CN103543529B - 投影机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投影机，包括偏振光转换器以及反射式偏光片。非偏振光包括第一S偏振光以及第一P偏振光。偏振光转换器用于接收非偏振光，使其中第一S偏振光通过，而其中大部份第一P偏振光通过后则转变成第二S偏振光，少部份第一P偏振光则直接通过偏振光转换器。反射式偏光片用于让第一S偏振光以及第二S偏振光通过，并将少部份直接通过偏振光转换器的第一P偏振光反射回到偏振光转换器。

Description

投影机

技术领域

本发明有关于一种投影机，特别是有关于一种具有偏振光回收系统的投影机，以改善偏振光使用效率偏低的问题，使其偏振光利用效率提升。

背景技术

有些投影机(例如LCOS投影机)的光机系统中包含液晶面板，因为液晶面板只能利用线性偏振光，所以此类型的投影机都必须将内部光源所产生的非偏振光先转换成单一的线性偏振光，才能被液晶面板所利用。但是光由非偏振态转变为线性偏振态时，约有一半的能量损失，只剩一半能量的光(线性偏振光)才能被液晶面板利用。为了使更多能量的光被转变成可被液晶面板利用的单一线性偏振光，于是发展出偏振光转换器，将原本无法利用的光也转变成可利用的线性偏振光。

如图1所示，已知的偏振光转换器10是由数条带状的偏振分光镜102以及相位波长板(Retarder)103所组成。当非偏振光U₁₀₁射向偏振光转换器10时，其中50%的第一S偏振光S₁₀₄将被偏振分光镜102反射，而另50%的第一P偏振光P₁₀₅将直接穿透偏振分光镜102，被反射的第一S偏振光S₁₀₄再经过一次反射后通过偏振光转换器10，穿透的第一P偏振光P₁₀₅再通过相位波长板103，则大部份被转变成第二S偏振光S₁₀₆以及少部份未转变的第二P偏振光P₁₀₇。因此可知，偏振光转换器10将原本无法利用的线性偏振光P₁₀₅也转变成可利用的线性偏振光S₁₀₆，此已知的偏振光转换器10可有效提升光源的偏振光转换效率，但是仍有少部份能量的线性偏振光P₁₀₇未能转换成可利用的线性偏振光。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的投影机仍有少部分能量的线性偏振光未转换成可利用的线性偏振光的缺陷，提供一种投影机，在不提高投影机光源输出功率规格、数量以及光机容积情况下，仍可更进一步提升光源的偏振光转换效率，进而达到提高投影机亮度及对比等系统性能。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种投影机包括收光系统、偏振光转换器、反射式偏光片、液晶面板以及投影镜头。收光系统用于产生非偏振光，此非偏振光包括第一S偏振光以及第一P偏振光。偏振光转换器用于接收非偏振光，使第一S偏振光通过，而大部份第一P偏振光通过后则转变成第二S偏振光，少部份第一P偏振光则直接通过偏振光转换器。反射式偏光片用于让第一S偏振光以及第二S偏振光通过，并将第一P偏振光反射回到偏振光转换器。液晶面板用于将图像信息加入第一S偏振光以及第二S偏振光，而得到出射光。投影镜头用于将出射光投射出去。

本发明的投影机可更包括阵列透镜，将收光系统产生的非偏振光先均匀分散，然后才由偏振光转换器接收。

其中阵列透镜包括3×5个(含)以上的球面或非球面的微小双凸透镜。

其中偏振光转换器包括复数条带状的偏振分光镜以及相位波长板，偏振分光镜的厚度以及相位波长板的间距大致上均为微小双凸透镜长边的一半。

其中偏振光转换器设置于阵列透镜的焦平面处。

本发明的投影机可更包括偏振分光镜，此偏振分光镜与反射式偏光片大致上平行，将通过反射式偏光片的第一S偏振光以及第二S偏振光引导至液晶面板。

本发明的投影机可更包括聚光透镜，将经由偏振光转换器产生的第一S偏振光以及第二S偏振光汇聚。

其中上述聚光透镜与反射式偏光片大致上平行，且第一S偏振光以及第二S偏振光先经过反射式偏光片，然后再通过聚光透镜。

其中上述反射式偏光片与偏振光转换器大致上平行。

本发明的投影机可更包括反射镜，用于改变经由偏振光转换器产生的第一S偏振光以及第二S偏振光的行进方向，且第一S偏振光以及第二S偏振光先经过反射式偏光片，然后才到达反射镜。

实施本发明的投影机，具有以下有益效果：将原本无法供液晶面板利用的P偏振光反射回偏振光转换器，经进一步转化后，转变成可利用的S偏振光，因此得以在不提高投影机光源输出功率规格、数量以及光机容积情况下，仍可更进一步提升投影机亮度及对比等系统性能。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。

图1是已知的偏振光转换器示意图。

图2用于说明本发明投影机将偏振光回收转化再利用的主要组件及其操作原理。

图3A所示的DBEF反射式偏光片的结构示意图。

图3B为双折射聚合物A的折射率分布图。

图3C为双折射聚合物B的折射率分布图。

图3D为偏振方向为X方向的偏振光射向DBEF反射式偏光片的示意图。

图3E为偏振方向为Y方向的偏振光射向DBEF反射式偏光片的示意图。

图4为金属线栅(WireGrid)式反射式偏光片的结构示意图。

图5是依据本发明第一实施例的投影机的示意图。

图6是依据本发明第二实施例的投影机的示意图。

图7是依据本发明第三实施例的投影机的示意图。

具体实施方式

请参阅图2，图2用于说明本发明投影机将偏振光回收转化再利用的主要组件及其操作原理。如图所示，本发明投影机包括阵列透镜202、偏振光转换器203以及反射式偏光片204。偏振光转换器203包括偏振分光镜2031以及相位波长板2032。当非偏振光U₂₀₁经由阵列透镜202聚焦然后通过偏振分光镜2031时，会将50%的第一S偏振光S₂₀₁₁反射，另50%的第一P偏振光P₂₀₁₂直接穿透，被反射的第一S偏振光S₂₀₁₁再经过一次反射后直接穿出偏振光转换器203，而穿透的第一P偏振光P₂₀₁₂通过相位波长板2032，则大部份被转变成第二S偏振光S₂₀₁₃以及少部份未转变的第二P偏振光P₂₀₁₄。第一S偏振光S₂₀₁₁、第二S偏振光S₂₀₁₃以及第二P偏振光P₂₀₁₄继续射向反射式偏光片204，其中第一S偏振光S₂₀₁₁以及第二S偏振光S₂₀₁₃可以直接通过反射式偏光片204，第二P偏振光P₂₀₁₄则将被反射式偏光片204反射回偏振光转换器203，再一次转化出S偏振光加以利用。详言之，第二P偏振光P₂₀₁₄经偏振光转换器203作用后大部份转变成第三S偏振光S₂₀₁₅以及少部份未转变的第三P偏振光P₂₀₁₆，第三S偏振光S₂₀₁₅可直接通过反射式偏光片204而加以利用，第三P偏振光P₂₀₁₆则将被反射式偏光片204反射回偏振光转换器203再进一步转化，如此反复循环不断，即可将原本无法利用的偏振光P₂₀₁₄、P₂₀₁₆…回收再转变成可利用的偏振光，提升偏振光转换效率。

在实际操作中，反射式偏光片204无法百分之百反射P偏振光P₂₀₁₄、P₂₀₁₆…，一定会有少许损失。然为了避免说明以及标示过于复杂，在不致于引起误解的前提下，此处将不特别强调反射前、后P偏振光的差异。所以在图2中，第二P偏振光P₂₀₁₄在经过反射式偏光片204反射后，仍维持命名为第二P偏振光P₂₀₁₄，第三P偏振光P₂₀₁₆在经过反射式偏光片204反射后，仍维持命名为第三P偏振光P₂₀₁₆，而底下命名原则亦采用相同的方式，并且省略说明其间的差异。同样的，第一、二、三S偏振光S₂₀₁₁、S₂₀₁₃、S₂₀₁₅…亦无法百分之百穿透反射式偏光片204，一定会有少许损失。然为了避免说明以及标示过于复杂，因此穿透前、后的第一、二、三S偏振光S₂₀₁₁、S₂₀₁₃、S₂₀₁₅…仍维持相同的命名。

现更进一步说明反射式偏光片的构造及原理：反射式偏光片的功能为只让特定偏振方向的光穿透，并且反射另一特定偏振方向的光，其中穿透光与反射光的偏振方向互相垂直。目前反射式偏光片大概有两种，第一种反射式偏光片简称为DBEF(DualBrightnessEnhancementFilm)。另一种为金属线栅(WireGrid)式反射式偏光片，底下分别介绍这二种反射式偏光片的构造及原理，然而可以了解到，本发明并不限于使用此二种反射式偏光片。

DBEF反射式偏光片是由两种不同的双折射聚合物(BirefringentPolymer)材料交互堆积而成，其堆积层数可达到400～800层。请参阅图3A所示的DBEF反射式偏光片的结构示意图，制作时需先将双折射聚合物A与双折射聚合物B压出成型，成型的同时Y轴方向需拉伸，X轴方向不需拉伸，再将双折射聚合物A与双折射聚合物B交互黏贴形成多层堆积结构。

图3B为双折射聚合物A的折射率分布图。其X轴方向折射率为n_o ^A，Y轴方向折射率为n_e ^A，且n_o ^A≠n_e ^A。

图3C为双折射聚合物B的折射率分布图。其X轴方向折射率为n_o ^B，Y轴方向折射率为n_e ^B，且n_o ^A＝n_o ^B以及n_e ^A＞n_e ^B。

图3D为偏振方向为X方向的偏振光射向DBEF反射式偏光片的示意图。因为折射率n_o ^B＝n_o ^A，所以入射光(偏振方向为X方向的偏振光)I将直接通过DBEF反射式偏光片。

图3E为偏振方向为Y方向的偏振光射向DBEF反射式偏光片的示意图。其中折射率n_e ^A＞n_e ^B，此入射光(偏振方向为Y方向的偏振光)I将经过由高、低折射率物质反复堆积形成的多层膜材料，因为层与层之间的折射率差异，光束通过每一层接口时将产生穿透与反射，当经过数百层接口后，几乎没有穿透光只有反射光，最后经由所有接口反射的光再互相干涉形成一束反射光(偏振方向为Y方向的偏振光)R，所以偏振方向为Y方向的偏振光将被DBEF反射式偏光片直接反射。

图4为金属线栅(WireGrid)式反射式偏光片的结构示意图，其构造为在透明材质的基板41上镀上许多互相平行的细金属线42，金属线42位于图中Y轴方向，当一束非偏振光(包含偏振方向为X方向的偏振光N与偏振方向为Y方向的偏振光M)射入金属线栅式反射式偏光片4时，偏振方向为Y方向的偏振光M无法通过金属线栅式反射式偏光片4，将被金属线栅式反射式偏光片4直接反射。偏振方向为X方向的偏振光N可直接穿透金属线栅式反射式偏光片4。

金属线栅式反射式偏光片4的工作原理如下：偏振方向为Y方向的偏振光M的电场方向与金属线42互相平行，此电场E将驱动金属线42内导电电子使导电电子在金属线42内移动产生电流，在金属线42内加速运动的导电电子将产生电磁辐射往+Z与-Z方向传播，入射的偏振方向为Y方向的偏振光M将与-Z方向的电磁辐射互相抵消，使得偏振方向为Y方向的偏振光M无法穿透金属线栅式反射式偏光片4，向+Z方向传播的电磁辐射就变成反射光，也就是说偏振方向为Y方向的偏振光M将被金属线栅式反射式偏光片4反射。偏振方向为X方向的偏振光N的电场方向与金属线42互相垂直，此电场E’所驱动的电子将无法在与金属线42互相垂直的方向进行远距离的移动，使得偏振方向为X方向的偏振光N几乎没有改变就通过金属线栅式反射式偏光片4，也就是说偏振方向为X方向的偏振光N可直接穿透金属线栅式反射式偏光片4。

请再回到图2，除了利用反射式偏光片204来回收偏振光外，本发明可进一步配合下列条件来达到更佳效果：首先阵列透镜202包括3×5个(含)以上球面或非球面的微小双凸透镜，使非偏振光U₂₀₁均匀分散。此外，偏振光转换器203应置于阵列透镜202的焦平面处。再者，若微小双凸透镜的长边为a，则偏振分光镜2031的厚度以及相位波长板2032的间距均应设定为a/2。

图5是依据本发明第一实施例的投影机的示意图，如图所示，其具有收光系统30、阵列透镜31、偏振光转换器32、反射镜33、聚光透镜34、反射式偏光片35、偏振分光镜36、液晶面板37以及投影镜头38。收光系统30包括第一光源301、两个第二光源302、复数个准直透镜303、304、305、306以及光源合成器307。收光系统30用来产生非偏振光U₃₀₈，非偏振光U₃₀₈包括第一S偏振光S₃₀₈₁以及第一P偏振光P₃₀₈₂。非偏振光U₃₀₈经过阵列透镜31聚焦通过偏振光转换器32后，将产生第一S偏振光S₃₀₈₁、第二S偏振光S₃₀₈₃以及第二P偏振光P₃₀₈₄。第一S偏振光S₃₀₈₁、第二S偏振光S₃₀₈₃以及第二P偏振光P₃₀₈₄经反射镜33后改变其行进方向而射向聚光透镜34，再经由聚光透镜34汇聚至反射式偏光片35，此时第一S偏振光S₃₀₈₁以及第二S偏振光S₃₀₈₃将直接通过反射式偏光片35，第二P偏振光P₃₀₈₄将被反射及引导回到偏振光转换器32，藉此可再从第二P偏振光P₃₀₈₄中转化出第三S偏振光(未图示)加以利用，如此反复循环不断，将可转化出第四S偏振光、第五S偏振光…，最终得到高纯度的S偏振光。

反射式偏光片35放置于偏振分光镜36前方，且大致上与偏振分光镜36平行。通过反射式偏光片35的S偏振光(包括图示的第一S偏振光S₃₀₈₁、第二S偏振光S₃₀₈₃以及未图示的其它S偏振光)经偏振分光镜36而引导至液晶面板37，并由液晶面板37加入图像信息，而得到出射光O₃₀₈₈，出射光O₃₀₈₈再通过投影镜头38将出射光O₃₀₈₈投射出去。

由以上叙述可知，本发明利用反射式偏光片35将原本无法供液晶面板37利用的P偏振光反射回偏振光转换器32，经进一步转化后，转变成可利用的S偏振光，因此得以在不提高投影机光源输出功率规格、数量以及光机容积情况下，仍可更进一步提升投影机亮度及对比等系统性能。

图6是依据本发明第二实施例的投影机的示意图，其与第一实施例相比较，差异在于将反射式偏光片35置放在聚光透镜34之前，且大致上平行于聚光透镜34，用于提早将第二P偏振光P₃₀₈₄以及之后所有产生的P偏振光反射回偏振光转换器32，再一次转化出S偏振光加以利用。

图7是依据本发明第三实施例的投影机的示意图，其与第一、二实施例相比较，差异在于将反射式偏光片35置放在反射镜33之前，且大致上平行于偏振光转换器32，用于提早将第二P偏振光P₃₀₈₄以及之后所有产生的P偏振光反射回偏振光转换器32，再一次转化出S偏振光加以利用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种投影机，包括：

收光系统，产生非偏振光，该非偏振光包括第一S偏振光以及第一P偏振光；以及

偏振光转换器，接收该非偏振光，使该第一S偏振光通过，而大部份该第一P偏振光通过后则转变成第二S偏振光，其特征在于，

少部份该第一P偏振光则直接通过该偏振光转换器；

所述投影机还包括：

反射式偏光片，让该第一S偏振光以及该第二S偏振光通过，并将该第一P偏振光反射回到该偏振光转换器；

液晶面板，将图像信息加入该第一S偏振光以及该第二S偏振光，而得到出射光；以及

投影镜头，将该出射光投射出去。

2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，其更包括阵列透镜，将该收光系统产生的该非偏振光先均匀分散，然后才由该偏振光转换器接收。

3.如权利要求2所述的投影机，其特征在于，该阵列透镜包括3×5个球面或非球面的微小双凸透镜。

4.如权利要求3所述的投影机，其特征在于，该偏振光转换器包括复数条带状的偏振分光镜以及相位波长板，该偏振分光镜的厚度以及这些相位波长板的间距大致上均为该微小双凸透镜长边的一半。

5.如权利要求2所述的投影机，其特征在于，该偏振光转换器设置于该阵列透镜的焦平面处。

6.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，其更包括偏振分光镜，与该反射式偏光片大致上平行，将通过该反射式偏光片的该第一S偏振光以及该第二S偏振光引导至该液晶面板。

7.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，其更包括聚光透镜，将经由该偏振光转换器产生的该第一S偏振光以及该第二S偏振光汇聚。

8.如权利要求7所述的投影机，其特征在于，该聚光透镜与该反射式偏光片大致上平行，且该第一S偏振光以及该第二S偏振光先经过该反射式偏光片，然后再通过该聚光透镜。

9.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该反射式偏光片与该偏振光转换器大致上平行。

10.如权利要求9所述的投影机，其特征在于，其更包括反射镜，用于改变经由该偏振光转换器产生的该第一S偏振光以及该第二S偏振光的行进方向，且该第一S偏振光以及该第二S偏振光先经过该反射式偏光片，然后才到达该反射镜。