TWI442097B - 用於一投影裝置之極化轉換元件組及投影裝置 - Google Patents

Description

用於一投影裝置之極化轉換元件組及投影裝置

本發明為一極化轉換元件組，特別是指用於一投影裝置之極化轉換元件組。

一般業界所使用的數位光處理（Digital Light Processing, DLP）投影系統，因其具備高亮度、色彩逼真、反應速度快以及輕量化等優勢，已成為近年投影裝置之主流。除了一般用於顯示平面影像之DLP投影系統外，更將其應用在立體顯示投影系統之中。

DLP投影系統之立體顯示投影系統一般可分為戴眼鏡式與裸眼式，其中前者之製作成本較低，已由早年普及至今。然而，戴眼鏡式之立體投影系統，亦可就其眼鏡種類不同又可細分為主動式眼鏡和被動式眼鏡。

其主動式眼鏡亦被稱為快門眼鏡，係採配合投影裝置不同的時序，投影系統會於幀（Frame）與幀之間插入一灰階畫面，當主動式眼鏡接收到灰階畫面時，便會進行左右快門之切換。舉例來說，當主動式眼鏡收到一灰階畫面，則判斷需開啟左眼快門，同時投影裝置會產生一左眼視角影像，使用者即會於左眼接收到左眼視角影像。此種技術中，投影機交替提供左右視角影像，但由於快門切換時總是有一眼被遮蔽，使得每個眼睛看到螢幕的時間縮短，進而使觀看者每隻眼睛接收亮度減少了至少50%。此外，主動式眼鏡因其採用液晶作為調控各鏡片的透光度之方式，使其價格較被動式眼鏡更高昂，並因裝設切換結構及相關控制電路而增加眼鏡重量，造成配戴不適。換言之，利用主動眼鏡之DLP投影系統整體的成本無法降低，且亦使用不便，實為一大缺憾。

因此，如何設計出可搭配被動式眼鏡、具有較低成本、精簡的光學配置、體積微型化及提升亮度之立體投影系統，乃為此業界亟需努力之目標。

本發明為一種用於一投影裝置之極化轉換元件組，且極化轉換元件包含一偏極分光片及設置於偏極分光片之一側之一半波延遲器。極化分光片可將一光線分成具有一第一偏極方向之一第一光束與具有一第二偏極方向之一第二光束。半波延遲器相對偏極分光片往復移動。其運作方式將敘述如下：於一第一時序時，半波延遲器係移動至一第一位置，使第二光束經過半波延遲器，被轉換成具有第一偏極方向之第二光線後，與第一光束合成為具有第一偏極方向之一第一偏極光；於一第二時序時，半波延遲器係移動至一第二位置，第一光束經過半波延遲器，轉換成具有該第二偏極方向之第一光束後，與第二光束合成為具有第二偏極方向之一第二偏極光。

簡言之，一光線進入極化轉換元件組後，將會轉換成具有第一偏極方向之第一光束，或具有第二偏極方向之第二光束後離開。

本發明更為一包含上述極化轉換元件組之一投影裝置。投影裝置內至少包含至少一光源、一均光元件、上述極化轉換元件組及一光調變器。至少一光源產生一光線，光線首先進入均光元件被均勻後，進入極化轉換元件組後，將均勻後之光線於第一時序轉換成第一偏極光，並將均勻後之光線於第二時序轉換成第二偏極光。最後，於第一時序時，光調變器接收第一偏極光並將其轉換成一第一視角影像，並於第二時序時接收第二偏極光並轉換成一第二視角影像。觀看者係搭配一被動眼鏡，使兩眼分別接收到第一視角影像及第二視角影像，觀看到一立體影像。

為了讓上述的目的、技術特徵和優點能夠更為本領域之人士所知悉並應用，下文係以本發明之數個較佳實施例以及附圖進行詳細的說明。

以下將透過實施方式來解釋本發明內容，本發明係關於用於一投影裝置之極化轉換元件組及投影裝置。需說明者，在下述實施例以及附圖中，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以直接限制本發明，同時，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件均已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係以及元件數量僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例、實際大小及實際數量。

請先參考第1圖，第1圖係為本發明之投影裝置之一第一實施例之內部示意圖。投影裝置1包含三光源11、一均光元件12、一極化轉換元件組13、一光調變器14及一投影鏡頭15。

本實施例中，三光源11皆為一發光二極體，於不同時序，該些光源11可依序產生一光線；於此實施例中，該等發光二極體係依序提供一紅光、一藍光及一綠光。接著，光線進入均光元件12後被均勻，以平行光的方式進入極化轉換元件組13，極化轉換元件組13將光線轉換成第一偏極光或第二偏極光，光調變器14接收第一偏極光或第二偏極光後，係可分別轉換成第一視角影像及第二視角影像，由投影鏡頭15投射出。觀看者配戴一被動眼鏡，使兩眼分別接收到第一視角影像及第二視角影像，便能觀看到一立體影像。

於本發明之實施態樣中，光調變器係可為一數位微鏡裝置或一液晶顯示裝置；均光元件可為一陣列透鏡（lens array）、一蠅眼透鏡（fly lens）、一集光柱（integration rod）或一光導管（light tunnel），但並不以上述為限。

請繼續參考第2圖，第2圖係為本發明之投影裝置之一第二實施例之內部示意圖。第二實施例之投影裝置2亦包含光源21、一均光元件22、一極化轉換元件組23、一光調變器24及一投影鏡頭25。與第一實施例相異的部分在於，本實施例中，光源21係採用複數個藍光雷射光源，且光源21之配置方式亦與前一實施例配置不同。且採用一螢光輪盤26，將光源21所提供之藍色雷射光線，於不同時序轉換為紅光及綠光，以使投影裝置2產生一彩色立體的影像。其中，本實施態樣之投影裝置更包含一曲面反射元件，設置於光源21一側，使光源21產生之光線集中地反射後進入均光元件22。其餘各元件間的相對關係以及操作方式已如第一實施例所敘，故此處不再贅述。

接著請一併第3A圖及第3B圖，其分別為本發明之極化轉換元件組於第一時序及第二時序之局部放大圖。於此極化轉換元件組之第一實施態樣中，極化轉換元件組33包含一偏極分光片332、一半波延遲器334及一玻片336，半波延遲器334設置於偏極分光片322之一側，且本實施態樣例中，半波延遲器334係貼附於玻片336上。偏極分光片322內具有複數個偏極鍍膜，而各偏極鍍膜與偏極分光片322之表面係呈一角度±θ。本實施例態樣之中θ為45度，但不以此為限，僅其角度θ需與半波延遲器334之設置匹配即可。此外，雖本實施態樣例中之偏極分光片332中之各偏極鍍膜雖為等距等角度設置，但於其他實施態樣中，偏極鍍膜亦可不等距設置，或將偏極分光片332之不同區塊設置不同角度之偏極鍍膜。於其他實施態樣中，半波延遲器亦可以其它方式形成於玻片上。

如圖所示，進入偏極分光片332之一光線300被分成具有一第一偏極方向之一第一光束301與具有一第二偏極方向之一第二光束302。於此實施態樣中，具有第一偏極方向之第一光束301係為由偏極鍍膜反射之S偏極光，而具有第二偏極方向之第二光束302則為穿透偏極鍍膜之P偏極光。

因本發明之特徵在於，半波延遲器可相對於偏極分光片在第一位置與第二位置間往復移動。故如第3A圖所示，於一第一時序時，半波延遲器334係移動至一第一位置，使原先具有第二偏極方向之第二光束302經過半波延遲器334，被轉換成具有第一偏極方向之第二光束302後，與第一光束301合成為具有第一偏極方向之一第一偏極光；再如第3B圖所示，於一第二時序時，半波延遲器334係移動至一第二位置，使原先具有第一偏極方向之第一光束301經過半波延遲器334，轉換成具有該第二偏極方向之第一光束301後，與第二光束302合成為具有第二偏極方向之一第二偏極光。補充說明的是，此處所敘述之「往復移動」的方式可為上下移動或是左右移動，而於其他實施態樣中，往復移動會依據半波延遲器的設置方式而有所不同。

簡言之，光線300進入極化轉換元件組33後，將在第一時序時，轉換成具有第一偏極方向之第一偏極光；於第二時序時，轉換成有第二偏極方向之第二偏極光。本發明藉由半波延遲器之設置，將不同偏極方向之光束轉換成相同方向，藉此回收可使耗損犧牲的亮度最小化。

請接續參考第4A圖及第4B圖，分別為本發明之極化轉換元件組之第二實施態樣及第三實施態樣示意圖。此二實施態樣中，極化轉換元件組43包含偏極分光片432、半波延遲器434及玻片436，另一極化轉換元件組53則包含了偏極分光片532、半波延遲器534及玻片536，第4A圖及第4B圖例示了半波延遲器434、534貼附於玻片436、536之可能實施態樣。需說明的是，此等實施態樣之半波延遲器434、534與偏極分光片432、532的數量皆為例示，實際操作時可依據需求增加或減少。

在第二實施態樣中，如第4A圖所示，半波延遲器434以縱向的方式貼附於玻片436之上。因此於實際操作時，半波延遲器434會相對於偏極分光片432左右移動（箭頭方向）。相似地，於第三實施態樣中，如第4A圖所示，半波延遲器534則是以橫向的方式貼附於玻片536之上，此時半波延遲器534則會相對於偏極分光片432上下移動（箭頭方向）。

最後，請一併參考第5A圖及第5B圖，其係本發明之極化轉換元件組之第四及第五實施態樣示意圖。由於本發明之極化轉換元件組更可包含一四分之一波延遲器，且半波延遲器設置於四分之一波延遲器與偏極分光片之間，故以下將就各實施態樣與前述實施態樣相異處分別說明。

如第5A圖所示之極化轉換元件組63包含一偏極分光片632、一半波延遲器634、一玻片636及一四分之一波延遲器638，其中，半波延遲器634可形成於一玻片636的一第一表面，四分之一波延遲器638則形成於玻片636的另一表面（第二表面），並與半波延遲器634相對；或如第5B圖所示為極化轉換元件組73另一種配置態樣，在本實施例中，極化轉換元件組73亦包含一偏極分光片732、一半波延遲器734、一玻片736及一四分之一波延遲器738，與前述實施例相異處在於：四分之一波延遲器738獨自設置於玻片736之一側，不須直接形成於玻片736之一表面上。本發明亦可有一實施態樣例，其係將半波延遲器可直接形成貼附於四分之一波延遲器之上（圖未示出）。

承上所述，於本發明之極化轉換元件組更包含四分之一波延遲器之目的在於，使經過半波延遲器轉換而成之第一偏極光或第二偏極光，再次偏極轉換成橢圓偏極光或是圓偏極光，使觀看者所能有效觀看的角度範圍較大。

綜上所述，本發明為一種用於投影裝置之極化轉換元件組，利用半波延遲器於不同時序時在第一位置與第二位置往復移動，使得入射極化轉換元件組之光線得以在不同時序時，被轉換而統一成第一偏極光或第二偏極光。用於投影裝置時，第一偏極光及第二偏極光分別被光調變裝置轉換成第一視角影像及第二視角影像，使用者搭配一被動眼鏡即可觀看到一立體影像。換言之，藉由以上設置本發明即可設計出低成本、精簡的光學配置、體積微型化及提升亮度之立體投影系統之目標。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1、2．．．投影系統

11、21．．．光源

12、22．．．均光元件

13、23、33、43、53、63、73．．．極化轉換元件組

14、24．．．光調變器

15、25．．．投影鏡頭

26．．．螢光輪盤

300．．．光線

301．．．第一光束

302．．．第二光束

332、432、532、632、732．．．偏極分光片

334、434、534、634、734．．．半波延遲器

336、436、536、636、736．．．玻片

638、738．．．四分之一波延遲器

第1圖係為本發明之投影裝置之一第一實施例之內部示意圖；

第2圖係為本發明之投影裝置之一第二實施例之內部示意圖；

第3A圖係為本發明之極化轉換元件組之一第一實施態樣於第一時序之局部放大圖；

第3B圖係為本發明之極化轉換元件組之一第一實施態樣於第二時序之局部放大圖；

第4A圖係為本發明之極化轉換元件組之第二實施態樣示意圖；

第4B圖係為本發明之極化轉換元件組之第三實施態樣示意圖；

第5A圖係為本發明之極化轉換元件組之第四實施態樣側視圖；以及

第5B圖係為本發明之極化轉換元件組之第五實施態樣側視圖。

33．．．極化轉換元件組

300．．．光線

301．．．第一光束

302．．．第二光束

332．．．偏極分光片

334．．．半波延遲器

336．．．玻片

Claims (10)

1. 一種用於一投影裝置之極化轉換元件組，包含：
   　　一偏極分光片，將一光線分成具有一第一偏極方向之一第一光束與具有一第二偏極方向之一第二光束；以及
   　　一半波延遲器，設置於該偏極分光片之一側，並相對該偏極分光片往復移動；
   　　其中，於一第一時序時，該半波延遲器係移動至一第一位置，使該第二光束經過該半波延遲器，轉換成具有該第一偏極方向之該第二光束後，與該第一光束合成為具有該第一偏極方向之一第一偏極光；於一第二時序時，該半波延遲器係移動至一第二位置，該第一光束經過該半波延遲器，轉換成具有該第二偏極方向之該第一光束後，與該第二光束合成為具有該第二偏極方向之一第二偏極光。
2. 如請求項1所述之極化轉換元件組，更包含一四分之一波延遲器，且該半波延遲器設置於該四分之一波延遲器及該偏極分光片之間。
3. 如請求項1所述之極化轉換元件組，更包含一玻片，該半波延遲器係形成於該玻片之一第一表面。
4. 如請求項3所述之極化轉換元件組，更包含一四分之一波延遲器，設置於該玻片相對於該第一表面之一第二表面。
5. 如請求項1所述之極化轉換元件組，其中，該半波延遲器係形成於一四分之一波延遲器之一表面。
6. 一投影裝置，包含：
   　　至少一光源，產生一光線；
   　　一均光元件，均勻該光線；
   　　一如請求項1至5所述其中之 極化轉換元件組，將均勻後之該光線於該第一時序轉換成該第一偏極光及於該第二時序轉換成該第二偏極光；以及
   　　一光調變器，於該第一時序時接收該第一偏極光並轉換成一第一視角影像，並於該第二時序時接收該第二偏極光並轉換成一第二視角影像。
7. 如請求項6所述之投影裝置，更包含一曲面反射元件，設置於該光源之一側，並用以集中地反射出該光線。
8. 如請求項6所述之投影裝置，其中，該均光元件為一陣列透鏡（lens array）、一蠅眼透鏡（fly lens）、一集光柱（integration rod）或一光導管（light tunnel）。
9. 如請求項6所述之投影裝置，其中，該光調變器係為一數位微鏡裝置或一液晶顯示裝置。
10. 如請求項6所述之投影裝置，其中，該至少一光源為一雷射二極體或一發光二極體。