專利名稱：反射式光閥顯像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯像系統(tǒng)，特別是涉及一種使用棱鏡模塊的反射式光閥顯像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有顯像系統(tǒng)為了配合光閥對特定極性光束的需求，預(yù)先將照明光束形成單一極性光束，再以單一極性照射光束照射至光閥，以提高顯像畫面的質(zhì)量。
如圖1所示，現(xiàn)有顯像系統(tǒng)10使用一極性偏光器11(polarizing beamsplitter，PBS)作為極化照明光束的手段，該極性偏光器11由兩個直角柱狀棱鏡111、112的斜邊相互粘結(jié)形成方形剖面棱鏡，并在該粘結(jié)斜邊表面上設(shè)一極性分離鍍層113(polarization splitting coating)，通過極性分離鍍層113選擇性反射特定極性光束的特性，進行極化光束。當(dāng)混含P極性(平行于圖1的紙面)及S極性(垂直于圖1的紙面)的照明光束12，照射設(shè)于極性偏光器11一側(cè)的偏光片15(Polarizer)，僅讓S極性照明光束12穿過，并投射進入直角柱狀棱鏡111，再斜向入射至極性分離鍍層111，S極光束被反射，轉(zhuǎn)向由直角柱狀棱鏡111另一邊穿出，并投射至鄰近LCOS反射式光閥13(Liquid CrystalOn Silicon)，由反射式光閥改變極性，即由S極性改變?yōu)镻極性，調(diào)變后形成一具有圖像信息的光束，經(jīng)LCOS反射式光閥13反射后，又由直角柱狀棱鏡111同一邊射入極性偏光器11，再入射至極性分離鍍層113，極性分離鍍層113讓P極光束直接穿過，進入直角柱狀棱鏡112，并入射至透鏡組14，形成一圖像。
由于傳統(tǒng)極性偏光器具有角度相依性(angular dependence)，即傳統(tǒng)極性偏光器對于各種斜向角度入射的光束(skew rays)，會因方向不同而產(chǎn)生偏極性不同的光束，造成部分極性光束轉(zhuǎn)換的損失，形成嚴(yán)重的對比度不均勻及對比度偏低的問題。因此現(xiàn)有顯像系統(tǒng)10構(gòu)件配置時，將受限于極性分離鍍層113相對于入射照明光束及光閥反射光的偏極角度特性分布，一般僅應(yīng)用于光束發(fā)散角較小(即光圈F/#較大)的光學(xué)系統(tǒng)中，因而降低光學(xué)系統(tǒng)的亮度輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反射式光閥顯像系統(tǒng)，可減少照明光束斜向入射損失，以提高入射照明光束極化分離效果，增加畫面的對比。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種反射式光閥顯像系統(tǒng)，使構(gòu)件間配置降低限制，增加配置彈性，并縮減背焦距離。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種反射式光閥顯像系統(tǒng)，包括一棱鏡模塊，含有兩外表面及一側(cè)表面，內(nèi)部介于兩外表面間具有傾斜的兩相鄰切面；一金屬線柵偏光器，設(shè)在靠該側(cè)表面的前述的一切面上；一反射式光閥，設(shè)在前述靠金屬線柵偏光器的外表面附近；以及一透鏡組，設(shè)在前述另一外表面附近。
本發(fā)明還提供一種棱鏡模塊，為一柱狀棱鏡包括兩外表面；一側(cè)表面，位于兩外表面一側(cè)；兩切面，相鄰位于棱鏡模塊內(nèi)部，傾斜介于兩外表面間；以及一金屬線柵偏光器，設(shè)于靠該側(cè)表面的前述一切面上。
本發(fā)明還提供一種使用上述的棱鏡模塊的反射式光閥顯像系統(tǒng)，包括一合光棱鏡，為一塊狀棱鏡，含有同一水平的四個表面；三棱鏡模塊，分別以一外表面面對并設(shè)于前述四個表面中三個表面鄰近；一透鏡組，設(shè)于前述四個表面中一個表面附近；三反射式光閥，分別設(shè)于三棱鏡模塊的另一外表面鄰近；以及三光束，分別投射并經(jīng)三棱鏡模塊，反射至三反射式光閥。
進一步說明，本發(fā)明由一偏光片預(yù)先極化照明光束形成所需極性光束，令均一極性照明光束射入棱鏡模塊，棱鏡模塊具有兩實質(zhì)平行的外表面，以及跨兩外表面對角邊的金屬線柵偏光器，使入射至棱鏡模塊內(nèi)照明光束經(jīng)全反射后，投射于金屬線柵偏光器上，由金屬線柵偏光器完全反射各種入射角度的極性光束，照射至反射式光閥，再經(jīng)光閥調(diào)變后反射至透鏡組，形成圖像。
圖1為現(xiàn)有顯像系統(tǒng)的光路徑示意圖；圖2為本發(fā)明第一實施例顯像系統(tǒng)光路徑的示意圖；圖3為本發(fā)明第二實施例顯像系統(tǒng)光路徑的示意圖；圖4為本發(fā)明第三實施例顯像系統(tǒng)光路徑的示意圖；圖5為本發(fā)明第四實施例顯像系統(tǒng)的外觀圖。
具體實施例方式
請參閱圖2，為本發(fā)明第一實施例的顯像系統(tǒng)20，包括一偏光片21、一具有金屬線柵偏光器23(Wire-Grid Polarizer)的棱鏡模塊22、反射式光閥24及透鏡組25。主要通過偏光片21及金屬線柵偏光器23，將照明光束26極化成所需極性光束，入射至反射式光閥24，再反射至透鏡組25，形成圖像。
其中，顯像系統(tǒng)20的棱鏡模塊22為一柱狀棱鏡，具有兩實質(zhì)平行的外表面221及222，一側(cè)表面223不平行于外表面221及222，棱鏡模塊22內(nèi)部具有跨兩外表面221、222兩對角邊的切面224、225，該兩切面224、225實質(zhì)相互平行，并間隔一微小的間隙226，其中近外表面221的切面224上，設(shè)一金屬線柵線偏光器23，通過間隙226防止損壞金屬線柵偏光器23。此外，反射式光閥24實質(zhì)平行設(shè)于外表面221附近，而透鏡組25的底部則實質(zhì)平行設(shè)于外表面222附近，一偏光片21實質(zhì)平行設(shè)于側(cè)表面223外側(cè)附近，構(gòu)成本發(fā)明的顯像系統(tǒng)20。
本發(fā)明的顯像系統(tǒng)20，由一混含P極及S極的照明光束26，從棱鏡模塊22側(cè)表面223方向，以垂直方向照射至偏光片21，經(jīng)過偏光片21預(yù)先極化作用，使照明光束穿過偏光片21，形成均一S極照明光束，接著進入側(cè)表面223，通過適當(dāng)選擇外表面221及側(cè)表面223的夾角θ，使照明光束26能以大于全反射臨界角的較大角度，照射至外表面221，使照明光束26形成全反射，接著反射至金屬線柵偏光器23，利用由金屬線柵偏光器23無角度相依性，即各種不同角度入射所有光束，金屬線柵偏光器23會反射特定方向極性照明光束，以及讓垂直該特定方向極性照明光束穿透金屬線柵偏光器23，將S極光束反射以實質(zhì)垂直穿出外表面221，以避免光束反射損失，接著照射至反射式光閥24，經(jīng)過反射式光閥24調(diào)變后，形成一具有圖像信息的P極光束261，由反射式光閥24反射，再以近垂直穿過外表面221進入棱鏡模塊22，入射至金屬線柵偏光器23，以P極光束261穿過金屬線柵偏光器23，進入間隙226，由于間隙226間隔極小，對光路徑影響很小，因此P極光束261約以相同方向前進，穿過鄰接切面225，再近垂直穿過外表面222離開棱鏡模塊22，最后入射至透鏡組25，形成一圖像。
由于本發(fā)明第一實施例的顯像系統(tǒng)20，通過偏光片21，預(yù)先極化照明光束26成所需極性光束，并適當(dāng)選擇照明光束26照射至外表面221的角度，令均一S極性照明光束26全反射后，入射至金屬線柵偏光器23，且由于金屬線柵偏光器23可完全反射各種入射角度的S極性光束，可避免斜向入射的極化分離損失，增加系統(tǒng)20的對比，也可以金屬線柵偏光器23較大傾斜范圍的角度α，約在15-40度間，使顯像系統(tǒng)配置更具彈性。
如圖3所示，其為本發(fā)明第二實施例的顯像系統(tǒng)30，其中棱鏡模塊32為一柱狀棱鏡，具有兩實質(zhì)平行的外表面321及322，一側(cè)表面323分別垂直于外表面321及322，棱鏡模塊32內(nèi)部具有跨兩外表面321、322兩對角邊的切面324、325，切面324及外表面321的夾角α角，約在22.5度，該兩切面324、325實質(zhì)相互平行，并間隔一微小的間隙326，其中近外表面321的切面324上，設(shè)一金屬線柵線偏光器33，通過間隙326防止損壞金屬線柵偏光器33。此外，反射式光閥34實質(zhì)平行設(shè)于外表面321附近，而顯像透鏡組35的底部則實質(zhì)平行設(shè)于外表面322附近，一偏光片31實質(zhì)平行設(shè)于側(cè)表面323外側(cè)附近，構(gòu)成本發(fā)明的顯像系統(tǒng)30。
本發(fā)明第二實施例的顯像系統(tǒng)30，由照明光束36以水平方向投射，垂直照射至偏光片31，預(yù)先極化成均一S極性光束，由側(cè)表面323射入棱鏡模塊32后，投射于金屬線柵偏光器33，將各種不同角度入射S極性光束以較大角度完全反射至外表面321，形成全反射后，又入射至金屬線柵偏光器33，金屬線柵偏光器33再將光束以近垂直反射出外表面321，照射至反射式光閥34，接著經(jīng)過反射式光閥34調(diào)變后，形成一具有圖像信息的P極光束361，再次垂直進入外表面321，依序穿過金屬線柵偏光器33、間隙326及切面325，并由外表面322穿出棱鏡模塊32，射入透鏡組35，形成圖像。由于夾角α角，約在22.5度，可使反射式光閥34與透鏡組35的背焦距離縮小，不僅縮減所占體積，也可減小像差。
再請參閱圖4，本發(fā)明第三實施例的顯像系統(tǒng)40，其中棱鏡模塊42為一柱狀棱鏡，具有兩實質(zhì)平行的外表面421及422及一側(cè)表面423，其中該例表面423上鍍有高反射率的光學(xué)鍍膜，棱鏡模塊42內(nèi)部具有跨兩外表面421、422兩對角邊的切面424、425，該兩切面424、425實質(zhì)相互平行，并間隔一微小的間隙426，其中近外表面421的切面424上，設(shè)一金屬線柵線偏光器43，通過間隙426防止損壞金屬線柵偏光器43。此外，一反射式光閥44實質(zhì)平行設(shè)于外表面421附近，而透鏡組45的底部則相對著反射式光閥44，且實質(zhì)平行設(shè)于外表面422附近，此外，一偏光片41相鄰反射式光閥44，并實質(zhì)平行設(shè)于外表面421附近，構(gòu)成本發(fā)明的顯像系統(tǒng)40。
本發(fā)明第三實施例的顯像系統(tǒng)40，由照明光束46以垂直向上方向投射，垂直照射至偏光片41，預(yù)先極化成均一S極性光束，由外表面421射入棱鏡模塊42后，照射至側(cè)表面423，經(jīng)其上的鍍膜層反射后，由適當(dāng)配置棱鏡模塊42側(cè)表面423與靠反射式光閥44外表面421的夾角θ、及金屬線柵偏光器43與棱鏡模塊42外表面421的夾角α，使照射至外表面421產(chǎn)生全反射，投射于金屬線柵偏光器43，將各種不同角度入射S極性光束以近垂直反射出外表面421，照射至反射式光閥44，接著經(jīng)過反射式光閥44調(diào)變后，形成一具有圖像信息的P極光束461，再次垂直進入外表面421，依序穿過金屬線柵偏光器43、間隙426及切面425，并由外表面422穿出棱鏡模塊42，射入透鏡組45，形成圖像。由此，本發(fā)明第三實施例的顯像系統(tǒng)40，可避一步提供照明光束46不同入射方向與位置，使顯像系統(tǒng)的配置更彈性。
如圖5所示，其為本發(fā)明第四實施例的顯像系統(tǒng)50，為一彩色顯像系統(tǒng)，主要將前述第三實施例的棱鏡模塊42，運用于多片式反射式光閥顯像系統(tǒng)50。其中，顯像系統(tǒng)50具有一方塊狀合光棱鏡56，三個棱鏡模塊521、522及523分別以其中一平行外表面，設(shè)置在合光棱鏡56同一水平三個面附近，合光棱鏡56同一水平的第四個面附近則設(shè)置一透鏡組55，三個棱鏡模塊521、522及523的另一平行外表面附近，則分別設(shè)有三個反射式光閥541、542及543，以構(gòu)成顯像系統(tǒng)50。
本發(fā)明的顯像系統(tǒng)50以預(yù)先經(jīng)極化的S極紅513、綠512、藍511光束，分別由棱鏡模塊523、522及521設(shè)置反射式光閥543、542及541的外表面射入，經(jīng)一次反射及一次全反射后，投射至設(shè)于棱鏡模塊523、522及521內(nèi)的金屬線柵偏光器533、532及531，將各種不同角度入射S極性光束以近垂直反射出棱鏡模塊523、522及521，照射至反射式光閥543、542及541，接著經(jīng)過調(diào)變后，形成一具有圖像信息的P極光束(未圖示)，再次垂直進入棱鏡模塊523、522及521，穿過金屬線柵偏光器533、532及531，并穿出棱鏡模塊523、522及521，使P極紅、綠、藍光束分別由合光棱鏡56三面射入，經(jīng)合光后穿出合光棱鏡56射入透鏡組55，形成一彩色圖像。因此，通過本發(fā)明的棱鏡模塊，不僅可增加對比及縮短背焦距離，還可進一步提供單片或多片式反射式光閥顯像系統(tǒng)，選擇照明光束多種不同入射方向，使配置空間更具有彈性。
與第四實施例的顯像系統(tǒng)50相比，本發(fā)明的第一，第二，第三實施例也可將照明光束先經(jīng)由色彩時序產(chǎn)生器(Color sequential device)例如如色輪(Color wheel)、色閘(Color switch)等，提供時序性的R、G、B彩色光源，因而形成彩色圖像。
同理，在前面的實施例中，也可以雙亮度加強膜取代金屬線柵偏光器，或在反射式光閥與棱鏡模塊間加一相位延遲片(Retardation plate)，用以純化反射式光閥的輸出偏極特性，或在顯像透鏡組與棱鏡模塊間另加一偏光片，用以強化輸出對比等，此外，在金屬線柵偏光器旁的間隙內(nèi)，也可注入折射率與棱鏡模塊材料相近的透明液體或粘膠，用以減低光線射至間隙界面時的損耗等變更。
以上所述的僅為用以方便說明本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明的范圍不限于該各較佳實施例，凡依本發(fā)明所作的任何變更，在不脫離本發(fā)明的精神下，都屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種反射式光閥顯像系統(tǒng)，包括一棱鏡模塊，含有兩外表面及一側(cè)表面，內(nèi)部介于兩外表面間具有傾斜的兩相鄰切面；一金屬線柵偏光器，設(shè)在靠該側(cè)表面的前述的一切面上；一反射式光閥，設(shè)在前述靠金屬線柵偏光器的外表面附近；以及一透鏡組，設(shè)在前述另一外表面附近。
2.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊兩外表面實質(zhì)平行。
3.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊為柱狀棱鏡。
4.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該反射式光閥、透鏡組的底部實質(zhì)平行前述棱鏡模塊兩外表面。
5.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該兩切面橫跨在兩外表面的對角邊。
6.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該兩切面實質(zhì)相互平行并間隔一微小的間隙。
7.依權(quán)利要求6所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該間隙注入折射率與棱鏡模塊材料相近的透明液體。
8.依權(quán)利要求7所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該透明液體為粘膠。
9.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該側(cè)表面附近設(shè)一偏光片并由偏光片接受照明光束射入。
10.依權(quán)利要求9所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該偏光片實質(zhì)平行前述棱鏡模塊側(cè)表面。
11.依權(quán)利要求9所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊側(cè)表面垂直于兩外表面。
12.依權(quán)利要求9所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該金屬線柵偏光器與棱鏡模塊外表面的夾角α介于15-40度。
13.依權(quán)利要求12所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊側(cè)表面與靠反射式光閥外表面的夾角θ與前述夾角α的配置，可使入射光束在該外表面形成全反射。
14.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該金屬線柵偏光器也可為雙亮度加強膜。
15.依權(quán)利要求1所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該反射式光閥相鄰設(shè)一偏光片，且由偏光片接受照明光束射入。
16.依權(quán)利要求15所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊側(cè)表面上鍍有高反射率的光學(xué)鍍膜。
17.依權(quán)利要求16所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該棱鏡模塊側(cè)表面與靠反射式光閥外表面的夾角θ、及金屬線柵偏光器與棱鏡模塊外表面的夾角α的配置，可使入射光束在該外表面形成全反射。
18.一種棱鏡模塊，為一柱狀棱鏡包括兩外表面；一側(cè)表面，位于兩外表面一側(cè)；兩切面，相鄰位于棱鏡模塊內(nèi)部，傾斜介于兩外表面間；以及一金屬線柵偏光器，設(shè)于靠該側(cè)表面的前述一切面上。
19.依權(quán)利要求18所述的棱鏡模塊，其中該兩外表面實質(zhì)平行。
20.依權(quán)利要求18所述的棱鏡模塊，其中該兩切面實質(zhì)平行，并間隔一微小的間隙。
21.依權(quán)利要求20所述的棱鏡模塊，其中該間隙注入折射率與棱鏡模塊材料相近的透明液體。
22.依權(quán)利要求21所述的棱鏡模塊，其中該透明液體為粘膠。
23.一種使用權(quán)利要求18所述的棱鏡模塊的反射式光閥顯像系統(tǒng)，包括一合光棱鏡，為一塊狀棱鏡，含有同一水平的四個表面；三棱鏡模塊，分別以一外表面面對并設(shè)于前述四個表面中三個表面鄰近；一透鏡組，設(shè)于前述四個表面中一個表面附近；三反射式光閥，分別設(shè)于三棱鏡模塊的另一外表面鄰近；以及三光束，分別投射并經(jīng)三棱鏡模塊，反射至三反射式光閥。
24.依權(quán)利要求23所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該三光束分別為經(jīng)均一極化的紅藍綠色光。
25.依權(quán)利要求23所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該至少一光束由棱鏡模塊設(shè)反射式光閥的外表面入射。
26.依權(quán)利要求23所述的反射式光閥顯像系統(tǒng)，其中該至少一光束由棱鏡模塊任一側(cè)邊方向入射。
全文摘要
一種反射式光閥顯像系統(tǒng)，包括一棱鏡模塊，含有兩外表面及一側(cè)表面，內(nèi)部介于兩外表面間具有傾斜的兩相鄰切面；一金屬線柵偏光器，設(shè)在靠側(cè)表面的一切面上；一反射式光閥，設(shè)在靠金屬線柵偏光器的外表面附近；以及一透鏡組，設(shè)在另一外表面附近。由偏光片預(yù)先極化照明光束形成所需極性光束，令均一極性照明光束射入棱鏡模塊，經(jīng)全反射后入射至金屬線柵偏光器，由金屬線柵偏光器完全反射各種入射角度的極性光束，照射至反射式光閥，經(jīng)光閥調(diào)變后再投射至透鏡組，形成圖像。本發(fā)明可避免斜向入射的極化分離損失，增加系統(tǒng)圖像的對比，并使顯像系統(tǒng)空間配置更具彈性。
文檔編號G02B5/06GK1479130SQ0214213
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者呂和, 呂 和 申請人:揚明光學(xué)股份有限公司, 呂和