CN1425937A

CN1425937A - 具有绕射光栅元件的投影显示装置

Info

Publication number: CN1425937A
Application number: CN 01143854
Authority: CN
Inventors: 庄福明; 蔡汉文; 詹胜雄
Original assignee: DAYI SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DAYI SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-25

Abstract

一种多镜头形式的投影显示装置，其包含：一送出光线的灯源、两可分离光线三原色的双色分光镜、位于三原色光线路径上的三绕射光栅组件、三反射光阀以及三镜头，其中绕射光栅组件是在一玻璃板材上设有多数个可使S偏振光线反射，P偏振光线穿透的铝肋条，该反射光阀和镜头垂直设置，反射光阀同时位于绕射光栅组件上设置铝肋条的一侧，借此可在不影响显示影像品质的同时，达到减轻重量、提升影像彩色品质及降低成本等功效。

Description

具有绕射光栅元件的投影显示装置

【技术领域】

本发明涉及一种投影显示装置，特别是涉及一种以三支镜头配合三片绕射光栅元件来反射光线或让光线穿透的投影显示装置。

【背景技术】

一般液晶光学投影显示装置可依光学元件多少分为：单镜头式、双镜头式，以及三镜头式三种，无论显示装置的种类为何，在光线的投影上都需利用光阀来控制。为了有效处理灯源发出的光线，美国发明专利第5,327,270号提供的投影显示装置有单镜头和三镜头形式两种，其中单镜头投影显示装置1的构造如图1所示，包含一提供光线的灯源11、一可反射光线的偏振分光棱镜12、一具相位校正功能的1/4波板13、一反射光阀14以及一投射影像的镜头15，其中偏振分光棱镜12位于灯源11的下方，其上具有一由左至右倾斜的薄膜121，该薄膜121被夹设在两玻璃块122之间，借此构成一个使不同偏振光具反射或穿透功能的立方体，也就是说，该偏振分光棱镜12可让P偏振光线通过，但将S偏振光线反射，而该1/4波板13和反射光阀14都位于偏振分光棱镜12的右侧，镜头15则位于偏振分光棱镜12左侧。至于前述美国发明专利的三镜头投影显示装置，其各单元和上述揭示的单镜头型式大致上相同，不再说明。当灯源11投射出S偏振光线时，光线在到达偏振分光棱镜12的薄膜121时，会向1/4波板13反射，第一次通过1/4波板13后再投射到反射光阀14上。当反射光阀14呈现开启状态时，S偏振的光线会反射并转换成P偏振态，然后反向第二次通过1/4波板13后，造成如同通过一次1/2波板的功能，达到调整光线相位(phase)的目的，而后经偏振分光棱镜12，最后到达镜头15投影显像。相反，当反射光阀14关闭时，S偏振光线经偏振分光棱镜12的薄膜121反射时，同样经过1/4波板13到达反射光阀14，经由该反射光阀14的反射，光线会依原来路径反射回去，也就是光线无法穿过薄膜121到达镜头15。

前述美国专利主要精神是使1/4波板13的快速光轴或慢速光轴与偏振光分棱镜12的第一光轴和第二光轴的平面垂直，这样可让入射角度分布范围更广的光线都被校正成投向镜头15的有效光线，以提高镜头15显像时的对比度和明亮度。

上述美国专利虽然具有提高显像时对比度和明亮度的功效，但为了达到该项功效，该专利的反射光阀14和镜头15是分别设在偏振分光棱镜12的左右两侧，而光线由灯源11投射出来经过偏振分光棱镜12的两玻璃块122时，由于玻璃块122在制造上会有热应力残留，当光线投射路径经过热应力残留的区域时，光线产生的折射角度会有所不同(stress birefringence)，且光线行经玻璃块122的距离越大，其偏离的折射角度会越大，这将使得镜头15所呈现影像颜色均匀度变差。虽然该美国专利在偏振分光棱镜12和反射光阀14间设置具相位校正功能的1/4波板13，但该项设计只能提高显像的明亮度和对比度，并无法解决颜色不均的现象。同时前述专利所提供的光学***不仅需要增设1/4波板13来校正光线投射角度，其立方体型式的偏振分光棱镜12的体积大、重量大，也使得实际生产过程中产生价格高，以及不符轻薄短小原则等缺点。

【发明内容】

本发明的目的是在提供一种无需相位校正，且在具有较佳对比度和明亮度的同时，达到显像颜色均匀、重量减轻、价格低廉等功效的具有绕射光栅组件的投影显示装置。

本发明的投影显示装置其特征在于：该投影显示装置包含：一灯源、两双色分光镜、三绕射光栅组件、三反射光阀以及三镜头。其中该灯源可提供偏振光线，而两双色分光镜都设在偏振光线的投射路径上，用来分离光线中的三原色，使三原色分离地形成三道投射路径，而这些绕射光栅组件分别倾斜地位于三原色的三条路径上，每一绕射光栅组件都具有一玻璃板材，以及一具反射功能的铝肋条，其中该玻璃基板上具有一面向光线的第一侧面，以及一背离第一侧面并供该铝肋条设置的第二侧面，而这些反射光阀都可选择性地改变光线的偏振态，每一反射光阀都具有一朝向绕射光栅组件的第二侧面的反射面，而这些镜头都用来接收光线并显像，上述镜头分别和绕射光栅组件上的第二侧面对应。

【附图说明】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是一立体分解图，说明美国第5,327,270号发明专利的单镜头投影显示装置上各组件对应状态。

图2是本发明投影显示装置的一较佳实施例的立体对应图，此投影显示装置为三镜头形式。

图3是一侧视图，说明该较佳实施例中单一镜头、绕射光栅元件、和反射光阀对应状态，同时显示光线路径。

【具体实施方式】

参阅图2、3，本实施例的投影显示装置2是一种三镜头的形式，该显示装置2可用来处理偏振光线，其包含：一产生偏振光线的灯源20、二个双色分光镜21、22、一反射镜23、三个绕射光栅元件24、25、26、三个反射光阀27、28、29，以及三个镜头30、31、32。其中该灯源20可提供偏振光线，并让偏振光线沿着一光线路径投射出来，而这些双色分光镜21、22可将灯源20发出光线中的三道原色光束分离，反射镜23的功用在于：反射同时穿过两个双色分光镜21、22的原色，使该原色的投射路径和其它两道原色的投射路径平行，而三道不同颜色的光束再分别对应投向三个绕射光栅组件24、25、26，借由各反射光阀27、28、29的控制，来分开处理三道不同颜色的光束，并使三道不同原色的光束最后投射到分别对应的镜头30、31、32上。

这些绕射光栅组件24、25、26都是一种偏光器(Polariers)，就原理而言，其具有反射S偏振光线并让P偏振光线穿透的效果，以下先以绕射光栅组件24以及对应的反射光阀27、镜头30作说明。本发明的绕射光栅组件24是由Moxtek公司制造，其具有一薄片板状的玻璃板材241、以及数条平行设置的铝肋条242。其中该玻璃板材241包括彼此平行的一第一侧面243和一第二侧面244，上述第一侧面243朝向双色分光镜21，而这些铝肋条242是成型在玻璃板材241的第二侧面244上。也就是说，该绕射光栅组件24可让P偏振光线通过，但令S偏振光线在射向具铝肋条242的第二侧面244时反射。在设计上，该绕射光栅组件24安装的倾斜角度θ以30～50度为佳。

该反射光阀27是可选择性地改变投射其上光线的偏振态，其与该灯源20分别位于绕射光栅组件24的两侧，上述反射光阀27具有一反射面271，此反射面271朝向绕射光栅组件24的第二侧面244。

该镜头30是用来接收光线并投影显像，其被安装在光线的投射路径上，并且和绕射光栅组件24的第二侧面244对应。

当偏振光线由灯源20投射出来时，光线会投向绕射光栅组件24的第一侧面243，然后穿透玻璃板材241到达反射光阀27，在反射光阀27呈现开启的状态下，投射到反射光阀27的光线会改变成S偏振，然后经反射面271反射到达绕射光栅组件24的第二侧面244，受到第二侧面244上铝肋条242的反射，S偏振光线再经过反射垂直投向镜头30。

而当反射光阀27呈现关闭状态下，P偏振光线在通过绕射光栅组件24到达反射光阀27时，其偏振态不改变只有反射动作，反射的P偏振光线会再次通过绕射光栅组件24，也就是说，沿着光线路径反向送出。

由以上光线路径的说明可知，本实施例的投影显示装置2在显像的效果上，由于反射光阀27和镜头30都位于绕射光栅组件24的第二侧面244一侧，而第二侧面244上又设有反射光线的铝肋条242，因此，在光线投射路径上，P偏振光线在穿透玻璃板材241后，只需经过反射而没有穿透的行为，也就是说，光线不会受到玻璃板材241作用产生折射现象，因此不会影响镜头成像品质。参阅图2，本实施例的投影显示装置2是一种三镜头形式，借由各反射光阀27、28、29的控制，来分开处理三道不同颜色的光束，使其最后投射到分别对应的镜头30、31、32上，本实施例三颜色光路组件的构造及功能都相同，以下不再重复说明不同颜色光路元件的功用。

由以上说明可知，本发明前述投影显示装置和美国第5,327,270号专利相比较，除了使用绕射光栅组件无需针对大角度入射光线进行相位校正并省略1/4波板外，该薄板状绕射光栅组件的体积也较以往四方立体的偏振分光棱镜小许多，因此，本发明该项设计可有效的减轻整体的重量，其价格亦更为便宜。同时由于本发明在设计上，该镜头和反射光阀都和绕射光栅组件的铝肋条位于同侧，因此，成像光线的行进路径中不必穿透绕射光栅组件的玻璃板材，故可改善前述专利在处理光线时，必需由反射光阀经块状偏振分光棱镜投向镜头所产生因双折射现象，借以改善以往者颜色不均匀的缺失，也就是说，本发明前述构造的改良不仅在同类产品中是创新，其更可在具有较佳对比度、明亮度的同时，达到颜色均匀、重量减轻、价格低廉等功效。

Claims

1.一种具有绕射光栅组件的投影显示装置，其特征在于：该投影显示装置包含：

一灯源，可提供偏振光线；

二双色分光镜，设在偏振光线的投射路径上，用来分离光线中的三原色，使三原色分离地形成三道投射路径；

三绕射光栅组件，分别倾斜地安装在三原色的三条路径上，每一绕射光栅组件都是在一玻璃板材以及一具有反射功能的铝肋条上，其中该玻璃板材上具有一面向光线的第一侧面以及一背离该第一侧面并供铝肋条设置的第二侧面；

三反射光阀，可选择性地改变光线的偏振态，每一反射光阀都具有一朝向绕射光栅组件的第二侧面的反射面；及

三镜头，用来接收光线并显像，其分别和绕射光栅组件的第二侧面对应。

2.根据权利要求1所述的具有绕射光栅组件的投影显示装置，其特征在于：该绕射光栅组件的倾斜角度在30～50度。

3.根据权利要求1所述的具有绕射光栅组件的投影显示装置，其特征在于：对应的同一组反射光阀和镜头呈垂直设置。

4.根据权利要求1所述的具有绕射光栅组件的投影显示装置，其特征在于：该投影显示装置还包含：与两双色分光镜平行设置的一反射镜，该反射镜可反射通过两双色分光镜的原色，使其投射路径和另外两道原色的路径平行。