专利名称：液晶投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影系统，特别是指一种具有三个液晶面板的液晶投影系统。
背景技术：
近年来液晶投影系统已由原本的单片式液晶面板(LCD Liquid Crystal Device)升级到三片式液晶面板，做为影像信号的来源，尤其是三片式 LCoS(Liquid Crystal on Silicon)面板的设计更能表现出高分辨率、高色彩表现 度，以及高对比度的投影影像。关于现有使用三片式LCoS面板的液晶投影系统，请参考美国专利US 6,454,416，该系统中需要在两个偏极分光镜(PBS Polarization Beam Splitter) 与一个双色棱镜(DichroicPrism)之间增加其它的光学组件，例如可对单色光 转换光极性的选色相位板(selected-wavelength phase plate),与可增加光程(Light Path)的玻璃片等；另夕卜，再参考美国专利US 6,819,497，该系统中除了两个偏 极分光镜与一个双色棱镜之间也有选色相位板与玻璃片之外，更增加了第三个 偏极分光镜。对组装精度要求很高的三片式LCoS面板的液晶投影系统，每一偏极分光 镜与双色棱镜之间黏合的相对位置必需有相当严格的公差，才能使从三个 LCoS面板反射回来的光线能精准地重叠，让投影产生的影像有高分辨率的表 现；随着LCoS面板制作水准的提升，位于LCoS面板上的像素(pixel)尺寸愈 来愈小，如此，每一偏极分光镜与双色棱镜之间黏合的相对位置公差愈来愈严 格，而上述专利中在各偏极分光镜与双色棱镜之间尚有其它光学组件需要黏合 的设计，将明显让组装时的困难度增加。另外，各偏极分光镜、双色棱镜与其它光学组件之间的黏合界面也会造成影像对比度的下降，原因是在操作状态下，所有组件与黏合用的胶材都会因吸 收光线而产生温度的升高，因各组件的温度不同与各材质之间的热膨胀系数不 同，造成做为黏合界面的胶材会因材质较软而产生形变应力，导致该胶材产生应力双折射(Stress Birefringence)现象，如此，从三个LCoS面板反射回来的 光线在通过这些胶材后，会使投影输出的影像有对比度下降的负面效果。综合上述，在现有使用三片式LCoS面板的液晶投影系统中，如果在各偏 极分光镜与双色棱镜之间尚有其它光学组件的设计，将会使得组装时的困难度 增加，投影影像的对比度下降。发明内容因此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的液晶投影系统组装 困难、投影影像对比度下降的缺陷，提供一种可以减少需要黏合的光学组件及 增加对比度的液晶投影系统。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种液晶投影系统， 包含光源模块、光管理模块、信号模块，及投影镜头。该光源模块输出呈第一 极性的光束；该光管理模块包括分离该光束成第一色光与双色光的分色镜、多 个分别反射该第一色光与双色光的反射件、供该双光色转换成第二极性的相位 板、供呈第一极性的第一色光输入的第一偏极分光镜、黏合于该第一偏极分光 镜并供呈第二极性的双色光输入的第二偏极分光镜，及黏合于该第二偏极分光 镜并供分离该双色光成第二色光与第三色光的双色棱镜；该信号模块包括邻近 该第一偏极分光镜并供该第一色光的第一极性转换成第二极性的第一影像单 元，及邻近该双色棱镜并分别供该第二、第三色光的第二极性转换成第一极性 的第二影像单元与第三影像单元，另外，每一影像单元供对应的色光含有影像 信号；该投影镜头邻近该第二偏极分光镜，并供该第二偏极分光镜内含有影像 信号的这些色光投影输出。本发明的有益效果在于该第一偏极分光镜与双色棱镜分别黏合于该第二 偏极分光镜的两侧，这些组件之间没有其它的光学组件，如此不但减少需要黏 合的光学组件，也增加投影输出的对比度。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中-图1是本发明液晶投影系统的第一较佳实施例的光路示意图； 图2是本发明液晶投影系统的第二较佳实施例的光路示意图； 图3是本发明液晶投影系统的第三较佳实施例的光路示意图； 图4是本发明液晶投影系统的第四较佳实施例的光路示意图； 图5是本发明液晶投影系统的第五较佳实施例的光路示意图； 图6是本发明液晶投影系统的第六较佳实施例的光路示意图； 图7是本发明液晶投影系统的第七较佳实施例的光路示意图；以及 图8是本发明液晶投影系统的第八较佳实施例的光路示意图。
具体实施方式
有关本发明所述的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的 八个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组 件是以相同的标号来表示。参阅图l，说明本发明液晶投影系统的第一较佳实施例，本发明液晶投影 系统1包含有光源模块2、光管理模块3、信号模块4，以及投影镜头5。该光源模块2包括可输出白色光束21的光源22、以及依序排列于该光源 22输出方向的积分透镜数组(Integrated lens array) 23与偏极滤光片 (Polarization Filter) 24;当该光束21由该光源22输出并通过该积分透镜数组 23后，该光束21的能量被均匀化而且圆形的分布被转换成矩形的分布；之后， 通过该偏极滤光片24，该光束21再由双极性被转换成只呈第一极性。该光管理模块3包括将该光束分离成第一色光211与双色光212的分色镜 (Dichroic Mirror) 31、两个供反射该第一色光的反射件32、供反射该双色光的 反射件33、两个分别供聚焦该第一色光与双色光的聚焦透镜34、用于将该双 光色212转换成第二极性的相位板(Phase Plate)35、供呈第一极性的第一色光211输入的第一偏极分光镜(PBS Polarization Beam Splitter)36、紧密黏合于该第 一偏极分光镜36并供呈第二极性的双色光212输入的第二偏极分光镜37，以 及紧密黏合于该第二偏极分光镜37并用于将该双色光212分离成第二色光 213与第三色光214的双色棱镜(Dichroic Prism) 38;其中，该第一、第二偏 极分光镜36、 37分别沿该投影镜头5的光轴方向紧密黏合，而该双色棱镜38 与该相位板35分别位于该第二偏极分光镜37的相反两侧且垂直于该光轴方 向，而第一、第二偏极分光镜36、 37与双色棱镜38分别是由两个直角棱镜制 成。该信号模块4提供整个液晶投影系统1中这些色光2U、 213、 214的影像 信号，并包括邻近该第一偏极分光镜36以及用于将该第一色光211的第一极 性转换成第二极性的第一影像单元41，以及邻近该双色棱镜38并分别用于将 该第二、第三色光213、 214的第二极性转换成第一极性的第二影像单元42 与第三影像单元43，其中，该第二、第三影像单元42、 43的其中一个是与该 投影镜头5位于该光管理模块3的同一侧。该投影镜头5邻近该第二偏极分光镜37，并用于投影输出整个液晶投影 系统1的影像。在本第一较佳实施例中，该光源模块2中呈第一极性的光束21是呈S极 的白色光束21。另外，在该光管理模块3中，该分色镜31是让绿色光反射并 供红色光与蓝色光通过的分色镜，因此，该第一色光211是緑色光，该双色光 212是由红色光与蓝色光组成；其中该第二色光213是蓝色光，该第三色光214 是红色光。而这些反射件32、 33是多个可反射光线的反射镜；而该相位板35 是供该双色光212由S极转换成P极(即第二极性)的半波片；而该第一、第二 偏极分光镜36、 37分别是供P极色光通过而S极色光反射的偏极分光镜；而 该双色棱镜38是让蓝色光反射并供红色光通过的双色棱镜38。另外，在该信 号模块4中，该第一影像单元41是将该第一色光211的第一极性转换成第二 极性并含有影像信号的LCoS面板，该第二、第三影像单元42、 43分别是供 该第二、第三色光213、 214的第二极性转换成第一极性并含有影像信号的 LCoS面板。以下用本第一较佳实施例中的各组件，说明该光源模块2输出呈S极的光 束21，如何在该光管理模3与信号模块4之间行进，并最后由该投影镜头5投影输出-当该S极白色光束21行进至该分光镜31，其中该绿色光被分离并反射， 之后，依序经两个反射件32与聚焦透镜34后进入该第一偏极分光镜36，因 为该第一偏极分光镜36是P极偏极分光镜，因此，呈S极的縁色光被反射后 朝该第一影像单元41方向行进，该第一影像单元41使得该縁色光由S极转换 成P极并含有该第一影像单元41的影像信号，之后，由该第一影像单元41 反射回该第一偏极分光镜36，再依序通过第一、第二偏极分光镜36、 37之后 输出，接着，进入该投影镜头5。另外，当该S极白色光束21行进至该分光镜31，其中的红色光与蓝色光 可通过该分光镜31并组成该双色光212，之后，依序经反射件33与聚焦透镜 34后通过该半波片35，而该半波片35使该双色光212由S极转换成P极， 之后，进入第二偏极分光镜37，因为该第二偏极分光镜37是P极偏极分光镜， 因此，呈P极的双色光212可直接通过并进入该双色棱镜38，而该双色棱镜 38可将双色光212中的蓝色光分离并反射，而让双色光212中的红色光色通 过；其中，该蓝色光朝该第二影像单元42方向行进，而该第二影像单元42 使得该蓝色光由P极转换成S极并含有该第二影像单元42的影像信号，之后， 由该第二影像单元42反射回该双色棱镜38，再反射进入该第二偏极分光镜37， 之后再由该第二偏极分光镜37反射输出并进入该投影镜头5;另外，该红色 光则朝该第三影像单元43方向行进，而该第三影像单元43使得该红色光由P 极转换成S极并含有该第三影像单元43的影像信号，之后，由该第三影像单 元43反射回该双色棱镜38，再依序通过该双色棱镜33与第二偏极分光镜37， 之后再由该第二偏极分光镜37反射输出并进入该投影镜头5。由于这些影像单元41 、42、43到第二偏极分光镜37之间的光程是相同的， 所以最后含有影像信号的这些色光211、 213、 214会在该第二偏极分光镜37 内混合后才进入该投影镜头5，如此，可投影输出高色彩表现度的影像。值得一提的是，为因应本液晶投影系统l其它设计需求的考量，各组件之间的光路设计也可以如下变化该绿色光从离开该分色镜31到进入该第一偏 极分光镜36前，也可以只依序经一个反射件32与聚焦透镜34;或者，该双 色光212从离开该分色镜31到进入该第二偏极分光镜37前，也可以依序经两 个反射件33、聚焦透镜34、以及相位板35;或者，也可以将反射件33或聚 焦透镜34设置在该相位板35与第二偏极分光镜37之间。参阅图2，说明本发明液晶投影系统1的一第二较佳实施例，其中与第一 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37是 由三个直角棱镜制成。参阅图3，说明本发明液晶投影系统l的一第三较佳实施例，其中与第一 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37与 双色棱镜38是由四个直角棱镜制成。参阅图4，说明本发明液晶投影系统1的一第四较佳实施例，其中与第一 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37是 由三个直角棱镜制成，且该双色棱镜38的一边长是短于该第二偏极分光镜37 的一边长，换句话说，该双色棱镜38的截面积是小于第二偏极分光镜37的截 面积。参阅图5，说明本发明液晶投影系统l的一第五较佳实施例，其中与第一 较佳实施例的差异在于该信号模块4的第二、第三影像单元42、 43分别与 该投影镜头5位于该光管理模块3的不同侧，且该第二影像单元42与第一影 像单元41位于该光管理模块3的同一侧。参阅图6，说明本发明液晶投影系统l的一第六较佳实施例，其中与第五 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37是 由三个直角棱镜制成。参阅图7，说明本发明液晶投影系统l的一第七较佳实施例，其中与第五 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37与 双色棱镜38是由三个直角棱镜与一个平行四边形柱镜制成。参阅图8，说明本发明液晶投影系统l的一第八较佳实施例，其中与第五 较佳实施例的差异在于该光管理模块3的第一、第二偏极分光镜36、 37是由三个直角棱镜制成，且该双色棱镜38的边长是短于该第二偏极分光镜37 的边长，换句话说，该双色棱镜38的截面积是小于第二偏极分光镜37的截面 积。归纳上述实施例，本发明液晶投影系统1中，该光管理模块3的第一、第 二偏极分光镜36、 37与双色棱镜38是由多个棱镜，或多个棱镜与一个平行四 边形柱镜制成，而这些组件36、 37、 38之间没有需要黏合的其它光学组件， 确实能达到本发明的目的。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范 围，即凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍 属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1. 一种液晶投影系统，其特征在于，包含光源模块，用于输出呈第一极性的光束；光管理模块，包括将所述光束分离成第一色光与双色光的分色镜、多个分别反射所述第一色光与双色光的反射件、将所述双光色转换成第二极性的相位板、供呈第一极性的第一色光输入的第一偏极分光镜、黏合于所述第一偏极分光镜并供呈第二极性的双色光输入的第二偏极分光镜，以及黏合于所述第二偏极分光镜并将所述双色光分离成第二色光与第三色光的双色棱镜；信号模块，包括邻近所述第一偏极分光镜并将所述第一色光的第一极性转换成第二极性的第一影像单元，以及邻近所述双色棱镜并分别将该第二、第三色光的第二极性转换成第一极性的第二影像单元与第三影像单元，另外，每一影像单元供对应的色光含有影像信号；以及投影镜头，邻近所述第二偏极分光镜，用于投影输出所述第二偏极分光镜内含有影像信号的这些色光。
2. 依据权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光源模块输出 呈第一极性的光束是S极光束。
3. 依据权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块的 第一、第二偏极分光镜分别沿所述投影镜头的光轴方向紧密黏合，而所述双色 棱镜沿垂直于所述光轴的方向紧密黏合于所述第二偏极分光镜。
4. 依据权利要求3所述的液晶投影系统，其特征在于，所述信号模块的第 二、第三影像单元的其中一个与所述投影镜头位于所述光管理模块的同一侧。
5. 依据权利要求4所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块的 第一、第二偏极分光镜与双色棱镜分别是由两个直角棱镜制成。
6. 依据权利要求4所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块的 第一、第二偏极分光镜是由三个直角棱镜制成。
7. 依据权利要求4所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块的 第一、第二偏极分光镜与双色棱镜是由四个直角棱镜制成。
8. 依据权利要求4所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块的 第一、第二偏极分光镜是由三个直角棱镜制成，且所述双色棱镜的截面积小于 所述第二偏极分光镜的截面积。
9. 依据权利要求3所述的液晶投影系统，其特征在于，所述信号模块的这 些影像单元分别与所述投影镜头位于所述光管理模块的不同侧。
10. 依据权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的第一、第二偏极分光镜与双色棱镜分别由两个直角棱镜制成。
11. 依据权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的第一、第二偏极分光镜由三个直角棱镜制成。
12. 依据权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的第一、第二偏极分光镜与双色棱镜是由三个直角棱镜与一个平行四边形柱镜 制成。
13. 依据权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的第一、第二偏极分光镜由三个直角棱镜制成，且所述双色棱镜的截面积小于 所述第二偏极分光镜的截面积。
14. 依据权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的多个分射件分别是两个用于反射呈第一极性的第一色光的反射件，以及一 个用于反射呈第一极性的双色光的反射件。
15. 依据权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块 的相位板是与所述双色棱镜分别位于所述第二偏极分光镜相反两侧的半波片。 16.依据权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于，所述光管理模块更包 括有两个分别供聚焦所述第一色光与双色光的聚焦透镜。
全文摘要
本发明涉及一种液晶投影系统，包含光源模块、光管理模块、信号模块，以及投影镜头。该光源模块输出呈第一极性的光束；该光管理模块包括将该光束分离成第一色光与双色光的分色镜、多个分别反射这些色光的反射件、用于将该双光色转换成第二极性的相位板、供该第一色光输入的第一偏极分光镜、供该双色光输入的第二偏极分光镜，以及用于将该双色光分离成第二色光与第三色光的双色棱镜；该信号模块包括三个影像单元，每一影像单元使对应的色光含有影像信号；该投影镜头用于投影输出该第二偏极分光镜内含有影像信号的这些色光。
文档编号G02B27/10GK101276059SQ20071009362
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月26日 优先权日2007年3月26日
发明者吴子龙, 林耿晖, 洪文郎, 熊坚智 申请人:亚洲光学股份有限公司