色彩分合的光學系統及其使用此光學系統的液晶投影裝置的製作方法
2023-09-20 14:42:10
專利名稱：色彩分合的光學系統及其使用此光學系統的液晶投影裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學系統及其在液晶投影裝置上的應用，特別是有關於利用其降低漏光的現象，提高液晶投影機投影畫面對比的色彩分合的光學系統及其使用此光學系統的液晶投影裝置。
圖2顯示另一種習知的色彩分合的光學系統。如圖2所示，另一種習知的色彩分合的光學系統20包括一個綠/洋紅色選擇器1、一個紅/藍色選擇器2、兩個偏振光束分光器5、7、一個光路徑長度補償器13以及三個反射式液晶面板9、11、12。
然而，參考圖1，於習知的光學系統10中，綠/洋紅色選擇器1無法將s偏振光束L0完全轉換成p偏振的綠光g1以及s偏振的洋紅光m1。也就是，綠/洋紅色選擇器大約產生1％的s偏振綠光。相同地，參考圖1，紅/藍色選擇器無法將s偏振洋紅光m1完全轉換成p偏振的紅光r1以及s偏振的藍光b1。也就是，紅/藍色選擇器大約產生1％的s偏振紅光。
相同地，參考圖2，於習知的另一光學系統20中，綠/洋紅色選擇器1無法將s偏振光束L0完全轉換成s偏振的綠光g1以及p偏振的洋紅光m1。也就是，綠/洋紅色選擇器大約產生1％的s偏振洋紅光。相同地，參考圖2，紅/藍色選擇器無法將p偏振洋紅光m1完全轉換成p偏振的紅光r1以及s偏振的藍光b1。也就是，紅/藍色選擇器大約產生1％的p偏振藍光。
未完全轉換的顏色光將造成漏光現象；進一步，未完全轉換的顏色光破壞顯示畫面的對比值。
本發明的一個目的是提供一種色彩分合的光學系統，其包括一第一色選擇器(color selector)、一第一窄波段偏振器(narrow bandpolarizer)、一第一偏振光束分光器、一第二色選擇器、一第二窄波段偏振器、一第二偏振光束分光器、三個反射式液晶面板(LCOS displaypanel)、一第三偏振光束分光器、一第三色選擇器、一第四偏振光束分光器以及一第四色選擇器。
本發明的另一目的是提供一種液晶投影系統，其包括一光源、一放大率變化光學轉換系統(power variation optical relay system)、一偏振轉換系統(polarization conversion system)、一色彩分合的光學系統以及一投射光學系統。
本發明的一特徵在於，上述第一窄波段偏振器吸收未被第一色選擇器轉換成第一波長範圍的p偏振光。也就是，在第一波長範圍內，第一窄波段偏振器具有穿透率大體為零的s偏振光的穿透頻譜。
本發明的另一特徵在於，上述第二窄波段偏振器吸收未被第二色選擇器轉換成第二波長範圍的p偏振光。也就是，於第二波長範圍內，第二窄波段偏振器具有穿透率大體為零的s偏振光的穿透頻譜。
本發明的再一特徵在於，上述第二窄波段偏振器吸收未被第二色選擇器轉換成第二波長範圍的s偏振光。也就是，在第二波長範圍內，第二窄波段偏振器具有穿透率大體為零的p偏振光的穿透頻譜。
本發明的目的是這樣實現的一種色彩分合的光學系統，適用於將一s偏振光轉換成一p偏振色彩影像，其包括一第一色選擇器，將上述s偏振光轉換成一p偏振第一頻帶光、一s偏振第二頻帶光與一s偏振第一頻帶光；一第一窄波段偏振器，用以將上述p偏振第一頻帶光與上述s偏振第二頻帶光通過該第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一頻帶光通過該第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一頻帶光藉由該第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二頻帶光通過該第一偏振光束分光器；一第二色選擇器，將上述s偏振第二頻帶光轉換成一p偏振第三頻帶光、一s偏振第四頻帶光與一s偏振第三頻帶光；一第二窄波段偏振器，用以將上述p偏振第三頻帶光與上述s偏振第四頻帶光通過該第二窄波段偏振器，且防止上述s偏振第三頻帶光通過該第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三頻帶光藉由該第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四頻帶光通過該第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述p偏振第一頻帶光藉由該第三偏振光束分光器反射；一第一反射式液晶面板，將上述p偏振第一頻帶光反射成一s偏振第一頻帶影像，且上述s偏振第一頻帶影像通過上述第三偏振光束分光器；一第二反射式液晶面板，將上述p偏振第三頻帶光反射成一s偏振第三頻帶影像，且上述s偏振第三頻帶影像通過上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，將上述s偏振第四頻帶光反射成一p偏振第四頻帶影像，且上述p偏振第四頻帶影像藉由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色選擇器，將上述s偏振第三頻帶影像與上述p偏振第四頻帶影像結合成一p偏振第二頻帶影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二頻帶影像，且使上述s偏振第一頻帶影像通過；以及一第四色選擇器，轉換上述s偏振第一頻帶影像成一p偏振第一頻帶影像後，將上述p偏振第一頻帶影像與上述p偏振第二頻帶影像結合成上述p偏振色彩影像輸出。
一種使用本發明的光學系統的液晶投影系統，其包括一發出s偏振光的光源系統；前述的色彩分合的光學系統，將上述s偏振光轉換成一p偏振色彩影像；以及一投射光學系統，投射來自上述色彩分合的光學系統的上述p偏振色彩影。
本發明的一優點在於，利用上述窄波段偏振器，減少漏光。
本發明的另一優點在於，藉由上述窄波段偏振器，降低液晶投影系統顯示畫面的暗態的亮度，增加對比值。
圖1是一種習知的色彩分合的光學系統示意圖；圖2是另一種習知的色彩分合的光學系統示意圖；圖3是本發明第一實施例的色彩分合的光學系統；圖4是本發明的第一實施例中，第一窄波段偏振器的一穿透頻譜圖；圖5是本發明的第一實施例中，第二窄波段偏振器的一穿透頻譜圖；圖6是本發明的第二實施例的色彩分合的光學系統；圖7是本發明的第二實施例中，第一窄波段偏振器的一穿透頻譜圖；圖8是本發明的第二實施例中，第二窄波段偏振器的一穿透頻譜圖；圖9是使用上述光學系統的液晶投影系統。
符號說明1第一色選擇器 2第二色選擇器；3第三色選擇器 4第四色選擇器；5第一偏振光束分光器；6第二偏振光束分光器；7第三偏振光束分光器；8第四偏振光束分光器；9、11、12反射式液晶面板；10、20、30、40、80色彩分合的光學系統；31第一窄波段偏振器；32第二窄波段偏振器；41第一窄波段偏振器；42第二窄波段偏振器；50光源；
60放大率變化光學轉換系統；70偏振轉換系統；90投射光學系統；100 液晶投影系統；L0、L3、L6s偏振光；LI、L7p偏振色彩影像；M1s偏振洋紅光； g1p偏振彩光；g1』 s偏振綠光； g2s偏振錄影像；g3s偏振綠光；g4p偏振錄影像；r1p偏振紅光；r1』 s偏振紅光；r2s偏振紅影像； r3p偏振紅光；r4s偏振紅影像； b1s偏振藍光b2p偏振藍影像； b3s偏振藍光；b3』 p偏振藍光； b4p偏振藍影像；m2p偏振疊加影像；m3p偏振洋紅光；m3』 s偏振洋紅光m4s偏振疊加影像。
在本發明的實施例中，上述第一色選擇器1將一s偏振光L0轉換成一s偏振的洋紅光m1、一p偏振的綠光g1與少許的s偏振的綠光g1』。接著，s偏振的洋紅光m1與p偏振的綠光g1通過上述第一窄波段偏振器31。
圖4是顯示本發明的實施例中第一窄波段偏振器的s偏振穿透頻譜圖。如圖4所示，對於s偏振的可見光，波長範圍約500nm至600nm的s偏振光的穿透率大體為零。因此，未完全藉由第一色選擇器轉換成p偏振的綠光，也就是少許的s偏振的綠光g1』，將被此第一窄波段偏振器31吸收。
接著，s偏振的洋紅光m1通過上述第一偏振光束分光器5，且入射上述第二色選擇器2。上述第二色選擇器2將s偏振的洋紅光m1轉換成一s偏振的藍光b1、一p偏振的紅光r1與少許的s偏振的紅光r1』。接著，s偏振的藍光b1與p偏振的紅光r1通過上述第二窄波段偏振器32。
圖5概要地顯示本發明的實施例中，第二窄波段偏振器的一s偏振穿透頻譜圖。如圖5所示，對於s偏振的可見光，波長範圍約600nm至800nm的s偏振光的穿透率大體為零。因此，未完全藉由第二色選擇器轉換成p偏振的紅光，也就是少許的s偏振的紅光r1』，將被此第二窄波段偏振器32吸收。
接著，參考圖3，p偏振的彩光g1藉由第一偏振光束分光器5反射後，p偏振的綠光g1入射上述第三偏振光束分光器7。接著，p偏振的綠光g1藉由第三偏振光束分光器7反射後，p偏振的綠光g1入射一反射式液晶面板9。接著藉由上述反射式液晶面板9將上述p偏振綠光g1調製產生一s偏振的綠色影像g2。接著，s偏振的綠色影像g2通過上述第三偏振光束分光器7，s偏振的綠色影像g2入射上述第四偏振光束分光器8。接著，s偏振的綠色影像g2通過上述第四偏振光束分光器8後，入射上述第四色選擇器4。
接著，參考圖3，s偏振的藍光b1通過上述第二偏振光束分光器6後，s偏振的藍光b1入射一反射式液晶面板12。接著，藉由上述反射式液晶面板12將上述s偏振藍光b1調製產生一p偏振的藍色影像b2。接著，p偏振的藍色影像b2藉由上述第二偏振光束分光器6反射後，p偏振的藍色影像b2入射上述第三色選擇器3。
接著，參考圖3，p偏振的紅光r1藉由上述第二偏振光束分光器5反射後，p偏振的紅光r1入射一反射式液晶面板11。接著，藉由上述反射式液晶面板11將上述p偏振紅光r1調製產生一s偏振的紅色影像r2。接著，s偏振的紅色影像r2通過上述第二偏振光束分光器6後，s偏振的紅色影像r2入射上述第三色選擇器3。
接著，參考圖3，上述第三色選擇器3將上述p偏振藍色影像b2與上述s偏振紅色影像r2結合，形成一p偏振的疊加影像m2。接著，p偏振的疊加影像m2入射上述第四偏振光束分光器8。接著，p偏振的疊加影像m2藉由上述第四偏振光束分光器8反射後，入射上述第四色選擇器4。
接著，參考圖3，上述第四色選擇器4將上述p偏振疊加影像m2與上述s偏振綠色影像g2結合，形成一p偏振的色彩影像L1輸出。
第二實施例圖6為概要地顯示本發明第二實施例的色彩分合的光學系統。如圖6所示，此一色彩分合的光學系統包括一第一色選擇器(colorselector)1、一第一窄波段偏振器(narrow band polarizer)41、一第一偏振光束分光器5、一第二色選擇器2、一第二窄波段偏振器42、一第二偏振光束分光器6、三個反射式液晶面板(LCOS dispay panel)9、11、12、一第三偏振光束分光器7、一第三色選擇器3、一第四偏振光束分光器8以及一第四色選擇器4。
在本發明的實施例中，上述第一色選擇器1將一s偏振光L0轉換成一s偏振的綠光g3、一p偏振的洋紅光m3與少許的s偏振的洋紅光m3』。接著，s偏振的綠光g3與p偏振的洋紅光m3通過上述第一窄波段偏振器41。
圖7為概要顯示本發明的實施例中，第一窄波段偏振器的s偏振穿透頻譜圖。如圖7所示，對於s偏振的可見光，波長範圍約400nm-500nm以及600nm-800nm的s偏振光的穿透率大體為零。因此，未完全藉由第一色選擇器轉換成p偏振的洋紅光，也就是少許的s偏振的洋紅光m3』，將被此第一窄波段偏振器41吸收。
接著，p偏振的洋紅光m3藉由上述第一偏振光束分光器5反射後，入射上述第二色選擇器2。上述第二色選擇器2將p偏振的洋紅光m3轉換成一s偏振的藍光b3、一p偏振的紅光r3與少許的p偏振的藍光b3』。接著，s偏振的藍光b3與p偏振的紅光r3通過上述第二窄波段偏振器42。
圖8為概要地顯示本發明的實施例中，第二窄波段偏振器的一p偏振穿透頻譜圖。如圖8所示，對於p偏振的可見光，波長範圍約400nm至500nm的p偏振光的穿透率大體為零。因此，未完全藉由第二色選擇器轉換成s偏振的藍光，也就是少許的p偏振的藍光b3』，將被此第一窄波段偏振器42吸收。
接著，參考圖6，s偏振的綠光g3通過第一偏振光束分光器5後，s偏振的綠光g3入射一第三偏振光束分光器7。接著，s偏振的綠光g3通過上述第三偏振光束分光器7後，s偏振的綠光g3入射一反射式液晶面板9。接著，藉由此反射式液晶面板9將上述s偏振綠光g3調製產生一p偏振的綠色影像g4。接著，p偏振的綠色影像g4藉由上述第三偏振光束分光器7反射後，p偏振的綠色影像g4入射上述第四偏振光束分光器8。接著，p偏振的綠色影像g4藉由上述第四偏振光束分光器8反射後，入射上述第四色選擇器4。
接著，參考圖6，s偏振的藍光b3通過上述第二偏振光束分光器6後，s偏振的藍光b3入射一反射式液晶面板12。接著，藉由上述反射式液晶面板12將上述s偏振藍光b3調製產生一p偏振的藍色影像b4。接著，p偏振的藍色影像b4藉由上述第二偏振光束分光器6反射後，p偏振的藍色影像b4入射上述第三色選擇器3。
接著，參考圖6，p偏振的紅光r3藉由上述第二偏振光束分光器6反射後，p偏振的紅光r3入射一反射式液晶面板11。接著，藉由上述反射式液晶面板11將上述p偏振紅光r3調製產生一s偏振的紅色影像r4。接著，s偏振的紅色影像r4通過上述第二偏振光束分光器6後，s偏振的紅色影像r4入射上述第三色選擇器3。
接著，參考圖6，上述第三色選擇器3將上述p偏振藍色影像b4與上述s偏振紅色影像r4結合，形成一s偏振的疊加影像m4。接著，s偏振的疊加影像m4入射上述第四偏振光束分光器8。接著，s偏振的疊加影像m4通過上述第四偏振光束分光器8後，入射上述第四色選擇器4。
接著，參考圖6，上述第四色選擇器4將上述s偏振疊加影像m4與上述p偏振綠色影像g4結合，形成一p偏振的色彩影像LI輸出。
圖9為概要地顯示使用上述光學系統的液晶投影系統。如圖9所示，此液晶投影系統100包括一光源50一放大率變化光學轉換系統(powervariation optical replay system)60、一偏振轉換系統(polarizationconversion system)70、一色彩分合的光學系統80以及一投射光學系統90。
參考圖9，一光源50發射一未偏振光L5後，一放大率變化光學轉換系統60改變藉由上述光源發射的未偏振光L5的大小。接著，藉由上述偏振轉換系統70轉換上述未偏振光L5成為s偏振光束L6。接著，上述s偏振光束入射上述色彩分合的光學系統80後，產生一p偏振的色彩影像L7。接著，p偏振的彩色影像L7入射上述投射光學系統90後，上述投射光學系統90投射發射自上述色彩分合的光學系統90的p偏振色彩影像L7。
藉由本發明的色彩分合的光學系統，減少不必要的顏色光出現於色彩影像中。投射光學系統投射一色彩影像後，進一步可降低液晶投影系統顯示畫面的暗態的亮度增加對比值。
以上所述實施例僅係為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，當不能以其限定本發明的專利範圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種色彩分合的光學系統，適用於將一s偏振光轉換成一p偏振色彩影像，其特徵是其包括一第一色選擇器，將上述s偏振光轉換成一p偏振第一頻帶光、一s偏振第二頻帶光與一s偏振第一頻帶光；一第一窄波段偏振器，用以將上述p偏振第一頻帶光與上述s偏振第二頻帶光通過該第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一頻帶光通過該第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一頻帶光藉由該第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二頻帶光通過該第一偏振光束分光器；一第二色選擇器，將上述s偏振第二頻帶光轉換成一p偏振第三頻帶光、一s偏振第四頻帶光與一s偏振第三頻帶光；一第二窄波段偏振器，用以將上述p偏振第三頻帶光與上述s偏振第四頻帶光通過該第二窄波段偏振器，且防止上述s偏振第三頻帶光通過該第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三頻帶光藉由該第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四頻帶光通過該第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述p偏振第一頻帶光藉由該第三偏振光束分光器反射；一第一反射式液晶面板，將上述p偏振第一頻帶光反射成一s偏振第一頻帶影像，且上述s偏振第一頻帶影像通過上述第三偏振光束分光器；一第二反射式液晶面板，將上述p偏振第三頻帶光反射成一s偏振第三頻帶影像，且上述s偏振第三頻帶影像通過上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，將上述s偏振第四頻帶光反射成一p偏振第四頻帶影像，且上述p偏振第四頻帶影像藉由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色選擇器，將上述s偏振第三頻帶影像與上述p偏振第四頻帶影像結合成一p偏振第二頻帶影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二頻帶影像，且使上述s偏振第一頻帶影像通過；以及一第四色選擇器，轉換上述s偏振第一頻帶影像成一p偏振第一頻帶影像後，將上述p偏振第一頻帶影像與上述p偏振第二頻帶影像結合成上述p偏振色彩影像輸出。
2.根據權利要求1所述的色彩分合的光學系統，其特徵是所述第一窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光譜，所述s偏振的穿透光譜具有穿透率大體為零的s偏振第一頻帶。
3.根據權利要求1所述的色彩分合的光學系統，其特徵是所述第二窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光譜，其中上述s偏振的穿透光譜具有穿透率大體為零的s偏振的第三頻帶。
4.一種色彩分合的光學系統，適用於將一s偏振光轉換成一p偏振色彩影像，其包括一第一色選擇器，將上述s偏振光轉換成一p偏振第一頻帶光、一s偏振第二頻帶光與一s偏振第一頻帶光；一第一窄波段偏振器，用以將上述p偏振第一頻帶光與上述s偏振第二頻帶光通過該第一窄波段偏振器，且防止上述s偏振第一頻帶光通過該第一窄波段偏振器；一第一偏振光束分光器，使得上述p偏振第一頻帶光藉由該第一偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第二頻帶光通過該第一偏振光束分光器；一第二色選擇器，將上述p偏振第一頻帶光轉換成一p偏振第三頻帶光、一s偏振第四頻帶光與一p偏振第四頻帶光；一第二窄波段偏振器，用以將上述p偏振第三頻帶光與上述s偏振第四頻帶光通過該第二窄波段偏振器，且防止上述p偏振第四頻帶光通過該第二窄波段偏振器；一第二偏振光束分光器，使得上述p偏振第三頻帶光藉由該第二偏振光束分光器反射，且使得上述s偏振第四頻帶光通過該第二偏振光束分光器；一第三偏振光束分光器，使得上述s偏振第二頻帶光通過該第三偏振光束分光器；一第一反射式液晶面板，將上述s偏振第二頻帶光反射成一p偏振第二頻帶影像，且上述p偏振第二頻帶影像藉由上述第三偏振光束分光器反射；一第二反射式液晶面板，將上述p偏振第三頻帶光反射成一s偏振第三頻帶影像，且上述s偏振第三頻帶影像通過上述第二偏振光束分光器；一第三反射式液晶面板，將上述s偏振第四頻帶光反射成一p偏振第四頻帶影像，且上述p偏振第四頻帶影像藉由上述第二偏振光束分光器反射；一第三色選擇器，將上述s偏振第三頻帶影像與上述p偏振第四頻帶影像結合成一s偏振第一頻帶影像；一第四偏振光束分光器，反射上述p偏振第二頻帶影像，且使上述s偏振第一頻帶影像通過；以及一第四色選擇器，轉換上述s偏振第一頻帶影像成一p偏振第一頻帶影像後，將上述p偏振第一頻帶影像與上述p偏振第二頻帶影像結合成上述p偏振色彩影像輸出。
5.根據權利要求4所述的色彩分合的光學系統，其特徵是所述第一窄波段偏振器具有一s偏振的穿透光譜，所述s偏振的穿透光譜具有穿透率大體為零的s偏振第一頻帶。
6.根據權利要求4所述的色彩分合的光學系統，其特徵是所述第二窄波段偏振器具有一p偏振的穿透光譜，所述p偏振的穿透光譜具有穿透率大體為零的p偏振的第四頻帶。
7.一種液晶投影系統，其特徵是其包括一發出s偏振光的光源系統；根據權利要求1所述的、將上述s偏振光轉換成一p偏振色彩影像的色彩分合的光學系統；以及一投射光學系統，投射來自上述色彩分合的光學系統的上述p偏振色彩影。
8.根據權利要求7所述的液晶投影系統，其特徵是所述光源系統還包括一發射一未偏振光的光源；改變藉由上述光源發射的未偏振光的大小的一放大率變化光學轉換系統；以及轉換上述未偏振光成為s偏振光的一偏振轉換系統。
9.一種液晶投影系統，其特徵是其包括一光源系統，發出s偏振光；一根據權利要求4所述的、將上述s偏振光轉換成一p偏振色彩影像的色彩分合的光學系統，；以及一投射光學系統，投射來自上述色彩分合的光學系統的上述p偏振色彩影。
10.如權利要求9所述的液晶投影系統，其特徵是上述光源系統還包括一發射一未偏振光的光源；一改變藉由上述光源發射的未偏振光大小的放大率變化光學轉換系統；以及轉換上述未偏振光成為s偏振光的一偏振轉換系統，
全文摘要
本發明公開了一種色彩分合的光學系統及其使用此光學系統的液晶投影裝置，該光學系統包括一第一色選擇器、一第一窄波段偏振器、一第一偏振光束分光器、一第二色選擇器、一第二窄波段偏振器、一第二偏振光束分光器、三個反射式液晶面板、一第三偏振光束分光器、一第三色選擇器、一第四偏振光束分光器以及一第四色選擇器；藉由利用上述窄波段偏振器，減少漏光；進一步，使用此光學系統的液晶投影系統可降低液晶投影系統顯示畫面的暗態的亮度，增加對比值。
文檔編號G02B27/18GK1402042SQ0112426
公開日2003年3月12日 申請日期2001年8月21日 優先權日2001年8月21日
發明者林琦雄 申請人:臺達電子工業股份有限公司