专利名称：光极性转换模块及其转换方法
技术领域：
本发明涉及一种光极性转换模块，尤指投影系统具有的光极性转换模块，即使发光信号转换成单一极性光信号的模块。
背景技术：
现今液晶投影系统在技术不断创新与突破下，其具有体积细薄质轻、不闪烁、低辐射、低反射及较佳物理平面的众多优点，足以取代传统CRT显示器而为一般大众所接受。
请参阅图1所示，为公知的液晶投影系统，该投影系统包括有椭球灯10a、柱状积分器20a、透色轮30a、光传递透镜单元40a及反射式液晶板50a，其中该柱状积分器20a的前端具有光极性转换单元21a，其截面积与该柱状积分器20a的截面积相同。该投影系统利用该椭球灯10a发出光信号，并聚焦于该光极性转换单元21a，藉以透射过该光极性转换单元21a，以转换该光信号成单一极性光信号，再输入且穿透该柱状积分器20a，以使光信号均匀化，并使其输出且穿过透色轮30a以形成有色光信号，再透射过光传递透镜单元40a以输出至反射式液晶板50a，以藉由该反射式液晶板50a调变成具有影像的色光信号，且将具有影像的色光信号投射出该投影系统，以放大显示该影像。
请参阅图2所示，其中该光极性转换单元21a的偏振分光器22a先加工成倾斜45度，再以平行排列方式叠置在一起而成，且其间镀设有多层膜23a，再将多个1/2波片24a以间隔一个的方式排列在其中两个偏振分光器22a之间。如此，使该入射光信号间隔地投射于这些偏振分光器22a上，使一部分光信号直射透过这些偏振分光器22a，另一部分光信号经二次反射后透射出这些偏振分光器22a，再输入且透射出该1/2波片24a，以使所有输出于该光极性转换装置21a的光信号成为单一极性光信号。
只是，上述公知的具光极性转换单元的投影系统仍具有光效率差、使用寿命短、影像对比度不佳及制造成本高等缺点1、其中，由于光极性转换单元截面积较小，所以藉由椭球灯将发射的光信号聚焦于光极性转换单元的聚焦面时，由于该光极性转换单元的截面积较小，因此易产生光学元件过热及热膨胀问题，使得该光极性转换单元的多层膜损坏，以致于使用寿命降低；且还会产生光学元件热膨胀而导致的光散射问题，进而导致转换极性后的光信号纯度不佳，以致光信号输出至反射式液晶板时，影像对比度不好。
2、当椭球灯的光线聚焦于该光极性转换单元时，由于该光线不是平行光，因此光线在光极性转换单元内易产生散射，同样易产生转换极性后光信号纯度不佳的问题，进而使影像对比度不好。
3、该光极性转换单元的光信号接受面积为这些偏振分光器光信号接受侧面积的一半，从而使得热膨胀问题更为严重，因此不是设计良好的光极性转换单元。
4、该光极性转换单元的制造过程复杂，加工不易，且加工制造过程长，因此会增加制造成本。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种光极性转换模块，其增大模块的光学元件尺寸，同时减少元件数，因此使单位面积接收的光接收强度下降，以减小热膨胀问题，同时降低光散射问题，使得光相位转换效率提高，从而使影像对比度提高。
本发明的第二目的是提供一种光极性转换模块，其使入射光信号平行化，从而减少因入射光信号散射而导致的转换后光信号纯度不佳的问题。
本发明的第三目的是提供一种光极性转换模块，其增大光极性转换模块的光入射面积，从而减少热膨胀问题。
本发明的第四目的是提供一种光极性转换模块，其减少零件制造过程，且组装简单，从而使成本降低。
本发明的第五目的是提供一种转换光信号为单一极性的方法，将入射光信号转变成单一极性光信号输出。
依据前述发明目的，本发明提供一种光极性转换模块，用于投影系统中将入射光信号转变成单一极性光信号输出。该模块包括凸透镜、偏振分光元件、光相位转换元件、及反射镜。其中该凸透镜接收该入射光信号，使其穿透该凸透镜以平行化输出该光信号；该偏振分光元件接收该凸透镜的平行光信号，且使其部分穿透该偏振分光元件，并且另一部分反射；该光相位转换元件接受该偏振分光元件的穿透光信号，使其穿透并转换成另一相位的光信号输出；该反射镜接受该偏振分光元件的反射光信号，使其反射输出。
本发明还提供一种转换光信号为单一极性的方法，用于投影系统中将入射光信号转变成单一极性光信号输出，其步骤包括平行化该入射光信号；极性化该入射光信号，使该平行化入射光信号的一部分直射，且实现相位转变后输出，并且该平行化入射光信号的另一部分反射；及反射该反射部分的光信号且输出，藉此使输出的光信号为单一极性光信号。
藉此，使光信号由平行化状态转变成单一极性光信号，更纯化了转变后的光信号，并以大尺寸光元件减少热效应。
为了能进一步阐明本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明及附图，然而所附图例仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1是公知的液晶投影系统的示意图；图2是公知的光极性转换单元的示意图；图3是本发明的液晶投影系统第一实施例的示意图；图4是本发明的光极性转换模块的示意图；图5是本发明的液晶投影系统第二实施例的示意图；图6是本发明的液晶投影系统第三实施例的示意图；图7是本发明的液晶投影系统第四实施例的示意图；图8是本发明的液晶投影系统第五实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下
公知 本发明椭球灯10a 光极性转换模块10柱状积分器20a 凸透镜11光极性转换单元21a 偏振分光元件12偏振分光器22a 光相位转换元件13多层膜23a 反射镜141/2波片24a 聚光透镜15透色轮30a 发光单元20光传递透镜单元40a 椭球灯21反射式液晶板50a UV滤除镜22均光单元30透色轮40光传递透镜单元50液晶反射板60液晶透射板65分色单元70分合光单元80合光元件85镜头90具体实施方式
请参阅图3所示，本发明提供一种光极性转换模块10，用于液晶投影系统中，该液晶投影系统是单片式液晶投影系统，包括有发光单元20、光极性转换模块10、均光单元30、透色轮40、光传递透镜单元50及液晶反射板60；其中该发光单元20包括有椭球灯21及UV滤除镜22，使该椭球灯21发出光信号且经该UV滤除镜22输出至该光极性转换模块10，藉由该光极性转换模块10使入射光信号转换成单一极性光信号，再聚焦于均光单元30以均匀化该光信号，并经透色轮40及光传递透镜单元50以形成有色光信号且投射至液晶反射板60，藉以形成具有影像的色光信号，并投射出该投影系统。
请参阅图4所示，其中该光极性转换模块10将入射光信号转变成单一极性光信号输出；其包括凸透镜11、偏振分光元件12、光相位转换元件13、反射镜14及聚光透镜15。入射光信号透射过该凸透镜11以平行化，经该偏振分光元件12，以使一部分光信号透射，一部份反射，并使透射光信号经光相位转换元件13以转换光相位并输入聚光透镜15，且同时将反射光信号经反射镜14反射到该聚光透镜15方向，并藉由该聚光透镜15汇聚这些光信号到其投影系统的其他组件。如此，使输出该光极性转换模块10的光信号成单一极性，从而增加光效率，且更纯化光信号，因此使影像对比度更加提高，且藉由大尺寸光学元件降低热效应。
请再参阅图4所示，其中该光极性转换模块将入射光信号转变成单一极性光信号输出，其步骤包括A、提供凸透镜11，以平行化该椭球灯21的光信号；B、提供偏振分光元件12，以极性化该入射光信号，使该平行化入射光信号的一部分直射，且提供该光相位转换元件13，实现相位转变后输出，并且该平行化入射光信号的另一部分反射；C、提供反射镜14，以反射该反射部分的光信号且输出，藉此使输出的光信号为单一极性光信号；D、提供聚焦透镜15，以汇聚所有这些输出光信号于一区域。
且其中该偏振分光元件12可为偏振分光板或偏振分光棱镜(PolarizationBeam Splitter，PBS)，且光相位转换元件13可为1/2波片。
请参阅图5所示，该光极性转换模块10亦可运用于三片式液晶投影系统。利用发光单元20发射光信号，且经该光极性转换模块10转换成单一极性光信号，经均光单元30进行均光，再经反射镜14反射至分色单元70，以分成红、绿及蓝光信号并射入分合光单元80，以使这些光信号分别输入三液晶反射板60且反射出具有影像的红、绿及蓝光信号，再利用分合光单元80将这些具有影像的光信号汇聚于一方向输出，最后利用镜头90输出。
请参阅图6所示，为三片式液晶投影系统。该投影系统利用光极性转换模块10将发光单元20的光信号转换为单一极性光信号输出，再输入于均光单元30，并经二次反射后输入于该分合光单元80，以分成红绿蓝光信号且分别输入三液晶反射板60，以形成具有影像的色光信号，再反射回该分合光单元80以汇聚这些具有影像的色光信号输出于一方向，且藉由镜头90输出。
请参阅图7所示，为三片式液晶投影系统。该系统利用光极性转换模块10将发光单元20的光信号转换为单一极性光信号输出，再输入于均光单元30，并经一次反射后输入于该分合光单元80，以分成红绿蓝光信号且分别输入三液晶反射板60，以形成具有影像的光信号，再反射回该分合光单元80以汇聚输出于一方向，且藉由镜头90输出。
请参阅图8所示，为三片式液晶投影系统。该系统利用光极性转换模块10将发光单元20的光信号转换为单一极性光信号输出至该均光单元30，藉以均光该光信号，再经反射后输入于该分色单元70以分成红绿蓝光信号，再分别输入三液晶透射板65以形成具有影像的色光信号，并分别输入合光元件85，以汇聚所有具有影像的色光信号输出于该镜头90。
综上所述，藉由本发明的光极性转换模块及其转换方法，增大模块的光学元件尺寸，同时减少元件数，因此使单位面积接收的光接收强度下降，从而减小热膨胀问题，同时降低光散射问题，使得光相位转换效率提高，因此使影像对比度提高，并使入射光信号平行化，因而减少因入射光信号散射而导致的转换后光信号纯度不佳的问题，且藉由增大光极性转换模块的光入射面积，减少了热膨胀问题，同时减少零件制造过程，且组装简单，所以成本降低。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，并不因此局限本发明的专利范围，凡运用本发明说明书及图例内容所为之等效结构变化，皆包含于本发明范围内。
权利要求
1.一种光极性转换模块，用于投影系统中将入射光信号转变成单一极性光信号输出，该模块包括凸透镜，其接收该入射光信号，使其穿透该凸透镜以平行化输出该光信号；偏振分光元件，其接收该凸透镜的平行光信号，且使其部分穿透该偏振分光元件，及另一部分反射；光相位转换元件，其接受该偏振分光元件的穿透光信号，使其穿透并转换成另一相位的光信号输出；反射镜，其接受该偏振分光元件的反射光信号，使其反射输出。
2.如权利要求1所述的光极性转换模块，其特征在于，该模块还包括聚焦透镜，接收这些输出的单一极性光信号，并穿透该聚焦透镜以汇聚于一区域。
3.如权利要求1所述的光极性转换模块，其特征在于，该光相位转换元件为1/2波片。
4.如权利要求1所述的光极性转换模块，其特征在于，该偏振分光元件为偏振分光棱镜。
5.如权利要求1所述的光极性转换模块，其特征在于，该偏振分光元件为偏振分光板。
6.一种转换光信号为单一极性的方法，用于投影系统中将入射光信号转变成单一极性光信号输出，其步骤包括平行化该入射光信号；极性化该入射光信号，使该平行化入射光信号的一部分直射，且实现相位转变后输出，并且该平行化入射光信号的另一部分反射；及反射该反射部分的光信号且输出，藉此使输出的光信号为单一极性光信号。
7.如权利要求6所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，该方法还包括汇聚所有这些输出光信号于一区域的步骤。
8.如权利要求7所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，该汇聚所有这些输出光信号的步骤中利用聚焦透镜。
9.如权利要求6所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，平行化该入射光信号的步骤中，提供凸透镜使该入射光信号平行化。
10.如权利要求6所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，极性化步骤中利用偏振分光元件。
11.如权利要求6所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，实现相位转变的步骤中，提供光相位转换元件以实现光相位转变。
12.如权利要求6所述的转换光信号为单一极性的方法，其特征在于，反射步骤中利用反射镜。
全文摘要
一种光极性转换模块及其转换方法，包括凸透镜、偏振分光元件、光相位转换元件、反射镜及聚光透镜，以利用凸透镜平行化入射光信号，再使一部分光信号透射过偏振分光元件，一部分藉偏振分光元件反射，且使透射光信号透过光相位转换元件以转换光相位后输出于聚光透镜，同时利用反射镜反射反射光信号于聚光透镜方向，再使聚光透镜汇聚光信号于一区域。如此，以平行光之状态转换光信号为单一极性，以使光信号更加纯化，且以大尺寸的光学元件减少热效应。
文档编号G03B21/28GK1570705SQ0314746
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月14日 优先权日2003年7月14日
发明者廖留良 申请人:示创科技股份有限公司