TW459145B - Illumination system and projector - Google Patents

Description

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發明背景 發明領域 本發明係關於一種照明系統，其將一光源劃分成複數 光束，轉換光束成大體於單一方向偏辑的—種形式之偏振 光三接著於相同照明區域上疊加這等光束。本發明亦有關 於藉由使用此照明系統可以使顯示影像具有均一 種投射式顯示裝置。 習知技術說明 於投射式顯示裝置中，光投射至根據影像資料調節的 光電元件（electro-optical devices)又稱為光閥（nght valves)，接著調節後的光投射於螢幕上，因此顯示影 像。液晶面板（liquid crystal panels)(液晶光閥 (liquid crystal light valves))係經常使用的光電元 件。影像藉由一投射式顯示系統均勻且鮮明化的顯示係令 人滿意的，以及藉由使用於裝置中的照明系統具有高使用 效率的光發射。照慣例，使用積分光學系統（integrat〇r optical system)以確保液晶光閥區域之均勻照明。並 且’在使用液晶光閥之投影式顯示裝置中只採用單一形式 之線性偏振光調卽’為了提高光使用效率’使用一偏振轉 換糸統（polarization conversion system)自光源處轉換 未偏振光（unpolarized light)成為單一形式之線性偏振 光。 第2 4圖顯示一習知照明系統之概要圖。此照明系統包 括一光源4120、一第一陣列透鏡（lens array)4130、一第

459145 __案號 89102809 五、發明說明（2)

修正 二陣列透鏡4140、一偏振轉換系統41 50以及一疊加透鏡 (superposition 1 ens )41 60。兩組陣列透鏡4j 3 〇 與41 40 以 及疊加透鏡41 6 0構成積分光學系統。 第一陣列透鏡41 3 0具有複數個小透鏡41 3 2。第二陣列 透鏡414 0具有複數個小透鏡41 4 2，其對應於第一陣列透鏡 4 1 3 0之複數個小透鏡4'1 3 2。 偏振轉換系統4 1 5 0具有複數對偏振分光薄膜 (polarization splitting f i 1 m) 4 1 5 2 與反射薄膜 (reflecting film)4154以平行於χ輛配置。自z轴觀看， 偏振分光薄膜4152與反射薄膜4154於X軸方向具有一固定 的傾斜且逆時針方向傾斜。每一偏振分光薄膜4 1 52之出光 面具有一 λ/2 延遲薄膜（retardation film)4156。 經由光源4120發出大體平行的光藉由複數個小透鏡 41 3 2劃分成複數個局部光束。小透鏡4丨3 2與41 4 2之聚光作 用，於偏振轉換系統4150之偏振分光薄膜4152附近區域收 斂每一個局部光束。差不多所有的一種線性偏振光分量穿 透偏振分光薄膜41 52 ’例如p偏振光；然而差不多所有另 —種線性偏振分光分量反射’例如s偏振光。藉由偏振分 光薄祺4152反射的線性偏振光分量經由反射薄膜41 54反射 至疊加透鏡41Q0上。藉由偏振分光薄膜4152穿透的線性偏 振光分量入射於λ/2延遲薄膜4156，轉換成與其它線性偏 振光分量具有相同偏振方向的線性偏振光，接著入射於疊 加透鏡4160。因此，入射於疊加透鏡416〇上的許多局部光 束轉換成大體單一形式線性偏振光接著大體疊加於照明區

4-591 4· 5 五、發明說明（3) 域（illumination regior〇4180。這使得照明區域4180 藉 由大體單一形式之線性偏振光大體均勻地照明。 於上述習知照明系統中，藉由第一陣列透鏡41 3 0形成 的局部光束收斂於偏振分光薄膜4152之附近區域，並且， 入射於偏振分光薄膜41 5 2的局部光束空間地分隔。反射薄 膜4154設置於沒有局部光束處；接著反射藉由偏振分光薄 膜4 1 52反射的線性偏振光。以此方式，經由光源發出的未 偏振光藉由偏振分光薄膜4152與反射薄膜4154劃分成兩種 形式的線性偏振光。 假若光源41 2 0發出一絕對地平行光束，局部光束將於 偏振分光薄膜41 5 2之附近區域收傲至大致一點。然而，假 若實際上來自光源41 2 0的光束非絕對地平行，影像將形成 某種程度的分離。設定偏振分光薄膜4152與反射薄膜4154 沿著X軸之寬度，以便利用大多數形成影像的所有的光有 效率地入射偏振分光薄膜41 52上。 使用技射式顯示裝置獲得一更亮的影像之有效率的方 法係增加光源燈之輸出。使用的光源燈包括複金屬齒素燈 與汞燈。增加光輸出最好使用 常’經由一長電弧燈發光的光 更缺乏平行性。這意味即使假 娘燈經由一長電弧燈取代，減 光照射於偏振分光薄膜41 5 2上 此’問題是即使當光源輸出增 明於照明區域的光輸出。 具有長電弧的燈。然而通 束較一短電弧燈發光的光束 若使用於照明系統的一短電 少光束的平行將造成更少的 ’減少偏振分光效率。因 加’並未有效的增加更多照

第6頁 459145 五、發明說明（4) 發明概要 f發明之-目的係提供一技術’於包括一積分光學系 統與偏振轉換系統的一照明系統中，使用一具有較習知的 '燈更高輸出的光源燈，冑供照明系統之使用效率只許增加 :可減少的光束出。本發明之另一目的係提供投射式顯示 裝置獲得更亮、更均勻的投射影像^ ，至少部分上述及其它相關目的係藉由一照明系統照射 光學元件之光入射面做為照明區域獲得。此系統包括·— 光源，發出未偏振光；一縮小光學轉像系統（reducti〇n optical relay System)，改變藉由光源發出的光束大 小；一疊加光學系統（superposition 〇ptical systefl〇 ’ 經由已知的入射光束產生照明區域之照明；以及一光焦度 變化光學轉像系統（power variation optical relay system) ’提供於挑選的位置沿著光路徑，自光焦度變化 光學轉像系統之入射面至疊加光學系統之出光面，轉換未 偏振光之入射光束成為偏振方向之一種形式的線性的偏振 分量光束，接著發出轉換的光束。光束進入偏振轉換系統 之大小藉由光焦度變化光學轉像系統於既定方向縮小。 於本發明之照明系統中，進入偏振轉換系統的光束大 小可以藉由光焦度變化光學轉像系統於既定方向縮小，因 此改善進入偏振轉換系統的光之入射效率。因此，照明區 域可以明亮且均勻地藉由偏振方向大體均勻的一種形式之 線性偏振光照明。一般地，之前光源燈之輸出與電弧長度 之間有一成比例的關係，並且當電弧長度增加時藉由光源

459145 五、發明說明（5) 燈發射之光束的平行度惡化，當使用較習知的燈更高輸出 的燈，包括於相同方向偏振不減少照明系統之使用效率的 光可以增加照明光之亮度。在此，關於光束，既定的方向 指的係垂直於光束行進方向的一個或二個方向。因此當光 焦度變化光學轉像糸統使用於每個方向具有均勻焦度的光 學聚焦元件構成’例如一球透鏡’光束部分的大小於每個 方向相同地減少。當光焦度變化光學轉像系統使用於僅有 一個方向具有焦度的光學聚焦元件構成，例如一柱狀透 鏡，光束部分的大小僅於一個方向相同地減少。 根據光學照明之一個較佳結構，光焦度變化光學轉像 系統包括：一第一陣列透鏡，具有複數第一小透鏡；一轉 像陣列透鏡（relay lens array)，具有複數轉像透鏡，配 置於第一陣列透鏡之光射出侧；以及一第二陣列透鏡，具 有複數第二小透鏡，配置於轉像陣列透鏡之光射出側。第 一陣列透鏡與第二陣列透鏡配置於轉像陣列透鏡之共輛 點。偏振轉換系統包括：一偏振光束分光陣列 (polarization beam splitter array),沿著既定方向於 傾斜狀態，具有複數對互相平行的偏振分光薄膜及反射薄 臈，並且未偏振光之入射光束分隔成為複數局部光束，每 光束具有兩種線性偏振光形式；以及一偏振轉換裝置.， 兩種線性偏振光之第一種線性偏振光之偏振方向轉換成第 二種線性偏振光之偏振方向。進入偏振轉換裝置之光束藉 由光焦度變化光學轉像系統分隔成複數局部光束，且每一 複數局部光束之大小於既定方向藉由光焦度變化光學轉像

第8頁 4591^5 五、發明說明（6) 系統縮小。 於此排列中’光焦度變化光學轉像系統係藉由—透鏡 陣列構成’因此使偏振轉換系統入射光效率能夠改善。假 若重點放在改善偏振光束分光陣列（1)〇131^2£11;]1〇111^^ splitter array)入射光效率，可以使用於一個方向彎曲 的光聚焦元件的一光焦度變化光學轉換系統，例如上述的 柱狀透鏡。 於此配置結構中’疊加光學系統最好包括：一第三陣 列透鏡，複數局部光束進入疊加光學系統照射具有複數第 三小透鏡；一第四陣列透鏡，具有複數第四小透鏡對應於 複數第三小透鏡；以及一疊加透鏡，將通過第三陣列透鏡 與第四陣列透鏡的複數局部光束疊加至照明區域。 使用如上述裝配的一疊加光學系統實際上提供所有來 自偏振轉換系統的光指引至照明區域，因此改進照明系統 的光使用效率，且使得照明區域更均勻的受照。 疊加光學系統可包括：一第三陣列透鏡，具有複數小 透鏡，於照明區域大體上疊加複數局部光束；以及一第四 陣列透鏡’對應於複數第三小透鏡具有複數第四小透鏡。 於此實例中，與包括第三與第四陣列透鏡以及疊加透 鏡的疊加光學系統比較，照明光束入射照明區域的入射角 度可以便得更小。當根據入射角度的光學特徵的光學系統 與元件，位於照明區域，這准許此系統與元件之光使用效 率改善。這亦提供降低照明系統的複雜性與成本^ 根據上述配置結構’偏振轉換系統最好配置於光焦度

4 5 9 1 4 5 五 '發明說明（7) 變化光學轉像系統與疊加光學系統之間。偏振轉換系統可 配置於第三陣列透鏡與第四陣列透鏡之間。 對於偏振轉換系統無論使用哪一個位置，如上所述， "T以改善光進入偏振轉換系統的效率。然而，位於轉像陣 列透鏡與第二陣列透鏡之間、或位於第三與第四陣列透鏡 之間的偏振轉換系統，其改善較位於光焦度變化光學轉像 系統與疊加光學系統之間大。 此外，當偏振轉換系統位於光焦度變化光學轉像系統 與第二陣列透鏡之間或轉像陣列透鏡與光焦度變化光學轉 像系統之第二陣列透鏡之間’第二陣列透鏡與第三陣列透 鏡可以光學結合。 光學結合 （optically integrated)元件意指使用 膠黏劑黏接的光學元件之結合’或單一光學元件包括許多 光學元件之功用。光焦度變化光學轉像系統之第二陣列透 鏡之功用與疊加光學系統之第三陣列透鏡之功用可以整合 成為任一個陣列透鏡’然而省略剩餘的陣列透鏡。光學整 合複合光學元件（optically integrating multiple optical element)(第二陣列透鏡與第三陣列透鏡）使起因 於元件介面之間的光學損失減至最少，因此改善光使用效 率。亦可以將低光學系統的複雜性與成本。 根據上述配置結構，每一個第一陣列透鏡之複數第一 小透鏡’以垂直於既定方向之方向具有不同的光軸 (optical axis)位置’因此複數局部光束進入偏振轉換系 統係彼此相鄰’至少垂直於既定方向之方向。、、既定方

第10頁 五、發明說明（8) 向"（prescribed direction)意指，於偏振轉換系統中’ 間隔的偏振分光薄膜與反射薄膜之複合組排列著。 藉由此方式，可以使得照明光束入射照明區域之入射 角度減小，當光學系統與元件位於照明區域，這提供此系 統與元件之光使用效率進一步的改善。亦可以使得光學系 統沿著自偏振轉換系統至照明區域之光路徑大小減少。 於此配置結構中’根據每一局部光東之陣列位置不 同’配置於既定方向的複數局部光束於光焦度變化光學轉 像系統中可以藉由縮小比例縮小。 可以進一步減小照明光束入射照明區域之入射角度， 以及就其本身而言’光學特性根據入射角度的光學系統與 元件’位於照明區域’提供此系統與元件之光使用效率進 一步地改善。 根據上述地配置結構，轉像透鏡可以藉由包括至少兩 透鏡的一合成透鏡組成。 組成的轉像透鏡當作一合成透鏡可以修正色像差 (chromatic aberration)、球面像差（spherical aberration)以及像散像差（astigraati sm)以及輕易地肇因 於單透鏡配置結構的同樣的像差。 本發明亦應用於用以顯示投射影像的第一種投射式顯 示裝置。第一種的投射式顯示裝置包括：任一個上述之照 明系統；一光電轉換裝置’接收自照明系統的光轉換至反 應影像訊號用以形成影像的光並且發出以此方式轉換的 光；以及一投射光學系統，投射自光電轉換裝置發出的

苐11頁 五、發明說明（9) 光。 第一種的投射式顯示裝置使用本發明的照明系統，因 此即使當使用較習知的燈更高輸出的一光源燈，不減少照 明系統之使用效率可以增加光輸出。這允許獲得一更亮、 更均勻的投射影像。如同本發明之第一種的投射式顯示襞 置，可以想像一連續彩色顯示系統裝置具有一單色液晶板 (monochrome liquid crystal panel)與一時間分割系統 (time-division system)，其中使用濾光鏡（color f i 1 ters)或相似者可以產生明確的色彩。 第一種的投射式顯示裝置進一步包括：一彩色分光器 Uoloir separator)，發射自照明系統的光劃分成複數彩 色成分’一複數光電元件（electr0-0ptical device)，用 以各自地接收藉由彩色分光器劃分的每一彩色成分；以及 一彩色合成器（c〇l〇r combiner)，用以結合經由複數光雷 裝置發出的每一彩色成分，其中投射光學系統投射自彩色 合成發出的合成光。 此配置可以獲得更亮、更均勻的彩色投射影像。 於此配置結構中’最好假設X、y、z為三铜彼此互為 垂直的方向軸，其中z是平行於照明系統的光軸方向，彩 色刀光器具有—彩色分光平面（color separation surface Plane)，與大體垂直於χζ平面且相對於以平面以 一既定角度傾斜，接著把照明系統放在適當位置，其中包 括一複數對偏振分光薄膜與反射薄膜的偏振轉換系統的既 定方向係大體與y方向相同。

Μ

第12頁 459145 五、發明說明（10) 夕根據此配置’於彩色分光器之彩色分光平面中，由許 夕對偏振分光薄膜與反射薄膜組成配置於偏振轉換系統的 既定方向（以下提到稱為偏振分光方向）係垂直於彩色分光 之方向’因此入射於彩色分光面之入射角度之變化可以減 小。因為彩色分光面之彩色分光特性與入射角度有關，減 小入射角度之變化範圍減少光於彩色分光器的色彩偏差 量因此，可以獲得具有更均勻亮度與色彩的投射影像。 ^ 最好亦假設X、y、z為彼此互相垂直的軸，其中z係平 饤於照明系統發光的光軸方向，彩色合成器具有—彩色合 成平面（c ο I 〇 r c 〇 m b i n i n g s u r f a c e ρ 1 a n e )，其大體與 X z 平面垂直且相對於yZ平面形成一既定角度，接著把照明系 統放在適當位置，其中配置複數對偏振分光薄膜與反射薄 膜的既定方向係大體與丫方向相同。 根據此配置’其中於偏振轉換系統中分離的偏振光的 既定方向係垂直於彩色合成器的彩色合成面的彩色合成方 向’因此可以使入射於彩色合成面的入射角度變化範圍減 小°因為彩色合成面之彩色合成特性與入射角度有關，減 少入射角度的變化範圍減少彩色合成面之合成彩色偏差 量。結果，可以獲得更均勻的亮度與色夥的投射影像。 本發明進一步應用於用以顯示投射影像的第二種的投 射式顯示裝置，包括：任一種上述的照明系統；一反射型 光電裝置，入射光轉換至反應接收的影像訊號用以形成影 像的光然後反射此光；一投射光學系統，投射自反射型光 電裝置發出的光；以及一偏振分光裝置，發射自照明系統

第13頁 d5 91 五、發明說明（li) ---- 的f 一種線性偏振光導引朝向反射型光電裝置，接著亦導 引向技射光學***’第二種線性偏振光被反射型光電裝 置吸收’且偏振方向垂直於第-種線性偏振光。 第二種的投射式顯示裝置亦使用本發明之照明系統， 因此即使當使用較習知的燈更高輸出的光源燈時，不減少 照明系統之使用效率，光輸出可以增加。因此可以獲得 更亮、具有更均勻亮度與色彩的投射影像。 於此配置結構中，最好假設x、y、z為三個彼此互為 垂直的方向軸，其中z係平行於自照明系統發出的光的光 軸’偏振光束分光元件具有一偏振光分光平面（p〇larized light separation surface)大體垂直於xz平面且對應於 yz平面以既定角度傾斜，以及把照明系統放在適當位置， 其中配置包括於偏振轉換系統中的複數組偏振分光薄膜與 反射薄膜的既定方向係大體與X方向相同。 當在yz平面上的線性偏振光於z方向傾斜進入彩色分 光面，偏振軸之旋轉減少使用於反射型光電裝置的光使用 效率。因為根據上述配置結構，進入偏振光分光表面之入 射光角度變化範圍可以於平面上較义2平面上減少更少， 可以降低偏振軸旋轉。於投射影像之結果較習知更亮且具 有更高對比。

本發明亦可應用於用以顯示投射影像的第三種的投射 式顯示裝置’包括：任一種上述的照明系統；一光電裝 置，包括複數像素（pixel) ’對應於光的許多顏色每個像 素包括複數子像素；以及一聚光透鏡光學系統，對應於每

第14頁 五 A591 、發明說明（12) —個像素包括複數小聚焦透鏡。光電裝置藉由光穿透每一 個像素’轉換成反應已知影像資料用以形成每一影像像素 的光。投射式顯示裝置進一步包括一彩色分光器，自照明 系統出現的光分成複數彩色，並且亦每一複數彩色光分量 導引至彼此不同方向，照射對應於各自色彩的子像素；以 及—投射光學系統，用以投射光電裝置發出的光。 根 照明系 時，不 可以獲 於 的方向 彩色分 對於yz 成複數 偏振轉 的既定 據本發 統，因 減少照 得更亮 此配置 軸，其 光器具 平面以 色彩分 換系統 方向係 明第三種的投射式顯示裝置亦使用本發明之 此即使當使用較習知的燈更高輸出的光源撞 明系統的光使用效率可以增加光輸出，因进 的投射影像以及更均勾的亮度與色彩。 結構中，最好假設X、y、z係彼此互相正交 中2係平行於自照明系統發光之光軸方向， 有複數彩色分光平面大冑垂直於XZ平面且相 :同定角度傾斜，用以有選擇地 :，接著把照明系統故在適當位置，其中教 中配置包括複數對偏振 u 、 大體與y方向相同。刀先缚膜與反射薄瑕 揋媒此配置 其方向係垂直於彩色分光光學系祐’、統中分離出偏振光， 分光方向，因此可以使得入射^彩》=色，光平面的彩色 度變化範圍減少。因為彩色分光^分，平面之入射光角 射角度有關，減少人射角度變化範m ϊ光特性與入 光光學系統中的色彩偏差量。結要圍減^光存在於彩色分 與色彩的投射影像。 可以獲得更均勻亮度

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最好亦將照明系統放在適當位置，纟 分光薄膜與反射薄膜的既定方向係大體與每數對偏 子像素排列的方向垂直。 像素之複 振 數 的偏振光方 素的方向垂 可以減少色彩 根據此配置，其甲於偏振轉換系統分離 與配置包括於每-像素之複數彩色子像 直，由於入射光與美一彩色子像素不相關， 飄移（color shi f t)。 本發明之此荨與其他目的、 由以下鲂祛奢说y 1態u及優點將屆 由以T較佳實施例伴隨附加圖式 白。 口叭又砰細況明，更加清楚明 圖式之簡單說明 要二圖一係括於本發明之第一實施例的照明系統之主 要邛位的一般配置結構平面圖。 第2圖係第—陣列透鏡之透視圖。 第3圖係一組第一小透鏡、第_ 放大圖式。 兄弟一小透鏡與轉像透鏡之 Ϊ J ϋ，與第4 ( β)圖顯不偏振轉換系統之配置結構。 μ )圖與第5(B)圖顯示轉像陣列透鏡之變化。 圖與第6(B)圖顯示轉像陣列透鏡之其它變化。 第7(A)圖與第7(Β)圖顯示疊加光學系統之變化。 的一= 圖Λ本發明之第二實施例的照明系駄主要部分 的 t配置結構平面圖。 f9圖係本發明之第三實施例的照明系統之主要部分 的一奴配置結構平面圖。 Λ B 9 1 rJ____ 實施例之照明系統與 照明系統之主要部分 五、發明說明（Η) 示第四 比較。 施例的 第10(A)圖與第ΐ〇(β)圖顯 第一實施例之照明系統之間的 第11圖係本發明之第五實 的一般配置結構平面圖。 第1 2圖係關於平行光入射於光焦度變化光學轉像系統 之說明圖式。 第1 3圖係本發明之第六實施例的照明系統之主要部分 的一般配置結構平面圖。 施例的照明系統之主要部分 第1 4圖係本發明之第七實 的一般配置結構側面圖。 第15(A)圖與第15(B)圖顯 光束照射偏振轉換系統之形狀 光束照射偏振轉換系統之形狀 第1 6圖係本發明之第八實 的一般配置結構平面圖。 第1 7圖係使用本發明之照 主要部分的一般配置結構平面 第18(A)圖與第18(B)圖係 漸層分光鏡與十字漸層合光棱 第19圖顯示第一漸層分光 第2 0圖係使用本發明之照 主要部分的一般配置結構平面 第2 1圖係關於光入射於偏 第2 2圖係使用本發明之照 示第一 與第七 之間的 施例的 明系統 圖。 關於光 鏡的說 鏡之彩 明系統 圖。 振分光 明系統 實施例之照明系統中 實施例之照明系統中 比較。 照明系統之主要邹 的投射式顯示I薏 穿越照明系 明圖式。 '第 色分光特技 欺 分 之 蹵 棱鏡的說 的投射式 欠

459145 五、發明說明（15) 主要部分的一般配置結構平面圖。 第23(A)圖與第23(B)圖係單板式彩色液晶光閥之一個 像素配置結構放大說明。 第2 4圖顯示習知照明系統之配置結構。 第2 5圖係根據本發明之其它照明系統的主要部分平面 圖。 符號說明： 20〜光源；20 LC-光軸；22〜光源燈；24〜凹面鏡；30~ 光焦度變化光學轉像系統；30G〜光焦度變化光學轉像系 統；30H〜光焦度變化光學轉像系統；301〜光焦度變化光學 轉像系統；3011~部位；30 12〜部位；30J〜光焦度變化光學 轉像系統；32〜第一陣列透鏡；32a〜平凸第一小透鏡； 32aLC~光軸；32H〜第一陣列透鏡；32Ha〜第一小透鏡； 32J〜第一透鏡；34〜第二陣列透鏡；34A〜平凸第二小透 鏡；34a〜平凸第二小透鏡；34Aa〜第二小透鏡；34b〜連結 平板；34G〜第二陣列透鏡；34H〜第二陣列透鏡；34Ha〜第 二小透鏡；34J〜第二透鏡；36~轉像陣列透鏡；36A〜轉像 陣列透鏡；36Aa〜轉像透鏡；36B〜轉像陣列透鏡；36a~雙 凸轉像透鏡；36Ba〜轉像透鏡；36Bb~平板部位；360轉像 障列透鏡；36Cal〜平凸透鏡；36Ca2~平凸透鏡；36D~轉像 陣列透鏡；36Da〜合成轉像透鏡；36Dal ~雙凸透鏡； 36Da2〜凹凸透鏡；36H〜轉像陣列透鏡；36Ha〜轉像透鏡； 36J〜轉像透鏡；4〇〜偏振轉換系統；4〇h〜偏振轉換系統； 4 0 I〜偏振轉換系統；4 〇 I卜部位；4 0 I 2 ~部位；4 0 J〜偏振轉

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換系統；42~光遮蔽板；42a~光遮蔽部份；42b〜透明部 份；44〜偏振光束分光陣列；44a〜透明板；44b〜偏振分光 薄膜；44卜反射薄膜；44 Ja〜偏振光束分光器；44Jb〜反射 稜鏡；46〜選擇性延遲板；46a〜λ/2延遲薄膜；46b〜透明 層；46J〜λ /2延遲板；50〜疊加光學系統；50C〜疊加光學 系統，5 0 D〜疊加光學系統；5 0 D a〜複數小透鏡；5 0 Ε〜疊加 光學系統；5 0 F〜疊加光學系統；5 〇 Η〜疊加光學系統；5 〇 I ~ 疊加光學系統；50J~疊加光學系統；52〜第三陣列透鏡； 52a〜第三小透鏡；520第三陣列透鏡；52Ca~第三小透 鏡；52E~第三陣列透鏡；52Ea〜複數小透鏡；52F〜第三陣 列透鏡；52Fa〜第三小透鏡；52Fb〜第三小透鏡；521〜第三 陣列透鏡；5 2 11 ~部位；5 2 I 2〜部位；5 2 J〜第三透鏡；5 4 ~ 第四陣列透鏡；54a〜第四小透鏡；54B〜偏心圓陣列透鏡； 540第四陣列透鏡；54Ca〜第四小透鏡；54E〜第四陣列透 鏡·’ 54Ea ~複數小透鏡；541〜第四陣列透鏡；54 11〜部位； 5412~部位；54J〜第四透鏡；56〜疊加透鏡；80~照明區 域，· 100〜照明系統；100’ ~照明系統；100C〜照明系統； 10 0D〜照明系統；100E〜照明系統；100F~照明系統；100G〜 照明系統；100H〜照明系統；1001〜照明系統；100J~照明 系統；100LO系統光軸；100CLO系統光軸；100DLC〜系統 光軸；100ELC〜系統光軸；l〇〇FLC~系統光軸；100GLC〜系 統光軸；100HLC〜系統光軸；100ILC-系統光軸；200〜色彩 分光器；202~分色分光鏡；204〜分色分光鏡；208〜反射 鏡；220~光導引系統；222〜入瞳透鏡；224〜反射鏡；226 ~

第19頁 459145 五、發明說明（17) 轉像透鏡；228~反射鏡；230~場透鏡；232~場透鏡；234~ 場透鏡；300R~液晶光閥；300G~液晶光閥；3Ο0B〜液晶光 闕；320〜十字分合光稜鏡；321〜紅光反射面；322~藍光反 射面’340〜投射光學系統；420〜偏振分光镜鏡；422〜側 面；424〜侧面；426〜側面·’ 428-偏振分光薄膜；440〜反射 式液晶光閥；500R〜分色分光鏡；5〇〇G~分色分光鏡； 500B〜分色分光鏡；520〜穿透式彩色液晶光閥；53〇〜光閥 部；531〜像素；531 R〜次像素；531 G〜次像素；531B〜次像 素，540〜微透鏡陣列；1〇〇〇~投射式顯示裝置；系 統光軸；2000〜投射式顯示裝置；2〇〇〇 LC〜系統光軸； 3000〜投射式顯示裝置；300 0LC〜系統光軸；4000LC〜系統 光軸；41 20〜光源41 30〜第一陣列透鏡；41 32〜第一小透 鏡’4140〜第二陣列透鏡；4142〜第二小透鏡；4150〜偏振 轉換系統·’ 41 5 2 ~偏振分光薄膜；4 1 5 4、反射薄膜；41 5 6〜 λ / 2延遲薄膜；41 60〜疊加透鏡；4180〜照明區域；j)p〜位 移量；Μ〜寬度；D2〜寬度；L卜第一小透鏡與轉像透鏡之 間的距離，L 2〜轉像透鏡與第二小透鏡之間的距離；[u〜 光束；LA2〜光束·’ LD〜光遮蔽板；PD〜間隔；PLa〜局部光 束；PLb〜局部光束；SC〜螢幕；Wp〜寬度； 較佳實施例之說明 本發明之實施例將參考圖式說明。於下列每一個實施 例中’除非用別的方法說明’光行進方向亦設定沿著z轴 (平行於光軸方向），以及當觀察者面向光行進之方向，觀 察者十二點鐘方向係沿著y軸（垂直方向）與三點鐘方向係

第20頁 459145 五、發明說明（18) 沿著X軸（水平方向）。 A. 第一實施例： 第1圖係本發明之第一實施例包括一照明系統之主要 部分的一般配置結構的平面圖s照明系統1 0 0包括一光源 20 ; —考盖.度變化光學轉像系統（power variation optical relay system)30 ; —偏蓋轉換系統 (polarization conversion system)40 ；以及一疊加光學 系統（superposition optical system)50。配置光焦度變 化光學轉像系統30，因此光焦度變化光學轉像系統的光執 大體與光源20之光軸20LC重疊。配置偏振轉換系統4〇與養 加光學系統5 0 ’因此偏振轉換系統與疊加光學系統的光轴 大體與通過照明區域80中心的系統光軸i〇〇LC重疊。光源 軸20LC以一已知位移量Dp於X軸方向丰行於系統光軸1〇〇[^ 位移。位移量Dp將稍後說明之。疊加光學系統5〇組成一合 成光學系統（integrator optical system)用以大體均句 地照明此照明區域80。 光源20具有一光源燈22以及一凹面鏡（concave mirror)24，來自光源燈22的光反射成為一約略平行的光 束。光源燈22可以是一複金屬鹵素燈（metai haiide lamp)、一汞燈（mercury lamp)或其它相似者。最好使用 拋物面鏡（parabol ic mi(ror)當作凹面鏡24。一橢球面鏡 (elliptical mirror)或球面鏡（spherical mirror)戍 1 它相似者可以代替拋物面鏡使用。 艺。 光焦度變化光學轉像系統3 〇包括—第一陣列透鏡

45 914 5 五、發明說明（19) '— - (lens array)32 ; —第二陣列透鏡34 ;以及一轉像陣列透 鏡36。第2圖係第一陣列透鏡32之透視圖。第一陣列透鏡 係以Μ列N行之平凸第一小透鏡（plan〇_c〇nvex f卜討 small卜““”仏矩陣形成，每一個有大體上矩形之輪， ，。於第'2圖顯示的範例中，M = 5與N = 4。從z軸觀察，然而 每一個第一小透鏡32a之形狀並非限制為此範例之矩形形 狀，令人滿意的是此等透鏡之形狀使得彼此之間沒有空 隙。第一陣列透鏡之第一小透鏡的外觀形狀可對應至照明 區域80之形狀，因為如稍後說明的’令人滿意的是已通過 第一小透鏡的光束接著藉由光焦度縮小光學轉像系統3〇縮 小大小照射於第三陣列透蟀52之第三小透鏡52a上，接著 第二小透鏡52a具有相當於實際上受照的照明區域8〇之面 積形狀。例如，假若使用一液晶板當作一照明區域，接著 影像形態面積之外觀比例係4 : 3，第一小透鏡32a之外觀 比例亦將設為4 : 3。 於第1圖中顯示的第二陣列透鏡34亦以相當於第一陣 列透鏡32之第一小透鏡32a 列N行之平凸第二小透鏡34a 矩陣形成。第二小透鏡34a較第一小透鏡32a小且藉由平板 部分34b連結’因此第二小透鏡係彼此間隔分開的。第二 小透鏡34a藉由平板部分34b連結並非必要的。第二陣列透 鏡34亦包括具有如同第一小透鏡3形狀的第二小透鏡 34Aa(儘管光學性質不同）。 轉像陣列透鏡36包括雙凸轉像透鏡（bi convex relay lens)36a，相當於複數第一小透鏡32a與第二小透鏡34q ’

第22頁 459145 案號 89102809

五、發明說明（20) 以Μ列與N行的矩陣排列 第3圖係一组第一小透鏡32a、第二小透鏡34&以及轉 像透鏡36a之放大圖式。第一小透鏡32a與第二小透鏡34& 配置於轉像透鏡36a之共軛點處。那就是轉像透鏡36a之焦 距fr没於（LlxL2)/ (L1+L2)，其中L1係第一小透鏡32&與 轉像透鏡36a之間的距·離，以及L2係轉像透鏡36a與第二小 透鏡34a之間的距離。第一小透鏡32a之焦距fl設為u以及 第二小透鏡34ει之焦距設為L2。 寬度D1之局部光束照射於第一小透鏡32a之入射面 後’藉由第一小透鏡32a聚光形成影像於轉像透鏡36a。影 像的光照射於第二小透鏡34a上。第二小透鏡34a射出寬度 D2之光束=寬度D2係大體等於（DixL2/Ll)。特別地，光 焦度變化光學轉像系統3〇具有縮減進入第一小透鏡32a的 光束寬度D1之功能’藉由距離L2對距離L1之比值，就是乘 上（L2/L1)。例如’假若L2設定是（l/2)Ll，光焦度變化光 學轉像系統30可以使出現於第二小透鏡34a之光束的寬度 D2大體為進入第—小透鏡32a之光束的寬度D1的一半。接 下來’藉由第一陣列透鏡3 2形成的每一複數光束亦可參考 當作局部光束或第一局部光束，以及離開光焦度變化光學 轉像系統3 0的每一複數光束亦可參考當作一縮小局部光束 或第二局部光束。 轉像陣列透鏡36非一必要的必需品，假若光源20射出 一完美地平行光束，平行於光源軸2 0LC。然而，藉由光源 20發出的光典型地包括未平行於光源軸2〇lc的光。當這種

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情況時，以及簡單將第一小透鏡32a與第二小透鏡34a排整 齊，離開第一小透鏡32a的光可能有部分無法進入第二小 ' 透鏡34a，因此降低光焦度變化光學轉像系統3〇之光^使用 效率α。貲。將轉像透鏡36a設置於第一小透鏡323與第二小 透鏡34a之共同焦點位置，藉由轉像透鏡36a之折射焦度 (refractive power)使得對於不平行於光軸2〇1^的^可導 引至第—小透鏡34a上，因此改進光使用效率。 第4(A)圖與第4(B)圖說明偏振轉換系統4〇之配置結 構，第4(A)圖係系統之透視圖以及第4(B)圖係系統之部分 大平面圖。偏振轉換系統包括一光遮蔽板（Hght shieid plate)42 ; — 偏振光束分光陣列（p〇Urizati〇n beam splitter array)44 ;以及一選擇性延遲板（selective retardation pUte)46。偏振光束分光陣列44具有一配置 結構藉由黏接許多彼此具有平行四邊形截面柱之形狀的透 明板（transparent plate)44a獲得。偏振分光薄膜 (polarization splitting film)44b 與反射薄膜 44c 係交 替地形成於透明板44a介面。偏振光束分光陣列的製 造，可以藉由黏接複數薄片玻璃板在一起，偏振分光薄膜 44b與反射薄膜44c形成於破璃板上，具有互相交替的薄膜 ，置，接著以既定的角度切割接合的玻璃薄片。偏振分光 薄膜44b可以由一介電多屠薄膜（dieiectric multi-layer fi lm)形成，接著反射薄膜44c可以由一介電多層薄膜或鋁 薄膜形成。 如第4(A)圖所示’光遮蔽板42包括光遮蔽部份42a以

第24頁 45 914 5 五、發明說明（22) ~ 及透明部份42b以細長條形狀配置排列。入射光藉由遮蔽 部份42a阻擋以及藉由透明部份42b穿透。因此光遮蔽板42 控制光穿透。排列光穿透部份42a與透明部份42b，因此縮 小來自第二陣列透鏡3 4的局部光束’只照射於偏振分光薄 膜4 4 b不照射反射薄膜4 4 c。如第4 ( B )圖所示*排列透明部 份4 2b ’因此與此等偏振分光薄膜44b之中心重疊，以及透 明部份42b之寬度（X方向之寬度）設成大體與χ方向的偏振 分光薄膜44b之寬度Wp相同。因此，光遮蔽板42之光遮蔽 部份42a差不多阻擋不可通過偏振分光薄膜44b的全部縮小 局部光束，因此只有穿過透明部份42b的光束照射在偏振 分光薄膜。於此實施例中，光遮蔽板42係一（例如玻璃）透 明板’於其上形成具有光遮蔽特性的薄膜，例如一鉻 (chromium)薄膜、鋁薄膜或一介電多層薄膜。光遮蔽板42 可利用’例如一具有光穿透開口（1 ight_transmissi〇ri openings)之鋁板，形成。 發射自第二陣列透鏡34的平行第二局部光束之寬度係 設定不超過光焦度變化光學轉像系統30 方向的每一個 穿透部份（transparent p〇rtion)42b之寬度Wp。保證差不 多所有自第二陣列透鏡發出的光束通過穿透部份4 2b。 未偏振光束通過穿透部份42b後，於第4(B)圖中的實 心線指出’照射於偏振光束分光陣列44之偏振分光薄膜 44b ’接著因此藉由破折線顯示區分成兩種形式之線性偏 振光’ s偏振光與p偏振光^ p偏振光藉由偏振分光薄膜44b 未改變的穿透。s偏振光藉由偏振分光薄膜44b反射，然後

第25頁 459145 五、發明說明（23) 藉由反射薄膜44c ’出現具有X方向寬度Wp的光束，平行於 ρ偏振光束。一又/2延遲薄膜46a形成於光穿過偏振分光薄 膜44b後的選擇性延遲板46之表面上，然而於透明層46b 上，即藉由反射薄膜44c反射後的表面部份，沒有又/ 2延 遲薄膜。因此，穿透偏振分光薄膜44b的p偏振光，藉由入 /2延遲薄膜46a轉換成s偏振光*接著離開選擇性延遲板 46。另外一方面，經由反射薄膜44c反射的s偏振光之偏振 狀態’幾乎不受影響地穿透可穿透層46b，接著以s偏振光 離開選擇性延遲板46。因此’進入偏振轉換系統4〇的所有 未偏振光大體上轉換成s偏振光後發射。或者，經由形成 Λ /2延遲薄膜46a於光藉由反射薄膜44c反射的選擇性延遲 板46上’可以轉換成p偏振光後發射。偏振分光薄膜44乜可 形成穿透的s偏振光與反射的p偏振光。於上述說明中’選 擇性延遲板4 6相當於本發明申請專利範圍的偏振轉換裝 置。 /假若未偏振光直接照射於反射薄膜上4 4 c ,出偏振賴 H統40的光將是1)偏振光，而不是要求的s偏振光。如 # ^鏟3本系統實施例中是可調整的，因此自光焦度變 偏振分光ί 上發的光幾部複數縮小局部光束照射: 。* 上先遮蔽板42防止光照射於反射薄磨 值恭鐘：^\防止未偏振光照射於反射薄膜44c上，接著經 為P"偏振光Γ统4〇發出不需要的線性偏振光（於本實施例中 如第4(B)圖中可見，離開偏振轉換系統4G的兩個s福

第26頁 459145 五、發明說明（24) 光束中 自入射的未偏振光（S偏振光與p偏振光）之中 心於位移。此位移量等於"2延遲薄膜⑽之一半寬 度ffp(就是，於X方向偏振分光薄膜44b之半寬度）。因為如 此，如第1圖所示，光源軸2〇LC與偏振轉換系統40之系統 光軸100LC的偏移量（offset)Dp相等於心/2。 士上所述，自第二陣列透鏡Μ出現的複數第二局部光 束於偏振轉換系統4 〇中轉換成第三局部光束，數量是第二 局邛光束的兩乜。因為局部光束之數量經過偏振轉換系統 40後變兩倍，當第一陣列透鏡32之第一小透鏡32&之外部 形狀為矩形以及當光焦度變化光轉像系統3〇之縮小比例 (L2/L1)小於1/2時，第一小透鏡32a之矩形長邊於偏振轉 換系統40中的偏振光間隔方向相同，以減少整個光 之尺寸。 ”

疊加光學系統50 (參考第1圖）包括一第三陣列透鏡 52，一第四陣列透鏡54 ;以及一疊加透鏡56。於第三陣列 透鏡52甲，幾乎與第二小透鏡34a相同的第三小透鏡^仏配 置於出偏光轉換系統4〇的第三局部光束之光路徑上。就 是丄配置第三陣列透鏡52，因此第三小透鏡52a_y方向與 第二小透鏡對齊以及於乂方向與λ/2延遲薄膜46a、選擇^ 延遲板46之穿透層46b對齊。第四陣列透鏡54具有大體與 第二陣列透鏡5 2相同的配置結構。自z方向觀察時，第= 小透鏡52a之外部形狀大體相當於照明區域8〇之真實照^ 面積形狀。例如，假若使用一液晶板當作照明區域胃以》及影 像形成面積之外觀比例為4 : 3，第三小透鏡52a之外觀比&

第27頁 15 9 1^5 五、發明說明（25) 例亦將設為4 : 3。 第三小透鏡52a聚集出偏振轉換系統40的複數第三局 部光束於第四陣列透鏡5 4之第四小透鏡5 4 a附近。配置第 四陣列透鏡54，因此每一個遠離第四陣列透鏡入射養加透 鏡5 6的局部光束軸垂直入射疊加透鏡5 6之平面《疊加透鏡 5 β於照明區域§ 〇叠加複數入射局部光束。 簡έ之’構成的照明系統1 〇 〇，使用光焦度變化光學 轉像系統30劃分來自光源20的平行光束成為複數第—局部 光束，調整每一個第一局部光束寬度至可以使光束穿過光 遮蔽板42的寬度’意味於X方向的寬度小於可穿透部份42b 之寬度。藉由光焦度變化光學轉像系統發出的每一第二局 部光束藉由偏振轉換系統4 0轉換成線性偏振光，其中偏振 量具有相同偏振方向。於此實施例中，偏振光束分光陣列 44之入射面包括光遮蔽板42，因此只有第二局部光束入射 於偏振分光薄膜44b上。幾乎沒有光經由反射薄膜44c入射 於偏振分光薄膜44b，接著自偏振轉換系統40發出的線性 偏振光大體限制成一種形式。出偏振轉換系統4〇的第三局 部光束藉由第三陣列透鏡52聚集於第四陣列透鏡54附近。 經由第四陣列透鏡5 4之聚光作用，每一個局部光束以光束 軸垂直於疊加透鏡56之入射表面的方式聚光入射於疊加透 鏡56上。因此，出疊加透鏡5 6的局部光束疊加於大約相同 於照明區域80之位置。結果照明區域80以大體一種形式之 線性偏振光均句地受照。 如上所述’根據第一實施例照明系統1 〇 〇的光焦度變

五、發明說明（26) 2光學轉像系統3〇，劃分光源20的平行光束成複數第一局 又=東，亦分離光束且縮小光束大小，因此大體整個光束 八也包括於偏振轉換系統40的偏振光束分光陣列44之偏振 二二薄膜44b上。因此，一偏振光照明系統具有高偏振轉 、六率’參考習知技術的光源，可以實現高輸出光源燈。 # #於第1圖之照明系統1 〇 0，分離的第二陣列透鏡3 4、偏 2 I換系統4〇及第三陣列透鏡52幫助了解光焦度變化光學 系統30、偏振轉換系統40以及疊加光學系統50之作 2由光學黏接第二陣列透鏡34、偏振轉換系統 第二陣列透鏡5 2，雖然翻轉第三陣列透鏡5 2表面方 二丄可以接合在一起形成一單一光學元件。或者可以使 =二裝配夾（aSSembly〗丨§)組合元件成—單位單元。合併 陣列透鏡34、偏振轉換系統40與第三陣列透鏡52可 率二起因於兀件之間介面的光損失，因此增加光使用效 34說】中’第一陣列透鏡至第四陣列透鏡32、 二”透鏡56 一樣皆是平凸透鏡。然而，可以 使用其匕透鏡，例如餘几读 奢丨由、A 雙透鏡。此外’於使用平凹透鏡之 中，亚未限制哪-面為凸面。就是，凸面可以朝向 ”向照明區域。然:而，考慮透鏡之光學性質，關於 減 > 球面像差與色像差’最好第一陣列透鏡32盎第三 透鏡52的凸面朝向光源側。依 點 ：： 取代球面透鏡。 』從巧耶竦面透鏡 關於第二陣列透鏡34與第三陣列透㈣之間的光路徑

五、發明說明（27) ' 長度’經過反射薄膜44c之光路徑較未經過反射薄膜44c之 光路徑長，長度量相當於偏振分光薄膜4仙於又方向之寬 - 度。於第三陣列透鏡52，這可以造成經由反射薄膜44(：或 不經由反射薄膜4 4 C入射第三陣列透鏡5 2的光束之間，入 射效率（亮度）不同。然而，因為通過偏振轉換系統4〇的光 束藉由第二陣列透鏡34提供大體平行光束，入射效率差異 係非常小。出第三陣列透鏡5 2的光束最後疊加於照明區域 80的位置，事實上在第三陣列透鏡52的任何入射效率差異 不會產生貫施上的差異’且對於其它實施例與於此敘述的 變異仍是適用的，只有關於第五實施例所述的照明系統 ) 1 0 0 F例外。 第5(A)圖與第5(B)圖闡明轉像陣列透鏡36之變異。第 5(A)圖與第5(B)圖為了方便說明，未顯示偏振轉換系統4〇 與疊加光學系統50。如上所述的，第一陣列透鏡32之第一 小透鏡32a聚集光束於轉像陣列透鏡36之轉像透鏡36a上。 -因此’每一個轉像透鏡36a必須可以容納經由每一個第一 小透鏡3 2 a收傲的光點的大小。如第5 (A )圖所示的轉像陣 列透鏡36A具有複數轉像透鏡36Aa，每一個可以容納經由 第一小透鏡32a收斂的光點的大小。同樣地，如第5(B)圖 戶斤示的轉像陣列透鏡36B亦具有複數轉像透鏡36Ba，每一 〜 個可以容納經由第一小透鏡32a收斂的光點的大小，並且 此等轉像透鏡36Ba藉由平板部位36Bb連接。於第5(B)圖的 配置中’陣列透鏡可以形成一單一元件，比第5 (A)圖的實 例更簡單製造。此外，如第5(A)圖與第5(B)圖所示，第二

第30頁 五、發明說明（28) - 陣列透鏡34A，相當於第1圖的第二陣列透鏡34，具有第二 小透鏡34Aa以矩陣形式且透鏡之間沒間隔的配置，益且容 易以一體成型鑄模方式製造第二陣列透鏡。 第6(A)圖與第6(B)圖闡明轉像陣列透鏡36之其它變 形。第6(A)圖與第6(B)圖顯示轉像陣列透鏡36(：與36])包括 複合的轉像透鏡，每一個藉由連結兩個透鏡在一起。於第 6(A)圖中’轉像陣列透鏡36C係以複數合成轉像透鏡36(：3 形成。每一個合成轉像透鏡36Ca包括兩個面對面凸面接合 在一起的平凸透鏡36Cal與36Ca2。於第6(B)圖中，轉像^ 列透鏡361)係以複數合成的轉像透鏡36I)a形成，每一個包 括以凹凸透鏡（c〇ncavo-convex)36Da2凹面接合雙凸透鏡 3 6Dal凸面在一起的一雙凸透鏡36Dal與一凹凸透 36Da2 。 導引光 點，利用具 轉像陣列透 的實例中， 由第一陣列 陣列透鏡34 少兩個透鏡 差。尤其， 如第6(A)圖 形成的局部 第 7(A) 自第一小透 有短焦距長 鏡3 6的轉像 球面像差與 透鏡3 2形成 ’尤其當光 組成轉像透 使用藉由合 與第6(B)圖 光束有效地 圖與第7(B)

鏡32a離開至第二小透鏡34a的觀 度或者一高折射焦度的透鏡，當七 透鏡36a。於單一短焦距長度透鏡 色像差具有較大的影響，無法將襄 的複數局部光束有效地導引至第二 源2 0發出不良的平行光時。使用至 鏡使得可以修正球面像差與色像 成轉像透鏡構成的轉像陣列透鏡， 所示，可以使經由第一陣列透鏡3, 導引至第二陣列透鏡34 = 圖闡明疊加光學系統5〇之變形。第 4591 ^5

五、發明說明（29) 7(A)圖與第7(B)圖未顯示光源2〇、光焦度變化光學轉像系 0以及偏振轉換系統4〇，以方便說明。如第i圖所示於 璧加光學系統50中，第四陣列透鏡54與疊加透鏡56之間具 有間隔。然而，此等元件可以光學地結合。因此’利用光 學黏接將第四陣列透鏡54與疊加透鏡56結合在一起，如第 7(A)圖所示因而形成如同獨立的光學元件，或者—單一光 學το件可以形成具有此等元件兩者的功能。例如，第四陣 列透鏡54與疊加透鏡5 6可藉由一體成型形成一單單一疊加 陣列透鏡（single superposition lens array)(偏心圓陣 j 列透鏡（eccentric lens array ))54B，如第7(B)圖所示， ） 包括了第四陣列透鏡54與疊加透鏡56兩者的功能。因此光 學接合的第四陣列透鏡54與疊加透鏡56減少起因於元件之 間介面的光損失，因此進一步增加光使用效率。上述實施j 例已说明關於具有第三陣列透鏡52、第四陣列透鏡54與疊‘ 加透鏡56的疊加光學系統的使用。然而，並未限定本發 - 明。例如’可以使用任何光學系統配置結構，光有效地自 偏振轉換系統4 〇至照明區域8 〇穿透以及亦可以減少照明區 域80不均勻的亮度變化。 μ 於上述說明中’第一小透鏡32a之外觀比例設定成與 照明區域80之外觀比例相同。然而，這非限制的。反而第 … 一小透鏡32a可以是任何形狀的，使得光可以有效率地照 丨 射於偏振分光薄膜44b。然而，為了對於照明區域8〇具有 高效率受照射’對於第三小透鏡52a最好與照明區域8〇有 相同外觀比例。就其本身而言，減少光損失且改善光使用

五、發明說明（30) 效率’對於第一小透鏡32a亦最好與照明區域8〇有相同外 觀比例。根據相同的考慮形式，並未對於第二陣列透鏡3 4 與第四陣列透鏡54之小透鏡34a與54a的形狀，使用具有矩 形的小透鏡以便幫助配置成矩陣形式。 _更進一步，照明系統1〇〇的說明對於第一小透鏡32a、 第二小透鏡34a與轉像透鏡36a提供關於同中心透鏡之使 用。然而，+此等透鏡之全部或部分可為沿著偏振分光薄膜 與反射4臈44c排列方向，就是於上述實施例的乂方向 具有折射焦度的柱狀透鏡（cyHndricaI lens)。或者是， 2等透鏡可為環面透鏡，沿著又軸7軸具有不同的折射焦 :::Ϊ於對於第—陣列透鏡32與第二陣列透鏡34亦使用 ，心圓透鏡’卩以使得第一陣列透鏡32吻平面之尺寸比 鏡34大，允許經由光源2〇發射的光有效地導引 至偏振轉換系統4 〇。 守 中。上述的每-個變異亦可使用&下列所述的其它實施例 Β.第二實施例： y圖係本發明之第二實施例照明系統主要部一 心配置結構之平面目。於此照明系統1〇〇(：中，使用一 光學系統50C代替第1圖所顯示的照 & 口 ^ 〇 4 . ^ , ..50C ^ ^ ^ 四陣列透鏡54C以及疊加透鏡56。於 :第 -小透鏡52Ca取代第三陣列透鏡鏡咖中， 列的每兩個第三小透鏡52a。兩局部dc排 I亢果，一來自偏振分

459145 五、發明說明¢31) 1 ' 光薄膜44b以及另一來自反射薄臈44c，照射於每一個第三 小透鏡52Ca。第四陣列透鏡54C具有複數第四小透鏡54Ca / 位於相當於第三陣列透鏡52C之第三小透鏡52Ca。 構成偏振轉換系統4 0的選擇性延遲板4 6的；[/ 2延遲薄 膜46a與可穿透層46b發射的兩局部光束pLa與PLb藉由第三 小透鏡52Ca聚集於第四陣列透鏡54C附近=經由疊加透鏡 56 ’來自Λ/2延遲薄膜46a的局部光束PLa照射於此系統光 軸1 0 0CLC之+ X側的照明區域8 〇部份，同時，局部光束pLb 照射於光轴100CLC之-X側的照明區域8〇部份。相同的方 式’照明區域藉由來自其它；^ /2延遲薄膜46a與可穿透層 ') 4 6 b的其它局部光束照明。因此，出現自又/ 2延遲薄臈4 6 & 的複數局部光東疊加至關於系統光軸〗〇〇CLC之+ x側的照明 區域80上；以及出現自可穿透層46t(的複數局部光束疊加 至關於系統光軸100CLC之-X侧的照明區域80上。 因此’如同於第一實施例中一樣，第二實施例之照明 -系統1 00C可以使照明區域80受差不多一種形式線性地偏振 光均勻地受照射。亦可以獲得一具有一高偏振轉換效率的 照明系統。此外，一偏振光照明系統可以獲得關於習知技 術敘述的高輸出形式的光源燈。 如上所述’根據第二實施例之配置，使用出現自；I / 2 一 ： 延遲薄膜46a與可穿透層46b的局部光束，以個別地照明照 明區域80之不同側，關於系統光軸1〇〇〇^，一是+ x側以及 另一是-X侧。當出現自λ /2延遲薄膜46a與出現自可穿透 層4 6b的局部光束之間有較大的有效照明強度差異時，於

第34頁

五、發明說明（32) 照明區域上這可引起亮度差異以及造成亮度分界線 (^ghtness deniarcation line)。然而，藉由優化偏振 为光溥膜44b與Λ /2延遲薄膜46a之光學特性，此等強产 化可以降低至非常低的程度，差不多消除所有的分界線。' 此卜即使小透鏡5 2 C a與5 4 C a之特性差異，於照明區域8 〇 上可造成局部光束微小的位置誤差，可以防止亮度與亮度 分界線，差異。於第一實施例之照明系統i 〇〇中，藉由偏 振轉換系統40發出的局部光束用以照明整個照

面積’因此於照明區⑽上不產生亮度差異或分界線。因 此在照明均勻度方面，第一實施例較第二實施例好。第二 實施例於使用較少的小透鏡形成第三陣列透鏡52C與第四 陣列透鏡54C有利，減少小透鏡之間接合處的光損耗，使 照明光使用效率更高。 出現自偏振轉換系統4〇的偏振分光薄膜44]b與反射薄 膜44c部份的局部光束數量之間沒有絕對的關係，且第三 陣列透鏡52與第四陣列透鏡54的小透鏡52a與54a數量之間 沒有絕對的關係。因此，關於第二實施例所述的可使用一 種配置，其中一小透鏡位於第三陣列透鏡以及另一小透鏡 位於第四陣列透鏡’可用以使鄰接的偏振分光薄膜44b與 反射薄膜44c的一對局部光束穿透。相反地，亦可使用一 ，配置’對於出現自一偏振分光薄膜441)或反射薄膜44c的 每一局部光束穿透具有兩個或更多的小透鏡。使用後面的 配置可以進一步降低照明區域8〇上亮度的不均勻性。 C· 第三實施例：

第35頁

459145 一 1 _ 五、發明說明（33) 實施例與第二實施例敘述一照 用—積分光學系統的一疊加弁與 …、有使 糸姑—, 第9圖係本發明第三實施例的昭日日 糸統之-般配置結構的平面圖式、n的知、明 使用一疊加陣列透鏡50D代替如第1廟所’Γ ”、中100D s 的疊加光學系統5〇。疊二替列如透第上 振轉換系統4〇的複數局部光包m於出自偏 束疊加於照明區域8〇。 出現自小透鏡嶋的局部光 ιοοΖ此，於前面兩個實施例中，第三實施例之照明系統 射1 Ϊ使Ϊ明區域8G被幾乎—種形式的線性偏振光照 外，Ϊ 獲得具有一高偏振光轉換效率的照明系統。此 明的獲得一偏振光照明系統’其具有參考習知技術說 乃的鬲輪出光源燈。 =為第三實施例具有較第一實施例與第二實施例少量 '成兀件，裝置可以做的更小。然而，如下面所述，前 -固實施提供一較第三實施例好的光使用效率。 假若光照射於疊加陣列透鏡50D具有好的平行光，出 缺力陣列透鏡5 0 D的光束係大體疊加於照明區域8 〇上。 1而，實際上，自光源2 0發射的光並非絕對地平行。尤 : 起由光焦度變化光學轉像系統3〇出發的平行光之惡化 既^迷縮小比例（L2/L1)成反比。因為對於系統光軸以二 角度入射於疊加陣列透鏡50D的局部光束以些微不间

第36頁 A59l^5_ 五、發明說明（34) 位置照明該區域，超過局部光束大體平行於系統光軸 100DLC入射疊列透鏡50D ;所以疊加出自疊加加陣列透鏡 5 0D的所有局部光束於照明區域80之相同位置係困難的。 因此，為了獲得照明區域8 0之均勻照明，設定出自小透鏡 5 0Da的每一局部光束照明稍微較照明區域80的面積大。結 果是第三實施例中照明區域8 0的光使用效率變得比第一實 施例低。當一疊加光學系統50使用一積分光學系統時，如 同於第一實施例之照明系統100，自疊加光學系統50發射 的每一複數局部光束於照明區域8 0上以大體相同位置疊 加。因此，第一實施例與第二實施例可提供較第三實施例 高的光學使用率。 D.第四實施例： 第1 0 (A)圖與第1 0 (B )圖顯示第四實施例之照明系統與 第一實施例之照明系統之間的比較。第1 〇 ( A)圖係第四實 施例之照明系統之主要部位的一般配置結構平面圖，而第 1 0 (B)圖顯示第一實施例之照明系統1 〇 〇。此照明系統1 〇 〇 e 具有一疊加光學系統50E取代照明系統丨〇〇之疊加光學系統 50。疊加光學系統50E包括一第三陣列透鏡52E與一第四陣 列透鏡54E。第三陣列透鏡52E具有照明系統1〇〇的第三陣 列透鏡52與疊加透鏡56之功能。構成第三陣列透鏡me的 複數小透鏡5 2 E a係偏心圓透鏡’其中光軸偏移係根據與系 統光軸10 0ELC之距離’因此出自小透鏡5〇Ea的局部光束^ 加於照明區域80上。第四陣列透鏡54E包括配置°於^出自第"· 三陣列透鏡52E的複數局部光束的光路徑上的複數小透鏡

第37頁 A 5 9 ^ ^ 5_____ 五、發明說明（35) 54Ea。利用複數小透鏡54Ea的收斂光焦度，使此等光束藉 由光源20以相對於系統光軸1 〇OELC的一傾斜角度發射，大 體登加於照明區域80上的相同位置。於此，出自最外邊的 小透鏡52Ea的局部光束軸之入射照明區域8〇的角度假設為 β 1，以及出自最外邊的小透鏡5 2 a的局部光束軸之入射照 明區域80的角度假設為0 2。 第三陣列透鏡52E當作一疊加透鏡，因此假若自第三 陣列透鏡5 2 E至照明區域8 0之距離與照明系統1 〇 〇之第三陣 列透鏡5 2至照明區域8 0之距離相同，入射角度0 1將小於 0 2。 ' —光學系統之特性與光入射角度有關，例如光出自照 明系統入射於一液晶板或透鏡。一般而言，越小角度入射 意4更尚的光使用效率□因此，與第一實施例之照明系統 1^00比較’第四實施例之照明系統丨〇〇E於照明區域產生更 高的光使用效率係有助益的。 E ·第五實施例： 第11圖係本發明第五實施例之照明系統主要部分的一 般配置結構之平面圖。於此照明系統1 0 〇 F中，刪除第五實 施例之照明系統1 00的第二陣列透鏡34以及使用具有第二 陣列透鏡3 4與第三陣列透鏡5 2之功能的一第三陣列透鏡 5 2 F取代第二陣列透鏡5 2。第一陣列透鏡3 2、轉像陣列透 f 36以及第三陣列透鏡52F組成一光焦度變化光學轉像系 統3〇F °第三陣列透鏡52F、第四陣列透鏡54以及疊加透鏡 5 6亦組成一疊加光學系統5 0 F。亦可以視作第四陣列透鏡

第38頁 4 5 9 1 4-5 五、發明說明（36) 54與疊加透鏡56組成疊加光學系統5〇{Γ。 第一陣列透鏡3 2劃分出自光源2 〇的平行光束成複數局 部光束接著聚集光束於轉像陣列透鏡3 6範圍内。出自轉像 陣列透鏡3 6的複數局部光束穿過偏振轉換系統4 〇且照射於 第二陣列透鏡52F。照射於第三陣列透鏡52f的複數局部光 束經由疊加光學系統5 〇 F疊加於照明區域8 〇。 出自轉像陣列透鏡36的複數局部光束照射於第三陣列 ，鏡52F。因為偏振轉換系統4〇提供於轉像陣列透鏡36與 第二陣列透鏡52F之間，入射於偏振轉換系統4〇的每一局 部光束寬度小於入射於第三陣列透鏡52F的每一局部光束 之寬度且小於偏振分光薄膜44b於X方向之寬度，即光遮蔽 板42之可穿透部份42b之X方向寬度。 第1 2圖係關於入射於光焦度變化光學轉像系統3〇平行 光束之說明圖。於第一實施例之照明系統丨〇〇中，藉由上 述縮小比例（L2/L1)縮小的局部光束照射於第二小透鏡 34a因為經由光源20發出的光不是完全的平行，局部光 束對於光軸32aLC以不同的角度入射於第一小透鏡。對 於光軸32aLC以角度0L1入射的局部光束以相同方式導引、 至第二小透鏡34a如同平行於光軸3 2aLC的局部光束，但3 以較0L1大的一角度6»L2(W 0L1 XL1/L2)離開第二小疋 鏡34a。結果，出自第二小透鏡34a的一光束繼續偏*離，軎 離第二小透鏡34a的距離愈遠，偏離愈增加。因此，出田 第二陣列透鏡的每一局部光束對於第三陣列透鏡之 透鏡52a可能變得太大，導致於減少光使用效率。 二小

91 ^ 5 ΐ、發明說明（37) _ " ----- ^因為在第三陣列透鏡UF之照明系統1〇〇F中包括第二 陣列透鏡之功能，與第一實施例之照明系統1〇〇比較，對 於光入射偏振光束分光陣列44與光入射第三陣列透鏡 52F，具有改善光使用效率之優點。不必省略第二陣列透 鏡34 ,但是可以包括於第三陣列透鏡52之附近處做為替 代。然，，從光使用效率之觀點，省略第二陣列透鏡34而 使用第二陣列透鏡52F是有助益的。精簡照明系統之結構 亦是有助益的。 有關轉像陣列透鏡36與第三陣列透鏡52F之間的光路 t長度’經過反射薄膜44c的光路徑是較不經過反射薄膜 44c的光路徑長，約相當於χ方向偏振分光薄膜44b之寬度 值（參考第4(B)圖）。於本配置中’第一陣列透鏡32、轉像 陣列透鏡3 6以及第三陣列透鏡5 2 F組成光焦度變化光學轉 像系統’因此光路徑長度差異差異不影響光束照射於第三 陣列透鏡52F。特別地，位於反射薄膜44c後的照射於第三 小透鏡52Fb的一光束較位於偏振分光薄膜44b後的照射於 第三小透鏡5 2Fa的一光束還寬。有關於第三陣列透鏡5 2f 寬度上的差異不影響入射光效率。這已是事實，利用第三 小透鏡52Fa與52Fb構成第三陣列透鏡52F是令人滿意的， 就位於z軸上（特別地，第三小透鏡5 2 F b比第三小透鏡5 2 F a 位置較靠近偏振轉換系統4 0 )的透鏡光學性質（例如焦距） 方面輕微地修正。同樣地修正構成第四陣列透鏡5 4的第四 小透鏡54a之透鏡性質。使用一第三陣列透鏡52F以此方式 配置’可以減少上述光路徑長度差異之功能。因此，於此

第40頁 實施例中，第三小透鏡52?^與52几為具有兩種形式不同光 學性質的平凸透鏡’凸面以互為相反方向配置。 F * 第六實施例： 第1 3圖係本發明之第六實施例的一照明系統的主要部 分之一般配置結構平面圖。於此照明系統〗〇 〇 G中省略第 一實施例之照明系統丨00之第三陣列透鏡52以及取代第二 陣列透鏡34，使用具有第二陣列透鏡34與第三陣列透鏡“ 之功能的一第二陣列透鏡34G。因此，第一陣列透鏡32、 轉像陣列透鏡36與第二陣列透鏡34G構成一光焦度變化光 學轉像系統30G。帛二陣列透鏡34G、第四陣列透鏡54與疊 加透鏡56亦構成一疊加光學系統5〇G。亦可以視作第四陣 列透鏡54與疊加透鏡56組成疊加光學系統5〇G。 π a f 一 f列透鏡32劃分出自光源20的平行光束成複數局 邻光束接著聚集光束於轉像陣列透鏡36範圍内。出自轉像 陣列透鏡36的複數偏離的局部光束且照射於第二陣列透鏡 HG。照射於第二陣列透鏡34G的複數局部光束藉由第二陣 歹、鏡34G再一次聚集於第四陣列透鏡之附近。複數局 因此聚f於第四_列透賴之料，藉由疊加透鏡 豐加於照明區域8〇上。 四陣列透鏡54。偏振轉 與第四陣列透鏡54之間 出自第二陣列透鏡34G的複數局部光束聚集入射於第

。偏振轉換系統4〇提供於第二陣列透鏡34G

ν'於光遮蔽板42可穿透部份之x 膜44b於X方向之寬度，就是 Γ•方向寬度。與第一實施例 459145 玉、發明說明（39) ----------- 比較’第六實施例之照明系統i〇〇g具有能 夠改善士射於偏振光束分光陣列44上的光使用效率之優 點第一陣列透鏡5 2不必要删除，但是可以包括於第二陣 列透鏡34之附近處做為替代。然而，從光使用效率之& 點’省略第二陣列透鏡52而使用第二陣列透鏡34G是有助 益的。精簡照明系統之結構亦是有助益的。 一於第二陣列透鏡34G中’於X方向排列的透鏡數量少於 第二陣列透鏡5 2於x方向排列的透鏡數量。數量較少的原| 因是因為於X方向上自偏振轉換系統4〇發射的局部光束數 量係入射的局部光束數量之兩倍。因為具有第二陣列透鏡 34與第三陣列透鏡52兩者功能的第二陣列透鏡34G，配置 於偏振轉換系統40之進入端，所以可以配置於χ方向較第 三陣列透鏡少的透鏡數量。根據本發明，、、光學結合 (optically integrated)"不僅使用接著劑將許多光學_ 件接合在一起以形成包括許多光學元件功能的一單一光$ 元件’而且亦包括減少不必要的光學元件。 予 G · 第七實施例： 第1 4圖係本發明第七實施例的照明系統的主要部分之 一般配置結構側面圖。於此照明系統1 〇 〇 Η中，第一實施例 之光焦度變化光學轉像系統3 0已被一光焦度變化光學^ ^ 系統30Η取代。除了沿著y軸的尺寸不同，偏振轉換系、統 4 0 Η及疊加光學系統5 0 Η與偏振轉換***4 0及疊加光學系統 50相同。 光焦度變化光學轉像系統30Η包括一第一陣列透鏡

第42頁 45 9 1 4 5 五、發明說明（40) 1 3 2H、一轉像陣列透鏡36H以及一第二陣列透鏡34H。第一 陣列透鏡3 2H包括一複數第一小透鏡3 2Ha。第一小透鏡 32Ha為偏心圓透鏡，其中光軸位置於y方向偏移量係根據 與系統光轴1 0 0HLC於y方向上的距離。因此，出自第一小 透鏡32Ha之局部光束自系統光軸於土 y軸方向偏斜係根據 偏移量。 轉像陣列透鏡36H包括配置於出自第一陣列透鏡μη的 複數局部光束光路徑上的複數轉像透鏡36 Ha。與第1圖中 顯示的照明系統1 0 0之轉像陣列透鏡3 6 Η比較，轉像陣列透 鏡3 6 Η沿著y軸於系統光軸1 〇 〇 H L C之每一邊係較小。第二陣 列透鏡34Η包括配置於出自轉像陣列透鏡36Η的複數局部光 束光路徑上的複數第二小透鏡3 4 H a 9且沿著y抽於系統光 軸1 0 0 H L C之每一邊係較照明系統1 〇 〇之第二陣列透鏡3 4 小。第二小透鏡34Ha係偏心圓透鏡’其中光軸之位置於y j 方向以相對方向（沿著y方向）自對應的第一小透鏡之光輛 j 偏移，偏移量係與距離系統光軸10 0HLC有關。結果，出自 第二陣列透鏡34H的每一局部光束之中心軸係大體平行於 系統光軸100HLC。 第15(A)圖與第15(B)圖顯示照射於第一實施例之偏振 | 轉換系統4 0的光束形狀與照射於第七實施例之偏照明*** 1 00H中偏振轉換系統40H的光束形狀之間的比較。於每— 個實施例中，自照明區域8 0觀察取得的圖案。參考第 15(A)圖，複數局部光束入射於構成偏振轉換系統40的偏 振光束分光陣列之偏振分光薄膜44b與反射薄膜44c上。出

Λ5 91 A 5

自第一陣列透鏡3 2的每一局部光束藉由光焦度變化光學轉 像，統30縮小且照射於偏振轉換系統4〇上。這導致縱方向 局邛光束之間具有絲毫無光的面積NA。當使用偏振光轉換 糸統40Η日守，如第1 5(B)圖所示，面積na減少且縱向的偏振 轉換系統4 0之大小可以減少。 因此’根據第七實施例之照明系統丨〇〇H，第一實施例 之偏振，換系統40藉由縱方向較小的偏振轉換系統40H取 代，使得偏振轉換系統4011以下的光學系統製作的更小。 此外，與照明系統1 〇〇作比較，於y方向入射於照明區域 上的光入射角度可以縮小，使得可以增加照明區域上的光 使用效率。 即使假若第一陣列透鏡32H與第一實施例之第一陣列 透鏡32相同且使用—橢圓鏡（elHptical mirr〇r)代替光 源20的凹面鏡（concave mirror)24，可以獲得與昭明系！ 圈相同的結果。尤其，因為第-陣列透鏡32是1^ 圓透鏡，製作成本以及第一陣列透鏡32的各種形式像差节 以較照明系統1 〇 〇 Η之實施例更有效地減少。 Η.第八實施例：

第1 6圖係本發明之第八實施例的一照明系統之主要部 分的一般配置結構平面圖。此照明系統丨〇〇丨包括光焦度變 化光學轉像系統30 [、一偏振轉換系統4{Π以及一二= 系統501。 當光源20之凹面鏡24係一拋物面鏡（parab〇1 ic mirror)時，經由光源2〇發出的平行光束於光軸附近（以下

第44頁 厶 ~ .- 五、發明說明（42) — —................................... 皆稱為中心部位）易於成為最差的，愈周圍愈好。於第五 =施例中參考如上所述的第12圖，當光束具有差的平行度 f，出自光焦度變化光學轉像系統的每一局部光束趨向成 為更大的分離。結果，照射於偏振轉換系統4〇H的局部光 束於中心部位較周圍傾向更大的分離。此外，因為光源2〇 之中心部位具有較大光強度，於向設定偏振轉換系統 40H的大小與中心部位之局部光束大小一致。使用中心部 位局部光束做為參考，可以使得周園部位局部光束較中心 部位局部光束於縱向橫向更小s因此亦可以縮小偏振轉換 系統40H之周圍部位縱向横向的大小。 偏振轉換系統401配置有部位4〇ϊ 1，於部位4011上於 ±x方向離中心最遠的局部光束較其它部位4〇12小。光焦 度變化光學轉像系統3 0 I包括具有不同透鏡特性的兩個部 位3 0 11與3 0 I 2，部位3 0 11產生相當於偏振轉換系統部位 40 11大小的光束以及部位3〇 I 2產生相當於偏振轉換系統部 位40 12大小的光束。第三陣列透鏡521與第四陣列透鏡541 亦配置有相當於偏振轉換系統部位4〇 I 1大小的部位52 I 1與 54Π ;以及相當於偏振轉換系統部位4012大小的部位5212 與5412 。 照明系統1 0 0 I於偏振轉換系統4 ο I以下部份可以製作 的愈來愈小。照射於照明區域8〇上的光入射角度亦可以減 少，因此當光學系統或光學元件的光學特性與入射角度有 關時可以使用照明系統之以下部份；與第一實施例之照明 系統1 0 0比較’此系統以及元件可增加光使用效率。

第45頁 459145 五、發明說明（43) J -第九實施例： 第1 7圖係使用本發明之照明系統的一投射式顯示裝置 之主要部分的一般配置結構平面圖。此投射式顯示裝置 1 0 0 0包括一照明系統1 〇 (T ; —色彩分光器（co 1 or separator)200 ; —光導引系統（light guide system )220 ;三個液晶光閥（液晶面板）300R、300G、 300R ; —十字分合光稜鏡（ cross d i chroi c pri sm) 320 ； 以及一投射光學系統（projection optical system) 340。 於投射式顯示裝置1 〇 0 0中’經由照明系統1 〇 〇 ’發射的光藉 由色彩分光器200分光成紅光（R)、藍光（B)以及綠光（G)。 每一色彩光通過相對應液晶光閥300R、300G與300B且根據 影像資料調制。經調制的色彩光藉由十字分合光稜鏡3 2 〇 合併’且色彩影像藉由投射光學系統34〇顯示於螢幕sc 上。 於照明系統1 0 0中’照明系統1 〇 〇的偏振轉換系統4 〇 之偏振分光薄膜44b與反射薄膜44c於y方向排列。 組成照明糸統1 0 0的光學元件之功能係與照明系統 100相同的。因此，照明系統100’發射線性偏振光（於本實 施例中為s偏振光）照明光束’其中偏振分量具有與照明每 —液晶光閥300R、300G與3 0 0B '组成的照明區域8〇相同偏振 方向。液晶光閥300R、3〇〇G與300B之入射表面具有偏振板 (配置’因此偏振板之穿透轴與光的偏振軸對準）以便提高 偏振照明光等級。然而’當出自照明系統1〇〇，的光高度地 偏振’偏振板可以省略。在此提到的照明光偏振程度意指

4591^5

照明光，就是上述線性偏振光之比率。 色彩分光器200包括分色分光鏡（dichr〇ic mir^〇r)202與204以及—反射鏡208，其功能為劃分來自照 明系統1 0 0 ’的光束成為紅光、藍光與綠光。第一分色分光 鏡202使包括於照明系統100’的光的紅光分量穿透，以及 反射藍光與綠光分量^經由第一分色分光鏡2〇2穿透的紅 光藉由反射鏡2 08反射至十字分合光稜鏡3 2〇上。來自色彩| 分光器200的紅光經由—場透鏡iens)232穿過紅色 液晶光閥300R。場透鏡232轉換發射自照明系統1〇〇，的局 部光束成為平行於中心軸的光束。場透鏡2 3 4及2 3〇提供於 其它液晶光閥之前方提供相同功能。 經由第一分色分光鏡2〇2反射的藍光分量與綠光分 量’接著綠光經由第二分色分光鏡2 〇 4反射且因此偏向朝 向十字分合光稜鏡320。發射自色彩分光器200的綠光分量 經由場透鏡234穿過綠色液晶光閥3 OOG。穿透第二分色分 光鏡2 04的藍光分量離開色彩分光器2〇〇，接著照射於光導 引糸統220上’其中經過入瞳透鏡（entrance lence)222、 轉像透鏡226、反射鏡224與228以及出瞳透鏡（exit lens) (場透鏡）230，接著照射於藍色液晶光闕300B。對於藍光 使用一光導引系統220的原因係防止降低光使甩效率，因 為藍光之光路徑較其它顏色的光路徑長的緣故。換言之， 可以使穿透過出瞳透鏡230的藍光不改變。自照明系統 100’之疊加透鏡56至每一個300R與300G的液晶光閥之距離 設定為大體相等的。

第47頁 五、發明說明（45) 液晶光閥300R、300G與300B當作光調制器（1 ight modu lator)使用，根據接收的影像資料（影像訊號）用以調 制每一顏色的光。十字分合光鏡鏡320當作—色彩合成器 (color combiner)，用以合成三個顏色的光，因此調制形 成一色彩影像。十字分合光棱鏡320包括一紅光反射面 (red light reflecting surface) 321，一種多層電介質 薄膜堆（multi-layer dielectric film stacks)形式；以 及一藍光反射面（blue light reflecting surface)322， 一種多層電介質薄膜堆形式，形成於十字形接合處。紅先 反射分合光面321與藍光反射分合光面322構成本發明之色 彩結合面。藉由十字分合光稜鏡32〇結合的光朝向投射光 學系統3 4 0方向離開，投射光學系統3 4 〇投射合成光於螢幕 sc上顯不一色彩影像。對於投射光學系統34〇最好使用遠 心鏡頭（telecentric lenses)。 使用具有高偏振轉換效率的一照明系統丨〇〇，改善投射 式顯示裝置1 000的光使用效率，產生更亮的影像顯示。 使用具有上述之一個實施例的照明系統的投射式顯示 裝置1000將允許獲得大體相同的結果。

λ第18(Α)圖與第18(Β)圖係有關於光自照明系統10(Γ 、 第一分色分光鏡202、第二分色分光鏡2〇4以及十字分合光 稜鏡320之說明圖。第18(A)圖與第18(8)圖只集中重點於 第一分色分光鏡202、紅色液晶光閥3〇〇R以及十字分合光 稜鏡3 20，為了方便顯示以直線排列。如所示，第一分色 分光鏡202係大體位於垂直以平面，相對於以平面形成—

459145 五、發明說明（46) 既定角度θ Μ1。 第19圖顯示第一分色分光鏡202之色彩分離特性。當 一光束以既定角度Θ Mi入射於第一分色分光鏡202時，只 有紅色分量（超過約580nm的波長）穿透分色分光鏡2 02並且 於第19圖中以實線指示反射其它分量（藍與綠）^入射於第 一分色分光鏡2 02的光入射偏離角度導致色彩分離特鏡具 有相當程度變化。因此，除了光以既定角度θ Ml入射於第 一分色分光鏡20 2外，導引至紅色液晶光閥300R的紅光將 有一偏離。 如第18(A)圖所示，即使假若兩光束LAI、LA2自不同 的兩點以相對於系統光軸l〇〇〇LC的相同絕對夾角0LA1、 (9LA2於X方向發射，入射於第一分色分光鏡2 〇2的光入射 角0 A1與0 A2將仍然彼此不同且以既定角度β Ml偏離。例 如’於第1 9圖中關於光束LA 1，結果將利用單點不連續線 表示此形式之特性；以及關於光束LA2，利用破折線表示 此形式之特性，代替需要的色彩分離特性利用實線表示。 特別地’假若於xy平面範圍内存在相對於系統光軸1〇〇〇LC 具有一入射角度Θ LA1、Θ LA2傾斜地入射光，第一分色分 光鏡2 02之色彩分離特性將顯示與擴大入射角度成正比的 變化’紅光沿著x方向導引至紅色液晶光閥3 〇 〇R產生非對 稱顏色偏離。 於另外一方面，如第18(B)圖所示，假若兩光束LB1、 LB2自不同的兩點以相對於系統光軸1〇〇〇LC的相同絕對夾 角Θ LB1、0LB2於y方向發射，相對於第一分色分光鏡2〇2

第49頁 Δ59^6 五、發明說明（47) 之絕對入射角0 al、Θ bl亦將相同，因此有關於光束LA1 與LA2的色彩分離特性亦將相同。例如，有關於光束LBi與 LB2兩者的特性於第1 9圖中藉由單點不連續線說明。具體 地’假若於yz平面範圍内存在相對於系統光轴1〇〇〇LC具有 一入射角度6LA1、0LA2傾斜地入射光，第一分色分光透 鏡202之色彩分離特性將顯示正比於擴大入射角度的1/2的 二變化，紅光沿著y方向導引至紅色液晶光閥3〇〇R產生對 稱顏色偏離。然而’重點是於yz平面傾斜地入射光具有分 色分光鏡之色彩分離特性作用較x z平面傾斜地入射光的結| 果小。結果’於紅光穿過第一分色分光鏡2〇2至紅色液晶| 光閥30 OR的實施例中，於y方向色彩偏離之作用較X方向色 彩偏離之作用小。 ^ | 這顯示有關於光束出自照明系統相對於系統光軸 1000 LC的角度’對於角度於χ方向較y方向小是更好的。 於照明系統1 〇〇’之偏振轉換系統4〇中，出自光焦度變 化光學轉像系統3 0的每一局部光束於相同y方向劃分成兩 光束’其中排列偏振分光薄膜44b與反射薄膜44c。經 明系統100’發出的發光通量密度於y方向較χ方向高，因^ 與X方向排列的光通量之光束作用比較，y方向排列的光 傾向具有更多作用於光學系統或光學元件，其中光學特性 ίΐ賴。參考第七實施例說明，偏振光分：系統 之大小於垂直於偏振轉換系統40的偏振光分光方向上 小，因此於平面上光通量之光束傾斜對應 μ (…)的方向較平面上㈣面)光通量之 459145

五、發明說明（48) 於偏振光分開的方向更大丨 特性的光學系統或光學元 = 一角度依賴光學 抖私笙八A 干之作用傾向變得愈大。 對於第一分色分光鏡2〇2 分色分光鏡204。 上述說明亦可應用於第二 根據以上所述’投射式顯示褒置測中，使用一 系、洗，偏振轉換系統4 〇於y方向_ …、 ^ ^ f ^ 〇 θ $ + 万向劃分線性地偏振光分量較5 二當本發明之照明系統應用於包括-分色 裳置時’其中偏振光於偏振轉換系統中割分= 與光經由/分色分光鏡劃分成兩色彩的方向最好成直角方= 將有益於減少投射影像之色彩變化。 因為投射式顯不裝置1 〇 0 0使用一照明系統〗〇 〇，，其中 偏振轉換系統40於y方向劃分線性偏振光分量，投射影像 的色彩變化將減少。 上述關於分色分光鏡的說明亦應用至十字分合光棱鏡 320的紅色反射分合光面321與藍色反射分合光面322。特 別地’如第18(A)圖所示，即使假若兩光束LAi、LA2自不 同的點沿著轴相對於系統光袖1 〇 〇 L C以相同地絕對角度β LA1、Θ LA2出發，入射於紅色反射分合光面321之光入射 角度θ Α2、0 Β2將互為不同且以既定角度β M2偏向=> 另外 一方面，如第18(B)圖所示，假如兩光束LB1、LB2自不同 點沿著y軸相對於系統光軸1 000LC以相同絕對角度Θ LB 1、 Θ LB2照射於紅色反射分合光面321，相對於第一分色分光 鏡2〇2的入射絕對角度0&2、6乜2將會相同。

第51頁 4591厶 5 五、發明說明（49) -- 鏡的裝置時，於偏振轉換系統中分離的偏振光方向與藉由 分合光稜鏡分成兩色彩的光方向最好配置成直角a 因為投射式顯示裝置1〇〇〇使用一照明系統1〇〇，，其中 偏振轉換系統4 0以y方向分離線性偏振光分量，於投射 像將減少色彩變化。 當投射式顯示裝置1000具有參考說明用以顯示彩色影 像的一裝置時’亦可以應用於用以顯示單色影像。 K. 第十實施例： 第20圖係另一種投射式顯示裝置使用本發明之照明系 統之主要部分的一般配置結構平面圖。此投射式顯示裝置 2 0 0 0使用第一實施例之照明系統i 〇 〇。 此投射式顯示裝置2000包括照明系統1 ; —偏振分 光稜鏡（polarization splitting prisra)420 ; —反射式 液晶光閥（液晶面板）440 ;以及一投射光學系統340。反射 式液晶光閥4 4 0、偏振分光稜鏡4 2 0與投射光學系統3 4 〇依 序配置於系統光軸2000LC上。 發射自照明系統1 〇〇s偏振態的線性偏振光經由平行於 系統光軸2 0 0 0 L C的一側面4 2 2進入偏振分光稜鏡 (polarization splitting prism) 420，接著照射於一偏 振分光溥膜4 2 8。偏振分光薄膜4 2 8使s偏振光反射且使p偏 振光穿透’所以s偏振光入射於偏振分光薄臈428後反射， 離開面對光閥440的一侧面424。

照射於光閥440上的光以相對於入射方向的方向反射 回來。當液晶是完全切斷（of f)時，光離開光閥440係s偏 I

第52頁 459 14 5 五、發明說明（50) 振光’進入偏振分光稜鏡420接著再一次經由偏振分光薄 膜428反射。結果’出自光閥440的光並未照射於投射光學 j 系統340而自面向照明系統丨〇〇的侧面422離去，於螢幕sc 上造成一暗顯示。當液晶是完全導通（on)時，光離開光閥| 440已轉換成p偏振光且因此經由偏振分光薄臈428穿透。 結果，來自光閥440的光自侧面426離開且照射於投射光學 系統340上，產生一明亮的螢幕顯示。當液晶處於切斷與 導通之間的中間狀態時，中間狀態包括s偏振光與p偏振 光，產生一半的光度顯示。 於此方式中，投射式顯示裝置2〇〇〇使用來自照明系統 1 0 0的光，根據接收的影像資料切換每一像素光閥4 4 〇之液 晶為導通或切斷，接著因此顯示影像於螢幕上。 這第十實施例之投射式顯示裝置200 0，可以藉由使用 具有一高偏振光轉換效率的一照明系統增加光使用效率， 可以賦予顯示明亮影像。 技射式顯示裝置2 〇 〇 〇使用一種利用於上述其它實施例 的照明系統可以獲得大體上相同的結果。 偏振分光稜鏡420相當於發明主張之偏振分光裝置。 投射式顯示裝置2000已說明關於來自照明系統丨〇〇的 照明光經由偏振分光稜鏡4 2 〇反射於光閥4 4 〇上。然而，一 配置可取代使用，其中來自照明系統丨〇 〇的照明光經由偏 振分光稜鏡4 20穿透至反射式液晶光閥44〇上，接著經由反 射式液晶光閥440反射的光藉由偏振分光稜鏡反射至投射 光學系統340上。

第53頁 459145 五、發明說明（51) 第21圖係關於光照射於偏振分光稜鏡42〇的說明圖。 於此’說明集中重點於以平面上的光。B光係垂直照射於 側面422的光束（就是’沿著垂直於側面422的線或沿著z 抽）’ A光與C光係傾斜地照射光束，就是與光照射面422之 法線以一角度入射。假若照射於侧面422的偏振光軸係垂 直經由偏振分光薄膜428分離的偏振光方向（y方向與χ方 向）。就是，假若偏振光軸係y方向，Α光、Β光與C光將藉 由偏振分光薄膜428以90度反射，接著將因此自侧面424離 開。因為B光垂直照射於入射面422，經由偏振分光薄膜 4 28反射出侧面424的B光偏振軸方向將位於y方向。然而， 於A光與C光實施例中，傾斜地照射於入射面4 2 2，當自z方 向注視偏振分光稜鏡420，出自侧面420的光偏振軸將與丫 軸重疊，但將相對於y轴旋轉+θβ(Α光），-0R(C光）。於 此，逆時針方向旋轉係正的。假若光與包含於（yz)平面的 Z軸以一傾斜角照射於偏振分光薄膜428上，其中偏振光經 由偏振分光薄膜428分離（X軸方向與2軸方向）經由偏振分 光薄膜428反射的光的偏振軸將旋轉，不顧偏振分光薄膜 428之偏振光分光特性。這意指即使假若線性偏振光照射 於偏振分光稜鏡420，偏振軸已預先設定，假若部份線性 偏振光相對於侧面422傾斜地入射，離開侧面424且照射於 反射式液晶光閥440將包括不必要的線性偏振光分量，並 且使投射影像之亮度與對比惡化。 因此，藉由照明系統發出的光相對於系統光軸2㈣〇 [ c 於方向傾斜愈少愈妤，就是經由偏振分光薄膜428分離的

第54頁 五、發明說明（52) 偏振光最好彼此垂直。 如上所述，藉由照明系統發出的發光通量密度，其中 偏振轉換系統40劃分出的偏振光較高。因此，與偏振光以 垂直角分離的光通量光束比較，光通量光束對齊於此方 向，其中偏振光分離有愈來愈強的作用於光學系統或光學 元件，其中光學特性與角度有關。此外，參考第七實施例 的說明，偏振光分光系統之尺寸可於垂直於偏振轉換系、统 40劃分的偏振光方向縮小，因此於平面上光通量傾斜光束 包括偏振光分離的方向比平面上光通量傾斜光束垂直於偏 振光分離方向有愈來愈強的作用於光學特性與角度有關的 光學系統或光學元件。 ^ 根據上述，於第十實施例之投射式顯示裝置2〇〇Q中， 最好使用偏振轉換系統40以相同於偏振分光稜鏡42〇劃分 線性偏振光分量的照明系統。換言之，當本發明之照明系 統應用於包括反射式液晶光閥與偏振分光稜鏡的投射式顯 示裝置，於照明系統之偏振轉換系統劃分的偏振光方向與 偏振分光稜鏡劃分偏振光方向一致。這將有助益於改善偏 振分光稜鏡之偏振轉換效率且增加投射影像之亮度與對 比。 當投射式顯不裝置2000已參考用以顯示單色影像的一 裝置說明’亦可有效地應用於用以顯示彩色影像的一投射 式顯示裝置。 L.第十一實施例： 第22圓係使用本發明之照明系統的另一投射式顯示裝

459145 五、發明說明（53) 置之主要部分的一半配置結構平面圖。 投射式顯示裝置3 0 0 〇包括一照明系統丨〇 〇，；三面分色 分光鏡500R、500G與500B ; —穿透式彩色液晶光閥（液晶 面板）5 20，以及一投射光學系統34〇。分色分光鏡5〇〇R、 500G與500B各自反射紅光（R)、綠光（G)與藍光（B)並且使 其它色彩光穿透。面鏡500R、500G與5 0 0B依序配置於靠近 照明系統1 00’ 一侧，彼此非平行關係。分色分光鏡並未以 此順序規範，但是排列順序係根據單板式彩色液晶光閥 5 2 0之像素配置結構為根據而決定。可以使用一反射鏡代 替照明系統1 0 0最遠端的分色分光鏡（於本實絶例中為分 色分光鏡50 0B)。 ' 分色分光鏡500R、500G與500B位於接近照明系統i〇(r 之光軸100LC與穿透單板式彩色液晶光閥52〇中心的投射系 統光學軸3000LC之交叉點，綠光反射分色分光鏡5〇〇(；之鏡 面法線與照明系統100’之光軸1〇〇LC形成45度夾角。紅光 反射分色分光鏡500R以y軸順時鐘旋轉，與分色分光鏡 500G形成一微小的夾角。藍光反射分色分光鏡5〇〇^亦以y 軸輕微地旋轉與分色分光鏡50〇G形成一微小的夾角。稍後 說明夾角。 自照明系統100’發射的光，紅光經由分色分光鏡500R 反射至光閥520上。穿過分色分光鏡500R的綠光經由分色 分光鏡500G反射後，通過分色分光鏡50 0R照射於光闊520 上。藍光通過分色分光鏡500R與50 0G，接著亦經由分色分 光鏡500B反射至光閥520上。當三面分色分光鏡彼此非互

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45 91 4 § 五、發明說明（54) 相平行時’經由每一分色分光鏡反射的光以不同入射角度 照射於光閥520上。 第23(A)圖與第23(B)圖係單板式彩色液晶光閥之一像 素配置結構的放大說明。如第23(A)圖所顯示，光閥520包 括一光閥部（light valve porti〇n) 530，其包括複數像 素’以及一微透鏡陣列（micro-lens arrayOSAO，位於光 閥部530之入射面。光閥部530之每一像素531包括與紅 (R)、綠（G)，藍（B)三色彩次像素（co]_〇r sub-pixels)531R、531G 與 531B。每一像素 531 之入射面具 有一微小透鏡541。以不同的入射角度照射於單板式彩色 液晶光閥520的三色彩之光束經由微透鏡陣列54〇之各自的 微透鏡541聚光於對應的次像素531R、531G與531B，以及 每一次像素根據提供系統的影像資料訊號調制色彩光。 於光閥52G上的每一色彩光的入射角度，與三面分色 分光鏡之角度相符，因此每一色彩光照射於對應的像素 531 °此等角度係根據次像素5311?、531G與5318之間的間 隔PD以及微透鏡541之焦距f #決定。 ^ 第22圖的離開光閥520之每一像素531的光經由投射光 學系統340投射，於螢幕SC上顯示一彩色影像。 第十實施例之投射式顯示裝置3〇〇〇亦可藉由使用具有 高偏振光轉換效率的一照明系統丨〇〇’增加光使用效率，可 以顯不明亮影像。 投射式顯示裴置3 0 0 0使用一種利用於上述其它實施例 的照明系統可以獲得大體上相同的結果。

第57頁 459145 五、發明說明（55) - 參考第七實施例的說明，偏振光分光系統之尺寸，於 垂直於利用偏振轉換系統40劃分的偏振光方向上可以縮 小，因此在平面上的光通量之傾斜光束包括，偏振光分量 的方向（yz平面），於與肖度有關的光學系統或光學元件上 ，有較大的影響超過光通量之傾斜光束於垂直於偏振光分 量（XZ平面）。更進一步，經由照明系統丨〇 〇發出的發光通 量禮·度於y方向較X方向高，與在乂方向排列的光通量之光 束作用比較’排列於y方向的光束傾向具有更多的作用於 與角度有關的光學特性的光學系統或光學元件上。光束發 散角度與光束聚集特性具有一相反的關係。無法利用具有 大發散角度的光束形成小的收敛影像。因此，使用光發散 角度愈大的光照明一液晶光閥，投射光學系統或光閥之光 使用效率愈低。 如第23(B)圖所示’當自2方向觀察時，構成光閥52〇 之一像素531的每一個次圖素53IR、531G與531B具有一於y 方向延伸的矩形形狀，產生一大體方形像素531 ^因此， | 經由使用此安排’次像素之形狀與光學特性相配，例如光 束入射於其上的發散角度或收斂角度，可以防止減少光學 使用效率，即使是照明系統1 00，的實施例，藉由照明系統 發射的光束於特定的方向具有相對大角度發散。特別地， 來自照明系統1 00的光束方向顯示一大發散角更可與矩形 次圖素之長邊配合。利用如此的配置，於X方向收斂的影 像是小的，可以使每一色彩光照射於對應的次圖素。 因此，於第十一實施例之投射式顯示裝置300 0中，於

第58頁 459145 五、發明說明（56) 偏振轉換系統40中劃分的偏振光方向設定成與液晶光閥中 使用的矩形次像素長邊一致。結果，每一色彩光只照射於 對應的次像素’使得可以獲得沒有顏色飄移又明亮的影 像。於使兩空間間隔的彩色次圖光閥的投射式顯示裝置實 施例令’一典型的單板式彩色液晶光閥實施例，經由對齊 光束最寬與次像素之長邊的最大角度方向，可以減少照射 於錯誤次像素每一色彩光（惡化顯示影像之彩色表現）。 、 雖然上述實施例已參考照明系統之實施例說明具有一 光焦度變化光學轉像系統，包括一第一陣列透鏡、一第二 陣·列透鏡與一轉像透鏡’未限制本發明且亦可以取代下述 配置結構。 第25圖顯示本發明之照明系統的變形。照明系統丨〇〇J 包括了光源20、一光焦度變化光學轉像系統3〇J、一偏振 轉換系統40J以及一疊加光學系統5〇J。光焦度變化光學轉 像系統30 J包括一第一透鏡32 j、一轉像透鏡36J以及一第 二透鏡34J，功能與第一實施例之第一小透鏡32a、轉像透 鏡36a以及第二小透鏡34a相同。 偏振轉換系統4 0 J具有一偏振光束分光器 (polarization beam splitter)44Ja、—反射稜鏡 (reflecting prisffl)44Jb 以及—λ/2 延遲板 46J。自光焦 度變化光學轉像系統30J出發的光束照射於偏振光束分光 器44 Jaf，接著經由偏振分光薄膜4礼劃分成兩種線性偏 振光塑式，例如s偏振光與口偏振光。線性偏振光之一種塑 式，例如p偏振光，通過偏振分光薄膜44b並且照射於λ/2

459 1 4 5 五、發明說明（57) 延遲板46J上’轉換成S偏振光接著離去。s偏振光藉由偏 | 振分光薄膜44b反射至反射棱鏡（reflecting prisn〇44Jb ! 上，經由反射薄膜（reflecting film)44c反射後，接著與 自几/ 2延遲板46J出發的s偏振光以大體相同的方向離去。 在此方式中，自光焦度變化光學轉像系統3〇J發射的光束 | 藉由偏振轉換系統4 0 J轉換成相同方向偏振的兩光束。 疊加光學系統50J包括一對第三透鏡52j以及相當於第 三透鏡52J的一對第四透鏡54J，配置於偏振光束分光器 44 Ja與反射稜鏡44 Jb之出口侧。經由相同的第四透鏡54 j 與第二透鏡52J，自偏振轉換系統4〇j出現的兩光束照明大 體相同位置的照明區域8 〇。 、*於此照明系統1 〇〇 j中，經由光源2〇發射的光束大小可 以藉由光焦度變化光學轉像系統3 〇 j縮小，使得來自光源 20的，束可以有效地照射於偏振轉換系統4〇上。結果產生 具有向偏振轉換效率的照明系統。 ，說明係關於本發明之照明系統應用於投射式顯示 统可以Ϊ : Ϊ ΐ非限制本發明。反而，本發明之照明系 现』以應用至各式各樣的裝置。 雖然，一液晶面板係當作一光電元件使用， 之任一種型式可以使用一明確地線性偏振光用以昭明。 制本ΐΐϊίϊΓΤ:例證的且並未限制本發明。並非限 者為準 神範圍，當視後附之申請專利範圍所界定

Claims (1)

1. 六 459145 __素號 891028M 申請專利範圍 . 本年月 β 修正 1. 一種照明系統，照明當作照明區域的—光學元件 之光入射面，該系統包括： —光源’發射未偏振光； —光焦度變化光學榦伤么, 光束大小； 轉像系統，改變經由該光源發射的 一疊加光學系統、經一 a 域的照明；以及 '疋的入射光束產生照明區 一偏振轉換系統，配置於沿荖 像系統的入射面至該疊加并 —^ '、、、又备化光學轉 過選擇的位置’轉換未偏振光之的光路徑上經 向之-種型式的線性偏振成分，#著發射振方 其中進入該偏振轉換系統的光換的先束， 學轉像系統於規定的方向上縮小。糈由謗光焦度變化光 其中該光 2·如申請專利範園第！項所述的照 焦度變化光學轉像系統包括： 統 U列透鏡，具有複數第-小透鏡； 轉像陣列透鏡’具有複數轉 陣列透鏡之出光側；以及 像還鏡’配置於該第一 一第二陣列透鏡，具有複數 _ 像陣列透鏡之此光侧， 一'、逯鏡，配置於該轉 其中該第一陣列透鏡與該第二 陣列透鏡的共概點；以及 早Μ透繞配置於該轉像 該偏振轉換系統包括： 一偏振光束分光陣列，具有 … .態m對彼此互相平行的偏振^ #1的方向的傾斜狀

   第61 Μ 2001.02. 21.0 -了--先薄膜輿反射薄膜，劃 459145 _案號 89102809 曰 修正 六、申請專利範圍 ____ 分未偏振光之入射光束成為 局部光束丨以及 天性偏振先之兩種型式的複數 —偏振轉換元件，線性偏据本 線性偏振光轉換成與第二型==型-之第-型式 其中進入該偏振轉換Κ 振f :同：振方向’ 統劃分成複數局部光束，以及於規定方向的每一 :畫局以束之大小藉由該光焦度變化光學轉像系統縮 3‘如申請專利範圍第2項所述的照明系統，其中該疊 |加光學系統包括： n ^ 一第三陣列透鏡，具有複數第三小透鏡，進入該疊加 光學系統的複數局部光束照射於於該等第三小透鏡上； 一第四陣列透鏡’具有對應複數第三小透鏡的複數第 四小透鏡；以及 ' j 一免加透鏡’疊加通過該第三陣列透鏡與該第四陣列卜 i透鏡的複數局部光束於照明區域上。 4.如申請專利範圍第3項所述的照明系統，其中該偏 振轉換系統配置於該第三陣列透鏡與該第四陣列透鏡之 間。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中該第 二陣列透鏡與該第三陣列透鏡係光學結合一體。 6 如申請專利範圍第5項所述的照明系統，其中該疊 加光學系統包括： 一第三陣列透鏡，具有複數第三小透鏡，大體疊加複 數局部光束於照明區域上；以及

   ^6I-298Z-?F2 第62頁 2001.02.21. 064 459145 〜 ..案號8910狀⑽ 六、申請專利範圍 —第四陣列透鏡 四小透鏡。 修尾一

   具有對應複 第三小透鏡的複數第 _ 7·如申請專利範圍第6項所述的照明系統'、中該偏 I裱轉換系統設置於該第三陣列透鏡與該第四陣列透鏡之 |間。 一 j 8.如申請專利範‘圍第γ項所述的照明系統，其中綠第 〜陣列透鏡與該第三陣列透鏡係光學結合一體的。 9 ·如申請專利範圍第2項所述的照明系統，其中f偏 振轉換系統係設置於該光焦度變化光學轉像系統與該登加 光學系統之間= 10.如申請專利範圍第2項所述的照明系統’其中該 | 偽振轉換系統係設置於該轉像障列逸鏡與該光焦度變化光j 學轉像系統的該第二陣列透鏡之間。 11. 如申請專利範圍第2項所述的照明系統’其中該 第—陣列透鏡之該等複數第—小透鏡，每一個具有不同的 光轴位置，與規定方向垂直的方向，因此進入該偏振轉換 系統的複數局部光束至少於規定方向垂直的方向彼此相 | !鄰。 | 12. 如申請專利範圍第} i項所述的照明系統，其中於 規定方向排列的複數局部光束，根據每一局^部光束之排列 位置具有不同縮小比例，每一光束於該光焦度變化光學轉 像系統中縮小。 | I 13.如申請專利範圍第2項所述的照明系統’其中該 |轉像透鏡藉由包括至少兩個透鏡的合成透鏡组成s 14.—種投射式顯示裝置，用以顯示投射影像’其包

   括· 第

   j —照明系統，係根據申請專利範圍第1項、第2項 3項、第4項、第5項、第6項、第γ項、第8項 '第9項、 1 〇項、第11項、第1 2項或第1 3項之任一項的照明系統 —光電元件，轉換接收自該照明系統的光，反應影像 仏说用以形成衫像接著發出轉換的光；以及 一投射光學系統’投射來自該光電元件的光。 15.如申請專利範圍第14項所述的投射式顯示裝置 進一步包括： 一彩色分光器，來自該照明系統的光劃分成複數色彩 分量； | 複數光電元件’個別地接收藉由該色彩分光器劃分的 |每一色彩分量；以及 | 一色彩合成器’闬以結合藉由該等複數光電元件發出 每一色彩分量的光， 其中投射光學系統投射來自該色彩合成器的合成光。 16*如申請專利範圍第1 5項所述的投射式顯示裝置， 般設X、y、z為三個彼此互相垂直的方向軸’其中z方向係 平行於出現自該照明系統的光的光軸’該色彩分光器具有 大體垂直於xz平面的—色彩分光平面’並且相.對於平面 以規定的角度傾斜；以及 邊照明系統定位於既定方向，因此其中該偏振轉換系 統包括該等複數對偏振分光薄膜與反射薄膜，以大體完全 相同於y方向排列。 17.如申請專利範圍第1 5項所述的投射式顯示裝置，j I 20U _ -2982-PF2.ptc I 幽 1 i i I 1 s 1 1 第64頁 2001.02.21.066 ά ^ 9ί 4 5

   ___棄號 89102809 六、申請專利範圍 假設X、y、ζ為三個彼此互相垂直的方向軸’其中冗 平行於出現自該照明系統的光的光軸，該色彩合成器^有 大體垂直於xz平面的一色彩合成平面’並且相對於以平= 以規定的角度傾斜；以及 面 該照 明 系 統 定 位 於 既 定 方 向 5 因 此 其 中該 等複數 振分光薄 膜 與 反 射 薄 m 5 以 大 體 全 相 同 一 J 阳 於y方向排列n 18. 括： —— 種 投 射 式 顯 示 裝 置 用 以 顯 示 投射 影像， 其包 一照 明 系 統 係 根 據 中 請 專 利 範 圍 第 i項、 ‘第2項 、 證 3項、第4 項 第 5項’ 、第6 項 第 7項' '第8 項、 第9項- k綮 1 0項、第 Π 項 第 12 項 或 第 13 項 之 任 —一 項 的照 明系統 Λ ^ /4 7J\ ^$7u ί 一反射式光電元件，轉換入射光’用以形成反應接 影像信號的影像並且同時反射該光； 一投射光學系統’投射來自該反射式光電元件的光. 以及 ’ 一偏振分光元件，導引來自該照明系統的第一線性偏 振光朝向該反射式光電元件’接著亦導引來自該反射式光 電元件的第二線性偏振光朝向該投射光學系統，該第二線 性偏振光的偏振方向與第一線性偏振光垂直。 、' ，1 9·如申請專利範圍第1 8項所述的投射式顯示裝置， 假設X、y、ζ為三個彼此互相垂直的方向軸，其中ζ方向係 平行於來現自該照明系統的光的光軸，該偏振光束分光元 件具有大體垂直於χζ平面的一偏振光分光平面，並且相對 於yz平面以規定的角度傾斜；以及

   案號 89102809 45 914 5 修正 六、申請專利範圍 統包括該等複數組偏振分光薄膜 相同於X方向排列。 帛犋與反射缚膜，以大體完全 20.-種投射式顯示裝置，用以顯示投射影像，其包 ?& ♦ =明系統，係根據巾請專利範圍第 3項…項、第5項、第6項、第7 員第 則、=項 '第⑴員或第13項之任一項的照日弟 一光電元件，包括複數後去，t ^ 去料處认*也A 像素母一像素包括複數次像 素，對應於複數色彩的每一色彩光；以及一聚光光學系 統’包括複數小透鏡，對應於I_ — '、 像素，該光電元件轉換光用以形成及二光藉由穿透每-一像素之影像；^成反應已知景彡像資料的每 光器’來自該照明系統的光劃分成複數色彩 :置，接考亦導引複數色彩成分的每一光以彼此不同的方 向，對應至個別的色彩成分照射於次像素；以及 一投射光學系統’投射來自該光電元件的光。 ^ 21·如申請專利範圍第2〇項所述的投射式顯示裝 心设X、y、z為二個彼此互相垂直的方向轴，其中2 ^ 平行於出現自該照明系統的光的光軸，該色彩分光器$係 複數色彩平面’用以選擇性的分光進入複數色彩分=具有 體垂直於xz平面’並且相對於yz平面以不同的規 $ 大 斜；以及 用度傾 邊照明系統定位於既定方向，因此其中該偏振轉 統包括該等複數對偏振分光薄膜與反射薄膜，以大 $系 相同於y方向排列。 -元全

   2061-2982-PF2·jtc

   •068 459145 . _案號89102809_年月日__ 六、申請專利範圍 22.如申請專利範圍第20項所述的投射式顯示裝置， 其中該照明系統定位於既定方向，因此其中該等複數對偏 振分光薄膜與反射薄膜排成陣列，以大體完全相同於每一 像素之複數次像素排列成一直線方向的垂直方向。

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