CN102654646B - 光学引擎及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种光学引擎及投影装置。该光学引擎包括：提供照明光束的光源产生器；将照明光束分为反射的第一偏振光束及穿透的第二偏振光束的第一子平板分光器；使第二偏振光束穿透并转换成第一偏振光束的第一偏转器；反射第一偏振光束的第二子平板分光器；主平板分光器，反射第二子平板分光器反射的第一偏振光束及第一偏转器转换的第一偏振光束；以及光阀，将主平板分光器反射的该些第一偏振光束转换为影像光束，且令影像光束穿透主平板分光器。本发明由偏转器以将第二偏振光束转换成相位相同的第一偏振光束，以与第二子平板分光器反射的第一偏振光束同时投射至主平板分光器，而能合并光束以提高光能量利用率，并具有价格低、画质高及尺寸大的优点。

Description

光学引擎及投影装置

技术领域

本发明有关于一种光学装置，尤指一种能提高光能量利用率的光学引擎以及投影装置。

背景技术

按，对于需要使用大荧幕的场所，如会议室或学校，或为提高个人娱乐使用的大荧幕影像，使得投影机广泛应用于开会、教育及娱乐等方面；而随着产业技术的进步，对于投影机的画质、尺寸以及价格的要求也就越来越高。

而现有技术中的投影机内部的光学引擎主要由光源、偏极分光片、光阀以及投影镜头所组成，以由该偏极分光片将光源分光，并经由该光阀转成影像光束，而穿透该偏极分光片及投影镜头，以投射出影像。

但是，现有技术中偏极分光片为三维的偏振分光棱镜(PBS)，不但体积较大、价格昂贵，且易造成光能量利用率损失。因而有如第M343804号台湾专利「光学引擎以及投影装置」，采用二维平板的高分子膜极化分光器，以缩小体积，且价格比较便宜，并可降低光能量利用率的损失。

请参阅图1，为上述台湾专利第M343804号的投影装置示意图。如图所示，现有技术中投影装置包括：光源10、高分子偏极分光片11、光阀12、及投影镜头13。

所述光源10，用以提供光束100，而该光束100包括第一偏振方向S1的第一偏振光束100a以及第二偏振方向S2的第二偏振光束100b。

所述高分子偏极分光片11，设置于该光束100的投射路径上，并反射该光束100的第一偏振光束100a，而该第二偏振光束100b则穿透该高分子偏极分光片11。

所述光阀12，设置于被该高分子偏极分光片11反射该第一偏振光束100a的投射路径上，并将该些第一偏振光束100a转换为第二偏振方向S2的影像光束120，且该影像光束120穿透该高分子偏极分光片11。

所述投影镜头13，设置于穿透该高分子偏极分光片11后的该影像光束120的投射路径上。

但是，该二维平板的高分子偏极分光片11虽能缩小体积，并能降低价格，但该光束100的第一偏振光束100a经由反射而投射至该光阀12，而该第二偏振光束100b则穿透该高分子偏极分光片11，其中该第二偏振光束100b并未提供任何作用，因而仍有光能量利用率的损失，所以无法因应高画质、大尺寸及低价格的使用需求。

因此，鉴于上述的问题，如何提供一种光学引擎以及投影装置，能降低光能量利用率的损失，并可提供高画质、大尺寸及低价格的使用需求，实已成为目前亟欲解决的课题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光学引擎以及投影装置，以提高光能量利用率，并使其具有价格低、画质高及尺寸大的优点。

为达上述及其他目的，本发明揭露一种光学引擎，包括：光源产生器；分光器组件；以及光阀，其中，该光源产生器提供照明光束；该分光器组件用以将照明光束转换为同一偏振方向的光束，并传送该光束至该光阀以得到影像光束。

于一具体实施方式中，该分光器组件包括：第一子平板分光器，设置于该光源产生器提供的照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；第一偏转器，设置于该第二偏振光束的投射路径上，使该第二偏振光束穿透并转换成第一偏振光束；以及主平板分光器，设置于该第二子平板分光器反射的第一偏振光束及该第一偏转器转换的第一偏振光束的投射路径上，并反射该二第一偏振光束。

在上述实施方式的光学引擎中，该光阀设置于被该主平板分光器反射该第一偏振光束的投射路径上，并将该些第一偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

于另一具体实施方式中，该分光器组件包括：第一子平板分光器，设置于该照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；第二偏转器，设置于该第二子平板分光器反射的第一偏振光束的投射路径上，以供该第一偏振光束穿透并转换成第二偏振光束；以及主平板分光器，设置于穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束及该第二偏转器转换的第二偏振光束的投射路径上，并反射该二第二偏振光束。

在上述实施方式的光学引擎中，该光阀设置于被该主平板分光器反射的该些第二偏振光束的投射路径上，并将该些第二偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

于又一具体实施方式中，该分光器组件包括：第一子平板分光器，设置于该光源产生器提供的照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；第二偏转器，设置于该第二子平板分光器反射的第一偏振光束的投射路径上，以供该第一偏振光束穿透并转换成第二偏振光束；主平板分光器，设置于自该第一子分光器穿透的第二偏振光束及该第二偏转器转换的第二偏振光束的投射路径上，以供该些第二偏振光束穿透；第三偏转器，设置于穿透该主平板分光器的第二偏振光束的投射路径上，以供该些第二偏振光束穿透并转换成第三光束；以及反射器，设置于穿透该第三偏转器的第三光束的投射路径上，以将该些第三光束反射回至该第三偏转器，令该第三光束穿透该第三偏转器并转换成第一偏振光束，且使该第一偏振光束投射至该主平板分光器，以令该主平板分光器反射该第一偏振光束。

在上述实施方式的光学引擎中，该光阀设置于被该主平板分光器反射该第一偏振光束的投射路径上，并将该些第一偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

于再一具体实施方式中，该分光器组件包括：第一子平板分光器，设置于该照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；第一偏转器，设置于该第二偏振光束的投射路径上，使该第二偏振光束穿透并转换成第一偏振光束；主平板分光器，设置于该第二子分光器反射的第一偏振光束及该第一偏转器转换的第一偏振光束的投射路径上，以供该些第一偏振光束穿透；第三偏转器，设置于穿透该主平板分光器的第一偏振光束的投射路径上，以供该些第一偏振光束穿透并转换成第三光束；反射器，设置于穿透该第三偏转器的第三光束的投射路径上，以将该些第三光束反射回至该第三偏转器，令该第三光束穿透该第三偏转器并转换成第二偏振光束，且使该第二偏振光束投射至该主平板分光器，以令该主平板分光器反射该第二偏振光束。

在上述实施方式的光学引擎中，该光阀设置于被该主平板分光器反射该第二偏振光束的投射路径上，并将该些第二偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

本发明还提供一种投影装置，包括：本发明的光学引擎；以及投影镜头，设置于穿透该光学引擎的主平板分光器后的该影像光束的投射路径上。又依上述的光学引擎及投影装置，该主平板分光器为高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器。

由于该光源产生器提供的照明光束为偏极化者，是以，自该第一子平板分光器分离的该第一偏振光束具有第一偏振方向，而该第二偏振光束具有第二偏振方向；所述的第一偏振方向为P偏振，而该第二偏振方向为S偏振；或者，该第一偏振方向可为S偏振，而该第二偏振方向可为P偏振。此外，该第二偏振光束与第一偏振光束之间的相位差90°，而该第三光束与第一偏振光束之间的相位差45°。

由上可知，本发明的光学引擎及投影装置，于该光源产生器所发出的照明光束的投射路径上设置第一子平板分光器，以将该光束分成相位差90°的第一偏振光束及第二偏振光束；该第二子平板分光器则反射该第一偏振光束，使该第一偏振光束及第二偏振光束的投射路径相同，并视选择在该第二偏振光束或第一偏振光束的投射路径上搭配第一偏转器或第二偏转器以得到相同偏振方向的光束，再由主平板分光器将该相同偏振方向的光束反射至光阀以转换为影像光束；或者，该主平板分光器可供该相同偏振方向的光束穿透，并于该光束穿透的路径上设置第三偏转器及反射器，于该光束经第三偏转器及反射器处理后，再由主平板分光器反射至光阀以转换为影像光束。本发明的光学引擎及投影装置可使光源产生器所发出的照明光束皆转换为影像光束，并通过投影镜头，故有效地提高光能量利用率，且使用高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器亦具有体积较小、成本低的优点。

附图说明

图1为现有技术中第M343804号的台湾专利「光学引擎以及投影装置」的示意图。

图2为本发明的光学引擎及投影装置的第一实施例示意图。

图3为本发明的光学引擎及投影装置的第二实施例示意图。

图4为本发明的光学引擎及投影装置的第三实施例示意图。

图5为本发明的光学引擎及投影装置的第四实施例示意图。

主要元件符号说明

10      光源

100     光束

100a    第一偏振光束

100b    第二偏振光束

11      高分子偏极分光片

12      光阀

120     影像光束

13      投影镜头

2、2’  光学引擎

20      光源产生器

200     照明光束

200a    第一偏振光束

200b    第二偏振光束

200c    第三光束

21      第一子平板分光器

22      第二子平板分光器

23a     第一偏转器

23b     第二偏转器

23c     第三偏转器

24      主平板分光器

25      光阀

250     影像光束

26      投影镜头

27      反射器

S1      第一偏振方向

S2      第二偏振方向。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，所以也不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“一”及“上”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

第一实施例

请参阅图2，为本发明所揭露的本发明的光学引擎及投影装置的第一实施例示意图。如图所示，本发明的光学引擎2，包括：光源产生器20、第一子平板分光器21、第二子平板分光器22、第一偏转器23a、主平板分光器24、及光阀25。

所述光源产生器20，提供照明光束200，该光源产生器20所发出的照明光束200为偏极化光源。

所述第一子平板分光器21，设置于该照明光束200的投射路径上，并将该照明光束200分为自该第一子平板分光器21反射的第一偏振光束200a及穿透该第一子平板分光器21的第二偏振光束200b。所述的第一偏振光束200a具有第一偏振方向S1，该第二偏振光束200b具有第二偏振方向S2；其中，该第一偏振方向S1可为P偏振，而该第二偏振方向S2为S偏振；或该第一偏振方向S1可为S偏振，而该第二偏振方向S2为P偏振，故第一偏振光束200a及第二偏振光束200b的相位差为90°。

所述第二子平板分光器22，设置于该第一偏振光束200a的投射路径上，并反射该第一偏振光束200a。

所述第一偏转器23a，为半波长(λ/2)板，且设置于该第二偏振光束200b的投射路径上，使该第二偏振光束200b穿透第一偏转器23a并转换成第一偏振光束200a。在此及后文提及的「转换成或经转换的第一偏振光束200a」指与第二子平板分光器22反射的该第一偏振光束200a具有相同相位。

所述主平板分光器24，可与该第一子平板分光器21和第二子平板分光器22一样为高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器。该主平板分光器24设置于该第二子平板分光器22反射的第一偏振光束200a及该第一偏转器23a转换的第一偏振光束200a的投射路径上，并反射该二第一偏振光束200a。

所述光阀25，设置于被该主平板分光器24反射的该些第一偏振光束200a的投射路径上，并将该些第一偏振光束200a转换为影像光束250，且该影像光束250穿透该主平板分光器24。

依上所述光学引擎2，本发明还提供一种投影装置，包括：光学引擎2及投影镜头26。

所述投影镜头26，设置于穿透该主平板分光器24后的该影像光束250的投射路径上。

第二实施例

请参阅图3，为本发明所揭露的本发明的光学引擎及投影装置的第二实施例示意图。

本实施例与第一实施例大致相同，其差异主要在于本实施例将用以转换光束偏振方向的偏转器，如图所示的半波长(λ/2)板的第二偏转器23b设置于该第二子平板分光器22反射的第一偏振光束200a的投射路径上，以供该第一偏振光束200a穿透并转换成第二偏振光束200b，而穿透该第一子平板分光器21的第二偏振光束200b的投射路径上则未设有第一偏转器23a。同时，本实施例中所采用的主平板分光器24用以反射该二第二偏振光束200b，而光阀25将该些第二偏振光束200b转换为影像光束250，且该影像光束250穿透该主平板分光器24。在此及后文提及的「转换成或经转换的第二偏振光束200b」是指与穿透该第一子平板分光器21的第二偏振光束200b具有相同相位。

第三实施例

请参阅图4，为本发明所揭露的本发明的光学引擎及投影装置的第三实施例示意图。如图所示，本发明的光学引擎2’，包括：光源产生器20、第一子平板分光器21、第二子平板分光器22、第二偏转器23b、主平板分光器24、第三偏转器23c、反射器27、及光阀25。

所述光源产生器20，提供照明光束200。

所述第一子平板分光器21，设置于该照明光束200的投射路径上，并将该照明光束200分为自该第一子平板分光器21反射的第一偏振光束200a及穿透该第一子平板分光器21的第二偏振光束200b。

所述第二子平板分光器22，设置于该第一偏振光束200a的投射路径上，并反射该第一偏振光束200a。

所述第二偏转器23b设置于该第二子平板分光器22反射的第一偏振光束200a的投射路径上，以供该第一偏振光束200a穿透并转换成第二偏振光束200b。

所述主平板分光器24，设置于自该第一子分光器21穿透的第二偏振光束200b及该第二偏转器23b转换的第二偏振光束200b的投射路径上，以供该些第二偏振光束200b穿透主平板分光器24。

所述第三偏转器23c为四分之一波长(λ/4)板，并设置于穿透该主平板分光器24的第二偏振光束200b的投射路径上，以供该些第二偏振光束200b穿透并将相位偏转45°而成为第三光束200c，以令该第三光束200c与该第二偏振光束200b的相位差45°。

所述反射器27，可为反射镜且设置于穿透该第三偏转器23c的第三光束200c的投射路径上，以将该些第三光束200c反射回至该第三偏转器23c，令该第三光束200c穿透该第三偏转器23c，以将该第三光束200c的相位再偏转45°而成为第一偏振光束200a，且使该第一偏振光束200a投射至该主平板分光器24，以令该主平板分光器24反射该第一偏振光束200a。

所述光阀25，设置于被该主平板分光器24反射该第一偏振光束200a的投射路径上，并将该些第一偏振光束200a转换为影像光束250，且该影像光束250穿透该主平板分光器24。

依上所述光学引擎2’，本发明还提供一种投影装置，包括：光学引擎2’及投影镜头26。

所述投影镜头26，设置于穿透该主平板分光器24后的该影像光束250的投射路径上。

第四实施例

请参阅图5，为本发明所揭露的本发明的光学引擎及投影装置的第四实施例示意图。

本实施例与第三实施例大致相同，其差异主要在于本实施例将用以转换光束偏振方向的偏转器，如图所示的半波长(λ/2)板的第一偏转器23a设置于穿透该第一子平板分光器21的第二偏振光束200b的投射路径上，以供该第二偏振光束200b穿透并转换成第一偏振光束200a，而该第二子平板分光器22反射的第一偏振光束200a的投射路径上则未设有第二偏转器23b。同时，本实施例中所采用的主平板分光器24供第一偏振光束200a穿透，并用以反射经第三偏转器23c转换的第二偏振光束200b，而光阀25将该些第二偏振光束200b转换为影像光束250，且该影像光束250穿透该主平板分光器24。

本发明的光学引擎及投影装置，于该光源产生器所发出的照明光束的投射路径上设置第一子平板分光器，以将该光束分成相位差90°的第一偏振光束及第二偏振光束；该第二子平板分光器则反射该第一偏振光束，使该第一偏振光束及第二偏振光束的投射路径相同，并视选择在该第二偏振光束或第一偏振光束的投射路径上搭配第一偏转器或第二偏转器以得到相同偏振方向的光束。例如，以第一偏转器转换得到第一偏振光束；或以第二偏转器转换成第二偏振光束。再由主平板分光器将该相同偏振方向的光束反射至光阀以转换为影像光束；或者，该主平板分光器可供该相同偏振方向的光束穿透，并于该光束穿透的路径上设置第三偏转器及反射器，于该光束经第三偏转器转换成第三光束后，经反射器反射，再穿透第三偏转器转换成主平板分光器可反射的光束，之后经光阀转换为影像光束，并穿透该主平板分光器及投影镜头。据此，本发明的光学引擎及投影装置可使光源产生器所发出的照明光束皆转换为影像光束，并通过投影镜头，故有效地提高光能量利用率，且使用高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器亦具有体积较小、成本低的优点，更能提供高画质及大尺寸的影像。

上述实施例用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如本发明的权利要求所列。

Claims (15)

1.一种光学引擎，其特征在于，包括：

光源产生器，提供照明光束；

第一子平板分光器，设置于该照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；

第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；

第二偏转器，设置于该第二子平板分光器反射的第一偏振光束的投射路径上，以供该第一偏振光束穿透并转换成第二偏振光束；

主平板分光器，设置于自该第一子分光器穿透的第二偏振光束及该第二偏转器转换的第二偏振光束的投射路径上，以供该些第二偏振光束穿透；

第三偏转器，设置于穿透该主平板分光器的第二偏振光束的投射路径上，以供该些第二偏振光束穿透并转换成第三光束；

反射器，设置于穿透该第三偏转器的第三光束的投射路径上，以将该些第三光束反射回至该第三偏转器，令该第三光束穿透该第三偏转器并转换成第一偏振光束，且使该第一偏振光束投射至该主平板分光器，以令该主平板分光器反射该第一偏振光束；以及

光阀，设置于被该主平板分光器反射该第一偏振光束的投射路径上，并将该些第一偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

2.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第一子平板分光器、第二子平板分光器及主平板分光器各自选自为高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器。

3.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第一偏振光束的偏振方向为P偏振，而该第二偏振光束的偏振方向为S偏振。

4.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第一偏振光束的偏振方向为S偏振，而该第二偏振光束的偏振方向为P偏振。

5.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第二偏振光束与第一偏振光束之间的相位差90°。

6.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第三光束与第一偏振光束之间的相位差45°。

7.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，该第二偏转器为半波长板；该第三偏转器为四分之一波长板。

8.一种光学引擎，其特征在于，包括：

光源产生器，提供照明光束；

第一子平板分光器，设置于该照明光束的投射路径上，并将该照明光束分为自该第一子平板分光器反射的第一偏振光束及穿透该第一子平板分光器的第二偏振光束；

第二子平板分光器，设置于该第一偏振光束的投射路径上，并反射该第一偏振光束；

第一偏转器，设置于该第二偏振光束的投射路径上，使该第二偏振光束穿透并转换成第一偏振光束；

主平板分光器，设置于该第二子分光器反射的第一偏振光束及该第一偏转器转换的第一偏振光束的投射路径上，以供该些第一偏振光束穿透；

第三偏转器，设置于穿透该主平板分光器的第一偏振光束的投射路径上，以供该些第一偏振光束穿透并转换成第三光束；

反射器，设置于穿透该第三偏转器的第三光束的投射路径上，以将该些第三光束反射回至该第三偏转器，令该第三光束穿透该第三偏转器并转换成第二偏振光束，且使该第二偏振光束投射至该主平板分光器，以令该主平板分光器反射该第二偏振光束；以及

光阀，设置于被该主平板分光器反射该第二偏振光束的投射路径上，并将该些第二偏振光束转换为影像光束，且该影像光束穿透该主平板分光器。

9.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一子平板分光器、第二子平板分光器及主平板分光器各自选自为高分子膜极化分光器或石英玻璃光栅极化分光器。

10.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一偏振光束的偏振方向为P偏振，而该第二偏振光束的偏振方向为S偏振。

11.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一偏振光束的偏振方向为S偏振，而该第二偏振光束的偏振方向为P偏振。

12.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第二偏振光束与第一偏振光束之间的相位差90°。

13.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第三光束与第一偏振光束之间的相位差45°。

14.根据权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一偏转器为半波长板；该第三偏转器为四分之一波长板。

15.一种投影装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1至14项中任一项的光学引擎；以及

投影镜头，设置于穿透该光学引擎的主平板分光器后的该影像光束的投射路径上。