专利名称：可用来显示电子影像的投影显示装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种投影显示装置，尤其涉及一种可用来显示电子影像的投影显示装置。
请参阅
图1，它是现有液晶投影机之投影显示装置10之结构示意图。投影显示装置10包含有一近似白色之光源12，用来产生光线；一光均匀化装置(uniform illumination optical device)14设于光源12之前，用来将光源12发出之光线转换成照度均匀且近似方形之光束；一分色装置16，用来将光源12所产生之光线分成红(R)、绿(G)、蓝(B)三束不同颜色之输入光线；一近似方形之分色棱镜(trichromatic prism)18，其包含有三输入面及一输出面，用来将红绿蓝三束不同颜色之输入光线合成为一束输出光线输出；三光调变装置(modulationdevice)20，由单色液晶板(liquid crystal panels)所构成，分别设于分色棱镜18之三输入面前，用来调节三束输入的光线以产生内含有电子影像之输出光线；三聚焦镜片17、19、21，分别设于三光调变装置20前，用来将分色装置16所产生之红绿蓝三束输入光线聚集于三光调变装置20上；以及一投影镜头22，设于分色棱镜18之输出面前，用来将分色棱镜18所产生的输出光线投射至一荧幕24上。其中，光调变装置20系由透明之单色液晶显示器所构成，用来显示一单色之电子影像。分色棱镜18则会将三个单色液晶显示器20所产生之三个单色影像合成为一个彩色影像并由其输出面输出。
分色装置16包含有一第一分色镜(dichroic mirror)26，用来将光均匀化装置14所产生之方形白色光束中先分离出一种色光，例如可以透射的方式先分出红色输入光线，一反射镜27，用来将分色镜片26所产生之红色输入光线反射至聚焦镜片17，一第二分色镜28，用来分离其余二种色光，例如将蓝色输入光线由分色镜26之反射光线中以反射的方式分出并传至聚焦镜片19，而绿色输入光线则是由该第二分色镜28通过，并经由二片透镜30以及二片反射镜32传入聚焦镜片21。由分色装置16的结构很明显的可以看出，红、蓝、绿三色输入光线在分色装置16内所走过的光程长短不一样。红色以及蓝色输入光线各经过一个分色镜片以及一个反射镜，两者的光程约略相等，但是缘色输入光线的光程则比红色及蓝色输入光线多出很多。由于距离不同会影响光线的照度，因此为了弥补绿色输入光线因光程较长而产生的照度损失，二片透镜30分别被置于二片反射镜32的前端用来聚集光线以弥补绿色输入光线因传送的距离过远而产生照度不足与均匀度不同的问题。然后二片透镜30的设置使绿色输入光线所经过的光程变得更为复杂，并使投影显示装置10之成本提高。这些问题都是因为分色装置16所产生的红、蓝、绿三色输入光线在分色装置16内所走过的光程长短不一而引起的。
本发明的主要目的在于提供一种可用来显示电子影像的投影显示装置，它结构非常简单，造价较低，使用效果也比较好，并且解决上述之光程长短不一的问题。
本发明的目的是这样实现的，一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，它包含有一光源，用来产生极性不同之红绿蓝三色极化光；第一、第二及第三调变单元，每一调变单元系用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性；一分光镜组，其包含有一第一分色镜，一第二分色镜，一第一分极镜，以及一第二分极镜，该二分色镜及该二分极镜系相互垂直，且该第一及第二分色镜沿一对角线排列，而该第一及第二极镜沿另一对角线排列；其中该第一分色镜用来将该光源之三色极化光分为一第一单色光及一双色光，并将其分别传至该第一及第二分级镜，该第一分极镜会将该第一单色光导向该第一调变单元，并将该第一调变单元反射而回之第一调变光导向该第二分色镜，该第二分极镜会将该双色光依据其极性分成二单色光并分别导向该第二及第三调变单元，而后再将该第二及第三调变单元反射而回之第二及第三调变光导向该第二分色镜，该第二分色镜则会将该第一、第二及第三调变光合成为一输出光束。
由于采用了上述的技术解决方案，利用一分光棱镜来解决了光程长短不一的问题，并简化现有投影显示装置10的光学设计，使本发明之投影显示装置的结构非常简单，造价较低，而且效果也比较好。
下面结合本发明的实施例附图对本发明作进一步的说明。
图1为现有液晶投影机之投影显示装置之结构示意图；图2为本发明液晶投影机之投影显示装置之结构示意图3为分光棱镜之结构示意图；图4为调变单元之结构示意图；图5为本发明投影显示装置之光源装置之结构示意图；图6和图7分别为本发明之光源装置及投影显示装置之另一实施例之结构示意图。
请参阅图2至图4，图2为本发明之液晶投影机之投影显示装置40之结构示意图，图3为分光棱镜50之结构示意图，图4为调变单元之结构示意图。投影显示装置40包含有一光源装置42，三调变单元44、46和48，一分光棱镜(dichroic-polarization beam splitter prism)50，以及一投影镜头52。光源装置42系用来产生照度均匀且极性不同之红绿蓝三色极化光，也就是说此产生之三色极化光中有一色极化光之极化方向与另外二色极化光之极化方向不同。例如本发明之光源装置42所产生的极化光为红(R)、绿(G*)蓝(B)三色极化光，其中绿(G*)色极化光之极化方向与红(R)、蓝(B)二色极化光之极化方向不同。调变单元44、46和48是用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性。分光棱镜50则是用来接受红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光并将其分别导入三调变单元44、46和48中进行调变，改变其极性后再将三单色极化光合成为一束输出光线输出。投影镜头52是设于分光棱镜50之输出面前，用来将分光棱镜50所产生之输出光线投射至一屏幕54上。
分光棱镜50是以四块大小一样的三角形棱镜60所构成，并分别在四块棱镜60的接触面上镀上一层镀膜作为镜面。分光棱镜50包含有一第一分色镜62，一第二分色镜64，一第一分极镜66，以及一第二分极镜68。分色镜62、64及分极镜66、68系以相互垂直方式设立，即第一及第二分色镜62、64系沿分光棱镜50之一对角线排列设立，而第一及第二分极镜66、68则沿分光棱镜50之另一对角线排列设立。
每一个调变单元44、46和48均如图4所示一般，各包含有一反射式影像调变装置(mirror-type light modulator)76，用来以反射的方式调变一入射光以产生一反射光，以及一四分之一波长延迟装置(quarter-wave retarder)78，用来将入射光及反射光各延迟四分之一波长以使调变单元所产生之反射光与入射光相差二分之一波长而造成其极性相反。其中，反射式影像调变装置76可由一数字式微镜面装置(digital micro-mirror device)或一反射式液晶显示器(mirror-type liquidcrystal display)所构成。
当光源装置42所产生之照度均匀且极性不同之红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光进入分光棱镜50后，第一分色镜62将以反射的方式分出蓝(B)色极化光并传至第一分极镜66，而红(R)、绿(G*)双色极化光则透射通过第一分色镜62并传至第二分极镜68。在此，第一分极镜66之镀膜设计是使入射之P型极化光反射而S型极化光穿透，故第一分极镜66会将蓝(B)色极化光以反射之方式导入第一调变单元48，并经由第一调变单元48改变极性后反射成蓝(B*)色调变光而穿通过第一分极镜66。第二分极镜68之镀膜设计亦是使入射之P型极化光反射而S型极化光穿透，故属于P型极化光之红(R)光即反射至第二调变单元44后，再经调变、反射并改变其极化方向为S型极化光而穿通过第二分极镜68。原属S型极化光之绿(G*)光则先穿通过第二分极镜68至第三调变单元46，再经调变、反射并改变其极化方向为P型极化光而被第二分极镜68反射至第二色镜64。第二分色镜64之设计为使蓝光反射、红光及绿光皆穿透，故来自第一分极镜66之蓝(B*)色调变光会反射而来自第二分极镜68之红(R)色、绿(G*)色调变光则会穿透并共同合成一输出光束进入投影镜头52内。如此本发明之投影显示装置40便简单的利用分光棱镜50，将红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光射入第一分色镜62后，经过分光、分极的安排转换，最后再由第二分色镜64将蓝(B*)、绿(G)及红(R*)三色调变光合成为一输出光束通过投影镜头52投射至荧幕54上。
由于分光棱镜50是利用二组分色镜62、64及分极镜66、68的组合来将白光中红、绿、蓝三束不同颜色光线加以分离并分别导入相对之光调变装置之中进行调变，因此在入射光线的要求上，光源装置42必须提供由一单色极化光及一双色极化光所构成之三色极化光，且该变色极化光中之一极化色光的极化方向序与另外二个极化色光不同，才可使其经过分棱镜50之分光分极后能依照设计而共同输出成一输出光束至投影镜头52中。
请参考图5，图5为本发明之投影显示装置40之光源装置42之结构示意图。光源装置42包含有一灯管80，用来产生由红绿蓝(RGB)三色非极化光所组成的白光，一光极化装置82，设于光源80之前，用来将灯管80发出之白光WW*(RR*GG*BB*)转换成红绿蓝(RGB)三色极化光，以及一分光装置84，用来将极性相同的三色极化光(RGB)转换成不同极性的三色极化光(RG*B)。分光装置84包含有二分色镜86、88，用来将红、绿、蓝三色光加以分离或合并，二反射镜90、92，用来反射光线，以及一二分之一波长延迟装置(half-wave retarder)94，用来转变单色极化光或变色极化光之极性以产生极性不同之红绿蓝三色极化光。当极性相同的三色极化光(RGB)进入分光装置84后，分色镜86会将绿光(G)以透射的方式分出并经由反射镜92反射而穿过二分之一波长延迟装置94变成绿(G*)色之极化光，再利用分色镜88反射输出分光装置84，而红(R)、蓝(B)光则依序被分色镜86、反射镜90反射后穿透过分色镜88输出分光装置84，如此便可得到极性不同之三色极化光(RG*B)。如此，光源装置42便能产生之极性不同的三色极化光(RG*B)而由图2的第一分色镜62入射至分光棱镜50中。
请参考图6和图7，其显示本发明另一实施例之分光装置100及投影显示装置110的结构示意图。分光装置100与分光装置84的不同之处在于分光装置100仅包含有一分色镜102、二反射镜104、106以及一二分之一波长延迟装置(half-wave retarder)108，即可产生极性不同之红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光，唯其绿(G*)色极化光与红(R)、蓝(B)二色之极化光的输出方向会形成一垂直角度，然后由图7分光棱镜50之两个相互垂直的输入面射入分光棱镜50的第一分色镜112中。投影显示装置110之第一分色镜112之镀膜成分与投影显示装置40之第一分色镜62之镀膜成分不同，第一分色镜112会反射绿(G*)光及蓝(B)光而让红(R)光透射穿过；此外，投影显示装置110的其他组成元件则与投影显示装置40相同。
由投影显示装置40、110的结构很明显的可以看出，红、绿、蓝三色输入光线在投影显示装置40、110内所走过的光程距离大约相等，而且光程非常的短，因此投影显示装置40、110不需要使用任何多余的透镜及反射镜的组件，来帮助分离各个输入光线或弥补因光程长短上的差异而产生的照度变化。与图1所示之现有液晶投影机之投影显示装置10相比较，本发明之投影显示装置的结构非常简单，造价较低，而且效果也比较好。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明专利之涵盖范围。
权利要求
1.一种可用来显示电子影像的投影显示装置。其特征在于，它包含有一光源，用来产生极性不同之红绿蓝三色极化光；第一、第二及第三调变单元，每一调变单元系用来以反射的方式调变一单色极化光并改变其极性；一分光镜组，其包含有一第一分色镜，一第二分色镜，一第一分极镜，以及一第二分极镜，该二分色镜及该二分极镜系相互垂直，且该第一及第二分色镜沿一对角线排列，而该第一及第二极镜沿另一对角线排列；其中该第一分色镜用来将该光源之三色极化光分为一第一单色光及一双色光，并将其分别传至该第一及第二分级镜，该第一分极镜会将该第一单色光导向该第一调变单元，并将该第一调变单元反射而回之第一调变光导向该第二分色镜，该第二分极镜会将该双色光依据其极性分成二单色光并分别导向该第二及第三调变单元，而后再将该第二及第三调变单元反射而回之第二及第三调变光导向该第二分色镜，该第二分色镜则会将该第一、第二及第三调变光合成为一输出光束。
2.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，它另包含有一投影镜头，用来将该第二分色镜之输出光束投射至一屏幕上。
3.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该分光镜组由一近似方形之分光棱镜所构成，该第一及第二分色镜系沿该分光棱镜之一对角线排列，而该第一及第二分极镜系沿该分光棱镜之另一对角线排列。
4.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该光源之三色极化光由一单色极化光及一双色极化光所构成，该单色及双色极化光系由该第一分色镜之相反两面射入该第一分色镜。
5.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该光源之三色极化光为一单一光束，由该第一分色镜之一面射入该第一分色镜。
6.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该第一分极镜会将该第一单色光以反射的方式导向该第一调变单元，而该第一调变单元反射而回之第一调变光则会通过该第一分极镜而传至该第二分色镜。
7.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该第一单色光会经由该第一分极镜而传至第一调变单元，而该第一调变单元反射而回之第一调变光则会经由该第一分极镜导向该第二分色镜。
8.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该第二分极镜会将该双色光中之第二单色光以反射的方式导向该第二调变单元，以及将该双色光中之第三单色光以透射的方式导向该第三调变单元，该第二调变单元反射而回之第二调变光则会通过该第二分极镜而传至该第二分色镜，而该第三调变单元反射而回之第三调变光则会由该第二分极镜以反射的方式导向该第二分色镜。
9.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，每一调变单元包含有一反射式影像调变装置，用来以反射的方式调变一入射光以产生一反射光，以及一四分之一波长延迟装置，用来将该入射光及反射光各延迟四分之一波长以使该调变单元所产生之反射光与该入射光的极性相反。
10.如权利要求9所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该反射式影像调变装置系为一数字式微镜面装置。
11.如权利要求9所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该反射式影像调变装置系为一反射式液晶显示器。
12.如权利要求1所述的一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其特征在于，该光源包含有一灯管，用来产生无极性之红绿蓝三色光，一光极化装置，用来将该无极性之三色光转换成三色极化光，一分光镜组，用来将该三色极化光分成一单色极化光及一双色极化光，以及一波长延迟装置，用来转变该单色极化光或双色极化光之极性以产生该极性不同之红绿蓝三色极化光。
全文摘要
一种可用来显示电子影像的投影显示装置,包含一光源,用来产生极性不同之红绿蓝三色极化光;三调变单元,分别以反射的方式调变一单色极化光并改变其之极性以显示一电子影像;一分光镜组,其包含有二分色镜以及二分极镜。其中,一分色镜及该二分极镜用来将该光源之红绿蓝三色极化光分化为红绿蓝三单色光,并将其分别导入该三个调变单元来改变其之极性,以反射的方式产生三调变光输入另一分色镜中将该三调变光合成为一输出光束以显示该电子影像。
文档编号G02B27/18GK1255647SQ9812303
公开日2000年6月7日 申请日期1998年11月27日 优先权日1998年11月27日
发明者林尚毅 申请人:致伸实业股份有限公司