TW558645B - Projector - Google Patents

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558645 A7 __ B7 五、發明說明（1) 〔發明所屬之技術領域〕 本發明是有關將來自光源的光利用光束分割光學元件 於大致與通過該光束分割光學元件的大致中心之假設照明 光軸正交的假設面內，分割形成複數個光源像的複數個部 分光束，藉偏光轉換元件分別使複數個部分光束轉換爲偏 光方向大致一致的1種類偏光光束之後，利用電光學裝置 使該偏光光束的偏光狀態變化的同時，藉偏光選擇元件選 擇而形成對應影像資訊的光學像，擴大投影其光學像之投 影機。 〔背景技術〕 近年來，多注視於使用反射式液晶裝置之投影機。如 上述之反射式液晶裝置中，將驅動液晶用之電晶體等構造 體嵌入反射鏡之下，藉此可提高像素密度。因此，反射式 液晶裝置具有較使用穿透式液晶裝置時更可實現高解像度 之鮮明投影影像的優點。 又，使用液晶裝置等之電光學裝置的投影機中，爲了 持續實現明亮無不均勻的投射影像獲得裝置整體的小巧化 ，提案有關積分光學系或偏光轉換元件的使用（特開平 8 — 34127、特開平 10 — 232430 等）。積分 光學系中，利用光束分割光學元件將來自光源的光分割成 複數的部分光束形成複數個光源像，將該等視爲模擬光源 ，將來自複數個光源像的光重疊於液晶面板上，藉此可獲 得均勻強度分布之照明光。又，偏光轉換元件是分離複數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（2) 個部分光束進行偏光轉換後，將該等的光重疊在液晶裝置 上，可獲得齊備之偏光方向的照明光。 如上述，在使用反射型液晶裝置的投影機上組合積分 光學系或偏光轉換元件使用時，可實現解像度高且明亮顯 示無不均勻的投射影像。 〔發明所欲解決之問題〕 但是，利用偏光模式之反射型液晶裝置作爲顯示模式 使用於投影機時，一般雖是使用將偏光狀態的不同光空間 分離·選擇之偏光選擇元件（例如，偏光分光鏡），但是 該偏光選擇元件具有其偏光特性大的入射角相依性。具體 而言，限定含入射光之大致中心軸與偏光選擇元件之偏光 選擇面的法線之入射面時，在與其入射面正交的平面內光 的入射角大時，會使偏光選擇性能顯著降低。此一現象是 由於偏光選擇面及入射其中的光之幾何上的位置關係有著 大的相依性，因此在偏光選擇性能顯著降低的防止上非常 困難。另一方面，入射面內形成大的光入射角時偏光選擇 性能雖仍會降低，但是其降低的程度與入射面正交的平面 內之性能比較時較小，又致力於偏光選擇面的構成時可防 止偏光選擇性能的降低。因此，爲了提升偏光選擇元件的 偏光選擇性能，重要的是盡可能地形成與入射面正交的平 面內之小的光入射角。 又，使用積分光學系或偏光轉換元件的光學系中，其 光學過程上無法避免地會造成這射光之入射角角度分布擴 ---------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（3) 散的現象。 因此，在使用反射型液晶裝置的投影機中組合積分光 學系或偏光轉換元件使用時，由於入射偏光選擇面的光入 射角擴大，使偏光選擇面的偏光選擇性能降低’反而會降 低光的利用效率產生亮度不均勻等的問題。 本發明之目的爲提供組合反射型液晶裝置與積分光學 系或偏光轉換元件，提高光利用效率，實現明亮高畫質的 投影機。 〔解決問題之手段〕 本發明之投影機係戮力於偏光轉換元件之偏光分離的 方向及光束分割光學元件的特性，藉以達成上述目的者。 (1 )本發明的投影機是將來自光源的光分割成複數 個部份光束的光束分割光學元件；使複數個部份光束分別 轉換成與偏光方向大致一致的一種類偏光的光所成的偏光 轉換元件；可調節從該偏光轉換元件所射出之照明光束的 電光學裝置；及，可以投射藉電光學裝置所調節的光之投 影透鏡，選擇照明光束含有之預定偏光成份的光，朝上述 電光學裝置射出的同時，選擇藉電光學裝置所調節的光中 之預定偏光成份的光朝著投影透鏡射出之偏光選擇元件。 並且’其特徵爲：設定包含此偏光選擇面的法線與照明光 束之中心軸的入射面，將與此入射面平行且與上述中心軸 正交的方向1 受定爲X軸方向，與此入射面正交的方向設定 爲Y軸方向時，偏光轉換元件產生的偏光分離方向爲X軸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6 - --------------------訂---------線"4^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（4) 方向。 根據上述本發明， 偏光選擇面具有其偏光分離性能對於入射光束大之入 射角的相依性。尤其是與入射面正交的Y軸方向上形成大 的光入射角時，會使偏光選擇性能顯著降低。另一方面， 偏光轉換元件中，由於偏光方向不同的2種類偏光的光是 分別從各部分光束產生，因此各部分光述的寬幅在其分離 方向大約增大2倍，在其方向使光的角度分布擴大。因此 ，爲了提高偏光選擇元件的偏光選擇性能，重要的是必須 考慮偏光選擇性能的入射角相依性及入射其中之光角度分 布的擴大。 本發明中，由於是以X軸方向作爲偏光轉換元件之偏 光分離的方向，因此可抑制入設於偏光選擇面之光的Y軸 方向之入射角擴大。因此，可以較高的狀態維持偏光選擇 面的偏光選擇性能，實現反差比高的投射影像。 (2 )電光學裝置，例如可考慮採用配置於偏光選擇 面穿透及反射之任意光的入射位置，調節入射光，而從光 入射的面射出調節光之反射型液晶裝置。 (3 )光束分割光學元件最好是構成狹窄之Y軸方向 之複數個光源像的間隔。 亦即，形成狹窄之Y軸方向的光源像間隔，可以更抑 制Y軸方向之光入射角的擴大，而可以維持非常高的偏光 選擇面之偏光選擇性能的狀態，實現極爲明亮之反差比高 的投射影像。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -7- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _ B7 五、發明說明（5) (3 - 1 )光束分割光學元件係採用以複數對反射面 反射從入射端面入射的光，並根據其反射位置的不同而分 割光後，作爲射出端面的複數個部分光束射出的桿。 其中，桿是可採用具有導光性材料所成的實心物（實 心桿），或筒狀體內側面形成光反射面之空心物（空心桿 )。實心桿時，反射面的反射是形成不致有光損失的全反 射，因此可更提高光的利用效率。空心桿時，從入射端面 入射的光經由桿內部的空氣層到達射出端面，因此即使設 定較短的入射端面至射出端面間的尺寸同樣可實現均勻的 照明光，並且中空桿具有製造容易的優點。 採用實心桿或空心桿時，至少必須具備朝著X軸方向 及Y軸方向相對的2組反射面，可以形成四角形以上之多 角形，例如八角形、十二角形等的桿剖面。 但是，一旦考慮光源至光束分割光學元件的光傳達效 率時，從光源入射至光束分割光學元件的光剖面形狀是形 成大致圓形，因此該等桿的入射端面最好是形成正方形。 又，考慮配置於後段之電光學裝置的照明效率時，桿之射 出端面上所形成的像是重疊在一處被照明區域之電光學裝 置的顯示區域上，因此將桿的射出端面形成與電光學裝置 之顯示區域的形狀大致相似的形狀爲佳。 採用上述桿作爲光束分割光學元件時，配置使Y軸方 向相對之一對反射面的間隔從入射端面朝著射出端面依序 擴大，可藉此縮小Y軸方向之光源像的間隔。 又，另外也可以配置使桿的X軸方向相對之一對反射 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6) 面的間隔從桿的入射端面朝著射出端面依序縮小。此時， 由於可擴大X軸方向之光源像的配置間隔，因此可充分考 慮光源像的大小設定偏光轉換元件的偏光分離膜與反射膜 的間隔。如此可提高偏光轉換元件的偏光轉換效率，其結 果可提高投影機的光利用效率。 (3 - 2 )光束分割光學元件也可以採用在偏光選擇 元件的X軸方向及Y軸方向上配列複數個聚光透鏡所構成 的透鏡陣列。 此時，利用複數個聚光透鏡之聚光特性的設計，可縮 小Y軸方向之複數個光源像的間隔。此外，構成透鏡陣列 之聚光透鏡除了可採用表面成形爲曲面形的一般透鏡之外 ，也可以採用藉全息照相效果或衍射聚光之全息照相透鏡 或衍射透鏡。 又，透鏡陣列之各聚光透鏡上所形成的像是重疊在一 處被照明區域之電光學裝置的顯示區域上，因此各聚光透 鏡最好是形成與電光學裝置之顯示區域的形狀大致相似的 形狀。藉此，可提高照明效率。 又，構成透鏡陣列之複數個聚光透鏡的一部份或全部 最好是偏心透鏡。 即，以聚光透鏡的一部份或全部作爲偏心透鏡，可在 各聚光透鏡的物理中心以外的位置上形成光源像，因此可 自由控制假設面上所形成之複數個光源像間的間隔。 (4 )採用透鏡陣列作爲光束分割光束元件時，最好 在光源至偏光轉換元件的光路中配置縮小光學系。並且， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 A7 B7 五、發明說明（7) 利用該縮小光學系使照明光整體的剖面尺寸朝著Y軸方向 縮小，藉此更可抑制縮小Y軸方向的光之入射角的擴大。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 配置上述縮小光學系，可以使照明光整體的剖面尺寸 朝著Y軸方向縮小。因此，更可抑制Y軸方向的光之入射 角的擴大，可以維持非常高的偏光選擇面之偏光選擇性能 的狀態。因此，可實現極明亮之反差比高的投射影像。又 ，由於可減小照亮被照明區域之光束整體的直徑，因此無 須採用反差比高F値小的透鏡作爲投影透鏡，即可實現投 影機之低成本化。 又，該場合中，不僅是Y軸方向的剖面尺寸，也可以 縮小X軸方向的剖面尺寸。此時，更可以維持高的偏光選 擇面之偏光選擇性能的狀態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述之縮小光學系是以配置在透鏡陣列的射入側或 射出側的一側之至少一個凸透鏡，及配置於偏光選擇元件 的射入側之至少一個凹透鏡所構成。此時，僅縮小照明光 束之Y軸方向的剖面尺寸時，可以使用柱面透鏡作爲凹透 鏡及凸透鏡。此外，凸透鏡及凹透鏡雖可分別以一個透鏡 體構成，但是一旦考慮光學像差的降低時，最好是以組合 複數透鏡之透鏡組爲佳。 (5 )上述投影機中，可於偏光轉換元件與偏光選擇 元件之間，配置縮小Y軸方向的照明光剖面尺寸之縮小光 學系。 該縮小光學系雖可以一個凹透鏡所構成，但是也可以 組合複數透鏡之透鏡組所構成，而一旦考慮光學像差的降 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1 〇 - 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 低時，最好採用透鏡組。此時，凹透鏡及凸透鏡可使用柱 面透鏡。 採用上述縮小光學系可獲得與（4 )相同的效果。 又，上述場合中，不僅是Y軸方向，也可以縮短照明 光之X軸方向的剖面尺寸。此時，凹透鏡與凸透鏡可使用 軸對稱之一般曲面透鏡。 再者，構成上述一連續縮小光學系的凸透鏡與凹透鏡 除了表面成形爲曲面形一般透鏡之外，也可以全息照相效 果或衍射聚光之全息照相透鏡或衍射透鏡。 (6 )偏光轉換元件最好是採用具有2種類偏光的光 中，穿透一側偏光的光，反射另一側偏光的光之偏光分離 膜；使2種類偏光的光射出方向一致，反射另外側偏光的 光之反射面；及，使2種類偏光的光任意之一的偏光方向 轉動之相位差板所成的偏光轉換元件。 〔發明之實施形態〕 其次，參閱圖式說明本發明的實施形態如下。以下的 說明中，Z軸方向是表示光的進行方向，γ軸方向是朝著 光進行方向之12點的方向（第1圖中與紙面正交的方向 )，X軸方向是朝著光進行方向之3點的方向。並且，第 1圖〜第1 3圖中，同樣的構成部分是使用相同的符號。 A .第1實施形態 第1圖是表示本發明投影機之第1實施形態的槪略俯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（9) 視圖。 該投影機，具備：照明裝置1 ;具有偏光選擇面之偏 光分光鏡60 ;電光學裝置之液晶裝置1000 ;及’投 影透鏡3 0 0。從照明裝置1射出的光是構成利用液晶裝 置1 0 0 0施以對應影像資訊的調節，藉投影透鏡3 0 0 擴大投影而在投影面2 0 0 0上形成投射影像。 1 ·照明裝置 照明裝置1 ，具備：沿著假設之照明光軸L所配置的 光源燈1 0 ;將來自光源燈1 0的光分割爲形成複數光源 像的複數個部分光束之作爲光束分割光學元件的桿2 0 ; 該桿2 0之射出端面2 6上的像傳達至被照明區域的繼電 器光學系3 0 ;及，配置在其繼電器光學系3 0中進行偏 光分離及偏光轉換的偏光轉換元件4 0。被照明區域是以 光調節產生影像的電光學裝置爲例的液晶裝置1 0 0 0所 形成。並且，本實施形態之液晶裝置1 0 0 0的顯示面形 狀是設定X軸方向尺寸與Y軸方向尺寸相等的正方形形狀 1 一 1光源燈 光源燈1 0，具備：呈輻射狀放射光線的光源1 1 ， 及聚集光源1 1所放射光的反射器1 2，橢圓反射器1 2 的2個焦點其中之一是設定在光源1 1或其附近，或另外 側是位在桿2 0的入射端面2 2或其附近的位置上。從光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _______ B7 五、發明說明（10) 源1 1放射的光是利用橢圓反射器1 2聚光於桿2 0的入 射端面2 2附近，在聚光的狀態下入射至桿2 0中。並且 ’也可以使用拋@面反射器或球面反射器代替橢圓反射器 1 2 °但是’該場合中反射器的射出側上必須設置將反射 器所射出大致平行的光朝著桿2 0的入射端面2 2聚光用 的聚光元件。 1 - 2光束分割光學元件 光束分割光學元件的桿2 0是將來自光源燈1 0的光 分割爲複數個部分光束，形成X - Y平面內大致呈矩陣形 之複數個光源像S用的構件。 該桿2 0爲透明導光性材料，例如玻璃材形成的棒形 實心桿，如第2圖所示，爲具有光入射入射端面2 2 ;反 射光傳達的4個反射面24a、24b、24c、24d :及，射出所傳達的光之射出端面2 6等的六面體。此時 ，4個反射面24a、24b、24c、24d可產生不 致隨著光損失的全反射，利用此進行光的傳達，桿2 0可 以實現高的光傳達效率。 入射端面2 2與射出端面2 6之X - Υ平面的剖面形 狀皆是呈矩形，尤其是，本實施型態的場合，入射端面 2 2與射出端面2 6的形狀是形成與被照明領域之液晶裝 置1 0 0 0顯示領域的形成大致相似的形狀，即分別形成 正方形。反射面2 4 a與反射面2 4 c是互相平行，且反 射面2 4 b與反射面2 4 d是互相平行。射入該桿2 0的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 光是根據反射面24a、24b、24c、24d的反射 位置與反射次數的不同而分割成射出端面2 6之射出角度 不同的複數部分光束。 從桿2 0不同角度射出的複數部分光束是以聚光透鏡 3 1聚光，從桿2 0間隔預定的位置上，以大致平行射出 端面2 6與照明光軸L正交的X - Y面內形成大致矩陣形 複數個光源像S。其中，形成複數個光源像S的X - Y平 面是以假設面P稱之。 形成複數個光源像S的假設面P或其附近，如第1圖 所示配置有第1傳達透鏡5 0、偏光轉換元件4 0、第2 傳達透鏡5 2。 1 - 3偏光轉換元件 偏光轉換元件4 0具有將入射的光轉換爲預定直線偏 光之光的功能，第3 ( a )圖是說明其構成用的水平剖視 圖，第3 ( b )圖爲外觀透視圖。 偏光轉換元件4 0是包含複數透光性構件4 1 A、 4 1 B ;交互配置在透光性構件間的複數偏光分離膜4 2 及反射膜4 4 ;及，設於對應偏光分離膜4 2位置的偏光 方向轉動手段的相位差板4 8所形成。偏光轉換元件4 0 是以黏著劑交互黏貼偏光分離膜4 2及反射膜4 4所形成 的透光性構件4 1 A，及未形成偏光分離膜4 2、反射膜 4 4的透光性構件4 1 B，隨後，將相位差板4 8黏貼於 透光性構件4 1 B上所形成。該X軸方向是相當於X軸向 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 __B7 五、發明說明（12) ’且Y軸方向相當於Y軸向。並且所有的偏光分離膜4 2 及反射膜4 4不需要同一方向配列，例如也可以將鄰接的 透光性構件4 1 A、4 1 B配置在以X 一 γ平面爲對稱面 而互相錯開迴摺的位置上。又，本實施型態中，偏光分離 膜4 2與反射膜4 4的所有間隔雖是相同，但也可以是不 同的。 其中，爲方便起見，偏光轉換元件4 0的光入射側的 面中，稱直接對應偏光分離膜4 2的面爲「入射面4 5 A 」，直接對應反射膜4 4的面爲「入射面4 5 B」，同樣 地，光射出側的面中，稱直接對應偏光分離膜4 2的面爲 「射出面46A」，直接對應反射膜44的面爲「入射面 46B」。從上述透光性構件41A、41B的配置來看 ，如第3 (a) 、 （b)圖所示，入射面45A及入射面 4 5 B是沿著偏光分離膜4 2的偏光分離方向，即X軸方 向交互以預定間隔複數形成。 偏光分離膜4 2具有將入射之非偏光的光以空間分離 爲偏光方向大致正交的2種類直線偏光之光的功能。亦即 ，入射偏光分離膜4 2的光是分離成穿透偏光分離膜4 2 之穿透光的第1直線偏光的光，及爲偏光分離膜4 2所反 射其進行方向呈大致9 0度彎曲的反射光之第2直線偏光 的光。本實施例中，以P偏光的光作爲第1直線偏光的光 ，以S偏光的光作爲第2直線偏光的光，偏光分離膜4 2 是形成具有可將反射光之S偏光的光朝著與X軸方向大致 平行反射的特性及角度。該偏光分離膜4 2是可以介質多 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 558645 A7 _ B7 五、發明說明（13) 層膜加以實現。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 反射膜4 4具有可再度反射來自偏光分離膜4 2的反 射光，使其進行方向朝著與穿透光進行方向大致相同方向 的功能。本實施型態中，使用1 / 2波長板作爲相位差板 48，如第3 (a) 、（b)圖所示，僅選擇配置射出面 46A。因此，僅大致90°轉動穿透偏光分離膜42之 光的偏光方向，從偏光轉換元件4 0射出光的大部分是形 成一種類偏光的光。本實施型態中，從偏光轉換元件4 0 所射出之光的大部分爲S偏光的光。 此外，只要可將偏光分離膜4 2所分離之2偏光的光 偏光方向統一爲一種類偏光的光時，則不限相位差板的種 類及其位置。例如，射出面4 6 A及射出面4 6 B分別各 配置有光學特性不同的相位差板，也可以構成劃一的通過 各相位差板之偏光的光偏光方向。 使用上述的偏光轉換元件4 0，可以使光源燈1 〇所 射出的非偏光的光有效地轉換成一種類偏光的光。因此， 僅可利用一種類偏光的光之液晶裝置1 0 0 0可提高光的 利用效率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 一 4繼電器光學系 繼電器光學系3 0是如第1圖表示，將桿2 0的射出 端面2 6所形成的像傳達至被照明領域之液晶裝置 1 0 0 0用的傳達光學系。本實施型態中，繼電器光學系 30是包含聚光透鏡3 1、第1傳達透鏡50、第2傳達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（14) 透鏡5 2及平行化透鏡3 2所構成。 聚光透鏡3 1具有配置在桿2 0的射出端面2 6附近 ，將來自桿2 0的部分光束經由第1傳達透鏡5 0導入偏 光轉換元件的功能。本實施型態的聚光透鏡3 1是以組合 聚光透鏡3 1 a、3 1 b的2片聚光透鏡的透鏡組所構成 ，但是不僅限於此，也可以使用一般的單透鏡。但是，爲 了降低將部分光束導入偏光轉換元件4 0時所容易發生的 光學像差時，可適當使用透鏡組或非球面透鏡。 第1傳達透鏡5 0是將複數矩形的聚光透鏡5 1組合 形成大致矩陣形透鏡配列，具有可將複數部分光束分別有 效導入偏光轉換元件40之入射面45A(參閱第3圖） 的功能。聚光透鏡5 1的數量與其配置是根據部分光束所 形成光源像的數量與對應其形成位置來決定。雖未限定形 成第1傳達透鏡5 0之聚光透鏡5 1的形狀，但是如本實 施型態，平面陣列形成板狀的複數個矩形聚光透鏡利用上 極爲容易。又，使用複數個聚光透鏡5 1構成時，未獲得 最佳的各個聚光透鏡5 1的聚光特性，可有效地降低傳達 光束時容易產生的光學像差。但是，根據桿2 0所射出光 束的特性（例如輻射角小的場合），也可以不使用複數個 聚光透鏡僅以1個透鏡構成第1傳達透鏡，或者也可以省 略。 第2傳達透鏡5 2具有配置在偏光轉換元件4 0的射 出側，將偏光轉換元件4 0射出的複數部分光束傳達於被 照明領域的液晶裝置1 〇 0 0上，使該等部分光束重疊在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（15) 一被照領域上的功能。本實施型態的第2傳達構件5 2雖 是以1片透鏡所構成，但是也可以與前面第1傳達透鏡 5 0同樣以複數片透鏡構成的透鏡陣列。 此外，本實施型態中，雖是將第1傳達透鏡5 0配置 在偏光轉換元件4 0的射入側，將第2傳達透鏡5 2配置 在偏光轉換元件4 0的射出側，但是也可以將該等傳達透 鏡5 0、5 2組合配置在偏光轉換元件4 0的射入側或射 出側，此時，可組合2片傳達透鏡5 0、5 2的功能作爲 1片透鏡。此時，可獲得照明裝置的低成本化。又，本實 施型態中，由於第1傳達透鏡5 0是配置在偏光轉換元件 4 0的射入側，因此其具備有可將複數的部分光束分別有 效地導入偏光轉換元件4 0的射入面4 5 A內的功能，又 ，由於第2傳達透鏡5 2是配置在偏光轉換元件4 0的射 出側，因此其具備有可將複數的部分光束重疊在液晶裝置 1 0 0 0上的功能。但是，各傳達透鏡5 0、5 2具有的 功能也可以根據各傳達透鏡5 0、5 2所配置的位置加以 適當變更。 平行化透鏡3 2是配置在構成被照明領域之液晶裝置 1 0 0 0的射入側，從偏光轉換元件4 0經由第2傳達透 鏡5 2使射入液晶裝置1 〇 〇 〇的複數部分光束轉換成與 各個中心大致平行的光，具有可有效導入液晶裝置 1 0 0 0的功能。因此，平行化透鏡3 2並非必要，也可 以省略。 配置如上述之繼電器光學系3 0，可以使桿2 0之射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -18 - --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（） 出端面2 6上形成的像擴大或縮小傳達於配照明領域的液 晶裝置1 0 0 0上。 2 ·偏光分光鏡、液晶裝置、投影透鏡 偏光分光鏡6 0是在2個直角稜鏡間夾持偏光選擇面 6 2接合，具有可將非偏光的光分離爲偏光方向大致正交 的二種類直線偏光的光之光學元件。偏光選擇面6 2是以 形成偏光轉換元件4 0之偏光分離膜4 0的相同介質多層 膜所形成。 照明裝置1所射出之S偏光的光束是入射偏光分光鏡 6 0，以偏光選擇面6 2反射’朝著反射式液晶裝置 1 0 0 0射出。液晶裝置1 0 0 0是因應未圖示之來自外 部的影像訊號調節光而變化偏光狀態。並且，反射式液晶 裝置1 0 0 0爲習知，因此省略其詳細之相關構造或動作 之說明。 利用液晶裝置1 0 0 0調節的光是入射偏光分光氣 6 〇內。其中以液晶裝置1 0 0 0調節的光是因應影像訊 號部分轉換爲P偏光狀態，轉換爲該P偏狀態的光束是穿 透偏光選擇面6 2，朝著投影透鏡3 0 0射出。朝投影透 鏡3 0 0射出的光是經由投影透鏡3 0 0投射在螢光幕等 的投影面2 0 0 0上。 配置在偏光分光鏡6 0的入射面及射出面的2片偏光 板7 0、7 2具有使穿透該等偏光板之偏光的光束偏光度 更爲提高的功能。照明裝置1所射出之偏光的光束偏光度 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（17) 充分高時可省略偏光板7 0，同樣地，從偏光分光鏡6 0 朝著投影透鏡3 0 0射出之偏光光束的偏光度充分地高時 可省略偏光板7 2。 本實施型態中，夾持偏光分光鏡6 0與投射透鏡 3 0 0相對的位置上雖配置液晶裝置1 0 0 0，但是也可 以在夾持偏光分光鏡6 0與照明裝置1的相對位置上雖配 置液晶裝置1 0 0 0。此時，也可以可預先將照明裝置1 所射出之照明光束的偏光狀態形成與P偏光狀態一致，從 液晶裝置1 0 0 0射出形成使S偏光光束入射投射光學系 的構成。或者，可以使偏光分光鏡6 0的偏光選擇面6 2 具有反射P偏光光束，穿透S偏光光束的特性。 3 ·偏光分離方向與偏光選擇面6 2的關係 第4圖是表示偏光選擇面6 2，及與射入其中之光束 的幾何學位置關係圖。第4途中，入射面4是以射入偏光 選擇面6 2之照明光束的中心軸2與偏光選擇面6 2的法 線Η所規定的假設面，與X - γ平面平行。 偏光選擇面6 2的偏光分離性能具有大的入射角依存 度。亦即，在與入射面4平行的X軸方向或與入射面4正 交的Υ軸方向中形成大的光入射角時，會降低偏光分離性 能。如先前說明，偏光選擇面6 2是反射照明光所包含的 S偏光光束朝液晶裝置1 〇 〇 〇射出的同時，選擇液晶裝 置1 0 0 0所調節光中的Ρ偏光光束朝著投影透鏡射出。 因此，偏光選擇面6 2的偏光分離性能一旦降低時，會減 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（） 少導入液晶裝置1 0 0 0之S偏光光束的量，因此會降低 光的利用效率，使投射影像變暗。並且’同時會降低作爲 選擇液晶裝置1 0 0 0所調節的光中之特定偏光的光濾波 器功能，因此同樣會降低投射影像的反差比。 其中，與入射面4平行之X軸方向的入射角依存度是 戮力於偏光選擇面6 2的構造（例如，介質膜的種類或其 構成方法），藉此可充分使其降低。另一方面，與入射面 4正交之Y軸方向的入射角依存度由於是利用偏光選擇面 6 2與射入其中之光的幾何學位置關係來支配，因此僅戮 力於偏光選擇面6 2的構造也無法獲得解決。因此，隨角 度變化光射入偏光選擇面6 2時爲了維持偏光選擇面6 2 的偏光分離性能，尤其在減小與入射面4正交之Y軸方向 的入射角度上尤爲重要。 其中，本實施型態是如第1圖、第3 ( a )圖所示， 使偏光轉換元件4 0的偏光分離方向形成與入射面4平行 的X軸方向，可防止Y軸方向之入射角度的擴張。即，偏 光轉換元件4 0的偏光分離是在X軸方向進行，因此再X 軸方向上會使照明光束整體直徑擴大，而不致使與入射面 4正交之Y軸方向的照明光束整體的直徑擴大。其結果， 可防止與入射面4正交之Y軸方向的入射角度擴大，可亦 較高的狀態維持偏光選擇面6 2的偏光分離性能。因而可 實現明亮反差的高投影影像。 B ·第2實施型態 --------------------訂---------線4|^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7

IQ 五、發明說明（） 假設面P上形成之光源像S的間隔是藉桿的反射面間 隔的調節，可任意加以控制。從桿的入射端面隨著朝射出 端面而使反射面的間隔逐漸狹窄時，可以使光源像S的間 隔擴張。以下，以「錐形狀態」稱由桿的入射端面隨著朝 射出端面而使反射面間隔逐漸形成狹窄的狀態。相反地， 隨著從入射端面朝射出端面而擴張反射面的間隔時，可縮 小光源像S的間隔。以下，從入射端面朝著射出端面使反 射面的間隔擴張的狀態稱「逆錐形狀態」。 本實施型態是表示將Y軸方向中相對之桿的反射面設 定爲逆錐形狀態的實施型態，桿的形狀以外是與第1實施 型態的投影機相同。因此，省略桿以外部分的說明。又， 第1實施型態說明之各種構成元件的變形型態同時可運用 在本實施型態。 第5圖是表示本實施型態的桿2 1 0與光源像S之形 成位置關係的槪略透視圖。桿2 1 0的入射端面2 1 2與 射出端面2 1 6之X - Y平面的剖面形狀皆是呈矩形。本 實施型態的場合，射出端面2 1 6的形狀是形成與構成被 照明領域之液晶裝置的形狀大致相似的形狀。X軸方向相 對的一對反射面2 1 4 a、2 1 4 c是互相平行。Y軸方 向相對的一對反射面2 1 4 b、2 1 4 d是形成逆錐形狀 態。因此，與第1實施型態的桿2 0比較時，複數個光源 像S的配置間隔是形成狹窄逆錐形狀態之一對反射面 214b、214d相對的Y軸方向。 因此本實施型態，更可以抑制與偏光選擇面6 2之入 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 A7 B7 五、發明說明（2Q) 射面4正交的Y軸方向入射角度的擴張’可以維持相當高 之偏光選擇面6 2的偏光分離性能的狀態。因而可實現極 明亮反差的高投影影像。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，本實施型態中，形成Y軸方向之光源像s狹窄 配置間隔的結果，同時可以縮小偏光轉換元件4 0與偏光 分光鏡的Y軸方向尺寸，實現照明裝置的小巧化與低成本 化，進而實現投影機的小巧化與低成本化。並且’可縮小 投影透鏡3 0 0的尺寸，即使使用口徑小的透鏡仍可實現 明亮的投射影像。 C .第3實施型態 其次，針對本發明之第3實施型態說明如下。本實施 型態是表示與第2實施型態相同以Y軸方向相對之桿的反 射面作爲逆錐形狀態，並且以X軸方向相對之桿的反射面 爲錐形狀態的實施型態，桿的形狀以外是與第1實施型態 的投影機相同。因此，省略桿以外部分的說明。且第1實 施型態說明之各構成元件的變形型態同樣可運用於本實施 型態中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6圖是表示本實施型態的桿2 2 0與光源像S之形 成位置關係的槪略透視圖。桿2 2 0的入射端面2 2 2與 射出端面2 2 6之X — Y平面的剖面形狀皆是呈矩形。本 實施型態的場合，射出端面2 2 6的形狀是形成與構成被 照明領域之液晶裝置的形狀大致相似的形狀。Y軸方向相 對的一對反射面2 2 4 b、2 2 4 d是形成逆錐形狀態。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _ B7 91 五、發明說明（） 因此，與第1實施型態的桿2 0比較時，複數個光源像S 的配置間隔是形成狹窄逆錐形狀態之一對反射面2 2 4 b 、2 2 4 d相對的Y軸方向。因此本實施型態，可獲得與 第2實施型態相同的效果。 另外，本實施型態中，X軸方向相對的一對反射面 2 2 4 a、2 2 4 c是形成錐形狀態。因此，與第1實施 型態的桿2 0比較時，複數個光源像S的配置間隔是形成 擴張錐形狀態之一對反射面2 2 4 a、2 2 4 c相對的X 軸方向。 其中，參閱第3 (a)圖、第3 (b)圖說明偏光轉 換元件4 0的偏光轉換效率與光入射位置的關係如下。如 第1實施型態之說明，偏光轉換元件4 0是將照射入射面 4 5 A，射入偏光分離膜4 2的光分離爲P偏光的光與S 偏光的光，以反射膜4 4使S偏光的光朝著與P偏光的光 之相同方向反射的同時，藉相位差板4 8將P偏光的光轉 換成S偏光的光，最後射出S偏光光束。但是，光一旦照 射在偏光轉換元件4 0的入射面4 5 B時，光可經由反射 膜44射入偏光分離膜42。因此，偏光分離膜42中， 第1的偏光光束穿透X軸方向，第2偏光光束被朝著Z軸 方向反射。其結果，與經由入射面4 5 A直接射入偏光分 離膜4 2的場合不同之偏光的光會自射出面4 6 A、 4 6 B射出。亦即，利用偏光轉換元件4 0將非偏光光束 轉換成第2偏光光束時，會射出第1偏光光束，降低偏光 轉換效率。由此，偏光轉換元件4 0中爲了獲得高的偏光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 24 - --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _ B7 五、發明說明（22) 轉換效率時，極重要的是僅選擇使光束射入入射面4 5 A 內。即，最好設定入射面4 5 A的大小大於光源像S大小 之偏光分離膜4 2與反射膜4 4的間隔。 本實施型態中，爲了使入射面4 5 A的大小充分大於 光源像S的大小而使X軸方向的光源像S的間隔擴張。因 此，可以使來自桿2 0的光束具有僅射入偏光轉換元件 4 0的入射面4 5 A部分之充分的量，可確實提高光對於 偏光分離模4 2的入射效率。其結果，更可提高偏光轉換 元件4 0的偏光轉換效率，提高投影機的光利用效率。 此外，光源燈1 0接近點光源時，可以形成較小的光 源像S的大小，因此此時，可不需要如本實施型態擴張光 源像S之X軸方向的配置間隔。即，本實施型態是光源 1 1並不接近點光源，光源像S的大小形成較大時極爲有 效。 D ·第4實施型態 第7圖是表示本發明第4實施型態之槪略構成的水平 剖視圖。此第4實施型態之照明裝置的構成與第1實施型 態的一部份不同。其他以外的構成，與先前說明的第1實 施型態相同。因此，與第1實施型態相同的構成，省略其 說明。又，第1實施型態說明之各構成元件的變形型態也 可以運用在本實施型態中。並且，第7圖中省略偏光分光 鏡6 0、偏光板7 0、7 2、投影透鏡3 0 〇、投影面 2 0 0 0的圖示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -25- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --—— ____B7_ 五、發明說明（23) 照明裝置1 A，具備：光源燈1 5、透鏡陣列6 0 0 、第1傳達透鏡6 1 0、偏光轉換元件40、第2傳達透 鏡6 2 〇、平行化透鏡3 2。本實施型態的特徵爲具有以 複數個聚光透鏡所成的透鏡矩陣代替桿作爲光束分割光學 元件使用的點。照明裝置1 A是利用透鏡矩陣6 0 0將光 源燈1 5射出的光分割成複數個部分光束，以偏光轉換元 件4 0將各部分光束轉換唯一種類之偏光的光後，重疊在 被照明領域之液晶裝置1 〇 〇 〇的顯示領域上。 光源燈1 5具備放射光的光源1 1 ，及聚集光源1 1 所放射的光之拋物面反射器1 4。反射器不僅限於拋物面 ’只要是較光源燈1 5配置在光路下游側的透鏡陣列 600、傳達透鏡6 10、6 20、偏光轉換元件40等 的構成，使用橢圓形反射器、球面反射器皆可。 透鏡陣列6 0 0是將複數個聚光透鏡6 0 0 a配置呈 大致陣列型。各聚光透鏡6 0 0 a的外型形狀是設定與被 照明領域之液晶裝置1 0 0 0的顯示領域形狀形成大致相 似形狀。從光源燈1 5射入透鏡陣列6 0 0的光是藉各聚 光透鏡6 0 0 a的聚光作用分割爲複數個部分光束，在相 對於照明光軸L大致垂直的X - Y平面內形成大致矩陣型 與聚光透鏡6 0 0 a數量相同的光源像。其中，各聚光透 鏡6 0 0 a設定聚光特性使複數個光源像僅形成在偏光轉 換元件4 0的入射面4 5A (參閱第3圖）上。本實施型 態中，複數個聚光透鏡6 0 0 a的一部份是採用偏心透鏡 ，因此控制著光源像所形成的間隔。 ----------------訂---------線4^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -26 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 n/\ i、發明說明（） 此外，配置在偏光轉換元件4 0之入射側的第1傳達 透鏡6 1 0具有與第1實施型態之第1傳達透鏡5 0大致 相同的功能。第1傳達透鏡6 1 0具有與構成透鏡陣列 600之聚光透鏡600a同數量的聚光透鏡610a。 本實施型態中，以偏心透鏡構成聚光透鏡6 1 0 a的一部 份。各聚光透鏡6 1 0 a的位置是構成對應複數個光源像 所形成的位置。6 1 0或者各聚光透鏡6 1 0 a的聚光特 性是設定可將透鏡陣列6 0 0所分割的各部分光束相對於 偏光轉換元件4 0的入射面4 5 A呈大致垂直射入（參閱 第3圖）。因此，溪相對於偏光轉換元件4 0的入射面 4 5 A可以使光接近入射角度0的狀態射入，因此可提高 偏光轉換效率。並且，雖未限定聚光透鏡6 1 0 a的形狀 ，但是設定成矩形形狀或6角形狀等可有利於陣列化的進 行。 第2傳達透鏡6 2 0具有與第1實施型態之第2傳達 透鏡5 2相同的功能，亦即，具有可將透鏡陣列6 0 0所 分割的部分光束重疊在被照明領域之液晶裝置1 0 0 0之 顯示領域上的功能。第2傳達透鏡6 2 0在本實施型態中 ，第2傳達透鏡雖是以1片軸對稱的球面透鏡所形成，但 是不僅限於此。例如，同樣可採用透鏡陣列、或非涅耳透 鏡、或複數個透鏡所成的組透鏡。在使用該等透鏡時，可 降低各種的光學像差。又，使用非涅耳透鏡時，由於可以 形成薄的透鏡中心厚度，使照明裝置1 A輕量化的場合極 爲有利。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _ B7 五、發明說明（） 本實施型態中’同樣可獲得與第1實施型態相同的效 果。 再者，本貫施型態中，雖是以構成透鏡陣列6 Q 〇、 第1傳達透鏡610的聚光透鏡600a、61〇a的一 部份作爲偏心透鏡，但不一定必須使用偏心透鏡。並且， 也可以所有的聚光透鏡6 0 0 a、6 1 0 a作爲偏心透鏡 。又，本實施型態中，可以設定使光源像之Y軸方向的配 置間隔狹窄之透鏡陣列6 0 0之聚光透鏡6 0 0 a的聚光 特性。此外，也可以設定使X軸方向之配置間隔擴張。可 藉上述聚光透鏡6 0 0 a之聚光特性的設定，獲得與第2 實施型態及第3實施型態相同的效果。 E ·第5實施型態 第8圖是表示第5實施型態之槪略構成的水平剖視圖 。該第5實施型態爲上述第5實施型態之變形例，第1傳 達透鏡6 1 2配置在偏光轉換元件4 0與第2傳達透鏡 6 2 0之間的點與第4實施型態不同。其他的點皆與第4 實施型態相同。因此，省略與第4實施型態相同構成的說 明。又，第4實施型態說明之各構成元件的變形型態同時 可運用於本實施型態中。並且，第8圖中’省略偏光分光 鏡6 0、偏光板7 0、7 2、投射透鏡3 〇 〇、投射面 2〇0 0的圖示。 第1傳達透鏡6 1 2是與第4實施型態的第1傳達透 鏡6 1 0相同，以複數個聚光透鏡6 1 2 a所構成的透鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28- --------------------訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（26) 陣列。第4實施型態的第1傳達透鏡6 1 0具有使部分光 束相對於偏光轉換元件4 0之入射面4 5 A呈大致垂直入 射的功能，但是本實施型態的第1傳達透鏡6 1 2是配置 在偏光轉換元件4 0的射出側，因此不具有上述的功能。 本實施型態的構成實質上是省略了第4實施型態之第1傳 達透鏡6 1 0。因此可容易採用於光源燈1 5所射出之光 的特性，例如具有優異平行性的場合。 本實施型態的基本作用效果雖是與第4實施型態的作 用效果相同，但是根據本實施型態，更可以使第1傳達透 鏡6 1 2與第2傳達透鏡6 2 0形成光學上的一體化以減 少其界面數，因此具有可降低光損失的效果。又，第1傳 達透鏡6 1 2同時具有第2傳達透鏡6 2 0的功能，因此 可省略第2傳達透鏡6 2 0，同時可獲得照明裝置以至投 影機的低成本化。 此外，本實施型態雖是相對於偏光轉換元件4 0的射 出面4 6A與射出面4 6 B (參閱第3圖）的2面形成1 個聚光透鏡6 1 2 a對應的型態，但是只要配置分別以偏 光轉換元件4 0的射出面4 6 A與射出面4 6 B之1對1 對應的聚光透鏡6 1 2 a ，亦即，使用第8圖之聚光透鏡 6 1 2 a的2倍數聚光透鏡6 1 2 a形成第1傳達透鏡 6 1 2時，可更提升第1傳達透鏡6 1 2的光利用效率。 F .第6實施型態 第9圖是表示本發明投影機之第6實施型態的槪略構 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -29- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 _____ B7 五、發明說明（27) 成圖，第9 ( a )圖是X軸方向表示之縱剖視圖、第9 ( b )圖Y軸方向表示之橫剖視圖。 該弟6貫施型备爲目u面說明之第3實施型態的變形例 ，其特徵爲，在透鏡陣列6 0 0 6 1 0與第1傳達透鏡 6 1 0之間，具有配置作爲縮小光學系之無焦點光學系 7 0 0的點。其他的點是與第3實施型態相同。因此，與 第3實施型態相同的構成，省略其說明。又，第3實施型 態說明之各構成元件的變形型態同樣可運用於本實施型態 之中。此外，第9 (a) 、 （b)圖中，省略偏光分光鏡 60、偏光鏡70、72、投影透鏡300、投影面 2 0 0 0的圖示。 無焦點光學系7 0 0具有不會使通過的光平行性惡化 可縮小光束整體直徑的功能。本實施型態中，僅Y軸方向 具有曲率的柱面凸透鏡710及柱面凹透鏡712構成無 焦點光學系7 0 0。也可以藉著與柱面透鏡7 1 0、 7 1 2同樣功能之2片以上透鏡所成的組透鏡來實現，此 時具有可降低光學像差的效果。柱面凸透鏡7 1 0是設置 在透鏡陣列6 0 0的射出側，使通過柱面凸透鏡7 1 0的 光僅朝Y軸方向反射而朝著照明光軸L的方向。另一方面 ，筒狀凹透鏡7 1 2是設置在第1傳達透鏡6 1 0的入射 側，使來自柱面凸透鏡1 〇的內向光相對於照明光軸L呈 大致平行。本實施型態中，如上述，由於是使用僅Y軸方 向具有曲率之柱面透鏡7 1 0、7 1 2所構成的無焦點光 學系7 0 0，因此更可抑制光束之Y軸方向的擴張，可維 ---------—--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -30- 558645 A7 B7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 持偏光選擇面6 2之偏光分離性能極高的狀態。因此’可 實現及明亮反差的高投影影像。並且，本實施型態中’抑 制Y軸方向之光束擴張的結果，可以形成小的偏光轉換元 件4 0或偏光分光鏡6 0之Y軸方向的尺寸，達成照明裝 置的小巧化與低成本化，乃至投影機的小巧化與低成本化 〇 並可以形成投影透鏡3 0 0尺寸的小巧化，使用口徑 小的透鏡仍可實現明亮的投影影像。 此外，本實施型態的場合，可無須設定複雜之透鏡陣 列6 0 0的聚光透鏡6 0 0 a之Y軸方向的聚光特性，即 可容易地維持高的偏光選擇面6 2之偏光分離性能的狀態 0 另外，本實施型態中，雖是使用僅Y軸方向具有曲率 的柱面透鏡7 1 0、7 1 2，但是也可以使用雙向具有曲 率的透鏡，或者環面透鏡。如上述，同樣可抑制X軸方向 之光束整體的擴張，維持高的偏光選擇面6 2之偏光分離 性能的狀態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 G .第7實施型態的照明裝置 第1 0圖是表示本發明投影機之第7實施型態的槪略 構成之垂直剖面圖。該第7實施型態是上述第6實施型態 的變形例，其特徵爲：具有構成作爲縮小光學系之焦點光 學系7 0 0的柱面凸透鏡7 1 〇配設在作爲光束分割光學 系之透鏡陣列6 0 0入射側的點。其他之構成是與第6實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -31 - 一丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 __________ B7 五、發明說明（29) 施型態相同，因此省略其說明。又，第6實施型態說明之 各構成元件的變形例的型態同樣可運用於本實施型態。此 外，第10圖中，省略偏光分光鏡6 0、偏光鏡70、 7 2、投影透鏡3 0 0、投影面2 0 0 0的圖示。 如本實施的型態，即使改變柱面凸透鏡7 1 0的位置 ，仍可達成與第6實施型態同樣的作用效果。 另外，也可以構成將柱面凹透鏡7 1 2配置在第1傳 達透鏡6 1 0的射出側。 Η ·第8實施型態 第1 1圖是表示本發明投影機之第8實施型態的槪略 構成圖，第11 (a)圖是從X軸方向表示的垂直剖面圖 ，第11 (b)圖Y軸方向所示之水平剖面圖。此第8實 施型態爲前面說明之第6、第7實施型態的變形例，其特 徵爲：第6、第7實施型態的透鏡陣列6 0 0與第1傳達 透鏡6 1 0具有無焦光學系功能的點。亦即，利用光束分 割光學元件的透鏡陣列8 0 0與第1傳達透鏡8 1 〇可實 現縮小光學系的無焦光學系。此以外的構成是與第6、第 7實施型態相同。並且，同時可將第6、第7實施型態說 明的各構成元件的變形型態運用於本實施型態中。此外， 第11 (a) 、（b)圖中，省略偏光分光鏡60、偏光 板70、72、投影透鏡300、投影面2000的圖示 0 透鏡陣列8 0 0是以矩陣形配置的複數聚光透鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- --------訂---------線康 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ____ λη 五、發明說明（） 8 0 0 a所構成。光源燈1 5所射出的光是利用構成透鏡 陣列8 0 0的聚光透鏡8 0 0 a的聚光作用，分割成複數 的部份光束，與照明光軸L大致正交的X - Y平面內，形 成與聚光透鏡8 0 0 a同數的光源像S。又，透鏡陣 8 〇 〇是與第6、第7實施型態的柱面凸透鏡7 1 〇同樣 地，朝著Y軸方向反射光，具有朝照明光軸L的方向內向 的功能。 第1傳達透鏡8 1 0爲配置成矩陣形的複數聚光透鏡 8 1 0 a所構成。各聚光透鏡8 1 0 a的位置是構成對應 形成複數光源像的位置。各聚光透鏡8 1 0 a的聚光透性 是將通過各聚光透鏡8 1 0 a的部份光束設定可相對於偏 光轉換元件4 0的入射面呈大致垂直入射。又，第1傳達 透鏡8 1 0是與第6、第7實施型態的柱面凹透鏡7 1 2 同樣，具有對於照明光軸L形成大致平行的功能。 根據本實施例，可達成與上述第6、第7實施型態時 相同的作用效果。並且，可利用光束分割光學元件的透鏡 陣列800及第1傳達透鏡810，實現與第6、第7實 施型態之無焦點光學系7 0 0相同的功能，因此可因爲構 件數的省略得以實現照明裝置的小巧化、輕量化及低成本 化等。 I .第9實施型態的照明裝置 第1 2圖是表示本發明投影機的第9實施型態之槪略 構成的垂直剖面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -33 - " "~ --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 ----- B7 五、發明說明（31) 胃H 9實施型態爲先前說明第3實施型態的變形例， 其特徵爲：第2傳達透鏡6 2 〇與平行化透鏡3 2之間， 具有配置作爲縮小光學系的凹透鏡系9 〇 〇的點。其他的 點是與第3實施型態相同。因此與第3實施型態同樣的構 成’省略其說明。又，第3實施型態說明之各構成元件的 變形型態同樣可運用於本實施型態。並且，第1 2圖中， 省略偏光分光鏡6 0、偏光板7 0、7 2、投影透鏡 300、投影面2〇〇〇的圖示。 凹透鏡系9 0 0爲了降低光學像差，是以組合2片凹 透鏡9 0 0 a、9 0 〇 b形成的組透鏡所構成，具有將光 束整體的直徑朝著X軸及Y軸方向壓縮的作用。因此，更 可以抑制光束之Y軸方向、X軸方向的擴張，可以維持極 高之偏光選擇面6 2的偏光分離性能。因此，可實現極明 量的反差之高投影影像。此外，本實施型態中，抑制Y軸 方向與X軸方向之光束擴張的結果，也可以縮小偏光轉換 元件4 0與偏光分光束6 0的尺寸，使照明裝置的小巧化 與低成本化，以至達成投影機的小巧化與低成本化。又， 同時可以使投影透鏡3 0 0的尺寸小巧化，即使使用口徑 小的透鏡仍可實現明亮的投影影像。 另外，作爲僅Y軸方向具有曲率的柱面凹透鏡也可以 僅抑制Y軸方向的光擴張構成凹透鏡9 0 0 °或者’也可 以如第1〜第3實施型態所示’將凹透鏡9 0 0使用於利 用桿的投影機。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐) -34- --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 __ ____ B7 五、發明說明（32) J ·第1 0實施型態 第1 3圖是表示本發明第1 〇實施型態之投影機要部 的槪略水平剖面圖。本實施型態爲上述第1〜第9實施型 態之投影機的變形例，其特徵爲：將偏光分光鏡6 0所射 出的光，利用分光手段的楔形稜鏡分離成紅色光、藍色光 、綠色光，對應各色光將各色光入射於所設置的3片反射 型液晶裝置，實現彩色影像的點。第1 3圖表示的構成部 份是可與第1〜第9實施型態的平行化透鏡3 2以後的構 成替換的部份。對於平行化透鏡3 2的光源側部份、投影 透鏡3 0 0、投影面2 0 0 0則同時省略其圖示、說明。 分光手段100是組合3個稜鏡100a、100b 、1 0 0 c所形成。楔形稜鏡1 〇 〇 a是形成具有三角形 剖面形狀的柱形，與楔形稜鏡1 〇 〇 b接近的面上形成反 射紅色光使其他色光穿透的紅色用分色膜R。楔形稜鏡 1 0 0 a在偏光分光鏡6 0與楔形稜鏡1 0 0 b之間，配 置僅具稍微的間隙。楔形稜鏡1 0 0 b形成與楔形稜鏡 1 0 0 a類似的形狀，與楔形稜鏡1 〇 〇 c連接的面上形 成反射藍色光使其他色光穿透的藍色用分色膜B。楔形棱 鏡1 0 0 c —邊具有作爲斜邊而形成之大致梯形剖面的柱 形稜鏡。相當於稜鏡1 0 0 c的斜邊面是連接在形成有楔 形稜鏡1 0 0 b之藍色用分色膜B的面上。 液晶裝置1 0 0 0 R爲紅色光專用的反射型液晶裝置 ，並未形成楔形稜鏡1 0 0 a的紅色用分色膜R，設置在 與未接近偏光分光鏡6 0的面相對的位置上。又，液晶裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -35- --------------------訂---------線·- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（33) 置1 Ο Ο Ο B爲藍色光專用的反射型液晶裝置，並未形成 模形稜鏡1 〇 〇 b的藍色用分色膜B，設置在與未接近楔 形稜鏡1 0 〇 a的面相對的位置上。此外，液晶裝置 1 〇 0 0 G爲綠色光專用的反射型液晶裝置，是設置在與 棱鏡1 0 0 c斜邊對邊相當的面相對的位置上。各液晶裝 置1000R、1000B、l〇〇〇G的基本構造是與 上述各實施型態所使用的液晶裝置1 〇 〇 〇相同，形成對 應'液晶層或像素電極等光學特性所對應的最佳色光波長領 域。 本實施型態中，從照明裝置射出而以偏光分光鏡6 0 的偏光選擇面6 2所反射之偏光的光（例如S偏光的光） 首先入射於楔形稜鏡1 0 0 a ，分離成紅色用分色膜R所 反射的紅色光，及穿透紅色用分色膜R的藍色光與綠色光 。紅色用分色膜R所反射的紅色光以楔形稜鏡1 0 0 a的 偏光分光鏡6 0對面的界面全反射之後，入射至紅色專用 的液晶裝置1 0 0 0 R，並根據來自未圖示外部的影像資 訊調變。其次，穿透紅色用分色膜R的藍色光與綠色光是 入射至楔形棱鏡1 0 0 b，分離成藍色用分色膜B所反射 的藍色光，及穿透藍色用分色膜B的綠色光。藍色用分色 膜B所反射的藍色光以楔形棱鏡1 〇 0 b的楔形稜鏡 1 0 0 a對面的界面全反射之後，入射至藍色專用的液晶 裝置1 Ο Ο Ο B，並根據來自未圖示外部的影像資訊調變 。最後，穿透藍色用分色膜B的綠色光是在稜鏡1 〇 〇 c 內大致直行前進入射至綠色專用的液晶裝置1 〇 〇 0 G內 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 36 - -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 558645 A7 B7 五、發明說明（34) ，並根據來自未圖示外部的影像資訊調變。 各液晶裝置1000R、1000B、l〇〇〇G所 反射的各色光是回到與入射時相同的光路而合成爲投影光 ，再次入射至偏光分光鏡6 0。其中’根據來自外部的影 像資訊所調變之偏光的光，其部份形成P偏光的光，因此 其偏光的光是穿透偏光選擇面6 2，利用投影手段的投影 透鏡3 0 0擴大投影在前方的投影面2 0 0 0上。以3片 液晶裝置1000R、1000B、1000G調變的3 個色光在以上的過程中，投影在投影面2 0 0 0上形成同 一位置重疊，顯示彩色影像。此外，夾持偏光分光鏡6 0 與照明裝置相對的位置上也可以採用配置分光手段1 0 〇 的構成。此時，也可以預先將照明裝置所射出之照明光的 偏光狀態與P偏光的狀態一致，形成使反射型液晶裝置 1000R、1000G、1000B所射出之S偏光的 光熱射於投影透鏡3 0 0的構成。 此外，本實施型態中，如第1 3圖所示，與各液晶裝 置1000R、1000B、1000G的尺寸比較，使 偏光分光鏡6 0等的尺寸相對形成較大。因此，尤其與採 用縮小光學系之無焦點光學系7 0 0或凹透鏡系9 0 0的 第5〜第8實施型態組合時，具有可實現偏光分光鏡6 0 小巧化的優點。 本實施型態中，可獲得與第1〜第9實施型態中任一 相同的效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -37- --------------------訂---------^ AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 558645 A7 __B7 五、發明說明（35) κ .其他實施型態 本發明實施型態不僅限於上述的例，可在發明的範圍 內進行種種的變更。例如，上述第1實施型態〜第3實施 型態中，桿2 0、2 1 0、2 2 0雖是以具有導光性的實 心桿所構成，但是也可以具有光反射面的構件，例如反射 鏡（最好是表面反射鏡）所形成的筒狀空心桿。此時，以 朝著空心桿內側的反射面反射光，與玻璃材等比較可以在 反射率低的空氣中傳達光。反射面使用一般的反射鏡或以 介質等在其反射鏡表面上形成增反射膜等。空心桿較導光 性材料所成的實心桿更容易製造，因此較使用實心桿更能 獲得照明裝置的低成本化。並且，空心桿內部是反射率大 約等於1的空氣，因此較使用反射率大於1的實心桿更能 縮短桿2 0、2 1 0、2 2 0的Z軸方向尺寸，獲得照明 裝置的小巧化、以至投影機的小巧化。 又，投影機可以是從背面投射至螢光幕的後投影式， 或從前面投影的前投影式。 -------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 態 型 第施 月實 S述 彳本上 明示示 說表表 單是是 簡圖圖 之 1 2 式第第 圖

IX 槪 的 態 型 施 源 光 與 桿 的 置 位 。 成 圖形 視 S 俯像 略 圖 成 構 的 件 元 換 轉 光 偏 之 態 型 施 。 實 圖述 視上 透示 略表 槪是 之圖 係 3 關第 的 間 第 圖 面 剖 平 水 是 圖 a /fv 3 第 視 透 觀 外 是 圖 圖 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 558645 A7 _____ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 第4圖是表示上述實施型態的偏光選擇面，與入射其 中之光束的幾何學關係的說明圖。 第5圖是表示本發明第2實施型態的桿與光源像s形 成位置間的關係之槪略透視圖。 第6圖是表示本發明第3實施型態的桿與光源像s形 成位置間的關係之槪略透視圖。 第7圖是表示本發明第4實施型態的槪略水平剖面圖 〇 第8圖是表示本發明第5實施型態的槪略水平剖面圖 〇 第9圖是表示本發明第6實施型態的槪略構成，第9 (a)圖是表示X軸方向的垂直剖面圖，第9 (b)圖是 表示Y軸方向的水平剖面圖。 第1 0圖是表示本發明第7實施型態之槪略構成的垂 直剖面圖。 第1 1圖是表示本發明第8實施型態的槪略構成圖， 第11 (a)圖是表示X軸方向的垂直剖面圖，第11 ( b )圖是表示Y軸方向的水平剖面圖。 第1 2圖是表示本發明第9實施型態之槪略構成的垂 直剖面 第

、、響 〔符號說明〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------- 示本發明第1 〇實施型態之槪略構成的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -39- 558645 A7 B7 五、發明說明（37) 4 入射面 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0 1 5 光 源 燈 2 0 2 1 0、2 2 0 桿 3 0 繼電器光 學 系 3 2 平行化透 鏡 4 0 偏光轉換 元 件 4 8 相位差板 5 0 第1傳達 透 鏡 5 2 第2傳達 透 鏡 6 〇 偏光分光 鏡 6 2 偏光選擇 面 1 0 〇 分光手 段 3 〇 0 投影透 鏡 6 0 0 Λ 8 0 0 透 鏡 陣列 6 1 0 6 1 2、8 1 0 第1傳達透鏡 6 2 0 第2傳 達 透 鏡 7 0 0 無焦點 光 學 系 1 0 0 〇 電光 學 裝 置 2 0 0 0 投影 面 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -40-

Claims (1)

1. 558645 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種投影機，具備： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將來自光源的光分割成複數個部份光束之光束分割光 學元件； 將上述複數個部份光束分別轉換成與偏光方向大致一 致的一種類偏光的光所成的偏光轉換元件； 可調節從上述偏光轉換元件所射出之照明光束的電光 學裝置；及， 可以投射藉上述電光學裝置所調節的光之投影透鏡； 選擇上述照明光束含有之預定偏光成份的光，朝上述 電光學裝置射出的同時，選擇藉上述電光學裝置所調節的 光中之預定偏光成份的光朝著上述投影透鏡射出之偏光選 擇面，其特徵爲： 以偏光選擇面的法線及上述照明光束之中心軸所限定 的面作爲入射面，將與此入射面平行且與上述中心軸正交 的方向設定爲X軸方向，與上述入射面正交的方向設定爲 Y軸方向時，上述偏光轉換元件產生的偏光分離方向爲上 述X軸方向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 2 ·如申請專利範圍第1項記載之投影機，其中上述 電光學裝置是配置在上述偏光選擇面所穿透及反射之任一 的光入射的位置上，調節入射光而可從光入射的面射出調 節光之反射式液晶裝置。 3 ·如申請專利範圍第1項記載之投影機，其中上述 光束分割光學元件係構成狹窄之上述γ軸方向的上述複數 光源像之間隔者。 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 558645 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ·如申請專利範圍第3項記載之投影機，其中上述 光束分割光學元件是以複數對反射面反射從入射端面入射 的光’根據其反射位置的不同而分割光，可從射出端面射 出複數個部份光束的桿， 相對於上述Y軸方向之一對反射面的間隔是從上述入 射端面朝著上述射出端面隨之逐漸加寬配置。 5 ·如申請專利範圍第4項記載之投影機，其中上述 桿是在上述X軸方向相對之一對反射面的間隔是從上述入 射端面朝著上述射出端面隨之逐漸狹窄地配置。 6 ·如申請專利範圍第4項或第5項記載之投影機， 其中上述桿的射出端面是形成與上述電光學裝置之顯示領 域的形狀大致相似之形狀者。 7 ·如申請專利範圍第4項或第5項記載之投影機， 其中上述桿爲具有導光性材料形成的實心導光體所構成。 8 ·如申請專利範圍第4項或第5項記載之投影機， 其中上述桿是在筒狀體內側面形成光反射面之中空導光體 所構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 9 ·如申請專利範圍第3項記載之投影機，其中上述 光束分割光學元件是在上述X軸方向及γ軸方向配列複數 個聚光透鏡所構成的透鏡陣列。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項記載之投影機，其中上 述複數個聚光透鏡是形成與上述電光學裝置之顯示領域的 形狀大致相似之形狀者。 1 1 ·如申請專利範圍第9項記載之投影機，其中上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -42- 558645 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 述複數個聚光透鏡包含偏心透鏡。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 2 ·如申請專利範圍第9項記載之投影機，其中上 述光源與上述偏光轉換元件之間，配置有使上述照明光束 整體的剖面尺寸朝著上述Y軸方向縮小的縮小光學系。 1 3 .如申請專利範圍第9項記載之投影機，其中上 述縮小光學系更使得上述照明光束整體的剖面尺寸朝著上 述X軸方向縮小。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項或第1 3項記載之投 影機，其中上述縮小光學系具備配置在上述光束分割光學 元件之入射側或射出側之一側的至少1個凸透鏡，及配置 於上述偏光轉換元件之入射側的至少1個凹透鏡。 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項或第1 3項記載之投 影機，其中至少其中之一是藉2個以上的透鏡組合所成。 1 6 ·如申請專利範圍第1項〜第5項、第9項〜第 1 3項中任一項記載之投影機，其中上述偏光轉換元件與 上述偏光選擇面之間，配置有使上述照明光束整體的剖面 尺寸朝著上述Y軸方向縮小的縮小光學系。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項記載之投影機，其中 上述縮小光學系更使得複數個部份光束所成的光束整體的 剖面尺寸朝著上述X軸方向縮小。 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項記載之投影機，其中 上述縮小光學系是使用至少一個以上的凹透鏡所構成之組 透鏡。 1 9 ·如申請專利範圍第1 2項記載之投影機，其中 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 558645 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 上述縮小光學系是包含圓柱型透鏡所構成。 2 0 ·如申請專利範圍第1 6項記載之投影機，其中 上述縮小光學系是包含圓柱型透鏡所構成。 2 1 ·如申請專利範圍第1項〜第5項、第9項〜第 1 3項中任一項記載之投影機，其中上述偏光轉換元件具 有2種類偏光的光中，一側偏光的光穿透，另一側偏光的 光反射之偏光分離膜；爲使上述2種類偏光的光射出方向 一致而反射上述另一側偏光的光之反射膜；及，使上述2 種類偏光的光偏光方向一致之相差板。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）