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CN110221507B - 投影装置、投影系统及其方法 - Google Patents

投影装置、投影系统及其方法 Download PDF

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CN110221507B CN201810171482.5A CN201810171482A CN110221507B CN 110221507 B CN110221507 B CN 110221507B CN 201810171482 A CN201810171482 A CN 201810171482A CN 110221507 B CN110221507 B CN 110221507B
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Abstract

本发明公开了一种投影装置、投影系统及其方法，投影装置包含激光光源及双折射消偏振镜。激光光源用以发射激光束。激光束于穿透双折射消偏振镜后形成包含多个极化态样均匀的投影光束，进而投影光束投影至投影屏幕。

Description

投影装置、投影系统及其方法
技术领域
本发明内容是关于一种投影装置、一种投影系统及一种投影方法，且特别是关于改善画面色块的一种投影装置、一种投影系统及一种投影方法。
背景技术
光是一种电磁波，电磁波的偏振(极化)具有方向性。当利用光线投影产生影像时，若光线打在屏幕上不同位置的偏振(极化)方向分布不均匀，在经过会影响偏振方向的介质反射或透射后，画面会出现色块或暗块。
发明内容
本发明内容的一态样是关于一种投影装置，包含激光光源及双折射消偏振镜。激光光源用以发射激光束。激光束于穿透双折射消偏振镜后形成包含多个极化态样的投影光束，而投影光束投影至投影屏幕。极化态样为相异的多个偏振方向。
本发明内容的另一态样是关于一种投影系统，包含：激光光源、双折射消偏振镜及投影镜头。激光光源用以发射激光束。激光束于穿透双折射消偏振镜后形成包含多个极化态样的投影光束，而极化态样为相异的多个偏振方向。投影镜头用以将投影光束输出投影。
本发明内容的另一态样是关于一种投影方法，包含：由激光光源发射激光束；由双折射消偏振镜将激光束形成包含多个极化态样的投影光束，而极化态样为相异的多个偏振方向；以及由投影镜头将投影光束输出投影。
附图说明
图1为根据习知技术所绘示一种投影装置的示意图。
图2为根据习知技术所绘示另一种投影装置的示意图。
图3为根据本发明内容的部分实施例绘示一种投影系统的示意图。
图4为根据本发明内容的部分实施例绘示一种双折射光学材料的示意图。
图5A、5B为根据本发明内容的部分实施例绘示一种双折射消偏振镜的示意图。
图6为根据本发明内容的部分实施例绘示一种投影光束偏振方向分布的示意图。
图7为根据本发明内容的部分实施例绘示一种投影方法的流程图。
其中，附图标记为：
100：投影机
120：偏振片
140：光波
160：影像
200：投影机
220：屏幕
300：投影系统
310：激光光源
320：荧光色轮
330：双折射消偏振镜
340：补偿元件
350：分光色轮
360：积分柱
370：投影镜头
380：投影屏幕
430：光学镜片
610～650：偏振方向
700：投影方法
I-ray：入射光
o-ray：第一透射光
e-ray：第二透射光
LB：激光束
PB：投影光束
A：第一透射面
B：第二透射面
C-axis：晶轴
TL：上方窄边
BL：下方宽边
X、Y、Z：方向
S710～S760：步骤
具体实施方式
下文举实施例配合所附图式作详细说明，但所描述的具体实施例仅用以解释本案，并不用来限定本案，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明内容所涵盖的范围。
请参考图1。图1为根据习知技术所绘示一种3D投影机100的示意图。若由3D投影机100投射包含左右两眼的影像画面140的光波的偏振(极化)方向不均匀，兼之光波在经过偏振片120透射产生两种偏振方向互相垂直的影像画面160时，因偏振片对于不同偏振(极化)方向光波的透射率不同，所产生的影像画面160的不同位置的色彩或亮度即会出现差异。
相似地，请参考图2。图2为根据习知技术所绘示一种背投式投影机200的示意图。因屏幕220的材料在制程时，不同位置会残留不同应力，使其结构略有不同。若投影机200输出到屏幕220不同位置的光波偏振(极化)方向不均匀，因屏幕220对于不同位置上具有不同偏振(极化)方向光波的吸收率不同，所产生的影像画面的不同位置的色彩或亮度即会出现差异。
换言之，若投影在画面不同位置的光波偏振(极化)方向不均匀，在经过会影响偏振方向的介质(例如：偏振片、屏幕)反射或透射后，因介质具有二向色性，对于不同偏振(极化)方向光波的折射率、反射率或吸收率不同，画面的不同位置会产生色彩或亮度的差异。因此，本发明内容提出一种投影装置、一种投影系统及一种投影方法，可应用于各种投影设备，例如3D投影机、背投式投影机等等，得以使光波偏振(极化)方向均匀。
请参考图3。图3为根据本发明内容的部分实施例绘示一种投影系统300的示意图。在部分实施例中，投影系统300包含激光光源310、双折射消偏振镜(birefringentdepolarizer)330及投影镜头370。在其他部分实施例中，投影系统300更包含荧光色轮320、补偿元件340、分光色轮350、积分柱360及/或投影屏幕380。在部分实施例中，激光光源310、荧光色轮320、双折射消偏振镜330、补偿元件340、分光色轮350、积分柱360及投影镜头370可分别设置于投影设备当中的适当位置，使得投影设备将输出的影像投影至投影屏幕380。
如图3所示，激光光源310用以发射激光束LB。在部分实施例中，激光光源310包含多个激光子光源，以分别产生多个对应的激光子光束。举例来说，激光光源310可包含蓝色激光子光源、红色激光子光源及绿色激光子光源。蓝色激光子光源产生蓝色激光子光束，红色激光子光源产生红色激光子光束，绿色激光子光源产生绿色激光子光束。
在其他部分实施例中，激光光源310通过荧光色轮320产生不同颜色的多个子光束。举例来说，如图3所示，激光光源310包含蓝色激光光源，蓝色激光光源发出的蓝色激光束经由镜片反射进入荧光色轮320，蓝色激光束通过荧光色轮320的荧光粉激发产生红色光束及绿色光束。如此一来，经过荧光色轮320后的光束便可包含红色、蓝色、绿色的子光束。
继续参考图3，包含一或多个雷测子光束的激光束LB经由镜片反射进入双折射消偏振镜330。双折射消偏振镜330包含双折射光学材料，用以使激光束LB于穿透双折射消偏振镜330后形成包含多个极化态样的投影光束PB，且该些极化态样为相异的多个偏振方向。为方便说明起见，关于双折射消偏振镜330的具体内容将于后续段落中进行说明。
在部分实施例中，补偿元件340可为折射或反射补偿元件，在光路径上置于双折射消偏振镜330之后。如图3所示，投影光束PB经由补偿元件340补偿因经过双折射消偏振镜330而产生偏差的光路径。补偿元件340可由平面镜、反射菱镜等等实现。藉此，补偿元件340便可用以调整投影光束PB的光路径。在其他部分实施例中，投影系统300可配合因经过双折射消偏振镜330而偏差的光线行进方向做设计。
接着，在部分实施例中，该投影光束进入分光色轮350，经由分光色轮350进行分光后进入积分柱360。积分柱360置于双折射消偏振镜330之后，用以使投影光束PB的亮度均匀化。在其他部分实施例中，投影光束PB射入投影镜头370，投影镜头370用以将投影光束PB输出投影至投影屏幕380，而投影屏幕380置于投影镜头370之后，用以反射或透射投影光束PB形成投影影像。投影屏幕380可由具有二向色性的晶体材料所制成，对于相异偏振方向的光波具有相异的吸收率。
由于经由双折射消偏振镜330分散出来的该投影光束PB包含相异多个偏振方向的极化态样，因而投影到投影屏幕380上不同位置的投影影像的光波偏振方向分布为均匀的。如此一来，即便投影屏幕380对于不同偏振方向的光波具有相异的吸收率，投影屏幕380上不同位置的投影影像不会有色彩或亮度的差异。
为进一步说明双折射光学材料的光学特性，请参考图4。图4为根据本发明内容的其他部分实施例绘示一种双折射光学材料的示意图。在图4所示实施例中，光学镜片430为双折射光学材料。双折射光学材料对于入射光具有两种折射率的特性。如图中所示，当具有任意偏振方向的入射光I-ray进入光学镜片430后，会分出两种不同光波偏振方向的第一透射光o-ray及第二透射光e-ray。第一透射光o-ray和第二透射光e-ray的光波偏振方向相互垂直。根据双折射光学材料的光学特性，当入射光I-ray以一特定角度射入光学镜片430时，入射光I-ray不会分成两种不同光波偏振方向的折射光，此特定角度的入射轴称为光学镜片430的晶轴。
接着，请参考图5A、5B。图5A、5B为分别为根据本发明内容的部分实施例绘示一种双折射消偏振镜330的正面及侧面示意图。如图中所示，在部分实施例中，双折射消偏振镜330为上窄下宽的楔形，包含第一透射面A和第二透射面B。在部分实施例中，上方窄边TL的厚度可为约2.2毫米，下方宽边BL的厚度可为约3.25毫米。
当入射光进入双折射消偏振镜330的不同位置上时，若光路径通过介质部分的厚度不同，其光程差不同，即不同位置的光波射出时会产生不同方向的偏振。如图6所示，以一圆形代表光波射出双折射消偏振镜330后的截面，并以不同网点分别用以表示在光波截面的相异位置上包含不同极化态样的偏振方向610～650。换言之，当入射光照射在双折射消偏振镜330的面积越大，或双折射消偏振镜330的上方窄边TL、下方宽边BL厚度差异越大，其光程差变化的周期越多，射出光波的偏振方向的均匀性越高。
具体而言，请再次参考图5B。如图5B所示，激光束LB由第一透射面A入射双折射消偏振镜330，并由第二透射面B射出。在部分实施例中，双折射消偏振镜330的第一透射面A平行于XY平面，双折射消偏振镜330的晶轴C-axis平行Y轴，激光束LB以平行Z轴方向垂直入射第一透射面A，而第二透射面B与XY平面夹角可为约2度。
在部分实施例中，双折射消偏振镜330为固定设置。在其他部分实施例中，双折射消偏振镜330可在XY平面上转动。又在其他部分实施例中，双折射消偏振镜330可沿X轴、Y轴或Z轴平行来回移动。
值得注意的是，上述双折射消偏振镜330的构造及尺寸、角度等参数仅为方便说明起见的示例，并非用以限制本案。本领域具备通常知识者可依据实际需求设计不同几何结构(例如：厚度、角度、形状、面积……等等)的双折射消偏振镜330。
请参考图6。如上所述，当激光束LB的偏振方向与双折射消偏振镜330的晶轴C-axis维持一特定夹角入射时，经过双折射消偏振镜330后形成包含多个极化态样的投影光束PB。此外，如图中所示，在成像平面上以不同网点所代表该投影光束PB的多个偏振方向610～650为渐进变化且分布均匀的。
具体而言，如图6所示，在部分实施例中，投影光束的直径约为20毫米，而投影光束分为五种偏振方向610～650，其中相邻两者的偏振方向为渐进变化。举例来说，偏振方向610为沿Y轴的线偏振，偏振方向630为圆偏振，偏振方向650为沿X轴的线偏振，偏振方向620为介于偏振方向610和630之间的椭圆偏振，而偏振方向640为介于偏振方向630和650之间的椭圆偏振。
值得注意的是，虽然图6中绘示五种偏振方向的极化态样，但其大小、宽度及偏振方向仅为方便说明起见的示例，并非用以限制本发明内容。
换言之，在设置投影系统300时，可根据实际入射光源所拥有的光波偏振状况，与双折射消偏振镜330的晶轴C-axis测试出最适合的相对角度，以使得画面上各个位置光波极化态样分布均匀。
请参考图7。图7为根据本发明内容的部分实施例绘示一种投影方法的流程图。为方便及清楚说明起见，下述投影方法700是配合图3～图6所示实施例进行说明，但不以此为限，任何熟习此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。如图7所示，投影方法700包含步骤S710～S760。
首先，在步骤S710中，由激光光源310发射激光束LB。
接着，在步骤S720中，由双折射消偏振镜330使得激光束于穿透该双折射消偏振镜330后形成包含多个极化态样的投影光束PB，其极化态样为相异的多个偏振方向。
接着，在步骤S730中，由补偿元件340补偿激光束LB与输出投影光束PB之间因经过双折射消偏振镜330而偏差的光路径。
接着，在步骤S740中，以积分柱360使投影光束PB的亮度均匀化。
接着，在步骤S750中，由投影镜头370将投影光束PB输出投影。
接着，在步骤S760中，由投影屏幕380接收投影光束PB投影。
上述投影方法700是配合图3～图6所示实施例进行说明，但不以此为限，任何所属技术领域具有通常知识者，在不脱离本案的精神和范围内，当可对作各种更动与润饰。
虽然本文将所公开的方法示出和描述为一系列的步骤或事件，但是应当理解，所示出的这些步骤或事件的顺序不应解释为限制意义。例如，部分步骤可以以不同顺序发生和/或与除了本文所示和/或所描述的步骤或事件以外的其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文所描述的一个或多个态样或实施例时，并非所有于此示出的步骤皆为必需。此外，本文中的一个或多个步骤亦可能在一个或多个分离的步骤和/或阶段中执行。
综上所述，本案通过应用上述各个实施例中，入射激光束LB穿透双折射消偏振镜330后形成包含多个极化态样的投影光束PB，而该些极化态样为多个不同的偏振方向610～650，且该些偏振方向610～650为渐进变化且分布均匀，因此投影光束PB在投影屏幕380上不同位置所形成的投影影像不会产生色彩或亮度上的差异。
虽然本发明内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，所属技术领域具有通常知识者在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明内容的保护范围当视所附权利要求的保护范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种投影装置，其特征在于，包含：
一激光光源，用以发射一激光束；
一双折射消偏振镜，其中当该激光束于穿透该双折射消偏振镜后，该激光束形成包含多个极化态样的一投影光束，该投影光束投影至一投影屏幕，其中该些极化态样为相异的多个偏振方向；以及
一补偿元件，置于该双折射消偏振镜之后，用以补偿该激光束与该投影光束之间因经过该双折射消偏振镜而偏差的光路径；
其中，所述双折射消偏振镜为上窄下宽的楔形，且包含第一透射面和第二透射面，激光束由第一透射面入射该双折射消偏振镜并由第二透射面射出；当该双折射消偏振镜的晶轴与该激光束入射时的偏振方向维持一特定夹角时，该投影光束的该些极化态样分布均匀。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该投影屏幕对相异偏振方向的光波具有相异的吸收率。
3.一种投影系统，其特征在于，包含；
一激光光源，用以发射一激光束；
一双折射消偏振镜，其中当该激光束于穿透该双折射消偏振镜后，该激光束形成包含多个极化态样的一投影光束，该些极化态样为相异的多个偏振方向；
一补偿元件，置于该双折射消偏振镜之后，用以补偿该激光束与该投影光束之间因经过该双折射消偏振镜而偏差的光路径；以及
一投影镜头，用以将该投影光束输出投影；
其中，所述双折射消偏振镜为上窄下宽的楔形，且包含第一透射面和第二透射面，激光束由第一透射面入射该双折射消偏振镜并由第二透射面射出；当该双折射消偏振镜的晶轴与该激光束入射时的偏振方向维持一特定夹角时，该投影光束的该些极化态样分布均匀。
4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，该激光光源包含多个子光源，该激光束包含多个子光束，该些子光源分别产生对应的该些子光束。
5.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，更包含：
一积分柱，置于该双折射消偏振镜之后，用以使该投影光束的亮度均匀化。
6.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，更包含：
一投影屏幕，置于该投影镜头之后，用以反射或透射该投影光束以形成投影影像。
7.如权利要求6所述的投影系统，其特征在于，该投影屏幕对相异偏振方向的光波具有相异的吸收率。
8.一种投影方法，其特征在于，包含：
由一激光光源发射一激光束；
由一双折射消偏振镜将该激光束形成包含多个极化态样的一投影光束，该些极化态样为相异的多个偏振方向；
由一补偿元件补偿该激光束与该投影光束之间因经过该双折射消偏振镜而偏差的光路径；以及
由一投影镜头将该投影光束输出投影；
其中，所述双折射消偏振镜为上窄下宽的楔形，且包含第一透射面和第二透射面，激光束由第一透射面入射该双折射消偏振镜并由第二透射面射出；当该双折射消偏振镜的晶轴与该激光束入射时的偏振方向维持一特定夹角时，该投影光束的该些极化态样分布均匀。
9.如权利要求8所述的投影方法，其特征在于，该双折射消偏振镜为楔形。
10.如权利要求8所述的投影方法，其特征在于，当该双折射消偏振镜的晶轴与该激光束入射时的偏振方向维持一特定夹角时，该投影光束的该些极化态样分布均匀。
11.如权利要求8所述的投影方法，其特征在于，更包含：
由一投影屏幕接收该投影光束投影。
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