶面板则接受待投射影像的信号，所以，离开分光系统的光束即依此而投射出待投射影像。
偏极滤光器15、16、17、与18可过滤特定色彩的偏极光束，其中，偏极滤光器15与18可使通过其间的红色与蓝色光束偏极状态不变，并使通过其间的绿色光束偏极状态从S态转换成P态，而偏极滤光器16与17则可使通过其间的蓝色光束偏极状态不变，并使通过其间的红色光束偏极状态从S态转换成P态。
如
图1所示，当偏极光束2抵达分色棱镜111与112的介面时，处于S态的红蓝光分量2a会被反射而朝偏极滤光器16行进，而处于P态的绿光分量2b则透射分色棱镜112而进入偏极分光镜12。
绿光分量2b通过分色棱镜121与122的介面，接著并受到绿色液晶面板20的反射而由P态转换成S态的绿光束3b，绿光束3b继续进入偏极分光镜14，并受到分色棱镜141与142的介面的反射而继续通过偏极滤光器18，故通过其间的绿光束3b可由S态转换成P态，最后并通过P态的偏极器19，因而形成投射影像的绿光分量4b。
同理，偏极滤光器16可使通过其间的红蓝光分量2a会被分成维持S偏极态的蓝光束21a、与从S态转换成P态的红光束21b。其中，红光束21b穿过分色棱镜131与132的介面，并受到红色液晶面板22的反射而转为S态的红光束22b，并接著通过偏极滤光器17，故通过其间的红光束22b将由S态转换成P态，并接著透射出偏极分光镜14、偏极滤光器18、与偏极器19，因而成为投射影像的红光分量23b。
另外，蓝光束21a则分别受到分色棱镜131与132介面与蓝色液晶面板21的反射，因而转换成一进入偏极分光镜14的P态蓝光束22a，接著并透射偏极滤光器17、分色棱镜141与142、偏极滤光器18、及偏极器19，因而成为投射影像的蓝光分量23a。
至此，将以上红蓝绿三股处于P态的光分量23b、23a、与4b叠合即成为此LCD投影机的投射影像。
然而实际上，组成偏极分光镜的分色棱镜往往因为其表面镀膜的未臻理想，使得其对比度(extinction ratio)相对较低，亦即，偏极分光镜的二分色棱镜的介面所透射的P态光束透射率与S态光束透射率的比值过小，也就是说，诸如分色棱镜111与112的介面所透射的P态绿光分量2b仍夹杂有少部分的S态红蓝光分量，这些杂散光再经绿色液晶面板20的偏振与反射，最后造成用以成像的绿光分量4b亦夹杂有部分的红蓝光分量，因而影响投射影像的对比效果。同理，S态红蓝光分量2a亦夹杂有少部分的P态绿光分量，再分别经过蓝色液晶面板21或红色液晶面板22的反射，最后亦成为输出的蓝光分量23a或红光分量23b的一部分，因而影响投射影像的色彩纯度与对比效果。
同理，类似于上述的反射式液晶投影机，穿透式液晶投影机亦有类似的杂色光问题，故其投射影像的色彩纯度与对比效果亦因此而大受影响。
本实用新型的主要目的是提供一种具有较佳对比效果的液晶投影机的分光系统，此分光系统接受液晶投影机的光源、与待投射影像的信号，并输出一待投射影像。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种液晶投影机的分光系统，该分光系统接受来自该液晶投影机光源的光束、与待投射影像的信号，并输出一待投射影像，该分光系统包含复数个偏极滤光器(Polarizer filter)，用以转换特定色彩光束的偏极化状态；复数个偏极分光镜[PBS(Polarization Beam Splitter)]，配置于该偏极滤光器所在的光路位置上，每一偏极分光镜皆包含一对分色棱镜，用以将入射至各该偏极分光镜的各种色彩的偏极化光束加以分光；以及3组液晶面板，分别用以反射三种前述不同色彩的偏极化光束，并同时改变其偏极状态；前述3组液晶面板中，至少有一液晶面板的入射面侧配置有一滤光器，以便过滤进入该液晶面板的光束的色彩。
一种液晶投影机的分光系统，该分光系统接受来自该液晶投影机光源的光束、与待投射影像的信号，并输出一待投射影像，该分光系统包含复数个二向色(dichroic)元件，用以将光源的光束分成3股不同色彩的光束；复数个镜面，分别用以反射该不同色彩的光束；3组液晶面板，分别用以接受并透射该二向色元件或镜面所反射的前述三种不同色彩的光束；以及一分光棱镜组，包含复数个二向色元件，用以反射或透射前述透射出该液晶面板的各种色彩的光束；前述液晶面板中，至少有一液晶面板的入射面侧配置有一滤光器或偏极滤光器(polarizer filter)，以便过滤进入该液晶面板的光束的色彩。
本实用新型相比现有技术具有如下优点此分光系统包含复数个偏极滤光器(Polarizer filter)，用以转换特定色彩光束的偏极化状态；复数个偏极分光镜(PolarizationBeam Splitter)，配置于偏极滤光器所在的光路位置上，每一偏极分光镜皆包含一对分色棱镜，用以将入射偏极分光镜的各种色彩的偏极化光束加以分光；以及3组液晶面板，分别用以反射三种不同色彩的偏极化光束，并同时改变其偏极状态；其中，此分光系统的特征在于3组液晶面板中，至少有一液晶面板的入射面处配置有一滤光器，以便过滤进入液晶面板的光束的色彩。如此，各单一色彩的光束若夹杂有其它色彩的杂色光，在通过液晶面板时，即可被配置液晶面板之前的滤光器所吸收或反射，因而可保持入射各液晶面板的色彩纯度，亦即可大为减少分光系统输出光束的杂色光量，故可大为提升分光系统输出影像的色彩纯度与对比效果。
本实用新型下面将结合附图及实施例作进一步详细说明如下
图1是用以说明现有的分光系统光路原理的横剖面图。
图2是用以说明本实用新型的第一实施例中，一反射式液晶投影机中的分光系统的光路横剖面图。
图3是用以说明本实用新型所提供的第二实施例中，一透射式液晶投影机的分光系统的光路横剖面图。
图号编号1～光源2～偏极光束3～白光源2a～红蓝光分量2b～绿光分量3b～绿光束4b～绿光分量56～绿光分量10～分光系统11,12,13,14～偏极分光镜15,16,17,18～偏极滤光器
19～偏极器20,21,22,23～液晶面板21a～蓝光束21b～红光束22a～蓝光束22b～红光束23a～蓝光分量23b～红光分量30～分光系统31,32,33,34～偏极分光镜35,36,37,38～偏极滤光器39～偏极器40,41,42～液晶面板51,52～滤光器60～分光系统61,62～二向色元件71,72,73～反射镜80,81,82～液晶面板83～红色滤光器84～绿色滤光器85～蓝色滤光器91,92,93,94～棱镜111.112～分色棱镜121.122～分色棱镜131.132～分色棱镜141,142～分色棱镜311.312～分色棱镜321,322～分色棱镜331,332～分色棱镜341,342～分色棱镜图2是用以说明本实用新型的第一实施例中，一反射式液晶投影机中的分光系统的光路横剖面图。图3是用以说明本实用新型所提供的第二实施例中，一透射式液晶投影机的分光系统的光路横剖面图。如图2所示，根据本实用新型所提供的第一实施例，一反射式液晶投影机的分光系统30亦类似于
图1所示的分光系统10，包含有4组偏极分光镜31、32、33、与34、4组偏极滤光器35、36、37、与38、一绿色反射式液晶面板40、一蓝色反射式液晶面板41、一红色反射式液晶面板42、以及一偏极器39。其中，上述各液晶面板皆是一反射式扭曲向列液晶面板(Twisted Nematic LCD panel)，每一偏极分光镜皆分别包含二分色棱镜，亦即，偏极分光镜31包含分色棱镜311与312、偏极分光镜32包含分色棱镜321与322、偏极分光镜33包含分色棱镜331与332、以及偏极分光镜14则包含分色棱镜341与342。其它光路的设计与系统的操作原理亦如同前述用以说明
图1的技术内容。
如图2所示，分光系统30的特征在于3组液晶面板40、41、与42的射面处各配置有滤光器50、51、与52，以分别过滤进入各液晶面板的光束的色彩。滤光器50、51、与52分别可为一滤光片或涂覆于各液晶面上、具有滤光效果的镀膜，而且，每一滤光器皆为可吸收特定色彩光束的吸收式滤光器，或者，亦可为反射特定色彩光束的反射式滤光器。譬如，配置于绿色液晶面板40的光束入射面处的滤光器50是一可吸收红蓝光束的滤光片或滤光性镀膜，亦可为一反射红蓝光束的滤光片或滤光性镀膜；蓝色液晶面板41与红色液晶面板42则依此类推。
利用上述配置于各液晶面板光束入射面处的各滤光器，任何夹杂于某特定色彩光束中的杂色光皆会被所对应的滤光器吸收或反射。例如，夹杂于绿色光束4b中的红蓝杂色光在入射绿色液晶面板40之前，即先会被滤光器50所吸收或反射，故可将最后所得的绿光分量5b中的红蓝杂色光量减至最低的程度。同理，滤光器51亦可过滤入射液晶面板41的绿红杂色光，而滤光器52则可过滤入射液晶面板42的蓝绿杂色光。因此，分光系统30最后所得的各色输出光束皆具有最少的杂色光，故可大为提升投射影像的色彩纯度与对比效果。
如图3所示，根据本实用新型所提供的第二实施例，一穿透式液晶投影机的分光系统60包含2组二向色(dichroic)元件61与62，3组反射镜71、72、与73，一透射式红色液晶面板80、一透射式绿色液晶面板81、与一透射式蓝色液晶面板82，一红色滤光器83、一绿色滤光器84、与一蓝色滤光器85，以及包含4组分色棱镜91、92、93、与94的棱镜组合。其中，上述各液晶面板皆是一透射式扭曲向列液晶面板，各二向色元件则可为光束入射表面是一二向色镜(dichroicmirror)的棱镜，各分色棱镜则是一表面涂覆有二向色镀膜的棱镜，以便可将入射其中不同色彩的偏极光束加以反射或透射，分光系统60中各色彩的光路亦如图2所示。
红色滤光器83是一可吸收或反射绿蓝光的滤光片或镀膜，绿色滤光器84是一可吸收或反射红蓝光的滤光片或镀膜，蓝色滤光器85则是一可吸收或反射红绿光的滤光片或镀膜。
首先，入射分光系统60的白光源3经过二向色元件61的分光而分成红光与绿蓝光两股光束，红光受到反射镜71的反射而继续射向液晶面板80；绿蓝光则被二向色元件62分成绿光与蓝光两股光束，绿光束接著射向液晶面板81，蓝光则经过反射镜72与73的反射而射向液晶面板82，其中，各液晶面板的偏极化特性可使透射其间的光束具备特定的偏极状态，最后，透射出各液晶面板的三股光束依其偏极性与色彩而分别受到分光棱镜组合的反射与透射，因而汇合成分光系统60的输出光束。
然而，由于二向色元件本身材料的未臻完美，其分光的效果往往并不完全，所以，抵达各液晶面板的各色光束往往还夹杂有其它色彩的杂色光，造成分光系统所输出各色光束的不纯，因而大为影响输出影像的色彩纯度与对比效果。
本实施例的特征在于各液晶面板的光束入射面处分别设有滤光器83、84、与85，如此，通过各液晶面板的光束若含有杂色光，例如，二向色元件61所分出的红色光束仍杂有少许的绿蓝杂色光，这些杂色光在其入射液晶面板80之前，即先会被滤光器83所吸收或者反射，因而可大为增进射入液晶面板80的红色光束的纯度，同理，绿色滤光器84与蓝色滤光器85亦具备类似的效果。此外，为配合投影机分光系统60的实际设计，以上各滤光器83、84、与85亦可分别代之以一偏极滤光器(polarizer filter)。
所以，由以上各实施例可知，本实用新型的分光系统的重点在配置于各反射式或透射式液晶面板前的滤光器，该滤光器可充分过滤通过其间的各杂色光，故可大幅增进分光系统输出光束的色彩纯度，因而大为增进投射影像的色彩纯度与对比效果。
以上利用实施例所做的描述，是为方便说明本实用新型的内容，而非将本实用新型狭义地限制于该实施例。凡未背离本实用新型的精神所做的任何变更，皆属本实用新型申请专利的范围。
权利要求1．一种液晶投影机的分光系统，该分光系统接受来自该液晶投影机光源的光束、与待投射影像的信号，并输出一待投射影像，该分光系统包含多数个偏极滤光器；多数个偏极分光镜，配置于该偏极滤光器所在的光路位置上，每一偏极分光镜皆包含一对分色棱镜；以及3组液晶面板；其中，该分光系统的特征在于前述3组液晶面板中，至少有一液晶面板的入射面侧配置有一滤光器。
2．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述滤光器为反射式滤光器与吸收式滤光器两者之一。
3．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述滤光器是一具有滤光效果的镀膜。
4．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光系统的光源所射出的光束是一S态偏极光束。
5．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光系统的输出光束是一P态偏极光束。
6．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，该分光系统是将入射光束分成3股分别代表3种基础色彩的光束，并进而将该3股光束入射至前述3组液晶面板。
7．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述各偏极滤光器是一相位迟滞器的组合。
8．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光系统共设有4组偏极滤光器，其中2组转换前述3种基础色彩中的一种色彩的偏极状态，另外2组则转换前述3种基础色彩中的另一种色彩的偏极状态。
9．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，该液晶面板是一反射式扭曲向列液晶面板。
10．如权利要求1所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光系统更包含设于光路最后的一偏极器。
11．一种液晶投影机的分光系统，该分光系统接受来自该液晶投影机光源的光束、与待投射影像的信号，并输出一待投射影像，该分光系统包含多数个二向色(dichroic)元件；多数个镜面；3组液晶面板，分别用以接受并透射该二向色元件或镜面所反射的前述三种不同色彩的光束；以及一分光棱镜组，包含多数个二向色元件；其中，该分光系统的特征在于前述液晶面板中，至少有一液晶面板的入射面侧配置有一滤光器或偏极滤光器。
12．如权利要求11所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述滤光器是反射式滤光器及吸收式滤光器二者之一，且前述偏极滤光器是反射式偏极滤光器及吸收式偏极滤光器二者之一。
13．如权利要求11所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述二向色元件是一光束入射表面为一二向色镜的棱镜。
14．如权利要求11所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光棱镜组包含有4个二向色元件。
15．如权利要求14所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述各二向色元件是一光束入射表面为一二向色镜的棱镜，
16．如权利要求11所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，前述分光系统包含有二组二向色元件，分别用以将前述光源的光线分光成3股各代表3种基础色彩的光束，并进而将该3股光束入射至前述3组液晶面板。
17．如权利要求11所述的液晶投影机的分光系统，其特征是其中，该液晶面板是一透射式扭曲向列液晶面板。
专利摘要一种液晶投影机的彩色分光系统,包含:复数个偏极滤光器;复数个偏极分光镜,配置于偏极滤光器的光路位置上,每一偏极分光镜包含一对分色棱镜;以及3组液晶面板,用以反射三种不同色彩的偏极化光束,改变其偏极状态;此分光系统的特征在于:3组液晶面板中,至少有一液晶面板的入射面处配置有一滤光器。光束的杂色光被配置液晶面板之前的滤光器所吸收或反射,保持入射各液晶面板的色彩纯度,提升分光系统输出影像的色彩纯度与对比效果。
文档编号G02B27/18GK2463853SQ0120425
公开日2001年12月5日 申请日期2001年2月16日 优先权日2001年2月16日
发明者林琦雄 申请人:台达电子工业股份有限公司