专利名称：双镜头式投影显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影显示装置，特别涉及一种双镜头式投影显示装置。
常见的反射式液晶光阀投影显示装置有单镜头式与三镜头式，单镜头式具有体积轻薄短小、方便携带的特点，但因后焦长而较难设计出在短距离内投影出较大面积的镜头，且对所使用的镜头与分光镜等相关元件品质、精度的要求必须很高，导致造价提高。例如，以往单镜头式投影显示装置中，因采用由四块直角棱镜制成的合光棱镜，使其具有如下的缺点1、合光棱镜的制作难度高，其原因是由于制造时四块直角棱镜的精度要求必须很高，否则合光棱镜用以合成三色光(如红、蓝、绿色光)时的放大率会不同，造成画素无法重叠。
2、由于四块直角棱镜间具有胶合线，以目前画素大小须在5micron(1micron为10-6公尺)以下才可避免在投影画面上产生条纹的情形而言，当液晶光阀解析度提高时，四块直角棱镜间胶合线的存在对成像品质将有负面影响。
3、合光棱镜由于无法提供各色光的完全反射或穿透，因此会造成红、蓝、绿色光的交错(cross talk)问题，例如任一红、蓝、绿液晶光阀所送出的色光在通过合光棱镜时，会由于合光棱镜的部份反射或穿透而照射到另外二液晶光阀上，造成颜色不纯。
4、后焦太长，这是因为各镜头与液晶光阀间隔着合光棱镜，造成其后焦的距离变长。
目前还有未使用上述合光棱镜的单镜头式投影显示装置，如
图1所示的单镜头式投影显示装置1，该单镜头式投影显示装置1包括一第一光偏振选择器111、一第二光偏振选择器112、一偏极光分光棱镜12、一双色光分离棱镜13、一第一一第三光阀141-143、一偏光板15、一镜头16等，可将一白色光10分离出可合成该白色光的第一、第二、第三色光101、102、103(如红、蓝、绿)，使该第一一第三色光101-103分别受各对应设置的第一—第三光阀141-143调变。
该第一、第二光偏振选择器111、112可采用ColorLink公司所制造的ColorSelect Filters产品，其作用为转换被极化的预定色光(如绿色光)的极性，例如将原本为S(P)极化的绿色光转变成P(S)极化的绿色光，而图1设计中该第一、第二光偏振选择器111、112用以针对第三色光103作极性的转换。
该偏极光分光棱镜12，可垂直反射S极化的色光，并使P极化的色光直接穿透。
该双色光分离棱镜13用以分离预定的两种色光，在图1设计中，当第一、第二色光101、102进入该双色光分离棱镜13时，可让第一色光101直接通过，并使第二色光102作垂直反射，以达到分离两种不同色光的效果。
上述第一—第三色光101-103分别投射在这些第一—第三光阀141-143上，且当这些第一—第三光阀141-143受偏压导通时，可加以调变并改变其极化的极性而反射送出反方向的不同极性的色光。以下所述都是以第一—第三光阀141-143为导通时的情况来说明的。
该偏光板15，用以使通过的具有预定极性的各极化色光更为纯化，图1的设计用以使P极化的色光通过时更为纯化。
于是，当一被极化(例如S极化)的白色光10投射通过该第一光偏振选择器111时，该第一、第二色光101、102维持原先的S极化，而第三色光103转变成P极化。接着当各色光送抵该偏极光分光棱镜12时，藉由该偏极光分光棱镜12将S极化的第一、第二色光101、102(如红、蓝色光)垂直反射送抵该双色光分离棱镜13(Dichroic splitter prism)，并使该P极化的第三色光103(如绿色光)直接穿透偏极光分光棱镜12。
上述S极化的第一、第二色光101、102抵达双色光分离棱镜13时，该第一色光101直接穿透双色光分离棱镜13并投射在第一光阀141上，受该第一光阀141调变而改变极性后反射送出反方向的P极化第一色光101，接着先后通过双色光分离棱镜13、偏极光分光棱镜12，并继续通过第二光偏振选择器112与偏光板15，藉由通过该偏光板15而获得更纯化的P极化第一色光101。
当S极化的第二色光102抵达双色光分离棱镜13时被垂直反射而投射在第二光阀142上，受该第二光阀142调变后反射出反方向的P极化第二色光102，接着经双色光分离棱镜13垂直反射并通过偏极光分光棱镜12后，同样先后通过前述的第二光偏振选择器112与偏光板15，而获得更纯化的P极化第二色光102。
被第一光偏振选择器111转变成P极化并直接穿透偏极光分光棱镜12的第三色光103投射在第三光阀143上，受该第三光阀143调变后反射送出反方向的S极化第三色光103，接着经偏极光分光棱镜12的垂直反射后，再先后通过前述第二光偏振选择器112与偏光板15，该第二光偏振选择器112将其转变为P极化，再藉由通过偏光板15而获得更纯化的P极化第三色光103。
上述P极化的第一、第二、第三色光101、102、103从偏光板15送出后，一起通过一用以投射出各色光而合成影像的镜头16，使各色光能经由镜头16投射在预设的投影幕上以合成影像。
以往单镜头式投影显示装置1的组成元件中并未使用到由四块棱镜所组成的合光棱镜，而是藉由一偏极光分光棱镜12、一可将第一、第二色光101、102分离的双色光分离棱镜13，搭配两片可对预定色光(第三色光103)作极性转变的第一、第二光偏振选择器111、112，以达到将白色光分离出三色光经由各光阀调变后再予以合光的效果，但是其在设计上同样存在后焦过长的情形，另外所使用到的双色光分离棱镜13对第一色光101(红色光)的频谱会有移位(shift)现象，从而影响其成像品质，且被转成P偏振的第三色光在通过偏极光分光棱镜12时，如现有技术所知由于偏极光分光棱镜12的制造技术的限制，偏极光分光棱镜12不可能有很高的穿透效率，会有相当的P偏振的第三色光反射进入第一光阀141及第二光阀142，使得影像对比度降低。
另外，有关于三镜头式投影显示装置的设计，虽然体积较大，但是后焦较短，较易设计出可在较短距离内投影出较大面积的投影镜头，然而其所使用的三镜头相对于三液晶光阀在对位上需藉由较高难度的偏差(offset)配置，至少需对两组光阀与镜头作对位调整，当然也有需对三光阀与三镜头作对位调整的设计，才能使三镜头的影像重叠投影在同一位置。
前述普通单镜头式投影显示装置，或者有因使用由四棱镜组成的合光棱镜所存在的缺点，或者有因使用双色光分离棱镜所造成预定色光的频谱有移位现象的缺点。而三镜头式投影显示装置的设计在三镜头相对于三液晶光阀在对位上具有较高难度的偏差(offset)配置。
本发明的目的在于提供一种双镜头式投影显示装置，使其只需对单光阀与单镜头作对位调整，并避免使用由四块棱镜所组成的合光棱镜与双色光分离棱镜，而降低制造难度及避免预定色光的频谱产生移位。
本发明的双镜头式投影显示装置，藉由一分光镜将受预定极化的白色光分离出一往预定方向行进而送抵一第一光偏振选择器的第一、第二色光，及往另一不同方向行进而送抵一反射镜的第三色光，借该第一光偏振选择器改变第一色光的极性后，继续经过一第一偏极光分光棱镜以分别将第一、第二色光投射至一第一、第二光阀作调变后送往一第二光偏振选择器，再次改变第一色光的极性后送经一第一镜头投射出。该第三色光受上述反射镜反射经过一第二偏极光分光棱镜，而投射至一第三光阀进行调变后送经一第二镜头投射出，与前述第一镜头所投射出的第一、第二色光重叠以合成影像。
下面结合附图及实施例对本发明的双镜头式投影显示装置进行详细说明，在图中图1是一种现有单镜头式投影显示装置的俯视示意图；图2是本发明实施例双镜头式投影显示装置的立体示意图；图3是本发明实施例中第一、二色光传输过程的侧视示意图；图4是本发明实施例中第三色光传输过程的侧视示意图。
如图2所示是本发明实施例双镜头式投影显示装置，该双镜头式投影显示装置2包括一分光镜21、一第一光偏振选择器221、一第二光偏振选择器222、一第一偏极光分光棱镜231、一第二偏极光分光棱镜232、一第一—第三光阀241-243、一反射镜25和呈同平面平行配置的一第一镜头26和一第二镜头27等，而可将一白色光3分离出可合成该白色光的第一、第二、第三色光31、32、33(如红、蓝、绿)，使该第一—第三色光31-33分别受对应设置的第一—第三光阀241-243调变。下面将说明第一—第三光阀241-243处于导通状态时的情况。
该分光镜21，其是用以垂直反射第一、第二色光31、32(如红、蓝色光)，并使第三色光33(如绿色光)直接通过。
该第一、第二光偏振选择器221、222，可使用ColorLink公司所制造的ColorSelect Filters产品，该产品可将具有被极化的预定色光的极性转换，本实施例中是将原本为S(P)极化的第一色光31(如红色光)转变为P(S)极化。
该第一、第二偏极光分光棱镜231、232可垂直反射S极化的色光，并使P极化的色光直接穿透。
第一—第三光阀241-243都为反射式光阀，可在上述第一—第三色光31-33分别投射于其上时，加以调变并改变其极化的极性而反射出反方向的不同极性色光。
该反射镜25，可用以反射各色光。
以下为方便说明，在图3及图4中将被S极化的第一、第二、第三色光分别标示为311、321、331，另将被P极化的第一、第二、第三色光分别标示为312、322、332。
在图2、3、4中，以第一、二镜头26、27所朝向的位置为前方且第一、第二镜头26、27分处左、右侧，作为相对位置的方向基准加以说明，也就是配置上，本实施例中是将被S极化的、往右的白色光3投射在由下往右上方斜向设置的分光镜21上，而分离出往上垂直反射的S极化第一、第二色光311、32I，及往右穿透的第三色光331。
当S极化的第一色光311被前述分光镜21往上反射后，如图3所示，将继续通过该水平设置的第一光偏振选择器221，藉由该第一光偏振选择器221将第一色光311转变成P极化的第一色光312，而第二色光321维持原先的S极化，接着往上抵达该第一偏极光分光棱镜231时，第一色光312可直接穿透第一偏极光分光棱镜231并抵达该第一光阀241，而受第一光阀241调变后反方向送出往下的S极化第一色光311，因此能被第一偏极光分光棱镜231垂直反射而往前抵达该第二光偏振选择器222。
当S极化的第二色光321被分光镜21往上反射后，继续通过前述第一光偏振选择器221，由于该第一光偏振选择器221只能改变第一色光31的极性，因此第二色光321往上通过第一光偏振选择器221后，仍维持原先的S极化，接着当第二色光321抵达第一偏极光分光棱镜231时，被往后反射并抵达第二光阀242，而受第二光阀242调变后反方向送出往前的P极化第二色光322，因此能往前直接穿透第一偏极光分光棱镜231而抵达该第二光偏振选择器222。
当前述S极化第一色光311与P极化第二色光322抵达第二光偏振选择器222时，第一色光311通过该第二光偏振选择器222时，其极性将被改变而成为P极化的第一色光312，而第二色光322通过第二光偏振选择器222仍将维持其原先的极性，于是最后往前通过该第一镜头26都是P极化的第一色光312与第二色光322。
此外，当S极化的第三色光331穿过图2中所示的分光镜21，而往右抵达与分光镜21平行的反射镜25时，第三色光331将如图4所示，将被往上反射至该第二偏极光分光棱镜232，而被往后反射抵达该第三光阀243，藉由第三光阀243调变后反方向送出往前的P极化第二色光332，而抵达与其对应的第二镜头27，因此最后往前通过该第二镜头27的是P极化的第三色光332。
本发明另一实施例的整双镜头式投影显示装置2，由于该装置2是分别由第一镜头26供调变后的第一、第二色光31、32往前投射出，及由第二镜头27供第三色光33往前投射出，因此只要对单镜头(第二镜头27)与单光阀(第三光阀243)作偏移对位调整，使其往前投射出的影像能与前述第一镜头26所投射出的影像重叠即可，因此在对位上确实较三镜头式的设计简单。
且本实施例双镜头式投影显示装置2，在使用的元件中并未使用以往由四块棱镜所组成的合光棱镜与双色光分离棱镜，因此可降低制造难度并避免预定色光的频谱产生移位。
此外，本实施例中可在上述第二偏极光分光棱镜232与第三光阀243间及上述第一偏极光分光棱镜231与第一、第二光阀241、242间，各装设一1/4波板(本实施例中不再另以图式作表示)，并可在第一镜头26与第二光偏振选择器222间及在第二镜头27与第二偏极光分光棱镜232间，各另行装设一偏光板，以增加各色光的对比度。此处所增加配置的1/4波板与偏光板等元件，由于都是一般规格化产品，在此不多作说明。
综观上述，本发明的确能提供一种双镜头式投影显示装置，使其只须对单光阀与单镜头作对位调整即可，这比以往三镜头式设计的对位简单，且本实施例所使用的元件不再采用以往单镜头式设计中由四块棱镜所组成的合光棱镜与双色光分离棱镜，从而降低制造难度及避免预定色光的频谱产生移位。
权利要求
1.一种双镜头式投影显示装置，包括一分光镜、一第一光偏振选择器、一第二光偏振选择器、一第一偏极光分光棱镜、一第二偏极光分光棱镜、反射式的一第一—第三光阀、一反射镜及呈同平面平行配置的一第一镜头和一第二镜头，而可将一白色光分离出可合成所述白色光的第一、第二、第三色光，使所述第一一第三色光分别受所述第一—第三光阀调变；其特征在于所述分光镜，用来将受预定极化的白色光分离出一往预定方向行进而送抵所述第一光偏振选择器的所述第一色光与所述第二色光，及往另一不同方向行进而送抵所述反射镜的所述第三色光；所述第一光偏振选择器，用来使前述第一、第二色光通过，并改变第一色光的极性；所述第一偏极光分光棱镜，设置于所述第一光偏振选择器输出第一、第二色光的方向上，而分别将第一、第二色光投射至所述第一光阀与所述第二光阀进行调变后送往所述第二光偏振选择器；所述第二光偏振选择器，供第一、第二色光通过时用以改变第一色光的极性并经由所述第一镜头投射出；所述反射镜，用以将第三色光反射至所述第二偏极光分光棱镜；所述第二偏极光分光棱镜，用来将第三色光投射至所述第三光阀进行调变后经由该第二镜头投射出。
2.如权利要求1所述的双镜头式投影显示装置，其特征在于所述第二偏极光分光棱镜与第三光阀间及所述第一偏极光分光棱镜与第一、第二光阀间，各装设一1/4波板。
3.如权利要求1所述的双镜头式投影显示装置，其特征在于所述第一镜头与第二光偏振选择器间及在第二镜头与第二偏极光分光棱镜间，各装设有一偏光板。
全文摘要
一种双镜头式投影显示装置,藉由一分光镜将白色光分离出送抵一第一光偏振选择器的第一、二色光及送抵一反射镜的第三色光,藉由第一光偏振选择器改变第一色光极性后,经一第一偏极光分光棱镜将第一、二色光分别投射至二光阀作调变,然后继续送往一第二光偏振选择器再次改变第一色光极性后经一第一镜头投射出。该第三色光受反射镜反射经一第二偏极光分光棱镜投射至另一光阀作调变后由一第二镜头射出,从而与第一镜头送出的第一、二色光重叠。
文档编号G02B5/30GK1352404SQ00128310
公开日2002年6月5日 申请日期2000年11月10日 优先权日2000年11月10日
发明者莊福明 申请人:大億科技股份有限公司