专利名称：离轴式液晶投影机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离轴式液晶投影机，特别是指一种偏振片及极化分析片分别垂直于光轴的三片离轴式液晶投影机。
背景技术：
所谓光波，就是彼此沿相互垂直方向轮流震荡的电场和磁场的行进，也属于一种电磁波；而且因为电场震荡方向和磁场垂直，为简化起见，探讨电磁波行进的时候，多用电场震荡方向作为代表；而为兼顾光的波动性和粒子性，也可用光子当计量单位。
自然界中常见的光源，任一瞬间都有大量的光子被同步释放，所以除了激光光源因作用机制特殊外，其余光源所放射的电场、磁场震荡方向大都为随机地散乱分布，当光子够大，震荡方向的分布就可视为各方向均匀散布。
液晶分子因为只能容许光束中电场具有一特定震荡方向的分量通过，垂直于所述特定震荡方向的就会被反射或吸收，而且液晶分子的排列方向会依电压的施加与否而改变。因而，如图1，一般向列扭转式液晶显示装置包括一液晶片21、一偏振片(polarizer)20及一极化分析片(analyzer)22。液晶片21是将液晶分子注入两片彼此大约平行的透明电极板间而形成，并将所述液晶片21区分为数个晶胞，各电极板具有数个分别对应各晶胞位置的电极。假设光束10沿X轴正向进行，把液晶片21设置位于X轴上的原点(指0)的Y-Z平面上，并将此偏振片(polarizer)20与极化分析片(analyzer)22分别设置于平行液晶片21的x轴坐标中的一负值处与一正值处上，以容许电场沿例如Z方向震荡的分量入射到液晶片21，同时外部电路依视频图像信号(未图示)以施加不同电压于各晶胞的对应电极上，使介于电极间对应晶胞中的液晶分子依照施加电压大小，产生不同程度扭转，每一晶胞位置透射(或反射)出的光束的线偏极化方向也随之产生不同程度的扭转，电场沿Z方向震荡的分量减少、沿Y方向震荡分量增多，最后由极化分析片(analyzer)22将未被扭转的电场沿Z方向震荡分量全数滤除，滤留电场沿Y方向震荡的分量，从而调制由液晶装置射出的光强弱。
另方面，人类眼底职司视觉的细胞主要包括高感度而不具有色彩区分能力的视柱(rod)细胞、以及敏感度较低而用以感受不同颜色的视锥(cone)细胞，且依视锥细胞主要感色波长的频带来区分，大致可分为三种范围，从而界定出所谓红、绿、蓝三原色。
为配合人类视觉的分色态样，如图2，以往的三片反射式液晶投影机包括一X一型分光器(X-plate)40、三偏振片411、412、413、三液芯片42、43、44、极化分析片451、452、453、一合光装置46、补偿透镜组47及投射镜头组48(如图8所示)。首先将混色光束30(此混色光柬30已经先由诸如线偏极化转换器(P-S converter)处理为预定单一极化方向)入射至X一型分光器(X-plate)40，而如图3所示，X一型分光器(X-plate)40依频率将混色光束30分为红、绿、蓝三色光束31、32、33，各分色光束31、32、33分别经偏振片411、412、413照射至对应的液晶片42、43、44而受调制，最后如图4所示，经各自极化分析片451、452、453过滤及合光装置46的整合成光信号30’，并经由补偿透镜组47，由投射镜头组48投射、重建预定的影像资料(如图8所示)。
如图3所示，此X-型分光器40是由一片反射红光及一片反射蓝光的渐层镀膜分色片401、402彼此垂直组合而成，以形成四个侧向开口，而其中三开口分别借由桥接分色片401、402的相邻侧的三偏振片411、412、413而被遮蔽，剩余的一开口作为混色光束30的输入口。合光装置46则如图5所示，是由四个等腰直角三角柱状棱镜461、462、463、464，以腰部两两相向方式，共同夹置彼此垂直的两镀膜465、466后贴合而成，并因其形状而被称为X-型立方合光器(X-cube)，而其中三个棱镜462、463、464的外露直立表面上分别平置与其相互平行的极化分析片451、452、453，而剩余的棱镜461的直立外露表面作为光信号30’输出面。为避免入射光与反射光共享同一光轴所需极化分光而伴随的附带弊病，如图2所示，X-型立方合光器47被组设于X-型分光器40上方，混色光束30由下方与X-型分光器40入射面的法线方向倾斜0角(约十二度)入射至X型分光器40，被分离后的红、绿、蓝光束31 32、33再向斜上方入射至对应的偏振片411、412、413及液晶片42、43、44，并持续斜向上方行经各自的极化分析片451、452、453与合光装置46整合成光信号30输出。最后，为配合光输出时向上倾斜的行进方向，还如图8所示，以光行进路线脱离补偿透镜组47及投射镜头组48对称中心的特殊设计将输出光信号投射出。
然而，线偏极化光的电场震荡方向(Z轴)、磁场震荡方向(Y轴)皆与行进方向(X轴)垂直，一但入射光或射出的光相对偏振片、液芯片、或极化分析片呈一向上倾斜角度而偏离坐标的X轴方向，将违反原先垂直入射的前提假设，如图6所示(在此只以经液晶片43调制的光束作说明)，光束入射所述光路组件452的电场方向31’将与光路组件452的入射面的法线方向倾斜θ角出现，因而出现光束电场沿Z轴方向震荡而保持垂直于光路组件的分量311’(光束振幅乘以COS(12°))、以及电场沿X轴方向震荡而平行于光路组件的分量312’(振幅乘以Sin(12°))。偏振片411、412、413及极化分光片451、452、453均无法将电场活X轴方向震荡的分量312’排除，所以即便在全无信号时，仍保持有部分无法滤除的光束漏出。尤其是，因入射光束及射出光束均非真正平行光，光束上下缘原本即保持有约20°的张角，当光束行进方向恰垂直于偏振片及极化分析片时，上下各10°张角的正弦值分量尚可视为近似零而予以忽略，但同时考虑光束进行的12°仰角后，将使光束31的光轴与光路组件452的法线方向间呈现如图7所示，由θ1(约2°)至θ2(22°)的仰角范围，此时将导致无法忽略的漏光现象。尤其，因采用X-型分光器40倾斜方向配置的镀膜层进行分光，入射光束以上下缘的不同仰角、及左右侧与法线夹角差异甚大而射入X-型分光器40，还将因光束30的上下、及左右侧缘与镀膜层的法线方向夹角显著差异而造成明确地上下不对称与左右不对称的现象。
由于来自X-型立方合光器46的整合光束30’本身即具有一倾斜角，补偿透镜组47在粘贴至X-型立方合光器46表面(即指棱镜461的部分直立外露表面)时，必须以一倾斜方向、对位至适当的光射出位置，此时，不但需考虑光射出的精确位置、更需在没有参考点的情况下拿捏选择倾斜角度，一旦粘贴的位置或角度错误，便会损及价值不菲的X-型合光器46与补偿透镜47，造成制造的困难度极高、优良率几乎不到一半的情况，尤其即使是通过品管的产品，实际对位的精密度仍有存在探讨的余地。另外，离心的补偿透镜模块47配合离心式投射镜头组48，各光路组件411、412、413、451、453均非径向对称配置、入射的光柬也非对准中心入射，在制造过程中极难拿捏彼此的倾斜配置位置，更增加产品品质的不稳定性。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种漏光情况较少的离轴式液晶投影机。
本实用新型的另一目的在于提供一种易于准确定位组装光路组件组的离轴式液晶投影机。
本实用新型的又一目的在于提供一种易于确保光路组件相关定位，进而使重建影像数据质量稳定的离轴式液晶投影机。
为实现上述目的，本实用新型的离轴式液晶投影机，包括一光源、一X-型分色装置、三偏振片、与所述偏振片对应的三片液晶片与极化分析片、以及一合光装置；来自所述光源的混色光束经由所述分色装置分为红、绿、蓝三色光束，并由各所述对应偏振片滤留预定极化方向的分量入射至各所述对应液晶片，并受各所述液晶片的调制，受调制的各所述分色光束反射行经各所述对应极化分析片，再进入所述合光装置汇整；其特点是各所述偏振片的排列方向是垂直于各所述人射分色光束的行进方向，以及各所述极化分析片的排列位置是垂直于各所述受调制分色光束的行进方向。
本实用新型中，偏振片设置方向垂直于入射至液晶片的入射光束行进方向，且将极化分光片设置于垂直被调制反射光束的光轴，使入射光轴与反射光轴分别垂直偏振片及极化分析片，进而排除光行进路线偏离垂直光路组件造成的偏差，尤其反射光束在行经合光组件后，还采用一同轴式镜头模块进行投影，此结构使光学系统中的光路组件组装与调整更为便捷而易于精准。
下面通过较佳实施例及附图对本实用新型的离轴式液晶投影机进行详细说明，附图中图1是线偏极化光束行经偏振片、液晶片及极化分析片的偏极化方向变化的示意图；图2是以往三片反射式液晶投影机的部分光机构的示意图；图3是以往X-型分光器的结构及分光机制的俯视示意图；图4是以往X-型立方合光器的结构及合光机制的俯视示意图；图5是以往X-型立方合光器的立体示意图6是以往三片反射式液晶投影机光学机构中，以倾斜角度人射的理想光束与极化分析片及液晶片作用时，光束偏极化方向的示意图；图7是以往三片反射式液晶投影机光学机构中，以倾斜角度入射的实际光束与极化分析片及液晶片作用时，光束偏极化方向的示意图；图8是以往三片反射式液晶投影机中，经由合光装置汇整的光束，行经离心的补偿透镜模块、及离心式投影镜头组的光学机构的示意图；图9是本实用新型较佳实施例的光学机构俯视示意图；图10是图9中的实施例的光学机构的侧视示意图；图11是图9中的实施例的光学机构的后视示意图；图12是图9中的光学机构连同一后续投影镜头组的组合示意图；图13是图9中的光学机构连同另一后续投影镜头组的组合示意图。
具体实施方式图9至图11为本实用新型的一较佳实施例的光学机构示意图。本实施的离轴式液晶投影机5，同样惜由诸如一白炽光源50放射出一原始光束500(即指白炽光束)，原始光束500经由以往包括透镜阵列、P-S转换器、聚焦透镜的光学处理装置51，将光柬的能量分布均匀化、P波大致转换为S波、并加以汇聚(或发散)成混色光柬30”后投射至分色装置52分光。被分色装置52区分的红、绿、蓝分色光束31″、32″、33″分别垂直入射至对应的偏振片531、532、533，随后以一倾斜仰角入射至液晶片54、55、56，并受各所述液晶片的调制与反射，再垂直穿透各自的极化分析片571、572、573(如图11所示)，并垂直进入X-型立方合光器58(即合光装置)的对应侧面，并汇整射出至如图12所示的投影镜头组59投射。而X-型立方合光器58是由四个大小相等的透明等腰直角三角柱以两两腰部相向、夹制介于其间的镀膜而成，所述四个三角柱的底面分别构成所述X-型立方合光器58的四侧面，四侧面中的一面为所述受调制分色光束汇整后光束射出侧面，另三面则分别用以承受所述三束受调制的分色光束入射，且各液晶片54、55、56的设置方向是使各所述受调制的分色光束被反射朝向垂直于所述X-型立方合光器的所述三面行进，所以，在此例中各所述液晶片54、55、56与X-型立方合光器58对应各面的夹角大约为5-6度倾斜设置为最佳。
在此，入射至各液晶片54、55、56的各分色光束，实际上均由位于光束中央的主光线与周边光线共同构成，彼此间仍存在一角度差，为避免周边光线实际入射至液晶片时，因上述角度差造成反射光强弱不一，各所述液晶片54、55、56可分别于前方设置焦距为正的一场镜模块540、550、560，使实际入射光线大致彼此角度差减小，并使反射的光柬不会因液晶片上像素位置不同而造成显著差异。
受限于入射至液晶片54、55、56的光束31″、32″、33″行进方向必须与反射光束错开，且被液晶片调制后反射的分色光束需垂直X-型立方合光器58各侧面的极化分析片571、572、573，在本实施例中，为将X-型分光器52与X-型立方合光器58结合为一体而简化元件的组装，便如图10与图11所示，改变X一型分光器52中偏振片531、532、533的角度，使所述三偏振片531、532、533均脱离X一型分光器52而呈现部分仰角。
此外，在本实施例中由于汇整后射出的光束直接垂直于X-型合光器58表面，也将垂直进入投影透镜59，所以完全不需设置补偿透镜组，而所采用的投影镜头59也可使用现今商品化的组件。如此光学途径及设计的改良，造成合光器58汇整光束的所有主光线均以平行于投影镜头组59的光轴方向入射，并以平行于所述投影镜头组59轴向行进，所以组装时，只需将投影镜头组59的光轴垂直于X-型合光器58表面，并将汇整光束对准透镜组中心、并将镜头组轴心平行于光束行进方向设置即可，有效免除离心式透镜组的组装困扰，大幅提升产品优良率、有效节约制造成本，尤其产品的输出影像精密度更可同步获得提高。
综上所述，本实用新型借由将偏振片531、532、533及极化分析片571、572。573分别垂直入射分色光束及受调制的分色光束，排除光柬中电场线偏极化方向垂直于光路组件表面所造成的误差，还借由径向对称的准直透镜组，简化组装过程而可提高产品稳定性。
权利要求1.一种离轴式液晶投影机，包括一光源、一X-型分色装置、三偏振片、与所述偏振片对应的三片液晶片与极化分析片、以及一合光装置；来自所述光源的混色光束经由所述分色装置分为红、绿、蓝三色光束，并由各所述对应偏振片滤留预定极化方向的分量入射至各所述对应液晶片，并受各所述液晶片的调制，受调制的各所述分色光束反射行经各所述对应极化分析片，再进入所述合光装置汇整；其特征在于各所述偏振片的排列方向是垂直于各所述入射分色光束的行进方向，以及各所述极化分析片的排列位置是垂直于各所述受调制分色光束的行进方向。
2.如权利要求1所述的离轴式液晶投影机，其特征在于所述合光装置是一X-型立方合光器，所述合光器是由四个大小相等的透明等腰直角三角柱以两两腰部相向、夹制介于其间的镀膜而成，所述四个三角柱的底面分别构成所述X-型立方合光器的四侧面，所述侧面中的一面为所述受调制分色光束汇整后光束射出侧面，另三面则分别用以承受所述三束受调制的分色光束入射，且所述三片液晶片的设置方向是使各所述受调制的分色光束被反射朝向垂直于所述X-型立方合光器的所述三面行进，借此，各所述极化分析片是可分别平行设置于所述X-型立方合光器的所述三侧面处。
3.如权利要求2所述的离轴式液晶投影机，其特征在于各所述液晶片是与所述X-型立方合光器的各所述对应面夹一角度倾斜设置。
4.如权利要求1所述的离轴式液晶投影机，其特征在于所述离轴式液晶投影机还包括用以规范所述合光装置汇整射出的光束的一投影镜头组，且所述投影镜头组具有径向对称的光学特性，使得所述汇整射出光束的行进方向是与所述投影镜头组的光轴方向平行。
5.如权利要求1所述的离轴式液晶投影机，其特征在于各所述液晶片还包括设置于光束入射方向的一场镜模块，且各所述场镜模块的总焦距为正。
专利摘要一种离轴式液晶投影机，包括一反射式光学机构，其中，偏振片设置方向垂直于入射到液晶片的入射光束方向，而且极化分析片是设置于垂直被反射光束的光轴方向，使入射光轴和反射光轴分别垂直偏振片和极化分析片，反射光束在行经合光组件后，通过一同轴投影用镜头模块进行投影，使整个光学系统中的各光路组件组装调整更为便捷而易于精准。
文档编号G02B27/18GK2522895SQ01234710
公开日2002年11月27日 申请日期2001年10月10日 优先权日2001年10月10日
发明者黄旭华 申请人:黄旭华