TW460710B - Array lens, lighting optical system, optical unit and imaging apparatus - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4607 1 Ο Α7 ______Β7____五、發明說明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明有關顯示影像於螢幕上之裝置，使用液晶面板 或其他顯示元件，如液晶投影器、反射式投影器、液晶電 視及投影式顯示裝置。 如液晶投影器之投影式成像裝置相當普遍，其中以光 源之光照射液晶面板等，在顯示元件上投影放大影像。 此類裝置中，光源之光轉換調整爲各圖素灰階而投影 至螢幕。就扭轉向列（τ N )液晶顯示元件，以液晶顯示 元件爲例，安排二片極化板，供應液晶至一對具透明電極 膜之透明基底空間形成液晶單元前後，產生極化反向 9 0 °差，以液晶電光效應轉動極化平面，並選擇極化板 之極化元件，予以結合後控制入射光束透光量而顯示資訊 影像。近年.來，此類透射式或反射式顯示元件尺寸大幅縮 小，解析度性能亦提高。 隨著利用顯示元件之裝置性能提升及尺寸縮’ S提 出投影式成像裝置實現習知技術有關視訊影像形$ ’亦可 爲個人電腦之影像輸出裝置。此類投影式成像裝置尤須尺 寸小，即使螢幕角落亦爲淸晰影像。 但習知投影式成像裝置問題爲尺寸大’影{象&質及亮 度不足。 例如液晶顯示裝置，燈泡尺寸縮小，即液晶元件本身 ，可有效減少整個裝置尺寸，當液晶顯示元件縮小時，問 題爲光源照射總光量之液晶顯示元件上光通量（之後稱光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) \裝-------—訂-------線 4607 1 0 κι 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _Β7__五、發明說明（2) 射量）比率低，螢幕邊區變暗。因液晶顯示元件僅可使用 一方向之極化光，發出隨機極化光之光源約一半光束未使 用。 就螢幕四邊得到明亮影像之機構，日本未審查公告專 利平3 — 1 1 1 8 0 6號已揭示一整合光學系統，其中使 用透鏡組。整合光學系統以多數聚光透鏡分割光源之光’ 聚光透鏡爲矩形開口，形成第一陣列透鏡，再以第二陣列 透鏡聚焦重疊矩形開口之輸出光於照射面（液晶顯示元件 )，第二陣列透鏡由聚光透鏡組對應炬形開口之聚光透鏡 形成。此光學系統中照射液晶顯示元件之光強度分佈平均 。光學系統以光源之光照射液晶顯示元件，光安排於一極 化方向，已揭示於日本未審查公告專利平4 — 6 3 3 1 8 號，其中以極光分光件隔離光源射出隨機極化之光束成P 極化光束及S極化光束，再以一稜鏡結合。 此習知整合光學系統中，陣列透鏡-透鏡單元之對角 尺寸爲0 · 2 5吋或0 . 2 5吋以上，照明系統之F値必 須幾乎爲2或3，使用具微透鏡之液晶顯示元件提高影像 亮度及品質。結果第一與第二陣列透鏡間距離不可短於 3 1 m m ’致光學系統不能縮小。故大於a 4尺寸之習知 投影式液晶裝置不易縮小。即使光學系統利用極化分光件 ，不易匹配陣列透鏡精度，亦不易縮小尺寸。結果，不易 同時減小尺寸又提高亮度。就投影式液晶裝置，即使僅改 善照明機構’因影像品質取決各因素，不易具良好影像品 質又縮小顯示裝置，如物鏡之光學特性及液晶元件之光學 紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） , 裝------- - 訂----------線' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 460710 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3) 特性。 尤其’須使用較大陣列透鏡提高習知技術之整合光學 系統亮度’當投影式液晶裝置尺寸變小，亮度已下降。此 外，若利用極化分光件之光學系統減小尺寸，亦有此現象 。亦易同時減小裝置尺寸並提高亮度。當使用極化光束結 合機構，不良光束致性能惡化，即P極化光束進入S光徑 發明槪述 本發明一目的確保充足亮度及良好影像品質，提供影 像顯不技術確保更高精度，充分縮小裝置尺寸。 爲達以上目的，本發明提供結構中： (1 )提供一陣列透鏡，其中透鏡單元之對角尺寸，垂直 尺寸與橫向尺寸任一等於一照明光學系統所照射顯示元件 對應尺寸之1/(4·5或4.5以上）； (2 )提供一陣列透鏡，其中透鏡單元之對角尺寸爲 0 . 1 8吋或0 . 1 8吋以下； (3 )提供一陣列透鏡，其中透鏡單元總數爲2 4 0或 2 4 0以上； (4 )提供一陣列透鏡，其中透鏡單元之焦距爲3 Omm 或3 0 m m以下； (5 )提供一遮光構件除去光源單元光入射側不良光束， 或以隔光機構隔離陣列透鏡射出之光爲p極化光束及s極 化光束；及 |丨_------------------" — 訂----------線 ί\ . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6 - 4607 10 A7 B7 五、發明說明（4) (6)第一陣列透鏡聚光光源單元之光而形成多數二次光 源影像，第二陣列透鏡可聚焦第一陣列透鏡之透鏡影像至 顯示元件，一隔離機構可隔離光源單元或陣列透鏡之光束 成P極化光束及S極化光束，及一轉換機構可改變隔離機 構之輸出光束之P極化光束及S極化光束任一，以上機構 安排於同一光軸上，似一直線。 圖式簡要說明 圖1爲本發明一較佳實施例圖示。 圖2爲本發朋裝置結構一例。 圖3說明本發明較佳實施例之功效。 圖4說明本發明一較佳實施例。 圖5說明本發明另一較佳例。 圖6說明本發明另一較佳例。 主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 光源 2 顯示元件 3 投影透鏡 4 螢幕 5 反射鏡 6 陣列透鏡 7 陣列透鏡 8 極化分光器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4607 1 0 A7 B7 五、發明說明（5) 9 λ / 2 相 差 1 0 聚 光 透 鏡 1 1 極 化 板 1 2 極 化 板 2 8 電 極 線 1 3 燈 1 4 燈 單 元 1 5 全 反 射 鏡 2 7 遮 光 構 件 1 7 全 反 射 鏡 1 9 分 色 稜 鏡 2 0 分色 鏡 2 1 中 繼 透 鏡 2 2 全反射 鏡 2 3 全 反射 鏡 2 4 電 源 電 路 2 5 影 像 信 號 2 6 風 扇 3 1 定 ‘位 t 治 具 較 佳實施例 詳 細 說 板 電路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - I-----—訂----------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參考圖式說明 圖1爲本發明 1。光源1爲超高 明 本發明實施例。 投影式液晶顯示裝 壓水銀燈，金屬鹵 ，其中具有一光源 ，氙燈，水銀氙燈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- 4607 1 0 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6) 及白鹵燈。光源1具有至少一反射鏡5，有圓形或多邊形 光圈’並具電極線28，直徑爲0 . 6mm或〇 . 6mm 以下，位於反射鏡中燈電極一側，光源1之光行經投影透 鏡3 ’通過作爲光球元件之液晶顯示元件2，再投影至螢 幕4。 光源1由光球之光由反射器5聚光進入第一陣列透鏡 6 ’反射器5爲橢圓面、拋物線面或非球面。通過後光束 經第二陣列透鏡7進入極化光束分光件8。入射光束被分 光件8隔離爲P極化光束及S極化光束，以極化光束分光 件8之發光面安排λ / 2相差板9轉動P極化光束於極化 方向90° ，成爲S極化光束，再入射聚光透鏡10。S 極化光束重複反射，再由鄰近極化光束分光件8之發光面 射出而進入聚光透鏡1 0。聚光透鏡1 0由至少一片以上 正折射率之薄片構成，可進一步聚光S極化光束。通過聚 光透鏡1 0之光束照射液晶顯示元件2。液晶顯示元件2 入射側安排一入射光極化板1 2傳送S極化光束。 習知投影式液晶顯示裝置中，僅一方向極化光束傳送 ，經由入射光極化板1 1，液晶顯示元件2及發光側極化 板1 2之組合，故傳達光量減爲一半。因本例使用極化光 束分光件8，光源1發出隨機極化光束之極化方向於一極 化方向均等，光束再輸入液晶顯示元件2。理想上可得習 知投影式液晶裝置亮度之二倍。 本發明本例之第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7形式 相同，一透鏡單元橫向尺寸對液晶顯示元件之橫向尺寸比 --,----------vvt--------訂----------線/ (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 0 7 10 A7 B7 五、發明說明（7) 爲1 / 5 . 3。例如當液晶顯示元件之矩形影像顯示機構 爲0·9吋，一透鏡單元矩形之對角尺寸爲〇.17吋， 形成第一陣列透鏡6及第二陣列透鏡7之透鏡單元總數爲 2 4 0或2 4 0以上，一透鏡單元之焦距爲3 Omm或 3 〇mm以下，可縮小光學系統。且幾乎2 4 0或2 4 0 以上透鏡單元之個別影像重疊於液晶顯示元件2上，較習 知裝置所得影像品質更均勻，即使電極線2 8之陰影越過 透鏡單元，因透鏡單元數爲2 4 0或2 4 0以上（1 6 X 15透鏡單元），影像品質平均。故同時完成尺寸小且亮 度佳之投影式液晶顯示裝置。 本發明可用極化光束分光件8切除不欲光束，以第一 陣列透鏡6及/或第二陣列透鏡7光軸節距中央處S極化 光束之反射稜鏡光軸入射面增加遮光板1 1而成分光件， 即第一陣列透鏡6及/或第二陣列透鏡7側之表面，當以 入射光極化板1 1吸收切除不欲光束，防止光束轉成熱而 輻射。且減少不良光束進入液晶顯示元件2時所生顏色不 規律。 本發明之極化光束分光件8於光軸方向較第二陣列透 鏡7薄，乃縮短光學系統總長，光學單元輕，並增加照明 系統F値。因增加投影透鏡之F値，照明系統尺寸小而輕 0 通過液晶顯示元件2之光束抵螢幕4，通過投影機構 3如變焦透鏡。投影機構3在液晶顯示元件2上形成之影 像利用顯示裝置之功能，在螢幕上投影成放大影像。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） , 11--'ί 裝--------訂 -----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 460710 Λ7 __________ B7 五、發明說明（8) 茲說明本發明實例。圖2爲本發明投影式液晶顯示裝 置結構。圖2例爲3板式投影顯示裝置，以透射式投影式 液晶顯示裝置2爲液晶光球，對應所謂三原色R (紅）、 G (綠）及B (藍）。本例光源爲超高壓水銀燈，光束射 出時再由拋物線反射鏡式反射器5反射，再入射於第一陣 列透鏡6，係同尺寸矩形框處多數聚光透鏡構成爲反射器 5之光射出光圏，以聚光燈丨4之光，並形成多數二次光 源影像，再通過第二陣列透鏡7，係由多數聚光透鏡構成 ’位於二次光源影像區附近，將第一陣列透鏡6個別透鏡 影像聚焦至液晶顯示元件2。第二陣列透鏡7發出之光束 入射一排菱形稜鏡，配合第二陣列透鏡7之透鏡光軸橫向 之節距，爲各透鏡寬度之一半尺寸。一極化光束分光件8 之薄膜形成於此稜鏡表面上，以極化光束分光件8隔離入 射光束爲P極化光束及S極化光束。P極化光束在極化光 束分光件8中直線行走，再以稜鏡發光面處λ/2相差板 9位於極化方向轉9 0 ° ，轉成S極化光束後射出。其間 ，以極化光束分光件8反射S極化光束，再於鄰近菱形稜 鏡中依固有光軸反射，以S極化光束射出。當然，本發明 極化光束分光件8增加遮光構件27 (見圖4Α及4Β) 至第二陣列透鏡7各透鏡光軸節距中央處S極化光束之反 射稜鏡光軸入射面，即至第二陣列透鏡7側表面。之後， 以聚光透鏡1 〇聚光光束至液晶顯示元件2 ，過程中，以 全反射鏡15對來自極化光束分光件8之光束依光束彎曲 90° ，而B (藍）、G (綠）反射分色鏡16允許紅色 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --,----------I 裝--------訂-----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - A7 4607 1 0 __B7____ 五、發明說明（9) 光通過並反射B、G光。就R光束以全反射鏡17彎曲通 過分色鏡之R光束依光徑彎曲90° ，通過聚光透鏡18 及液晶顯示元件2前之入射極化板1 1，並入射至相對電 極及液晶構成之液晶顯示元件2，再通過液晶顯示元件2 發光側之極化板1 2。 1 液晶顯示元件2所具液晶顯示區（三色各具橫向 8 ◦ 0圖素X縱向6 0 0圖素）對應顯示圖素。根據外側 信號，液晶顯示元件2各圖素極化角改變，最後匹配極化 板1 2極化方向之光發出，以極化板1 2吸收正交方向之 光。中間角度之極化光決定通過極化板之光量及有機極化 角之極化板吸收光量。如前述，符合外部輸入信號之影像 被投影出。 極化板12發出之R光束由反射R光束之分色稜鏡 1 9反射，再進入變焦透鏡之投影機構3，而投影至螢幕 〇 另一方面，通過B、 G分色稜鏡19之B光及G光進 入G反射分色鏡2 0，將G光反射後通過聚光透鏡1 8及 液晶顯示元件2前之入射極化板11，再進入液晶顯示元 件2，並通過液晶顯示元件2發光側中極化板1 2。由極 化板 1 2發出之G光通過可透射G光之分色稜鏡1 9，進入投 影透鏡3，再投影至螢幕。 其時，透過G反射分色鏡2 0之B光束通過中繼透鏡 2 1 ，以全反射鏡2 2於光徑彎曲9 0°而通過中繼透鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I----------—CM--------^----------線/:' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- A 607 1 0 A7 B7 五、發明說明（10) 2 1，之後以全反射鏡23彎曲光徑90°而通過聚光透 鏡及液晶顯示元件前之入射極化板1 1，乃進入液晶顯示 元件2，最後通過液晶顯示元件發光側中極化板1 2。自 極化板1 2射出之B光束被B光束分色稜鏡1 9反射，乃 進入投影透鏡3而投影至螢幕。 透過G反射分色鏡20之B光束通過中繼透鏡21 ， 以全反射鏡22彎曲光徑90°而通過中繼透鏡21 ，再 以全反射鏡2 3彎曲光徑9 0°通過聚光透鏡18及液晶 顯示元件前之入射極化板1 1 ，乃進入液晶顯示元件1 1 而通過液晶顯示元件2發光側極化板1 2。由極化板1 2 發出之B光束及射B光束之分色稜鏡19反射而進入投影 透鏡3至螢幕。 如上述，以顔色隔離機構及結合機構隔離及結合R， G，B光束，以投影透鏡放太影像於液晶顯示元件上，於 螢幕上取得各分結合之放大影像。圖中電源電路2 4與影 像信號電路2 5如所示，光源1所生熱以風扇2 6導至外 部。本例光源隨機射出之光束於一方向對齊，故由入射極 化板產生較少熱量。 安排光源及投影檄構使其光軸正交，整體縮小裝置， 安排電源電路2 4及影像信號電路2 5如所示，經由顏色 隔離及結合單元由顏色隔離機構及液晶顯示元件及顏色結 合機構構成。 本發明此例第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7形狀相 同，一透鏡單元橫向尺寸與液晶顯示元件2螢幕比率爲1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------- 11 訂--------線" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 4607 10 A7 B7 五、發明說明（11) /5 . 3。若液晶顯示元件之影像顯示區矩形對角尺寸爲 〇 . 9吋’第一陣列透鏡6舆第二陣列透鏡7 —透鏡單元 矩形對角尺寸爲0 . 1 7吋，第一陣列透鏡6與第二陣列 透鏡7—透鏡單元之矩形對角尺寸爲〇.17吋，形成第 —陣列透鏡6與第二陣列透鏡7之透鏡單元總數爲2 4 ◦ 或2 4 0以上，第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7 —透鏡 單元之焦距爲3 Omm或3 Omm以下。2 4 0以上透鏡 單元之個別影像重疊於液晶顯示元件2上，影像較習知裝 置均質。 此外，即使，透鏡單元尺寸爲0.17吋，即使電極 線2 8陰影越過透鏡單元，當透鏡單元總數超過2 4 0 ( 1 5 X 1 5透鏡單元），影像品質平均，故投影式液晶顯 示裝置同時可縮小尺寸並提高亮度。 若須提高使用具微透鏡之液晶顯示元件之影像亮度及 均質性，照明系統之F値須爲2至3。即使如此，本發明 第一陣列透鏡與第二陣列透鏡間隔可縮小至3 0 m m以下 ，因此縮小光學系統尺寸。 本發明中，因結合極化及結合機構（有時加入遮光構 件），作爲極化及結合機構之極化光束分光件8薄於第二 陣列透鏡7 (即第二陣列透鏡7爲2 . 5 ± 0 . 5 m m時 ，極化光束分光件爲2mm以下），光徑長度縮短，全反 射鏡緊密安排，致縮小機組。 本發明圖2例中，照明及光學系統包含燈單元1 4， 第一陣列透鏡6，第二陣列透鏡7，極化光束分光件8， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '.裝!1--訂----------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 460710 Α7 Β7 五、發明說明（12) λ/2相差板9 ，聚光透鏡10及全反射鏡15，並建立 光徑供隔離燈13所射光束爲R、 G、 Β光束，光學單元 包含照明及光學系統，界定程序至隔離照射及光學系統所 射光束至R、 G、 Β光束，分別使用B、 G反射分色鏡 1 6及G反射分色鏡2 0等，亦界定光徑直至投影機構3 ，經由分色稜鏡19允許隔離R、 G、 Β光束至分別液晶 顯示元件2，反射R光束及Β光束，並透射G光束。 圖3例示本發明第一例部分功效。 圖3爲投影式液晶顯不裝置之照明及光學系統。光源 1有一圓形反射鏡5及電極線2 8，直徑爲〇 . 6 m m以 下，位於反射鏡5內燈電極單側。 由光源1光球射出之光束被橢圓面或拋物線面或非球 形面聚光而入射至第一陣列透鏡6，光束通過第一陣列透 鏡6後，通過第二陣列透鏡7再進入極化光束分光件8。 此入射光束之透射光隔離成P極化光束，其反射光經極化 光束分光件8隔離成S極化光束。以極化光束分光件8發 光側表面之λ / 2相差板9轉動P極化光束於極化方向 9.0°成S極化光束，而進入聚光透鏡10。S極化光束 重複反射再由鄰近極化光束分光件8之發光面射出，進入 聚光透鏡1 0。聚光透鏡1 0由至少一片以上透鏡構成， 具正折射率，可進一步聚光s極化光束。通過聚光透鏡 1 0之光束照射液晶顯示元件2。 參考圖3，本發明第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7 爲相同形狀。一透鏡單元橫向尺寸對液晶顯示元件2之橫 --.------ 1 I---^ IV 裝--------訂 ill!--^線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 460710 A7 ___ B7 五、發明說明（13) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 向尺寸比率爲1/5 . 3。若液晶顯示元件2影像顯示區 矩形對角尺寸爲〇 . 9吋，第一陣列透鏡6與第二陣列透 鏡7之一透鏡單元矩形對角尺寸爲〇 . 1 7吋，形成第一 陣列透鏡6與第二陣列透鏡7之透鏡單元總數爲2 4 0或 2 4 0以上，第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7之一透鏡 單元焦距爲3Omm或3Omm以下（圖3爲示意圖）。 因此，光學系統可縮小尺寸。如圖3虛線，2 4 0或 2 4 0以上單元之個別影像重疊於液晶顯示元件2上’影 像品質較習知者均質。此外，因透鏡單元尺寸爲0 . 1 7 吋，即使電極線2 8陰影越過透鏡單元，若透鏡單元數爲 2 4 0或2 4 0以上（1 6 X 1 5透鏡單元），單側安排 七至八行。若陣列透鏡尺寸爲0.17吋，一單元尺寸中 安排六行帶狀陰影，寬度約0 . 6mm，故透鏡單元單側 安排至少六行，可消除液晶顯示元件上電極線2 8陰影黑 區，避免不規律顏色，取得均質影像品質。因電極線位於 光軸中心左右側之單側，當提供一至二行允許垂直或水平 安排陣列透鏡，至少需1 4至1 6行。因此若透鏡單元數 爲240或240以上，0 . 6mm或0 · 6mm以下電 極線之陰影反射均等於液晶顯示元件上，如圖中對角線。 故可獲致影像品質確保均等亮度，無顏色不規律性。 因此，投影式液晶顯示裝置整體可同時縮小尺寸並提 高亮度。因第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7爲相同形狀 ，僅使用一類，可減少成本。 圖4爲本發明第二例。圖4A及4 B中極化光束分光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A607 1 0 A7 B7 五、發明說明（14) 件8具有一極化光束分光件膜，位於其玻璃板，圖4 A及 4 B中極化光束分光件8具有一極化光束分光件膜，位於 其玻璃板，以隔離P極化光束及S極化光束。以接合劑對 薄膜疊層後，以4 5 °角對玻璃板切割。如圖4，提供平 板結構，安排多數縱向拉長之菱形稜鏡。每隔一表面上利 用鋁或金鏡面蒸發完成此膜。因鏡區可反射S極化光束， 必須提供機構不允許光束進入稜鏡光徑。 本發明之極化光束分光件8增加遮光構件2 7至第二 陣列透鏡7之各透鏡光軸節距中心處之S極化光束反射稜 鏡光軸入射面，即第二陣列透鏡7側表面，故可阻隔不欲 光束，當以入射極化板1 1吸收阻隔光束時，可防止光束 轉換成熱能。遮光構件2 7由溝隙式反射膜構成，或地玻 璃式分散膜，或遮光之金屬密封件，或耐熱密封件，或溝 隙金屬板，或鍍金屬層，每隔一個具金或銘蒸發膜。 平板結構中如上述安排多敷極化光束分光件8，每隔 一行予以接合，使隔離P極化光束轉成S極化光束，極化 光束分光件8射出光束8全部定爲S極化光束，隔離S極 化光束由靠近入射棱鏡之稜鏡反射後，極化光束分光件8 射出光束完全定爲P極化光束，係利用λ / 2相差板9。 平板式極化光束分光件8之多數菱形稜鏡安排橫向符 合第二陣列透鏡7之透鏡光軸，一極化光束分光件8與另 一極化光束分光件8於中心左右側對稱接合，係彼此轉動 180° ，將第二陣列透鏡7分別分割爲左右或上下區’ 保留間隙h等於第二陣列透鏡7中心光軸節距之寬度1 / 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、裝--I---I I ^ --------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- A7 4 60710 _____B7____ 五、發明說明（15) 2，第二陣列透鏡7中遮光構件2 7可正確匹配極化光束 分光件8中橫向節距’就第二陣列透鏡7，遮光構件2 7 及極化光束分光件8完成正確接合。 習知技術結構中，即使界面爲耐反射膜，以平板式極 化光束分光件8對稱形成於圖4 Α或4 Β之左右方向，透 光效率仍降低，如極化光束分光件8與第二陣列透鏡7光 學零件間界面爲一層空氣，此極化光束分光件8與第二陣 列透鏡7接合符合透鏡光軸與極化光束分光件8橫向節距 。如此，第二陣列透鏡7前安排溝隙式遮光板阻隔不欲光 束，即遮蔽不欲光束之光源側，即光束進入極化光束分光 件8前，圖4 B中斜線元件。本例遮光構件2 7形成構件 爲具溝隙之金屬板，必須獨立於光軸而支承。 爲此，所需光束因遮光構件2 7零件精度或組裝誤差 而受遮，即使組裝時增加零件數，致處理成本增大。 本發明中，極化光束分光件8就中心二側左右方向對 稱接合至第二陣列透鏡7以提供遮光構件2 7，遮光構件 2 7由蒸發膜構成，可於S光徑遮住稜鏡之光入射面，無 誤差，零件數可減少，提高組裝效率。 本發明中，由業者製造左右對稱之平板式極化光束分 光件8，再接合至第二陣列透鏡7之習知程序第二階段予 以刪除，在第一階段將一組極化光束分光件8接合至第二 陣列透鏡7，減少處理成本。 此外，習知極化光束分光件8整合於左右側，接合精 度由左端重疊至右端，當分光件8接合至第二陣列透鏡7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝------II訂— I!!線/ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18" 4607 10 A7 B7 五、發明說明（16) ，中央分攤至左右側，必然引起左右側接合誤差，即左右 側誤差± 0 . 2 5。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 但本發明中極化光束分光件8接合至第二陣列透鏡7 ，提供個別遮光構件2 7於左右側，距中心之精度誤差不 會累積，因左極化光束分光件8可界定其左中心，或第二 陣列透鏡7上左半部之透鏡光軸，就大量光束以中心爲精 度分攤，誤差控制於±0.125之名對角尺寸値。當左 側極化光束分光件8同樣接合至第二陣列透鏡7，如左側 ，可減少接合誤差。可減少第二陣列透鏡7透鏡光軸節距 半寬度中極化光束分光件8接合誤差引起之光軸位移，並 減少以極化光束分光件8反射之第二陣列透鏡7之入射光 束。故提高透射效率及亮度。極化光束分光件8自然薄於 第一或第二陣列透鏡7，若以蒸發膜遮住光束，蒸發系統 不同於極化光束分光件8厚於一般第二陣列透鏡7之情況 。即不須阻隔使用光束，以設定遮光機構之區，完成較窄 區遮光，並考慮接合誤差，而非遮光用極化光束分光件8 之P極化光束光圈或S極化光束光圈。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 就遮光構件精度，可令遮光膜寬度略小於極化光束分 光件8節距寬度，當使用大量透鏡單元於較第二陣列透鏡 7薄之極化光束分光件8及第二陣列透鏡7時，有效提高 光效率。有時可準備許多基準位置，並分割極化光束分光 件8以供接合，提高接合精度。 圖5爲本發明第三例外部。本發明中，第一陣列透鏡 6或第二陣列透鏡7具第一定位區2 7爲各透鏡之定位基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- 4S0710 A7 B7 五、發明說明（17) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 準，極化光束分光件8亦提供第二定位區2 8作爲定位基 準。第一定位區2 7及第二定位區2 8可分別形成’利用 雕刻（圖5 )，凹區，突區’端面’切口區’階區，或標 示，可對齊第一定位區2 7至支承固定第一陣列透鏡6或 第二陣列透鏡7之結構構件之定位區（未示）’完成第一 陣列透鏡6或第二陣列透鏡7絕對定位。同樣地’完成極 化光束分光件8絕對定位’可對齊極化光束分光件8之第 二定位區2 8至支承固定極化光束分光件8之結構構件之 定位區（未示）。 根據本發明，當組合第一陣列透鏡6 ’第二陣列透鏡 7及極化光束分光件8至光學零件支承結構構件時’輕易 完成分別基準定位，第一陣列透鏡6與第二陣列透鏡7相 對透鏡光軸可匹配於設計位置，極化光束分光件8安排位 置提供最大光效率，符合上述透鏡光軸之橫向安排節距。 故可提高光學效率，簡化零件組裝’提高效率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，如圖5 ’可提供第二陣列透鏡了之第一定位區 2 7及極化光束分光件8之弟一疋位區2 8至匹配位置’ 於組裝時匹配，就第二陣列透鏡7各透鏡光軸安排極化光 束分光件8至最佳位置。提高光學效率，匹配位置提供最 佳光效率。 圖6爲本發明第四例外觀。本發明中’第一陣列透鏡 6或第二陣列透鏡7具有第一定位區2 7作爲各透鏡之定 位基準，極化光束分光件8具第二定位區2 8爲定位基準 。第一定位區2 7與第二定位區2 8爲圖6A中凹區及突 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 460710 A7 B7 五、發明說明（18) 區。定位時第一及第二定位區2 7 ’ 2 8結合匹配突區及 凹區，就第一陣列透鏡6或第二陣列透鏡7各透鏡之光軸 令極化光束分光件8位於最佳位置，之後極化光束分光件 8可接合至第一陣列透鏡6或第一陣列透鏡7。因此，位 置匹配提供最大光及接合效率，減少光學元件界面反射光 量，提高光學效率。 此外，第一定位區2 7與第二定位區2 8不限於凹區 及突區，可如圖6 B中，各零件端面定位符合光軸，或如 圖6 C，第一定位區2 7位於第二定位區2 8中，或圖 6 D中一定位框整個嚙合另一框，或如圖6 E中，二區經 由第三構件作爲定位沿具3 1以定位接合。此外，考慮累 積元件誤差，可設計尺寸提高精度，就陣列透鏡各光軸， 令極化光束分光件8位於最佳位置。 根據本發明，可縮短光徑長度，縮小裝置尺寸。提高 亮度。實現影像品質及其均等。並防止不良光束產生熱。 本發明可允許修正上述例，並不脫離特性範圍。上述 例爲本發明例示，非所限定。申請專利範圍內可有各式變 化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裳--------訂---------鱗， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 -

Claims (1)

1. 460710 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 種光學單元，包括： 一光源單元，用以照射光； 一影像顯示元件，具有一光閥，其中發射自該光源單 元之該光依據被施加於那裡之視頻訊號而被形成一光學影 像； 一照明光學系統，用以將來自該光源單元之該光照射 於該影像顯示元件； 其中該光學單元包括一反射鏡、該光源單元、複數個 聚光透鏡、一第一陣列透鏡及一第二陣列透鏡，該反射鏡 具有一長方形發光表面、一橢圓形發光表面或者一多邊形 發光表面的其中一種發光表面，該複數個聚光透鏡被設置 於發射自該反射鏡之該發光表面之光的路徑上，該第一陣 列透鏡藉由集聚來自該光源單元之該光以形成複數個二次 光源影像，該第二陣列透鏡被設置於該複數個二次光源影 像的附近，並用以將該第一陣列透鏡之各透鏡影像聚焦至 該影像顯示元件； 其中該光源單元具有一電極線，被設置於該反射鏡中 之塊電極的一側上；以及 其中在該電極線的陰影跨過該第一陣列透鏡之透鏡狀 細胞（lens cell )的一側，在垂直方向或橫向方向上該第 一陣列透鏡之該等透鏡狀細胞的數目等於或大於b/a ， 其中"a 〃爲該電極線之該陰影的寬度，而、b 〃爲該第 一陣列透鏡之該等透鏡狀細胞的對角尺寸、垂直尺寸或橫 向尺寸。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 ----衣---；IΓ._ 訂---^---I,---„ I Γ\ -22- Α8 Β8 CB D8 46Q710 六、申請專利範圍 2 .如申請專利範圍第1項之光學單元，其中該第一 陣列透鏡之該透鏡狀細胞之對角尺寸、垂直尺寸、橫向尺 寸的任何一個尺寸幾乎爲該影像顯示元件之各對應尺寸的 1/(4.5或4.5以上）。 3 .如申請專利範圍第1項之光學單元，其中該影像 顯示元件之影像顯示部件的對角尺寸爲0 . 7吋、0 . 9 吋或1 · 3吋，且該第一陣列透鏡之該透鏡狀細胞的對角 尺寸等於或小於0 . 1 8吋。 4 .如申請專利範圍第1項之光學單元，其中該第一 陣列透鏡之該透鏡狀細胞與該第二陣列透鏡之一透鏡狀細 胞的對角尺寸等於或小於0 . 1 8吋。 5 .如申請專利範圍第1項之光學單元，其中該第一 陣列透鏡或該第二陣列透鏡其中一個陣列透鏡之透鏡狀細 胞的總數等於或大於2 4 0個細胞。 6 ·如申請專利範圍第1項之光學單元，其中該第一 陣列透鏡及該第二陣列透鏡之透鏡狀細胞的透鏡焦距等於 或小於3 0 m m。 7 .如申請專利範圍第1項之光學單元，其中另包括 一極化及組成部件，具有一極化分光器，用以，使發射自該 光源單元、該第一陣列透鏡或該第二陣列透鏡其中一個的 光隔離成S極化光束及P極化光束、一λ./ 2相差板，用 以轉動發射自該極化分光器之該S極化光束或Ρ極化光束 其中一個光束的極化方向、以及一反射部件，用以反射該 S極化光束或Ρ極化光束的其中一個光束； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） —.H .....I— —m -IE —-H 1 nn am I —^n n , .,v' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -23- A8 B8 C8 D8 460710 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中複數個該極化及組成部件被排列，使得該極化分 光器的光學軸與該第一陣列透鏡或該第二陣列透鏡之各透 鏡狀細胞之光學軸的節距在橫向排列方向上相匹配，並且 與一節距在垂直排列方向上相匹配； 其中該極化及隔離部件具有等於或小於該第一陣列透 鏡之該光學軸方向上之厚度的厚度，並且該第二陣列透鏡 被設置在該光源單元與該影像顯示元件之間。 8 .如申請專利範圍第7項之光學單元，其中該複數 個該極化及組成部件被排列，使得該極化分光器之各透鏡 狀細胞的中心軸與該第一陣列透鏡及該第二陣列透鏡之各 透鏡狀細胞之光學軸的節距在橫向排列方向上相匹配，並 且與一節距在垂直排列方向上相匹配； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中提供一屏蔽組件之該第二陣列透鏡被定位在該光 源單元與該影像顯示元件之間，該屏蔽組件被添加在該第 二陣列透鏡的表面處，該表面與S極化光束之該反射部件 的光學軸入射表面相向，而該光學軸入射表面係位在該第 一陣列透鏡或該第二陣列透鏡之該光學軸的該節距之該中 心處。 9 . 一種投射式顯示裝置，包括： 一光源單元，用以發射光； 一影像顯示元件，具有一光閥，其中發射自該光源單 元之該光依據被施加於那裡之視頻訊號而被形成一光學影 像； —照明光學系統，用以將來自該光源單元之該光照射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 460710 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 於該影像顯示元件； 一投影透鏡，用以自該影像顯示元件發射光； (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中該光學單元包括一反射鏡、該光源單元、複數個 聚光透鏡、一第一陣列透鏡及一第二陣列透鏡，該反射鏡 具有一長方形發光表面、一橢圓形發光表面或者一多邊形 發光表面的其中一種發光褢面，該複數個聚光透鏡被設置 於發射自該反射鏡之該發光表面之光的路徑上，該第一陣 列透鏡藉由集聚來自該光源單元之該光以形成複數個二次 光源影像，該第二陣列透鏡被設置於該複數個二次光源影 像的附近，並用以將該第一陣列透鏡之各透鏡影像聚焦至 該影像顯示元件； 其中該光源單元具有一電極線，被設置於該反射鏡中 之塊電極的一側上；以及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中在該電極線的陰影跨過該第一陣列透鏡之透鏡狀 細胞（lens cell )的一側，在垂直方向或橫向方向上該第 一陣列透鏡之該等透鏡狀細胞的數目等於或大於b / a ， 其中"a 〃爲該電極線之該陰影的寬度，而b 〃爲該第 一陣列透鏡之該等透鏡狀細胞的對角尺寸、垂直尺寸或橫 向尺寸。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 中該第一陣列透鏡之該透鏡狀細胞之對角尺寸、垂直尺寸 、橫向尺寸的任何一個尺寸幾乎爲該影像顯示元件之各對 應尺寸的1/(4 . 5或4 . 5以上）。 1 1 .如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -25- 在 60710 8 88 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 中該影像顯示元件之影像顯示部件的對角尺寸爲〇 . 7吋 、◦. 9吋或1 . 3吋，且該第一陣列透鏡之該透鏡狀細 胞的對角尺寸等於或小於0 . 1 8吋。 1 2 ·如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 中該第一陣列透鏡之該透鏡狀細胞與該第二陣列透鏡之一 透鏡狀細胞的對角尺寸等於或小於〇 . 1 8吋。 1 3 .如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 中該第一陣列透鏡或該第二陣列透鏡其中一個陣列透鏡之 透鏡狀細胞的總數等於或大於2 4 0個細胞。 Γ 4 .如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 中該第一陣列透鏡及該第二陣列透鏡之透鏡狀細胞的透鏡 焦距等於或小於3 0 m m。 1 5 ·如申請專利範圍第9項之投影式顯示裝置，其 中另包括一極化及組成部件，具有一極化分光器，用以使 發射自該光源單元、該第一陣列透鏡或該第二陣列透鏡其 中一個的光隔離成S極化光束及P極化光束、一 λ/ 2相 差板，用以轉動發射自該極化分光器之該S極化光束或Ρ 極化光束其中一個光束的極化方向、以及一反射部件，用 以反射該S極化光束或Ρ極化光束的其中一個光束； 其中複數個該極化及組成部件被排列，使得該極化分 光器的光學軸與該第一陣列透鏡或該第二陣列透鏡之各透 鏡狀細胞之光學軸的節距在橫向排列方向上相匹配，並且 與一節距在垂直排列方向上相匹配； 其中該極化及隔離部件具有等於或小於該第一陣列透 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） nn HI J -II- —g—ί, c (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -26- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 鏡之該光學軸方向上之厚度的厚度，並且該第二陣列透鏡 被設置在該光源單元與該影像顯示元件之間。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之投影式顯示裝置， 其中該複數個該極化及組成部件被排列，使得該極化分光 器之各透鏡狀細胞的中心軸與該第一陣列透鏡及該第二陣 列透鏡之各透鏡狀細胞之光學軸的節距在橫向排列方向上 相匹配，並且與一節距在垂直排列方向上相匹配； 其中提供一屏蔽組件之該第二陣列透鏡被定位在該光 源單元與該影像顯示元件之間，該屏蔽組件被添加在該第 二陣列透鏡的表面處，該表面與S極化光束之該反射部件 的光學軸入射表面相向，而該光學軸入射表面係位在該第 一陣列透鏡或該第二陣列透鏡之該光學軸的該節距之該中 心處。 t l^n ^11 I— I - - -I m !—1 I nn In In ml n、一OJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -27-