CN1426236A - 三棱镜式投影显示装置 - Google Patents

Abstract

一种三棱镜式投影显示装置，先改变光束中一色光的偏振态，它设置有一将偏振态光束分离的偏振分光棱镜，其中两股偏振态相同的色光投向一双色分光棱镜时分离成两道投射路径，三股不同投射路径的色光再各别经过一反射光阀选择性地改变偏振态后，同时投射至镜头，此时大部分P偏振色光反射产生的偏漏光会往不同于镜头的方向反射，小部分投向镜头的偏漏光会被设在镜头前的偏光板吸收，借此提高显示装置的对比度及显像品质。

Description

三棱镜式投影显示装置

【技术领域】

本发明涉及一种投影显示装置，特别是涉及一种利用三个棱镜作反射投影的单镜头反射式光阀的投影显示装置。

【背景技术】

在已知的技术中，为了将构成光点像素的三原色(红、蓝、绿)投影在镜头上，并且达到较佳的显影品质，以往的单镜头投影显示装置的构造大致如图1所示，也就是该单镜头投影显示装置1可处理液晶显示器的一照明装置所产生的光源光束10，再将处理后的光束10投影到一镜头11后送出最佳的影像品质，前述光束10包含可合成自光的一第一色光101、一第二色光102及一第三色光103。而以往投影显示装置1包含：一第一光偏振选择器12、一偏振分光棱镜13、一双色分光棱镜14、一第一反射光阀15、一第二反射光阀16、一第三反射光阀17、一第二光偏振选择器18和一偏光板19。

前述光偏振选择器12、18可使用ColorLink公司制造的ColorSelectTMFilters产品，这些光偏振选择器12、18的作用是可将预定色光(如绿色光)的偏振态作转换，但不影响其它颜色的偏振态。

而该偏振分光棱镜13可垂直反射S偏振的色光，并让P偏振的色光直接穿透，双色分光棱镜14则是选择让不同颜色的色光反射或通过，在图1中是让第一色光101通过，让第二色光102反射。而第一、二光偏振选择器12、18的功能在于：将预定色光作偏振态的转换，以图1的以往技术为例，该第一、二光偏振选择器12、18可对第三色光103做偏振态转换，使其由S偏振光转换成P偏振，而偏光板19是让P偏振的光透过进入镜头11，但吸收S偏振的光。

仍参阅图1，当S偏振的光束10由第一光偏振选择器12进入时，只有第三色光103会被转换成P偏振，其余第一、二色光101、102仍然维持S偏振，其中S偏振第一色光101在经过偏振分光棱镜13时，会向双色分光棱镜14的方向垂直反射，然后通过双色分光棱镜14再射向第一反射光阀15。在第一反射光阀15开启时，前述S偏振第一色光101会改变成P偏振并反射通过双色分光棱镜14，此时受到偏振分光棱镜13对于P偏振光线特性的影响，大部分(约90％)P偏振第一色光101通过该偏振分光棱镜13，再经第二光偏振选择器18、偏光板19进入镜头11。而少部分(约10％)形成一道偏漏光104反射到第一光偏振选择器12，这就是第一色光101行进的路径。

相同道理，同样是S偏振的第二色光102在行进时，也是经过第一光偏振选择器12、偏振分光棱镜13的反射射向双色分光棱镜14，但经该双色分光棱镜14的反射垂直射向第二反射光阀16，在第二反射光阀16开启时，所有S偏振第二色光102会改变成P偏振，然后经过反射回到双色分光棱镜14，大部分P偏振第二色光102会通过偏振分光棱镜13，最后经由第二光偏振选择器18、偏光板19进入镜头11。少部分P偏振第二色光102会形成另一道偏漏光105反射到第一光偏振选择器12的方向。也就是说，第二色光102的偏振态和第一色光101相同，因此，这两股色光101、102大部分会投射到镜头11，少部分形成的偏漏光104、105会以和镜头11垂直的方向反射，因此产生的偏漏光104、105对镜头11的影像品质没有影响。

配合图2，是一种以往单镜头的投影显示装置上第三色光的行进示意图，以往投影显示装置1在处理第三色光103时，该第三色光103在经过第一光偏振选择器12时，会由原本的S偏振转换成P偏振，但受到偏振分光棱镜13对于P偏振光线特性的影响，该第三色光103大约会有90％通过偏振分光棱镜13到达第三反射光阀17，但大约有10％的P偏振第三色光103会反射投向双色分光棱镜14，造成所谓的偏漏光106。这个现象可能会因第三色光103波长的选择范围，而进入第一反射光阀15及/或第二反射光阀16，再随着这些光阀15、16的导通沿着第一色光101或第二色光102的行进路径反射一同投射到镜头11，由于偏光板19只能吸收一种偏振态的光，在以往显示装置1的设计上其是吸收S偏振光，因此，P偏振第三色光103所产生的偏漏光106无法被吸收，而会直接投射到镜头11，造成影像对比的降低，以及成像效果的不理想，这就是以往单镜头投影显示装置1产生显像品质不佳的原因之一。

仍参阅图2，如前所述，受到偏振分光棱镜13特性的影响，大约只有90％的P偏振第三色光103会投向第三反射光阀17，在第三反射光阀17开启时，第三色光103会由P偏振转换成S偏振，由于偏振分光棱镜13会反射S偏振的光，因此，转换偏振态后的第三色光103会垂直投向第二光偏振选择器18、偏光板19，再向镜头11的方向行进。当第三反射光阀17关闭时，其用意虽然在使第三色光103不再投向镜头11，但由于第三色光103呈现P偏振，此P偏振第三色光103同样会以P偏振的状态反射到偏振分光棱镜13，但受到偏振分光棱镜特性的影响，上述P偏振第三色光103只有大约90％会往图2左边方向行进，而大约10％的P偏振第三色光103会往图2上方第二光偏振选择器18的方向垂直反射形成一偏漏光107，此P偏振偏漏光107由于无法被偏光板19吸收，因此，这些不当反射的P偏振偏漏光107会直接投向镜头11，造成镜头11上出现微弱但却不该呈现的第三色光103，导致显示器1显像品质的不理想。

【发明内容】

本发明的目的是在提供一种可提高对比度及显像品质的三棱镜式投影显示装置。

本发明的三棱镜式投影显示装置是，它可供一光束进入，再将光束分光处理后投射到一垂直设置的镜头，上述光束包含：一第一色光、一第二色光及一第三色光，此等色光都以P偏振的形式送入投影显示装置，其特征在于：该投影显示装置包含：一偏振态转换装置、一偏振分光棱镜、一第一双色分光棱镜、一第二双色分光棱镜，以及三个反射光阀，其中该偏振态转换装置可将第一色光由P偏振转换成S偏振，而该偏振分光棱镜是以偏振态分离色光，其中，被转换成S偏振的第一色光会垂直反射，而P偏振第二、三色光通过该棱镜，该第一双色分光棱镜则是位于S偏振第一色光反射方向，并只容许第一色光通过，第二双色分光棱镜则是位于P偏振第二、三色光的投射方向，并且分离第二色光及第三色光，三个反射光阀是各别地位于第一、二、三色光投射的方向，用来反射及/或选择性地改变色光的偏振态。

【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是一种以往单镜头投影显示器的组件相对关系图，同时显示S偏振第一及第二色光的投影路径。

图2是一种以往单镜头投影显示器的组件相对关系图，同时显示P偏振第三色光的投影路径。

图3是本发明一较佳可行实施例的组件相对关系图，同时显示第一反射光阀在开启状态下该第一色光的投影路径。

图4是本发明一较佳可行实施例的组件相对关系图，同时显示第一反射光阀在关闭状态下第一色光的投影路径。

图5是本发明一较佳可行实施例的组件相对关系图，同时显示第二及第三反射光阀在开启状态下第二、三色光的投影路径。

图6是本发明一较佳可行实施例的组件相对关系图，同时显示第二及第三反射光阀在关闭状态下第二、三色光的投影路径。

【具体实施方式】

参阅图3，本实施例的投影显示装置3可供一光束2进入，再将光束2处理后投射到一垂直设置的镜头20上，上述光束2包含：一绿色的第一色光21、一红色第二色光22，以及一蓝色第三色光23，这些第一、二、三色光21、22、23都是以P偏振的形式存在，但以S偏振的形式送到镜头20。

本实施例的投影显示装置3包含：一偏振态转换装置31、一偏振分光棱镜32、一第一双色分光棱镜33、一第一反射光阀34、一第二双色分光棱镜35、一第二反射光阀36、一第三反射光阀37、一光偏振选择器38及一偏光板39。该偏振态转换装置31，用来改变光束2中第一色光21的偏振态，使第一色光21由P偏振转换成S偏振，其具有一纯化光束2偏振态的P光偏光板311，以及一将P偏振的第一色光21转换成S偏振的光偏振选择器312。上述偏振态转换装置31的可行实施很多，设计上并不以本实施例揭示的为限。

该偏振分光棱镜32，可将不同偏振态的第一色光21和第二、三色光22、23分开，在本实施例，其可使S偏振第一色光21垂直向相反于镜头20的方向反射，而P偏振第二、三色光22、23可通过该棱镜32。

该第一双色分光棱镜33，和偏振分光棱镜32平行并排，并位于远离镜头20的方向，其可使某一颜色的光线通过，其余颜色的光线反射。在本实施例，该第一双色分光棱镜33可使绿色的第一色光21通过，并使第二、三色光22、23反射。

该第一反射光阀34，和第一双色分光棱镜33直立并排，并且位于偏振分光棱镜32的反侧，其可改变光的偏振态，也就是在开启的状态下，投射在第一反射光阀34上的S偏振第一色光21会改变为P偏振第一色光21。但在第一反射光阀34关闭的状态下，该S偏振第一色光21会反射但偏振态不改变。

该第二双色分光棱镜35，位于偏振分光棱镜32的上方，也就是位于P偏振光线行进的路径上，并以颜色选择光线的通过或反射，当第二、三色光22、23同时经过第二双色分光棱镜35时，其中红色P偏振第二色光22可通过棱镜35，蓝色P偏振第三色光23反射。

该第二反射光阀36，位于第二双色分光棱镜35的上方，用来反射并同时选择性地改变第二色光22的偏振态，功用和第一反射光阀34相同，不再说明。

该第三反射光阀37，位于第二双色分光棱镜35的左方，用来反射及/或选择性地改变第三色光23的偏振态，其功用和第一反射光阀34相同。

该光偏振选择器38，平行位于偏振分光棱镜32与镜头20间，使P偏振第一色光21转换成S偏振。

该偏光板39，介于光偏振选择器38和镜头20间，用来吸收P偏振的光线。

参阅图3，当P偏振第一色光21经过光偏振选择器312时，会转换成S偏振第一色光21，此第一色光21经偏振分光棱镜32的反射，垂直射向第一双色分光棱镜33，由于该第一双色分光棱镜33可让绿色的第一色光21通过，因此，S偏振第一色光21会经此投射到第一反射光阀34。在第一反射光阀34开启时，该S偏振第一色光21会反射并改变成P偏振第一色光21投向第一双色分光棱镜33，虽然第一色光21的偏振态改变，但其颜色仍为绿色，因此绿色P偏振第一色光21仍然可以通过第一双色分光棱镜33，并射向偏振分光棱镜32，由于偏振分光棱镜32的特性，此时大约90％的P偏振第一色光21会由偏振分光棱镜32通过，再经光偏振选择器38转换成S偏振，然后以S偏振第一色光21的形式经偏光板39投向镜头20显像。如前所述，P偏振的光线在经过偏振分光棱镜32时，会有大约10％的第一色光21无法通过而形成一道第一偏漏光211，此时该第一偏漏光211会朝向偏振态转换装置31的方向射出，也就是说，第一偏漏光211投射的方向和进入镜头20的方向垂直，不会对镜头20的显像产生不良的影响。

参阅图4，当第一反射光阀34关闭时，原本由偏振分光棱镜32反射而来的S偏振第一色光21，会以相同的偏振态反射通过第一双色分光棱镜33，再经由偏振分光棱镜32由光束2进入的方向反射，此第一色光21由于和投射到镜头20的方向垂直，因此，该反射的第一色光21对投影影像也没有影响。

参阅图5，当第二、三色光22、23进入偏振分光棱镜32时，由于其是以P偏振的方式进入，此时大约90％的P偏振第二、三色光22、23会通过偏振分光棱镜32，并往第二双色分光棱镜35的方向投射。但受到偏振分光棱镜32特性的影响，仍会有大约10％的P偏振第二、三色光22、23在投射到偏振分光棱镜32时，往第一双色分光棱镜33的方向垂直反射，并形成一道第二偏漏光24，此第二偏漏光24由于包含红、蓝双色的第二、三色光22、23，这些色光22、23无法通过专供绿光通过的第一双色分光棱镜33，因此，第二、三色光22、23在反射到第一双色分光棱镜33时，会再度往垂直于镜头20的方向(就是往图5上方)反射，故第二偏漏光24也不会对投影的影像色调产生不良的影响。

在此同时，通过偏振分光棱镜32的第二、三色光22、23在遇到第二双色分光棱镜35时，会分离形成通过的第二色光22，以及反射的第三色光23。其中，P偏振红色第二色光22通过该第二双色分光棱镜35，会直接通过投射在第二反射光阀36，而P偏振蓝色第三色光23会因为第二双色分光棱镜35的设置向图5左侧垂直反射，并向第三反射光阀37的方向投射。在第二反射光阀36开启时，P偏振第二色光22因第二反射光阀36会产生反射及偏振态改变，也就是说，反射后S偏振第二色光22会全部通过第二双色分光棱镜35并射向偏振分光棱镜32，然后再全部垂直转向射向光偏振选择器38和偏光板39，其中，第二色光22中极少数不纯的P偏振光线会被偏光板39吸收，然后全部投向镜头20。

相同道理，在第三反射光阀37开启时，投射到第三反射光阀37的P偏振第三色光23会转化成S偏振第三色光23，然后全部反射到第二双色分光棱镜35，由于第三色光23这时候仍是被第二双色分光棱镜33反射的蓝色光，因此，该S偏振第三色光23会反射投向偏振分光棱镜32，然后再完全的经由光偏振选择器38和偏光板39投向镜头20。

更具体说，在第二、三反射光阀36、37开启的状态下，以P偏振进入的第二、三色光22、23只会产生由图5右上方射出的第二偏漏光24，而以S偏振形式进入的第一色光21会产生一道由图3下方射出的第一偏漏光211，这些第一、二偏漏光211、24由于都和镜头20垂直，因此都不会对投影的影像造成不良的影响。

配合图6，当第二反射光阀36关闭时，原本通过第二双色分光棱镜35的P偏振第二色光22，在偏振态不变的状态下，仍会以P偏振的形式通过该第二双色分光棱镜35，然后进入偏振分光棱镜32，相同道理，由于大约90％的P偏振第二色光22会通过偏振分光棱镜32往光束2进入的方向排出，因此大部分P偏振第二色光22不会对镜头20产生影响。另外大约10％的P偏振第二色光22是经由偏振分光棱镜32的反射形成一道向镜头20方向的第三偏漏光25，这道第三偏漏光25虽朝镜头20的方向前进，但由于镜头20和偏振分光棱镜32间设有吸收P偏振的偏光板39，因此，P偏振第三偏漏光25会被偏光板39完全吸收，仍然不会通过镜头20。

相同道理，在第三反射光阀37关闭时，P偏振第三色光23会直接反射到第二双色分光棱镜35，再反射到偏振分光棱镜32，然后大部分P偏振第三色光23由垂直镜头20的方向射出，小部分的P偏振第三色光23同样会形成一道第三偏漏光25朝镜头20的方向射出，并受到偏光板39所吸收无法达到镜头20。上述各光阀34、36、37的开启或关闭是受到显像颜色需要所控制，因此，各个光阀34、36、37的启闭并非一定，但无论各光阀34、36、37在开启或者关闭的状态下，操作中P偏振所产生的偏漏光都会被反射向垂直于镜头20的方向，或者在镜头20前就被偏光板39吸收，完全不会通过镜头20。本发明也可以在各光阀34、36、37和相邻的双色分光棱镜33、35间增设加强对比度的组件，例如1/4波板。

由以上说明可知，本发明利用一偏振分光棱镜和两个双色分光棱镜间的配合，确实可改善投影显示器在运用时，P偏振色光会产生偏漏光并部分投向镜头的缺点。上述大部分偏漏光往不同于镜头的方向折射或反射的现象，确实可改善影像的对比度及显像品质。

Claims (4)

1、一种三棱镜式投影显示装置，可供一光束进入，再将光束分光处理后投射至一垂直设置的镜头上，所述光束包含：一第一色光、一第二色光和一第三色光，这些色光都以P偏振的形式送入投影显示装置，其特征在于：

该投影显示装置包含：

一偏振态转换装置，可将第一色光由P偏振转换成S偏振；

一偏振分光棱镜，以偏振态分离色光，其中被转换成S偏振的第一色光会垂直反射，P偏振第二、三色光通过该棱镜；

一第一双色分光棱镜，位于S偏振第一色光反射方向，并只容许第一色光通过；

一第二双色分光棱镜，位于P偏振第二、三色光投射方向，并分离该第二色光及第三色光；及三反射光阀，各别位于第一、二、三色光投射的方向，用来反射及/或选择性地改变色光的偏振态。

2、如权利要求1所述的三棱镜式投影显示装置，其特征在于：该偏振态转换装置包含：一纯化光束偏振态的P光偏光板，以及一将P偏振第一色光转换成S偏振的光偏振选择器。

3、如权利要求1所述的三棱镜式投影显示装置，其特征在于：该偏振分光棱镜和镜头间增设一可改变第一色光的偏振态的光偏振选择器。

4、如权利要求3所述的三棱镜式投影显示装置，其特征在于：该光偏振选择器和镜头间再增设一可吸收P偏振色光的偏光板。

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