CN102455513A - 具有光线回收结构的投影装置 - Google Patents

Abstract

一种具有光线回收结构的投影装置，包括发光组件、远心透镜组、偏极分光单元、面板以及反射组件。发光组件的发光点射出光线且光线穿过远心透镜组，偏极分光单元接收穿过远心透镜组的光线且使第一偏振光聚焦于第一平面。反射组件实质上配置于第一平面的位置且反射第一偏振光。第一偏振光被反射组件反射至发光点且第一偏振光去极化。发光组件反射去极化光线，使其入射偏极分光单元，进而使得去极化光线中的第二偏振光投射至面板的光学有效面。因此，可将发光组件所射出的大部分光线投射于面板的光学有效面，提升光线的使用率。

Description

具有光线回收结构的投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，特别涉及一种具有光线回收结构的投影装置。

背景技术

投影装置是利用光学投影方式将影像投射至屏幕上。近几年来，较常见的投影装置为液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)投影装置、数字发光组件处理(Digital Light Processing，DLP)投影装置以及硅基液晶(Liquid CrystalOn Silicon，以下简称为LCOS)投影装置。液晶显示投影装置因运作时光线是以穿透的方式通过液晶显示面板，属于穿透式投影机。而数字发光组件处理投影装置与硅基液晶投影装置则是靠光线以反射的方式进行投射，属于反射式投影机。其中，液晶显示投影装置与硅基液晶投影装置的所使用的光线皆为线性偏振(Linear Polarized)光。

请参照图1，为现有液晶显示投影装置或硅基液晶投影装置中形成单一偏振光的系统示意图。投影装置90包括发光组件92、透镜组93、偏极分光镜94、面板95以及吸收组件99。发光组件92射出光线96，透镜组93接收并射出光线96，偏极分光镜94接收并分离穿越过透镜组93的光线96为第一偏振光97与第二偏振光98。其中，第一偏振光97入射面板95，而第二偏振光98被吸收组件99吸收。因此，现有的投影装置90存在有发光组件所射出的光使用率不高的问题。

为了解决上述问题，于中国台湾公告号第I235874号揭露一种用于LCD/LCOS投影机的偏振转换导光管组件，其包含有由四片侧反射镜组成的光通道，其截面为矩形，且具有一光入口端以及一光出口端；一前反射镜，设于该光入口端，且该前反射镜具有一开口，容许由一发光组件汇聚的光束入射至该光通道内；一延迟板(Retardation Plate)，设于该光通道内；以及一倾斜设置的偏振分光模块，具有一偏振光束分光平面，其以与该侧反射镜成约45度夹角组态倾斜设于该延迟板以及该光出口端之间。上述装置可将垂直偏振光穿透以到达出口端，而平行偏振光则被反射回去，以提供单一偏振方向的光。但面对电子装置微小化的时代，上述的偏振转换导光管组件存在有体积过大且成本过高的问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种具有光线回收结构的投影装置一方面提高光线的使用效率，另一方面也解决现有投影装置存在有体积过大且成本过高的问题。

依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置包括发光组件、远心透镜组、偏极分光单元以及反射组件。依据本发明的一实施例，发光组件具有发光点且射出光线。偏极分光单元接收穿过远心透镜组的光线且使光线中的第一偏振光投射于第一平面。反射组件实质上配置于第一平面的位置且反射第一偏振光。被反射组件反射的第一偏振光入射至发光点且去极化，发光组件反射去极化的光线。

依据本发明的另一实施例，偏极分光单元包括平板式偏极分光镜与第一柱状镜，平板式偏极分光镜接收穿过远心透镜组的光线且使光线中的第一偏振光穿过第一柱状镜而投射于反光组件，第一柱状镜配置于反射组件与平板式偏极分光镜间。第一柱状镜与平板式偏极分光镜夹四十五度角，第一柱状镜收敛第一偏振光。

依据本发明的又一实施例，具有光线回收结构的投影装置还包括面板，面板包括光学有效面，偏振分光单元接收穿过远心透镜组的光线且使得光线中的第二偏振光投射于第二平面，该光学有效面实质上配置于预定位置且接收第二偏振光，其中，预定位置配置于第二平面或距离第二平面前后一特定距离内的位置。

依据本发明的再一实施例，远心透镜组还包括第二柱状镜，发光组件具有发光面，面板包括光学有效面。第二柱状镜接收发光面所发出的光线并将发光面的第一长宽比调整成投射至光学有效面所需的第二长宽比。

本发明的功效在于，依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置可藉由远心透镜组与反射组件的设置，将未入射至面板的第一偏振光反射回发光点且去极化，发光组件反射去极化光线，使去极化光线入射偏极分光单元后，去极化光线中的第二偏振光可入射至面板的光学有效面，进而提高光线的使用效率。接着，适当地将面板离焦(即面板配置于预定位置)以获得均匀的第二偏振光。再者，当远心透镜组包括第二柱状镜时，第二柱状镜可将发光面的第一长宽比调整成光学有效面所需的第二长宽比，以避免浪费发光面所射出的光线。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有液晶显示投影装置或硅基液晶投影装置中形成单一偏振光的系统示意图；

图2A为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的一实施例光线入射的路径示意图；

图2B为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的一实施例光线反射的路径示意图。

图2C为依据图2A的投影面示意图；

图3A为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的另一实施例光线入射的路径示意图；

图3B为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的另一实施例光线反射的路径示意图；

图4A为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的又一实施例光线入射的路径示意图；

图4B为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的又一实施例光线反射的路径示意图；

图4C为依据图4A的发光组件结构示意图；

图4D依据图4A的光学有效面示意图。

其中，附图标记

50第一出光面

52第二出光面

90投影装置

92、102、202、302发光组件

93透镜组

94偏极分光镜

95、110、210、310面板

96、116、216、316光线

97、120、220、320第一偏振光

98、122、222、322第二偏振光

99吸收组件

100、200、300具有光线回收结构的投影装置

103、203、303发光点

104、204、304远心透镜组

206四分之一波片

108、208、308偏极分光单元

1081、3081棱镜

1101、2101、3101光学有效面

112、212、312反射组件

1201、2201、3201第一平面

1221、2221、3221第二平面

123、323去极化光线

124、324投射面

140、240、340预定位置

2091平板型偏极分光镜

2092第一柱状镜

223圆偏振光

305基板

307发光面

313反射面

314发光层

315保护层

319第二柱状镜

L长度

W宽度

D、R、T特定距离

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参照图2A与图2B，分别为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的一实施例光线入射与反射的路径示意图。具有光线回收结构的投影装置100包括发光组件102、远心透镜组104、偏极分光单元108以及反射组件112。其中，发光组件102可为但不限于发光二极管，偏极分光单元108可为由二棱镜1081所组成的偏极分光镜，反射组件112可为但不限于反射镜。举例而言，偏极分光单元108也可包括平板型偏极分光镜与二第一柱状镜，此部分请容后详述。

在本实施例中，发光组件102(即发光二极管)包括发光点103且射出光线116。其中，远心透镜组104可由多个透镜所组成，在本实施例中，远心透镜组104可由四个凸透镜所组成，但本实施例并非用以限定本发明，可依据实际需求进行调整。

偏极分光单元108(即为由二棱镜1081所组成的偏极分光镜)接收并穿过远心透镜组108的光线116并使光线116中的第一偏振光120投射于第一平面1201，第二偏振光122投射于第二平面1221。在本实施例中，由于第一偏振光120可为S型线性偏振光，第二偏振光122可为P型线性偏振光，所以第一偏振光120被偏极分光单元108反射，而第二偏振光122穿过偏极分光单元108而不被反射，但本实施例并非用以限定本发明。也就是说，第一偏振光120也可为P型线性偏振光，第二偏振光122也可为S型线性偏振光，第一偏振光120穿过偏极分光单元108而不被反射，第二偏振光122被偏极分光单元108反射。其中，偏极分光单元108还可包括第一出光面50与第二出光面52，第一出光面50为偏极分光单元108射出第一偏振光120的面，第二出光面52为偏极分光单元108射出第二偏振光122的面，第一出光面50至第一平面1201的距离可等于第二出光面52至第二平面1221的距离，但本实施例并非用以限定本发明。

反射组件112实质上配置于第一平面1201的位置且反射第一偏振光120，被反射组件112反射的第一偏振光120入射到发光点103。更详细地说，光线116被发光点103射出后穿过远心透镜组104与偏极分光单元108而分成第一偏振光120与第二偏振光122。第一偏振光120被反射组件112反射且转换成去极化光线123，进而入射至发光点103。

在本实施例中，具有光线回收结构的投影装置100还包括面板110，面板110可为硅基液晶面板(Liquid Crystal On Silicon Panel，LCOS Panel)，面板110包括光学有效面1101，光学有效面1101配置于预定位置140并接收第二偏振光122，预定位置140配置于第二平面1221上或距离第二平面1221一特定距离D内的位置。其中，特定距离D的大小与发光点103的状态有关。举例而言，当发光点103存在有于工艺中所造成的缺陷，例如但不限于长晶时形成的缺陷，若将光学有效面1101实质上配置于第二平面1221上，则光学有效面1101会获得具有缺陷的照明，此时须将光学有效面1101移至距离第二平面1221一特定距离D内的位置，使光学有效面1101所获得的照明缺陷模糊或消失，但本举例并非用以限定本发明。

需注意的是，面板110与反射组件112的配置位置与第一偏振光120与第二偏振光122的偏振型态有关。举例而言，由于第一偏振光120为S型线性偏振光而被偏极分光单元108反射，所以反射组件112实质上配置于第一偏振光120被偏极分光单元108反射后聚焦的第一平面1201上，而第二偏振光122为P型线性偏振光时，由于P型线性偏振光可直接穿过偏极分光单元108，所以第二偏振光122可直接穿过偏极分光单元108后而聚焦于第二平面1221上，光学有效面1101配置于预定位置140，预定位置140配置于第二平面1221上或距离第二平面1221一特定距离D内的位置，但本实施例并非用以限定本发明。

发光组件102反射去极化光线123且使去极化光线123入射偏极分光单元108，并使去极化光线123中的第二偏振光120可穿过偏极分光单元108(即为由二棱镜1081所组成的偏极分光镜)而投射至面板110的光学有效面1101上，其中，去极化光线123所经过的路径与光线116所经过的路径相同，于此不加以绘制。

由于上述具有光线回收结构的投影装置100可藉由远心透镜组104、反射组件112与发光组件102间适当位置的配置，使得第一偏振光120去极化且可回到发光点103，进而增加回收光线的效率，其中，具有光线回收结构的投影装置100所获得的第二偏振光122亮度可为但不限于未设置反射组件112的投影装置所获得的第二偏振光亮度的1.2至1.3倍。再者，面板110的光学有效面1101可配置于预定位置140，使得投射至面板110的光学有效面1101上的第二偏振光122均匀化，以获得均匀的照明。

请参照图3A与图3B，分别为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的另一实施例光线入射与反射的路径示意图。具有光线回收结构的投影装置200包括发光组件202、远心透镜组204、偏极分光单元208以及反射组件212。其中，发光组件202可为但不限于发光二极管，偏极分光单元208可包括平板式偏极分光镜2091与二第一柱状镜2092，反射组件212可为但不限于反射镜。

在本实施例中，发光组件202(即发光二极管)具有发光点203且射出光线216。偏极分光单元208接收并分离穿过远心透镜组204的光线216为第一偏振光220与第二偏振光222，且使得第一偏振光220具有第一平面2201，第二偏振光222具有第二平面2221。

其中，偏极分光单元208包括平板式偏极分光镜2091与二第一柱状镜2092，平板式偏极分光镜2091接收穿过远心透镜组204的光线216并使光线216中的第一偏振光220投射于第一平面2201，光线216中的第二偏振光222投射于第二平面2221。二第一柱状镜2092分别配置于反射组件212(即反射镜)与平板式偏极分光镜2091间及面板210与平板式偏极分光镜2091间，二第一柱状镜2092分别与平板式偏极分光镜2091呈四十五度夹角，二第一柱状镜2092间呈九十度角。二第一柱状镜2092分别收敛第一偏振光220与第二偏振光222。

在本实施例中，第一偏振光220可为但不限于P型线性偏振光，第二偏振光222可为但不限于S型线性偏振光。也就是说，第一偏振光220也可为S型线性偏振光，第二偏振光222也可为P型线性偏振光。

在本实施例中，具有光线回收结构的投影装置200还可包括四分之一波片206，四分之一波片206可配置于发光组件202与偏极分光单元208间。在本实施例中，四分之一波片206可配置但不限于发光组件202与远心透镜组204间。

反射组件212配置于第一平面2201上且反射第一偏振光220，使得被反射组件212反射的第一偏振光220穿过远心透镜组204与四分之一波片206后转换成圆偏振光223而回到发光点203。

在本实施例中，具有光线回收结构的投影装置200还可包括面板210，面板210可为即硅基液晶面板。面板210包括光学有效面2101，光学有效面2101实质上配置于预定位置240且接收第二偏振光222，预定位置220配置于第二平面2221或距离第二平面2221前后一特定距离R内的位置。其中，特定距离R的大小与发光点203的状态有关。

发光组件202将圆偏振光223反射且使圆偏振光223再次穿过四分之一波片206，进而转换成第二偏振光222而入射至面板210的光学有效面2101上，其中，圆偏振光223所经过的路径与光线216所经过的路径类似，于此不加以绘制。在实际状态下，四分之一波片206也可不用设置于具有光线回收结构的投影装置200中，因为第一偏振光220反射回发光点203的过程会自然进行去极化效应，使得被反射组件212反射的第一偏振光220转换成去极化光线(未标示)，而去极化光线中的第二偏振光222可投射于面板210的光学有效面2101上。因此，可依据具有光线回收结构的投影装置200的去极化效应来决定是否要加装四分之一波片206。

其中，需注意的是，面板210与反射组件212的配置位置与第一偏振光220与第二偏振光222的偏振型态有关。在本实施例中，由于第一偏振光220为S型线性偏振光而可被平板式偏极分光镜2091反射后聚焦于第一平面2201，反射组件212配置于第一平面2201上，但本实施例并非用以限定本发明。也就是说，当第一偏振光220为P型线性偏振光时，反射组件212的配置位置随之改变而配置于P型线性偏振光所聚焦的平面上。由于上述具有光线回收结构的投影装置200可藉由远心透镜组204、反射组件212与发光组件202间适当位置的配置，使得第一偏振光220可回到发光点203，进而增加回收第一偏振光220的效率。再者，面板210的光学有效面2101配置于预定位置240，使得投射至光学有效面2101上的第二偏振光222均匀化，以获得均匀的照明。

请参照图4A与图4B，分别为依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置的又一实施例光线入射与反射的路径示意图。具有光线回收结构的投影装置300包括发光组件302、远心透镜组304、偏极分光单元308以及反射组件312。其中，发光组件302可为但不限于发光二极管，偏极分光单元308可为由二棱镜型3081所组成的偏极分光镜，反射组件312可为但不限于反射镜。

在本实施例中，发光组件302(即发光二极管)包括发光点303且发光点303射出光线316。请参照图4A与图4C，图4C为依据图4A的发光组件结构示意图。发光组件302具有基板305、反射面313、发光层314与保护层315，反射面313配置于基板305上，发光层314配置于反射面313与保护层315间，且发光层314包括多个发光点303。发光层314射出光线316并穿过保护层315而射出，反射面313将入射至反射面313的光线316反射并穿过保护层315而射出，保护层317与远心透镜组304连接，但本实施例并非用以限定本发明。其中，发光组件302还包括发光面307，发光面307由多个发光点303所组成，发光面307可为发光层314与保护层315的交接处，也可为发光层314或保护层315中的任一面，且发光面307可为矩形面、方形面或不规则面。在本实施例中，发光面307为发光层314与保护层315的交接处且为方形面，但本实施例并非用以限定本发明。

请参照图4A与图4B，远心透镜组304接收光线316。偏极分光单元308(即由二棱镜3081所组成的偏极分光镜)接收并分离穿过远心透镜组304的光线316为第一偏振光320与第二偏振光322，且使得第一偏振光320具有第一平面3201，第二偏振光322具有第二平面3221。反射组件312配置于第一平面3201上且反射第一偏振光320，使反射组件312反射第一偏振光320且第一偏振光320转换成去极化光线323，进而回到发光点303。

在本实施例中，具有光线回收结构的投影装置300还可以包括面板310，面板310可为硅基液晶面板。面板310包括光学有效面3101，光学有效面3101实质上配置于预定位置340且接收第二偏振光322，预定位置340配置于第二平面3221上或距离第二平面3221前后一特定距离T内的位置。其中，特定距离T的大小与发光点303的状态有关。

光线316被发光点303射出后依序穿过远心透镜组304与偏极分光单元308而被分离成第一偏振光320与第二偏振光322，第二偏振光322被面板310的光学有效面3101所接收，第一偏振光320被反射组件312反射且第一偏振光320转换成去极化光线323而入射至发光点303。在本实施例中，第一偏振光320可为P型线性偏振光，第二偏振光322可为S型线性偏振光。也就是说，第一偏振光320也可为S型线性偏振光，第二偏振光322也可为P型线性偏振光，需要注意的是，第一偏振光320与第二偏振光322的偏振型态会影响面板310与反射组件312的配置位置。

发光组件302将去极化光线323反射且使去极化光线323入射偏极分光单元308，进而使去极化光线323中的第二偏振光322投射于光学有效面3101上。其中，去极化光线323所经过的路径与光线316所经过的路径相同，于此不加以绘制。

在本实施例中，远心透镜组304还可包括第二柱状镜319，发光组件302具有发光面307(请参照图4C)，第二柱状镜319能接收发光面307所发出的光线316并将发光面307的第一长宽比调整成光学有效面3101的第二长宽比，但本实施例并非用以限定本发明。举例而言，请参照图2C、图4A、图4B、图4C与图4D，其中，图2C为依据图2A的光学有效面示意图，图4D为依据图4A的光学有效面示意图。当发光面(即多个发光点103所组成的面)的第一长宽比为一比一，且远心透镜组104未包括第二柱状镜时(即图2A的实施例)，投影至面板110的光学有效面1101的第二长宽比为一比一(因为远心透镜组104以成像方式投射至光学有效面1101上)。

而当光学有效面3101的第二长宽比为十六比九时，可利用第二柱状镜319将发光面307的宽度W所射出的光线316收敛而长度L所射出的光线316依原来的光路径(因未被第二柱状镜319收敛，即第二柱状镜319具有一维收敛光线的能力)投射至光学有效面3101上，使发光面307的第一长宽比(即一比一)转变成光学有效面3101所需的第二长宽比(即十六比九)而投射至光学有效面3101上，且不会浪费发光面307所射出的光线316。其中，发光面307经远心透镜组304、偏极分光单元308而成像于第二平面3221的投射面324面积可比光学有效面3101的面积大，发光面(即多个发光点103所组成的面)经远心透镜组104、偏极分光单元108而成像于第二平面1221的投射面124面积可比光学有效面1101的面积大，但本实施例并非用以限定本发明，可依据实际需求进行调整。

依据本发明所揭露的具有光线回收结构的投影装置可藉由远心透镜组与反射组件的设置，将第一偏振光去极化且反射回发光点，发光组件的反射面反射去极化光线，使得去极化光线中的第二偏振光可入射至面板的光学有效面，进而提高光线的使用率。接着，适当地配置面板的位置以获得均匀照明。再者，当远心透镜组包括第二柱状镜时，第二柱状镜可接收发光面所射出的光，且将发光面的第一长宽比调整成光学有效面的第二长宽比，以避免浪费发光面所射出的光线。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，包括：

一发光组件，该发光组件具有一发光点并射出一光线；

一远心透镜组；

一偏极分光单元，该偏极分光单元接收穿过该远心透镜组的该光线并使该光线中的一第一偏振光投射于一第一平面；以及

一反射组件，该反射组件配置于该第一平面的位置且反射该第一偏振光，被该反射组件反射的该第一偏振光去极化且入射到该发光点。

2.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该发光组件为一发光二极管。

3.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该偏极分光单元为由二棱镜所组成的一偏极分光镜。

4.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该偏极分光单元包括一平板式偏极分光镜与一第一柱状镜，该平板式偏极分光镜接收穿过该远心透镜组的该光线且使该光线中的该第一偏振光穿过该第一柱状镜后而投射于该反射组件，该第一柱状镜配置于该反射组件与该平板式偏极分光镜间，且该第一柱状镜与该平板式偏极分光镜呈四十五度夹角，该第一柱状镜收敛该第一偏振光。

5.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该反射组件为一反射镜。

6.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该具有光线回收结构的投影装置还包括一面板，该偏极分光单元将穿过该远心透镜组的该光线中的一第二偏振光投射于一第二平面，该面板配置于一预定位置且接收该第二偏振光，该预定位置为配置于该第二平面上或距离该第二平面前或第二平面后一特定距离的位置。

7.根据权利要求6所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该面板为一硅基液晶面板。

8.根据权利要求6所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该远心透镜组包括一第二柱状镜，该发光组件具有一发光面，该发光面包括多个该发光点，该面板包括一光学有效面，该第二柱状镜接收该发光面所发出的该些光线并将该发光面的一第一长宽比调整为该光学有效面所需的一第二长宽比。

9.根据权利要求6所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该偏极分光单元包括一平板式偏极分光镜与二第一柱状镜，该平板式偏极分光镜接收且分离穿过该远心透镜组的该光线为该第一偏振光与该第二偏振光，使得该第一偏振光具有该第一平面，该第二偏振光具有该第二平面，该些第一柱状镜分别配置于该反射组件与该平板式偏极分光镜间及该面板与该平板式偏极分光镜间，且该些第一柱状镜分别与该平板式偏极分光镜呈四十五度夹角，该些第一柱状镜间呈九十度角，该些第一柱状镜分别收敛该第一偏振光与该第二偏振光。

10.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该发光组件具有一基板、一反射面、一发光层与一保护层，该反射面配置于该基板上，该发光层配置于该反射面与该保护层间，该保护层与该远心透镜组连接。

11.根据权利要求1所述的具有光线回收结构的投影装置，其特征在于，该具有光线回收结构的投影装置还包括一四分之一波片，该四分的一波片配置于该发光组件与该偏极分光单元间。

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