极化转换元件组及包含该极化转换元件组的投影装置

技术领域

本发明有关于一种极化转换元件组以及包含该极化转换元件组的投影装 置。具体而言，本发明关于一种可提升光学效率，且具低成本的极化转换元 件组及投影装置。

背景技术

固态光源如发光二极管(Light emitting diode，LED)或激光二极管(Laser  diode，LD)虽然具有使用寿命长、体积小以及不含汞等优点，然而当应用 为投影装置的发光光源时，固态光源所提供的亮度与传统高压汞灯相比，两 者间仍存在有相当大差距。也因此，固态光源的利用虽然已经愈趋普遍，但 在投影领域中仍还未可全面取代掉传统的高压汞灯。

此外，由于一般具有高压汞灯的装置会产生具有紫外线波长的光线而损 害观察者的视力，因此尚需增加成本于投影系统中额外设置一紫外线滤镜， 以过滤对人眼有害的紫外线。基于此，目前投影系统中的光源多已由发光二 极管或激光二极管来取代高压汞灯灯泡，更能使得投影系统更趋近小型化。

另一方面，搭配使用数字光处理(Digital Light Processing，DLP)技术的 投影系统，因其具备高亮度、色彩逼真、反应速度快以及轻量化等优势，已 成为近年投影设备市场的主流。今日，DLP投影系统的具体应用也已逐渐运 用至立体显示投影领域。一般来说，传统DLP投影系统为了在单一台投影机 进行立体影像的分光处理，常利用另一旋转滤光转轮与色轮同步转动以交互 提供不同波长区域的分光影像给左、右眼，以达到左眼接收左影像，右眼接 收右影像，而产生立体影像。然而，无论是转动速率及转动角度，传统立体 成像技术的旋转滤光转轮难以与色轮达到最佳的旋转一致性，此为一较难解 决的问题。

更进一步来说，传统使用DLP技术的立体显示投影系统大多需搭配价格 较为昂贵的主动式眼镜一并使用，故造成传统使用DLP技术的立体显示投影 系统的整体成本不易降低。况且，目前主动式眼镜所使用的左右快门切换技 术于操作时会存在降低左眼及右眼视角影像亮度的缺点。

再者，于传统立体显示技术中(例如包含使用S偏振方向或是P偏振方 向的偏振光)，配戴眼镜的使用者容易因头部倾斜(例如使用者的眼镜的镜 片角度和光学系统架构预设方向不一致时)导致左右眼影像遮蔽的不完整而 同时看到两个影像，此即为立体显示技术另一长期存在的影像串扰 (cross-talk)问题。

有鉴于此，如何解决前述问题及缺点，并设计出可搭配被动式眼镜、具 有较低成本、精简的光学配置、体积微型化及提升光学效率(例如亮度)的 立体投影系统，乃为此业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种可提升光学效率，且具低成本的极化转换 元件组及投影装置。

为达前述目的，本发明提供一种用于一投影装置的极化转换元件组。极 化转换元件包含一偏振分光元件、一1/2波板及一1/4波板。偏振分光元件 可将一第一光线分成具有一第一偏振方向的一第一光束与具有一第二偏振方 向的一第二光束。1/2波板，设置于该偏振分光元件的一侧，用以接收该第一 光束及该第二光束，并使该第二光束经过该1/2波板后转换成具有该第一偏 振方向的该第二光束，具有该第一偏振方向的该第二光束与该第一光束合成 为具有该第一偏振方向的一第一偏振光。1/4波板，设置于该1/2波板之后， 用以接收该第一偏振光，并将其转换成一第一圆偏振光。

为达前述目的，本发明提供一种投影装置。投影装置包含一光源模块， 用以于一第一时序时提供一第一光线及于一第二时序时提供一第二光线，一 均光元件，用以均匀该第一光线及该第二光线，如前所述的极化转换元件组， 用以接收均匀后的该第一光线及该第二光线，并将该第一光线及该第二光线 分别转换成该第一圆偏振光及该第二圆偏振光，以及一光调变器，用以接收 该第一圆偏振光及该第二圆偏振光，并于该第一时序时将该第一圆偏振光转 换成一第一视角影像，且于该第二时序时将该第二圆偏振光转换成一第二视 角影像。

为让上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配 合所附图式进行详细说明。

附图说明

图1A为本发明第一实施例的极化转换元件组于第一时序时的示意图；

图1B为本发明第一实施例的极化转换元件组于第二时序时的示意图；

图2为本发明第二实施例的极化转换元件组的示意图；及

图3为本发明较佳实施例投影装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、2、33极化转换元件组

11偏振分光元件

121/2波板

131/4波板

16玻片

16a第一表面

16b第二表面

14第一光线

14a第一光束

14b第二光束

14R第一红色光线

14G第一绿色光线

14B第一蓝色光线

15第二光线

15a第三光束

15b第四光束

15R第二红色光线

15G第二绿色光线

15B第二蓝色光线

30投影装置

31光源模块

311第一发射单元

311G第一绿光发射器

311B第一蓝光发射器

311R第一红光发射器

312第二发射单元

312G第二绿光发射器

312B第二蓝光发射器

312R第二红光发射器

32均光元件

33极化转换元件组

34光调变器

34a数字微镜装置

34b三角棱镜组

35第一合光镜组

36第二合光镜组

37反射镜组

37a第一反射镜

37b第二反射镜

38镜头组

39第一集光元件

40第二集光元件

41第三集光元件

42第四集光元件

Din1第一入射方向

Din2第二入射方向

Din3第三入射方向

具体实施方式

以下将通过实施方式来解释本发明内容，本发明关于一种极化转换元件 组以及包含此极化转换元件组的投影装置。需说明者，本发明的实施例并非 用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能 实施。此外，该等图式或以略微简化或稍夸大比例的方式绘制，其为了有助 于理解本发明，所显示的元件并非实施时的数目、形状及尺寸比例，非用以 限定本发明，于此合先叙明。

请先参阅图1A及图1B，图1A为本发明第一实施例的极化转换元件组 于第一时序时的示意图。图1B为本发明第一实施例的极化转换元件组于第 二时序时的示意图。极化转换元件组1包含一偏振分光元件11、一1/2波板 12、一1/4波板13及一玻片16。

1/2波板12贴附于玻片16的一第一表面16a并设置于偏振分光元件11 的一侧，而1/4波板13则设置于玻片16相对于第一表面16a的一第二表面 16b并与1/2波板12相对。即是，1/2波板12设置于1/4波板13及偏振分光 元件11之间。极化转换元件组1可接收光源模块31(例如图3所示)于一 第一时序时所提供一第一光线14及于一第二时序时所提供一第二光线15。 又，光源模块31采用激光光源作为发光源，也因此第一光线14及第二光线 15皆属为激光光线。

如图1A所示，于第一时序时，偏振分光元件11首先将一第一光线14 分成具有一第一偏振方向(亦即S偏振方向)的一第一光束14a与具有一第 二偏振方向(亦即P偏振方向)的一第二光束14b。

接着，1/2波板12用以接收第一光束14a及第二光束14b，第二光束14b 经过1/2波板12后转换成具有第一偏振方向的第二光束14b。其中，具有第 一偏振方向的第二光束14b与第一光束14a合成为具有第一偏振方向的一第 一偏振光，此第一偏振光依序通过玻片16的第一表面16a及第二表面16b 而由第二表面16b射出。

随后，1/4波板13用以接收第一偏振光，并将其转换成一第一圆偏振光 (即右旋圆偏振光)。

如图1B所示，于第二时序时，偏振分光元件11再将一第二光线15分 成具有一第二偏振方向的一第三光束15a与具有一第一偏振方向的一第四光 束15b。

紧接着，1/2波板12用以接收第三光束15a及第四光束15b，第四光束 15b经过1/2波板12后转换成具有第二偏振方向的第四光束15b。其中，具 有第二偏振方向的第四光束15b与第三光束15a合成为具有第二偏振方向的 一第二偏振光，此第二偏振光依序通过玻片16的第一表面16a与第二表面 16b而由第二表面16b射出。

随后，1/4波板13用以接收第二偏振光，并将其转换成一第二圆偏振光 (亦即左旋圆偏振光)。

简言之，如图1A及图1B所示，当第一光线14进入极化转换元件组1 后，将在第一时序时，转换成第一圆偏振光；当第二光线15进入极化转换元 件组1后，将在第二时序时，转换成第二圆偏振光。也因此，于此第一实施 例中，极化转换元件组1的优点在于1/2波板12可对第一光线14及第二光 线15所分离出的第一光束14a、第二光束14b、第三光束15a及第四光束15b 进行充份转换及利用，由此使耗损牺牲的亮度最小化(即提升光学效率)。 值得一提，本实施例通过1/4波板13所形成的第一及第二圆偏振光，得以有 效地解决传统立体显示技术存在的影像串扰(cross-talk)问题及鬼影情形。

此外，相较于先前技术所采取偏振分光成像的方式，即是传统立体投影 显示系统影会于各自时序中仅截取特定偏振方向(例如是S偏振方向或是P 偏振方向)的光束，使得另一不被截取的偏振方向光束浪费而牺牲了约50％ 的整体亮度。然而，本发明第一实施例的极化转换元件组已确实解决前述缺 陷中的亮度牺牲的问题。

请再参考图2，其为本发明第二实施例的极化转换元件组的示意图。与 前述第一实施例相异处在于，第二实施例的1/2波板12直接贴附于1/4波板 13之上，此实施例通过省略玻片16来简化极化转换元件组2的结构，其余 各元件间的相对关系以及操作方式已于第一实施例中叙述，此处将不再赘述。

请继续参考图3，图3为本发明较佳实施例投影装置的示意图。投影装 置30包含一光源模块31、一均光元件32、一极化转换元件组33、一光调变 器34、一第一合光镜组35、一第二合光镜组36、一反射镜组37、一镜头组 38、第一集光元件39、第二集光元件40、第三集光元件41以及四集光元件 42。

于本实施例中，光源模块31包含一第一发射单元311及与第一发射单元 311对称设置的一第二发射单元312，其中该第一发射单元311具有一第一绿 光发射器311G、一第一蓝光发射器311B及一第一红光发射器311R，用以 于第一时序发射该第一光线14(例如是第一红色光线14R、第一绿色光线14G 或第一蓝色光线14B)，第二发射单元312具有一第二绿光发射器312G、一 第二蓝光发射器312B及一第二红光发射器312R，用以于第二时序发射第二 光线15(例如是第二红色光线15R、第二绿色光线15G或第二蓝色光线15B)。 上述各发射器的光源可选用一发光二极管(light emitting diode，LED)或一激 光二极管(laser diode，LD)，以提供一激光。

更进一步来说，前文所述于不同时序时分别发射第一光线14及第二光线 15的具体模式可举例为，当第一绿光发射器311G及第二绿光发射器312G 分别于第一时序及第二时序时，可依序发射出第一绿色光线14G及第二绿色 光线15G；当第一红光发射器311R及第二绿光发射器312R分别于第三时序 (可视为另一周期第一时序)及第四时序(可视为另一周期第二时序)时， 可依序发射出第一红色光线14G及第二红色光线15G；当第一蓝光发射器 311R及第二蓝光发射器312R分别于第五时序(可视为再一周期第一时序) 及第六时序(可视为再一周期第二时序)时，可依序发射出第一蓝色光线14B 及第二蓝色光线15B。也因此，第一光线14及第二光线15的颜色可以通过 不同时序而快速地转换。

需特别说明的是，上述第一时序及第二时序也可选择先依序发射出第一 蓝色光线14B及第二蓝色光线15B，或是先依序发射出第一红色光线14G及 第二红色光线15G，即色光的顺序可以调整及变换。也因此，本实施例投影 装置于前述操作模式下，可于任相邻两时序(例如第一及第二时序、第三及 第四时序及第五及第六时序)完成一种色光的发射。

第一合光镜组35，相邻于第一发射单元311，用以使第一发射单元311 所发射的第一光线14(例如是第一红色光线14R、第一绿色光线14G或第一 蓝色光线14B)经由第一合光镜组35后朝一第一入射方向Din1行进而穿过 第二集光元件40。类似地，第二合光镜组36，相邻于第二发射单元312，用 以使第二发射单元311所发射的第二光线15(例如是第二红色光线15R、第 二绿色光线15G或第二蓝色光线15B)经由第二合光镜组36后朝一第二入 射方向Din2行进而穿过第三集光元件41。于本实施例中，第一合光镜组35 及第二合光镜组36皆选用十字分光镜片组(X-Plate)，但不以此为限。

反射镜组37具有一第一反射镜37a及与第一反射镜37a相邻设置的一第 二反射镜37b，第一反射镜37a与第二反射镜37b的夹角为九十度。于此实 施例中，反射镜组37，设置于第一合光镜组35及第二合光镜组36之间，用 来反射沿第一入射方向Din1行进的第一光线14及沿第二入射方向Din2行进 的第二光线15，以使经反射后的第一光线14及第二光线15沿着一第三入射 方向Din3依序投射至均光元件32、极化转换元件组33、第四集光元件42 及第一集光元件39。值得一提，第一入射方向Din1、第二入射方向Din2及 第三入射方向Din3相对于第一反射镜37a或第二反射镜37b分别呈四十五 度。

均光元件32可为一阵列透镜(lens array)或一蝇眼透镜(fly lens)，用 以均匀第一光线14及第二光线15。

为了更清楚说明前述沿着第三入射方向Din3投射至极化转换元件组33 的第一光线14及第二光线15的行进光路，请一并参酌图1A、图1B及图3。

具体来说，于第一时序时，极化转换元件组33用以接收均匀后的第一光 线14，并将第一光线14转换成第一圆偏振光。随后，光调变器34用以接收 第一圆偏振光，并于第一时序时将第一圆偏振光依序经由第四集光元件42、 第一集光元件39、光调变器34及镜头组38而投射出，并转换成第一视角影 像。

于第二时序时，极化转换元件组33用以接收均匀后的第二光线15，并 将第二光线15转换成第二圆偏振光。随后，光调变器34再用以接收第二圆 偏振光，并于第二时序时将第二圆偏振光依序经由第四集光元件42、第一集 光元件39、光调变器34及镜头组38而投射出，并转换成一第二视角影像。 于此较佳实施例中，光调变器34可包含一数字微镜装置34a或一液晶显示装 置，更可搭配使用一三角棱镜组34b，但不以此为限。

综上所述，本发明投影装置的光源模块将第一光线(例如是第一红色光 线14R、第一绿色光线14G或第一蓝色光线14B)及第二光线(例如是第二 红色光线15R、第二绿色光线15G或第二蓝色光线15B)交错地依时序打入 极化转换元件组，通过该极化转换元件组将该等光线依序转成第一红色圆偏 振光、第二红色圆偏振光、第一绿色圆偏振光、第二绿色圆偏振光、第一蓝 色圆偏振光以及第二蓝色圆偏振光，该等第一圆偏振光皆可经由光调变器与 镜头组转换为第一视角影像(即左眼影像)且该等第二圆偏振光皆可经由光 调变器与镜头组转换为第二视角影像(即右眼影像)，以使人眼配戴简易且 低价格的被动式眼镜即可观察到具有完整色彩信息(光的三原色)的立体影 像。此外，本发明有效地通过极化转换元件组简化光学模块的复杂度、降低 投影装置成本、促使投影装置微型化及提升光学效率(亦即降低光学耗损或 牺牲)。又，本发明投影装置可确实消除传统立体显示技术存在的影像串扰 (cross-talk)问题。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特 征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变 或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权 利要求书范围为准。