专利名称：反射式光学阀光学投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反射式光学阀光学投影装置，特别是一种利用双色分合光镜及三原色光的影像光学阀，并藉由适当设置，可用最少的组件而达最好全彩投影效果的光学投影装置。
背景技术：
一般反射式液晶投影光学系统具有不同的架构，例如JVC、荷兰Philip、美国Color link，RDI及Aurora-system等公司，皆有生产不同结构的反射式液晶投影装置，且几乎所有的结构都采用了X型棱镜(X-prism)，其中Colorlink和RDI系采用自创的偏振光选择片(color selector)来达到分光投影的目的。
一般而言，反射式液晶投影装置以采用X型棱镜架构为主，使其能将红、绿及蓝(RGB)三原色光分别进入三组不同的偏振光分色棱镜组(polarizingbeam splitter，PBS)，之后再行结合，三个光束为共同的设计理念，所不同之处在于投光系统的变化，投光系统的不同则在于系统的光能使用效率的差异与所占体积的大小；但由于前述投影装置的结构较为复杂，整体配置需使用较多光学组件，此外，其分色经必须考虑同一色光不同偏振状态时，其透射与反射的要求亦不同，于制作上较为困难，生产成本亦较高，且亦未能使R、G和B原色光达到最高的配色使用效能。
由于使用菱镜形的合光装置或是菱镜形的偏振分光器，使得投影系统较重，材料成本较高，而更严重的是组件因热产生折射率变化和不均匀，因为光经过菱镜形组件的路径较长，而因此累积的总合光程差的变化不小，往往会造成影像失真。而封闭的菱镜形组件，其散热也较差，所以热效应不易解决。
因此，本发明即在针对上述的缺失，提出一种反射式光学阀光学投影装置，使其不仅可有效利用空间、缩小体积，亦可简化制作程序降低生产成本。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可有效利用空间及缩小体积的反射式光学阀光学投影装置，利用双色分合光镜及三原色光的影像光学阀的新颖设计，以藉此使用最少的组件而达到最高投影使用效率(efficiency)。
本发明的另一目的是提供一种反射式光学阀光学投影装置，可使用较简单的分合光镜，并因此减少光学调整动作，而可降低生产成本。
本发明的再一目的是提供一种全彩影像投影用分光反射式光学装置，其设计使三种原色光的光程皆相等，以防止影像色彩失真。
为达到上述目的，本发明的光学投影装置包括一入射光源；一第一双色分合光镜将入射光线的第一原色光反射而与其余第二及第三原色光分离；再利用一第二双色分合光镜将此第二原色光与第三原色光予以分离；另有第一光学阀、第二光学阀及第三光学阀等三个影像调制装置分别调制由第一及第二双色分合光镜分离的该三原色光并反射之，使第一与第二双色分合光镜可分别将调制反射后的该第一与第二原色光汇集；最后利用一投射镜头汇集经调制后由该第一与第二双色分合光镜反射及透射的该三原色光，进而投射出全彩的影像。
下面藉由具体实施例并配合附图的详加说明，由此可以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。
图1为本发明之结构示意图；图2为本发明的一较佳实施例示意图。
附图标记说明10-光源；12-第一双色分合光镜；14-第二双色分合光镜；16-红光光学阀；18-绿光光学阀；20-蓝光光学阀；22-红光液晶面板；24-绿光液晶面板；26-蓝光液晶面板；28-偏振极性转换装置；30-光源；32-反射镜。
具体实施例方式
本发明是一种反射式光学阀光学投影装置，其利用双色分合光镜及三原色光的影像光学阀，藉由其位置及角度的适当设置，以利用最少的组件来达到最好的全彩投影效果。
首先请参阅图1，本发明的反射式光学阀光学投影装置包括一光源10，用以提供此投影装置所需的入射白色光W，当白色光W入射到位于其光径上的第一双色分合光镜12时，由于第一双色分合光镜12的分光区可将红色光R反射，而让绿色光G与蓝色光B透射，故可将红色光R分离出来；当透射的绿色光G与蓝色光B入射到第一双色分合光镜12后方的第二双色分合光镜14时，其中此第一双色分合光镜12与第二双色分合光镜14为交叉配置，由于第二双色分合光镜14的分光区的特性为反射绿色光G而让蓝色光B通过，故可藉由此二双色分合光镜12、14而将三种原色光RGB完全分离。
分离后的红色光R、绿色光G及蓝色光B，分别投射于作为影像调制装置的红光光学阀16、绿光光学阀18以及蓝光光学阀20上，并分别进行影像调制之后，蓝色光B会反射到第二双色分合光镜14的合光区上，仍然透射而过，并汇集自绿光光学阀18反射到第二双色分合光镜14的合光区上而反射的绿色光G之后，继续透过此第一双色分合光镜12的合光区与由红光光学阀16反射回来而被第一双色分合光镜12反射的红色光R全部合并为一高亮度且高对比彩度的全彩影像，最后再经由一投影镜头30后投射至屏幕上。
由于此光学投影装置的结构设置，其红光光学阀16以第一双色分合光镜12为参考平面而与该蓝光光学阀20相对称，且绿光光学阀18则以第二双色分合光镜24为参考平面而与蓝光光学阀20相对称，故红色光R、绿色光G及蓝色光B在该光学投影装置内所行经的路径长度皆相等，可将全彩影像的色彩失真率降至最低。
上述说明的红光光学阀16、绿光光学阀18与蓝光光学阀20的配置仅是例子，在实际的应用中，这些光学阀的位置可以交换，而第一双色分合光镜12和第二双色分合光镜14的分光和合光需求，也根据这些光学阀的位置而改变。
此反射式光学阀光学投影装置最大的特点是在双色分合光镜的结构设计，虽然分、合光由同一镜片完成，但是不管在第一或第二双色分合光镜上，分光和合光却是在不同的区域，此种设计具有一极大的优点，亦即由于分光和合光的入射角度不同，因此其镀膜的需求不尽相同，分光和合光却在不同的区域，可以让分光及合光在各自区域都达到最好的效果。若是将分光及合光重叠在同一区域内，其镀膜的需求必须同时针对两个不同角度，会使得双色分合光镜的制作较为困难，且分光和合光的效果将被打折扣。
本发明的第一与第二双色分合光镜因为分光及合光分别在各自的区域，所以可以在制作时，在分光区和合光区分别有不同的镀膜结构，也可以藉由胶合或机构，将两个不同镀膜的镜片连接成同一镜片。
接着，请再参阅图2所示的本发明另一较佳实施例示意图，其主要结构与第一图所示的实施例大致相同，然而图1中的影像调制装置的三光学阀则分别用红光液晶面板22、绿光液晶面板24及蓝光液晶面板26代替。且为配合液晶面板对光偏振性的需求与有效运用光源10的能量，可在光源10外增设一偏振极性转换装置28，将光源10的光线转换为单一极性之偏振白光Ws。如此，S偏振白光Ws经第一及第二双色分合光镜12、14分离后，成为S偏振的红色光Rs、绿色光Gs及蓝色光Bs。三种S偏振的原色光分别经由红光液晶面板22、绿光液晶面板24及蓝光液晶面板26的影像调制反射后，其极性会发生转换，分别成为P偏振的红色光Rp、绿色光Gp及蓝色光Bp，再经汇集后成为一全彩之影像光束RGBp，由投影镜头30投射而出，详细的光径则与前述实施例相同，故于此不再赘述。此外，于偏振光的光径上，还可增设一反射镜32，用以转换光线的方向，以便在有限空间内作最有效的运用。
在投影镜头30前也可以加上一极性选择组件或偏振板(polarizer)，选择经过液晶光学阀改变过的偏振光，滤掉不要的杂光，使投影出来的影像有更佳的对比(contrast)度。
另外，因为在本发明中，其使用的双色分合光镜只需对单一原色光作反射或透射，无须考虑其偏振极性的问题，故于制作上较为简便，相对的成本亦较为低廉。此外，使用同一分合光镜以完成分光合光的动作，可以大大减少整体装置所需的光学组件，并因此减少光学调整动作，故而可提高生产速度和降低生产成本。
本发明的合光功能是由一完整的镜片完成，没有如X型棱镜的接缝，因此在极高分辨率的光学投影装置中，屏幕上绝对不会出现接缝的线条，所以在极高分辨率的光学投影下，具有更明显的优点。
本发明的另一优点是合光功能由镜片完成，不是块状菱镜，因此在光学系统中，散热容易，而且在镜片中的光学路径较短，因此累积的总合光程差的变化较小，影像品质较不受温度影响。
另外，一般使用于投影装置的光源也有红外光和紫外光，随着三种原色光进入第一和第二双色分合光镜以及光学阀中时，红外光将产生热，而造成折射率变化，也可能造成额外应力，这些都将影响此光学系统的寿命和成像品质，为避免红外光的不良影响，可以在光线进入第一和第二双色分合光镜前可增设一红外线滤光片，将红外光和三种原色光分离，以避免红外光进入第一和第二双色分合光镜以及光学阀中；紫外光则可能破坏光学阀中的液晶，使得光学阀的寿命和光学装置的成像品质受到影响，为避免紫外光的不良影响，可以在光线进入第一和第二双色分合光镜前可增设一紫外线滤光片，将紫外光和三种原色光分离，以避免紫外光进入第一和第二双色分合光镜以及光学阀。
其中，上述的红外线滤光片和紫外线滤光片可为同一镜片，其做法可以是镀膜以达到将可见光和可见光波段外的光分离，也可以使用具吸收紫外线的材料，再加上镀膜以分离红外光和三种原色光。上述的红外线滤光片和紫外线滤光片亦可为不同镜片，一个将红外光和三种原色光分离，另一个将紫红外光和三种原色光分离。
因此，本发明诚为一种可有效利用空间及缩小体积的反射式光学阀光学投影装置，其利用双色分合光镜及三原色光的影像光学阀的新颖结构设计，以藉此使用最少的组件而达到最高投影使用效能(efficiency)。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的熟练技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，而不能限定本发明的范围，例如前述的影像光学阀亦可为无偏振极性要求的数字光处理器(Digital Light Processor，PLD)；所以，凡依本发明所揭示精神所作的均等变化或修饰的，仍应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种反射式光学阀光学投影装置，包括一入射光源，提供一入射光线；一第一双色分合光镜，其位于光源投射光线的光径上，该第一双色分合光镜将入射光线的第一原色光反射而与其余第二及第三原色光分离；一第二双色分合光镜，位于该光源投射光线的光径上，该第二双色分合光镜将经第一双色分合光镜分离的第二原色光与第三原色光分离；三光学阀，包含作为影像调制装置的第一光学阀、第二光学阀及第三光学阀，这三光学阀分别调制由第一及第二双色分合光镜分离的三原色光并反射之，使第一与第二双色分合光镜可分别将调制反射后的第一与第二原色光汇集；以及一投射镜头，其汇集经调制后由第一与第二双色分合光镜反射及透射的三原色光，以投射出全彩的影像。
2.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中第一光学阀与第三光学阀以第一双色分合光镜为参考平面作对称配置，且该第三光学阀与该第二光学阀以该第二双色分合光镜为参考平面作对称配置。
3.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中第一双色分合光镜与该第二双色分合光镜可交叉配置。
4.如权利要求3所述的反射式光学阀光学投影装置，其中第一光学阀、第二光学阀及第三光学阀的角度配置，可使调制反射后的第三原色光光径、调制后再经第二双色分合光镜反射的第二原色光光径以及调制后再经该第一双色分合光镜反射的第一原色光光径相互重叠。
5.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中第一光学阀、第二光学阀及第三光学阀分别为红色液晶面板、绿色液晶面板及蓝色液晶面板。
6.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中第一光学阀、第二光学阀及第三光学阀分别为数字光处理器(DLP)。
7.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在该入射光源外还设有一极性转换装置，使该入射光线进入该第一和第二双色分合光镜前先经过该极性转换装置。
8.如权利要求1或5所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在该入射光源外还设有一极性选择组件，使该光线进入该第一和第二双色分合光镜前先经过该极性选择组件。
9.如权利要求1或5所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在该光线离开该第一与第二双色分合光镜后，在该投射镜头前还设置一极性选择组件。
10.如权利要求1、5或6所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在该光源外可增设一反射镜，用以改变光束投射的方向。
11.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中该二双色分合光镜的分光和合光区域互不重叠。
12.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中该二双色分合光镜的分光和合光区域在同一镜片上，且由不同镀膜条件所构成。
13.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中该二双色分合光镜的分光和合光区域由不同镜片，并经由胶合而形成一镜片。
14.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中该二双色分合光镜的分光和合光区域由不同镜片，并经由机构组合而形成一镜片。
15.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在第一与第二双色分合光镜前增设一红外线滤光片，将红外光和该三原色光分离，以避免红外光进入该第一和第二双色分合光镜及该光学阀。
16.如权利要求1所述的反射式光学阀光学投影装置，其中在第一与第二双色分合光镜前增设一紫外线滤光片，将紫外光和该三原色光分离，以避免紫外光进入该第一和第二双色分合光镜及该光学阀。
17.如权利要求15或16所述的反射式光学阀光学投影装置，其中该红外线滤光片和该紫外线滤光片可以做在同一镜片上，也可以分属不同的镜片。
全文摘要
本发明公开了一种反射式光学阀光学投影装置，包括一提供白光的光源，二双色分合光镜置于光源投射的光径上，使其可做分光及合光。第一双色分合光镜可将第一原色光反射，而让其余两种原色光穿透；第二双色分合光镜则将穿透第一双色分光镜之两种原色光分别反射与透射，进而将三原色光完全分离；该等原色光再经由光学阀调制并反射后，再分别由第一及第二双色分合光镜合光，汇集成一全彩影像后经由一投影镜头射出去。本发明可用最少的组件来达到最好全彩投影效果。
文档编号G03B21/00GK1558265SQ20041003924
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月9日 优先权日2004年2月9日
发明者林书仪, 林清富 申请人:容大科技有限公司