TWI400553B - 光學投影裝置及其投射方法 - Google Patents

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TWI400553B TW098126152A TW98126152A TWI400553B TW I400553 B TWI400553 B TW I400553B TW 098126152 A TW098126152 A TW 098126152A TW 98126152 A TW98126152 A TW 98126152A TW I400553 B TWI400553 B TW I400553B
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Description

光學投影裝置及其投射方法
本發明係有關於一種光學投影裝置及其投射方法，尤其係指一種利用移動式波長板或旋轉式波長板，以利於均勻雷射能量，並消除屏幕上的干涉亮點(speckle)現象之光學投影裝置及其投射方法。
第1圖係顯示習知光學投影裝置的示意圖。習知之光學投影裝置100包括一鏡頭11以及一雷射光機引擎12，其中雷射光機引擎12產生一光線13，經過鏡頭11後，成像於屏幕10上。
然而，習知光學投影裝置100中，光線13之行進電場由雷射光機引擎12到屏幕10完全未改變，因此光線13的干涉位置將固定不變，亦即干涉亮點(speckle)位置亦固定不變，故習知光學投影裝置100之干涉亮點現象相當明顯。
本發明提供一種光學投影裝置包括一雷射光機引擎、一第一波長板、一屏幕以及一鏡頭，其中雷射光機引擎產生一光線，而第一波長板改變光線之相位，且鏡頭將光線焦聚在屏幕上。
其中，鏡頭設置於屏幕與第一波長板之間。
其中，第一波長板設置於屏幕與鏡頭之間。
其中，光線包括一第一P偏光、一第一S偏光以及一第二S偏光，當光線經過第一波長板，則使得第一P偏光轉變成一第三S偏光，而第一S偏光轉變成一第二P偏光，第二S偏光轉變成一第三P偏光。
其中，雷射光機引擎包括一合光稜鏡、一第二波長板、一第一偏光產生器、一第二偏光產生器以及一第三偏光產生器，第一偏光產生器產生一第四S偏光，第四S偏光經過第二波長板後產生一第四P偏光，第二偏光產生器產生一第五S偏光，第三偏光產生器產生一第六S偏光，而合光稜鏡則將第四P偏光、第五S偏光以及第六S偏光合成光線。
其中，第一偏光產生器包括一綠光雷射光源、一第一偏極化分光鏡以及一第一反射式面板，綠光雷射光源產生一綠光雷射光束，經過第一偏極化分光鏡後得到一第五P偏光，且第五P偏光經過第一反射式面板反射後得到一第七S偏光，而第七S偏光則經過該第一偏極化分光鏡反射後形成第四S偏光。
其中，第二偏光產生器包括一藍光雷射光源、一第二偏極化分光鏡以及一第二反射式面板，藍光雷射光源產生一藍光雷射光束，經過第二偏極化分光鏡後得到一第六P偏光，且第六P偏光經過第二反射式面板反射後得到一第八S偏光，而第八S偏光則經過第二偏極化分光鏡反射後形成第五S偏光。
其中，第三偏光產生器包括一紅光雷射光源、一第三偏極化分光鏡以及一第三反射式面板，紅光雷射光源產生一紅光雷射光束，經過第三偏極化分光鏡後得到一第七P偏光，且第七P偏光經過第三反射式面板反射後得到一第九S偏光，而第九S偏光則經過第三偏極化分光鏡反射後形成第六S偏光。
另外，本發明提供一種光學投影裝置之投射方法，包括以下步驟：(1)提供一光線，其包括一第一P偏光、一第一S偏光以及一第二S偏光。(2)將光線經過一波長板後投射在一屏幕上。(3)沿著垂直於光線的方向上，移動波長板。
其中，光線在經過波長板之前，先經過一鏡頭。
其中，光線先經過波長板之後，再經過一鏡頭，最後投射在一屏幕上。
另外，本發明提供另一種光學投影裝置之投射方法，包括以下步驟：(1)提供一光線，其包括一第一P偏光、一第一S偏光以及一第二S偏光。(2)將光線經過一波長板後投射在一屏幕上。(3)令波長板繞一軸線旋轉，且軸線係平行於光線的投射方向。
其中，光線在經過波長板之前，先經過一鏡頭。
其中，光線先經過波長板之後，再經過一鏡頭，最後投射在屏幕上。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第2圖係依據本發明光學投影裝置第一實施例的示意圖。本發明之光學投影裝置200包括一鏡頭21、一第一波長板22以及一雷射光機引擎23，其中雷射光機引擎23產生一光線24，依序經過之第一波長板22以及鏡頭21，然後成像於屏幕20上，而在操作過程中第一波長板22上下移動，即可有效均勻雷射能量，並消除屏幕20上的干涉亮點(speckle)現象。請參閱第3圖，雷射光機引擎23包括一合光稜鏡231、一第一偏光產生器232、一第二偏光產生器233、一第三偏光產生器234以及一第二波長板235，其各元件分述如下：
第一偏光產生器232係由一綠光雷射光源2321產生一綠光雷射光束LG ，並經過第一偏極化分光鏡2322後得到一P偏光P5 ，而P偏光P5 再經過第一反射式面板2323反射而得到一S偏光S7 ，接著S偏光S7 經由第一偏極化分光鏡2322反射後形成S偏光S4 ，且S偏光S4 係由第一偏光產生器232射出，並通過第二波長板235而轉變成一P偏光P4 後，即進入合光稜鏡231。
第二偏光產生器233係由一藍光雷射光源2331產生一藍光雷射光束LB ，並經過第二偏極化分光鏡2332後得到一P偏光P6 ，而P偏光P6 再經過第二反射式面板2333反射而得到一S偏光S8 ，接著S偏光S8 經由第二偏極化分光鏡2332反射後形成S偏光S5 ，且S偏光S5 係由第二偏光產生器233射出後，即進入合光稜鏡231。
第三偏光產生器234係由一紅光雷射光源2341產生一紅光雷射光束LR ，並經過第三偏極化分光鏡2342後得到一P偏光P7 ，而P偏光P7 再經過第三反射式面板2343反射而得到一S偏光S9 ，接著S偏光S9 經由第三偏極化分光鏡2342反射後形成S偏光S6 ，且S偏光S6 係由第三偏光產生器234射出後，即進入合光稜鏡231。
合光稜鏡231係將第一偏光產生器232所產生之P偏光P4 ，第二偏光產生器233所產生之S偏光S5 以及第三偏光產生器234所產生之S偏光S6 合成為光線24後射出，此光線24含有一P偏光P1 、一S偏光S1 以及一S偏光S2 。
由雷射光機引擎23射出的光線24經過第一波長板22後，使得P偏光P1 轉變成一S偏光S3 ，S偏光S1 轉變成P偏光P2 ，S偏光S2 轉變成P偏光P3 ，最後再經過鏡頭21聚焦而成像於屏幕20上。
在操作過程中，本發明光學投影裝置200係利用第一波長板22的快速移動，使得光線24與第一波長板22之快慢軸角度將快速改變，造成光線24行進時電場方向改變，因此雷射能量將伴隨干涉位置不斷改變而使能量均勻化，進而消除屏幕20上的干涉亮點問題。此外，使用雷射光源更可減少光學元件數量及縮小投影機尺寸，進而降低成本，並提升生產與組裝的便利性。
第4圖係依據本發明光學投影裝置第二實施例的示意圖。本發明之光學投影裝置400包括一鏡頭21、一第一波長板42以及一雷射光機引擎23，其中雷射光機引擎23產生一光線24，依序經過第一波長板42以及鏡頭21，然後成像於屏幕20上，而在操作過程中第一波長板42係繞著一平行於光線24投射方向之軸線旋轉，即可有效均勻雷射能量，並消除屏幕20上的干涉亮點(speckle)現象。請參閱第5圖，雷射光機引擎23包括一合光稜鏡231、一第一偏光產生器232、一第二偏光產生器233、一第三偏光產生器234以及一第二波長板235，其各元件分述如下：
第一偏光產生器232係由一綠光雷射光源2321產生一綠光雷射光束LG ，並經過第一偏極化分光鏡2322後得到一P偏光P5 ，而P偏光P5 再經過第一反射式面板2323反射而得到一S偏光S7 ，接著S偏光S7 經由第一偏極化分光鏡2322反射後形成S偏光S4 ，且S偏光S4 係由第一偏光產生器232射出，並通過第二波長板235而轉變成一P偏光P4 後，即進入合光稜鏡231。
第二偏光產生器233係由一藍光雷射光源2331產生一藍光雷射光束LB ，並經過第二偏極化分光鏡2332後得到一P偏光P6 ，而P偏光P6 再經過第二反射式面板2333反射而得到一S偏光S8 ，接著S偏光S8 經由第二偏極化分光鏡2332反射後形成S偏光S5 ，且S偏光S5 係由第二偏光產生器233射出後，即進入合光稜鏡231。
第三偏光產生器234係由一紅光雷射光源2341產生一紅光雷射光束LR ，並經過第三偏極化分光鏡2342後得到一P偏光P7 ，而P偏光P7 再經過第三反射式面板2343反射而得到一S偏光S9 ，接著S偏光S9 經由第三偏極化分光鏡2342反射後形成S偏光S6 ，且S偏光S6 係由第三偏光產生器234射出後，即進入合光稜鏡231。
合光稜鏡231係將第一偏光產生器232所產生之P偏光P4 ，第二偏光產生器233所產生之S偏光S5 以及第三偏光產生器234所產生之S偏光S6 合成為光線24後射出，此光線24含有一P偏光P1 、一S偏光S1 以及一S偏光S2 。
由雷射光機引擎23射出的光線24經過第一波長板42後，使得P偏光P1 轉變成一S偏光S3 ，S偏光S1 轉變成P偏光P2 ，S偏光S2 轉變成P偏光P3 ，最後再經過鏡頭21聚焦而成像於屏幕20上。
在操作過程中，本發明光學投影裝置400係利用第一波長板42的快速轉動，使得光線24與第一波長板42之快慢軸角度將快速改變，造成光線24行進時電場方向改變，因此雷射能量將伴隨干涉位置不斷改變而使能量均勻化，進而消除屏幕20上的干涉亮點問題。此外，使用雷射光源更可減少光學元件數量及縮小投影機尺寸，進而降低成本，並提升生產與組裝的便利性。
第6圖係依據本發明光學投影裝置第三實施例的示意圖。本發明之光學投影裝置600包括一鏡頭21、一第一波長板62以及一雷射光機引擎23，其中雷射光機引擎23產生一光線24，依序經過鏡頭21以及第一波長板62，然後成像於屏幕20上，而在操作過程中第一波長板62上下移動，即可有效均勻雷射能量，並消除屏幕20上的干涉亮點(speckle)現象。請參閱第7圖，雷射光機引擎23包括一合光稜鏡231、一第一偏光產生器232、一第二偏光產生器233、一第三偏光產生器234以及一第二波長板235，其各元件分述如下：
第一偏光產生器232係由一綠光雷射光源2321產生一綠光雷射光束LG ，並經過第一偏極化分光鏡2322後得到一P偏光P5 ，而P偏光P5 再經過第一反射式面板2323反射而得到一S偏光S7 ，接著S偏光S7 經由第一偏極化分光鏡2322反射後形成S偏光S4 ，且S偏光S4 係由第一偏光產生器232射出，並通過第二波長板235而轉變成一P偏光P4 後，即進入合光稜鏡231。
第二偏光產生器233係由一藍光雷射光源2331產生一藍光雷射光束LB ，並經過第二偏極化分光鏡2332後得到一P偏光P6 ，而P偏光P6 再經過第二反射式面板2333反射而得到一S偏光S8 ，接著S偏光S8 經由第二偏極化分光鏡2332反射後形成S偏光S5 ，且S偏光S5 係由第二偏光產生器233射出後，即進入合光稜鏡231。
第三偏光產生器234係由一紅光雷射光源2341產生一紅光雷射光束LR ，並經過第三偏極化分光鏡2342後得到一P偏光P7 ，而P偏光P7 再經過第三反射式面板2343反射而得到一S偏光S9 ，接著S偏光S9 經由第三偏極化分光鏡2342反射後形成S偏光S6 ，且S偏光S6 係由第三偏光產生器234射出後，即進入合光稜鏡231。
合光稜鏡231係將第一偏光產生器232所產生之P偏光P4 ，第二偏光產生器233所產生之S偏光S5 以及第三偏光產生器234所產生之S偏光S6 合成為光線24後射出，此光線24含有一P偏光P1 、一S偏光S1 以及一S偏光S2 。
由雷射光機引擎23射出的光線24經過鏡頭21聚焦後，再經過第一波長板62，使得P偏光P1 轉變成一S偏光S3 ，S偏光S1 轉變成P偏光P2 ，S偏光S2 轉變成P偏光P3 ，最後成像於屏幕20上。
在操作過程中，本發明光學投影裝置600係利用第一波長板62的快速移動，使得光線24與第一波長板62之快慢軸角度將快速改變，造成光線24行進時電場方向改變，因此雷射能量將伴隨干涉位置不斷改變而使能量均勻化，進而消除屏幕20上的干涉亮點問題。此外，使用雷射光源更可減少光學元件數量及縮小投影機尺寸，進而降低成本，並提升生產與組裝的便利性。
第8圖係依據本發明光學投影裝置第四實施例的示意圖。本發明之光學投影裝置800包括一鏡頭21、一第一波長板82以及一雷射光機引擎23，其中雷射光機引擎23產生一光線24，依序經過鏡頭21以及第一波長板82，然後成像於屏幕20上，而在操作過程中第一波長板82係繞著一平行於光線24投射方向之軸線旋轉，即可有效均勻雷射能量，並消除屏幕20上的干涉亮點(speckle)現象。請參閱第9圖，雷射光機引擎23包括一合光稜鏡231、一第一偏光產生器232、一第二偏光產生器233、一第三偏光產生器234以及一第二波長板235，其各元件分述如下：
第一偏光產生器232係由一綠光雷射光源2321產生一綠光雷射光束LG ，並經過第一偏極化分光鏡2322後得到一P偏光P5 ，而P偏光P5 再經過第一反射式面板2323反射而得到一S偏光S7 ，接著S偏光S7 經由第一偏極化分光鏡2322反射後形成S偏光S4 ，且S偏光S4 係由第一偏光產生器232射出，並通過第二波長板235而轉變成一P偏光P4 後，即進入合光稜鏡231。
第二偏光產生器233係由一藍光雷射光源2331產生一藍光雷射光束LB ，並經過第二偏極化分光鏡2332後得到一P偏光P6 ，而P偏光P6 再經過第二反射式面板2333反射而得到一S偏光S8 ，接著S偏光S8 經由第二偏極化分光鏡2332反射後形成S偏光S5 ，且S偏光S5 係由第二偏光產生器233射出後，即進入合光稜鏡231。
第三偏光產生器234係由一紅光雷射光源2341產生一紅光雷射光束LR ，並經過第三偏極化分光鏡2342後得到一P偏光P7 ，而P偏光P7 再經過第三反射式面板2343反射而得到一S偏光S9 ，接著S偏光S9 經由第三偏極化分光鏡2342反射後形成S偏光S6 ，且S偏光S6 係由第三偏光產生器234射出後，即進入合光稜鏡231。
合光稜鏡231係將第一偏光產生器232所產生之P偏光P4 ，第二偏光產生器233所產生之S偏光S5 以及第三偏光產生器234所產生之S偏光S6 合成為光線24後射出，此光線24含有一P偏光P1 、一S偏光S1 以及一S偏光S2 。
由雷射光機引擎23射出的光線24經過鏡頭21聚焦後，再經過第一波長板82，使得P偏光P1 轉變成一S偏光S3 ，S偏光S1 轉變成P偏光P2 ，S偏光S2 轉變成P偏光P3 ，最後成像於屏幕20上。
在操作過程中，本發明光學投影裝置800係利用第一波長板82的快速轉動，使得光線24與第一波長板82之快慢軸角度將快速改變，造成光線24行進時電場方向改變，因此雷射能量將伴隨干涉位置不斷改變而使能量均勻化，進而消除屏幕20上的干涉亮點問題。此外，使用雷射光源更可減少光學元件數量及縮小投影機尺寸，進而降低成本，並提升生產與組裝的便利性。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
 習知技術
100．．．光學投影裝置
10．．．屏幕
11．．．鏡頭
12．．．雷射光機引擎
13．．．光線
本發明
20．．．屏幕
200．．．光學投影裝置第一實施例
21．．．鏡頭
22．．．第一波長板
23．．．雷射光機引擎
231．．．合光稜鏡
232．．．第一偏光產生器
2321．．．綠光雷射光源
2322．．．第一偏極化分光鏡
2323．．．第一反射式面板
233．．．第二偏光產生器
2331．．．藍光雷射光源
2332．．．第二偏極化分光鏡
2333．．．第二反射式面板
234．．．第三偏光產生器
2341．．．紅光雷射光源
2342．．．第三偏極化分光鏡
2343．．．第三反射式面板
235．．．第二波長板
24．．．光線
LG ．．．綠色雷射光源
LB ．．．藍色雷色光源
LR ．．．紅色雷色光源
S1 -S9 ‧‧‧S偏光
P1 -P7 ‧‧‧P偏光
400‧‧‧光學投影裝置第二實施例
42‧‧‧第一波長板
600‧‧‧光學投影裝置第三實施例
62‧‧‧第一波長板
800‧‧‧光學投影裝置第四實施例
82‧‧‧第一波長板
第1圖係顯示習知光學投影裝置的示意圖。
第2圖係依據本發明光學投影裝置第一實施例的示意圖。
第3圖係依據本發明光學投影裝置第一實施例的方塊圖。
第4圖係依據本發明光學投影裝置第二實施例的示意圖。
第5圖係依據本發明光學投影裝置第二實施例的方塊圖。
第6圖係依據本發明光學投影裝置第三實施例的示意圖。
第7圖係依據本發明光學投影裝置第三實施例的方塊圖。
第8圖係依據本發明光學投影裝置第四實施例的示意圖。
第9圖係依據本發明光學投影裝置第四實施例的方塊圖。
20‧‧‧屏幕
200‧‧‧光學投影裝置第一實施例
21‧‧‧鏡頭
22‧‧‧第一波長板
23‧‧‧雷射光機引擎
24‧‧‧光線

Claims (9)

  1. 一種光學投影裝置，包括：一雷射光機引擎，包括一合光稜鏡、一第二波長板、一第一偏光產生器、一第二偏光產生器以及一第三偏光產生器，該第一偏光產生器產生一第四S偏光，該第四S偏光經過該第二波長板後產生一第四P偏光，該第二偏光產生器產生一第五S偏光，該第三偏光產生器產生一第六S偏光，而該合光稜鏡則將該第四P偏光、該第五S偏光以及該第六S偏光合成一光線，其中該光線包括一第一P偏光、一第一S偏光以及一第二S偏光；一第一波長板，改變該光線之相位，當該光線經過該第一波長板，則使得該第一P偏光轉變成一第三S偏光，而該第一S偏光轉變成一第二P偏光，該第二S偏光轉變成一第三P偏光；以及一鏡頭，將該光線焦聚。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學投影裝置，其中該光線在經過該第一波長板之前，先經過該鏡頭。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學投影裝置，其中該光線先經過該第一波長板之後，再經過該鏡頭。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學投影裝置，其中該第一偏光產生器包括一綠光雷射光源、一第一偏極化分光鏡以及一第一反射式面板，該綠光雷射光源產生一綠光雷射光束，經過該第一偏極化分光鏡後得到一第五P偏光，且該第五P偏光經過該第一反射式面板反射後得到一 第七S偏光，而該第七S偏光則經過該第一偏極化分光鏡反射後形成該第四S偏光。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學投影裝置，其中該第二偏光產生器包括一藍光雷射光源、一第二偏極化分光鏡以及一第二反射式面板，該藍光雷射光源產生一藍光雷射光束，經過該第二偏極化分光鏡後得到一第六P偏光，且該第六P偏光經過該第二反射式面板反射後得到一第八S偏光，而該第八S偏光則經過該第二偏極化分光鏡反射後形成該第五S偏光。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學投影裝置，其中該第三偏光產生器包括一紅光雷射光源、一第三偏極化分光鏡以及一第三反射式面板，該紅光雷射光源產生一紅光雷射光束，經過該第三偏極化分光鏡後得到一第七P偏光，且該第七P偏光經過該第三反射式面板反射後得到一第九S偏光，而該第九S偏光則經過該第三偏極化分光鏡反射後形成該第六S偏光。
  7. 一種光學投影裝置之投射方法，包括：提供一雷射光機引擎，包括一合光稜鏡、一第二波長板、一第一偏光產生器、一第二偏光產生器以及一第三偏光產生器，該第一偏光產生器產生一第四S偏光，該第四S偏光經過該第二波長板後產生一第四P偏光，該第二偏光產生器產生一第五S偏光，該第三偏光產生器產生一第六S偏光，而該合光稜鏡則將該第四P偏光、該第五S偏光以及該第六S偏光合成一光線；提供一光線，該光線包括一第一P偏光、一第一S偏 光以及一第二S偏光；將該光線經過一波長板後投射在一屏幕上，其中當該光線經過該第一波長板，則使得該第一P偏光轉變成一第三S偏光，而該第一S偏光轉變成一第二P偏光，該第二S偏光轉變成一第三P偏光；令該波長板繞一軸線旋轉，該軸線係平行於該光線的投射方向。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光學投影裝置之投射方法，其中該光線在經過該第一波長板之前，先經過一鏡頭。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之光學投影裝置之投射方法，其中該光線先經過該第一波長板之後，再經過一鏡頭，最後投射在該屏幕上。
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