CN105824182B - 偏振投影装置与应用其的偏振投影系统 - Google Patents

Abstract

一种偏振投影装置及应用其的偏振投影系统，偏振投影装置包含光源、光调制器与镜头模块。光源提供光束。光调制器将光束调制成影像。镜头模块将影像转换为偏振影像。镜头模块包含偏振棱镜组、第一偏振模块、第二偏振模块、镜头与半波长片。偏振棱镜组具有入光面、出光面、第一中继面与第二中继面。影像自入光面进入偏振棱镜组。第一偏振模块与第二偏振模块分别离轴设置于第一中继面与第二中继面。第一偏振模块包含第一反射元件与第一四分之一波长片。第二偏振模块包含第二反射元件与第二四分之一波长片。镜头置于出光面。半波长片部分设置于镜头上。

Description

偏振投影装置与应用其的偏振投影系统

技术领域

本发明涉及一种偏振投影装置，尤其涉及一种偏振投影装置及应用其的偏振影系统。

背景技术

近年来，立体显示的技术已逐渐突破，开始有立体电影、立体电视等应用问市。立体显示器所带来的立体视觉效果，实际上便是同时将不同视角的左眼影像与右眼影像，分别独立呈现给观赏者的双眼。通过上述左眼影像与右眼影像可模仿双眼观看时，由于眼睛间距所带来的景深效果。

左眼影像与右眼影像须分别独立投射至观赏者的两眼，观赏者的右眼看不到左眼图像，反之亦然。这种显示方式一般借助于观看者佩戴的光学滤光镜，常见的有双色滤光法以及偏振方向滤光法。其中以偏振方向滤光法而言，传统方法是将未偏振光依时序滤成不同偏振态的偏振光，然而如此一来便会损失一半的光强度。因此如何改善光强度损失的问题便成为业界亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的一实施例提供一种偏振投影装置，包含光源、光调制器与镜头模块。光源用以提供光束。光调制器用以将光束调制成影像。镜头模块用以将影像转换为偏振影像。镜头模块包含偏振棱镜组、第一偏振模块、第二偏振模块、镜头与半波长片。偏振棱镜组具有入光面、出光面、第一中继面与第二中继面。影像自入光面进入偏振棱镜组。第一偏振模块离轴设置于第一中继面。第一偏振模块包含第一反射元件与第一四分之一波长片。第一四分之一波长片置于第一反射元件与偏振棱镜组之间。第二偏振模块离轴设置于第二中继面。第二偏振模块包含第二反射元件与第二四分之一波长片。第二四分之一波长片置于第二反射元件与偏振棱镜组之间。镜头置于出光面。半波长片部分设置于镜头上。

在一或多个实施方式中，自第一偏振模块至镜头具有第一光路，自第二偏振模块至镜头具有第二光路。半波长片位于第一光路且与第二光路分离。

在一或多个实施方式中，于偏振棱镜组中的影像具有一孔径，第一偏振模块离轴约1/4倍的孔径。

在一或多个实施方式中，第一偏振模块还包含第一中继透镜组，离轴置于第一四分之一波长片与偏振棱镜组之间。

在一或多个实施方式中，镜头模块还包含入光透镜组，置于光调制器与偏振棱镜组之间。

在一或多个实施方式中，偏振投影装置还包含光学模块，用以将光源产生的光束导引至光调制器，且将影像导引至镜头模块。

在一或多个实施方式中，光学模块包含全内反射棱镜组。

本发明的另一实施例提供一种偏振投影系统，包含多个偏振投影装置。二的投影装置的偏振影像具有不同的偏振态。

本发明的另一实施例提供一种偏振投影系统，包含偏振投影装置与偏振转换元件。偏振转换元件置于偏振投影装置的镜头。

在一或多个实施方式中，偏振转换元件为一液晶面板。

上述的偏振投影装置能够将未偏振的影像完全转换为偏振影像，因此不会损失影像的光强度。

附图说明

图1为本发明一实施方式的偏振投影装置的示意图。

图2为图1的镜头与半波长片的正视图。

图3A为图1的偏振影像经过第一偏振模块的光路示意图。

图3B为图1的偏振影像经过第二偏振模块的光路示意图。

图4为本发明一实施方式的偏振投影系统的示意图。

图5A与图5B分别为本发明另一实施方式的偏振投影系统于不同时序时的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、100’：偏振投影装置

110：光源

112：光束

120：光调制器

130：镜头模块

132：偏振棱镜组

133a：入光面

133b：出光面

133c：第一中继面

133d：第二中继面

142：第一偏振模块

144：第一反射元件

146：第一四分之一波长片

148：第一中继透镜组

152：第二偏振模块

154：第二反射元件

156：第二四分之一波长片

158：第二中继透镜组

162：镜头

172：半波长片

182：入光透镜组

190：光学模块

192：全内反射棱镜组

193：第一棱镜

194：第二棱镜

195：间隙

196：棱镜

200：偏振转换元件

A1、A2：孔径

I：影像

I1、I2：偏振影像

L：长度

O1、O2、O3：光轴

P1：第一光路

P2：第二光路

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。

请一并参照图1与图2，其中图1为本发明一实施方式的偏振投影装置100的示意图，图2为图1的镜头162与半波长片172的正视图，其中图1以实线箭头表示整体光束112、影像I与偏振影像I1、I2的边缘的行进路径，而虚线箭头表示影像I与偏振影像I1、I2的单一像素的行进路径。如图所示，偏振投影装置100包含光源110、光调制器120与镜头模块130。光源110用以提供光束112。光调制器120用以将光束112调制成影像I。镜头模块130用以将影像I转换为偏振影像I1。镜头模块130包含偏振棱镜组132、第一偏振模块142、第二偏振模块152、镜头162与半波长片172。偏振棱镜组132具有入光面133a、出光面133b、第一中继面133c与第二中继面133d。影像I自入光面133a进入偏振棱镜组132。第一偏振模块142离轴设置于第一中继面133c。第一偏振模块142包含第一反射元件144与第一四分之一波长片146。第一四分之一波长片146置于第一反射元件144与偏振棱镜组132之间。第二偏振模块152离轴设置于第二中继面133d。第二偏振模块152包含第二反射元件154与第二四分之一波长片156。第二四分之一波长片156置于第二反射元件154与偏振棱镜组132之间。镜头162置于出光面133b。半波长片172部分设置于镜头162上，如图2所示。

进一步而言，自第一偏振模块142至镜头162具有第一光路P1，自第二偏振模块152至镜头162具有第二光路P2。因第一偏振模块142离轴设置于第一中继面133c，且第二偏振模块152离轴设置于第二中继面133d，因此第一光路P1与第二光路P2能够互相分离，如图2所示。而在本实施方式中，半波长片172位于第一光路P1且与第二光路P2分离。然而在其他的实施方式中，半波长片172亦可位于第二光路P2且与第一光路P1分离。另外，于图2中的半波长片172的形状仅为示例，并非用以限制本发明。基本上，只要半波长片172覆盖第一光路P1与第二光路P2其中一者，并暴露另一者，皆在本发明的保护范围中。

光源110提供的光束112为未偏振光(其由互相正交的第一偏振态与第二偏振态组合而成)。光束112入射光调制器120，因此被光调制器120调制为影像I。之后影像I进入镜头模块130后入射偏振棱镜组132。偏振棱镜组132例如可将具第一偏振态的偏振影像I1反射，并让具第二偏振态的偏振影像I2穿透。因此具第一偏振态的偏振影像I1被反射至第一中继面133c，同时具第二偏振态的偏振影像I2则到达第二中继面133d。偏振影像I1因此进入第一偏振模块142，到达第一反射元件144与第一四分之一波长片146后，被第一反射元件144反射回第一中继面133c，同时因经过两次第一四分之一波长片146，因此具第一偏振态的偏振影像I1被转换为具第二偏振态的偏振影像I2。再加上第一偏振模块142离轴设置于第一中继面133c，因此回到第一中继面133c的偏振影像I2便往+Z方向位移一段距离。之后偏振影像I2依序穿透偏振棱镜组132、镜头162与半波长片172，因此被半波长片172转换为偏振影像I1后离开偏振投影装置100。

另一方面，偏振影像I2进入第二偏振模块152，到达第二反射元件154与第二四分之一波长片156后，被第二反射元件154反射回第二中继面133d，同时因经过两次第二四分之一波长片156，因此具第二偏振态的偏振影像I2被转换为具第一偏振态的偏振影像I1。再加上第二偏振模块152离轴设置于第二中继面133d，因此回到第二中继面133d的偏振影像I1便往-Z方向位移一段距离。之后偏振影像I1便穿透偏振棱镜组132与镜头162后离开偏振投影装置100。

如此一来，在经过镜头模块130后，影像I即能完全被转换为偏振影像I1，且不会损失影像I的光强度。另外，只要将半波长片172改置于第二光路P2且与第一光路P1分离，则偏振投影装置100便能产生偏振影像I2。

在本实施方式中，镜头模块130还包含入光透镜组182，置于光调制器120与偏振棱镜组132之间。另外，第一偏振模块142还包含第一中继透镜组148，置于偏振棱镜组132与第一四分之一波长片146之间。第二偏振模块152还包含第二中继透镜组158，置于偏振棱镜组132与第二四分之一波长片156之间。入光透镜组182、第一中继透镜组148与第二中继透镜组158皆可由多个透镜(未绘示)组成。入光透镜组182用以聚集影像I，使得影像I于偏振棱镜组132的入光面133a附近形成一孔径(Aperture)A1。第一中继透镜组148与第二中继透镜组158将孔径A1重新成像于孔径A2，其中孔径A2位于靠近出光面133b处。而离开出光面133b的偏振影像I1与I2即可通过镜头162而成像于一萤幕(未绘示)上。

接着请参照图3A与图3B，其中图3A为图1的偏振影像I1、I2经过第一偏振模块142的光路示意图，图3B为图1的偏振影像I1、I2经过第二偏振模块152的光路示意图。为了达成上述的偏振影像I1、I2的位移，第一中继透镜组148与第二中继透镜组158皆偏移偏振影像I1、I2的光轴O1设置(此处的偏振影像I1、I2指的是自图1的偏振棱镜组132进入第一偏振模块142的偏振影像I1、以及自偏振棱镜组132进入第二偏振模块152的偏振影像I2)。也就是说，第一中继透镜组148与第二中继透镜组158的光轴O2与O3皆不与光轴O1重叠。如此一来，于图3A中，偏振影像I2离开第一中继透镜组148后，其位置即相对偏振影像I1偏移；于图3B中，偏振影像I1亦相对偏振影像I2偏移，其中光轴O2与O3分别往光轴O1的两侧偏移。举例而言，第一偏振模块142的光轴O2可离光轴O1约1/4倍的孔径A1(如图1所示)的长度L，且第二偏振模块152的光轴O3可离光轴O1约1/4倍的孔径A1的长度L，然而本发明不以此为限。

请回到图1。在本实施方式中，偏振投影装置100还包含光学模块190，用以将光源110产生的光束112导引至光调制器120，且将影像I导引至镜头模块130。在一些实施方式中，光学模块190包含全内反射(Total Internal Reflection)棱镜组192。具体而言，全内反射棱镜组192包含第一棱镜193与第二棱镜194。第一棱镜193与第二棱镜194之间具有间隙195。而光学模块190可还包含一棱镜196，置于第一棱镜193与光调制器120之间。光束112进入第一棱镜193而被间隙195反射，通过棱镜196后到达光调制器120。之后光调制器120将光束112调制成影像I并反射回棱镜196，接着影像I依序通过第一棱镜193、间隙195与第二棱镜194后入射镜头模块130。而若偏振投影装置100提供彩色影像，则棱镜196可替换为菲利浦棱镜组(Philips Prism)，且光调制器120的数量为多个，用以分别调制不同原色的影像。

接着请参照图4，其为本发明一实施方式的偏振投影系统的示意图。偏振投影系统包含多个偏振投影装置100、100’。偏振投影装置100的偏振影像I1具有第一偏振态(如S-偏振态)，而偏振投影装置100’的偏振影像I2具有第二偏振态(如P-偏振态)。举例而言，请一并参照图2，在一些实施方式中，偏振投影装置100的半波长片172位于第一光路P1且与第二光路P2分离，因此偏振投影装置100能够产生偏振影像I1。而偏振投影装置100’的半波长片172则位于第二光路P2且与第一光路P1分离，因此偏振投影装置100能够产生偏振影像I2。如此一来，本实施方式的偏振投影系统的两偏振投影装置100、100’即能够提供分别对应左右立体影像的S和P偏振态两光路，且其影像的光强度并不会减弱。至于有关偏振投影装置100、100’的其他细节因与图1相同，因此便不再赘述。

接着请一并参照图5A与图5B，其分别为本发明另一实施方式的偏振投影系统于不同时序时的示意图。偏振投影系统包含偏振投影装置100与偏振转换元件200。偏振转换元件200置于偏振投影装置100的镜头162(如图1所绘示)。当偏振转换元件200处于开启状态时，可将具第一(第二)偏振态的影像转换为具第二(第一)偏振态的影像，而当偏振转换元件200处于关闭状态时，穿过偏振转换元件200的影像仍维持其偏振态。偏振转换元件200例如为液晶面板，利用施加电场与否的方式控制其启闭。另外，偏振转换元件200的启闭的时序需与偏振投影装置100的光调制器120的影像更新率同步，以让光调制器120于不同时序中调制出左右眼的影像I(如图1所标示)。

请参照图5A。在一时序时，光调制器120调制出一影像I(如图1所标示)，使得偏振投影装置100产生一偏振影像I1，此时偏振转换元件200处于关闭状态，因此偏振影像I1便穿过偏振转换元件200具仍维持其偏振态。接着请参照图5B。在下一时序时，光调制器120调制出另一影像I，使得偏振投影装置100产生另一偏振影像I1，此时偏振转换元件200处于开启状态，因此将偏振影像I1转换为偏振影像I2。如此一来，只要依时序开启/关闭偏振转换元件200，并且配合光调制器120的影像更新率，即可依时序产生偏振影像I1与I2。至于有关偏振投影装置100的其他细节因与图1相同，因此便不再赘述。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种偏振投影装置，其特征在于，包含：

一光源，用以提供一光束；

一光调制器，用以将该光束调制成一影像；以及

一镜头模块，用以将该影像转换为一偏振影像，该镜头模块包含：

一偏振棱镜组，具有一入光面、一出光面、一第一中继面与一第二中继面，该影像自该入光面进入该偏振棱镜组；

一第一偏振模块，离轴设置于该第一中继面，该第一偏振模块包含：

一第一反射元件；以及

一第一四分之一波长片，置于该第一反射元件与该偏振棱镜组之间；

一第二偏振模块，离轴设置于该第二中继面，该第二偏振模块包含：

一第二反射元件；以及

一第二四分之一波长片，置于该第二反射元件与该偏振棱镜组之间；

一镜头，置于该出光面；以及

一半波长片，部分设置于该镜头上；

其中，自所述第一偏振模块至所述镜头具有一第一光路，自所述第二偏振模块至所述镜头具有一第二光路，所述半波长片位于所述第一光路和所述第二光路的其中之一且与其中另一分离。

2.如权利要求1所述的偏振投影装置，其特征在于，于所述偏振棱镜组中的所述影像具有一孔径，所述第一偏振模块离轴约1/4倍于所述孔径。

3.如权利要求1所述的偏振投影装置，其特征在于，所述第一偏振模块还包含：一第一中继透镜组，离轴置于所述第一四分之一波长片与所述偏振棱镜组之间。

4.如权利要求1所述的偏振投影装置，其特征在于，所述镜头模块还包含：

一入光透镜组，置于所述光调制器与所述偏振棱镜组之间。

5.如权利要求1所述的偏振投影装置，其特征在于，还包含：

一光学模块，用以将所述光源产生的所述光束导引至所述光调制器，且将所述影像导引至所述镜头模块。

6.如权利要求5所述的偏振投影装置，其特征在于，该光学模块包含一全内反射棱镜组。

7.一种偏振投影系统，其特征在于，包含：

多个如权利要求1所述的偏振投影装置，其中所述多个偏振投影装置的所述多个偏振影像具有不同的偏振态。

8.一种偏振投影系统，其特征在于，包含：

如权利要求1所述的偏振投影装置；以及

一偏振转换元件，置于所述偏振投影装置的所述镜头出口处。

9.如权利要求8所述的偏振投影系统，其特征在于，所述偏振转换元件为一液晶面板。