CN1200559C - 可用来显示电子影像的投影显示装置 - Google Patents

Abstract

提供一种显示电子影像的投影显示装置，包括光源，用以产生极性不同的红绿蓝三色极化光；三个调制单元，每一调制单元以反射的方式调制单色极化光，并改变其极性以显示电子影像；分光棱镜组，包括沿对角线排列的第一分色镜和第三分极镜，沿另一对角线排列的第一和第二分极镜，以及设置在第二和第三分极镜之间的第一极性转换镜。第一分色镜、第一和第二分极镜、及第一极性转换镜是将光源的红绿蓝三色极化光分化为红绿蓝三单色光，并将其分别导入三个调制单元以改变三单色光的极性，并以反射的方式产生三调制光输入第三分极镜，将三调制光合成为一输出光束，以显示电子影像。

Description

可用来显示电子影像的投影显示装置

技术领域

本发明提供一种投影显示装置，尤其是提供一种可用来显示电子影像的投影显示装置。

背景技术

参照图1。图1为公知的液晶投影机的投影显示装置10结构示意图。投影显示装置10包含有一近似白色的光源12，用来产生光线；一均匀照射光装置14，其设于光源12前方，用于将光源12发出的光线转换成照度均匀且近似方形的光束；一分色装置16，用于将光源12所产生的光线分成红(R)、绿(G)、蓝(B)三种不同颜色的输入光线；一近似方形的三色棱镜18，其包括三个输入面及一个输出面，用于将红绿蓝三束不同颜色的输入光线合成为一束输出光线而输出；三光调制装置20由单色液晶板构成，分别设于三色棱镜18的三个输入面前方，用来调制三束输入的光线，以产生内含有电子影像的输出光线；三个聚焦镜片17、19、21，分别设置在三光调制装置20前，用以将分色装置16所产生的红绿蓝三束输入光线聚集于三光调制装置20上；以及一投影镜头22，设置在分色棱镜18的输出面的前方，用以将三色棱镜18所产生的输出光线投射到一荧幕24上。其中，光调制装置20由透明的单色液晶显示器构成，用以显示一单色的电子影像。三色棱镜18则将三个单色液晶显示器20所产生的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包括一第一分色镜26，用以将均匀照射光装置14所产生的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26所产生的红色输入光线反射至聚焦镜片17，一第二分色镜28，用来分离其余的二种色光，例如将蓝色输入光线由分色镜26的反射光线中以反射的方式分出并传至聚焦镜片19，而绿色输入光线则由该第二分色镜28透过，并经由二片透镜30以及二片反射镜32传入聚焦镜片。由分色装置16的结构很明显看出，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以及一个反射镜，两者的光程大致相等，但是绿色输入光线的光程则比红色及蓝色输入光线的光程长很多。由于距离不同将影响光线的照度。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分别设置在二片反射镜32的前端，用来聚焦光线以解决绿色输入光线因传递的距离过长而产生照度不足和均匀度不同的问题。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的成本提高。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内所走过的光短长短不一而引起的。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种投影显示装置，其可利用一分光棱镜来解决上述的光程长短不一的问题，并且可以简化公知的投影显示装置10的光学设计。

本发明提供一种可用来显示电子影像的投影显示装置，其包括一光源，用以产生极性不同的红绿蓝三色极化光，其提供由一单色极化光及一双色极化光所构成的三色极化光，且该双色极化光中的一极化色光的极化方向，必须与另外二个极化色光不同；三个调制单元，每一调制单元用来以反射的方式调制一单色极化光，并改变其极性以显示一电子影像；一分光棱镜组，其包括沿一对角线排列的一第一分色镜和一第三分极镜，沿另一对角线排列的第一及第二分极镜，以及设置在第二和第三分极镜之间的一第一极性转换镜(retarder film)。其中，第一分色镜、第一及第二分极镜、以及第一极性转换镜是用以将光源的红绿蓝三色极化光分化为红绿蓝三单色光，并将其分别导入三个调制单元，以改变红绿蓝三单色光的极性，并以反射的方式产生三调制光输入第三分极镜，将三调制光合成为一输出光束，以显示电子影像。

附图说明

图1是公知的液晶投影机的投影显示装置的结构示意图；

图2是本发明液晶投影机的投影显示装置的结构示意图；

图3是分光棱镜组的结构示意图；

图4是调制单元的结构示意图；

图5是本发明的投影显示装置的光源装置的结构示意图；

图6和图7分别为本发明的光源装置及投影显示装置的另一实施例的结构示意图。

附图中符号说明：

40、110投影显示装置       42光源装置

50分光棱镜组              52投影镜头

54荧幕                    60A～E棱镜

70第一极性转换镜

76反射式影像调制装置

78四分之一波长延迟装置    80光源

82光极化装置

44、46、48调制单元

62、86、88、102、112分色镜

64、66、68分极镜

84、100分光装置

90、92、104、106反射镜

94、108二分之一波长延迟装置

具体实施方式

参照图2到图4。图2为本发明液晶投影机的投影显示装置40的结构示意图。图3为分光棱镜组50的结构示意图。图4为调制单元的结构示意图。投影显示装置40包括有一光源装置42，三个调制单元44、46和48，一分光棱镜组(dichroic-polarization beam splitter prism)50，以及一投影镜头52。光源装置42用于产生照度均匀且极性不同的红绿蓝三色极化光，也就是说，产生的三色极化光中有一色极化光的极化方向与另外二色极化光的极化方向不同。例如本发明的光源装置42所产生的极化光为红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光，其中绿(G*)色极化光的极化方向与红(G)、蓝(B)二色极化光的极化方向不同。调制单元44、46和48是用来以反射的方式调制一单色极化光并改变其极化。分光棱镜组50则是用来接受红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光，并将其分别导入三个调制单元44、46和48中以进行调制，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设于分光棱镜组50的输出面的前方，用于将分光棱镜组50所产生的输出光线投射至一荧幕54上。

分光棱镜组50是以五块三角形的棱镜60A、60B、60C、60D、60E构成，并且分别在五块棱镜60A、60B、60C、60D、60E的接触面上镀上一层镀膜做为镜面。分光棱镜组50包括一第一分色镜62，一第一分极镜66，一第二分极镜68，一第三分极镜64，以及一第一极性转换镜(retarder film)70。第一分色镜62、第三分极镜64沿分光棱镜组50的对角线排列设置，而第一及第二分极镜66、68则沿分光棱镜组50的另一对角线排列设置。第一极性转换镜70则设置在第二和第三分极镜68、64之间。

每一调制单元44、46和48均如图4所示，各单元包括一反射式影像调制装置76，用来以反射的方式调制一入射光以产生一反射光，以及一四分之一波长延迟装置78，用来将入射光及反射光各延迟四分之一波长，以使调制单元所产生的反射光与入射光相差二分之一波长，从而造成其极性相反。其中，反射式影像调制装置76可由一数字式微镜面装置或一反射式液晶显示器构成。

如图2所示，当光源装置42所产生的照度均匀且极性不同的红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光，进入分光棱镜组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(G)、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的镀膜设计，使得反射入射的S型极化光而穿透P型极化光，所以第一分极镜66分将蓝(B)色极化光以反射的方式导入第一调制单元48，并经由第一调制单元48改变极性后，反射成蓝(B*)色调制光而穿透过第一分极镜66，并导向第三分极镜64。第二分极镜68的镀膜设计，也使得反射入射的S型极化光而穿透P型极化光，所以属于S型极化光的红(R)光反射至第二调制单元44后，再经调制、反射并改变其极化方向为P型极化光，穿透过第二分极镜68。原属P型极化光的绿(G*)光则先穿透过第二分极镜68至第三调制单元46，再经调制、反射并改变其极化方向为S型极化光而由第二分极镜68反射。然后，从第二及第三调制单元44、46以射回的红色(R*；P型)及绿色(G；S型)调制光，将经由第一极性转换镜70导向第三分极镜64。第一极性转换镜70将红色调制光(R*；P型)的极性转变成另一极性(R；S型)，但不改变绿色调制光(G；S型)的极性。第三分极镜64的设计也使得反射入射的S型极化光而穿透P型极化光，所以来自第一分极镜66的蓝(B*)色调制光将被穿透，而来自第二分极镜68的红(R)色、绿(G*)色调制光则将被反射，并共同合成一输出光束进入投影镜头52内。这样，本发明的投影显示装置40便简单的利用分光棱镜组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，最后再由第三分极镜64将蓝(B*)、绿(G)及红(R)三色调制光合成为一输出光束，透过投影镜头52投射至荧幕54上。

由于分光棱镜组50是利用分色镜62及分极镜64、66、68的组合，将白光中红、绿、蓝三束不同颜色光线加以分离，并分别导入相应的光调制装置中进行调制，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的三色极化光，且该双色极化光中的一极化色光的极化方向，必须与另外二个极化色光不同，才可使其经过分光棱镜组50的分光分极后，能依照设计而共同输出成一输出光束至投影镜头52中。

参照图5，图5为本发明投影显示装置40的光源装置42的结构示意图。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，设置在光源80前，用来将灯管80发出的白光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包含有二个分色镜86、88，用来将红、绿、蓝三色光加以分离或合并，二个反射镜90、92，用来反射光线，以及一个二分之一波长延迟装置94，用来转变单色极化光或双色极化光的极性，以产生极性不同的红绿蓝三色极化光。当极性相同的三色极化光(RGB)进入分光装置84后，分色镜86将绿光(B)以透射的方式分出，并经由反射镜72反射，穿过二分之一波长延迟装置94变成绿(G*)色的极化光，再利用分色镜88反射输出分光装置84，而红(R)、蓝(B)光则依次被分色镜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的三色极化光(RG*B)。这样，光源装置42产生的极性不同的三色极化光(RG*B)由图2的第一分色镜62入射至分光棱镜组50中。

参照图6和图7，其是本发明另一实施例的分光装置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仅包含一个分色镜102、二个反射镜104、106以及一个二分之一波长延迟装置108，即可产生极性不同的红(R)、绿(G*)、蓝(B)三色极化光，其线(G*)色极化光与红(R)、蓝(B)二色的极化光的输出方向形成一垂直角度，然后由图7分光棱镜组50的两个相互垂直的输入面射入分光棱镜组50的第一分色镜112中。投影显示装置110的第一分色镜112的镀膜成分，与投影显示装置40的第一分色镜62的镀膜成分不同，第一分色镜112将反射绿(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。

此外，上述第一极性转换镜70将调制后的红色光束的极性转变成另一极性，但不影响绿色光束的极性。然而，也可采用将绿色光束的极性转变成另一极性，但不影响红色光束极性的第一极性转换镜70，此时仅需要在第一与第三分极镜66、64之间设置这种极性转换镜，以改变蓝色光束的极性，即可使单色光束(蓝色)与双色光束(红色及绿色)的极性不同，于是，第三分极镜64即可分别以反射及穿透的方式将调制后的单色光束(蓝色)与双色光束(红色及绿色)合成为一输出光束，并投射至荧幕54上。

从投影显示装置40、110的结构可很明显的看出，红、绿、蓝三色输入光线在投影显示装置40、110内所通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所示的公知的液晶投影机的投影显示装置10相比较，本发明的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的优选实施例，凡是根据本发明权利要求所做出的等同变化与修改，都属于本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种投影显示装置，其包括：

一光源，用以产生极性不同的红绿蓝三色极化光，其提供由一单色极化光及一双色极化光所构成的三色极化光，且该双色极化光中的一极化色光的极化方向，必须与另外二个极化色光不同；

第一、第二及第三调制单元，每一调制单元是用来以反射的方式调制一单色极化光，并改变其极性；

一分光棱镜组，其包括一第一分色镜，一第一分极镜，一第二分极镜，以及一第三分极镜，所述第一分色镜及第三分极镜沿一对角线排列，而所述第一及第二分极镜沿另一对角线排列；

一第一极性转换镜，设于所述第二与第三分极镜之间；

其中，所述第一分色镜用以将光源的三色极化光分为一第一单色光及一双色光，并将其分别传至所述第一及第二分极镜，第一分极镜将第一单色光导向所述第一调制单元，并将该第一调制单元反射的第一调制光导向第三分极镜，第二分极镜将双色光根据其极性分成二个单色光，并分别导向第二及第三调制单元，然后再将第二及第三调制单元反射的第二及第三调制光，经由第一极性转换镜导向第三分极镜，第一极性转换镜将第二及第三调制光束中的一调制光束的极性，转变成另一极性，而第三分极镜将第一、第二及第三调制光合成为一输出光束。

2.如权利要求1的投影显示装置，其中还包括一投影镜头，用于将所述第三分极镜的输出光束投射至一荧幕上。

3.如权利要求1的投影显示装置，其中所述分光棱镜组由一近似方形的分光棱镜构成，所述第一分色镜及第三分极镜沿分光棱镜组的对角线排列，而所述第一及第二分极镜沿分光棱镜组的另一对角线排列。

4.如权利要求1的投影显示装置，其中所述光源的三色极化光由一单色极化光及一双色极化光构成，所以单色及双色极化光由第一分色镜的相反两面射入第一分色镜。

5.如权利要求1的投影显示装置，其中所述光源的三色极化光是一单一光束，其由所述第一分色镜的一面射入第一分色镜。

6.如权利要求1的投影显示装置，其中所述第一分极镜将第一单色光以反射的方式传导向第一调制单元，而第一调制单元反射的第一调制光则透过第一分极镜而传至第三分极镜。

7.如权利要求1的投影显示装置，其中所述第一分极镜将第一单色光以透射的方式传导向第一调制单元，而第一调制单元透射的第一调制光则透过第一分极镜而传至第三分极镜。

8.如权利要求1的投影显示装置，其中所述第二分极镜将双色光中的第二单色光以反射的方式导向第二调制单元，并将双色光中的第三单色光以透射的方式导向第三调制单元，第二调制单元反射的第二调制光则透过第二分极镜而传至第三分极镜，而第三调制单元反射的第三调制光则由第二分极镜以反射的方式导向第三分极镜。

9.如权利要求1的投影显示装置，其中每一调制单元包括一个反射式影像调制装置，用反射的方式调制一入射光以产生一反射光，以及一个四分之一波长延迟装置，用以将所述入射光及反射光各延迟四分之一波长，以使调制单元所产生的反射光与入射光的极性相反。

10.如权利要求9的投影显示装置，其中所述反射式影像调制装置是一数位式微镜面装置。

11.如权利要求9的投影显示装置，其中所述反射式影像调制装置是一反射式液晶显示器。

12.如权利要求1的投影显示装置，其中所述光源包括一灯管，用以产生无极性的红绿蓝三色光，一光极化装置，用以将无极性的三色光转换成三色极化光，一分光镜组，用以将三色极化光分成一单色极化光和一双色极化光，以及一波长延迟装置，用以转变该单色极化光或双色极化光的极性，从而产生极性不同的红绿蓝三色极化光。

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