TW577235B - Projection system having low astigmatism - Google Patents

Description

577235 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明大致係專注於顯示資訊的系統，且尤指反射型投 影系統。 發明背景 典型的光學影像系統包括一傳輸型或一反射型顯像器， 亦稱之為一光閥或光閥陣列，其可加強光束。典型的傳輸 型光閥為半透明的且能容許光線穿過其間。換句話說，反 射型光閥僅能反射輸入光束中的選定部分以便形成影像。 反射型光閥提供的主要效益為，可配置在反射面背後作為 控制電路並可推動先進的積體電路技術讓現有的基礎材料 之應用不會受限於它們的不透明性。藉利用反射型液晶微 型顯示器來當作顯像器，新的潛在經濟性和袖珍型液晶顯 示（LCD)投影機結構將有可能實現。 許多反射型LCD顯像器會旋轉該入射光線的偏極性，換 句話說，可藉由顯像器反射之偏振光，若非它的偏極狀態 完全不需修正即可呈現出最暗淡的狀態，就是它係被賦予 某一程度的偏極化旋轉以便提供一所需的灰階效果。有一 90°旋轉可對這些系統提供最明亮的狀態。因此，偏振光 束經常被用來當作反射型LCD顯像器的輸入光束。一令人 滿意的精簡式配置包括在一偏極分光鏡（PBS)和顯像器之 間設置一摺疊式光徑，其中照明光束及由該顯像器反射之 投影的影像係分享介於PBS和顯像器之間的同一物理空 間。PBS可分離入射的偏振旋轉式影像光線。單一的顯像 器可用以形成一單色影像或彩色影像。當照明光線被分離 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

線 577235 五、發明説明（2 成多波式光束，基本上複式顯像器是用以形成 二=效一影像係個別加在每-光束上，然後再重新 、··。5成一完整的彩色影像。 ㈣ΓΓ望能儘量運用光源所產生的光線並能順利通過 使用I、距數光學稜鏡的顯像m有_項問題，即形 =會和傳統式PBS聯結之”極向串接,，，故需將傳統式的光 予影像系統之照明用光學稜鏡的光圈數訂出較小的限制。 應用在一投影機系統中的傳統式PBS ,有時稱之為 MacNeille偏光板，其係以布魯斯特角來堆叠無機式介電 Μ。具有s-偏極性的光線會被反射出去，而處於p_偏極狀 態中的光線則會被傳送通過偏光板。然而，使用這些偏光 板時將難以獲得廣角性能，由於布魯斯德角的條件，將嚴 格限制一對材料僅能以一入射角度才能接合在一起。當入 射角脫離布魯斯德角範圍時，即發展成一光譜不一致的洩 光現象。當薄膜堆疊的入射角比布魯斯特角更加平常時， 此洩光現象特別有用。此外，若一摺疊式光徑投影機合併 採用ρ·及S-偏極性時，即會顯現出對比上的缺點。 由於投影系統通常係以光錐方式投射光線，大部份光線 無法冗整地入射至位於布魯斯德角的偏光板上，故會造成 光束偏振的現象。當系統焦距數減少時，退極向效應的次 數即增加，而且在後續之彩色反射膜的反射作用時會更加 擴大’例如可能出現在分色鏡中。吾人已確認過該退極向 _接的問題係有效地限制該投影系統的焦距數，並因而限 制其光通率。 577235 A7

概述 針對光學顯像器系統仍 效果’快速光學元件，其係 顯示高對比度的影像。 有不少需求’包括真正的廣角 以低光學像差的方式來觀看或 大體上，本發明係有關於-裝置，其可用以減低投们 統中的散光現象，#別是能完善地降低LCD投影系統的意 光現象。特別地，本發明係採用-影像光錐，包括能有3¾ 地降低偏極分光鏡中的散光效應。 本發明有-特別的實施例係指一投影系統，其係具有一 可用以產生光線之光源。一影像光錐包括至少一第一反身 型顯像ϋ和-第-偏極分光鏡，可將影像加在由該光源朽 發射出來的光線上。該第一偏極分光鏡可用於減低從第一 反射型顯像器所反射出來之影像光線的散光效應。一投影 式透鏡系統係從該影像光錐中投射出低散光影像。 本發明另一實施例係指一投影系統，其係具有發光裝置 及影像光錐，可將一影像加在由該發光裝置所發射出來的 光線上。該影像光錐裝置包括至少該第一顯像器裝置及第 一偏極分光鏡裝置，其係以偏極化模式來分離光線。至少 必須採用一分光鏡以便能降低影像光線中的散光效應。有 一投影式透鏡顯像單元可從該影像光錐裝置端投射低散光 影像。 本發明另一實施例係為一偏極分光鏡，位在其封蓋之間 的係分別配置一多層膜，偏極式感光膜。一低散光元件可 配置在封蓋之相對的外表面間的位置處，以便能藉以降低 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐)

裝 訂

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偏光膜的散光效應。 本發明的另-實施例係指-投影系統，其係具有可發光 的光源。-影像光錐包括至少—第—反射型顯像器和;;快 速偏極分光鏡，其可將-影像加在由該光源所發射出來的 光線上。ΐ衾第-偏極分光鏡包括_多層膜偏光器，其係配 置在封蓋之間的位置處以及-低散光元件，其可用以減低 由孩偏光膜所引進的散光效應。—投影式透鏡系統係將影 像投射至由該影像光錐所發射出來的光線上。 本發明（上述的摘要内容並非意圖要闡述本發明之每一 實施例或每一應用方案。該些數據和詳細的說明内容係意 圖說明這些實施例的特殊案例。 圖式簡 本發明將藉由參考下列詳細說明的各項實施例，並連 同附圖說明而更加彰顯，其中： 圖1係具有一單一反射型顯像器架構的投影單元之一實 施例示意圖； 圖2係具有一複式反射型顯像器架構的投影單元之另一 實施例示意圖； 圖3A和3B說明相關於一偏極分光鏡之一彩色棱鏡的不 同方向性的示意圖； 圖4係本發明一投影系統之一實施例示意圖； 圖5係本發明一投影系統之另一實施例示意圖； 圖6係本發明一彩色稜鏡之一實施例示意圖； 圖7係本發明一彩色稜鏡之另一實施例示意圖； -8- 本紙張尺度適用中國國表標準(0^^4— X 297公釐) 裝 訂

線 五、 發明説明（5 :8係本發明—彩色稜鏡之另-實施例示意圖； ;9係本發明一實施例中具有_合光 釦的一投影機之示意圖； ^飞心色刀先 圖l〇A及〗0B說明本發明一實施例中，一合 色分光鏡和一偏極分光夂·兄式彩 圖Η係本發明:向性的示意圖； F117仪士 & 偏柽刀先叙又—實施例示意圖； 圖係本發明—投影機之另-實施例示意圖； :13係本發明-雙顯像器式投影機之-實施例示意圖； 意=係本發明另一實施例中—偏極分光鏡之一實施例示 Μ 施:=發明中具有-㈣元件的-偏極分光鏡之-實 J16'本發明—實施例中，採用至少-降散光式偏極分 先叙<一投影系統示意圖； 本發明_實施例採用之—多層膜偏光器所繪製之 皮長及對比度的對照圖； ^係本發明一實施例採用降散光式偏極分光鏡之一雙 免、像器式投影系統示意圖；及 .圖19係為本發明一實施例中’使用降散光式偏極分光鏡 ^另一投影系統示意圖。 儘管本發明的揭示内容係、歷經數次修飾且具有各種不同 2代型式’然而其各項特性係已經藉由圖式範例的方式 “王現〈並且將以更詳細的方式說明如下。然而，吾人該 明白’並不能據此而將本發明限制在該特定的說明實施例 本纸張尺度適财@ g家標準(CNS) Μ規格(·χ297公爱） 577235 中。相反地’本發明係涵蓋所有的修飾，同㈣，並且所 有的替代万案亦皆屬於附錄”請專利㈣所定義之精神 與範疇。 3L1曰說明 本發明係適用在光學顯後哭# · 子^像态並且，特別使適用於低焦距 數的光學顯像器系、统，其能產生高品質、低像差的投射影 像。 於此所使用之光學顯像器系統的專門術語包括—廣泛的 光子系，..先纟可產生可透過_幻燈機觀看的影冑，例如其 可使用在，前、後投影系統，投影顯示器，抬頭式顯示 器，光學運算系統，光學互聯系統及其他的觀看和顯示系 統。 「項方法可用以克服退極向串接的問題即是採用如1999 年）月17日提出之美國專利申請案號〇9/312,9丨7所揭示之一 廣用式CarteS1an(笛卡爾）偏極分光鏡（pBS);於此亦一併附 上以供參考。Cartesian(笛卡爾）pBS係為一種偏極分光鏡， 其中該分離光束的偏極性係被視為是不變性的，通常係和 該PBS膜的主軸形成直角。反之，若是使用一非

CarteSian(笛卡爾）式的PBS，則該分離光束的偏極性在實質 上元全視该PBS上光束的入射角度而定。

CaneSianU卡爾）PBS的一範例為多層膜，反射型偏極 分光鏡（MRPB)，其可藉由等向性及雙折射性材料之交流 層所構成的。如果該薄膜的平面被視為是x_y平面，且該 薄膜的厚度係沿著方向測量，則z-折射率即是該雙折射 -10- 本纸張々収财H g家料(CNS) A4_摩ϋ

同m ^折射率，右具有-電向量的光線係和z•方向平行。 = ’x-折射率即是該雙折射材料的折射率，若：有一 吃向量的光線係和父_方向平 午Π 折射材料的折射率，若具有折射率即是該雙 行睡、、 /、 电向f的光線係和y-方向平 二料= 斤射材料的X-折射率在實質上是相同於該等向 2科的折射率，料該雙折射材料的y折射率係和該 » f生材料的不同。如果薄膜層的厚度選擇正確，則由薄 :反射出來（可見光線便會在y_方向偏振而發射光線則是 在Χ·方向偏振。 〜MRPB薄膜❸一範例係^ 一匹配的ζ_指數分光鏡（ΜΖΙρ) $膜，其中該雙折射材料的ζ_折射率在實質上是相同於該 二折射材料的X-折射率或折射率。ΜΖΙρ薄膜在美國專利 采唬5,882,774和5,962，114中係已經充分闡述，已納入作為 :考資料之该二項專利係揭示一可大幅增長使用壽命之改 良型ΜΖΙΡ薄膜，其係採用PET/COPET-PCTG來當作交流 層，正如在美國專利申請案Ν〇 〇9/878,575中所闡述。 圖1中所示為使用一顯像器之系統1丨〇的一實施例，而且 包括光源112，例如一篆光燈114，其係具有一反射鏡 丨16 ’可用以引導光線n8向前推進。該光源丨12亦可採用 固態光源，例如發光二極體或雷射光源。該系統1 10同時 也包括一 Canesian(笛卡爾）PBS 120，例如一線柵分光鏡或 一 MRPB薄膜。具有y_偏極性的光線，其偏極化係依照平 行於該y軸的方向進行，係以X的圓圈來加以標示。具有X-偏極性的光線，其偏極化係依照平行於該x軸的方向進 -11-本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A7 B7 ) 五、發明説明（8 伃，係以一箭頭記號來加以標示。實線係用以表示入射光 線，而虛線則是用以標示從該顯像器所反射126回來的光 線’其係具有一已變更的偏極狀態。在照明pBS 12〇之 糾，由光源112所提供之光線，係藉著調節式光學稜鏡！22 來加以調節。該調節式光學稜鏡122可變更由光源112所發 射出來的光線特性，成為投影系統所需之特性。例如，該 調節式光學棱鏡122可改變光線的發散度，光線的偏極狀 怨’和光線的光1晋。該調節式光學稜鏡122可包括，例 如，一組或多組的鏡頭，一偏極轉換器，一前分光鏡，及 /或一濾光片，以便能消除不必要的紫外光或紅外光。在 某些實施例中，該調節式光學稜鏡122可具有一低焦距 數’例如，等於或大於2.5，以便能使用該光源n2之大部 分的光線。 遠光線的y-偏極元件可藉由pBS 120來反射至該反射型 顯像器126端。該顯像器126的液晶模式可能是層列型，向 列型或一些其他適當類型的反射型顯像器。如果該顯像 器係為層列型時，則該顯像器126將可能是強誘電型液晶 *.、員示器（FLCD)。該顯像器126可反射及調制具有X-偏極性 '^影像光束。反射出去的X-偏振光係被傳輸通過PBS i2〇 且會被投影式透鏡系統128投射出去，其設計方式基本上 係最佳化，以便讓每一獨特的光學系統能考量採用配置在 透鏡系統128和顯像器（s)之間的所有元件。有一控制器ι52 係被轉合至顯像器126端以便能藉以控制該顯像器126的操 作方式。基本上，控制器152可促動該顯像器126之不同的 _ -12- 本鼠張尺度逯用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235 A7 __ _B7 五、發明説明（1〇 ) 說明内容’彩色棱鏡236係典型地將光線分離成基本色 帶··紅’綠及藍色。介入透鏡，例如場透鏡238，240和 242，可插入在每一顯像器和彩色棱鏡23 6之間的位置處以 便進一步最佳化該系統的光學反應。於反射時，該顯像器 2 2 6 ’ 2 2 8和2 3 0可調制光線的偏極狀態至多種程度，必須 視特足的影像資訊而定。接著該彩色稜鏡236可重新結合 紅’綠和監色的影像並將結合的影像光線傳送至Cartesian (笛卡爾）PBS 250，其可藉唯一能完全通過的心偏振光來 進行分析影像。y-偏振光會被重新引導回到光源2 12端。 通過PBS 250的光線可藉著投影式透鏡系統234加以收集而 且隨後亦聚焦到螢幕（圖中未示）上觀賞。有一選擇性的後 分光鏡244可插入在pbs 250和投影式透鏡系統234之間。 孩 >王意的是，其他的光學結構也能搭配複式顯像器來使 用。 在說明實施例中，彩色稜鏡236係為一種？11丨1111)5稜鏡， 可從 Optical Coatings Laboratory，lnc. from Santa R〇sa, CaHforrua取得。為了達到清楚說明之目的，圖中所示之彩 色棱鏡2 j 6係以傳統的方位配置，並使第一及第二色彩選 擇面的轉軸258平行於該Cartesian(笛卡爾）pBS 25〇之轉軸 256，如圖3A中所示。轉軸即是一軸，可讓平面在其四週 並從它的真實位置旋轉到能垂直於光線傳播方向之位置 處。在傳統類型的分光鏡中，色彩選擇面258的轉軸與pBS 的轉軸256之間的這項相對關係經常是不可或缺的，有一 Candan(笛卡爾）PBS 25〇也能讓彩色稜鏡的在光束的 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) 577235 A7 _______ B7 五、發明説明（11 ) 主軸262四週旋轉，如此則第一及第二顯像器226和230即 會被導向成相互彼此垂直的狀態，而且在名義上來自於 PBS之s-偏振光即會對著相關之彩色稜鏡236的色彩選擇面 而變成P-偏極化。旋轉之相關配置係如圖3B中所示，其中 該色彩選擇面的轉軸258係垂直於該PBS 250的轉軸256。 此項旋轉配置係闡述於美國專利申請案號〇9/746,933，標 題''利用廣角式Cartesian(笛卡爾）偏極分光鏡和彩色分離及 重組式稜鏡之反射型LCD投影系統，，，申請人為David J. W.

Aastuen與 Charles L. Bruzzone，於 2000 年 12 月 22 日提出， 在此納入供作參考。 使用Cartesian(笛卡爾）PBS 120或250可讓該投影系統在 可見光範圍内展現出至少1〇〇: 1的動態範圍，其中之調節 式光學稜鏡215大約具有2.5的焦距數。此外，配置在調節 式光學稜知2 15和投影式透鏡系統2 3 4之間的元件可稱之為 一影像光錐。典型的影像光錐包括至少一偏極分光鏡和一 組或多組顯像器。如果使用一组以上的顯像器時，則該影 像光錐也能包括色彩分離及組合式光學棱鏡，例如彩色稜 鏡’雙色向分離器，合光（棱鏡）式彩色分光鏡或類似的元 件等。該影像光錐並不包括透鏡，除了可環用的場透鏡係 被配置在一分色元件和顯像器之間。影像光錐可以採用遠 心式的’其中入射在影像上的光錐係恆定式地照射在顯像 器的表面上。典型的遠心式顯像器光錐並不包含場透鏡。 一 Cartesian(笛卡爾）PBS 25〇的實施例為MRPB薄膜252， 例如一種MZIP薄膜，裝入於稜鏡254之間。為了最小化由 -15- 本紙I尺度適财國g家標準(CNS) A4规格(21QX297公爱) 577235 A7

^高強度光束之熱感應力所導致的雙折射效應，棱鏡254 最好疋利用一低應力-光學指數材料來構成。其中一項最 通當的材料即是玻璃，商品名稱為SF57 (Sch〇n玻璃）或 PBH55 (Ohara玻璃）。SF57和PBH55玻璃的折射率皆是大約 1 · 85左右。 典型MRPB薄膜252之折射率係比周圍的稜鏡254還要 小。例如，MZIP薄膜的折射率約為丨56，且它的典型厚度 為125左右。當組裝PBS 25〇之時，MRpB薄膜係利用大 約50 厚的黏膠而黏著至棱鏡面板上，並使其匹配的折 射率大約為1.5 6。已經發現有一種類型的黏膠特別適用於 MRPB 薄膜的係為 Norland 61，係由 Norland Corporation.

Together公司製造的，PBS薄膜252和黏膠可構成一傾斜 板’折射率大約為1.56而厚度為225/zm，並以大約為45。 的角度斜交於光線的傳播方向。此相對低指數的層板，配 置在相對高指數的稜鏡254内部，將導致影像光線產生散 光效應。散光效應係由顯像器發射之光線的一項問題。 在折射率η’的媒介物中具有折射率^之一傾斜板的散光 效應之計算公式為： A = _L”2 cos2 0 Ί ri1 sin 2Θ β1 - sin2 θ ) 其中’ t是片狀材料的厚度，a係為介於該光束的中央陣 列和該片狀材料之間的夾角。散光效應係矢狀切面和切向 的光線差動位移的結果，此係由於其通過之傾斜片狀材料 的折射率係不同於週遭材料的折射率所致。 .16- 本紙張尺度適财@ @家標準(CNS) A视格(⑽X撕公爱） 577235 A7 B7 五、發明説明（ 13 η和η的數值係和波長有密切關係，由於色散之故，因 此散光效應的數值也是和波長有關。ΜΖΙΡ薄膜的折射率 和波長的關係，基本上，包括多元酯類的薄膜和共聚合物 和SF57玻璃等，係分別提供於表I和11中。 表I 波長對ΜΖΙΡ折射率之相互關係 波長（nm) 折射率

435.8 480 546.1 589.6 643.8 表II 1.5745 1.5691 1.5634 1.5594 1.5562 波長對SF57折射率之相互關係 波長（nm) 折射率 435.8 1.8939 1.872 1.855 1.8466 1.8365 利用公式（I)，SF57玻璃稜鏡中厚度225 // m之薄膜所導致 的散光效應，分別針對不同色彩來計算成：紅色光（645 nm) 169/zm，綠色光（546 nm)為 181/zm，藍色光（480 nm)為 1 96 μ m。在許多案例中，綠色光中的散光效應可完全修 正’並能伴隨減低光線中藍色及紅色部份的散光效應。觀 察員將可看到一實質上無散光效應的影像，其中每一色帶 486.1 546 587. 656 5 17- 本紙張尺度適财國0家標準(CNs7a4規格(⑽X 297公愛） 裝 訂 線 577235 A7 ----一 —_B7 五、發明~) 的散光皆小於該投影式透鏡系統的景深。因此，並不需要 芫全消除所有波長的散光效應。當散光效應的單一數值很 低時，即可假定綠色光中的散光值大約為546 nm。在其他 的方法中’不同色帶的散光效應亦可個別修正。 員可用以消除散光效應之第一方法，係提供一相對低 折射率的傾斜板，並在四週配置一相對高折射率的材料， 光線則是傳播通過一第二傾斜板，其折射率係低於週遭材 料並且是傾向於和該第一傾斜板互相垂直的轉軸。該第二 傾斜板可採用任何適當的固體、液體或氣體材料構成。如 果該第二傾斜板係和該第一傾斜板完全相同的話，包括折 射率和厚度，則它便該以相同的角度傾斜於第一層板，以 便能最小化散光效應。如果該第二層板與第一層板並不相 同，則該第二層板所引入之散光效應的強度強度最好是能 相同於該第一層板所引入的，如此才能完全消除散光效 應。此舉必須選擇該第二層板的角度與厚度以及該第二層 板與週遭材料間之折射率的差異值。依據以下所闡述的首1 計案例，球面像差和偏饋皆非常小，故在實際應用上可加 以忽略。然而，在一光學系統中該球面像差和偏饋可能需 要加以彌補的。由於採取散光效應補償措施係有可能會増 大其他的像差，因此最好是採用部份補償散光的方式，以 便達到像差平衡。 一項可用以消除散光效應之第二方法，其採用之第一傾 斜板的折射率係小於週遭材料，並引進一第二傾斜板，其 折射率係高於週遭材料。該第二傾斜板的構成材料可以採 -18-

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用固體，液體或氣體材料。基本上，傾斜於一轉軸之第二 傾斜板係平行於該第一傾斜板的轉軸。此舉需要選擇材料 =厚度’折射率和傾斜角度，以便能對散光效應提供補 償。採用此方法來消除散光效應之特殊的實施例將闡述於 後0 裝 於此所示之可用以減低散光效應的方法係適用於投影系 統，其係具有範圍寬廣的焦距數，並且據信是特別有利於 有低焦距數 < 投影系統。於此所討論之這些方法可用以減 低散光效應或可大幅修正散光效應。在許多案例中，散光 效應並不需要完全消除，但僅需要降低至一數值，其係小 於泫投影式透鏡系統的景深。基本上，景深係隨著焦距數 而增加，因此針對低焦距數投影系統而言，散光效應之修 正變得日漸重要。專門術語，，充分修正”係表示該散光效應 訂

線 係被減低至一數值，小於該投影式透鏡系統所使用之景 深。 、 雖然於此所討論的内容係指向減低在MRPB PBS中所產 生的散光效應，但值得注意的是，以下所討論之可用以減 低散光效應的方法，對於減低投影系統的其他元件之散光 效應也很有用。 低政光效應可藉著適當的彩色棱鏡而達成。再次象考 圖3A和3B，大體上，當轉軸258與轉軸256相互垂直時，即 可在彩色棱鏡236中利用折射率相對低於其週遭材料的層 板來完成散光修正。反之，當色彩選擇面的轉軸258與pBs 的轉軸256成平行時，即可在彩色稜鏡中利用折射率相對 -19-

577235 高於其週遭材料的層板來完成散光修正。 首先，我們係时論白粉麵之一項特殊的實施例，其係採 用一具有相對低折射率的第二傾斜板。不同設計方式的彩 色k鏡2 3 6亦可使用，其中有數種係使用3或4組稜鏡來分 離入射到2或3組色帶中的光線。常常，彩色稜鏡236可分 離入射到紅色，綠色和藍色元件之内的光線。在菲力浦棱 鏡結構中’如圖4中所示，彩色棱鏡4〇〇係由三組棱鏡 4〇2 ’ 404和406所構成的。進入第一棱鏡4〇2的光線41〇係 入射在第一濾光片412上，其係反射第一色帶中的光線並 傳輸第二和第三色帶中的光線。第一色帶414的光線係在 輸入表面416中完全反射到第一稜鏡，由於在輸入表面4 16 和PBS 450之間係存有一空氣隙417，故光線會被導向第一 顯像器426。 傳輸進入該第二稜鏡404内的光線係入射在第二濾光片 4 18上，其係反射傾斜第二色帶中的光線420並傳輸位在第 三色帶中的光線424。經由第二濾光片418反射出來的光線 420係完全透過内部間隙422，典型的空氣隙，介於第一及 第二棱鏡402和404之間而反射出去，並會被引導至該第二 顯像器428。傳輸通過第二濾光片418的光線424係被引導 穿過第三顯像器430之第三稜鏡406。 基本上，該第一色帶是藍色，第二色帶是紅色並且第三 色帶是綠色的。然而，這並非是一成不變的，不同的色帶 亦可具有不同的色彩。 介於第一及第二棱鏡402和404之間的間隙422，在傳統 -20-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明（17 ) 上仍疋係很小的’典型的範圍為丨〇 # m到25 // m，此係足以 讓第二色帶内部引發全反射的狀況。然而，間隙422的尺 寸可增大，以提供散光效應補償，如在下列各範例中進一 步地討論。 範例1 彩色稜鏡400係由低雙折射玻璃，PBH55所構成的，其 係具有1 · 85的折射率。光線入射在空氣隙422之中央陣列 的入射角是21°。第一色帶是藍色，第二色帶是紅色且第 三色帶則是綠色。該彩色棱鏡400係處於和PBS 450相對之 旋轉位置處，所以名義上來自於該PBS 450的s-偏振光係 在彩色稜鏡400中形成p-偏極化。 該空氣隙的尺6寸係被調整成一數值18 1 /i m，以便能補 償一散光效應。調整之前，投影機系統中所使用之PBS/彩 色棱鏡總成會投射一水平及垂直線條至一螢幕上。其可聚 焦在水平線或垂直線上，但二者並不會同時發生。如果， 例如，水平線係聚焦在距離投影透鏡178 cm的位置處，而 垂直線則是聚焦在距離105 cm的位置處時，焦距比即會 1.7:1。如果採用最佳的焦距時，則該二組線條便會同時大 幅度地變得模糊。 調整間隙422的話，該第一其第二棱鏡402和404係被隔 開，然後再利用由 Duke Scientific Corp.，Palo Alto，CA，所 提供之標準尺寸的Monosized Microsphere玻璃珠所隔成之 一 100//m的空氣隙422來共同重組。該玻璃珠的直徑為1〇〇 // ΤΉ 0 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 577235 A7 B7 五、發明説明（18 ) 與l〇〇//m空氣隙422重組之後，再度測量該系統之紅6色 光及綠色光的散光效應。垂直線係聚焦在135 ，而反之 水平線則是聚焦在178 cm位置處，焦距比則為132:丨。此 外，該直線的定性外表，當最佳化焦距時，係大幅改善， 其中該間隙422係為10# m。 ϋ 間隙422可藉由更換100//m間隔破璃珠，亦是由μ。 Scnendfic公司提供的，而調整成14()yCZm。當進行測量散光 效應時，若欲定量存在於垂直和水平線間之焦點的差異值 將是有困難的。顯然，矢狀切面所射出的光線會聚焦在距 離投影機160和170 cm處，焦距比則小於11:1。當再度進 行聚焦以提供最佳的總焦點時，在垂直或水平線並沒有看 到模糊現象。 應注意的是，調節空氣隙422並不影響在第一色帶之光 線4 14的散光效應。一項定性試驗係被執行以便判斷是否 紅色及綠色單獨執行散光修正作業係導致出現一可接受的 影像。監，紅和綠色影像會被小心地對齊且不同的對比度 係被仔細觀察。一般人皆同意任何藍色的模糊區域僅妒藉 由仔細檢視灰暗背景中的白色線條，而不是檢視一明亮 景中的黑色線條。若建議減低藍色散光效應的作法可能不 如減低綠色和紅色散光效應那樣重要。可能的理由為月，匕因 為人類眼晴中藍色的感覺器官的精密度係低於綠色和红色 感覺器官，因此藍色影像正常的解析度係比綠 、 像更差。 ”，巴〜 然而，第一色帶的散光效應可修正，若使用如圖5中所 本纸張尺度適用中國國^·準(CNS) A4規格(2ι〇χ297公着了 577235 A7 __ B7__ 五、發明説明（19 ) 示之方法，其中顯示的係類似於如圖4中所示之彩色稜 鏡，除了第一稜鏡402係藉由二部份402a和402b所構成 的，而空氣隙502則是設置在其間。基於製造上所需的理 由，在稜鏡402b的銳角端必須配置一鈍形端504。最好 是，間隙502的尺寸大小和位置係讓該空氣隙502不會阻礙 來自PBS 450的光線410進入彩色稜鏡400中。同時，間隙 502的尺寸大小和位置亦可讓間隙502不會出現在該第一色 帶的光線路徑中414，直到光線414係已經完全從内部反射 離開輸入表面416。使用上述之公式（I)時，空氣隙502的寬 度應為0.875 mm左右，並以一大約為32.25。的角度來補償 一 196/z m的散光效應，而針對其他間隙422，其散光修正 值可能是不同的數值。若此項結果係比較大間隔更有可能 會引發其他的像差現象，可採用較小的間隙，其係引發較 小的像差，以便能部份補償該散光效應。從技藝中的熟練 的專門技術將可得知，它可能會最佳化影像效果，無論是 藉著透過電腦上的光學摹擬軟體，或完全藉著經驗的感 覺。 該注意的是，空氣隙422和502僅僅是該稜鏡玻璃之表單 上低折射率材料，空氣，週遭搭配高折射率材料等的範例 而已。間隙422和502並非僅能填滿空氣，儘管空氣的用處 頗大’因為它能對積鏡材料提供一大折射率。間隙4 2 2和 502也能填滿具有一相對低折射率之另一種材料，除了空 氣之外。然而，吾人該明白，折射率間的差異值，例如第 一稜鏡404和間隙422，必須能充分維持該光線42〇之總内 -23-

577235 A7 ______B7 五、發明説明（2〇 ) 部反射作用’即使當間隙422並非以空氣來填滿。同樣 地’以下所讨淪之其他的間隙亦不需要充滿空氣，但僅僅 需要填滿一種材料，其折射率係小於該間隙週遭的材料。 另一項可用以修正散光效應的方法可參考圖6中之說 明。在此實施例中，楔形棱鏡662係被配置在彩色稜鏡6〇〇 和PBS 650之間，並有一間隙664形成在該楔形稜鏡662和 彩色棱鏡600之間。彩色棱鏡600，通常為習知的菲力浦棱 鏡，係分別由第一、第二及第三棱鏡6〇2、604和606所構 成的，且該第一及第二稜鏡602和604之間係形成一總内部 反射間隙622。在該說明實施例中，第三稜鏡6〇6也包括一 全内邵的反射表面656。這並非是一成不變的，且該第三 棱鏡606可利用一不需包括一全反射面的幾何學來構成。 在傳統的楔形稜鏡系統中，存在於楔形稜鏡662和第一 棱鏡602之間的2氣隙664其尺寸剛好足以容許該第一稜鏡 002内部反射出的該第一色帶的光線614具有總内部反射作 用。然而’在楔形棱鏡662和第一棱鏡602之間的空氣隙 664可選擇具有一較大的寬度，以便大幅減低及修正出現 在PBS 650中的散光效應。間隙664的寬度可依照公式⑴進 行選擇。 例如，在PBS 650中的散光效應是is丨#^，且該楔形稜 鏡662的楔角是10。，公式⑴建議必須藉由_空氣隙664來 修正的散光效應大約為2.104 mm。 該注意的是，即使低指數層板已經配合圖來闡述其 係為一空氣隙，其他的材料若具有低折射率的亦能採用， -24- 本紙張尺度適用中@ S家標準(CNS) A4規格(21GX 297公爱) "—- B7 五、發明説明（21 ) 例如，低指數聚合物膜。此外，亦可能在該彩色棱鏡的稜 鏡之間採用間隙組合，及在彩色稜鏡和楔形稜鏡之間採用 一間隙’以便能用以補償散光效應。該進一步注意的是， 減低散光效應可在該彩色稜鏡之不同的實施例中達成，而 非僅僅是本文中所闡述之實施例。 上述可用以修正PBS中的散光效應之第二項方法為利用 一高折射率的平面，其係對著一軸傾斜，而該軸則是平行 於傾向於該PBS分光鏡薄膜之軸線。此項方法是很有用 的，若該彩色稜鏡並不會對著pBS旋轉，因此，來自於 PBS之名義上的s-偏振光同時也是該彩色棱鏡中名義上的 s-偏振光。 此方法之一項特別的實施例係如圖7中所示，其中所示 的係為一彩色稜鏡700，其係分別由第一、第二和第三棱 鏡702、704和706所構成的。高指數層板760，利用透明材 料所構成的，係具有一高於第一及第二稜鏡702和7〇4之折 射率，其係被配置在該第一稜鏡702的輸出表面上。空氣 隙722，基本上大約1〇 # m寬，其係被提供在高指數層板 760和第二稜鏡704之間，因此該第二色帶的光線即能在第 二棱鏡704中從内部反射至於該輸出表面727端。 若該第一濾光片712係配置在該高指數層板760之第二個 表面762上，則由該第一棱鏡702端發射出去之前，該第一 色帶7 14中的光線係通過該高指數層板高達2次，其中該第 二色帶中的光線720及在第三色帶中的光線724僅能通過該 鬲指數層板760—次，當它從該第二和第三稜鏡端704和 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 577235 A7 B7 五、發明説明（22 706反射出去之前。因此，該第一色帶的光線之散光修正 值係不同於該第二及第三色帶的修正值。由於觀察員的感 覺器官對於影像中的藍色光線反應較不明顯，若和綠色光 其紅色光比較的話，如上所驗證的，此實施例可適當補償 散光效應，若該第一色帶中係為藍色光線。 若第一濾光片712係配置在第一棱鏡的外表面703上，如 前所述，在第一色帶中的光線714，並不會通過高指數板 760，因此在第一色帶中的光線714 ’證實無法修正散光效 應。如上所述，在第一色帶中的光線714是藍色的，針對 綠色光及紅色光的散光效應修正僅能對該觀察員提供充分 的修正效果。 另一項實施例中，如圖8中所示，該第一稜鏡702係被分 離成二部份702a和702b。有一第二高指數層板862則可配 置在該棱鏡部份702a和702b之間，其所具有的厚度，方位 角度和折射率等皆可加以選擇以便能減低在該第一色帶中 的散光效應。此實施例係特別有用，若濾光片7丨2係配置 在第一稜1¾部位702a和咼指數板760之間。因此，該彩色 積鏡800即可提供用以修正全部三種色帶。 散光效應修正也可能在合光（稜鏡）式分光鏡/分光鏡中達 成。圖9所示的係為一投影機9〇〇之部份的實施例，其係使 用合光（棱鏡）式分光鏡及分光鏡。來自於光源（圖中未示） 的光線902係入射在該合光（稜鏡）式分光鏡9〇4上，其可將 光線902分離至三色帶中。在第一色帶中的光線9〇6，係通 過合光（棱鏡）式分光鏡904並傳輸到第一反射鏡9〇8端，而 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 裝 訂

線 A7 B7 五、發明説明（23 ) 罘二色帶中的光線91〇則是藉由該合光（棱鏡）式分光鏡9〇4 而入射至罪近於該第二反射鏡912的平面内。在第三色帶 中的光線9 14係依循和一第三反射鏡的平面相反的方向而 反射出去。可用以操作該第三色帶之光學元件並未顯示在 圖式中’為了清楚起見。在利用三組PBS之投影機9〇0中， 後焦距長度可加以縮短，因此容許使用一簡化的投影式透 鏡系統。此外’為了配合景深角度所需之投影式透鏡系統 的重量亦可同時降低。 第一及第二反射鏡9〇8和9 12可分別反射第一和第二色帶 中的光線，並引導至第一及第二偏極分光鏡916和9 18端。 該第一及第二反射鏡可為鏡子，例如多層膜明鏡或金屬 鏡’或反射型分光鏡，其可依據所需之偏極狀態反射光線 朝向該第一及第二偏極分光鏡916和918。 在第一彩色906中的光線可藉由第一 PBS 916而反射出 去，其係具有MPBR薄膜917，引導向著一第一反射顯像器 920，其可反射該第一色帶中的光線906，並可旋轉該906 波長之選定部位的偏極性，以便能在該第一色帶中產生一 影像光束922，該第一色帶係傳輸通過該第一 PBS 9 16並照 射至合光（棱鏡）式分光鏡924端。同樣地，第二色帶中的 光線910係被第二PBS 918反射至第二反射型顯像器926 端。該第二反射型顯像器926可在第二色帶中產生一顯像 器光束928，並且傳輸通過該第二PBS 918而朝向合光（稜 鏡）式分光鏡924 ^ 該注意的是，投影機9〇〇也包括一格栅反射鏡（圖中未 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公爱) 577235 A7 B7_ 五、發明説明（24 ) 示）’ 一第三PBS(圖中未示）及一弟二顯像器（圖中未示）， 以便在該第三色帶中產生一影像光束930，其係以和該物 件平面相反的方向被引導至該合光（棱鏡）式分光鏡924 端。三影像光束922，928和930可在合光（稜鏡）式分光鏡中 結合，以便產生一三色彩的影像光束932，其在基本上係 被一組投影光學稜鏡投射至一螢幕上。 一合光（稜鏡）式分光鏡924之更詳細的圖式係呈現在圖 10A中，其所顯示的係為該影像光束922，928和930平面中 的合光（稜鏡）式分光鏡的一橫斷面。該合光（稜鏡）式分光 鏡924可藉由四組直角稜鏡1002，1〇〇4，1006和1008等來加 以重組，其係各具有不同的反射型塗料，例如多層膜，誘 電性反射型塗料，並配置在棱鏡1002-1008的某一介面 中。塗料1010和1012可反射第二色帶中的影像光束928而 塗料10 14和10 16則是能反射在第三色帶中的影像光束 930。 該二組片狀材料1020和1022能被插入到該合光（稜鏡）式 分光鏡924内的定位處，如此則該每一影像光束922，928 和930中的光線，除了該第一影像光束922小部份的中央部 位之外，皆會通過該其中一組片狀材料1〇2〇或1〇22，但僅 能擇一。在說明實施例中，該第一片狀材料丨〇2〇係配置在 第四稜鏡1008和第一棱鏡1002之間，而且第二片狀材料 1022則是配置在第一及第二稜鏡1〇〇2和1〇〇4之間。 如圖9和10A中所示之實施例，MPBR薄膜9Π的轉軸和片 狀材料1020和1022的轉軸是相互垂直的。因此，片狀材料 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 577235 A7 B7 五、發明説明（25 ) 1020和1022的折射率可選擇比棱鏡10〇2·1〇〇8的折射率更 小。例如，由SF57玻璃所構成的稜鏡，若片狀材料1〇2〇和 1022係由低指數玻璃例如ΒΚ7所構成，其具有} 517的反應 指數。片狀材料1020和1022的厚度較佳為選擇至少能部份 補償在該PBS中所產生之散光效應。例如，若散光效應是 181/zm，則利用SF57玻璃所構成之稜鏡1002_1008，以及 由BK7所構成之片狀材料1020和1〇22，其散光效應係加以 乜正’务咸片狀材料厚度為15 0 # m。吾人可假定該合光 (棱鏡）式分光鏡924的入射角是45。。 第一影像光束922的中央部位，係具有寬度dl，而它的 整個寬度根本無法通過片狀材料1020和1〇22其中任何一 種，因此不可能修正散光效應。其基本上，中央部位的面 積係小於光束922之相對的篩孔，因此光線的強度還不足 以修正散光效應，只有總強度之數個％而已。該中央部位 可能無法修正散光效應，或可能被封住，例如使用黑色塗 料，其係產生少於5%之功率損耗。光束922中未經修正之 中央邵位的總功率係被減低下來，如果光束922中所含有 <色帶中的光線可在觀察員眼中產生一較小的散光效應， 例如藍色光。 合光（棱鏡）式分光鏡1050的另一實施例係如圖log中所 示。一色帶的光線1070入射到PBS 1054内，並反射至顯像 器1072端，其係旋轉該光線1070中央部位的偏極性，以便 形成影像光線1074。影像光線1〇74能透過PBS 1054而傳輸 土合光（棱知）式分光鏡1050端。有一組或多組色帶中的影 -29- 本紙張尺度適财g S家標準(CNS) A4規格(21GX 297公愛)

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線 577235 A7 B7 五、發明説明（26 ) 像光線1076係被引導進入合光（棱鏡）式分光鏡1〇5〇内並和 影像光線1074結合。 這此實施例中，PBS 1054中MRPB薄膜1052的轉轴係平 行於該片狀材料1056和1058的轉軸。因此，片狀材料1〇56 和1058的折射率係選擇比稜鏡1060-1066的折射率更大，該 棱鏡係構成該合光（棱鏡）式分光鏡。 選擇用來當作合光（稜鏡）式分光鏡1050的玻璃並不限於 1¾指數’因此分光鏡1050可藉由一更普通的玻璃類型來構 成，例如BK7。如果由PBS 1054所引發的散光效應為181 # m 左右，則可用以達成修正散光效應之片狀材料1056和1058 的厚度即必須加以計算成1 · 1 mm左右，其中該片狀材料 1056和1058係由PBH 71所構成的並且稜鏡1060-1066則是由 BK7構成。 另一項有關修正一投影系統中的散光效應之特殊實施例 係如圖11中所示，其採用由一相對高折射率材料所構成之 層板’係將一相對高折射率之層板配置在PBS 1 1 00中。 該PBS 1100係由具有二階層之二組棱鏡11〇2和11〇4，一 MHPB/黏著層Π06和一高指數層1108等所構成的，其係夾 插在稜鏡1102和1104之間。該高指數層n〇8的折射率， n2 ’係南於該稜鏡1102和1104的折射率，。其中MRPB/ 黏著層1 106的折射率係為ηι，下列的關係式可適當維持： 1^>11()>11丨。高指數層11〇8的厚度，（12，可加以選擇，以便 能減低高指數層1108的散光效應，此係由MRPB/黏著層 1106所引進的。例如，若稜鏡11〇2和11〇4係由具有丨85折射 -30- ^紙張尺度適財關家標準(CNS) M規格(2κ)χ297公董)- 裝 訂

線 577235 A7 ______B7 五、發明説明（27 ) 率之PBH55玻璃所構成的，且厚度為225// m的一 MRPB/黏著 層1106係具有1·56的折射率，則其散光效應即是181 此散光效應的數值可藉由使用厚度為3 8 mm之PBH71玻璃 來加以補償’其係具有1,92的折射率，如同高指數層1108 一般。該 >王意的是’ 一黏著層可將高指數層附著到稜鏡 端’如此一來則該黏著層的效應即可被忽視。出現在該 PBS 1100中的色散現象，可能會導致變色效應，其中光線 係錯搭至另一波長的光線中。變色效應可藉由使用，例 如’緊接在孩第一 PBS之後的一第二PBS而減低，其中該 第二PBS係引導而傳輸影像光線，且提供一變色效應，其 可用以補償出現在第一 PBs 11〇〇中的變色現象。 PBS 1100亦可採用，若其中只有一組顯像器，且沒有彩 色棱鏡的話。僅使用單一顯像器之其中一項效益是，不需 要將由影像所構成之顯像器對正另一顯像器，在此案例中 即是一複式顯像投影機。另一項效益為，根本不需要配置 一衫色分離器/分光鏡，例如彩色稜鏡，χ-稜鏡，或類似 的凡件’故能縮短該投影機的後焦距長度，並能使用低焦 距數投影式透鏡系統，例如其係降低至f/1 8或甚至更小。 大體上’單一面板的顯像器係必須搭配某種色彩選擇方 案一起運作’例如一色環或快速調諧7式彩色濾光片。因 此’僅有大約三分之一的光線才會入射至顯像器上，包含 在二色帶中的’在任何時間皆能使用的，因此在單一面板 式投影機中更加需要高的透光效率，甚至超過一三面板的 投影機。具有f/丨8的一焦距數，則系統集光率（etendue)將 -31 - 本紙張尺度❹I中iii^(CNS) 規格(灿項公爱) 577235 A7 ______B7 五、發明説明（29~~) " 速地色帶中的光線1618。 在第一色帶中的光線1618亦可通過一第二透鏡1622，及 選擇性地通過一第三透鏡1623，以便能控制在入射至第一 PBS 1624之第一色帶中的光線1618發散度。光線1618能通 過第一 PBS 1624並傳輸到一第一顯像器1626端。從顯像器 所反射出來的影像光線1628，處於偏極狀態下，係被傳輸 經過PBS 1624在到達一合光（稜鏡）式彩色分光鏡1630端。 該PBS 1624可提供散光效應之補償作用以便能反射該影像 光線。例如，PBS 1624可能是類似於如圖η中所示之pBs 11 〇〇。顯像器1626可能包括一組或多組補償元件，例如一 阻滯元件，以便能提供額外的偏極旋轉並因此而在影像光 線中獲得最大的對比度。 剩餘的光線1620通過一第三透鏡1632，接著剩餘的光線 1 620即入射在該第二彩色分離器1634上，例如一薄膜;慮光 片或類似的元件，以便在一第二色帶中產生一光束1636並 在一第三色帶中產生一光束1638。在第二色帶中的光線 16S6係引導經過一第二PBS 1642並到達一第二顯像器164〇 端。該第二PBS 1642可針對第二色帶中的光線提供散光效 應之補償作用。第二顯像器1640引導該第二色帶中的影像 光線1644至合光（棱鏡）式彩色分光鏡1630端。 在第三色帶中的光線1638可經由一第三PBS 1648而被引 導至一第三顯像器1646端。該第三PBS 1648可提供散光效 應之補償作用予第三色帶中的光線。該第三顯像器丨646係 引導在該第三色帶中的影像光線1650至合光（稜鏡）式彩色 _______ -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇 χ 297公釐） 装 訂

577235 A7 ___B7_ 五、發明説明（30~^ 分光鏡1630端。 在第一、第二和第三色帶中之影像光線1628、1644和 1650能在合光（棱鏡）式彩色分光鏡1630中結合在一起，並 能以一連串彩色影像光束的方式引導到該投影光學棱鏡 1652端。偏極旋轉光學稜鏡1654，例如半波遲延層板或類 似的元件，可提供PBS 1624，1642及1648和合光（棱鏡）式彩 色分光鏡1630以便能在該合光（棱鏡）式彩色分光鏡1630中 進行控制結合光線的偏極性。在說明實施例中，偏極旋轉 光學棱鏡1654係被配置在該合光（棱鏡）式彩色分光鏡1630 和該第一 PBS和第三PBS1624以及1648等之間。 該注意的是，在說明實施例中的變化型式皆可使用。例 如，並非先將光線反射至顯像器，然後再進行傳輸影像光 線，PBS可先將光線傳輸到顯像器端，然後再反射影像光 線。 圖16所示的投影系統係具有數項效益。其中一項效益係 來自於一項事實，即該複式層薄膜PBS係採用一廣角式 Cartesian(笛卡爾）分光鏡，而非McNeille分光鏡。因此，複 式層薄膜PBS將可使用快速照明光學稜鏡，例如具有2.5焦 距數或甚至更少，如此一來則該投影系統的總效率亦會提 升。另一項效益係來自於一項事實，即該複式層薄膜PBS 可針對它們各自的色帶進行個別最佳化，如此一來則該每 一色帶中影像光線的偏極對比度即會很高。結果，該投影 系統即能在沒有後分光鏡的狀況下進行操作。此外，只有 採用一單一的前分光鏡來處理所有的色帶，而非使用一個 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 577235 A7 ______B7 五、發明説明（31 ) ~ "~ 別的前分光鏡來處理該每一色帶。此實施例的另一項效益 是，该複式層薄膜PBS對於對角線的對正是相當遲鈍的， 因此該投影系統1600即能更易於對正。 除此之外，因為PBS也能配合它們各自的色帶進行最佳 化，因此在灰暗狀態下很少有洩光現象，故影像對比度將 可提1¾。圖17中所示的係為該投影系統丨6〇〇的波長（χ軸） 函數和對比度（y軸）的比率關係。為了要獲得圖丨7中所提 供之數據，該顯像器係以四分之一波長的鏡子來取代之。 四分之一波長的鏡子即是一四分之一波長的阻滯器以及一 鋁鏡的結合體。該四分之一波長的阻滯器於一方向之方向 性係導致該反射光線不含偏極旋轉，如此則該反射光線即 會透過邊PBS而被引導回到光源端。四分之一波長阻滯器 的重新定向係導致反射光線之偏極進行旋轉，如此一來則 所有的反射光線即會被引導至投影透鏡，藉由pBS。如吾 人所預期’該投射影像的對比度很高，在425 nm-700 nm 的波長範圍中，可下降至400 nm以下。 圖18中所示的係為一投影機1800的另一項實施例。此投 影機基本上係使用二組顯像器。光線照明光學棱鏡若類似 於上述之投影機1600時，將被賦予相同的參考編號。 預偏極化’均質化的光線16 12係通過一第一色散減速透 鏡16 14並會入射到一第一彩色分離器18 10中。該彩色分離 器18 10也許是一薄介電膜濾光片。在第一色帶中的光線 1818係被引導至第一 PBS 1820端。光線1δ18可通過另一透 鏡1822或透鏡系統。光線18 18係被引導至第一顯像器1824 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 577235 五、發明説明（32 挪，其係將一影像加在反射光線1826上。影像光線會穿過 PBS 1820然後入射到彩色分光鏡1828端。 •光線183G，從第_色帶中分離出來的，係被當作第二色 ^並曰被引導至第二PBS 1832端，其可將光線1830引導 至孩第二顯像器1834。光線觀可通過-組或多組稜鏡 1831 ’以便能控制它的發散度。顯像器^“能將一影像加 在反射光、、泉1836上。接著影像光線1836即會和影像光線 在彩色分光鏡1828中相互結合。在第二色帶中的光線 1830,可藉由一彩色調變器1838來調制其色彩，例如藉由 通過一色環後再由-電動馬達184〇來旋轉之。色環包括傳 :濾光片1842和1844，其可處理至少二組不同的彩色子 ^因此，光線1830可暫時交變式地被調制到該第一及第 二彩色：帶中。如範例中所示，在第-色帶中的光線1818 可以疋監色’當該第二色帶中的光線18卿為綠色和紅色 時。在上述之範例中，色環在基本上係具有一交變式的綠 色其紅色的傳輸遽光片，因此在任何時間，該色彩調制光 線1846發射到達第二_ 1832的若非綠色就是紅色光。在 另:項實施例中’在第一色帶中的光線1818是紅色光，當 f第二色帶中的光線1830為綠色和藍色光時。該注意： 是’其他的方法亦可用以色彩調制該光線_。例如，色 彩調變器1838可以是一光電式色彩調變器，例如 SID_Dlgest中，標題為，，連續式彩色投影系統之高輸貫 量彩色開關”，於2_年4月9日提出，係由G 〇 s \

al.所發明。 P 577235

顯像器1824和1834可藉由一控制器185〇來進行操作，以 便能在正確的時間，顯示適切的影像。色彩調變器丨838也 能藉由控制器1850來進行控制，因此通過該色彩調變器傳 輸之光線1846的色彩即能和影像藉由該顯像器1834同步顯 示。 PBS 1820和1832可提供散光效應之補償作用，例如依據 上述圖11中所述之方法。其他的可用以減低散光效應的方 法也可採用，如圖15中所述。 圖19中所示的係為一三顯像器投影系統19〇〇的另一項實 施例。該投影系統1600的元件係類似於投影系統19〇〇的元 件，且賦予相同的編號。 在此實施例中，第一及第二PBS 1924和1942係由封蓋 1950所構成，其所具有的折射率係接近於多層偏光膜1952 的折射率。此舉對於色帶中的光線特別有利，因為它並不 需要使用高藍色透明度的偏光膜，例如pElr基偏光膜。換 句話說，吾人發現當以藍色光來照明時，PET膜係比其他 類型的多層膜較不易退色，而且一 pET基多層膜經常被用 來作為藍色色帶。藍色色帶對於熱感應式雙折射效應亦是 非常敏感的，因此它最好是能在一藍色色帶中使用一 pBS 封蓋，其係具有一低指數的光彈性。因此一般在藍色色帶 中皆使用一相對高指數的玻璃材料封蓋，以便能使用一 PET基多層膜來減低熱雙折射效應。結果，藍色色帶中的 PBS 1948仍是可能包括散光效應之補償作用。 由於綠色和紅色色帶可使用一高光學功率多層膜，例如 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(〇^^) A4規格(210 X 297公釐) 577235 A7 B7 五 發明説明（ 34 pen基薄膜，一低折射率的玻璃封蓋亦能被使用在這些 色帶中，以便減低由PBS 1924和1942所引進的散光效應。 例如，如果PBS 1924和1942的封蓋係由SF12玻璃所構成 的，具有一折射率η=1·62 ,則散光效應將是很小的，大約 1 7 m左右’當該多層膜係為pen基材料時。因此，在綠 色會紅色色帶中的光線可使用無法提供散光效應補償的 PBS °藍色色帶中亦能使用PBS 1948，例如，以PBH55玻

璃來當作封蓋，以pgH71來製作一玻璃片狀材料。 裝 在顯像器和投影式光學棱鏡1652之間的光線路徑長度可 以設定成大約等於該每一相對的光線帶。此舉可順利達 成，例如，藉由設定該每一顯像器和彩色分光鏡163〇之間 的物理分離度至各不相同的數值，或藉由使用不同厚度的 玻璃封蓋等。 訂

另一項可用以補償系統中散光效應的方法，僅使用一單 一顯像器，如圖12中所示。來自於光源（圖中未示）的光線 1202，可藉由一 pbs 1206，係由在玻璃稜鏡12 1〇中插夾一 M RPB薄膜1208的方式構成的，而反射至顯像器1204端。 從顯像器1204反射出來之影像光線1212傳輸通過PBS 1206。該影像光線1212是散光光線，由於其係通過pBS 1206。 影像光線12 12能通過一散光效應修正式遽光稜鏡12 14， 其係將一相對低折射率的薄膜12 16插夹在二個相對高折射 率的棱鏡12 18之間。薄膜12 16的平面係繞著一轉軸1220旋 轉’該轉軸則是垂直於PBS 1206中MRPB薄膜1208的轉軸 -38- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235 A7 B7 五、發明説明（35 ) 1222。薄膜1216的厚度和角度可加以選擇以便能減低或大 幅修正PBS 1206或在投影系統之其他元件中的散光效應。 在一實施例中，該濾光稜鏡12 14係利用類似於MRPB薄 膜1216之一 MRPB薄膜1208所構成，並插夾在類似於該PBS 1206中的玻璃棱鏡1210之二玻璃稜鏡1218中。在此範例 中，該MRPB薄膜1216係加以定向，以便能傳輸影像光線 1212。該第二MRPB薄膜1216亦可用來當做一後分光鏡， 因此能藉由減少傳輸光線，其係處於偏極狀態並被PBS 1206封鎖住，以增高其對比度。 第一 MRPB薄膜1208的光學條件，即在一偏極狀態下之 高傳輸性以及在另一偏極狀態下之高反射性，皆是很高 的，故可在影像光束1212中獲得高對比度。此係表示該 MRPB薄膜製程長度中唯有性能最佳的區段才是適用於當 作第一 MRPB薄膜1208。然而，該第二MRPB薄膜12 16的光 學條件則是較有彈性，並且主要是用來作為散光效應之補 償作用以及清楚之用，由於它並非是產生對比度的主要裝 置。可用以傳輸光線之吸光率係屬於100: 1-10: 1的範圍 内。因此，第二MRPB薄膜1216可藉由MRPB薄膜製程中性 能次佳的區段來構成，因此可增加該MRPB薄膜製程長度 的可用區段。 濾光稜鏡1214也可以是MacNeille的PBS厚層板。因此在 此實施例中使用MacNeille PBS是可能的，因為它僅能用以 傳輸，而且藉由MacNeille PBS反射的光線，則是含有混合 的偏極狀態，可忽視之。使用MacNeille PBS時，第二濾光 -39- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7

稜鏡可利用BK7玻璃構成。 該注意的是，圖12中所示為一散光效應修正作業的實施 例’其可在一複式顯像器之顯像器光錐順利達成，其中有 一彩色分離器/分光鏡係被設置在PBS 1206和該顯像器之 間。 該散光效應修正作業之另一項特別實施例，係有效的修 正投影機1300的散光效應，其主要的元件為二組顯像器， 如圖13中所示。在此實施例中，來自於光源（並未顯示出 來）的光線1302a和1302b係被入射到個別的Cartesian(笛卡 爾）PBS 1304a和1304b中。不同的光束1302a及1302b可藉由 分離來自於光源之光線而產生，該光源係使用一反射型雙 色向濾光片或任何其他適當的方法來產生該二組色帶。 PBS 1304a及1304b可利用個別的MRPB薄膜1306a和1306b來 反射處於一特別偏極狀態下的光線。從PBS 1304a及1304b 所反射出來的光線1308a及1308b係引導至該個別的顯像器 13 14和13 18端。由一被第一顯像器1314所反射出來的影像 光線1312a，係通過PBS 1304a而傳輸至雙色向分光鏡1310 端。由第二顯像器1318反射出來的光線13121)能透過？35 1304b而傳輸至雙色向分光鏡131〇端。在第一色帶中的影 像光線1312a傳輸通過雙色向分光鏡1310，而在第二色帶 中的影像光線13 12b則藉由該雙色向分光鏡13 10反射，以 結合該第一影像光線13 12a，並產生結合式的影像光線輸 出 1320 。 該雙色向分光鏡13 10係由二組棱鏡1322和1324所構成， -40- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 577235

典型上為破璃棱鏡。稜鏡1322和1324係由具有一第一折射 率的材料所構成的。每一稜鏡1322和1324的基座上各具有 一局指數材料之相對的層板1326和1328，例如高指數玻 璃。雙色向膜1330係配置在該二層板1326和1328之間，其 係由高指數材料所構成。

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線 南指數材料的層板1326和1328可特別選擇一厚度，其係 大幅減低散光效應，例如由PBS n〇4a和1304b所引發的散 光效應。層板1326和1328係選擇具有相同的厚度，如前所 述。層板1326和1328也能選擇讓其中一層板比另一層板更 厚’如圖14中所示。後者的實施例係比較有利的，例如， 它係決定一色帶的散光效應修正作業係必須比其他色帶更 夕例如，具有較短波長範圍的色帶，係被決定它係比波 長範圍較長的色帶需要較少的散光效應修正。若第一層板 1326a係具有一厚度dl並且第二層板1328a係具有一厚度 d2，則在第一色帶中的光線13 12以系通過結合高指數材料 的一厚度dl+d2。換句話說，在第二色帶中的的光線131几 通過結合高指數材料的一厚度2xd2。因此，當dl>d2時， 則在第一色帶中的影像光線1312&即比在該第二色帶中的 影像光線13 12b需要更多的散光效應修正。 除了在光學系統中增添高指數或低指數的片狀材料之 外，散光效應亦可藉由將一楔形元件引進至該光學系統中 而獲得減低。有一可用以減低散光效應之楔形元件的一特 別實施例係如圖15中所示，其中所示之pBS 15〇〇係由二組 玻璃稜鏡1502和1504所構成的，而一 MRPb薄膜15〇6則是 -41-

577235 A7 B7 五、發明説明（38 ) 被插入其間。來自於光源（圖中未示）的光線15〇8係被 MRPB薄膜1506反射到至少一顯像器15 10端。如果使用超 過一組顯像器15 10時，則有一彩色棱鏡15 12亦必須配置在 PBS 1500和複式顯像器之間。 一楔形板15 14配置在MRPB薄膜1506和稜鏡1502和1504 的其中之一之間的位置處，該楔形板15 14可以利用任何適 當的透明材料構成。例如，楔形板1514可以是由黏膠或聚 合物構成的。在一特別的實施例中，楔形板15 14係由穩固 的光學黏著劑所構成的，例如Norland 61，其係將MRPB薄 膜1506黏著至稜鏡1504上。 本貫施例將配合一範例進一步地說明如下。若該玻璃稜 鏡1502和1504係由SF57玻璃所構成的並且有一 MRPB薄膜/ 黏著層的厚度為225 // m ’可用以修正散光效應之必要的楔 形角，α，係介於0.15。-0.25。之間，計算公式時係利用陣 列追縱程式，ΖΕΜΑΧ。若一稜鏡高度為，h，則利用公式 可計算出該楔形物15 14寬邊之楔形厚度，w，即是： w = ,，、 180 (2) 其中h=35 mm，計算出來的厚度，w，是129 # m，所以該 PBS中心端之光線路徑長度等於65 # m。該楔形物可藉由 光學黏著劑來構成，藉由放置一 129 # m間隔物至該棱鏡 1 5 04的一側邊上並將該楔形物的剩餘空間填滿光學黏著 劑。然後該光學黏著劑即可利用紫外光處理。 間隔物可以是玻璃或塑膠球體，僅沿著該楔形物之楔形 寬邊配置。或可選擇，間隔物亦可被架構成浮雕在MRp]g -42-

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線 577235

薄膜1506内或附加到PBS稜鏡1504上。假使製造上的容許 度非常高的話，亦可完全不配置間隔物。有一機器可自動 產生孩間隙，以便能在製程中僅僅藉由讓其中一的稜鏡相 互傾斜即能以黏著劑來填滿該楔形物。 該棱鏡1502之另一造型能加以調節，以便能修正該影像 中PBS 1500的非平行路徑。 利用楔形元件15 14來進行修正散光效應之其中一項效益 為’該PBS的總厚度係小於，例如，圖丨丨所示之實施例， 其中咼指數的層板係被添加至光線路徑中直到超過2 8 mm。由於楔角是很小的，所以楔形物丨5丨4可簡單地藉由 黏著劑來構成，其係將MRPB薄膜1506黏附至棱鏡1502和 1504上。在該楔形PBS總成中並不需要使用額外的光學元 件’例如片狀材料。該注意的是，楔形物散光效應之補償 可運用在其他的元件中，例如在雙色向分離器/分光鏡或 合光（棱鏡）式分光鏡中。 該注意的是，一單一的顯像器投影系統，如圖丨5中所 示’亦可配置在不同類型的低散光PBS。例如，pbs 1500 可利用一 PBS來加以取代，例如PBS 1100，如圖丨丨中所 示。同樣地，低散光PBS 1500可使用在複式顯像器投影系 統中，例如同時顯示在圖16和18中之複式顯像器投影系 統。 如上所述’本發明可應用在顯示裝置上，而且據信其針 對減低一投影系統中的散光效應方面特別有用，例如使用 一聚合的多層膜，反射型偏極分光鏡膜等之一偏極分光 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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線 577235 、發明説明（40 统。一般型的聚合多層膜， 匹配指數的多層膜。本發明 統其他元件中的散光效應。 圍寬廣焦距數之投影系統， 影系統係特別有用。 本發明不該被視為僅限於 應該明白它能涵蓋本發明於 的觀點。本發明之可使用之 程序’以及多種架構等顯然 明内容時所揭示之該技藝中 圍則是意圖涵蓋上述之修飾 反射型偏極分光鏡薄膜即是/ 也能用以減少出現在該投影系 此外’本發明可應用在具有範 仁據彳5其針對一低焦距數的投 上述之特定的說明範例，然而 申請專利範圍中所揭示之所有 各種不同的修飾内容，等同的 係指向於審核本發明之詳細說 的各項專門技術。申請專利範 内容和裝置。 裝 訂

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Claims (1)

1. 577235 第091112638號專利申請案 中文申請專利範園替換本(％年η月) Ϊ1·’21

   1. 一種投影系統，包括： 一光源’可發射光線； 一影像光錐，包括至少一第一反射型顯像器和一第 偏極分光鏡，其可將一影像加在來自於光源的光線 上忒第一偏極分光鏡可用以減低由該反射型顯像器 所發射出來之影像光線中的散光效應；及 一投影式透鏡系統，係從該影像光錐中投射出低散 光影像。 2·如申請專利範圍第1項之系統，其中該影像光錐係進一 步地包括一第二反射型顯像器和一第二偏極分光鏡， 泫第一及第二反射型顯像器和該第一及第二偏極分光 鏡可將光線各自加在其第一及第二色帶上。 3·如申請專利範圍第2項之系統，其中該影像光錐包括一 彩色分光鏡，其配置以結合由該各自的色帶所接收到 的來自於該至少第一及第二反射型顯像器的影像光 線。 4·如申請專利範圍第3項之系統，進一步包括一偏極式旋 轉元件，其係配置在該第一及第二偏極分光鏡和該彩 色分光鏡之間。 5·如申請專利範圍第3項之系統，進一步包括一第三反射 型顯像器和一第三偏極分光鏡，其中該彩色分光鏡係 為一合光（稜鏡）式彩色分光鏡，其係配置以結合來自於 該第一、第二及第三反射型顯像器的影像光線。 6.如申請專利範圍第5項之系統，進一步包括一偏極式旋 O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235 A8 B8 C8

   褥兀忏，其 第一、第二及第三偏極分光鏡之間。 7. 8. 離 色 如申請專利範圍第3項之系、统，進—步包括— 光學疋件，其配置以分離從光源端人射到該Ί =並被引導至該至少第-及第二反射型顯像器端 如申請專利範圍第3項之系統，進一步包括一 的衫色濾光片，其配置在被引導至至少其中一反1 顯像器端的光束中，以調制引導至該其中一反刑型 像器端的彩色光線。 ' 乂顯 如申請專利範圍第8項之系統，其中該暫時調制的 滤光片係一色環。 10·如申請專利範圍第9項之系統，進一步包括一控制器， 其係#禺合成能利用被引導至該其中一反射型顯像^ — 之像貝訊以同步化該暫時調制色環的時間。 11·如申請專利範圍第8項之系統，其中該暫時調制的彩色 濾光片係一光電式色彩控制開關。 12.如申請專利範圍第i i項之系統，進一步包括一#制 器’其隸合以利用被引導至該其中一反射型顯像器— 之影像資訊來同步化該暫時調制的光電式色彩控制開 關之時間。 13·如申請專利範圍第1項之系統，其中該影像光線中的散 光效應係降低成比該投影式透鏡系統之景深還更小的 數值。 -2 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公策Γ '~ --

   14.如申請專利範圍第i項之系統，進一步包括光調節式光 學棱鏡，其係配置在該光源和該影像光錐之間。 15·如申請專利範圍第i項之系統，進一步包括一控制器， 其係耦合至該至少第一及第二反射型顯像器端，以進 行控制被加在該至少第一及第二反射型顯像器上的入 射光線。 16·如申凊專利範圍第1項之系統，其中該第一偏極分光鏡 係一笛卡爾（Cartesian)偏極分光鏡。 17.如申請專利範圍第1項之系統，進一步包括配置在該光 源和該影像光錐之間光調節式光學棱鏡，其係具有一 等於或小於2.5之焦距數。 18·如申請專利範圍第17項之系統，其中該投影式透鏡系 統之焦距數和該調節式光學稜鏡的焦距數相匹配。 19·如申請專利範圍第1項之系統，其中該影像光錐係設計 以提供遠心式照明和投影功能。 20·如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一偏極分光鏡 包括一偏極感光式反射型多層膜，其具有一第一折射 率範圍内的折射率，以及分別配置在該偏極感光式多 層膜任一側的封蓋，該反射型多層膜係具有一第二折 射率，其係高於該第一折射率的範圍，一材料片，係 配置在該多層膜和該其中一封蓋之間，其具有一第三 折射率係高於該第二折射率。 21·如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一偏極分光鏡 包括一多層偏極感光式反射膜，係配置在第一及第二 -3 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235六、申請專利範圍 8 A BCD 7.31 「κ I 封蓋之間，-楔形材料的一模形邊，具有一折射率係 小於該等封蓋的折射率。 22·如申凊專利|巳圍第i項之系統，其中從該光源所發射出 光線係反射至該第一偏極分光鏡中，且從該顯像 备端所反射出來的影像光線則傳輸通過該第一偏極分 光鏡。 23· —種投影系統，包括： 發光裝置，可發射光線； 影像光錐裝置，可用以將一影像加強在由該發光裝 置所發射出來的光線上，該影像光錐裝置包括至少第 一反射型顯像器裝置和第一偏極分光鏡裝置，可執行 偏極模式<分光作用，其中至少有一分光裝置可用以 減低該影像光線中的散光效應；及 一投影式透鏡單元，係從該影像光錐裝置中投射出 低散光影像。 24· —種偏極分光鏡，包括·· 一多層偏極式感光膜，其配置在多封蓋之間並有一 低散光元件則是配置在該等封蓋相對的外表面之間， 以藉由該偏極式感光膜來降低其散光效應。 25. 如申請專利範圍第24項之分光鏡，其中該多層偏極化 感光膜皆是多層式聚合物的偏極化感光膜。 26. 如申請專利範圍第24項之分光鏡，其中該低散光元件 係配置在封蓋之間。 27. 如申請專利範圍第24項之分光鏡，其中該封蓋的構成 -4 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235

   材料的折射率係高於該多層膜的折射率。 28·如申請專利範圍第24項之偏極分光鏡，其中該散光減 低=件係一材料板，配置在封蓋之間，且它的折射率 係尚於該第一及第二封蓋的折射率。 29. 如申請專利範圍第24項之偏極分光鏡，其中該散光減 低兀Γ係一楔形材料’其所具有之折射率係小於該第 一及弟一封盖的折射率。 30. 如申明專利範圍第24項之偏極分光鏡，其中該等封蓋 係玻璃棱鏡。 1 31·如申叫專利範圍第24項之偏極分光鏡，其中多層式偏 極感光膜可最佳化以便能偏極化該其中一紅色、綠的 或藍的投影色帶的感光性。 32. —種投影系統，包括： 一光源，可發射光線； 一影像光錐，包括至少一第一反射型顯像器和一第 一偏極分光鏡，其可將一影像加在來自於光源的光線 上，該第一偏極分光鏡包括一多層偏極感光膜，其係 配置在封盍之間’並且有一低散光元件，可用以減低 由該偏極化薄膜所引進的散光效應；及 一投影式透鏡系統，係從該影像光錐中投射出影像 光線。 33·如申請專利範圍第32項之系統，其中該影像光錐係進 一步地包括一第二反射型顯像器和一第二偏極分光 鏡，該第一及第二反射型顯像器和該第一及第二偏極

   裝 O:\78\78992-921120.doc -5 - 577235 A8 92, U·二 ： B8 C8 .分.务': D8 1八,.」 々、申請專利範園 分光鏡可將光線加在各自的第一及第二色帶之上。 34.如申请專利範圍第3 3項之系統，其中該影像光錐包栝 彩色分光鏡，其配置以結合由該至少第一及第二反射 型顯像器所反射至該個別色帶的影像光線。 35·如申請專利範圍第34項之系統，進一步包括一偏極式 旋轉元件，其係配置在其中一第一·及第二偏極分光鏡 和該彩色分光鏡之間。 36·如申請專利範圍第34項之系統，進一步包括一第三反 射型顯像器和一第三偏極分光鏡，其中該彩色分光鏡 係為一合光式彩色分光鏡，其配置方式可用以結合來 自於該第一、第二及第三反射型顯像器端的影像光 線。 37·如申請專利範圍第3 6項之系統，進一步包括一偏極式 旋轉元件配置在彩色分光鏡和至少之間其中一第一、 第二和第三偏極分光鏡。 38.如申請專利範圍第34項之系統，進一步包括一色彩分 離光學元件，其配置以分離從該光源端入射到該個別 色帶端的光線，其係引導至該至少第一及第二反射型 顯像器端。 39·如申請專利範圍第34項之系統，進一步包括一暫時調 制的彩色濾光片，其配置在一光束中，其係引導至該 至少其中一反射型顯像器端，以致於調制的彩色光線 即能被引導至該至少一反射型顯像器端。 40·如申請專利範圍第32項之系統，其中該影像光線的散 -6 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235

   光效應係降低成小於該投影式透鏡系統的景深。 41·如申請專利範圍第32項之系統，進一步包括光調節式 光學稜鏡，其配置在該光源和該影像光錐之間。 ^ C·如申請專利範圍第32項之系統，進一步包括一控制 器，其耦合該至少第一及第二反射型顯像器端，用以 控制加在入射到該至少第一及第二反射型顯像器之光 線上的影像。 43·如申請專利範圍第32項之系統，其中該第一偏極分光 鏡係一笛卡爾（Cartesian)偏極分光鏡。 44·如申請專利範圍第32項之系統，係一步包括配置在該 光源和該影像光錐之間的光調節式光學棱鏡，其所具 有的一焦距數係不小於2.5。 45·如申請專利範圍第32項之系統，其中該影像光錐係設 計以提供遠心式照明和投影功能。 46·如申請專利範圍第32項之系統，其中該多層膜的折射 率係介於第一折射率範圍内，而且該封蓋所具有的一 第二折射率則是高於該第一折射率的範圍，該低散光 疋件包括一材料片，其配置在該多層膜和該其中一封 蓋之間，其係具有高於該第二折射率之第三折射率。 47·如申請專利範圍第32項之系統，其中該低散光元件包 括一楔形材料的一楔形邊，其係配置在該多層膜和該 其中一封蓋之間，而且其所具有的折射率係高於該封 蓋的折射率。 48·如申睛專利範圍第32項之系統，其中該多層偏極化感

   裝 訂

   O:\78\78992-921120.doc 577235

   A8 B8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 光膜係一多層式聚合物的偏極化感光膜。 49. 一種光學裝置，包括： 一偏極分光鏡，一第一路徑係被定義為可供一第一 極化狀態的光線通過該偏極分光鏡； 至少一影像器，係配置成可將光線反射回到該偏極 分光鏡端，而經由該至少一顯像器所接收到的光線部 份係呈偏極化旋轉的狀況，偏極化旋轉的光線係沿著 該顯像器端一第二路徑端傳播出去並通過該偏極分光 鏡；及 一散光補償元件，係配置在該第二路徑上，以便用 以減低由該偏極分光鏡所造成之偏極化旋轉光線的散 光效應。 50·如申請專利範圍第49項之裝置，進一步包括可發射光 線之一光源，以及光調節式光學棱鏡，其可在光線抵 達該偏極分光鏡之前用以調節之。 51·如申請專利範圍第49項之裝置，進一步包括一投影式 透鏡系統，以便從該至少一顯像器端投射影像光線。 52.如申請專利範圍第5 1項之裝置，其中該散光補償元件 可將散光效應降低成一數值，其係小於該投影式透鏡 系統的景深。 53·如申請專利範圍第49項之裝置，進一步包括一控制 器，其係耦合該至少一顯像器端，用以控制被加在該 至少一顯像器上入射光線上的影像。 54.如申請專利範圍第49項之裝置，其中該偏極分光鏡係 -8 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 為一笛卡爾（Cartesian)偏極分光鏡，其所具有一結構方 向性’可用以定義固定的偏極軸，並且進一步包括顯 像务頭示光學棱鏡’其具有等於或小於2 · 5的焦距數， 該裝置具有一至少為100比1的動態範圍，其出現在可見 光範圍内的投影色帶上。 55.如申請專利範圍第49項之裝置，其中該偏極分光鏡包 括一多層膜，偏極化感光式反射膜，其具有一較低的 折射率，以及配置在該偏極化感光式反射膜的任一側 的封蓋’其具有一較高折射率。 56·如申請專利範圍第55項之裝置，其中該多層偏極化感 光式反射係配置在一^ χ-y平面中’並具有^一方向的 厚度’而且該薄膜的一 Z·折射率在實質上係和該其中 一 X-及y-折射率相匹配。 57.如申請專利範圍第55項之裝置，其中該散光補償元件 包括一向指數材料的層板，其折射率係高於該高折射 率層板至少一側之材料的折射率。 58·如申請專利範圍第57項之裝置，其中該高指數材料層 板的折射率係高於該封蓋的一折射率，而該高折射層 板係被配置在該偏極偏極感光式反射膜和該其中一封 蓋之間。 59·如申請專利範圍第55項之裝置，其中該散光補償元件 包括一偏極分光鏡之楔形元件，其配置在該偏極化感 光式反射膜和該其中一封蓋之間。 60·如申請專利範圍第59項之裝置，其中該楔形元件的折 -9 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公A) 577235

   61. ’其中該楔形元件係一 封蓋黏合至該偏極化感 射率係小於該封蓋的折射率。 如申凊專利範圍第5 9項之裝置 楔形的黏著層，可將該其中一 光式反射膜上。 62,如申請專利範圍第49項之裝置，進一步包括色彩分離 棱鏡，其酉己置成可接收從該第—路㈣發射出來的光 線輸出，而且其中該至少一顯像器包括多層式顯像

   器，其配置在該彩色分離稜鏡之最近的相對色彩輸出 面上。 63.如申請專利範圍第62項之裝置，其中該色彩分離棱鏡 包括至少第一及第二色彩分離元件，該第一色彩分離 元件係比該第二色彩分離元件更加接近於偏極分光 鏡，該第一及第二色彩分離元件係藉由材料之一第一 間隙層來相互隔開，其所具有一折射率係小於該色彩 分離元件的一折射率，而該第一間隙層的一厚度可選 擇以便能藉以減低該偏極分光鏡中之散光效應。 豢 64·如申請專利範圍第63項之裝置，其中該第一間隙層的 空氣隙厚度至少為50 #m。 65.如申请專利範圍弟63項之裝置’其中該第一色彩分離 元件係藉由一第二間隙層之二分離部份而構成的，該 第二間隙層的厚度可加以選擇，藉以減低該偏極分光 鏡中光線所引進的散光效應，該光線的波長範圍係由 該第一光線色彩分離元件加以隔開。 66·如申請專利範圍第65項之裝置，其中該第二間隙層係 O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 577235 A8 B8 C8 D8 •.炊 fC -W ί > S f t 六、申請專利範圍 空氣隙。 67·如申請專利範圍第62項之裝置，係進一步地包括一楔 形棱鏡’其係配置在該色彩分離稜鏡和該偏極分光鏡 足間’一第三間隙層位在該楔形棱鏡和該色彩分離棱 鏡之間’其厚度可加以選擇以減少該偏極分光鏡中的 散光效應。 68·如申請專利範圍第67項之裝置，其中所選定之該第三 間隙層的厚度實質上可藉以修正該偏極分光鏡中的散 光效應。 69·如申請專利範圍第67項之裝置，其中該色彩分離稜鏡 包括一第一色彩分離元件和至少一第二色彩分離元 件，該第一色彩分離元件係比該至少一第二色彩分離 元件更接近於該楔形棱鏡，該第一及第二色彩分離元 件係藉由一第一間隙層加以隔開，該第一及第三間隙 層的厚度可加以選擇，以便實質上能藉以修正該偏極 分光鏡中的散光效應。 7〇·如申請專利範圍第62項之裝置，其中該彩色分離稜鏡 可在一平面上將光線分離成不同的彩色，該平面係大 約垂直於該偏極分光鏡的反射平面。 71·如申請專利範圍第62項之裝置，其中該色彩分離稜鏡 可將一平面中的光線分離成不同的彩色，該平面係大 約平行於該偏極分光鏡的反射平面。 72·如申請專利範圍第62項之裝置，其中該色彩分離稜鏡 包括至少第一及第二色彩分離元件，該第一色彩分離 O:\78\78992-921120.doc - 1 1 -

   i 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 〜··----vr —¢5/1 申请專利範園 元件係比至少第一色彩分離元件更接近於該偏極分光 ^ ’ 一平面配置在該第一及第二色彩分離元件之間， 係由一第一材料所構成，其所具有一折射率係高於該 其中一第一及第二色彩分離元件的折射率。 73·如申請專利範圍第72項之裝置，其中該第一材料的層 板厚度可加以選擇，藉以減少該偏極分光鏡中的散光 效應。 74. 如申請專利範圍第72項之裝置，其中該第一色彩分離 元件係藉由一第二材料層板所分離的二個部分組成， 礤第二材料和該第一色彩分離元件的材料不同，該第 一材料層板係被定位以便位在並非由該第一色彩分離 元件所隔開之光線的行進路徑之外。 75. 如申請專利範圍第74項之裝置，該第二材料層板的寬 度可加以選擇，藉以減少光線所引進到該偏極分光鏡 中的散光效應，該光線的波長範圍係由該第一光線色 彩分離元件隔開。 76. 如申請專利範圍第74項之裝置，其中該第二材料係和 該第一材料相同。 77. 如申請專利範圍第49項之裝置，進—步包括—色彩分 離元件’其可將光線分離成至少二色帶，及—將光& 組合在該至少二色帶中的合光（棱鏡）式X立方體 cube)，至少一相對的反射型偏極分光鏡以及—相&的 顯像為係配置在該色彩分離元件與該至少每一—色_ 的合光（棱鏡）式分光鏡之間’該X立方體合光器包括減 -12 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 少散光片狀材料，其所具有的折射率係不同於形成核x 乂方體之X立方體棱鏡的折射率。 78·如申請專利範圍第77項之裝置，其中該減少散光片狀 材料的折射率係小於該x立方體棱鏡的折射率。 79·如申請專利範圍第的項之裝置，其中該至少一顯像器 包括一顯像器且進一步包括一配置在該偏極分光鏡和 二顯像器之間的雙色向分光鏡，該雙色向分光鏡包括 第一及第二稜鏡，其係具有對角基座且係藉由一第一 折射率材料所構成；一雙色向膜，配置在該第一及第 一棱麵的對角基座之間；一第一層，其折射率高於介 於該雙色向膜和該第一棱鏡基座間的第一折射率；及 一第二層，其折射率高於配置在該雙色向膜和該第二 稜鏡基座間的第一折射率。 80·如申請專利範圍第49項之裝置，其中該散光補償元件 包括該第二路徑上的一第一薄膜，該第一薄膜係配置 在該第一及第二封蓋之間，而該第一及第二封蓋的折 射率係高於該第一薄膜的折射率。 81·如申請專利範圍第80項之裝置，其中該第一薄膜相對 於讀弟二路徑之一轉軸係垂直於該偏極分光鏡中一偏 極感光式反射膜的一轉軸。 82·如申請專利範圍第80項之裝置，其中該第一薄膜係一 多層偏極感光式反射膜。 83· —種光學裝置，包括： 偏極分光鏡裝置’可沿著一第一路徑引導處於一弟 13 - O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 577235

   申請專利範圍 一偏極狀態的光線，並可沿著一和第一路徑不同的第 二路徑引導處於一第二偏極狀態的光線； 光線影像裝置可藉著該光線之旋轉部分的偏極性而 將影像加在該光線上，而該影像光線可沿著該第二路 徑傳播出去並通過該偏極分光鏡裝置；及 散光修正裝置，配置在該第二路徑上，以減低由於 該偏極分光鏡裝置所造成之影像光線中的散光效應。 84· —種投影系統，包括： 一光源，可發射光線； 調節式光學棱鏡，可調節來自於該光源之光線； 一影像光錐，其可將影像加在來自於該調節式光學 稜鏡之調節光線上，該影像光錐包括一偏極分光鏡和 至少一顯像器，該影像光錐中至少一元件可用以減低 影像光線中的散光效應；及 一投影式透鏡系統，其可從該影像光錐端投射低散 光影像。 85·如申請專利範圍第84項之投影系統，其中該散光影像 光錐中至少一元件係適用於將散光效應減低成比該投 影式透鏡系統的景深更小的數值。 進一步包括一控 It以控制加在該 86·如申請專利範圍第84項之投影系統 制器’其搞合至該至少一顯像器端 至少一顯像器的入射光線上的影像。 其中該偏極分光 其具有一結構方 87·如申請專利範圍第84項之投影系統 鏡係一笛卡爾（Cartesian)偏極分光鏡 O:\78\78992-921120.doc -14 577235 … --r · . v .…—. 1 AS B8 v ! C8 : ' . i __ D8 1、申請專利範園 向性，可用以定義該固定軸的偏極性，且該光調節式 光學棱鏡係具有一等於或小於2 · 5的焦距數，該系統在 可見光範圍内的投影色帶上具有一至少為100比1的動態 範圍。 88·如申請專利範圍第84項之投影系統，其中該影像光錐 係遠心式。 89·如申請專利範圍第84項之投影系統，其中該偏極分光 鏡包括多層偏極感光式反射膜，其具有一較高的折射 率，而散光效應至少出現在該部份的偏極分光鏡中。 9〇·如申請專利範圍第89項之投影系統，其中該偏極分光 鏡包括一楔形，其配置在該多層膜、偏極感光式反射 膜和其中一封蓋之間，該楔形的折射率係小於該封蓋 的折射率。 91.如申請專利範圍第89項之投影系統，其中該偏極分光 鏡包括一層板，其係配置在多層膜、偏極感光式反射 膜和其中一封蓋之間，該層板的折射率係高於該封蓋 的折射率。 92·如申請專利範圍第89項之投影系統，其中該顯像器影 像光錐包括一低散光濾光稜鏡，配置在該偏極分光鏡 和投影式透鏡系統之間，低散光濾光棱鏡包括一層， 配置在封盍又間，孩封蓋折射率係不同於該層折射 率，該層相對於該影像光線的傳播方向而傾斜。 93.如申請專利範圍第92項之投影系統，其中該層係一偏 極層。 O:\78\78992-921120.doc _ 1 5 _ 本紙条足度遂角中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐厂""""""— --- 577235

   -16 - 94·如申請專利範圍第84項之投影系統，進一步包括一彩 色刀離态’其配置在該偏極分光鏡和至少一顯像器之 間。 95·如申請專利範圍第94項之投影系統，其中該彩色分離 為係一色彩分離棱鏡，其具有至少第一及第二色彩分 離凡件’分別由一材料間隙層所隔開，其所具有的折 射率係不同於該第一及第二色彩分離元件的一折射 率’而該間隙層的厚度可加以選擇，以減少影像中的 散光效應。 96.如申請專利範圍第％項之投影系統，其中該間隙層的 折射率係小於該第一及第二色彩分離元件的折射率。 97·如申凊專利範圍第％項之投影系統，其中該間隙層的 折射率係高於該第一及第二色彩分離元件的折射率。 98·如申請專利範圍第95項之投影系統，其中該第—色彩 分離元件係由一第二間隙層的二分離部份所構成，其 所具有的折射率係不同於該第一色彩分離元件的折射 率’且其所選定之厚度可藉以減低該影像中的散光效 應。 99·如申請專利範圍第98項之投影系統，其中該第二間隙 層的折射率係小於該第一色彩分離元件的折射率。 100·如申請專利範圍第98項之投影系統，其中該第二間隙 層的折射率係高於該第一色彩分離元件的折射率。 101·如申請專利範圍第95項之投影系統，進一步包括—趣 禾k叙’其配置在該色彩分離棱鏡和該偏極分光鏡之 O:\78\78992-921120.doc 本紙張尺度制中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公董)" '

   裝 i A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 曰1 ’ 一介於該楔形棱鏡和該色彩分離棱鏡之間的第三 間隙層’其所具有的折射率係不同於該楔形棱鏡的折 射率’且其所選定的厚度可藉以減少散光效應。 忉2·如申請專利範圍第95項之投影系統，其中該色彩分離 棱4¾ 了在一平面上將光線分離成不同的彩色，該平面 係,大約垂直於該偏極分光鏡的一反射平面。 1〇3.如申請專利範圍第95項之投影系統，其中該色彩分離 棱鏡可在一平面上將光線分離成不同的彩色，該平面 係大約平行於該偏極分光鏡的一反射平面。 104.如申請專利範圍第84項之投影系統，其中該影像光錐 進一步包括一 X立方體，以便將光線結合在至少二色帶 中，該X立方體合光器包括低散光片狀材料，其折射率 係不同於形成該X立方體的χ立方體棱鏡的一折射率。 1〇5.如申請專利範圍第104項之投影系統’其中該低散光片 狀材料之構成材料的折射率係小於該等χ立方體棱鏡的 折射率。 如申請專利範圍第84項之投影系统，其中該影像光錐 包括二顯像器和一配置在該偏極分光鏡和二顯像器之 間的雙色向分光鏡，該雙色向分光鏡包括第一及第二 稜鏡，其係由第一折射率的材料所構成；一雙色向膜 配置在該第一及第二棱鏡的對角基座之間；一第一層 其折射率高於該第一折射率，係配置在該雙色向膜^ 該第-稜鏡之間；以及-第二層，其折射率係高於該第 -折射率，係配置在該雙色向膜和該第二稜鏡之間。 O:\78\78992-921120.doc _ 1 7