CN103293843B - 用于投影装置的极化转换元件组及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于投影装置的极化转换元件组，极化转换元件组包含一偏振分光片及一1/2波板。偏振分光片可将一光线分成具有第一偏振方向的第一光束与具有第二偏振方向的第二光束。且1/2波板设置于偏振分光片一侧，相对偏振分光片在第一位置与第二位置之间进行一往复移动。故在不同时序时，1/2波板将经过的第一光束或第二光束的偏振方向改变。通过该设置，使入射极化转换元件组的光线在不同时序分别产生一具有第一偏振方向的一第一偏振光或一具有第二偏振方向的第二偏振光。

Description

用于投影装置的极化转换元件组及投影装置

技术领域

本发明为一极化转换元件组，特别是指用于一投影装置的极化转换元件组。

背景技术

一般业界所使用的数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影系统，因其具备高亮度、色彩逼真、反应速度快以及轻量化等优势，已成为近年投影装置的主流。除了一般用于显示平面影像的DLP投影系统外，更将其应用在立体显示投影系统之中。

DLP投影系统的立体显示投影系统一般可分为戴眼镜式与裸眼式，其中前者的制作成本较低，已由早年普及至今。然而，戴眼镜式的立体投影系统，也可就其眼镜种类不同又可细分为主动式眼镜和被动式眼镜。

其主动式眼镜也被称为快门眼镜，采配合投影装置不同的时序，投影系统会于帧(Frame)与帧之间插入一灰阶画面，当主动式眼镜接收到灰阶画面时，便会进行左右快门的切换。举例来说，当主动式眼镜收到一灰阶画面，则判断需开启左眼快门，同时投影装置会产生一左眼视角影像，使用者即会于左眼接收到左眼视角影像。此种技术中，投影机交替提供左右视角影像，但由于快门切换时总是有一眼被遮蔽，使得每个眼睛看到萤幕的时间缩短，进而使观看者每只眼睛接收亮度减少了至少50％。此外，主动式眼镜因其采用液晶作为调控各镜片的透光度的方式，使其价格较被动式眼镜更高昂，并因装设切换结构及相关控制电路而增加眼镜重量，造成配戴不适。换言之，利用主动眼镜的DLP投影系统整体的成本无法降低，且使用不便，实为一大缺憾。

因此，如何设计出可搭配被动式眼镜、具有较低成本、精简的光学配置、体积微型化及提升亮度的立体投影系统，乃为此业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明为一种用于一投影装置的极化转换元件组，且极化转换元件包含一偏振分光片及设置于偏振分光片的一侧的一1/2波板。极化分光片可将一光线分成具有一第一偏振方向的一第一光束与具有一第二偏振方向的一第二光束。1/2波板相对偏振分光片往复移动。其运作方式将叙述如下：于一第一时序时，1/2波板移动至一第一位置，使第二光束经过1/2波板，被转换成具有第一偏振方向的第二光线后，与第一光束合成为具有第一偏振方向的一第一偏振光；于一第二时序时，1/2波板移动至一第二位置，第一光束经过1/2波板，转换成具有该第二偏振方向的第一光束后，与第二光束合成为具有第二偏振方向的一第二偏振光。

简言的，一光线进入极化转换元件组后，将会转换成具有第一偏振方向的第一光束，或具有第二偏振方向的第二光束后离开。

本发明更为一包含上述极化转换元件组的一投影装置。投影装置内至少包含至少一光源、一均光元件、上述极化转换元件组及一光调变器。至少一光源产生一光线，光线首先进入均光元件被均匀后，进入极化转换元件组后，将均匀后的光线于第一时序转换成第一偏振光，并将均匀后的光线于第二时序转换成第二偏振光。最后，于第一时序时，光调变器接收第一偏振光并将其转换成一第一视角影像，并于第二时序时接收第二偏振光并转换成一第二视角影像。观看者搭配一被动眼镜，使两眼分别接收到第一视角影像及第二视角影像，观看到一立体影像。

为了让上述的目的、技术特征和优点能够更为本领域的人士所知悉并应用，下文以本发明的数个较佳实施例以及附图进行详细的说明。

附图说明

图1为本发明的投影装置的一第一实施例的内部示意图；

图2为本发明的投影装置的一第二实施例的内部示意图；

图3A为本发明的极化转换元件组的一第一实施态样于第一时序的局部放大图；

图3B为本发明的极化转换元件组的一第一实施态样于第二时序的局部放大图；

图4A为本发明的极化转换元件组的第二实施态样示意图；

图4B为本发明的极化转换元件组的第三实施态样示意图；

图5A为本发明的极化转换元件组的第四实施态样侧视图；以及

图5B为本发明的极化转换元件组的第五实施态样侧视图。

其中，附图标记说明如下：

1、2：投影系统

11、21：光源

12、22：均光元件

13、23、33、43、53、63、73：极化转换元件组

14、24：光调变器

15、25：投影镜头

26：萤光轮盘

300：光线

301：第一光束

302：第二光束

332、432、532、632、732：偏振分光片

334、434、534、634、734：1/2波板

336、436、536、636、736：玻片

638、738：1/4波板

具体实施方式

以下将通过实施方式来解释本发明内容，本发明关于用于一投影装置的极化转换元件组及投影装置。需说明者，在下述实施例以及附图中，关于实施方式的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以直接限制本发明，同时，以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件均已省略而未绘示；且图式中各元件间的尺寸关系以及元件数量仅为求容易了解，非用以限制实际比例、实际大小及实际数量。

请先参考图1，图1为本发明的投影装置的一第一实施例的内部示意图。投影装置1包含三光源11、一均光元件12、一极化转换元件组13、一光调变器14及一投影镜头15。

本实施例中，三光源11皆为一发光二极管，于不同时序，该些光源11可依序产生一光线；于此实施例中，该等发光二极管依序提供一红光、一蓝光及一绿光。接着，光线进入均光元件12后被均匀，以平行光的方式进入极化转换元件组13，极化转换元件组13将光线转换成第一偏振光或第二偏振光，光调变器14接收第一偏振光或第二偏振光后，可分别转换成第一视角影像及第二视角影像，由投影镜头15投射出。观看者配戴一被动眼镜，使两眼分别接收到第一视角影像及第二视角影像，便能观看到一立体影像。

于本发明的实施态样中，光调变器可为一数字微镜装置或一液晶显示装置；均光元件可为一阵列透镜(lens array)、一蝇眼透镜(fly lens)、一集光柱(integration rod)或一光导管(light tunnel)，但并不以上述为限。

请继续参考图2，图2为本发明的投影装置的一第二实施例的内部示意图。第二实施例的投影装置2也包含光源21、一均光元件22、一极化转换元件组23、一光调变器24及一投影镜头25。与第一实施例相异的部分在于，本实施例中，光源21采用多个蓝光激光光源，且光源21的配置方式也与前一实施例配置不同。且采用一萤光轮盘26，将光源21所提供的蓝色激光光线，于不同时序转换为红光及绿光，以使投影装置2产生一彩色立体的影像。其中，本实施态样的投影装置更包含一曲面反射元件，设置于光源21一侧，使光源21产生的光线集中地反射后进入均光元件22。其余各元件间的相对关系以及操作方式已如第一实施例所叙，故此处不再赘述。

接着请一并参照图3A及图3B，其分别为本发明的极化转换元件组于第一时序及第二时序的局部放大图。图式中的“←”表示第一偏振方向、“←”表示第二偏振方向，其它图示中相同标记表示意义相同，特此予以说明。于此极化转换元件组的第一实施态样中，极化转换元件组33包含一偏振分光片332、一1/2波板334及一玻片336，1/2波板334设置于偏振分光片322的一侧，且本实施态样例中，1/2波板334贴附于玻片336上。偏振分光片322内具有多个偏振镀膜，而各偏振镀膜与偏振分光片322的表面呈一角度±θ。本实施例态样之中θ为45度，但不以此为限，仅其角度θ需与1/2波板334的设置匹配即可。此外，虽本实施态样例中的偏振分光片332中的各偏振镀膜虽为等距等角度设置，但于其他实施态样中，偏振镀膜也可不等距设置，或将偏振分光片332的不同区块设置不同角度的偏振镀膜。于其他实施态样中，1/2波板也可以其它方式形成于玻片上。

如图所示，进入偏振分光片332的一光线300被分成具有一第一偏振方向的一第一光束301与具有一第二偏振方向的一第二光束302。于此实施态样中，具有第一偏振方向的第一光束301为由偏振镀膜反射的S偏振光，而具有第二偏振方向的第二光束302则为穿透偏振镀膜的P偏振光。

因本发明的特征在于，1/2波板可相对于偏振分光片在第一位置与第二位置间往复移动。故如图3A所示，于一第一时序时，1/2波板334移动至一第一位置，使原先具有第二偏振方向的第二光束302经过1/2波板334，被转换成具有第一偏振方向的第二光束302后，与第一光束301合成为具有第一偏振方向的一第一偏振光；再如图3B所示，于一第二时序时，1/2波板334移动至一第二位置，使原先具有第一偏振方向的第一光束301经过1/2波板334，转换成具有该第二偏振方向的第一光束301后，与第二光束302合成为具有第二偏振方向的一第二偏振光。补充说明的是，此处所叙述的「往复移动」的方式可为上下移动或是左右移动，而于其他实施态样中，往复移动会依据1/2波板的设置方式而有所不同。

简言之，光线300进入极化转换元件组33后，将在第一时序时，转换成具有第一偏振方向的第一偏振光；于第二时序时，转换成有第二偏振方向的第二偏振光。本发明通过1/2波板的设置，将不同偏振方向的光束转换成相同方向由此回收可使耗损牺牲的亮度最小化。

请接续参考图4A及图4B，分别为本发明的极化转换元件组的第二实施态样及第三实施态样示意图。此二实施态样中，极化转换元件组43包含偏振分光片432、1/2波板434及玻片436，另一极化转换元件组53则包含了偏振分光片532、1/2波板534及玻片536，图4A及图4B例示了1/2波板434、534贴附于玻片436、536的可能实施态样。需说明的是，此等实施态样的1/2波板434、534与偏振分光片432、532的数量皆为例示，实际操作时可依据需求增加或减少。

在第二实施态样中，如图4A所示，1/2波板434以纵向的方式贴附于玻片436之上。因此于实际操作时，1/2波板434会相对于偏振分光片432左右移动(箭头方向)。相似地，于第三实施态样中，如图4A所示，1/2波板534则是以横向的方式贴附于玻片536之上，此时1/2波板534则会相对于偏振分光片432上下移动(箭头方向)。

最后，请一并参考图5A及图5B，其为本发明的极化转换元件组的第四及第五实施态样示意图。由于本发明的极化转换元件组更可包含一1/4波板，且1/2波板设置于1/4波板与偏振分光片之间，故以下将就各实施态样与前述实施态样相异处分别说明。

如图5A所示的极化转换元件组63包含一偏振分光片632、一1/2波板634、一玻片636及一1/4波板638，其中，1/2波板634可形成于一玻片636的一第一表面，1/4波板638则形成于玻片636的另一表面(第二表面)，并与1/2波板634相对；或如图5B所示为极化转换元件组73另一种配置态样，在本实施例中，极化转换元件组73也包含一偏振分光片732、一1/2波板734、一玻片736及一1/4波板738，与前述实施例相异处在于：1/4波板738独自设置于玻片736的一侧，不须直接形成于玻片736的一表面上。本发明也可有一实施态样例，其将1/2波板可直接形成贴附于1/4波板之上(图未示出)。

承上所述，于本发明的极化转换元件组更包含1/4波板的目的在于，使经过1/2波板转换而成的第一偏振光或第二偏振光，再次偏振转换成椭圆偏振光或是圆偏振光，使观看者所能有效观看的角度范围较大。

综上所述，本发明为一种用于投影装置的极化转换元件组，利用1/2波板于不同时序时在第一位置与第二位置往复移动，使得入射极化转换元件组的光线得以在不同时序时，被转换而统一成第一偏振光或第二偏振光。用于投影装置时，第一偏振光及第二偏振光分别被光调变装置转换成第一视角影像及第二视角影像，使用者搭配一被动眼镜即可观看到一立体影像。换言之，通过以上设置本发明即可设计出低成本、精简的光学配置、体积微型化及提升亮度的立体投影系统的目标。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求书范围为准。

Claims (10)

1.一种用于一投影装置的极化转换元件组，包含：

一偏振分光片，将一光线分成具有一第一偏振方向的一第一光束与具有一第二偏振方向的一第二光束；以及

一1/2波板，设置于该偏振分光片的一侧，并相对该偏振分光片往复移动；

其中，于一第一时序时，该1/2波板移动至一第一位置，使该第二光束经过该1/2波板，转换成具有该第一偏振方向的该第二光束后，与该第一光束合成为具有该第一偏振方向的一第一偏振光；于一第二时序时，该1/2波板移动至一第二位置，该第一光束经过该1/2波板，转换成具有该第二偏振方向的该第一光束后，与该第二光束合成为具有该第二偏振方向的一第二偏振光。

2.如权利要求1所述的极化转换元件组，更包含一1/4波板，且该1/2波板设置于该1/4波板及该偏振分光片之间。

3.如权利要求1所述的极化转换元件组，更包含一玻片，该1/2波板形成于该玻片的一第一表面。

4.如权利要求3所述的极化转换元件组，更包含一1/4波板，设置于该玻片相对于该第一表面的一第二表面。

5.如权利要求1所述的极化转换元件组，其中，该1/2波板形成于一1/4波板的一表面。

6.一投影装置，包含：

至少一光源，产生一光线；

一均光元件，均匀该光线；

一如权利要求1至5任一项所述的极化转换元件组，将均匀后的该光线于该第一时序转换成该第一偏振光及于该第二时序转换成该第二偏振光；以及

一光调变器，于该第一时序时接收该第一偏振光并转换成一第一视角影像，并于该第二时序时接收该第二偏振光并转换成一第二视角影像。

7.如权利要求6所述的投影装置，更包含一曲面反射元件，设置于该光源的一侧，并用以集中地反射出该光线。

8.如权利要求6所述的投影装置，其中，该均光元件为一阵列透镜、一蝇眼透镜、一集光柱或一光导管。

9.如权利要求6所述的投影装置，其中，该光调变器为一数字微镜装置或一液晶显示装置。

10.如权利要求6所述的投影装置，其中，该至少一光源均为激光二极管或均为发光二极管。