TW201326901A - 立體顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種立體顯示裝置包含一投射透鏡、一光源、一第一偏極化分光器、一第二偏極化分光器、一第一光導引系統與一第二光導引系統。光源用以發出非偏振光，第一偏極化分光器用以將非偏振光分成一P偏振光與一S偏振光，第一光導引系統用以將P偏振光導引至第二偏極化分光器，第二光導引系統用以將S偏振光導引至第二偏極化分光器，第二偏極化分光器用以將P偏振光與S偏振光會合並傳導至投射透鏡

Description

立體顯示裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種立體顯示裝置。

如何讓消費者更感受到逼真的影像，一直都是顯示器產業界與研究單位持續不斷努力的重點，其中讓人眼睛為之一亮的便是3D立體顯示技術應用。
從技術角度來看，3D顯示是利用人兩眼視差來達到效果，主要分為需要戴特殊眼鏡以及不用戴特殊眼鏡的裸眼3D立體顯示技術。其中，需要戴偏光眼鏡的3D立體顯示技術又分為主動式偏光眼鏡和被動式偏光眼鏡兩種。主動式偏光眼鏡的問題在於偏光眼鏡比較重、價格高且須替換電池。被動式偏光眼鏡則需要搭配具有兩種不同偏光以顯示左右兩畫面的顯示器。
參照美國專利（US 7690794），提出一種如第1圖所示之3D投影顯示裝置，其包括偏極化分光器10與兩個光調制器，然此架構存在下列問題：
1. P偏振光與S偏振光之分光與合併皆由偏極化分光器20完成，光調制器可為數位微型鏡裝置（DMD）30a、30b，對數位微型鏡裝置而言，入射光的路徑不同於反射光的路徑，這兩個光的路徑具有不同的入射角。由於極化分光對於角度是相當敏感的，必須採用特殊設計之偏極化分光器方能應付不同的入射角；
2. 必需在光調制器30a、30b上設置四分之一波長片31a、31b。當光進出光調制器時，光會經過四分之一波長片兩次並改變光的極化狀態。再者，四分之一波長片對於光的角度是相當敏感的，當進出四分之一波長片的光具有不同的入射角時，光耗損是無可避免的；
3. 如第2圖所示，於數位微型鏡裝置之入射光21係來自其對角方向。如第3～4圖所示，當數位微型鏡裝置30a、30b設置於偏極化分光器10之兩側，必須採用來自兩不同的對角方向之兩入射光路徑，抑或採用兩種數位微型鏡裝置具有兩對角方向之樞軸。若不採用以上兩種方式，則需採用如第1圖所示之架構，如此一來，會導致體積龐大的偏極化分光器20及投射透鏡50的後焦距較長…等缺點。
由此可見，現有的3D立體顯示技術，仍存在不便與缺陷，有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道。如何能更經濟地提供立體顯像，實屬當前重要研發課題之一，亦成爲當前相關領域亟需改進的目標。

因此，本發明之一態樣是在提供一種一種立體顯示裝置包含一投射透鏡、一光源、一第一偏極化分光器、一第二偏極化分光器、一第一光導引系統與一第二光導引系統。光源用以發出非偏振光，第一偏極化分光器用以將非偏振光分成一P偏振光與一S偏振光，第一光導引系統用以將P偏振光導引至第二偏極化分光器，第二光導引系統用以將S偏振光導引至第二偏極化分光器，第二偏極化分光器用以將P偏振光與S偏振光會合並傳導至投射透鏡。
第一光導引系統包含一第一空間光調制器與一第一全反射稜鏡。第一全反射稜鏡，用以將P偏振光反射至第一空間光調制器，由第一空間光調制器將P偏振光反射回第一全反射稜鏡，進而使P偏振光自第一全反射稜鏡透射至第二偏極化分光器。
上述之第一光導引系統包含一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第一反射鏡與一第二反射鏡，其中來自第一偏極化分光器的P偏振光依序經由第一透鏡、第一反射鏡、第二透鏡、第二反射鏡及第三透鏡而傳送至第一全反射稜鏡。
上述之第二光導引系統包含一第二空間光調制器與一第二全反射稜鏡。第二全反射稜鏡用以將S偏振光反射至第二空間光調制器，由第二空間光調制器將S偏振光反射回第二全反射稜鏡，進而使S偏振光自第二全反射稜鏡透射至第二偏極化分光器。
上述之第二光導引系統包含一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡、一第三反射鏡與一第四反射鏡，其中來自第一偏極化分光器的S偏振光依序經由第四透鏡、第三反射鏡、第五透鏡、第四反射鏡及第六透鏡而傳送至第二全反射稜鏡。
第一空間光調制器可為一第一數位微型鏡裝置，第二空間光調制器可為一第二數位微型鏡裝置。
上述之立體顯示裝置亦可包含一積分柱。積分柱耦接光源，俾使光線透過積分柱傳導至第一偏極化分光器。
綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有産業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點：
1. 兩不同的極化分光器搭配使用，一者用以劃分P偏振光與S偏振光，而另一者將P偏振光與S偏振光合併，兩者各取所長並且縮短光路；
2. 空間光調制器上方無需搭載四分之一波長片，以減低光耗損；以及
3.無需將空間光調制器直接裝在極化分光器上，藉以有效縮短投射透鏡的後焦距。
以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
於實施方式與申請專利範圍中，涉及『耦接(coupled with)』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接連接至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連接至另一元件。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。
本發明之技術態樣是一種立體顯示裝置，其可應用在各類顯示器，或是廣泛地運用在相關之技術環節。以下將搭配第5圖～第9圖來說明立體顯示裝置之具體實施方式。
第5圖是依照本發明一實施例之一種立體顯示裝置100的示意圖。如第1圖所示，立體顯示裝置包含投射透鏡110、光源160、第一偏極化分光器120、第二偏極化分光器130、第一光導引系統140與第二光導引系統150。光源160用以發出非偏振光，第一偏極化分光器120用以將非偏振光分成一P偏振光與一S偏振光，第一光導引系統140用以將P偏振光導引至第二偏極化分光器130，第二光導引系統150用以將S偏振光導引至第二偏極化分光器，第二偏極化分光器130用以將P偏振光與S偏振光會合並傳導至投射透鏡110，再將影像投影至屏幕，而人眼在觀賞屏幕的影像時，可載上偏光眼鏡，讓人眼看到左右不一樣的影像，產生立體感。
具體而言，第一光導引系統140包含第一空間光調制器141與第一全反射稜鏡142。第一全反射稜鏡142用以將P偏振光反射至第一空間光調制器141，由第一空間光調制器141將P偏振光反射回第一全反射稜鏡142，接著使P偏振光自第一全反射稜鏡142透射至第二偏極化分光器130。
相似地，第二光導引系統150包含第二空間光調制器151與第二全反射稜鏡152。第二全反射稜鏡152用以將S偏振光反射至第二空間光調制器151，由第二空間光調制器151將S偏振光反射回第二全反射稜鏡152，接著使S偏振光自第二全反射稜鏡152透射至第二偏極化分光器130。
舉例來說，第一空間光調制器可為一第一數位微型鏡裝置(Digital Micro-mirror Device, DMD)，第二空間光調制器可為一第二數位微型鏡裝置。當數位微型鏡裝置於開啟（ON）時，將光反射回全反射稜鏡，光經由全反射稜鏡透射；相反地，當數位微型鏡裝置於關閉（OFF）時，將光導引至他處。
第6圖是依照本發明一實施例之一種光導引系統的光學路徑的示意圖。應瞭解到，在本實施例中是以P偏振光所通過之第一光導引系統的光學路徑為例，至於S偏振光所通過之第二光導引系統也具有同樣的光學路徑，對此不再贅述之。
如第6圖所示，第一光導引系統包含第一透鏡221、第二透鏡222與第三透鏡223，其中來自第一偏偏極化分光器120的P偏振光自第一透鏡221經由光路610至第二透鏡222，再從第二透鏡222經由光路620至第三透鏡223而傳送至第一全反射稜鏡142。
另一方面，積分柱210耦接光源160，俾使光線透過積分柱210傳導至第一偏極化分光器120，藉以均勻光線。
第7～9圖是依照本發明一實施例所繪示之各視角之立體顯示裝置100的立體圖。上述之第一光導引系統包含第一透鏡221、第一反射鏡231、第二透鏡222、第二反射鏡232及第三透鏡223。在光學路徑上，來自第一偏極化分光器120的P偏振光依序經由第一透鏡221、第一反射鏡231、第二透鏡222、第二反射鏡232及第三透鏡223而傳送至第一全反射稜鏡142，其中將經由第一反射鏡231將光線轉折的光路翻開後即對應第6圖中示意的光路610，將經由第二反射鏡232將光線轉折的光路翻開後即對應第6圖中示意的光路620。
上述之第二光導引系統包含第四透鏡224、第五透鏡225、第六透鏡226、第三反射鏡233與第四反射鏡234，其中來自第一偏極化分光器120的S偏振光依序經由第四透鏡224、第三反射鏡233、第五透鏡225、第四反射鏡234及第六透鏡226而傳送至第二全反射稜鏡152。
相較於先前技術中習知的技術方案，本發明之P偏振光與S偏振光的分光與合併皆由不同的偏極化分光器120、130來實現，無需採用體積龐大的偏極化分光器20，並具有較短的後焦。再者，無需搭載四分之一波長片以較少的光損。
另一方面，投射透鏡110和第一空間光調制器141的間距，略大於第一偏極化分光器120的厚度加上第二全反射稜鏡152的厚度；投射透鏡110和第二空間光調制器151的間距，略大於第二偏極化分光器130的厚度加上第二全反射稜鏡152的厚度。
實作上，投射透鏡110和第一空間光調制器141的間距減去10mm，小於第二偏極化分光器130的厚度加上第一全反射稜鏡142的厚度；投射透鏡110和第二空間光調制器151的間距減去10mm，小於第二偏極化分光器130的厚度加上第二全反射稜鏡152的厚度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．立體顯示裝置

120．．．第一偏極化分光器

110．．．投射透鏡

140．．．第一光導引系統

130．．．第二偏極化分光器

142．．．第一全反射稜鏡

141．．．第一空間光調制器

151．．．第二空間光調制器

150．．．第二光導引系統

160．．．光源

152．．．第二全反射稜鏡

221．．．第一透鏡

210．．．積分柱

223．．．第三透鏡

222．．．第二透鏡

225．．．第五透鏡

224．．．第四透鏡

231．．．第一反射鏡

226．．．第六透鏡

233．．．第三反射鏡

232．．．第二反射鏡

610、620．．．光路

234．．．第四反射鏡

10、20．．．偏極化分光器

31a．．．四分之一波長片

30a．．．、數位微型鏡裝置

31b．．．四分之一波長片

30b．．．數位微型鏡裝置

50．．．投射透鏡

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖是一種習知的3D投影顯示裝置的示意圖；
第2圖是第1圖中之一種數位微型鏡裝置的示意圖；
第3、4圖是數位微型鏡裝置搭配偏極化分光器的光路圖；
第5圖是依照本發明一實施例之一種立體顯示裝置的示意圖；
第6圖是依照本發明一實施例之一種光導引系統的示意圖；以及
第7～9圖是依照本發明一實施例所繪示之各視角之立體顯示裝置的立體圖。

100．．．立體顯示裝置

110．．．投射透鏡

120．．．第一偏極化分光器

130．．．第二偏極化分光器

140．．．第一光導引系統

141．．．第一空間光調制器

142．．．第一全反射稜鏡

150．．．第二光導引系統

151．．．第二空間光調制器

152．．．第二全反射稜鏡

160．．．光源

Claims (9)

1. 一種立體顯示裝置，包含：
   一投射透鏡；
   一光源，用以發出非偏振光；
   一第一偏極化分光器，用以將該非偏振光分成一P偏振光與一S偏振光；
   一第二偏極化分光器；
   一第一光導引系統，用以將該P偏振光導引至該第二偏極化分光器；以及
   一第二光導引系統，用以將該S偏振光導引至該第二偏極化分光器，其中該第二偏極化分光器用以將該P偏振光與該S偏振光會合並傳導至該投射透鏡。
2. 如請求項1所述之立體顯示裝置，其中該第一光導引系統包含：
   一第一空間光調制器；以及
   一第一全反射稜鏡，用以將該P偏振光反射至該第一空間光調制器，由該第一空間光調制器將該P偏振光反射回該第一全反射稜鏡，進而使該P偏振光自該第一全反射稜鏡透射至該第二偏極化分光器。
3. 如請求項2所述之立體顯示裝置，其中該第一光導引系統包含：
   一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡、一第一反射鏡與一第二反射鏡，其中來自該第一偏極化分光器的該P偏振光依序經由該第一透鏡、該第一反射鏡、該第二透鏡、該第二反射鏡及該第三透鏡而傳送至該第一全反射稜鏡。
4. 如請求項3所述之立體顯示裝置，其中該第二光導引系統包含：
   一第二空間光調制器；以及
   一第二全反射稜鏡，用以將該S偏振光反射至該第二空間光調制器，由該第二空間光調制器將該S偏振光反射回該第二全反射稜鏡，進而使該S偏振光自該第二全反射稜鏡透射至該第二偏極化分光器。
5. 如請求項4所述之立體顯示裝置，其中該第二光導引系統包含：
   一第四透鏡、一第五透鏡、一第六透鏡、一第三反射鏡與一第四反射鏡，其中來自該第一偏極化分光器的該S偏振光依序經由該第四透鏡、該第三反射鏡、該第五透鏡、該第四反射鏡及該第六透鏡而傳送至該第二全反射稜鏡。
6. 如請求項4所述之立體顯示裝置，其中該第一空間光調制器為一第一數位微型鏡裝置，該第二空間光調制器為一第二數位微型鏡裝置。
7. 如請求項4所述之立體顯示裝置，其中該投射透鏡和該第一空間光調制器的間距，略大於該第一偏極化分光器的厚度加上該第二全反射稜鏡的厚度；該投射透鏡和該第二空間光調制器的間距，略大於該第二偏極化分光器的厚度加上該第二全反射稜鏡的厚度。
8. 如請求項4所述之立體顯示裝置，其中該投射透鏡和該第一空間光調制器的間距減去10mm，小於該第二偏極化分光器的厚度加上該第一全反射稜鏡的厚度；該投射透鏡和該第二空間光調制器的間距減去10mm，小於該第二偏極化分光器的厚度加上該第二全反射稜鏡的厚度。
9. 如請求項1所述之立體顯示裝置，更包含：
   一積分柱，耦接該光源，俾使該非偏振光透過該積分柱傳導至該第一偏極化分光器。