(57)【要約】【課題】最適なフルカラーの投影効果が最少の部品で達成できる光バルブ式反射型投影装置を提供する。【解決手段】  光バルブ式反射型投影装置は、入射光源と、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと、３原色の３つの光バルブと、投影レンズとから構成されている。光源は白色光を供給する。第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、第１の原色を反射し、他の２つの原色を透過し、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナを通過した２つの原色をそれぞれ反射と通過させ、３原色を完全に分離する。３原色が３つの光バルブにより変調され反射された後、それらは、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナにより混合され、フルカラーの画像を形成し、投影レンズにより最終的に投影される。【選択図】図１
2006349786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を供給するための光源と、
該入射光の光路に設置され、第１の原色を第２、第３の原色から分離して、反射させるための第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと、
該入射光の光路に設置され、該第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ通過した第２、第３の原色を分離するための第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナであって、該第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、それぞれビームスプリットする部分とビームコンバインする部分とが別個に別れて一つの部品に形成され、各ビームスプリットする部分は、入射光からそれぞれの原色を分離するための第１のフィルムがコーティングされており、各ビームコンバインする部分は、それぞれの原色を通過光と混合するための第２のフィルムがコーティングされ、
第１、第２、第３の光バルブを含む３つの光バルブであって、画像を変調するのに使用され、該３つの光バルブはそれぞれ該第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナで分離された３原色を変調して反射し、再び該第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに導き、変調され反射された第１、第２の原色を集め、
カラー画像を投射するために変調した後、該第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナで反射、透過された３原色を集めるための投射レンズとから構成されていることを特徴とする光バルブ式反射型投影装置
【請求項２】
前記第１の光バルブと第３の光バルブとが第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナを基準面として対称に配置され、前記第３の光バルブと第２の光バルブとが第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナを基準面として対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項３】
第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナとが交わって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項４】
変調、反射された第３の原色の光路と、変調後、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナにより反射された第２の原色の光路と、変調後、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナにより反射された第１の原色の光路とが互いに重なるように、前記第１、第２、第３の光バルブが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項５】
第１の光バルブと、第２の光バルブと、第３の光バルブとが、それぞれ赤の液晶パネル、緑の液晶パネル、青の液晶パネルであることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項６】
第１の光バルブと、第２の光バルブと、第３の光バルブとがデジタル光処理装置であることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項７】
さらに、前記入射光の偏光を変換するために、入射光源の外側にｓ−ｐ偏光変換素子が配置され、前記入射光は、前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに入る前に、最初に該偏光変換素子を通過することを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項８】
さらに、前記入射光を最初に偏光するために、入射光源の外側に偏光選択部品が配置され、前記入射光は、前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに入る前に、最初に該偏光選択部品を通過することを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項９】
さらに、入射光源の外側に偏光選択部品が配置され、前記入射光は、前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに入る前に、最初に該偏光選択部品を通過することを特徴とする請求項５に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１０】
光が前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナを出た後の前記投影レンズ前面に、偏光選択部品が配置されることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１１】
光が前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナを出た後の前記投影レンズ前面に、偏光選択部品が配置されることを特徴とする請求項５に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１２】
光の投影方向を変更するために、光源の外側に反射鏡を設けることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１３】
光の投影方向を変更するために、光源の外側に反射鏡を設けることを特徴とする請求項５に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１４】
光の投影方向を変更するために、光源の外側に反射鏡を設けることを特徴とする請求項６に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１５】
前記２つのダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナのビームスプリットする部分とビームコンバインする部分とがお互いに重ならないことを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１６】
前記２つのダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナのビームスプリットする部分とビームコンバインする部分とがそれぞれ異なったフィルムの構造であることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１７】
前記２つのダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナのビームスプリットする部分とビームコンバインする部分とが互いに異なったミラー上に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１８】
前記２つのダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナのビームスプリットする部分とビームコンバインする部分とが互いに異なったミラー上に組み立てられていることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項１９】
３原色から赤外光を分離するために、前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに光が入る前に、さらに赤外線フィルタを設置し、それにより赤外光が前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと光バルブに入るのを防止し、各ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナによりミラーが決められることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項２０】
３原色から紫外光を分離するために、前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに光が入る前に、さらに紫外線フィルタを設置し、それにより紫外光が前記第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと光バルブに入るのを防止し、各ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナによりミラーが決められることを特徴とする請求項１に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項２１】
前記赤外線フィルタと紫外線フィルタはそれぞれのミラーにそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１９に記載の光バルブ式反射型投影装置
【請求項２２】
前記赤外線フィルタと紫外線フィルタはそれぞれのミラーにそれぞれ形成されることを特徴とする請求項２０に記載の光バルブ式反射型投影装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光バルブ式反射型投影装置に係わり、特に、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと３原色の光バルブを使用し、最少の部品を最適に配置して、最適なフルカラーの投影を行うことができる光学的投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な反射型液晶プロジェクションの光学エンジンには様々な構成がある。例えば、JVC、フィリップス（Philips）、カラーリンク（Color-Link）、RDI、オーロラシステム（Aurora System）などは、様々な構造の反射型液晶投影装置を生産している。ほとんど全ての構造はＸ−プリズムを採用している。カラーリンク（Color-Link）とRDIは、光スプリティング投影のために、独自のカラーセレクタを採用している。
【０００３】
一般的には、反射型液晶プロジェクションは、主としてＸ−プリズム構造を採用しており、赤、緑、青の３原色を３つの異なった偏光ビームスプリッタ（PBS）のセットに導きそれから互いにそれを混合している。３つの光ビームを使うのが共通するアイデアである。それらは光投影システムの変形としてのみの違いがある。それぞれの異なった光投影システムは、それぞれ異なった光エネルギーの使用効率と異なった体積のサイズを有している。それらの投影装置は、より複雑な構造からなり、より多くの光学部品を必要とする。その上、光をスプリットするために、同じ色の光に対し、異なった偏光状態を撮ることが必要で、通過や反射に対する要求が異なっている。したがって、製造が困難であり、製造コストがより高くなる。さらに、赤、緑、青の３原色の最適使用効率を実現することが出来ない。
【０００４】
プリズム型のビームコンバイナあるいはPBSを採用している投影システムでは、重量がより大きくなり、材料コストがより高くなる。さらに、プリズム型部品での光路がより長くなり、熱による部品の屈折率の変化や不均一で、蓄積した全光路差が大きくなり、画像の歪みを生じる。さらに、プリズム型部品は熱放散の能力が良くないので、熱的効果を解決することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、光バルブ式反射型投影装置を提供し、スペースを有効に利用し、体積を小さくし、生産工程を簡略化して、生産コストを下げることである。
【０００６】
本発明の主たる目的は、スペースを有効に利用し、体積を小さくすることができる光バルブ式反射型投影装置を提供することである。光バルブ式反射型投影装置は、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと３原色の光バルブを使い、最少の部品で最適な使用効率を達成するものである。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は、より単純なビームスプリッタ／コンバイナを使い、光学的調整を減らし、生産コストを下げるような光バルブ式反射型投影装置を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は、３原色の光路が等しくなり、画像のカラー歪みを防止したフルカラーの光バルブ式反射型投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本発明による光バルブ式反射型投影装置は、入射光源と、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと、３原色の３つの光バルブと、投影レンズとから構成されている。光源は白色光を供給する。第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、第１の原色を、第２、第３の原色から分離して反射するのに使われる。第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、第２の原色と第３の原色を分離するのに使われる。３原色が３つの光バルブにより変調され反射された後、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、第１と第２の原色を集めることができる。投影レンズは、フルカラー画像を投影するために変調された後、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナにより反射され、また透過した３原色を集めるのに使われる。本発明の様々な目的と利点は以下の詳細な記述を図面と照合しながら読むことにより理解されるであろう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による光バルブ式反射型投影装置は、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと、３原色の画像の光バルブを使い、最少の部品を、その位置や角度などを適切に配置して、最適なフルカラーの投影効果を達成している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示すように、この投影装置に必要な入射白色光Ｗを供給するのに、光源１０が使用される。白色光Ｗが、光路に設置された第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２に入射し、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２のスプリット部分で、赤色光Ｒが反射し、緑色光Ｇと青色光Ｂが透過して、赤色光Ｒが分離される。透過した緑色光Ｇと青色光Ｂは、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２の後ろに設置された第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４（第１と第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナとは交叉している。）に入射し、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４のスプリット部分で、緑色光Ｇが反射し、青色光Ｂが透過する。このように、３原色Ｒ、Ｇ、Ｂが２つのダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２と１４を通ることにより完全に分離される。
【００１１】
分離された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、画像変調のために、それぞれ赤色光バルブ１６、緑色光バルブ１８、青色光バルブ２０などの上に投影される。青色光Ｂは、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４のコンバイン部分に反射され、それを通過する。緑色光Ｇは、緑色光バルブ１８で反射され、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４のコンバイン部分に進み、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４で反射される。赤色光Ｒは、赤色光バルブ１６で反射され、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２のコンバイン部分に進み、第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２で反射される。その後、赤色光Ｒは、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４を通過する。赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、このようにして高輝度で高コントラストのフルカラー画像として集められ、投影レンズ３０により最終的にスクリーン上に投影される。
【００１２】
赤色光バルブ１６と青色光バルブ２０とが第１のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２を基準面として、対称に配置されている。緑色光バルブ１８と青色光バルブ２０とが第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１４を基準面として、対称に配置されている。したがって、プロジェクション装置の中での赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの光路長が等しくなり、フルカラー画像の色歪みを最少に低減することができる。
上記の赤色光バルブ１６、緑色光バルブ１８、青色光バルブ２０の配置はほんの一例にすぎない。実際には、これらの光バルブの位置は互いに入れ替えてもよい。さらに、第１と第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２と１４のスプリットとコンバインへの要求は、これらの光バルブの配置にしたがって変化する。
【００１３】
光バルブ式反射型投影装置は、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナの構造設計で特徴づけられる。ビームスプリットとビームコンバインは同じミラーで行われるが、それらは第１あるいは第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナの別々の部分で行われる。ビームスプリットとビームコンバインとは異なった入射角になるので、フィルムのコーティングに対する要求は異なる。ビームスプリットとビームコンバインとは異なった部分で行われるので、ビームスプリットとビームコンバイン独自の部分で最適化ができる。もしも、ビームスプリットとビームコンバインとが同じ部分で行われるとすれば、フィルムのコーティングに対する要求は２つの異なった角度に合わせる必要がある。これは、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナの製造を複雑にする。さらに、それは、ビームスプリットとビームコンバインの効果に影響する。
【００１４】
ビームスプリットとビームコンバインとが、第１と第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２と１４のそれぞれ独自の部分で行われるので、ビームスプリットの部分とビームコンバインの部分は、異なったフィルムのコーティング構造とすることができる。あるいは異なったコーティングを持つ２つのミラーを、接着または組み立てにより接合して１つのミラーにすることができる。
【００１５】
図２は、本発明の好ましい実施例による概略図である。主要な構造は図１に示すものとほとんど同じである。図１で画像変調素子として使われていた３つの光バルブが赤色液晶パネル２２，緑色液晶パネル２４，青色液晶パネル２６に置き換えられている。液晶パネルの偏光要求に合わせ、光源１０のエネルギーを効率的に利用するために、偏光変換素子２８が光源１０の外側に付加されて、光源１０の白色光を直線偏光した白色光Wsに変換する。Ｓ偏光した白色光Wsは、第１と第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナ１２と１４によりＳ偏光した赤色光Rs、Ｓ偏光した緑色光Gs、Ｓ偏光した青色光Bsに分離される。これらのＳ偏光した３原色は、それぞれ赤色液晶パネル２２，緑色液晶パネル２４，青色液晶パネル２６で変調されて反射された後、それらの偏光は、Ｐ偏光した赤色光Rs、Ｐ偏光した緑色光Gs、Ｐ偏光した青色光Bsに変化する。これらのＰ偏光した３原色は、フルカラー画像ビームRGBpとして集められ、投影レンズ３０により投影される。詳細な光路は先の実施例と同じであるので、記載を省略する。さらに、限られた空間を有効に使うために、偏光した光の光路に反射鏡３２を置き、光の進行方向を変えても良い。
【００１６】
上記においては、偏光変換素子２８は光源１０の外側に付加されて、光源１０の光をＳ直線偏光した白色光に変換している。その偏光は、液晶パネルで反射された後では、Ｐ偏光に変化している。これはまた、光源１０の外側に付加された偏光変換素子２８で、光源１０の光をＰ直線偏光した白色光に変換し、液晶パネルでＳ偏光した光に変えるようにしても良い。他の動作は、偏光がＳ偏光からＰ偏光に代わったことを除けば、上述したものと同様である。
【００１７】
液晶光バルブによって変換された偏光した光を選択するために、投影レンズ３０の前に、偏光選択素子または偏光子を置いて、不要な浮遊光をフィルタリングして投影画像のコントラストをよくすることができる。
【００１８】
さらに、本発明によるデザインでは、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナは、偏光の問題を考えることなしに、原色の１つに対して反射または透過の働きのみをするので、製作が単純でコストが低くなる。さらに、ビームスプリットとビームコンバインを行うのに、同じビームスプリッタ／コンバイナを使うことが光学部品の数を大幅に減らし、光学的調整の手間を減らし、生産速度を高めて生産コストを下げている。
【００１９】
本発明では、ビームの混合が、Ｘプリズムでのような継ぎ目を持たないミラー全体で行われるので、スクリーンに継ぎ目が無く高解像度の投影装置になる。このことは、特に高解像度のプロジェクション装置にとって、非常に顕著な利点である。
【００２０】
本発明のもう一つの利点は、ビーム混合機能がバルクのプリズムの代わりにミラーで行われるので、熱放散が良いことである。さらに、ミラーにおける光路が短いので、蓄積した全光路差が小さくなり、画像品質に対する温度の影響が少なくなる。
【００２１】
さらに、一般的な投影装置に使用される光源は、赤外光と紫外光を含んでいて、それは、３原色の光に伴って、第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと光バルブに入ってくる。赤外光は、熱を発生し、屈折率の変化や余計な歪みを生じさせる。これは、この光学システムの画像品質や寿命に影響を与える。赤外光の影響を避けるために、赤外線フィルタを第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに入る光の前に付加しても良く、３原色の光から赤外光を分離することにより、赤外光がダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと光バルブに入ることを防止できる。紫外光は、光バルブの中の液晶に損傷を与えて光バルブの寿命とこの光学素子の画像品質に影響する。紫外光の悪影響を避けるために、紫外線フィルタを第１、第２のダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナに入る光の前に付加しても良く、３原色の光から紫外光を分離することにより、紫外光がダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと光バルブに入ることを防止できる。
【００２２】
上記の赤外線フィルタと紫外線フィルタは、同じミラーとすることができ、可視光と不可視光とを分離するようにコーティングされる。または、ミラーは紫外光を吸収する材料で作られ、赤外光を３原色の光から分離するようにコティングしても良い。また、上記の赤外線フィルタと紫外線フィルタは、異なったミラーで、一方は赤外光を３原色の光から分離するためのもので、他方は紫外光を３原色の光から分離するためのものである。
【００２３】
まとめると、本発明は、空間を効率的に使用して、体積を小さくした光バルブ式反射型投影装置を提供する。光バルブ式反射型投影装置は、ダイクロイックビームスプリッタ／コンバイナと３原色の画像の光バルブを用いて、最少の部品で最適な利用効率を達成している。
【００２４】
本発明は、好ましい実施例を参照して記載されているが、ここに記載されているものに限定されるものではない。上記から示唆される様々な置き換えや変形その他が通常の知識を有するいわゆる当業者によって容易になされるであろう。例えば、上記の光バルブは偏光の必要がないデジタル光処理装置（ＤＬＰ）に置き換えることができる。したがって、そのようなすべての置き換えや変形は本発明の特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施例による概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  光源
１２  第１のダイクロックビームスプリッタ／コンバイナ
１４  第２のダイクロックビームスプリッタ／コンバイナ
１６  赤色光バルブ
１８  緑色光バルブ
２０  青色光バルブ
２２  赤色液晶パネル
２４  緑色液晶パネル
２６  青色液晶パネル
３０  投影レンズ
３２  反射鏡
Ｂ  青色光
Ｂｓ  Ｓ偏光した青色光
Ｇ  緑色光
Ｇｓ  Ｓ偏光した緑色光
Ｒ  赤色光
Ｒｓ  Ｓ偏光した赤色光
Ｗ  入射白色光
Ｗｓ  白色光
【図１】
2006349786.tif 000003
【図２】
2006349786.tif 000004
【外国語明細書】
REFLECTIVE TYPE LIGHT VALVE PROJECTION DEVICE
Field of the invention
The present invention relates to a reflective type light valve projection device and, more particularly, to an optical projection device making use of dichroic beam splitters/combiners and image light valves of the three primary colors and capable of accomplishing the optimum full-color projection effect with the least components through appropriate arrangement.
Background of the invention
General reflective type liquid crystal projection optical engines have different architectures. For example, companies such as JVC, Philips, Color Link, RDI, and Aurora System produce reflective type liquid crystal projection devices of different structures. Almost all the structures adopt an X-prism. Color Link and RDI adopt their own color selectors to achieve the object of light-splitting projection.
Generally, reflective type liquid crystal projection devices mainly adopt the X-prism architecture to let the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) enter three different sets of polarization beam splitters (PBS) and then combine together. Three light beams are the common design idea. They differ only in variation of light projection system. Different light projection systems have different usage efficiencies of light energy and different sizes of occupied volume. However, the above projection devices have more complicated structures and require more optical components. Besides, it is necessary to take different polarization states of the same color light into account for light splitting, and the requirements for transmission and reflection differ. Therefore, the manufacturing is more difficult, and the production cost is higher. Furthermore, the optimum usage efficiencies of the three primary colors R, G and B can’t be accomplished.
For projection systems adopting prism type beam combiners or PBS, the weight is larger and the material cost is higher. Moreover, because light travels a longer path in the prism type components, the accumulated total optical path difference will be large due to variation and non-uniformity of refractive index of components owing to heat, hence causing distortion of image. Furthermore, because prism type components have an inferior heat-radiating performance, it is difficult to solve the thermal effects.
Accordingly, the present invention aims to propose a reflective type light valve projection device, which can effectively make use of space, shrink the volume, and simplify the manufacturing process for lowering the production cost.
Summary and objects of the present invention
The primary object of the present invention is to provide a reflective type light valve projection device capable of effectively making use of space and shrinking the volume. The reflective type light valve projection device makes use of dichroic beam splitters/combiners and image light valves of the three primary colors to accomplish the optimum usage efficiencies with the least components.
Another object of the present invention is to provide a reflective type light valve projection device, which uses simpler beam splitters/combiners to reduce optical adjustment actions and also lower the production cost.
Yet another object of the present invention is to provide a light-splitting reflective type optical device used for full-color image projection, wherein the optical paths of the three primary colors are made equal to avoid color distortion of image.
To achieve the above objects, a reflective type light valve projection device of the present invention comprises an incident light source, a first and a second dichroic beam splitters/combiners, three light valves of the three primary colors and a projection lens. The light source provides a white incident light. The first dichroic beam splitter/combiner is used to reflect the first primary color to separate it from the second and third primary colors. The second dichroic beam splitter/combiner is used to separate the second and third primary colors. After the three primary colors are modulated and reflected by the three light valves, the first and second dichroic beam splitters/combiners can collect the first and second primary colors. The projection lens is then used to collect the three primary colors respectively reflected and transmitted by the first and second dichroic beam splitters/combiners after modulation for projecting out a full-color image.
The various objects and advantages of the present invention will be more readily understood from the following detailed description when read in conjunction with the appended drawings, in which:
Brief description of drawing:
Fig. 1 is a structure diagram of the present invention; and
Fig. 2 is a diagram according to a preferred embodiment of the present invention.
Detailed description of preferred embodiment
A reflective type light valve projection device of the present invention makes use of dichroic beam splitters/combiners and image light valves of the three primary colors to accomplish the optimum full-color projection effect with the least components through appropriate arrangement of their positions and angles.
As shown in Fig. 1, a light source 10 is used to provide an incident white light W required by this projection device. When the white light W is incident onto a first dichroic beam splitter/combiner 12 located on its optical path, the splitting region of the first dichroic beam splitter/combiner 12 can reflect red light R while transmit green light G and blue light B, hence separating the red light R. When the transmitted green light G and blue light B are incident onto a second dichroic beam splitter/combiner 14 behind the first dichroic beam splitter/combiner 12 (the first and second dichroic beam splitters/combiners are crosswise arranged), the splitting region of the second dichroic beam splitter/combiner 14 can reflect the green light G while transmit the blue light B. The three primary colors R, G and B can thus be completely separated through the two dichroic beam splitters/combiners 12 and 14.
The separated red light R, green light G and blue light B are respectively projected onto a red light valve 16, a green light valve 18 and a blue light valve 20 for image modulation. The blue light B will be reflected onto the combining region of the second dichroic beam splitter/combiner 14 and transmit through. The green light G will be reflected from the green light valve 18 , then travels to the combining region of the second dichroic beam splitter/combiner 14 and is reflected by the second dichroic beam splitter/combiner 14. The red light R will be reflected from the red light valve 16, then travels to the combining region of the first dichroic beam splitter/combiner 12 and is reflected by the first dichroic beam splitter/combiner 12. Afterwards it transmits through the second dichroic beam splitter/combiner 14. The red light R, the green light G and the blue light B will thus be collected as a high-brightness and high-contrast full-color image, which is finally projected onto a screen by a projection lens 30.
The red light valve 16 and the blue light valve 20 are symmetrically arranged with the first dichroic beam splitter/combiner 12 as the reference plane. The green light valve 18 and the blue light valve 20 are symmetrically arranged with the second dichroic beam splitter/combiner 14 as the reference plane. Therefore, the traveled optical path of the red light R, the green light G and the blue light B in the projection device are all equal, hence reducing the color distortion of the full-color image to a minimum.
The above arrangement of the red light valve 16, the green light valve 18 and the blue light valve 20 is only an example. In practical application, the positions of these light valves can be interchanged. Moreover, the splitting and combining requirements of the first and second dichroic beam splitters/combiners 12 and 14 can vary according to the positions of these light valves.
The reflective type light valve projection device is characterized in the structure design of the dichroic beam splitters/combiners. Although beam splitting and combining are carried out with the same mirror, they are accomplished on different regions of the first or second dichroic beam splitter/combiner. This design has a great advantage. Because of different incident angles for beam splitting and combining, the requirements for film coating will differ. Because beam splitting and combining are accomplished on different regions, the optimum effects can be achieved at individual regions for beam splitting and combining. If beam splitting and combining are accomplished at the same region, the requirements for film coating need to be met for two different angles. This will complicate the manufacturing of the dichroic beam splitters/combiners. Moreover, the beam splitting and combining effects will be affected.
Because beam splitting and combining are accomplished at individual regions of the first and second dichroic beam splitters/combiners 12 and 14, the beam splitting region and the beam combining region will have different film coating structures. Or two mirrors having different film coating can be joined together to form a single mirror by means of gluing or assembling.
Fig. 2 is a diagram according to a preferred embodiment of the present invention. The primary structure is approximately the same as that shown in Fig. 1. However, the three light valves used as image modulating devices in Fig. 1 are replaced with a red liquid crystal panel 22, a green liquid crystal panel 24 and a blue liquid crystal panel 26. In order to meet the polarization requirements of the liquid crystal panels and effectively exploit the energy of the light source 10, a polarization conversion device 28 can be added outside the light source 10 to convert light of the light source 10 into a linearly polarized white light Ws. The S-polarized white light Ws is separated by the first and second dichroic beam splitters/combiners 12 and 14 to from an S-polarized red light Rs, an S-polarized green light Gs and an S-polarized blue light Bs. After these three S-polarized primary colors are respectively modulated and reflected by the red liquid crystal panel 22, the green liquid crystal panel 24 and the blue liquid crystal panel 26, their polarization will change to form a P-polarized red light Rp, a P-polarized green light Gp and a P-polarized blue light Bp. These three P-polarized primary color lights are then collected as a full-color image beam RGBp, which is then projected out by the projection lens 20. The detailed optical paths are the same as those in the previous embodiment and thus will not be further described. Moreover, a reflecting mirror 32 can be added on the optical path of the polarized light to change the traveling direction of light for making the most effective use in limited space. 
In the above description, the polarization conversion device 28 is added outside the light source 10 to convert light of the light source 10 into a linearly s-polarized white light. The polarization will change to p-polarization after the light is reflected by the liquid crystal panels. This can also be done with the polarization conversion device 28 added outside the light source 10 to convert light of the light source 10 into a linearly p-polarized white light. the liquid crystal panels then change the light to be s-polarized. The other operation is similar to the above description except the polarization requirement is switched between the s-polarization and the p-polarization.
A polarization selection device or a polarizer can be added in front of the projection lens 30 to select the polarized lights changed by the liquid crystal light valves and filter out undesired stray light, thereby letting the projected image have better contrast.
Besides, in the present invention’s design, because the dichroic beam splitters/combiners only perform the reflection or transmission action to a single primary color without the need of considering the problem of polarization, the manufacturing will be simpler, and the cost will be lower. Furthermore, using the same beam splitter/combiner to accomplish beam splitting and combining can greatly reduce the number of optical components of the whole device and thus decrease optical adjustment actions, hence enhancing the production speed and lowering the production cost.
In the present invention, because beam combining is accomplished with a full mirror having no seam in the conventional X-prism, there will be no seam line on the screen of a high-resolution optical projection device. This is a very conspicuous advantage especially for very high-resolution optical projection.
Another advantage of the present invention is that the beam combining function is accomplished with a mirror instead of a bulk prism, hence having a better heat-radiating effect. Moreover, because the optical path in the mirror is shorter, the accumulated total optical path difference will be smaller, hence letting the image quality be less subject to the influence of temperature.
In addition, the light source used in a common projection device also includes infrared light and ultraviolet light, which will enter the first and second dichroic beam splitters/combiners and the light valves along with the three primary color lights. The infrared light will generate heat to cause variation of refractive index or extra stress. This will affect the lifetime and imaging quality of this optical system. In order to avoid bad influence of infrared light, an infrared filter can be added before light entering the first and second dichroic beam splitters/combiners to separate the infrared light from the three primary color lights, thereby preventing the infrared light from entering the first and second dichroic beam splitters/combiners and the light valves. The ultraviolet light may damage liquid crystal in the light valves to affect the lifetime of the light valves and the imaging quality of this optical device. In order to avoid bad influence of the ultraviolet light, an ultraviolet filter can be added before light entering the first and second dichroic beam splitters/combiners to separate the ultraviolet light from the three primary color lights, thereby preventing the ultraviolet light from entering the first and second dichroic beam splitters/combiners and the light valves.
The above infrared filter and ultraviolet filter can be the same mirror, which is coated to separate visible light and invisible light. Or the mirror can be made of material capable of absorbing ultraviolet light and then coated to separate infrared light from the three primary color lights. The above infrared filter and ultraviolet filter can also be different mirrors, one for separating infrared light from the three primary color lights, the other for separating ultraviolet light from the three primary color lights.
To sum up, the present invention proposes a reflective type light valve projection device capable of effectively making use of space and shrinking the volume. The reflective type light valve projection device makes use of dichroic beam splitters/combiners and image light valves of the three primary colors to accomplish the optimum usage efficiency with the least components.
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be understood that the invention is not limited to the details thereof. Various substitutions and modifications have been suggested in the foregoing description, and other will occur to those of ordinary skill in the art. For instance, the above image light valves can be replaced with digital light processors (DLP) having no requirement for polarization. Therefore, all such substitutions and modifications are intended to be embraced within the scope of the invention as defined in the appended claims.
I claim:
1. A reflective type light valve projection device comprising:
an incident light source for providing an incident light;
a first dichroic beam splitter/combiner located on the optical path of said incident light for reflecting a first primary color to separate said first primary color from a second and a third primary colors;
a second dichroic beam splitter/combiner located on the optical path of said incident light for separating the second and third primary colors passing through said first dichroic beam splitter/combiner, each of said first and second dichroic beam splitter/combiners having separate and distinct beam splitting and beam combining regions formed thereon and being formed in one-piece formation, each said beam splitting region being coated with a first  film coating for separating a respective primary color of light from incident light, each said beam combining region being coated with a second film coating for combining a respective primary color of light with a transmitted light ray;
three light valves including a first light valve, a second light valve and a third light valve and used as image modulating devices, said three light valves respectively modulating and reflecting the three primary colors separated by said first and second dichroic beam splitters/combiners to let said first and second dichroic beam splitters/combiners collect the modulated and reflected first and second primary colors; and
a projecting lens for collecting the three primary colors reflected and transmitted by said first and second dichroic beam splitters/combiners after modulation to project out a full-color image.
2. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein said first light valve and said third light valve are symmetrically arranged with said first dichroic beam splitter/combiner as the reference plane, and said third light valve and said second light valve are symmetrically arranged with said second dichroic beam splitter/combiner as the reference plane.
3. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein said first and second dichroic beam splitters/combiners can be crosswise arranged.
4. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 3, wherein said first, second and third light valves are so arranged that the optical path of said modulated and reflected third primary color, the optical path of said second primary color reflected by said second dichroic beam splitter/combiner after modulation, and the optical path of said first primary color reflected by said first dichroic beam splitter/combiner after modulation overlap mutually.
5. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein said first light valve, said second light valve and said third light valve are a red liquid crystal panel, a green liquid crystal panel and a blue liquid crystal panel, respectively.
6. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein said first, second and third light valves are digital light processors.
7. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein an s-p polarization conversion device is further disposed outside said incident light source for converting polarity of said incident light, and said incident light first passes through said polarization conversion device before entering said first and second dichroic beam splitters/combiners.
8. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein a polarization selection component is further disposed outside said incident light source for initially polarizing said incident light, and said incident light first passes through said polarization selection component before entering said first and second beam splitters/combiners.
9. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 5, wherein a polarization selection component is further disposed outside said incident light source, and said incident light first passes through said polarization selection component before entering said first and second beam splitters/combiners.
10. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein a polarization selection component can further be disposed in front of said projection lens after said light leaving said first and second dichroic beam splitters/combiners.
11. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 5, wherein a polarization selection component can further be disposed in front of said projection lens after said light leaving said first and second dichroic beam splitters/combiners.
12. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein a reflecting mirror can further be provided outside said light source to change the projection direction of light. 
13. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 5, wherein a reflecting mirror can further be provided outside said light source to change the projection direction of light.
14. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 6, wherein a reflecting mirror can further be provided outside said light source to change the projection direction of light.
15. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein the beam splitting and combining regions of said two dichroic beam splitters/combiners do not overlap each other.
16. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein the beam splitting and combining regions of said two dichroic beam splitters/combiners each have different film structures.
17. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein the beam splitting and combining regions of said two dichroic beam splitters/combiners are on different mirrors glued together.
18. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein the beam splitting and combining regions of said two dichroic beam splitters/combiners are on different mirrors assembled together.
19. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein an infrared filter can further be provided before said light entering said first and second dichroic beam splitters/combiners to separate infrared light from said three primary colors, thereby preventing infrared light from entering said first and second dichroic beam splitters/combiners and said light valves, each of said first and second dichroic beam splitters/combiners defining a mirror.
20. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 1, wherein an ultraviolet filter can further be provided before said light entering said first and second dichroic beam splitters/combiners to separate ultraviolet light from said three primary colors, thereby preventing ultraviolet light from entering said first and second dichroic beam splitters/combiners and said light valves, each of said first and second dichroic beam splitters/combiners defining a mirror.
21. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 19, wherein said infrared filter and said ultraviolet filter are each formed on a respective one of said mirrors.
22. The reflective type light valve projection device as claimed in claim 20, wherein said infrared filter and said ultraviolet filter are each formed on a respective one of said mirrors.
Abstract
A reflective type light valve projection device comprises an incident light source, a first and a second dichroic beam splitters/combiners, three light valves of the three primary colors and a projection lens. The light source provides a white light. The first dichroic beam splitter/combiner can reflect the first primary color and transmit the other two primary colors, and the second dichroic beam splitter/combiner can respectively reflect and transmit the two primary colors passing through the first dichroic beam splitter/combiner, hence completely separating the three primary colors. After the three primary colors are respectively modulated and reflected by the three light valves, they are combined by the first and second dichroic beam splitters/combiners to form a full color image, which is finally projected out by the projection lens. The optimum full-color projection effect can thus be accomplished with the least component.
2006349786.tif 000005
2006349786.tif 000006