TWI446094B - 用於一投影裝置之光源系統及投影裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於為一種光源系統以及應用該光源系統之投影裝置,特別是尤其係關於一種應用曲面反射元件搭配偏極轉換器及半波延遲器之光源系統。
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。習知採用戴眼鏡式之立體投影技術,係架設兩台投影機,利用排成一列的兩台投影機分別模擬左右眼睛所見之影像,並分別在投影機之前方安裝偏光鏡片,並調整影像投影至左右眼鏡片之位置,藉由左右眼分別從成像位置看到的不同影像,以達到立體顯示的效果。
然而,為使兩台投影機投影出的影像能夠重疊在同一位置,必須使兩台投影機精準的對位,因此當要變換地點時,就必須重複的校正、調整投影機的對位問題,且同時使用兩台投影機不但占用了較大的空間,也需要較多的成本。
因此,如何設計出可搭配被動式眼鏡、具有較低成本、精簡的光學配置及體積微型化之立體影像投影裝置,乃為此業界亟需努力之目標。
本發明之主要目的在於提供一種光源系統及一種投影裝置,藉由光源系統提供之不同極化方向的極化光交互切換,使左右眼分別看到不同的極化影像,藉以達到投影裝置之立體顯示效果,此種作法可避免習知排列兩台投影機所占面積較大並且成本較高之問題。
本發明之另一目的在於提供一種光源系統及一種投影裝置,由於本發明的投影裝置係配戴被動式眼鏡,成本較低、使用方便,也不容易損壞,因此可降低整體成本並提升使用便利性。此外,利用極化光以達成立體顯示之方式相較於使用主動式偏光片之方式,亮度也相對較高。
本發明之再一目的在於提供一種光源系統及一種投影裝置,藉由於光源系統上應用四分之一波延遲器以達到產生右旋以及左旋兩種極化光之效果。
為達到上述目的,本發明提供一種用於一投影裝置之光源系統及一種投影裝置。投影裝置包含一光源系統以及一光調變器。光源系統包含至少一光源、一曲面反射元件、一螢光色輪、一偏極轉換器以及一半波延遲器。光源產生光線,光線於一第一時序穿透螢光色輪後,由曲面反射元件集中反射出一第一光線;光線於一第二時序經螢光色輪反射後,由曲面反射元件集中反射出一第二光線。偏極轉換器於第一時序將第一光線分成具有一第一偏極方向之一第一光束及具有一第二偏極方向之一第二光束,並於第二時序將第二光線分成具有一第一偏極方向之一第三光束及具有一第二偏極方向之一第四光束。於第一時序,第一光束及第二光束通過半波延遲器之一第一時序部後,轉換為一第一偏極光,第一偏極光具有第一偏極方向;於第二時序,第三光束及第四光束通過半波延遲器之第二時序部後,轉換為一第二偏極光,第二偏極光具有該第二偏極方向。光調變器於第一時序接收第一偏極光並轉換成一第一視角影像,並於第二時序接收第二偏極光並轉換成一第二視角影像。使用者配戴一被動式眼鏡,使兩眼分別接收到第一視角影像及第二視角影像,便可觀看到一立體影像。
光源系統之半波延遲器係形成於一玻片之一第一表面,光源系統更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及偏極轉換器之間。四分之一波延遲器亦可設置於玻片相對於該第一表面之一第二表面,與半波延遲器相對。再者,半波延遲器亦可係形成於一四分之一波延遲器之一表面。光源系統之至少一光源為一發光二極體或一雷射。光源系統更包含一均光元件,用以均勻第一光線及第二光線,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)。曲面反射元件包含至少一曲面,曲面為橢球面或拋物面。曲面具有一焦點,螢光色輪於焦點處塗佈至少一磷光物質(phosphor)。且曲面設置一分光鍍膜,僅可使一特定波段光線通過。此外,光調變器係為一數位微鏡裝置或一液晶顯示裝置。
為讓上述目的、技術特徵和優點能更明顯易懂,下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。
請同時參閱第1圖、第3A圖及第3B圖,所示分別為本發明之一實施例之投影裝置之內部結構示意圖及光路之局部結構示意圖。如圖所示,投影裝置1包含一光源系統11、一光調變器13、一投影鏡頭15、一光集中元件17及一反射鏡18,其中,光源系統11之各元件將更詳述如下。
光源系統11包含一光源組、一曲面反射元件111、一螢光色輪112、一均光元件113、一偏極轉換器114、一半波延遲器115、一玻片118及一四分之一波延遲器119。光源組包含至少一光源,用以產生一光線,於本實施例中,光源組具有一第一光源116及一第二光源117,其中第一光源116包含四個藍光雷射光源,其同時提供四道藍光雷射光線,並藉由曲面反射元件111及螢光色輪112轉換為二道紅色光線及二道綠色光線(詳參後述);第二光源117則包含二個藍光發光二極體117a、117b,其輪流提供二道藍色光線;需說明的是,第一光源116與第二光源117係輪流提供光線。由於固態發光源已廣泛地應用於投影機上,因此本發明之第一光源除採用雷射光源之外,亦可替換為一發光二極體光源。
曲面反射元件111具有一曲面(圖未標示出),且其底部頂點形成有一貫穿槽111a,且曲面反射元件111定義有一焦點。曲面反射元件111上之曲面塗佈有分光鍍膜,僅可使特定波段光線通過,並反射其他波段之光線。於本實施例中,僅有藍色光線可穿透,其他顏色光線則會由分光鍍膜反射出。且於此實施例中,曲面反射元件111之曲面係為一橢球面,而於本發明之其他實施態樣,熟知此項技術領域者亦可將曲面反射元件之曲面輕易推知為拋物面。
螢光色輪112穿設於曲面反射元件111之貫穿槽111a且曲面反射元件111之焦點係落於螢光色輪112上,螢光色輪112係於曲面反射元件111之曲面焦點處塗佈至少一種螢光粉,且塗佈螢光粉之部分適位於曲面反射元件111之焦點處,塗佈螢光粉係可利用圓形塗佈或是環形塗佈方式,藉此,第一光源116所提供之藍光雷射光線,便可藉由光集中元件17入射曲面反射元件111之焦點,並激發適位於曲面反射元件111焦點之螢光色輪112之螢光粉而產生紅色光線或綠色光線,藉此曲面反射元件111之橢球曲面便可集中地反射出激發後的紅色光線或綠色光線。
於本實施例中,紅色光線或綠色光線於一第一時序穿透螢光色輪112後,由曲面反射元件111集中反射出一第一光線10,或該光線於一第二時序經螢光色輪112反射後,由曲面反射元件111集中反射出一第二光線12。
均光元件113則是用以均勻第一光線10及第二光線12,於本實施例中,均光元件113係為一陣列透鏡(lens array),然於其他實施態樣中,熟知本項技術領域技術者亦可輕易推及均光元件之其他態樣,例如一蠅眼透鏡(fly lens)、一集光柱(integration rod)或一光導管(light tunnel)。
半波延遲器115係設置於偏極轉換器114之一側,並形成於玻片118之一第一表面,半波延遲器115具有一第一時序部及一第二時序部(分別為圖示X虛線所分之上半部115A及下半部115B),而四分之一波延遲器119則形成於玻片118之一第二表面,亦即與半波延遲器115分設於玻片118之兩相對表面。偏極轉換器114及半波延遲器115可使光源系統11之第一光線10於第一時序轉換為第一偏極光14,並將第二光線12於第二時序轉換為第二偏極光16。
須說明的是,四分之一波延遲器119會產生四分之一的相位差,因此光軸之方向與垂直光軸之方向的光波會合成產生一個振動方向會旋轉的光波,即使觀察者的視角有偏移,也不會遮蔽影像或造成影像模糊不完全。
光調變器13分別於第一時序接收第一偏極光14並轉換成一第一視角影像,於第二時序接收第二偏極光16並轉換成一第二視角影像,投影鏡頭15將第一視角影像及第二視角影像投射至一被動式眼鏡,第一視角影像及第二視角影像之其中一者將通過被動式眼鏡之左眼鏡片,另一者則通過被動式眼鏡之右眼鏡片,以使觀察者能夠觀察到立體影像。於本實施例中,光調變器13係為一數位微鏡裝置,然於其他實施態樣中,亦可採用一液晶顯示裝置。
為詳細說明光線行進的光路,請先參閱第2A圖,所示為本實施例之螢光色輪112之示意圖,如圖所示,螢光色輪112上塗佈有用於將藍光雷射光線激發產生為紅色光線之螢光粉,亦塗佈有用於將藍光雷射光線激發產生為綠色光線之螢光粉。事實上,螢光色輪112分成左右兩部分(亦可理解為正反面),以於不同時序提供紅色光線及綠色光線。與本實施例中,可使光線穿透之左半部係均分塗佈用於產生紅色光線之螢光粉(即第2A圖之螢光色輪112左半部之2r)及用於產生綠色光線之螢光粉(即第2A圖之螢光色輪112左半部之2g);同樣地,可使光線反射之右半部亦均分塗佈用於產生紅色光線之螢光粉(即第2A圖之螢光色輪112右半部之2r’)及用於產生綠色光線之螢光粉(即第2A圖之螢光色輪112右半部之2g’)。據此概念,熟知此項技術領域者亦可推及其他之螢光粉塗佈態樣,例如第2B圖所示,左右半部係分別為穿透及反射,且塗佈用於產生紅色光線、綠色光線及黃色光線之螢光粉(即第2B圖之螢光色輪112’之2r、2g及2y與2r’、2g’及2y’),左右半部並分別設有部分為藍光穿透及藍光反射之區域(即第2B圖之螢光色輪112’之2b與2b’);而為使後續產生之影像色彩符合所需,各區塊之比例並不相同。
關於光源系統11中之光線轉換,謹更詳述如下。請繼續參閱第1圖,於本發明之實施例中,首先,藍光雷射光線由第一光源116後端的光集中元件17集中射入曲面反射元件111之焦點。在第一時序,第一光源116所提供之藍光雷射光線係投射至螢光色輪112之穿透左半部,在不同時間點激發產生紅色光線及綠色光線後,再由曲面反射元件111之曲面集中為第一光線10;而在第二時序,第一光源116所提供之藍光雷射光線係投射至螢光色輪112之反射右半部,在不同時間點激發產生紅色光線及綠色光線後,反射至曲面反射元件111之曲面並集中為第二光線12。
第一時序之第一光線10經由反射鏡18反射後,進入均光元件113;於第二時序時,第二光線12亦經反射鏡18反射進入均光元件113。於本實施例中,由於利用曲面反射元件111而造成兩光線之光路不同,第一光線10於反射鏡18反射後將由光源系統11中後續光學元件之上半部處理,第二光線12於反射鏡18反射後則由光源系統11中後續光學元件之下半部處理,前述之後續光學元件至少包含均光元件113、一偏極轉換器114、一半波延遲器115、一玻片118及一四分之一波延遲器119。
由於第一光源116與第二光源117係同時提供光線,當第一光源116於第一時序提供經螢光色輪112激發之第一光線10(依序為紅色光線及綠色光線),並由曲面反射元件111集中反射出後,第二光源117之藍光發光二極體117a亦於第一時序接著提供一藍色光線,並與第一光線10循相同光路行進。另一方面,當第一光源116於第二時序提供經螢光色輪112激發之第二光線12(依序為紅色光線及綠色光線),由曲面反射元件111集中反射出後,第二光源117之藍光發光二極體117b亦於第二時序接著提供一藍色光線,並與第二光線12循相同光路行進。換言之,螢光色輪112配合第一光源116與藍光發光二極體117a,於第一時序依序提供紅色光線、綠色光線及藍色光線;螢光色輪112配合第一光源116與藍光發光二極體117b,於第二時序依序提供紅色光線、綠色光線及藍色光線。然熟知本發明所屬技術領域者應可輕易推知,本發明提供各色光線之順序並不限於上述例示。
接著說明不同時序之光線行進,請參閱第3A圖及第3B圖,所示分別為前述實施例之偏極轉換器114、半波延遲器115、玻片118及四分之一波延遲器119分別於第一時序及第二時序之光路示意圖。
詳言之,如第3A圖所示,第一時序時,第一光線10(於不同時間點為紅色、綠色或藍色光線)經由偏極轉換器114上半部,而分成具有第一偏極方向之第一光束14s及具有第二偏極方向之第二光束14p,具有第一偏極方向之第一光束14s係由偏極轉換器114中之偏極鍍膜反射而成,而具有第二偏極方向之第二光束14p則穿透偏極轉換器114中之偏極鍍膜。接著,僅有具有第二偏極方向之第二光束14p通過半波延遲器115上半之第一時序部,隨後轉換為同樣具有第一偏極方向之光束,故通過玻片118之第一偏極光14均具有第一偏極方向,而於此實施例係為S偏極光。
又如第3B圖所示,於第二時序,第二光線12(於不同時間點為紅色、綠色或藍色光線)經由偏極轉換器114下半部,而分成具有一第一偏極方向之第三光束16s及具有一第二偏極方向之第四光束16p,具有第一偏極方向之第三光束16s係由偏極轉換器114中之偏極鍍膜反射而成,而具有第二偏極方向之第四光束16p則穿透偏極轉換器114中之偏極鍍膜。接著,僅有具有第一偏極方向之第三光束16s通過半波延遲器115下半之第二時序部,隨後轉換為同樣具有第二偏極方向之光束,故通過玻片118之第二偏極光16均具有第二偏極方向,而於此實施例係為P偏極光。
需注意的是,為使具有不同偏極方向之光束統一成相同偏極方向,設置於偏極轉換器114後方之半波延遲器115尺寸,須與偏極轉換器114中之偏極鍍膜角度配合。
此外,偏極轉換器114與半波延遲器115使光線分解為兩個不同振動方向的偏極光,分別是沿光軸(optic axis)之方向振動或垂直光軸之方向振動。當觀察者頭有偏向時,即被動式眼鏡與偏極光方向對位不完全時,極有可能會發生左右眼鏡片同時穿透第一視角影像及第二視角影像,導致影像模糊不清。
為避免上述的情況發生,本實施例於半波延遲器115之後端設置了四分之一波延遲器119,結合半波延遲器115與四分之一波延遲器119兩者,便成為一圓偏光鏡或一橢圓偏光鏡。一般來說,半波延遲器115與四分之一波延遲器119之組成的圓偏光鏡或橢圓偏光鏡更可分為左旋或右旋之不同性質的偏極光,而本發明並不加以限制。
請參閱第4A圖及第4B圖,所示為本發明之偏極轉換器、半波延遲器、玻片及四分之一波延遲器之不同組成態樣示意圖。如第4A圖所示,半波延遲器43、玻片45及四分之一波延遲器47均位於偏極轉換器41之一側,半波延遲器43形成於玻片45的一第一表面,玻片45的另一表面(第二表面)則形成一四分之一波延遲器47,且與半波延遲器43相對;或如第4B圖所示者,半波延遲器43、玻片45及四分之一波延遲器47均位於偏極轉換器41之一側,半波延遲器43直接形成於四分之一波延遲器47之上,四分之一波延遲器47之另一側則貼附於玻片45上。
綜上所述,本發明所揭露之一種光源系統及一種應用該光源系統之投影裝置,主要目的在於將光源系統分別於不同時序提供之極化的左旋極化光或右旋極化光交互切換,便可使左右眼分別看到不同的極化影像以達到立體顯示之效果,此種作法可避免習知排列兩台投影機所占面積較大並且成本較高之問題。另一目的,則在於本發明所提供之光源系統及投影裝置係搭配成本較低的眼鏡,不易損壞,因此可降低成本,且利用極化光以達成立體顯示之方式相較於使用主動式偏光片之方式,亮度也相對較高,且由於成本較低的原因,因此適合用於大型的觀賞場所。
上述之實施例僅用來例舉本創作之實施態樣,以及闡釋本創作之技術特徵,並非用來限制本創作之保護範疇。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創作所主張之範圍,本創作之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
1...投影裝置
10...第一光線
11...光源系統
111...曲面反射元件
111a...貫穿槽
112、112’...螢光色輪
113...均光元件
114...偏極轉換器
115...半波延遲器
116...第一光源
117...第二光源
117a、117b...藍光發光二極體
118...玻片
119...四分之一波延遲器
12...第二光線
13...光調變器
14...第一偏極光
14s...第一光束
14p...第二光束
15...投影鏡頭
16...第二偏極光
16s...第三光束
16p...第四光束
17...光集中元件
18...反射鏡
41...偏極轉換器
43...半波延遲器
45...玻片
47...四分之一波延遲器
第1圖係本發明一實施例之投影裝置之內部結構示意圖;
第2A圖係本發明實施例之螢光色輪之一示意圖;
第2B圖係本發明之螢光色輪之另一實施態樣示意圖;
第3A圖係本發明實施例於第一時序之局部光路示意圖;
第3B圖係本發明實施例於第二時序之局部光路示意圖;
第4A圖係本發明之投影裝置之光源系統中部分元件之組成態樣之一示意圖;以及
第4B圖係本發明之投影裝置之光源系統中部分元件之另一組成態樣之示意圖。
1...投影裝置
10...第一光線
11...光源系統
111...曲面反射元件
111a...貫穿槽
112...螢光色輪
113...均光元件
116...第一光源
117...第二光源
117a、117b...藍光發光二極體
12...第二光線
13...光調變器
14...第一偏極光
15...投影鏡頭
16...第二偏極光
17...光集中元件
18...反射鏡
Claims (12)
- 一種用於一投影裝置之光源系統,包含:至少一固態光源,產生一光線;一曲面反射元件,具有一貫穿槽;一螢光色輪,穿設於該貫穿槽中,該光線於一第一時序穿透該螢光色輪後,由該曲面反射元件集中反射出一第一光線,該光線於一第二時序經該螢光色輪反射後,由該曲面反射元件集中反射出一第二光線;一偏極轉換器,於該第一時序將該第一光線分成具有一第一偏極方向之一第一光束及具有一第二偏極方向之一第二光束,並於該第二時序將該第二光線分成具有該第一偏極方向之一第三光束及具有該第二偏極方向之一第四光束;以及一半波延遲器,具有一第一時序部及一第二時序部,並設置於該偏極轉換器之一側;其中,於該第一時序,該第一光束及該第二光束通過該半波延遲器之該第一時序部後,轉換為一第一偏極光,該第一偏極光具有該第一偏極方向,於該第二時序,該第三光束及該第四光束通過該半波延遲器之該第二時序部後,轉換為一第二偏極光,該第二偏極光具有該第二偏極方向。
- 如請求項1所述之光源系統,其中該半波延遲器係形成於一玻片之一第一表面。
- 如請求項1所述之光源系統,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轉換器之間。
- 如請求項2所述之光源系統,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,與該半波延遲器相對。
- 如請求項1所述之光源系統,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。
- 如請求項1所述之光源系統,其中該至少一固態光源為一發光二極體或一雷射。
- 如請求項1所述之光源系統,其中更包含一均光元件,用以均勻該第一光線及該第二光線,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)。
- 如請求項1所述之光源系統,其中該曲面反射元件包含至少一曲面,該曲面為橢球面或拋物面。
- 如請求項8所述之光源系統,其中該曲面具有一焦點,該螢光色輪於該焦點處塗佈至少一磷光物質(phosphor)。
- 如請求項8所述之光源系統,其中該曲面設置一分光鍍膜,僅可使一特定波段光線通過。
- 一種投影裝置,包含:一如請求項1所述之光源系統,於該第一時序提供該第一偏極光及於該第二時序提供該第二偏極光;以及一光調變器,於該第一時序接收該第一偏極光並轉換成一第一視角影像,於該第二時序接收該第二偏極光並轉換成一第二視角影像。
- 如請求項11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。
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