专利名称：反射式光阀的投影显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反射式光阀的投影显示装置，尤其是一种单镜头反射式光阀的投影显示装置。
如
图1所示一种公知的单镜头投影显示装置1，其包含一第一光偏振选择器11、一第二光偏振选择器12、一偏极光分光棱镜(PBS)13、一双色分光棱镜(Dichroic splitter prism)14、一第一～第三光阀15～17、一偏光板(Polarizer)18、一镜头19等，其可将一白色光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～第三色光101～103分别受各对应设置的第一～第三光阀15～17调变。
该第一、第二光偏振选择器11、12，可使用ColorLink公司所制造的ColorSelect Filters产品，其作用是可将具有被极化的预定色光的极性转换，例如将原本为S(P)极化色光转变成P(S)极化色光，而图1的设计中，该第一、第二光偏振选择器11、12是用以针对该第三色光103(如绿色光)作极性的转换。
该偏极光分光棱镜13，其可垂直反射S极化的色光，并让P极化的色光直接穿透。
该双色分光棱镜14，是用以分离预定的两种色光，在图1的设计中，当第一、第二色光101、102进入该双色分光棱镜14时，就让第一色光101直接通过，并使第二色光102作垂直反射，以达分离两种不同色光的效果。
该第一～第三光阀15～17，是分别装设在该双色分光棱镜14及偏极光分光棱镜13的预定边侧处，可容上述该等具预定极性的第一～第三色光101～103分别投射其上，且当该等第一～第三光阀15～17受偏压导通时，可加以调变并改变其极化色光的极性，而反射送出反方向的不同极性色光。例如于第一光阀15导通时，可将向后射入的S(P)极化的第一色光101，反射改变成向前射出的P(S)极化第一色光101。下列说明皆以该第一～第三光阀15～17为导通时来说明。
该偏光板18，因光为一种电磁波，其含有多个不同振动向量的成份，偏光板只可让某一垂直于光行进方向的一特定振动通过，其他成份则被吸收，所以偏光板只容通过某一极性的色光。在图1设计中是用以使P极化的色光通过，而S极化的色光被吸收，也就是用以使通过的预定极性的各极化色光更为纯化。
于使用时，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11时，该第一、第二色光101、102(如红、蓝色光)是维持原先的S极化，而第三色光103(如绿色光)则转变成P极化。接着各色光送抵该偏极光分光棱镜13时，借该偏极光分光棱镜13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分光棱镜14，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13。且该S极化的第一、第二色光101、102(如红、蓝色光)抵达双色分光棱镜14时，该第一色光101(如红色光)是直接穿透双色分光棱镜14，以投射在该第一光阀15上，受该第一光阀15调变且改变极性后反方向反射送出P极化第一色光101(如红色光)，接着先后通过双色分光棱镜14、偏极光分光棱镜13，并续通过该第二光偏振选择器12与该偏光板18，借通过该偏光板18获得更纯化的P极化第一色光101(如红色光)。而该S极化的第二色光102(如蓝色光)，其抵达双色分光棱镜14时，是被垂直反射而投射在该第二光阀16上，受该第二光阀16调变后反射送出反方向的P极化第二色光102(如蓝色光)，接着再经双色分光棱镜14垂直反射并通过偏极光分光棱镜13后，同样先后通过前述的第二光偏振选择器12与偏光板18，而获得更纯化的P极化第二色光102(如蓝色光)。该被第一光偏振选择器11转变成P极化，并直接穿透偏极光分光棱镜13的第三色光103(如绿色光)，其是投射在该第三光阀17上，受该第三光阀17调变后反射送出反方向的S极化第三色光103(如绿色光)，接着经偏极光分光棱镜13垂直反射后，先经该第二光偏振选择器12将其转变成P极化，再借通过偏光板18而获得更纯化的P极化第三色光103(如绿色光)。
上述P极化的第一、第二、第三色光101、102、103从偏光板18送出后，是一起通过一用以投射出各色光而合成影像的镜头19，使各色光能经由镜头19投射在预设的投影幕上合成影像。
该以往单镜头投影显示装置1，是借由一偏极光分光棱镜13及一双色分光棱镜14，搭配两片可对预定色光作极性转变的第一、第二光偏振选择器11、12，以达将白色光分离出三色光并经由各光阀调变后再予以合光的效果。其光学零件中该偏极光分光棱镜13，因受目前所知的制造技术限制及极化色光的特性，P极化色光并不能有很高的穿透效率，因此具有当P极化色光(如第三色光103)直接通过时，会有小部份P极化色光产生垂直反射的偏漏光现象(如图中虚线箭头所示)，而此小部份反射的P偏振漏光103′，将投射进入该双色分光棱镜14，再依其色光波长的选择范围，可能直接进入第一光阀15或反射进入该第二光阀16，当第一、二光阀15、16不导通时，该P偏振漏光103′会反射通过双色分光棱镜14、偏极光分光棱镜13及偏光板18后，一同由镜头19投射至荧幕，造成其成像效果的灰阶白场座标显著漂移，且其影像的对比也会降低，所以使得显示器品质劣化变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可消除偏漏光以提高对比度及品质的反射式光阀的投影显示装置。
本发明的技术方案是一种反射式光阀的投影显示装置，包含一偏极光分光棱镜、一分合光棱镜、一第一光阀、一第二光阀及一第三光阀，可用来将一光源光束分离出可合成该光束的第一、第二、第三色光，使该第一、第二色光与第三色光的极性正交，并使该第一～第三色光分别受该第一～第三光阀调变，于光阀导通时改变极性后反射，再经由镜头输出投影；该偏极光分光棱镜，设置于所述光源射出第一～第三色光的光路上，而将第一、第二色光投射至分合光棱镜处，并使该第三色光通过而投射至第三光阀处，令第三色光经该第三光阀调变且改变极性后，由偏极光分光棱镜反射输出至镜头；及该分合光棱镜，设置在该偏极光分光棱镜输出第一、第二色光的方向上，可将第一、第二色光分别投射至第一、第二光阀处调变并改变极性后，投射出至镜头，且其更容第三色光穿透通过。
另一种反射式光阀的投影显示装置，包含一偏极光分光棱镜、一第一分光棱镜、一第二分光棱镜、一第一光阀、一第二光阀及一第三光阀，而可将一光源光束分离出可合成该光束的第一、第二、第三色光，使该第一、第二色光与第三色光的极性正交，并使该第一～第三色光分别受该第一～第三光阀调变，且于光阀导通时改变极性后反射，再经由镜头输出投影；该偏极光分光棱镜，设置于所述光源射出第一～第三色光的光路上，而将第一、第二色光投射至该第二分光棱镜处，并使该第三色光通过而投射至该第三光阀处，令第三色光经该第三光阀调变且改变极性后，有偏极光分光棱镜反射输出至镜头；
该第二分光棱镜，设置在该偏极光分光棱镜输出第一、第二色光的方向上，其令第二色光投射至第二光阀处调变且改变极性后，投射输出至镜头，其并使第一、第三色光通过且送至第一分光镜处；及该第一分光棱镜，设置在该第二分光棱镜输出第一、第三色光的方向上，将第一色光投射至第一光阀处调变并改变极性后，投射输出至镜头，，且令第三色光射出。
所述第一、第二分光棱镜间具有一空气间隙。
所述第二分光棱镜于面向偏极光分光棱镜的一侧面具有为一第二全反射界面，面向第一分光棱镜的一侧面具有一第二分光界面，该由偏极光分光棱镜投射来的第二色光，被该第二分光界面反射后，于第二全反射界面处全反射，以抵达该第二光阀处，其可容第一、第三色光通过；该第一分光棱镜则于面向第二分光棱镜的一侧面具有为一第一全反射界面，于背向第二分光棱镜的一侧面具有一第一分光界面，由第二分光棱镜投射来的第一色光通过抵达第一光阀，而第三色光被该第一分光界面反射后，又于第一全反射界面处全反射后输出。
所述第二分光棱镜于面向偏极光分光棱镜的一侧面具有为一第二全反射界面，于面向第一分光棱镜的一侧面具有一第二分光界面，使由偏极光分光棱镜投射来的第二色光，被该第二分光界面反射后，又于第二全反射界面处全反射，以抵达该第二光阀处，其可容第一、第三色光通过；该第一分光棱镜则于面向第二分光棱镜的一侧面具有为一第一全反射界面，于其另一侧面具有一第一分光界面，由第二分光棱镜投射来的第一色光被该第一分光界面反射后，又于第一全反射界面处全反射后抵达第一光阀，而该第三色光可直接通过输出。
所述该第一～第三色光进入该偏极光分光棱镜前的光路上，设有一第一光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时改变第三色光的极性。
所述镜头与该偏极光分光棱镜间设有一第二光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时用以改变第三色光的极性。
所述镜头与该第二光偏振选择器间设有一偏光板。
本发明的特点及优点是，克服了公知技术中的诸多缺陷，提供了一种实用的反射式的投影显示装置，其利用一合光棱镜或二具分色镀膜的分光棱镜，除分离第一、第二色光外，更可将偏漏的第三色光摒除射出，使其不会重回进入由镜头投射，从而能稳定成像效果的灰阶白场座标，且提高其影像的对比度，而使显示器品质提升。
为了方便说明，以下的实施例，相同的元件以相同的标号表示。
如图2所示，为本发明反射式光阀的投影显示装置的第一实施例，该反射式光阀的投影显示装置2包含有一第一光偏振选择器21、一第二光偏振选择器22、一偏极光分光棱镜23、一偏光板24、一合光棱镜(x-prism)25、一第一光阀26、一第二光阀27、一第三光阀28及一镜头，且将一白色光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26～28调变处理。下面皆以第一～第三光阀26～28为导通时作说明，且为说明上的方便，在以下的说明中将被S极化的第一、第二、第三色光分别标示为31S、32S、33S，另将被P极化的第一、第二、第三色光分别标示为31P、32P、33P，但是在图中并未标示出S、P，仍将第一、第二、第三色光分别标示为31、32、33。
该第一、第二光偏振选择器21、22，可使用ColorLink公司所制造的ColorSelect Filters产品，其作用是将具有被极化的预定色光的极性作转换，在本实施例中是将原本为S极化的第三色光33(如绿色光)转变成P极化。
该偏极光分光棱镜23，其可垂直反射S极化的色光，并让P极化的色光直接穿透。由正对图2的方向来看，该偏极光分光棱镜23是位于第一光偏振选择器21右方，且位于第二光偏振选择器22后方，其将S极化的第一、第二色光31、32(如红、蓝色光)反射向后，而令P极化的第三色光33(如绿色光)直接向右通过。因偏极光分光棱镜23的特性，当第三色光33P向右通过该偏极光分光棱镜23时，会有部份色光被反射向后，下列说明是将该部份偏漏的第三色光标示为33P′，在图中则标示为33′。
该偏光板24，为只容某一极性色光通过的栅板，在本实施例中是用以使P极化的色光通过，而S极化的色光被吸收，使通过的预定极性的各色光更为纯化。由图2来看，该偏光板24是位在该第二光偏振选择器22的前方。
该分合光棱镜25，其具有将第一、第二色光31、32(如红、蓝色光)反射，而容第三色光33P′(如绿色光)通过的特性。在图2中该分合光棱镜25是位于该偏极光分光棱镜23的后方，当第一、第二色光31、32(如红、蓝色光)向后投射至该分合光棱镜25时，分合光棱镜25令第一色光31(如红色光)向右反射，第二色光32(如蓝色光)向左反射，而第三色光33P′(如绿色光)则直接向后穿透。
该等第一～第三光阀26～28，皆为反射式光阀，可在上述第一～第三色光31～33分别投射其上且导通时，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色光。如图2所示，该第一、第二光阀26、27分别对应设在该分合光棱镜25的右、左方，而第三光阀28则设在该偏极光分光棱镜23的右方。
于使用时，当S极化的白色光3往右被投射在该第一光偏振选择器21上，借该第一光偏振选择器21将第三色光33S转变成P极化的第三色光33P，而第一、第二色光31S、32S则维持原先的S极化。接着往右抵达该偏极光分光棱镜23时，该第一、第二色光31S、32S是被该偏极光分光棱镜23反射，垂直向后抵达该分合光棱镜25，而该第三色光33P则直接穿透该偏极光分光棱镜23。且该第三色光33P并向右抵达该第三光阀28，受第三光阀28调变后送出反方向往左的S极化第三色光33S，并被该偏极光分光棱镜23垂直反射后，先经该第二光偏振选择器22将其转变成P极化的第三色光33P，再借通过偏光板24而获得更纯化的P极化第三色光33P。
上述该S极化的第一色光31S，于抵达分合光棱镜25时，是被垂直反射并向右投射在该第一光阀26上，受该第一光阀26调变后反射送出反方向往左的P极化第一色光31P，接着再经分合光棱镜25垂直反射向前，直接通过偏极光分光棱镜23后，同样先后通过前述的第二光偏振选择器22与偏光板24，以获得更纯化的P极化第一色光31P。同样地，上述该S极化的第二色光32S，也遇到该分合光棱镜25后被垂直反射，向左投射在该第二光阀27上，受该第二光阀27调变后，反射送出反方向往右的P极化第二色光32P，再经分合光棱镜25而被反射向前，直接通过偏极光分光棱镜23后，也先后通过前述的第二光偏振选择器22与偏光板24，而获得更纯化的P极化第二色光32P。
上述皆被纯化的P极化第一、第二、第三色光31P、32P、33P从偏光板24送出后，是一起通过该用以投射出各色光而合成影像的镜头，使该等色光能经由镜头投射在预设的荧幕上合成影像。
因本实施例也应用到该偏极光分光棱镜23，因此在P极化第三色光33P穿透该偏极光分光棱镜23时，也同时有其中一小部份第三色光33P′，会产生垂直反射的偏漏光情形(如图中虚线箭头所示)，因本实施例在此偏漏的第三色光33P′的光路上设有分合光棱镜25，且该分合光棱镜25会将预定波长范围的第一、第二色光31S、32S反射，而让偏漏的第三色光33P′直接向后通过，进而将此偏漏的第三色光33P′排出该反射式光阀的投影显示装置2中，以避免射出投影，其能稳定成像效果的灰阶白场座标，且影像的对比也可确实提高，而使显示器品质提升。
如图3所示，为本发明反射式光阀的投影显示装置的第二实施例，本实施例装置大致与第一实施例相同，该反射式光阀的投影显示装置4也包含有一第一光偏振选择器41、一第二光偏振选择器42、一偏极光分光棱镜43、一偏光板44、一第一光阀46、一第二光阀47、一第三光阀48及一镜头，其令二具有分色镀膜的分光棱镜451、452来取代分合光棱镜，借以处理该第一、第二、第三色光51、52、53。在本实施例中也以光阀为导通的情况来说明。该二具有分色镀膜的分光棱镜分别为一第一分光棱镜451及一第二分光棱镜452，于该第一、第二分光棱镜451、452间具有一空气间隙453，该第二分光棱镜452是设在该偏极光分光棱镜43的后方，其隔空面向该偏极光分光棱镜43的前侧面具有一第二全反射界面454，而邻近该第一分光棱镜451后侧面设有一第二分光界面455，以在该第二分光棱镜452中具有可使第二色光52全反射的环境，而令该第一、第三色光51、53通过该第二分光界面455。所以当第一、第二色光51、52由偏极光分光棱镜43反射向后投射时，该第一色光51是直接向后穿透该第二分光棱镜452，该第二色光52则在第二分光棱镜452中，先后于第二分光界面455、第二全反射界面454处产生反射及全反射，而后送至第二光阀47中调变处理，并改变极性反射回第二分光棱镜452中经过全反射及反射后，再通过该偏极光分光棱镜43、第二光偏振选择器42与偏光板44，而获得更纯极化的第二色光52。该第一分光棱镜451是设在该第二分光棱镜452后方，其面向该空气间隙453的前侧面具有一第一全反射界面456，而邻近该第一光阀46后侧面上设有一第一分光界面457，以在该第一分光棱镜451中造成可使第三色光53产生全反射的环境，且其可使该第一色光51通过该第一分光界面457。当第一色光51向后抵达该第一分光棱镜451时，是直接穿透该第一分光棱镜451抵达该第一光阀46，经过第一光阀46的调变后，被改变极性地反方向反射往前，通过该第一分光棱镜451、偏极光分光棱镜43、第二光偏振选择器42与偏光板44，而获得更纯极化的第一色光51。当该第三色光53通过该偏极光分光棱镜43时，也会有小部份的第三色光偏漏而被反射向后，此偏漏的第三色光53′是直接往后穿透第二分光镜452，在抵达第一分光棱镜451后，会在该第一分光棱镜451中被第一分光界面457反射，再被第一全反射界面456全反射，而后由第一分光棱镜451左侧边射出，以避免此偏漏的第三色光53′重回进入该反射式光阀的投影显示装置4中。经镜头射出投影，其能稳定成像效果的灰阶白场座标，提高其影像的对比度，以提升显示器品质。
此外，可令该第一分光棱镜在第一色光及偏漏的第三色光抵达时，分别使该第一色光在此第一分光棱镜中产生全反射，而进入第一光阀中调变，并使该偏漏的第三色光直接穿透射出，其也能达到摒除该偏漏的第三色光的效果。
如图4所示，为本发明反射式光阀的投影显示装置的第三实施例，该反射式光阀的投影显示装置6在该偏极光分光棱镜61后方，也设有中间隔具一空气间隙62的第一、第二分光棱镜63、64，其与第二实施例不同之处在于该第一分光棱镜63在面向该空气间隙62的前侧面上具有一第一全反射界面631，并在该第一分光棱镜63后侧面上设有一第一分光界面632，且该第一分光界面632可容该第三色光73′通过，而将第一色光71反射，所以当第一色光71向后抵达该第一分光棱镜63时，于该第一分光棱镜63中被该第一分光界面632反射，送至第一全反射界面631产生全反射，以投射抵达该第一光阀65，受第一光阀65的调变处理。由该偏极光分光棱镜61投射而来的偏漏第三色光73′，是直接穿透该第二分光棱镜64及第一分光棱镜63向外射出，以避免此偏漏的第三色光73′重回进入该反射式光阀的投影显示装置6中。
综上所述，本发明确能提供一种实用的反射式的投影显示装置，其利用一合光棱镜或二具分色镀膜的分光棱镜，在分离该第一、第二色光外，更可将偏漏的第三色光摒除射出，使其不会重回进入并由镜头投射，本发明能稳定成像效果的灰阶白场座标，且提高其影像的对比度，而使显示器品质提升。
权利要求
1.一种反射式光阀的投影显示装置，其特征在于包含一偏极光分光棱镜、一分合光棱镜、一第一光阀、一第二光阀及一第三光阀，可将一光源光束分离出可合成该光束的第一、第二、第三色光，该第一、第二色光与第三色光的极性正交，上述第一～第三色光分别受该第一～第三光阀调变，于光阀导通时改变极性后反射，再经由镜头输出投影；该偏极光分光棱镜，设置于所述光源射出第一～第三色光的光路上，第一、第二色光投射至分合光棱镜处，该第三色光通过而投射至第三光阀处；及该分合光棱镜，设置在该偏极光分光棱镜输出第一、第二色光的方向上，可将第一、第二色光分别投射至第一、第二光阀处，且容第三色光穿透通过。
2.如权利要求1所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在该第一～第三色光进入该偏极光分光棱镜前的光路上，设有一第一光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时改变第三色光的极性。
3.如权利要求1所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在所述镜头与该偏极光分光棱镜间设有一第二光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时用以改变第三色光的极性。
4.如权利要求3所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在所述镜头与该第二光偏振选择器间设有一偏光板。
5.一种反射式光阀的投影显示装置，其特征在于包含一偏极光分光棱镜、一第一分光棱镜、一第二分光棱镜、一第一光阀、一第二光阀及一第三光阀，将一光源光束分离出可合成该光束的第一、第二、第三色光，该第一、第二色光与第三色光的极性正交，上述第一～第三色光分别受该第一～第三光阀调变，且于光阀导通时改变极性后反射，再经由镜头输出投影；该偏极光分光棱镜，设置于所述光源射出第一～第三色光的光路上，第一、第二色光投射至该第二分光棱镜处，该第三色光通过而投射至该第三光阀处；该第二分光棱镜，设置在该偏极光分光棱镜输出第一、第二色光的方向上，其令第二色光投射至第二光阀处，将第一、第三色光通过且送至第一分光镜处；及该第一分光棱镜，设置在该第二分光棱镜输出第一、第三色光的方向上，将第一色光投射至第一光阀处，且令第三色光射出。
6.如权利要求5所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在该第一、第二分光棱镜间具有一空气间隙。
7.如权利要求5所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于该第二分光棱镜于面向偏极光分光棱镜的一侧面具有为一第二全反射界面，面向第一分光棱镜的一侧面具有一第二分光界面，该由偏极光分光棱镜投射来的第二色光，被该第二分光界面反射后，于第二全反射界面处全反射，以抵达该第二光阀处，其可容第一、第三色光通过；该第一分光棱镜则于面向第二分光棱镜的一侧面具有为一第一全反射界面，于背向第二分光棱镜的一侧面具有一第一分光界面，由第二分光棱镜投射来的第一色光通过抵达第一光阀，而第三色光被该第一分光界面反射后，又于第一全反射界面处全反射后输出。
8.如权利要求5所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于第二分光棱镜于面向偏极光分光棱镜的一侧面具有为一第二全反射界面，于面向第一分光棱镜的一侧面具有一第二分光界面，使由偏极光分光棱镜投射来的第二色光，被该第二分光界面反射后，又于第二全反射界面处全反射，以抵达该第二光阀处，其可容第一、第三色光通过；该第一分光棱镜则于面向第二分光棱镜的一侧面具有为一第一全反射界面，于其另一侧面具有一第一分光界面，由第二分光棱镜投射来的第一色光被该第一分光界面反射后，又于第一全反射界面处全反射后抵达第一光阀，而该第三色光可直接通过输出。
9.如权利要求5所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在该第一～第三色光进入该偏极光分光棱镜前的光路上，设有一第一光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时改变第三色光的极性。
10.如权利要求5所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在所述镜头与该偏极光分光棱镜间设有一第二光偏振选择器，其能供第一～三色光通过时用以改变第三色光的极性。
11.如权利要求10所述的反射式光阀的投影显示装置，其特征在于在所述镜头与该第二光偏振选择器间设有一偏光板。
全文摘要
一种反射式光阀的投影显示装置，其可用来将一极性相反的第一、第二色光与第三色光分别受第一～第三光阀调变，而后经由镜头投影，该投影显示装置包含一偏极光分光棱镜及一分合光棱镜或二分光镜，借由偏极光分光棱镜将第三色光投射至第三光阀处，并将第一、二色光分离投射到一分合光棱镜或二分光镜处，而分合光棱镜或二分光镜可将第一、第二色光分别投射至第一、第二光阀处，而容偏漏的第三色光穿透射出。本发明可避免偏漏的第三色光重回进入而经镜头射出投影，其能稳定成像效果的灰阶白场坐标，提高影像的对比度，以提升显示器品质。
文档编号G02B27/18GK1412599SQ01136239
公开日2003年4月23日 申请日期2001年10月11日 优先权日2001年10月11日
发明者庄福明, 詹胜雄 申请人:大亿科技股份有限公司