专利名称：具有偏极化偏差补偿装置的离轴式液晶投影仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离轴式液晶投影仪，特别是涉及一种具有补偿偏极化偏差装置的离轴式液晶投影仪。
为了将预录的光学影像数据依照人类视觉的生理条件重建，目前液晶投影仪，均使用能发射涵盖可见光波长范围光束的白炽光源，其所发射的白光首先被规范转换为线偏极化光，再区分为三原色光束。预先纪录的影像数据则被区分为红、绿、蓝的分色影像数据，之后分别呈现于由多个晶体细胞组成的各对应液晶片上，各线偏极化分色光束分别入射至对应的液晶片，使各入射光束接受液晶片上不同晶体细胞位置显示的影像数据的调制，而改变个别的偏极化条件，最后经过极化分析片(analyzer)滤留符合预定极化方向的分量，再由诸如合光棱镜的一合光装置将三色光束叠合，汇集为携带完整光学影像数据的一输出光束，经过一组投影镜头组投射至屏幕或墙面上，完成光学影像的重建。
其中，采用反射式光学结构时，为避免入射至液晶片的分色光束与被调制反射的光束共平面而相互干扰，必须将入射光与反射光的光轴偏离各液晶片的法线方向，使入射光轴与液晶片的法向之间形成一倾斜角度，这就是“离轴式”液晶投影仪。
一种现有的离轴式液晶投影仪7及其光学结构8，如
图1与图2所示，将光源70所发射的光束经过透镜阵列71、72均匀化，由P-S转换器73将线偏极化P分量转换为S分量，再经透镜组74聚光，构成线偏极化的未调制混色光90，并以一向上倾斜角度入射至一X-型分色镜81，该X-型分色镜81是由一片具有反射红光镀膜的分色镜片811与一片具有反射蓝光镀膜的分色镜片812彼此垂直设置而成，由此，可将混色光束区分为分别向左右反射的红、蓝光束91、93、以及直接穿透的绿色光束92，在红、绿、蓝分色光束91、92、93射出X-型分色镜81方向的途中，分别设置有偏振片821、822、823，使分色光束以较符合预期的线偏极化方向入射至对应的液晶片831、832、833，经过液晶片的调制，被调制的分色光束94、95、96再分别经过一对应极化分析片841、842、843进入X-型合光棱镜85，并汇整为输出光束97，以供投影镜头组75投射至屏幕(图中未示出)。
当施加电压至液晶片中的晶体细胞时，会使晶体细胞中的液晶分子的排列方式扭转，因此改变了入射的线偏极化光的偏极化方向，所以可利用位于液晶片下游的极化分析片过滤筛选，使得被不同晶体细胞调制的分色光束产生出对应于预录的光学影像数据的强弱变化。但是实际状况并非如此理想，从开始的未调制光束90，其偏极化情况便不单纯，不但有未完全转换为线偏极化S分量的P分量掺杂其中，更有如圆偏极化或椭圆偏极化的分量混杂。而如X-型分色镜之类的光路元件在分色过程中，也会改变传播光束的一些偏极化状况。至于专门用于滤除不符合预期偏极化方向分量的偏振片与极化分析片，也都很难达到理论上应有的绝对效果。
如图3所示，当一束光束经过S方向偏振片61进行过滤，过滤之后的线偏极化S分量正向进入如一偏极化分光器(polarized beamsplitter，简称PBS)62时，理论上S分量会被完全反射，而以九十度转折角的方式发射出，且射出的光束中不应含有P分量，然而从传感器69真正测量射出的反射光束中可以发现，如图4所示，在光束的中央部分或许可如预期的需求，但是在图标的上下两侧，则出现了非预期的P分量，且P分量的大小随着远离中央而更趋明显。为了更详细地显示此现象，如图5所示，在图3的PBS 62的右侧增加一P方向偏振片63，可获得如图6所示的P方向分量分布。若如图7所示，在图3的右侧设置一反射镜64，理论上反射至反射镜的S分量在返回PBS 62时应完全沿原途返回，在PBS 62的左侧不会测量到任何信号，而实际上则如图8所示，在PBS 62左侧则出现了同时兼具P分量与S分量的漏光，且随着远离中央部分而逐渐增强。由此证明，用于分离P分量与S分量的光路元件，实际效果并非理想。换句话说，设计者虽可主观假设上述投影仪的光学结构中，红、绿、蓝各色光的传播途径与转折方向不会造成彼此差异，但是实际运作时，光路中的诸多现有光路元件则未必理想，反而会引入众多不确定的因素。
另一方面，为简化光学设计，目前的光学结构中，光束的传播都只以光束中心的一主光线来代表，并假设光束的波前为一平面，光束即为平行光。但是目前最常见的实际使用光源为高压放电灯，其发光区为灯泡的两电极间的一段距离，光线四散之下，无论如何处理都无法避免大约涵盖二十度角的一大角度扩散，如图9所示，由图2的横向剖面观察红光的反射，当入射光束90以二十度张角入射至如X-型分色镜81时，由分色镜811左上方反射的夹角α，相比于分色镜右下方的夹角β便产生明显的差异，因此，经过偏振片821及液晶面板831再反射至极化分析片，并汇整投射产生的影像数据，在投影至屏幕时，呈现出左右两侧的红光亮度不均匀的现象。
所以依照上述结构设计的液晶投影仪，即使将输入电信号调至最低，屏幕上也无法显示应有的黑场，反而经常出现红、蓝色光与绿色光的不均匀分布，导致产生成品品质不佳，且无法被消费者接受的困境。
依据上述目的，本实用新型的特征是，在分色装置至各该液晶片和/或各该液晶片至该合光装置之间，至少其中的一个分色光束光程中设置有一光学相位调整装置，通过调整光束的相位，来补偿其偏极化偏差。
具体讲，本实用新型涉及一种具偏极化偏差补偿装置的离轴式液晶投影仪，它包含
一光源；一分色装置；多个接收外界影像数据信号并将其转换为光学影像数据的液晶片；和一合光装置；其中，分色装置至各液晶片和/或各液晶片至合光装置之间，至少其中在一分色光束光程中设置有一光学相位调整装置。
该分色装置是将来自该光源的光束，依照波长大小区分为与这些液晶片数目相对应的多个分色光束，并分别入射至各该对应的液晶片上，再依照各该液晶片所呈现的光学影像数据，改变各该入射分色光束的偏极化条件，并由合光装置汇聚为携带影像数据的一输出光束。该光学相位调整装置可以是一二分之一波片。这个二分之一波片被设置在这些液晶片中的一个与该合光装置之间的位置。光学相位调整装置可以是一个四分之一波片，它可以被设置在分色装置与各液晶片中的一个以及液晶片至合光装置之间的位置。所述的分色装置也可以是一X型分色镜。
另外，所述的合光装置可以是一合光棱镜，并且该合光棱镜面向各个液晶片方向的表面，且分别具有一极化分析片。
由于红、蓝色光与绿色光的左右分布情况相对不均匀，所以既可在红、蓝色光光程中增加此相位调整装置，也可放置在绿色光的光程中，本实施例是将一1/2波片16设置于绿色光的液晶片13与合光棱镜15之间，且既然是针对左右不均匀的现象，此1/2波片16的涵盖范围也只大致涵盖绿色光束覆盖范围的一半，并为了避免来自横直分布的透镜阵列的光束照射后出现明显的纵向条纹，1/2波片16是以一倾斜的方向设置的，其形状如
图12所示。
当然，此处的光学相位调整装置并非局限于二分之一波片，如
图13所示，本实用新型的第二较佳实施例的光学结构与前一实施例的主要差异在于相位调整装置为一1/4波片16′，并且为了避免线偏极化光通过1/4波片16′之后改变为圆偏极化光而不易处理，此1/4波片16′需同时分布于自分色镜11′至对应绿色光的液晶片13′、以及液晶片13′至合光棱镜15′之间。当然，本领域技术人员可以依照本实用新型所描述的装置，参照实际投射出的影像的不均匀图案，设计更复杂而精确的光学相位调整镜片，以补偿此偏极化偏差。
综上所述，本实用新型所描述的装置，确实可达到上述补偿离轴式液晶投影仪偏极化偏差的目的，使产品投射的影像均匀化，并能确实反应黑场的增进效果。
权利要求1.一种具偏极化偏差补偿装置的离轴式液晶投影仪，其特征在于，它包含一光源；一分色装置；多个接收外界影像数据信号并将其转换为光学影像数据的液晶片；和一合光装置；该投影仪的特征为，该分色装置至各该液晶片和/或各该液晶片至该合光装置之间，至少其中的一分色光束光程中设置有一光学相位调整装置。
2.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，该光学相位调整装置是一二分之一波片。
3.如权利要求2所述的投影仪，其特征在于，该二分之一波片是被设置于这些液晶片中的一个与该合光装置之间。
4.如权利要求1所述的投影仪，其特征在于，该光学相位调整装置是一四分之一波片，并且被设置于该分色装置与各该液晶片中的一个及该液晶片至该合光装置之间。
5.如权利要求1至4中的任何一项所述的投影仪，其特征在于，该分色装置是一X型分色镜。
6.如权利要求1至4中的任何一项所述的投影仪，其特征在于，该合光装置是一合光棱镜，并且该合光棱镜面向各个液晶片方向的表面，且分别具有一极化分析片。
专利摘要本实用新型提供一种具有偏极化偏差补偿装置的离轴式液晶投影仪，其特征在于，分色装置至各该液晶片及/或各该液晶片至该合光装置之间，至少其中的一分色光束光程中设置有一光学相位调整装置，通过调整光束的相位，补偿其偏极化偏差。
文档编号G02B27/28GK2532499SQ02204318
公开日2003年1月22日 申请日期2002年1月28日 优先权日2002年1月28日
发明者宗瑞瑶, 熊坚智 申请人:世界颠峰科技股份有限公司