CN103376633B - 一种用于投影装置的光源系统及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种光源系统及应用该光源系统的投影装置。投影装置包含光源系统及一光调变器，而光源系统则包含至少一光源、一曲面反射元件、一荧光色轮、一偏极转换器及一半波延迟器。至少一光源提供的光线经过曲面反射元件及荧光色轮后，于一第一时序提供一第一光线，并于一第二时序提供一第二光线。再经由偏极转换器及半波延迟器，于不同时序将第一光线及第二光线分别转换为一第一偏极光及一第二偏极光。

Description

一种用于投影装置的光源系统及投影装置

技术领域

本发明关于一种光源系统以及应用该光源系统的投影装置，特别是关于一种应用曲面反射元件搭配偏极转换器及半波延迟器的光源系统。

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。现有采用戴眼镜式的立体投影技术，为架设两台投影机，利用排成一列的两台投影机分别模拟左右眼睛所见的影像，并分别在投影机的前方安装偏光镜片，并调整影像投影至左右眼镜片的位置，通过左右眼分别从成像位置看到的不同影像，以达到立体显示的效果。

然而，为使两台投影机投影出的影像能够重叠在同一位置，必须使两台投影机精准的对位，因此当要变换地点时，就必须重复的校正、调整投影机的对位问题，且同时使用两台投影机不但占用了较大的空间，也需要较多的成本。

因此，如何设计出可搭配被动式眼镜、具有较低成本、精简的光学配置及体积微型化的立体影像投影装置，乃为此业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光源系统及一种投影装置，通过光源系统提供的不同极化方向的极化光交互切换，使左右眼分别看到不同的极化影像，用以达到投影装置的立体显示效果，此种作法可避免现有排列两台投影机所占面积较大并且成本较高的问题。

本发明的另一目的在于提供一种光源系统及一种投影装置，由于本发明的投影装置配戴被动式眼镜，成本较低、使用方便，也不容易损坏，因此可降低整体成本并提升使用便利性。此外，利用极化光以达成立体显示的方式相较于使用主动式偏光片的方式，亮度也相对较高。

本发明的再一目的在于提供一种光源系统及一种投影装置，通过于光源系统上应用四分之一波延迟器以达到产生右旋以及左旋两种极化光的效果。

为达到上述目的，本发明提供一种用于一投影装置的光源系统及一种投影装置。投影装置包含一光源系统以及一光调变器。光源系统包含至少一光源、一曲面反射元件、一荧光色轮、一偏极转换器以及一半波延迟器。光源产生光线，光线于一第一时序穿透荧光色轮后，由曲面反射元件集中反射出一第一光线；光线于一第二时序经荧光色轮反射后，由曲面反射元件集中反射出一第二光线。偏极转换器于第一时序将第一光线分成具有一第一偏极方向的一第一光束及具有一第二偏极方向的一第二光束，并于第二时序将第二光线分成具有一第一偏极方向的一第三光束及具有一第二偏极方向的一第四光束。于第一时序，第一光束及第二光束通过半波延迟器的一第一时序部后，转换为一第一偏极光，第一偏极光具有第一偏极方向；于第二时序，第三光束及第四光束通过半波延迟器的第二时序部后，转换为一第二偏极光，第二偏极光具有该第二偏极方向。光调变器于第一时序接收第一偏极光并转换成一第一视角影像，并于第二时序接收第二偏极光并转换成一第二视角影像。使用者配戴一被动式眼镜，使两眼分别接收到第一视角影像及第二视角影像，便可观看到一立体影像。

光源系统的半波延迟器系形成于一玻片的一第一表面，光源系统还包含一四分之一波延迟器，且半波延迟器设置于四分之一波延迟器及偏极转换器之间。四分之一波延迟器亦可设置于玻片相对于该第一表面的一第二表面，与半波延迟器相对。再者，半波延迟器亦可系形成于一四分之一波延迟器的一表面。光源系统的至少一光源为一发光二极管或一激光。光源系统还包含一均光元件，用以均匀第一光线及第二光线，均光元件为一透镜阵列(lensarray)、一蝇眼透镜(fly lens)、一集光柱(integration rod)或一光导管(lighttunnel)。曲面反射元件包含至少一曲面，曲面为椭球面或抛物面。曲面具有一焦点，荧光色轮于焦点处涂布至少一磷光物质(phosphor)。且曲面设置一分光镀膜，仅可使一特定波段光线通过。此外，光调变器为一数字微镜装置或一液晶显示装置。

本发明所揭露的光源系统及应用该光源系统的投影装置，将光源系统分别于不同时序提供的极化的左旋极化光或右旋极化光交互切换，便可使左右眼分别看到不同的极化影像以达到立体显示的效果，此种作法可避免现有排列两台投影机所占面积较大并且成本较高的问题。另外，本发明所提供的光源系统及投影装置搭配成本较低的眼镜，不易损坏，因此可降低成本，且利用极化光以达成立体显示的方式相较于使用主动式偏光片的方式，亮度也相对较高，且由于成本较低的原因，因此适合用于大型的观赏场所。

为让上述目的、技术特征和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明一实施例的投影装置的内部结构示意图；

图2A是本发明实施例的荧光色轮的一示意图；

图2B是本发明的荧光色轮的另一实施形态示意图；

图3A是本发明实施例于第一时序的局部光路示意图；

图3B是本发明实施例于第二时序的局部光路示意图；

图4A是本发明的投影装置的光源系统中部分元件的组成形态的一示意图；以及

图4B是本发明的投影装置的光源系统中部分元件的另一组成形态的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1  投影装置

10  第一光线

11  光源系统

111  曲面反射元件

111a  贯穿槽

112、112’  荧光色轮

113  均光元件

114  偏极转换器

115  半波延迟器

116  第一光源

117  第二光源

117a、117b  蓝光发光二极管

118  玻片

119  四分之一波延迟器

12  第二光线

13  光调变器

14  第一偏极光

14s  第一光束

14p  第二光束

15  投影镜头

16  第二偏极光

16s  第三光束

16p  第四光束

17  光集中元件

18  反射镜

41  偏极转换器

43  半波延迟器

45  玻片

47  四分之一波延迟器

具体实施方式

请同时参阅图1、图3A及图3B，所示分别为本发明的一实施例的投影装置的内部结构示意图及光路的局部结构示意图。如图所示，投影装置1包含一光源系统11、一光调变器13、一投影镜头15、一光集中元件17及一反射镜18，其中，光源系统11的各元件将更详述如下。

光源系统11包含一光源组、一曲面反射元件111、一荧光色轮112、一均光元件113、一偏极转换器114、一半波延迟器115、一玻片118及一四分之一波延迟器119。光源组包含至少一光源，用以产生一光线，于本实施例中，光源组具有一第一光源116及一第二光源117，其中第一光源116包含四个蓝光激光光源，其同时提供四道蓝光激光光线，并通过曲面反射元件111及荧光色轮112转换为二道红色光线及二道绿色光线(详参后述)；第二光源117则包含二个蓝光发光二极管117a、117b，其轮流提供二道蓝色光线；需说明的是，第一光源116与第二光源117的组合轮流地提供后述的第一光线和第二光线。由于固态发光源已广泛地应用于投影机上，因此本发明的第一光源除采用激光光源之外，亦可替换为一发光二极管光源。

曲面反射元件111具有一曲面(图未标示出)，且其底部顶点形成有一贯穿槽111a，且曲面反射元件111定义有一焦点。曲面反射元件111上的曲面涂布有分光镀膜，仅可使特定波段光线通过，并反射其它波段的光线。于本实施例中，仅有蓝色光线可穿透，其它颜色光线则会由分光镀膜反射出。且于此实施例中，曲面反射元件111的曲面为一椭球面，而于本发明的其它实施形态，熟知此项技术领域者亦可将曲面反射元件的曲面轻易推知为抛物面。

荧光色轮112穿设于曲面反射元件111的贯穿槽111a且曲面反射元件111的焦点落于荧光色轮112上，荧光色轮112于曲面反射元件111的曲面焦点处涂布至少一种荧光粉，且涂布荧光粉的部分位于曲面反射元件111的焦点处，涂布荧光粉可利用圆形涂布或是环形涂布方式，由此，第一光源116所提供的蓝光激光光线，便可通过光集中元件17入射曲面反射元件111的焦点，并激发位于曲面反射元件111焦点的荧光色轮112的荧光粉而产生红色光线或绿色光线，由此曲面反射元件111的椭球曲面便可集中地反射出激发后的红色光线或绿色光线。

于本实施例中，红色光线或绿色光线于一第一时序穿透荧光色轮112后，由曲面反射元件111集中反射出一第一光线10，或该光线于一第二时序经荧光色轮112反射后，由曲面反射元件111集中反射出一第二光线12。

均光元件113则是用以均匀第一光线10及第二光线12，于本实施例中，均光元件113为一透镜阵列(lens array)，然于其它实施形态中，熟知本项技术领域技术者亦可轻易推及均光元件的其它形态，例如一蝇眼透镜(flylens)、一集光柱(integration rod)或一光导管(light tunnel)。

半波延迟器115设置于偏极转换器114的一侧，并形成于玻片118的一第一表面，半波延迟器115具有一第一时序部及一第二时序部(分别为图示X虚线所分的上半部115A及下半部115B)，而四分之一波延迟器119则形成于玻片118的一第二表面，亦即与半波延迟器115分设于玻片118的两相对表面。偏极转换器114及半波延迟器115可使光源系统11的第一光线10于第一时序转换为第一偏极光14，并将第二光线12于第二时序转换为第二偏极光16。

须说明的是，四分之一波延迟器119会产生四分之一的相位差，因此光轴的方向与垂直光轴的方向的光波会合成产生一个振动方向会旋转的光波，即使观察者的视角有偏移，也不会遮蔽影像或造成影像模糊不完全。

光调变器13分别于第一时序接收第一偏极光14并转换成一第一视角影像，于第二时序接收第二偏极光16并转换成一第二视角影像，投影镜头15将第一视角影像及第二视角影像投射至一被动式眼镜，第一视角影像及第二视角影像的其中一者将通过被动式眼镜的左眼镜片，另一者则通过被动式眼镜的右眼镜片，以使观察者能够观察到立体影像。于本实施例中，光调变器13为一数字微镜装置，然于其它实施形态中，亦可采用一液晶显示装置。

为详细说明光线行进的光路，请先参阅图2A，所示为本实施例的荧光色轮112的示意图，如图所示，荧光色轮112上涂布有用于将蓝光激光光线激发产生为红色光线的荧光粉，亦涂布有用于将蓝光激光光线激发产生为绿色光线的荧光粉。事实上，荧光色轮112分成左右两部分(亦可理解为正反面)，以于不同时序提供红色光线及绿色光线。与本实施例中，可使光线穿透的左半部均匀涂布用于产生红色光线的荧光粉(即图2A的荧光色轮112左半部的2r)及用于产生绿色光线的荧光粉(即图2A的荧光色轮112左半部的2g)；同样地，可使光线反射的右半部亦均匀涂布用于产生红色光线的荧光粉(即图2A的荧光色轮112右半部的2r’)及用于产生绿色光线的荧光粉(即图2A的荧光色轮112右半部的2g’)。据此概念，熟知此项技术领域者亦可推及其它的荧光粉涂布形态，例如图2B所示，左右半部分别为穿透及反射，且涂布用于产生红色光线、绿色光线及黄色光线的荧光粉(即图2B的荧光色轮112’的2r、2g及2y与2r’、2g’及2y’)，左右半部并分别设有部分为蓝光穿透及蓝光反射的区域(即图2B的荧光色轮112’的2b与2b’)；而为使后续产生的影像色彩符合所需，各区块的比例并不相同。

关于光源系统11中的光线转换，更详述如下。请继续参阅图1，于本发明的实施例中，首先，蓝光激光光线由第一光源116后端的光集中元件17集中射入曲面反射元件111的焦点。在第一时序，第一光源116所提供的蓝光激光光线投射至荧光色轮112的穿透左半部，在不同时间点激发产生红色光线及绿色光线后，再由曲面反射元件111的曲面集中为第一光线10；而在第二时序，第一光源116所提供的蓝光激光光线投射至荧光色轮112的反射右半部，在不同时间点激发产生红色光线及绿色光线后，反射至曲面反射元件111的曲面并集中为第二光线12。

第一时序的第一光线10经由反射镜18反射后，进入均光元件113；于第二时序时，第二光线12亦经反射镜18反射进入均光元件113。于本实施例中，由于利用曲面反射元件111而造成两光线的光路不同，第一光线10于反射镜18反射后将由光源系统11中后续光学元件的上半部处理，第二光线12于反射镜18反射后则由光源系统11中后续光学元件的下半部处理，前述的后续光学元件至少包含均光元件113、一偏极转换器114、一半波延迟器115、一玻片118及一四分之一波延迟器119。

由于第一光源116与第二光源117同时提供光线，当第一光源116于第一时序提供经荧光色轮112激发的第一光线10(依序为红色光线及绿色光线)，并由曲面反射元件111集中反射出后，第二光源117的蓝光发光二极管117a亦于第一时序接着提供一蓝色光线，并与第一光线10沿相同光路行进。另一方面，当第一光源116于第二时序提供经荧光色轮112激发的第二光线12(依序为红色光线及绿色光线)，由曲面反射元件111集中反射出后，第二光源117的蓝光发光二极管117b亦于第二时序接着提供一蓝色光线，并与第二光线12沿相同光路行进。换言之，荧光色轮112配合第一光源116与蓝光发光二极管117a，于第一时序依序提供红色光线、绿色光线及蓝色光线；荧光色轮112配合第一光源116与蓝光发光二极管117b，于第二时序依序提供红色光线、绿色光线及蓝色光线。然熟知本发明所属技术领域者应可轻易推知，本发明提供各色光线的顺序并不限于上述例示。

接着说明不同时序的光线行进，请参阅图3A及图3B，所示分别为前述实施例的偏极转换器114、半波延迟器115、玻片118及四分之一波延迟器119分别于第一时序及第二时序的光路示意图。

详言之，如图3A所示，第一时序时，第一光线10(于不同时间点为红色、绿色或蓝色光线)经由偏极转换器114上半部，而分成具有第一偏极方向的第一光束14s及具有第二偏极方向的第二光束14p，具有第一偏极方向的第一光束14s由偏极转换器114中的偏极镀膜反射而成，而具有第二偏极方向的第二光束14p则穿透偏极转换器114中的偏极镀膜。接着，仅有具有第二偏极方向的第二光束14p通过半波延迟器115上半的第一时序部，随后转换为同样具有第一偏极方向的光束，故通过玻片118的第一偏极光14均具有第一偏极方向，而于此实施例为S偏极光。

又如图3B所示，于第二时序，第二光线12(于不同时间点为红色、绿色或蓝色光线)经由偏极转换器114下半部，而分成具有一第一偏极方向的第三光束16s及具有一第二偏极方向的第四光束16p，具有第一偏极方向的第三光束16s由偏极转换器114中的偏极镀膜反射而成，而具有第二偏极方向的第四光束16p则穿透偏极转换器114中的偏极镀膜。接着，仅有具有第一偏极方向的第三光束16s通过半波延迟器115下半的第二时序部，随后转换为同样具有第二偏极方向的光束，故通过玻片118的第二偏极光16均具有第二偏极方向，而于此实施例为P偏极光。

需注意的是，为使具有不同偏极方向的光束统一成相同偏极方向，设置于偏极转换器114后方的半波延迟器115尺寸，须与偏极转换器114中的偏极镀膜角度配合。

此外，偏极转换器114与半波延迟器115使光线分解为两个不同振动方向的偏极光，分别是沿光轴(optic axis)的方向振动或垂直光轴的方向振动。当观察者头有偏向时，即被动式眼镜与偏极光方向对位不完全时，极有可能会发生左右眼镜片同时穿透第一视角影像及第二视角影像，导致影像模糊不清。

为避免上述的情况发生，本实施例于半波延迟器115之后端设置了四分之一波延迟器119，结合半波延迟器115与四分之一波延迟器119两者，便成为一圆偏光镜或一椭圆偏光镜。一般来说，半波延迟器115与四分之一波延迟器119的组成的圆偏光镜或椭圆偏光镜更可分为左旋或右旋的不同性质的偏极光，而本发明并不加以限制。

请参阅图4A及图4B，所示为本发明的偏极转换器、半波延迟器、玻片及四分之一波延迟器的不同组成形态示意图。如图4A所示，半波延迟器43、玻片45及四分之一波延迟器47均位于偏极转换器41的一侧，半波延迟器43形成于玻片45的一第一表面，玻片45的另一表面(第二表面)则形成一四分之一波延迟器47，且与半波延迟器43相对；或如图4B所示者，半波延迟器43、玻片45及四分之一波延迟器47均位于偏极转换器41的一侧，半波延迟器43直接形成于四分之一波延迟器47之上，四分之一波延迟器47的另一侧则贴附于玻片45上。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施形态，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范围为准。

Claims (12)

1.一种用于投影装置的光源系统，其特征在于，包含：

至少一光源，产生一光线；

一曲面反射元件，具有一贯穿槽；

一荧光色轮，穿设于该贯穿槽中，该光线于一第一时序穿透该荧光色轮后，由该曲面反射元件集中反射出一第一光线，该光线于一第二时序经该荧光色轮反射后，由该曲面反射元件集中反射出一第二光线；

一偏极转换器，于该第一时序将该第一光线分成具有一第一偏极方向的一第一光束及具有一第二偏极方向的一第二光束，并于该第二时序将该第二光线分成具有该第一偏极方向的一第三光束及具有该第二偏极方向的一第四光束；以及

一半波延迟器，具有一第一时序部及一第二时序部，并设置于该偏极转换器的一侧；

其中，于该第一时序，该第一光束及该第二光束通过该半波延迟器的该第一时序部后，转换为一第一偏极光，该第一偏极光具有该第一偏极方向，于该第二时序，该第三光束及该第四光束通过该半波延迟器的该第二时序部后，转换为一第二偏极光，该第二偏极光具有该第二偏极方向。

2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该半波延迟器形成于一玻片的一第一表面，该第一表面与该偏极转换器相对。

3.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，还包含一四分之一波延迟器，且该半波延迟器设置于该四分之一波延迟器及该偏极转换器之间。

4.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，还包含一四分之一波延迟器，设置于该玻片相对于该第一表面的一第二表面，与该半波延迟器相对。

5.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该半波延迟器形成于一四分之一波延迟器的一表面。

6.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该至少一光源为一发光二极管光源或一激光光源。

7.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，还包含一均光元件，用以均匀该第一光线及该第二光线，该均光元件为一透镜阵列(lens array)、一蝇眼透镜(fly lens)、一集光柱(integration rod)或一光导管(light tunnel)。

8.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该曲面反射元件包含至少一曲面，该曲面为椭球面或抛物面。

9.如权利要求8所述的光源系统，其特征在于，该曲面具有一焦点，该荧光色轮于该焦点处涂布至少一磷光物质(phosphor)。

10.如权利要求8所述的光源系统，其特征在于，该曲面设置一分光镀膜，仅可使一特定波段光线通过。

11.一种投影装置，其特征在于，包含：

一如权利要求1所述的光源系统，于该第一时序提供该第一偏极光及于该第二时序提供该第二偏极光；以及

一光调变器，于该第一时序接收该第一偏极光并转换成一第一视角影像，于该第二时序接收该第二偏极光并转换成一第二视角影像。

12.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，该光调变器为一数字微镜装置或一液晶显示装置。