光学投影系统与方法技术方案

一种光学投影系统与方法，该光学投影系统包括：一提供一平行光束的光源；一第一彩色分光镜，该第一彩色分光镜将该平行光束分离成一第一原色光束与一混光束，该混光束混合有一第二原色光束与一第三原色光束；一第一双边远心组，该第一双边远心组设置于该第一彩色分光镜之后，且于该第一原色光束的一第一光路径上，将该第一原色光束成转变为一第一光束；一第二双边远心组，该第二双边远心组设置于该第一彩色分光镜之后，且在该混光束的一第二光路径上；一第二彩色分光镜，该第二彩色分光镜设置于以使该混光束分离成一第二光束与一第三光束的位置上；以及一合光投影单元，该合光投影单元接受该第一光束、该第二光束与该第三光束以合成而后投射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种光学投影系统，且特别是有关于可以用穿透方式进行合光的使用线栅式偏光元件。
技术介绍
光学投影系统，在日常生活中已很普遍，例如将一微小的图像数据，投影到一大屏幕上，以供使用者观视。特别是，当其它科技显著发展后，例如液晶显示技术的发展，配合光学投影系统，可达到显示图像的效果。例如液晶投影电视就是一种现代科技产品。对于光学投影系统，配合使用液晶显示元件，传统的系统设计如图1所示。图1的传统光学投影系统，是利用偏振分光镜(polarization beamsplitter，PBS)的特性设计。一光束100先进入一彩色分光镜150，将光束100分成例如一蓝光束104与一混光束102。此混光束102是由绿光与红光混合而成。蓝光束104以一路径行进，而混光束102以另一路径行进。于此先对蓝光束104的路径说明。蓝光束104接着由反射镜152与154的引导成为蓝光束106，朝向一偏振分光镜158b行进，经过一场镜156b(fieldlens)而入射。偏振分光镜158b将具有一偏振态的光分量反射到一硅液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)面板160b。硅液晶面板上有多个像素，一般是以一阵列方式构成。硅液晶面板的各别像素，可经控制将入射光的偏振态，配合偏振分光镜的作用而改变其偏振态并且反射之，以达到色彩灰度等级的亮暗与灰度等级的效果。另外，对于混光束102则再经一彩色分光镜分成一红光束108与一绿光束110。当红光束108与绿光束110分离后，其光路径与蓝光束104相类似，由分别的偏振分光镜158r、158g与硅液晶面板160r、160g进行各原色的图像的形成。而后，由硅液晶面板160r、160g、160b所反射回的三个光束，入射于合光棱镜(colot-combination prism)162，将三个光束合成一光束，而由合光棱镜162的另一面出射到投影镜组164。其中，合光棱镜162一般可包括X型立方体棱镜(X-cube)。对于图1的传统设计，主要是利用偏振分光镜的设计，其有诸多缺点。偏振分光镜的基本工作原理如图2所示。一非偏振的光入射于偏振分光镜的斜作用面166，其具有一偏振态的光会穿透，而另一偏振态的光会反射。然而，对于一实际的光束，其并非是一点光束，而是以一二维的面入射。图3A-3C表示传统的光束，入射于偏振分光镜的情形。参阅图3A，当入射光是以一二维的面入射时，在如图示的横剖面上，其作用如图2的机制一样。然而，在其它的横剖面(未示于图)，则无法完全分成二偏振态的光束。参阅图3B，对于一圆形的二维的反射面上，其横轴代表图2所示的横剖面，其有单一偏振态，如圆点所示。然而偏离横轴的面，则会同时掺杂另一偏振态，如双箭头符号所示。因此，当预期在全暗的图像，或是暗场效果，会有一些漏光。参阅图3C，例如在180的区域，会有漏光。一般在目前的要求，其亮暗的对比在1000∶1以上。这些漏光会影响显示品质。为了解决上述偏振分光镜的问题，则其介面166则必须采用具有低双折射特性的玻璃以保持有单纯偏振方向的特性。又为了解决漏光问题，需镀有一1/4波长的补偿膜层等等。这些增加制造成本，也使系统不易维持。或甚至需要渐层镀膜的高难度工序。传统上另外也提出利用线栅式偏光元件(wire grid polarizer，WGP)取代偏振分光镜(PBS)。图4表示利用线栅式偏光元件的光学投影系统。参阅图4，一光源300发出一白光，经由一彩色分光镜302，分解成一蓝光束304与一混光束306。先以混光束306的黄光束路径做说明，其经聚合透镜(condenser lens)308，而后经反射镜314的改变方向后，进入另一彩色分光镜316，被分离成红光束318与绿光束。以红光束318而言，其经过一线栅式偏光元件320，其中具有一偏振态的光分量会通过而到达一反射式液晶面板322。反射式液晶面板322以一偏振态，将光束反射到线栅式偏光元件320。此时，反射光具有一图像。线栅式偏光元件320于是将光束在反射到一合光棱镜(color-combination prism)162。对于此传统的设计，反射式液晶面板322相对于合光棱镜162的对应入射面而言，为垂直设置。光束是利用线栅式偏光元件320的反射而入射于合光棱镜162。至于其它的蓝光束(B)304与从混光束316分离出的绿光束(G)，也以相同的方式设计。对于蓝光束(B)304也包括使用聚合透镜310与传递镜312。本专利技术人发现图4的传统设计，仍有一些问题，例如线栅式偏光元件的弯曲，造成例如色差(chromatic aberration)等的问题。针对所发现的问题，本专利技术提出另一设计，将于后述。另外，对于其它的传统光学投影系统，也例如图9与图10所示。于图9中，其主要的传统设计是从光源的光束先经一聚合透镜804聚合才进入彩色分光镜806。而后续的光路径是采用液晶面板812的设计。对于此设计，因为聚合透镜804为单边远心(telecentricity)或是非远心的设计，其光线的锥角(cone angle)很大，其后面的彩色分光镜806需要渐层式镀膜的方式形成，以降低由于锥角所引起的色彩不均匀问题。而红光束802R与绿光束802G经彩色分光镜818再次分离后，绿光束802G还需要利用反射镜822反射。由于路径长度不一样，还需传递镜820、824做相差调整。对于图9的其它详细路径的说明，如图示应可被本
的普通技术人员所了解，不再详述。另外，图10是利用线栅式偏光元件916配合反射式液晶面板918设计而成。然其与图9有相同的问题，即是由光源900的光先经聚合透镜902后才到达彩色分光镜904。由于聚合透镜902是非远心的设计，其问题与图9的设计相同。彩色分光镜需要渐层镀膜。又由于其为非远心设计，各颜色光束的光程受到彩色分光镜的限制，不可任意调整，因此各颜色光束的光程不容易达到等光程的设计。
技术实现思路
本专利技术包括提出一种光学投影系统，是采用穿透线栅式偏光元件的设计，而直向进入合光棱镜，其中反射式液晶面板是平行面对入射的合光棱镜的对应面。本专利技术包括也另外提出一种光学投影系统，利用双边远心的设计，而将第一片彩色分光镜置放于双边远心组之前，因此可以维持小锥角的设计，以避免彩色分光镜需要渐层镀膜的设计。另外，各光束的光程，可独立设计使达到等光程的效果。本专利技术又提出一种光学投影系统，该投影系统包括一平行光源，该平行光源用于提供一平行光束；一第一彩色分光镜，该彩色分光镜将该平行光束分离成一第一原色光束与一混光束，该混光束混合有一第二原色光束与一第三原色光束；一第一双边远心组，该第一双边远心组设置于该第一原色光束的一第一光路径上，将该第一原色光束转变为一第一光束；一第二双边远心组，该第二双边远心组设置于该混光束的一第二光路径上；一第二彩色分光镜，该第二彩色分光镜设置于该混光束的该第二光路径上，将该混光束分离成一第二光束与一第三光束；一合光投影单元，该合光投影单元接受这些第一光束，该第二光束与该第三光束合成，以合光后投射。本专利技术又提出一种光学投影方法，该投影方法包括提供一平行光；将该平行光分离成一第一光束与一混光束；引导该一光束进入一第一双边远心组。引导该一混光束进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学投影系统，包括：一提供一平行光束的光源；一第一彩色分光镜，该第一彩色分光镜将该平行光束分离成一第一原色光束与一混光束，该混光束混合有一第二原色光束与一第三原色光束；一第一双边远心组，该第一双边远心组设置于该第一彩色分光镜之后，且于该第一原色光束的一第一光路径上，将该第一原色光束成转变为一第一光束；一第二双边远心组，该第二双边远心组设置于该第一彩色分光镜之后，且在该混光束的一第二光路径上；一第二彩色分光镜，该第二彩色分光镜设置于以使该混光束分离成一第二光束与一第三光束的位置上；以及一合光投影单元，该合光投影单元接受该第一光束、该第二光束与该第三光束以合成而后投射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕和，陈中荣，叶世博，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]