專利名稱：光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示才莫塊，且特別是涉及一種光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
時(shí)下隨著光學(xué)投影技術(shù)的進(jìn)步，投影裝置已被廣泛地使用，且發(fā)展出能 夠產(chǎn)生大幅并具有高畫質(zhì)以及高解析度的影像。 '圖1為一種現(xiàn)有投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖1，此現(xiàn)有投影裝置
100包括一光源110， 一偏振分光器(Polarizing beam splitter, PBS)120, —硅 基液晶面才反(Liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)130,以及一才殳影4究頭 140。光源110適于發(fā)出一照明光束llOa。偏振分光器120配置在照明光束 110a的光路徑上，且將具有S偏振方向的部分照明光束110a反射至硅基液 晶面板130。硅基液晶面板130將此部分照明光束110a轉(zhuǎn)換為具有P偏振方 向的影像光束110b，影像光束110b會(huì)穿透偏振分光器120并傳遞至投影鏡 頭140。投影鏡頭140將影像光束110b投射至屏幕(未繪示)上以形成影像畫 面。
照明光束110a是由光源110的燈芯112發(fā)出，并被光源110的反射式 燈罩114反射。由于光源IIO的亮度集中于燈芯112的中央，所以照明光束 UOa在接近光軸處的光線的強(qiáng)度大于遠(yuǎn)離光軸處的光線的強(qiáng)度，這會(huì)造成影 像畫面的中央較亮，而周圍較暗。如此一來，現(xiàn)有投影裝置100所提供的影 像畫面便會(huì)不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光學(xué)引擎，其能夠改善因照明光束不均勻而產(chǎn)生的缺;、。
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種光學(xué)引擎，其包括一光源、 一偏振分光器、 一多焦點(diǎn)透鏡以及一光閥。光源適于發(fā)出一照明光束。偏振分光器配置于照 明光束的光路徑上。多焦點(diǎn)透鏡配置在照明光束的光路徑上，并位于光源與偏振分光器之間。多焦點(diǎn)透鏡具有多個(gè)折射部，而這些折射部具有彼此不同
的有效焦距(Effective focal length, EFLs)。偏振分光器適于讓具有一第一偏振 方向的至少部分照明光束傳遞至光閥。光閥適于反射此部分照明光束，并適 于將此部分照明光束轉(zhuǎn)換為具有一第二偏振方向的一影像光束。來自光閥的 影像光束會(huì)傳遞至偏振分光器。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，此部分照明光束會(huì)被偏振分光器反射至光閥， 且來自光閥的影像光束會(huì)穿透偏振分光器。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，此部分照明光束會(huì)穿透偏振分光器并傳遞至光 閥，且來自光閥的影像光束會(huì)被偏振分光器反射。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透鏡例如為一非球面透鏡，且多焦點(diǎn)透 鏡的這些折射部為同軸設(shè)置。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透鏡例如為一菲涅耳透鏡(Fresnel lens)， 且各折射部為 一菲涅耳區(qū)(Fresnel zone)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，光學(xué)引擎更包括一投影鏡頭，其中偏振分光器 適于讓來自光閥的影像光束傳遞至投影鏡頭。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，光學(xué)引擎更包括一檢偏鏡(Analyzer),其配置 于影像光束的光路徑上，并位于偏振分光器與投影鏡頭之間。檢偏鏡適于讓 具有第二偏振方向的影^像光束穿透，并逸于遮擋具有第一偏振方向的光。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，檢偏鏡承靠偏振分光器。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一偏振方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于第二偏振方向。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，光源包括一燈芯及一反射式燈罩。燈芯適于發(fā)
光。反射式燈罩用以將來自燈芯的光反射為照明光束。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，反射式燈罩例如為一橢球反射式燈罩。
在本發(fā)明的 一 實(shí)施例中，光閥例如為 一 硅基液晶面板
(Liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)或 一 凄t字樣￡ 4究元 <牛(Digital
micro-mirror device, DMD)。
在本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)引擎中，多焦點(diǎn)透鏡可將照明光束均勻化，以
使到達(dá)光閥的照明光束能更均勻。如此一來，便可將現(xiàn)有技術(shù)中因不均勻的
照明光束而產(chǎn)生的缺點(diǎn)予以改善。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合
所附附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1為一種現(xiàn)有投影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2A為本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖2B為圖2A中的多焦點(diǎn)透《竟的前^L圖3繪示光閥上的參考區(qū)域；
圖4繪示圖1的現(xiàn)有投影裝置的硅基液晶面板上的亮度相對(duì)于硅基液晶 面板上各位置的曲線與圖2A光學(xué)引擎的光閥上的亮度相對(duì)于光閥上各位置 的曲線；
圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明的第三實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明的第四實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。
主要元件符號(hào)說明
100:投影裝置
110、 210:光源
110a、 210a、 210a，照明光束
10b、 210b、 210b，:影像光束
112:燈芯
114:反射式燈罩
120、 220:偏振分光器
130:石圭基液晶面4反
140、 250:投影鏡頭
200、 200a、 200b:光學(xué)引擎
230、 230，:多焦點(diǎn)透鏡
232a、 232a，、 232b、 232b，、 232c、 232c，:折射部
240:光閥
260:檢偏鏡
Cl、 C2:曲線
Dl:第一偏振方向
D2:第二偏振方向
Rl、 R2、 R3、 R4、 R5:參考區(qū)域具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例
圖2A為本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為圖2A 的多焦點(diǎn)透鏡的前視圖。請(qǐng)參考圖2A及圖2B，本實(shí)施例的光學(xué)引擎200包 括一光源210、 一偏振分光器220、 一多焦點(diǎn)透鏡230以及一光閥240。光源 210適于發(fā)出一照明光束210a。在本實(shí)施例中，光源210包括一燈芯212以 及一反射式燈罩214。燈芯212用于發(fā)光，而反射式燈罩214用以將來自燈 芯212的光反射為照明光束210a。反射式燈罩214例如為一橢球反射式燈罩。 然而，在其他未繪示的實(shí)施例中，反射式燈罩可為一拋物面反射式燈罩或其 他形式的反射式燈罩。偏振分光器220配置于照明光束210a的光路徑上。 在本實(shí)施例中，偏振分光器220例如為一偏振分光板。然而，在其他未繪示 的實(shí)施例中，偏振分光器可為一偏振分光棱鏡。
多焦點(diǎn)透鏡230配置在照明光束210a的光路徑上，并位于光源210與 偏振分光器220之間。多焦點(diǎn)透鏡230具有多個(gè)折射部232a、 232b及232c, 而這些折射部232a、 232b及232c具有彼此不同的有效焦距。
在本實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透鏡230例如為一非球面透鏡，且多焦點(diǎn)透鏡230 的這些折射部232a、 232b及232c可為同軸^L置。具體而言，折射部232a 與232b可為環(huán)狀。如圖2B所示，折射部232a環(huán)繞折射部232b,且折射部 232b環(huán)繞折射部232c。在本實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透鏡230例如為圓形對(duì)稱。
然而，在其他未繪示的實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透^:可為橢圓對(duì)稱或非圓形對(duì)稱。
偏振分光器220適于讓具有一第一偏振方向Dl的至少部分照明光束 210a傳遞至光閥240。在本實(shí)施例中，第一偏振方向Dl例如為一 S偏振方 向，且具有第一偏振方向Dl的部分照明光束210a會(huì)被偏振分光器220反射 至光閥240。光閥240適于反射此部分照明光束210a,并適于將此部分的照 明光束210a轉(zhuǎn)換為具有一第二偏振方向D2的一影像光束210b。在本實(shí)施 例中，光閥240例如為一硅基液晶面板。然而，在其他未繪示的實(shí)施例中， 光閥240可為一數(shù)字微鏡元件。來自光閥240的影像光束210b會(huì)傳遞至偏 振分光器220。在本實(shí)施例中，第二偏振方向D2例如為一 P偏振方向，且 來自光閥240并具有第二偏振方向D2的影像光束210b會(huì)穿透偏振分光器 220。換言之，在本實(shí)施例中，第一偏振方向D1實(shí)質(zhì)上垂直于第二偏振方向
7D2。然而，在其他未繪示的實(shí)施例中，第一偏振方向Dl與第二偏振方向 D2可分別為P偏振方向與S偏振方向。或者，第一與第二偏振方向可分別 為其他適當(dāng)?shù)钠穹较颉?br> 在本實(shí)施例中，光學(xué)引擎200更包括一投影鏡頭250,以形成一投影裝 置。偏振分光器220適于使來自光閥240的影像光束210b傳遞至投影鏡頭 250。具體而言，影像光束210b會(huì)穿透偏振分光器220與投影鏡頭250,并 投影至一屏幕(未繪示)，以形成影像畫面。
在本實(shí)施例的光學(xué)引擎200中，因光學(xué)引擎200具有多焦點(diǎn)透鏡230, 其包括多個(gè)具有彼此不同的有效焦距的折射部232a、 232b及232c,因此照 明光束210a可更均勻地投射至光閥240，這可使影像光束210b較為均勻， 進(jìn)而改善光學(xué)引擎200所投影出的影像畫面的亮度均勻度。因此，光學(xué)引擎 200改善了現(xiàn)有投影裝置IOO(如圖1所示)因不均勻的照明光束110a而產(chǎn)生 的缺點(diǎn)。以下提供光學(xué)模擬資料，以驗(yàn)證上述光學(xué)引擎200的優(yōu)點(diǎn)及功效。
圖3繪示光閥上的參考區(qū)域。請(qǐng)參考圖1、圖2A及圖3,硅基液晶面板 130及光閥240的主動(dòng)表面可各自分割成9個(gè)參考區(qū)域，例如參考區(qū)域R1、 R2、 R3、 R4、 R5.,.等。硅基液晶面板130或光閥240的主動(dòng)表面的亮度均 勻度可定義如下
Utotal=IR5/(IR1+IR2+IR3+IR4)/4 ，
其中Ut。^為硅基液晶面板130或光閥240上的主動(dòng)表面的亮度均勻度，
^為參考區(qū)域R1的平均亮度，IR2為參考區(qū)域R2的平均亮度，IR3為參考區(qū)
域R3的平均亮度，IR4為參考區(qū)域R4的平均亮度，IR5為參考區(qū)域R5的平 均亮度。在光學(xué)模擬中，硅基液晶面板130的主動(dòng)表面的亮度均勻度Ut。tal 為34%，而光閥240的主動(dòng)表面的亮度均勻度Ut。ta,為71%。相比較于現(xiàn)有 投影裝置100中的硅基液晶面板130的主動(dòng)表面，光學(xué)引擎200的光閥240 的主動(dòng)表面的亮度均勻度提升了 208。/。，由此可驗(yàn)證光學(xué)引擎200改善了現(xiàn) 有^:影裝置100因不均勻的照明光束11 Oa而產(chǎn)生的缺點(diǎn)。
圖4繪示圖1的現(xiàn)有投影裝置的硅基液晶面板上的亮度相對(duì)于硅基液晶 面板上各位置的曲線與圖2A光學(xué)引擎的光閥上的亮度相對(duì)于光閥上各位置 的曲線。請(qǐng)參考圖1、圖2A及圖4,圖4中的曲線C1顯示現(xiàn)有投影裝置100 的硅基液晶面板130上各位置上的光量，而曲線C2則顯示了光學(xué)引擎200 的光閥240上各個(gè)位置上的光量。由曲線C1及C2可知，光學(xué)引擎200的光閥240上的亮度均勻度已獲得改善，這再次證明光學(xué)引擎200改善現(xiàn)有投 影裝置100因不均勻的照明光束11 Oa而產(chǎn)生的缺點(diǎn)。
請(qǐng)參考圖2A，在本實(shí)施例中，光學(xué)引擎200更包括一檢偏鏡260,其配 置在影像光束210b的光路徑上，并位于偏振分光器220與投影鏡頭250之 間。檢偏鏡260適于使具有第二偏振方向D2的影像光束210b穿透，并適于 遮擋具有第一偏振方向Dl的光。如此一來，光學(xué)引擎200投影出的影像畫 面的^j"比^f更可增加。
第二實(shí)施例
圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖5，本 實(shí)施例的光學(xué)引擎200a與上述光學(xué)引擎200 (如圖2A所繪示)類似，而兩 者的差異如下所述。在光學(xué)引擎200a中，部分照明光束210a，穿透偏振分光 器220，并傳遞至光閥240，而來自光閥240的影像光束210b，被偏振分光器 220反射。在本實(shí)施例中，此部分的照明光束210a，具有P偏振方向，且影 像光束210b，具有S偏振方向。然而，在其他未繪示的實(shí)施例中，此部分的 照明光束210a，與影像光束210b，可分別具有S偏振方向以及P偏振方向。或 者，此部分照明光束210a，與影像光束210b，可分別具有其他適當(dāng)?shù)钠穹?向。
第三實(shí)施例
圖6為本發(fā)明的第三實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖6，本 實(shí)施例的光學(xué)引擎200a與上述光學(xué)引擎200 (如圖2A所繪示)類似，而兩 者的差異如下所述。在光學(xué)引擎200b中，多焦點(diǎn)透鏡230，例如為一菲涅耳 透鏡，且各個(gè)折射部232a，、 232b，及232c，為一菲涅耳區(qū)。換句話說，這些 折射部232a，、 232b，、 232c，為同軸設(shè)置，折射部232a，環(huán)繞折射部232b，，而 折射部232b，環(huán)繞折射部232c，。這些折射部232a，、 232b，、 232c，的有效焦距 彼此不同。多焦點(diǎn)透鏡230，具有與圖2A的多焦點(diǎn)透鏡230類似的優(yōu)點(diǎn)及功 效，因此光學(xué)引擎200b具有與圖2A光學(xué)引擎200類似的優(yōu)點(diǎn)及功效。
第四實(shí)施例
圖7為本發(fā)明的第四實(shí)施例的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考7，本實(shí)施例的光學(xué)引擎200c類似于上述光學(xué)引擎200 (如圖2A所繪示)，而兩者 的差異如下所述。在光學(xué)引擎200c中，檢偏鏡260承靠偏振分光器220。 '值得注意的是，本發(fā)明并不限定多焦點(diǎn)透鏡230或230，的折射部(例如 折射部232a、 232b、 232c或折射部232a，、 232b，、 232c，)的數(shù)量為三個(gè)。 在其他未繪示的實(shí)施例中，多焦點(diǎn)透鏡的折射部的數(shù)量可為不等于3的其他 正整數(shù)。
綜上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)引擎中，由于光學(xué)引擎具有多焦點(diǎn) 透鏡，其包括多個(gè)具有彼此不同的有效焦距的折射部，因此照明光束可較均 勻地投射至光閥，這可使影像光束更加均勻，進(jìn)而改善由光學(xué)引擎所投影出 的影像畫面的亮度均勻度。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)引擎改善了現(xiàn)有投 影裝置因照明光束不均勻而產(chǎn)生的缺點(diǎn)。
雖然結(jié)合以上實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何 所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許 的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)引擎，包括光源，適于發(fā)出一照明光束；偏振分光器，配置于該照明光束的光路徑上；多焦點(diǎn)透鏡，配置在該照明光束的光路徑上，并位于該光源與該偏振分光器之間，該多焦點(diǎn)透鏡具有多個(gè)折射部，其中該些折射部具有彼此不同的有效焦距；以及光閥，該偏振分光器適于讓具有一第一偏振方向的至少部分該照明光束傳遞至該光閥，其中該光閥適于反射該部分照明光束，并適于將該部分照明光束轉(zhuǎn)換為具有一第二偏振方向的一影像光束，且來自該光閥的該影像光束會(huì)傳遞至該偏振分光器。
2、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該部分照明光束會(huì)被該偏振分 光器反射至該光閥，且來自該光閥的該影像光束會(huì)穿透該偏振分光器。
3、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該部分照明光東會(huì)穿透該偏振 分光器并傳遞至該光閥，且來自該光閥的該影像光束會(huì)被該偏振分光器反 射。
4、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該多焦點(diǎn)透鏡為一非球面透鏡， 且該多焦點(diǎn)透鏡的該些折射部為同軸設(shè)置。
5、 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)引擎，其中該多焦點(diǎn)透鏡為一菲涅耳透鏡， 且各該折射部為 一菲涅耳區(qū)。
6、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，更包括一投影鏡頭，其中該偏振分 光器適于讓來自該光閥的該影像光束傳遞至該投影鏡頭。
7、 如權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，更包括一檢偏鏡，其配置于該影像 光束的光路徑上，并位于該偏振分光器與該投影鏡頭之間，其中該檢偏鏡適 于讓具有該第二偏振方向的該影像光束穿透，并適于遮擋具有該第一偏振方 向的光。
8、 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)引擎，其中該檢偏鏡承靠該偏振分光器。
9、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該第一偏振方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于 該第二偏振方向。
10、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該光源包括燈芯，適于發(fā)光；以及反射式燈罩，用以將來自該燈芯的光反射為該照明光束。
11、 如權(quán)利要求10所述的光學(xué)引擎，其中該反射式燈罩為一橢球反射 式燈罩。
12、 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該光閥為一硅基液晶面板或一 數(shù)字微鏡元件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學(xué)引擎，包括一光源、一偏振分光器、一多焦點(diǎn)透鏡以及一光閥。光源適于發(fā)出一照明光束。偏振分光器配置于照明光束的光路徑上。多焦點(diǎn)透鏡配置在照明光束的光路徑上，并位于光源與偏振分光器之間。多焦點(diǎn)透鏡具有多個(gè)折射部，而這些折射部具有彼此不同的有效焦距。偏振分光器適于讓具有一第一偏振方向的至少部分照明光束傳遞至光閥。光閥適于反射此部分照明光束，并適于將此部分照明光束轉(zhuǎn)換為具有一第二偏振方向的一影像光束。來自光閥的影像光束會(huì)傳遞至偏振分光器。
文檔編號(hào)G03B21/14GK101592852SQ20081010858
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者偉 沈, 胡家榆, 蘇俊豪, 陳俊民 申請(qǐng)人:立景光電股份有限公司