專利名稱：離軸式液晶投影機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種離軸式液晶投影機，特別是指一種偏振片及極化分析片分別垂直于光軸的三片離軸式液晶投影機。
背景技術(shù)：
所謂光波，就是彼此沿相互垂直方向輪流震蕩的電場和磁場的行進，也屬于一種電磁波；而且因為電場震蕩方向和磁場垂直，為簡化起見，探討電磁波行進的時候，多用電場震蕩方向作為代表；而為兼顧光的波動性和粒子性，也可用光子當計量單位。
自然界中常見的光源，任一瞬間都有大量的光子被同步釋放，所以除了激光光源因作用機制特殊外，其余光源所放射的電場、磁場震蕩方向大都為隨機地散亂分布，當光子夠大，震蕩方向的分布就可視為各方向均勻散布。
液晶分子因為只能容許光束中電場具有一特定震蕩方向的分量通過，垂直于所述特定震蕩方向的就會被反射或吸收，而且液晶分子的排列方向會依電壓的施加與否而改變。因而，如圖1，一般向列扭轉(zhuǎn)式液晶顯示裝置包括一液晶片21、一偏振片(polarizer)20及一極化分析片(analyzer)22。液晶片21是將液晶分子注入兩片彼此大約平行的透明電極板間而形成，并將所述液晶片21區(qū)分為數(shù)個晶胞，各電極板具有數(shù)個分別對應(yīng)各晶胞位置的電極。假設(shè)光束10沿X軸正向進行，把液晶片21設(shè)置位于X軸上的原點(指0)的Y-Z平面上，并將此偏振片(polarizer)20與極化分析片(analyzer)22分別設(shè)置于平行液晶片21的x軸坐標中的一負值處與一正值處上，以容許電場沿例如Z方向震蕩的分量入射到液晶片21，同時外部電路依視頻圖像信號(未圖示)以施加不同電壓于各晶胞的對應(yīng)電極上，使介于電極間對應(yīng)晶胞中的液晶分子依照施加電壓大小，產(chǎn)生不同程度扭轉(zhuǎn)，每一晶胞位置透射(或反射)出的光束的線偏極化方向也隨之產(chǎn)生不同程度的扭轉(zhuǎn)，電場沿Z方向震蕩的分量減少、沿Y方向震蕩分量增多，最后由極化分析片(analyzer)22將未被扭轉(zhuǎn)的電場沿Z方向震蕩分量全數(shù)濾除，濾留電場沿Y方向震蕩的分量，從而調(diào)制由液晶裝置射出的光強弱。
另方面，人類眼底職司視覺的細胞主要包括高感度而不具有色彩區(qū)分能力的視柱(rod)細胞、以及敏感度較低而用以感受不同顏色的視錐(cone)細胞，且依視錐細胞主要感色波長的頻帶來區(qū)分，大致可分為三種范圍，從而界定出所謂紅、綠、藍三原色。
為配合人類視覺的分色態(tài)樣，如圖2，以往的三片反射式液晶投影機包括一X一型分光器(X-plate)40、三偏振片411、412、413、三液芯片42、43、44、極化分析片451、452、453、一合光裝置46、補償透鏡組47及投射鏡頭組48(如圖8所示)。首先將混色光束30(此混色光柬30已經(jīng)先由諸如線偏極化轉(zhuǎn)換器(P-S converter)處理為預定單一極化方向)入射至X一型分光器(X-plate)40，而如圖3所示，X一型分光器(X-plate)40依頻率將混色光束30分為紅、綠、藍三色光束31、32、33，各分色光束31、32、33分別經(jīng)偏振片411、412、413照射至對應(yīng)的液晶片42、43、44而受調(diào)制，最后如圖4所示，經(jīng)各自極化分析片451、452、453過濾及合光裝置46的整合成光信號30’，并經(jīng)由補償透鏡組47，由投射鏡頭組48投射、重建預定的影像資料(如圖8所示)。
如圖3所示，此X-型分光器40是由一片反射紅光及一片反射藍光的漸層鍍膜分色片401、402彼此垂直組合而成，以形成四個側(cè)向開口，而其中三開口分別借由橋接分色片401、402的相鄰側(cè)的三偏振片411、412、413而被遮蔽，剩余的一開口作為混色光束30的輸入口。合光裝置46則如圖5所示，是由四個等腰直角三角柱狀棱鏡461、462、463、464，以腰部兩兩相向方式，共同夾置彼此垂直的兩鍍膜465、466后貼合而成，并因其形狀而被稱為X-型立方合光器(X-cube)，而其中三個棱鏡462、463、464的外露直立表面上分別平置與其相互平行的極化分析片451、452、453，而剩余的棱鏡461的直立外露表面作為光信號30’輸出面。為避免入射光與反射光共享同一光軸所需極化分光而伴隨的附帶弊病，如圖2所示，X-型立方合光器47被組設(shè)于X-型分光器40上方，混色光束30由下方與X-型分光器40入射面的法線方向傾斜0角(約十二度)入射至X型分光器40，被分離后的紅、綠、藍光束31 32、33再向斜上方入射至對應(yīng)的偏振片411、412、413及液晶片42、43、44，并持續(xù)斜向上方行經(jīng)各自的極化分析片451、452、453與合光裝置46整合成光信號30輸出。最后，為配合光輸出時向上傾斜的行進方向，還如圖8所示，以光行進路線脫離補償透鏡組47及投射鏡頭組48對稱中心的特殊設(shè)計將輸出光信號投射出。
然而，線偏極化光的電場震蕩方向(Z軸)、磁場震蕩方向(Y軸)皆與行進方向(X軸)垂直，一但入射光或射出的光相對偏振片、液芯片、或極化分析片呈一向上傾斜角度而偏離坐標的X軸方向，將違反原先垂直入射的前提假設(shè)，如圖6所示(在此只以經(jīng)液晶片43調(diào)制的光束作說明)，光束入射所述光路組件452的電場方向31’將與光路組件452的入射面的法線方向傾斜θ角出現(xiàn)，因而出現(xiàn)光束電場沿Z軸方向震蕩而保持垂直于光路組件的分量311’(光束振幅乘以COS(12°))、以及電場沿X軸方向震蕩而平行于光路組件的分量312’(振幅乘以Sin(12°))。偏振片411、412、413及極化分光片451、452、453均無法將電場活X軸方向震蕩的分量312’排除，所以即便在全無信號時，仍保持有部分無法濾除的光束漏出。尤其是，因入射光束及射出光束均非真正平行光，光束上下緣原本即保持有約20°的張角，當光束行進方向恰垂直于偏振片及極化分析片時，上下各10°張角的正弦值分量尚可視為近似零而予以忽略，但同時考慮光束進行的12°仰角后，將使光束31的光軸與光路組件452的法線方向間呈現(xiàn)如圖7所示，由θ1(約2°)至θ2(22°)的仰角范圍，此時將導致無法忽略的漏光現(xiàn)象。尤其，因采用X-型分光器40傾斜方向配置的鍍膜層進行分光，入射光束以上下緣的不同仰角、及左右側(cè)與法線夾角差異甚大而射入X-型分光器40，還將因光束30的上下、及左右側(cè)緣與鍍膜層的法線方向夾角顯著差異而造成明確地上下不對稱與左右不對稱的現(xiàn)象。
由于來自X-型立方合光器46的整合光束30’本身即具有一傾斜角，補償透鏡組47在粘貼至X-型立方合光器46表面(即指棱鏡461的部分直立外露表面)時，必須以一傾斜方向、對位至適當?shù)墓馍涑鑫恢茫藭r，不但需考慮光射出的精確位置、更需在沒有參考點的情況下拿捏選擇傾斜角度，一旦粘貼的位置或角度錯誤，便會損及價值不菲的X-型合光器46與補償透鏡47，造成制造的困難度極高、優(yōu)良率幾乎不到一半的情況，尤其即使是通過品管的產(chǎn)品，實際對位的精密度仍有存在探討的余地。另外，離心的補償透鏡模塊47配合離心式投射鏡頭組48，各光路組件411、412、413、451、453均非徑向?qū)ΨQ配置、入射的光柬也非對準中心入射，在制造過程中極難拿捏彼此的傾斜配置位置，更增加產(chǎn)品品質(zhì)的不穩(wěn)定性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種漏光情況較少的離軸式液晶投影機。
本實用新型的另一目的在于提供一種易于準確定位組裝光路組件組的離軸式液晶投影機。
本實用新型的又一目的在于提供一種易于確保光路組件相關(guān)定位，進而使重建影像數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定的離軸式液晶投影機。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的離軸式液晶投影機，包括一光源、一X-型分色裝置、三偏振片、與所述偏振片對應(yīng)的三片液晶片與極化分析片、以及一合光裝置；來自所述光源的混色光束經(jīng)由所述分色裝置分為紅、綠、藍三色光束，并由各所述對應(yīng)偏振片濾留預定極化方向的分量入射至各所述對應(yīng)液晶片，并受各所述液晶片的調(diào)制，受調(diào)制的各所述分色光束反射行經(jīng)各所述對應(yīng)極化分析片，再進入所述合光裝置匯整；其特點是各所述偏振片的排列方向是垂直于各所述人射分色光束的行進方向，以及各所述極化分析片的排列位置是垂直于各所述受調(diào)制分色光束的行進方向。
本實用新型中，偏振片設(shè)置方向垂直于入射至液晶片的入射光束行進方向，且將極化分光片設(shè)置于垂直被調(diào)制反射光束的光軸，使入射光軸與反射光軸分別垂直偏振片及極化分析片，進而排除光行進路線偏離垂直光路組件造成的偏差，尤其反射光束在行經(jīng)合光組件后，還采用一同軸式鏡頭模塊進行投影，此結(jié)構(gòu)使光學系統(tǒng)中的光路組件組裝與調(diào)整更為便捷而易于精準。

下面通過較佳實施例及附圖對本實用新型的離軸式液晶投影機進行詳細說明，附圖中圖1是線偏極化光束行經(jīng)偏振片、液晶片及極化分析片的偏極化方向變化的示意圖；圖2是以往三片反射式液晶投影機的部分光機構(gòu)的示意圖；圖3是以往X-型分光器的結(jié)構(gòu)及分光機制的俯視示意圖；圖4是以往X-型立方合光器的結(jié)構(gòu)及合光機制的俯視示意圖；圖5是以往X-型立方合光器的立體示意圖6是以往三片反射式液晶投影機光學機構(gòu)中，以傾斜角度人射的理想光束與極化分析片及液晶片作用時，光束偏極化方向的示意圖；圖7是以往三片反射式液晶投影機光學機構(gòu)中，以傾斜角度入射的實際光束與極化分析片及液晶片作用時，光束偏極化方向的示意圖；圖8是以往三片反射式液晶投影機中，經(jīng)由合光裝置匯整的光束，行經(jīng)離心的補償透鏡模塊、及離心式投影鏡頭組的光學機構(gòu)的示意圖；圖9是本實用新型較佳實施例的光學機構(gòu)俯視示意圖；圖10是圖9中的實施例的光學機構(gòu)的側(cè)視示意圖；圖11是圖9中的實施例的光學機構(gòu)的后視示意圖；圖12是圖9中的光學機構(gòu)連同一后續(xù)投影鏡頭組的組合示意圖；圖13是圖9中的光學機構(gòu)連同另一后續(xù)投影鏡頭組的組合示意圖。
具體實施方式圖9至圖11為本實用新型的一較佳實施例的光學機構(gòu)示意圖。本實施的離軸式液晶投影機5，同樣惜由諸如一白熾光源50放射出一原始光束500(即指白熾光束)，原始光束500經(jīng)由以往包括透鏡陣列、P-S轉(zhuǎn)換器、聚焦透鏡的光學處理裝置51，將光柬的能量分布均勻化、P波大致轉(zhuǎn)換為S波、并加以匯聚(或發(fā)散)成混色光柬30”后投射至分色裝置52分光。被分色裝置52區(qū)分的紅、綠、藍分色光束31″、32″、33″分別垂直入射至對應(yīng)的偏振片531、532、533，隨后以一傾斜仰角入射至液晶片54、55、56，并受各所述液晶片的調(diào)制與反射，再垂直穿透各自的極化分析片571、572、573(如圖11所示)，并垂直進入X-型立方合光器58(即合光裝置)的對應(yīng)側(cè)面，并匯整射出至如圖12所示的投影鏡頭組59投射。而X-型立方合光器58是由四個大小相等的透明等腰直角三角柱以兩兩腰部相向、夾制介于其間的鍍膜而成，所述四個三角柱的底面分別構(gòu)成所述X-型立方合光器58的四側(cè)面，四側(cè)面中的一面為所述受調(diào)制分色光束匯整后光束射出側(cè)面，另三面則分別用以承受所述三束受調(diào)制的分色光束入射，且各液晶片54、55、56的設(shè)置方向是使各所述受調(diào)制的分色光束被反射朝向垂直于所述X-型立方合光器的所述三面行進，所以，在此例中各所述液晶片54、55、56與X-型立方合光器58對應(yīng)各面的夾角大約為5-6度傾斜設(shè)置為最佳。
在此，入射至各液晶片54、55、56的各分色光束，實際上均由位于光束中央的主光線與周邊光線共同構(gòu)成，彼此間仍存在一角度差，為避免周邊光線實際入射至液晶片時，因上述角度差造成反射光強弱不一，各所述液晶片54、55、56可分別于前方設(shè)置焦距為正的一場鏡模塊540、550、560，使實際入射光線大致彼此角度差減小，并使反射的光柬不會因液晶片上像素位置不同而造成顯著差異。
受限于入射至液晶片54、55、56的光束31″、32″、33″行進方向必須與反射光束錯開，且被液晶片調(diào)制后反射的分色光束需垂直X-型立方合光器58各側(cè)面的極化分析片571、572、573，在本實施例中，為將X-型分光器52與X-型立方合光器58結(jié)合為一體而簡化元件的組裝，便如圖10與圖11所示，改變X一型分光器52中偏振片531、532、533的角度，使所述三偏振片531、532、533均脫離X一型分光器52而呈現(xiàn)部分仰角。
此外，在本實施例中由于匯整后射出的光束直接垂直于X-型合光器58表面，也將垂直進入投影透鏡59，所以完全不需設(shè)置補償透鏡組，而所采用的投影鏡頭59也可使用現(xiàn)今商品化的組件。如此光學途徑及設(shè)計的改良，造成合光器58匯整光束的所有主光線均以平行于投影鏡頭組59的光軸方向入射，并以平行于所述投影鏡頭組59軸向行進，所以組裝時，只需將投影鏡頭組59的光軸垂直于X-型合光器58表面，并將匯整光束對準透鏡組中心、并將鏡頭組軸心平行于光束行進方向設(shè)置即可，有效免除離心式透鏡組的組裝困擾，大幅提升產(chǎn)品優(yōu)良率、有效節(jié)約制造成本，尤其產(chǎn)品的輸出影像精密度更可同步獲得提高。
綜上所述，本實用新型借由將偏振片531、532、533及極化分析片571、572。573分別垂直入射分色光束及受調(diào)制的分色光束，排除光柬中電場線偏極化方向垂直于光路組件表面所造成的誤差，還借由徑向?qū)ΨQ的準直透鏡組，簡化組裝過程而可提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種離軸式液晶投影機，包括一光源、一X-型分色裝置、三偏振片、與所述偏振片對應(yīng)的三片液晶片與極化分析片、以及一合光裝置；來自所述光源的混色光束經(jīng)由所述分色裝置分為紅、綠、藍三色光束，并由各所述對應(yīng)偏振片濾留預定極化方向的分量入射至各所述對應(yīng)液晶片，并受各所述液晶片的調(diào)制，受調(diào)制的各所述分色光束反射行經(jīng)各所述對應(yīng)極化分析片，再進入所述合光裝置匯整；其特征在于各所述偏振片的排列方向是垂直于各所述入射分色光束的行進方向，以及各所述極化分析片的排列位置是垂直于各所述受調(diào)制分色光束的行進方向。
2.如權(quán)利要求1所述的離軸式液晶投影機，其特征在于所述合光裝置是一X-型立方合光器，所述合光器是由四個大小相等的透明等腰直角三角柱以兩兩腰部相向、夾制介于其間的鍍膜而成，所述四個三角柱的底面分別構(gòu)成所述X-型立方合光器的四側(cè)面，所述側(cè)面中的一面為所述受調(diào)制分色光束匯整后光束射出側(cè)面，另三面則分別用以承受所述三束受調(diào)制的分色光束入射，且所述三片液晶片的設(shè)置方向是使各所述受調(diào)制的分色光束被反射朝向垂直于所述X-型立方合光器的所述三面行進，借此，各所述極化分析片是可分別平行設(shè)置于所述X-型立方合光器的所述三側(cè)面處。
3.如權(quán)利要求2所述的離軸式液晶投影機，其特征在于各所述液晶片是與所述X-型立方合光器的各所述對應(yīng)面夾一角度傾斜設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的離軸式液晶投影機，其特征在于所述離軸式液晶投影機還包括用以規(guī)范所述合光裝置匯整射出的光束的一投影鏡頭組，且所述投影鏡頭組具有徑向?qū)ΨQ的光學特性，使得所述匯整射出光束的行進方向是與所述投影鏡頭組的光軸方向平行。
5.如權(quán)利要求1所述的離軸式液晶投影機，其特征在于各所述液晶片還包括設(shè)置于光束入射方向的一場鏡模塊，且各所述場鏡模塊的總焦距為正。
專利摘要一種離軸式液晶投影機，包括一反射式光學機構(gòu)，其中，偏振片設(shè)置方向垂直于入射到液晶片的入射光束方向，而且極化分析片是設(shè)置于垂直被反射光束的光軸方向，使入射光軸和反射光軸分別垂直偏振片和極化分析片，反射光束在行經(jīng)合光組件后，通過一同軸投影用鏡頭模塊進行投影，使整個光學系統(tǒng)中的各光路組件組裝調(diào)整更為便捷而易于精準。
文檔編號G02B27/18GK2522895SQ01234710
公開日2002年11月27日 申請日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者黃旭華 申請人:黃旭華