光学引擎的制作方法

专利名称：光学引擎的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学引擎(optical engine),且特别是涉及一种使 用同调光源(coherent light source )的光学引擎。
背景技术：
请参照图1， 一种现有光学引擎100包括超高压汞灯(ultra high pressure mercury lamp, UHP mercury lamp) 110、 光均匀化模块(light uniforming module ) 120、 分合光系统(beam splitting and combining system) 130、 三个 单晶^圭液晶面^反(liquid crystal on silicon panel, LCOS panel) 140a、 140b、 140c 以及冲更影镜头(projection lens) 150。光均匀化;f莫块120包括两个透镜阵列(lens array) 122a、 122b、偏才展專l^灸系统(polarization conversion system ) 124 以及透镜126。分合光系统130包括分色单元(dichroic unit) 132、分色镜(dichroic mirror) 134、 三个偏振分光棱镜(polarizing beam splitting prism, PBS prism) 136a、 136b、 136c以及X棱镜(X cube ) 138,其中分色单元132 由二两个互相交叉配置的分色镜132a与132b所构成。超高压汞灯110适于 发出白色光束112。白色光束112在通过光均匀化模块120的偏振转换系统 124后，会具有单一的偏振方向。白色光束112可视为由具有各种波长的部分光束所构成。白色光束112 中的红色部分光束112a会依次被分色镜132a反射、被偏振分光棱镜136a 反射、被单晶珪液晶面板140a反射、穿透偏振分光棱镜136a、被X棱镜138 反射以及传递至投影镜头150。白色光束112中的绿色部分光束112b会依次 被分色镜132b反射、被分色镜134反射、被偏振分光棱镜136b反射、被单 晶硅液晶面板140b反射、穿透偏振分光棱镜136b、穿透X棱镜138以及传 递至投影镜头150。白色光束122中的蓝色部分光束112c会依次被分色镜 132b反射、穿透分色镜134、被偏振分光棱镜136c反射、被单晶硅液晶面 板140c反射、穿透偏振分光棱镜136c、被X棱镜138反射以及传递至投影 镜头150。在现有光学引擎100中，由于白色光束112在经过偏振转换系统124后， 光强度会降低了约15~20%,导致光学引擎100所能提供的影像图像的亮度 变低。此外，由于超高压汞灯110的出光角度约为25° ~30° ,因此需采用 较多的镜片(如透镜阵列112a、 112b、透镜126及其他未绘示的透镜)来使 白色光束112收敛，这会使得白色光束112所行经的光程较长，导致光学引 擎100的体积增加。实用新型内容本实用新型提供一种光学引擎，其结构较为简化、具有较小的体积， 且能提供亮度较高的影像图像。本实用新型的实施例提出 一种光学引擎，其包括第 一光阀(light valve )、 第二光阀、第三光阀、第一同调光源、第二同调光源、第三同调光源以及分 合光系统。第一同调光源适于提供具有第一偏振方向的第一色光束。第二同 调光源适于提供具有第二偏振方向的第二色光束。第三同调光源适于提供第 三色光束。分合光系统包括第 一偏振分光单元(polarizing beam splitting unit， PBS unit)、分色单元以及第二偏振分光单元。由第一偏4展分光单元的光源 侧入射并具有第 一偏振方向的第 一 色光束会依次被第 一偏振分光单元反射、 被第一光阀反射以及穿透第一偏振分光单元。由第一偏振分光单元的光源侧 入射并具有第二偏振方向的第二色光束会依次穿透第一偏振分光单元、被第 二光阀反射以及被第 一偏振分光单元反射而与第 一 色光束合并。分色单元配 置于来自第 一偏振分光单元且经合并后的第 一 色光束与第二色光束的光路 径上。第二偏振分光单元适于使具有第三色光束传递至第三光阀，且适于使 由第三光阀反射的第三色光束传递至分色单元。分色单元适于将第一、第二 及第三色光束合并为影像光束(imagebeam)。在本实用新型的实施例中揭示来自第 一 同调光源的第 一 色光束与第二 同调光源的第二色光束在传递至偏振分光单元后，会从偏振分光单元的第一 表面出射，而来自第三同调光源的第三色光束在传递至偏振分光单元后，会 从偏振分光单元的第二表面出射，其中由第二表面出射的第三色光束会被第 三光阀反射回第二表面。分色单元配置于来自第一表面的第一色光束与第二 色光束的光路径上。来自第一表面的第一色光束会依次穿透分色单元、被第 一光阀反射、穿透分色单元以及返回第一表面，而来自第一表面的第二色光束会依次被分色单元反射、被第二光阀反射、帔分色单元反射以及返回第一 表面。由第一、第二及第三光阀返回偏振分光单元的第一、第二及第三色光束会被偏振分光单元合并为影像光束。在本实用新型的实施例中揭示来自第 一 同调光源的第 一 色光束与第二同调光源的第二色光束在传递至第一分色单元后，会从第一分色单元的第一 表面出射，而来自第三同调光源的第三色光束在传递至第一分色单元后，会 从第一分色单元的第二表面出射。来自第一分色单元的第一色光束会依次被 第一偏振分光单元反射、被第一光阀反射以及穿透第一偏振分光单元。来自 第一分色单元的第二色光束会依次穿透第一偏振分光单元、被第二光阀反射 以及被第一偏振分光单元反射而与第一色光束合并。第二分色单元配置于来 自第 一偏振分光单元且经合并后的第 一 色光束与第二色光束的光路径上。第 二偏振分光单元适于使来自第一分色单元的第三色光束传递至第三光阀，并 适于使由第三光阀反射的第三色光束传递至第二分色单元。第二分色单元适于将第一、第二及第三色光束合并为影像光束。揭示于本实用新型的实施例中的分合光系统采用两个偏振分光单元与分色单元来达到分合光效果，其结构比现有技术简单。此外，在光学引擎中， 由于同调光源所发出的光束为偏振光，所以光学引擎不需采用偏振转换系 统，故光束不会因经过偏振转换系统而造成光强度的损失。如此一来，光学 引擎便能够提供亮度较高的影像图像。为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特 举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。


图1为一种现有光学引擎的结构示意图。图2为本实用新型实施例的分合光系统的结构示意图。图3为本实用新型另一实施例的分合光系统的结构示意图。图4为本实用新型又一实施例的分合光系统的结构示意图。图5为本实用新型实施例的光学引擎的结构示意图。 图6为本实用新型另一实施例的光学引擎的结构示意图。 图7为本实用新型又一实施例的光学引擎的结构示意图。 图8为本实用新型再一实施例的光学引擎的结构示意图。图9为本实用新型另一实施例的光学引擎的结构示意图。 简单符号说明50:第一光阀52、 62、 72.. 1/4波片60:第二光阀70:第三光阀100、 300、 400、 400a、 400b、 500:光学引擎110:超高压汞灯112:白色光束112a:红色部分光束112b:乡录色部分光束112c:蓝色部分光束120:光均匀化模块122a、 122b:透镜阵列124:偏振转换系统126:透镜130、 200、 200a、 200b、 410、 410a、 410b、 510:分合光系统 132、 222、 222，、 432:分色单元 132a、 132b、 134:分色镜136a、 136b、 136c、 210、 230、 420、 530、 540:偏振分光棱4竟 138: X棱镜140a、 140b、 140c:单晶珪液晶面板 150、 360:投影镜头 212、 212，、 532:第一偏振分光单元 212a:光源侧214a、 214b、 224a、 224b、 234a、 234b、 424a、 424b、 434a、 434b、 464、 524a、 524b、 534a、 534b、 544a、 544b、 554a、 554b:棱镜 220、 430、 520、 550:分色棱镜 232、 232，、 542:第二偏振分光单元 310:第一同调光源 320:第二同调光源330:第三同调光源340，、 3德、340b:光学模块350:合光元件370a、 370b、 370c:波片422、 422，偏振分光单元422a、 522a:第一表面422b、 522b:第二表面440、 450:棱镜体460 462 522 552反射棱镜 反射单元 第一分色单元 第二分色单元Bl、 Bl'、 Bl" B2、 B2，、 B2，， B3、 B3，、 B3，， Dl、 Dl，、 Dl， D2、 D2，、 D2，第一色光束第二色光束第三色光束第一偏振方向第二偏振方向I、 r、 I":影像光束具体实施方式
下列各实施例的说明是参考附图，用以例示本实用新型可用以实施的特 定实施例。本实用新型所提到的方向用语，例如"上"、"下"、"前"、 "后，，、"左"、"右，，等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语 是用来说明，而非用来限制本实用新型。图2为本实用新型实施例的分合光系统的结构示意图。请参照图2，本 实施例的分合光系统200包括第一偏振分光单元212、分色单元222以及第 二偏振分光单元232。由第一偏振分光单元212的光源侧212a入射并具有第 一偏振方向Dl的第一色光束Bl会依次被第一偏振分光单元212反射、被 第一光阀50反射以及穿透第一偏振分光单元212。由第一偏振分光单元212 的光源侧212a入射并具有第二偏振方向D2的第二色光束B2会依次穿透第 一偏振分光单元212、被一第二光阀60反射以及被第一偏振分光单元212反射而与第一色光束B1合并。在本实施例中，第一偏振方向Dl可实质上垂直于第二偏振方向D2。 具体而言，第一偏振方向Dl与第二偏振方向D2例如分别为S偏振方向与P 偏振方向，而第一光阀50与第二光阀60例如为单晶硅液晶面板或其他适当 的反射式光阀。具S偏振方向的第一色光束Bl可^fe第一偏振分光单元212 反射至第一光阀50。之后，第一色光束B1会搭载第一光阀50所提供的影 像，并被第一光阀50反射成具有P偏振方向的第一色光束B1。接着，具P 偏振方向的第一色光束Bl会穿透第一偏振分光单元212。另一方面，具P 偏振方向的第二色光束B2可穿透第一偏振分光单元212而传递至第二光阀 60。之后，第二色光束B2会搭载第二光阀60所提供的影像，并被第二光阀 60反射成具有S偏振方向的第二色光束B2。接着，具S偏振方向的第二色 光束B2会被第一偏振分光单元212反射而与第一色光束B1合并。在其他 实施例中，第一偏振方向Dl与第二偏纟展方向D2也可以分别为P偏振方向 与S偏振方向，或者分别为其他适当的偏振方向。分色单元222配置于来自第一偏振分光单元212且经合并后的第一色光 束B1与第二色光束B2的光路径上。第二偏振分光单元232适于使第三色 光束B3传递至第三光阀70,且适于使由第三光阀70反射的第三色光束B3 传递至分色单元222。分色单元222适于将第一、第二及第三色光束B1、 B2、 B3合并为影像光束I。在本实施例中，第三光束B3的偏振方向相同于第一偏振方向Dl。具体 而言，第三光束B3的偏振方向例如为S偏振方向。具有S偏振方向的第三 色光束B3会^皮第二偏振分光单元232反射至第三光阀70。之后，第三色光 束B3会搭载第三光阀70所提供的影像，并被第三光阀70反射成具有P偏 振方向的第三色光束B3，其中第三光阀70例如为单晶硅液晶面板或其他适 当的反射式光阀。接着，具有P偏振方向的第三色光束B3会穿透第二偏振 分光单元232，并传递至分色单元222。第一色光束B1与第三色光束B3可 分别由分色单元222的相对两侧入射。此外，在本实施例中，分色单元222 适于让第一色光束B1与第二色光束B2穿透，且适于将第三色光束B3反射。 因此，分色单元222可以将第一、第二及第三色光束B1、 B2、 B3合并为影 像光束I。然而，在其他实施例中，分色单元也可以将第一色光束B1与第二 色光束B2反射，而让第三色光束B3穿透，如此也可以达到将第一、第二及第三色光束B1、 B2、 B3合并的功效。此外，在其他实施例中，第三光束B3的偏振方向也可以相同于第二偏 振方向D2或者可为其他适当的方向。举例来说，在另一实施例中，第三光 束B3的偏振方向例如为P偏振方向，而具有P偏振方向的第三色光束可依 次穿透第二偏振分光单元232以及^L第三光阀70反射成具有S偏振方向的 第三色光束。接着，具有S偏振方向的第三色光束会被第二偏振分光单元 232反射至分色单元222。在本实施例中，分合光系统200可还包括两个棱镜214a与214b,分别 承靠于第一偏振分光单元212的相对两侧。这些棱镜其中之一(即棱镜214a) 位于第一偏振分光单元212与第一光阀50之间的光路径上，而另一棱镜(即 棱镜214b)位于第一偏振分光单元212与第二光阀60之间的光路径上。第 一偏振分光单元212例如为偏振分光膜，而棱镜214a、棱镜214b与第一偏 振分光单元212可构成偏振分光棱镜210。此外，分合光系统200还可包括两个棱镜224a与224b,分别承靠于分 色单元222的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜224a)位于第一偏振分 光单元212与分色单元222之间的光路径上，而另 一棱镜(即棱镜224b )位 于分色单元222与第二偏振分光单元232之间的光路径上。分色单元222例 如为分色膜，而棱镜224a、棱镜224b与分色单元222可构成分色棱镜220。另外，分合光系统20 0还可包括两个棱镜234a与234b,分别承靠于第 二偏振分光单元232的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜234a)位于分 色单元222与第二偏振分光单元232之间的光路径上。第二偏振分光单元232 例如为偏振分光膜，而棱镜234a、棱镜234b与第二偏振分光单元232可构 成偏振分光棱镜230。在本实施例中，第三光阀70可配置于靠近棱镜234b 的一侧的位置，然而在其他实施例中，第三光阀70也可以配置于靠近棱镜 234a的一侧的位置。在本实施例中，第一至第三色光束B1 B3其中之一例如为红色光束， 另一色光束例如为绿色光束，而其余色光束例如为蓝色光束。如此一来，第 一至第三色光束Bl B3便可以合并成具各种颜色的影像光束I。此外，为 了提高影像光束I的对比，可以使第一至第三色光束B1 -B3在入射第一至 第三光阀50-70前，先分别通过1/4波片52、 62、 72，并在4皮第一至第三 光阀50 70反射后再次通过1/4波片52、 62、 72。承上述，本实施例的分合光系统200釆用两个偏振分光单元(即第一、第二偏振分光单元212、 232)与分色单元222来达到分合光效果，因此与现 有技术比较，分合光系统200的结构较为简化。如此一来，分合光系统200 的体积便可以较小，且成本可以较低。此外，本实施例的分合光系统200可 应用于具有同调光源的光学引擎中。值得注意的是，本实用新型并不限定第一、第二偏振分光单元212、 232 以及分色单元222是呈膜状地设置于二棱镜的交界处。在其他实施例中，第 一偏振分光单元212、第二偏振分光单元232以及分色单元222至少其中之 一可呈板状，且可以不需通过棱镜来固定其形状及位置。以下将举两个实施 例为代表来详细说明。图3为本实用新型另一实施例的分合光系统的结构示意图。请参照图3, 本实施例的分合光系统200a与上述分合光系统200 (请参照图2)类似，两 者的差异处在于在分合光系统200a中，分色单元222，可呈板状，且分色 单元222，的两侧可以不需配置棱镜来固定。举例来说，分色单元222，例如为 分色镜(dichroic mirror)。图4为本实用新型又一实施例的分合光系统的结构示意图。请参照图4, 本实施例的分合光系统200b与上述分合光系统200 (请参照图2)类似，两 者的差异处在于在分合光系统200b中，第一偏振分光单元212，与第二偏 振分光单元232，可呈板状，且这些偏振分光单元的两侧可以不需配置棱镜来 固定。举例来说，第一偏振分光单元212，与第二偏振分光单元232，例如为栅 状偏振分光板(wire grid type polarizing beam splitter)。图5为本实用新型实施例的光学引擎的结构示意图。请参照图5，本实 施例的光学引擎300包括上述第一光阀50、上述第二光阀60、上述第三光 阀70、第一同调光源310、第二同调光源320、第三同调光源330以及上述 分合光系统200。第一同调光源310适于提供上述具有第一偏振方向Dl的 第 一 色光束B1 。第二同调光源320适于提供上述具有第二偏振方向D2的第 二色光束B2。第三同调光源330适于提供上述的第三色光束B3。在本实施例中，第一、第二及第三同调光源310、 320、 330例如为雷射 (laser)光源。此外，由第一、第二及第三同调光源310、 320、 330发出的 第一、第二及第三色光束B1、 B2、 B3在进入分合光系统200之前，可以4吏 其先通过光学模块(optical module)，以改变第一至第三色光束B1 ~ B3的形状以及使第一至第三色光束B1 B3均匀化，或者使第一至第三色光束 Bl ~B3达到其他光学效果。具体而言，可以使第一色光束B1与第二色光束 B2通过光学模块340a,而使第三色光束B3通过光学模块340b。光学模块 340a与340b可包括透镜、透镜阵列、绕射光学元件(diffraction optical element, DOE)、光积分柱(integration rod )、其他适当光学元件或以上这些元件的 任意组合。此外，来自第一同调光源310与第二同调光源320的第一色光束B1与 第二色光束B2可先经由合光元件(beam combining element) 350合光，以 使此两光束同时由光源侧212a入射第一偏振分光单元212。在本实施例中， 合光元件350例如为分色镜。然而，在其他实施例中，合光元件350也可以 是分色棱镜、X棱镜或其他适当的合光元件。另外，本实施例可以在由分色 单元222出射的影像光束I的光路径上配置投影镜头360，以使影像光束I 投影至屏幕(未绘示)上而形成影像图像。在本实施例中，由第一至第三同调光源310- 330发出的第一至第三色 光束Bl ~B3在进入分合光系统200之前，可以使其分别通过波片370a、370b 与370c。通过旋转波片370a、 370b、 370c,可调整第一至第三色光束Bl ~ B3的偏振方向，其中波片370a、 370b、 370c例如为半波片。然而在其他实 施例中，也可以通过直接旋转第一至第三同调光源310- 330来调整第一至 第三色光束Bl ~B3的偏振方向，而不需使第一至第三色光束Bl ~B3通过 波片370a、 370b与370c。承上述，在本实施例的光学引擎300中，由于同调光源(如第一、第二 及第三同调光源310、 320、 330 )所发出的光束(如第一、第二及第三色光 束B1、 B2、 B3)为偏振光，所以在光学引擎300中不需采用偏振转换系统 来将光束偏极化，故光束不会因经过偏振转换系统而造成光强度的损失。如 此一来，本实施例的光学引擎300便能够提供亮度较高的影像图像。此外，由于同调光源的准直性好，其所发出的光束的发散角很小，因此 本实施例不需使用很多镜片来使光束收敛。如此便能够缩短光束在光学引擎 300中行进的光程，进而使光学引擎300的体积缩小。当光学引擎300应用 于背投影电视(rear projection television, RPTV )中时，背投影电视的厚度便 能够薄化。再者，由于光学引擎300采用准直性好的同调光源，因此在本实 施例中对光束发散角的设计具有较大的弹性。另外，由于分合光系统200的结构较现有分合光系统简单，且在本实施例的光学引擎300中不需采用偏振转换单元，也不需采用4艮多镜片来使光束 收敛至分合光系统200，因此本实施例的光学引擎300的成本较低。值得注意的是，本实用新型并不限定光学引擎所采用的分合光系统为上 述分合光系统200。在其他实施例中，光学引擎也可以采用上述其他实施例 的分合光系统，例如分合光系统200a、 200b等。图6为本实用新型另一实施例的光学引擎的结构示意图。本实施例的光 学引擎400与上述光学引擎300 (请参照图5)有部分类似，两者的差异处 在于在本实施例的光学引擎邻O中，第一同调光源310适于提供具有第一 偏振方向D1，的第一色光束B1'。第二同调光源320适于提供具有第一偏振 方向Dl，的第二色光束B2'。第三同调光源330适于提供具有第二偏振方向 D2，的第三色光束B3'。此外，本实施例是以分合光系统410来取代上述分 合光系统200 (请参照图5)。分合光系统410包括偏振分光单元422以及分色单元432。来自第一同 调光源310的第一色光束B1，与第二同调光源320的第二色光束B2，在传递 至偏振分光单元422后，会从偏振分光单元422的第一表面422a出射，而 来自第三同调光源330的第三色光束B3，在传递至偏振分光单元422后，会 从偏振分光单元422的第二表面422b出射。在本实施例中，第一偏振方向 Dl，可实质上垂直于第二偏振方向D2，。具体而言，第一偏振方向D1，例如为 S偏振方向，而第二偏振方向D2，例如为P偏振方向。在本实施例中，具有 S偏振方向的第 一 色光束B1，与第二色光束B2，可由第 一表面422a入射偏振 分光单元422,并被偏振分光单元422反射后，由偏振分光单元422的第一 表面422a出射。此外，具有P偏振方向的第三色光束B3，可由第一表面422a 入射偏振分光单元422，并穿透偏振分光单元422而由偏纟展分光单元422的 第二表面422b出射。然而，在其他实施例中，第一偏寺展方向Dl，与第二偏 振方向D2，也可以分别是P偏振方向与S偏振方向，而第一色光束B1，与第 二色光束B2，也可以是穿透偏振分光单元422，且第三色光束B3，也可以是被 偏振分光单元422反射。在本实施例中，由第二表面422b出射的第三色光 束B3，会被第三光阀70反射回第二表面422b。分色单元432配置于来自第一表面422a的第一色光束Bl，与第二色光 束B2，的光路径上。来自第 一表面422a的第 一 色光束B1 ，会依次穿透分色单元432、被第一光阀50反射、穿透分色单元432以及返回第一表面422a, 而来自第 一表面422a的第二色光束B2，会依次被分色单元432反射、被第二 光阀60反射、被分色单元432反射以及返回第一表面422a。由第一至第三 光阀50~70返回偏振分光单元422的第一、第二及第三色光束B1，、 B2'、 B3，会被偏振分光单元422合并为影像光束I，。具体而言，具有S偏振方向的第一色光束Bl，被第一光阀50反射后， 会搭载第一光阀50所提供的影像并转变为具有P偏振方向的第一色光束 Bl，。其后，具有P偏振方向的第一色光束B1，会返回第一表面422a，并穿 透偏振分光单元422而由第二表面422b出射。另一方面，具有S偏振方向 的第二色光束B2，被第二光阀60反射后，会搭载第二光阀60所提供的影像 并转变为具有P偏振方向的第二色光束B2'。其后，具有P偏振方向的第二 色光束B2，会返回第一表面422a,并穿透偏振分光单元422而由第二表面 422b出射。此外，具有P偏振方向的第三色光束B3，被第三光阀70反射后， 会搭载第三光阀70所提供的影像并转变为具有S偏振方向的第三色光束 B3'。其后，第三色光束B3，会由第二表面422b入射，并被偏振分光单元422 反射而由第二表面422b出射。同时由第二表面422b出射的第一、第二与第 三色光束B1，、 B2，与B3，会合并为影像光束I，。在本实施例中，分合光系统410还可包括两个棱镜424a与424b,分别 承靠于偏振分光单元422的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜424a)位 于偏振分光单元422与第三光阀70之间的光路径上，而另一棱镜(即棱镜 424b )位于偏振分光单元422与分色单元432之间的光路径上。偏振分光单 元422例如为偏振分光膜，而偏振分光单元422、棱镜424a与棱镜424b可 构成偏一展分光4菱4竟420。另一方面，分合光系统410还可包括两个棱4竟434a与434b，分别承靠 于分色单元432的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜434a)位于分色单 元432与第一光阀50之间的光路径上，而另一棱镜(即棱4竟434b)位于分 色单元432与第二光阀60之间的光路径上。分色单元432例如为分色膜， 而分色单元423、棱镜434a与棱镜434b可构成分色棱镜430。为了使第三光阀70至投影镜头360的光程与第一、第二光阀50、 60至 投影镜头360的光程相近，可在第三光阀70与偏振分光单元422之间的光 路径上选择性地配置棱镜体440,其中棱镜体440的外形可与偏振分光棱镜420或分色棱镜430的外形相似。然而，在其他实施例的光学引擎中，也可 以不采用棱镜体440，而可以使第三光阀70与偏振分光单元422维持一定的 距离，来达到上述光程相近的功效。另夕卜，本实施例的光学引擎400还可包括光学模块340，，其配置于第一 至第三同调光源310 - 330与分合光系统410之间的光路径上，以改变第一 至第三色光束Bl， B3，的形状以及使第一至第三色光束Bl， B3，均匀化， 或者使第一至第三色光束B1， B3，达到其他光学效果。光学模块340，的组 成元件可如同上述光学才莫块340a、 340b (请参照图5)。本实施例的光学引擎400也具有上述光学引擎300 (请参照图5)的功 效，在此不再重述。此外，值得注意的是，在其他实施例中，偏振分光单元 与分色单元至少其中之一可呈板状，且可以不需通过棱镜来固定其形状及位 置。当偏振分光单元呈板状时，偏振分光单元可以是栅状偏振分光板。当分 色单元呈板状时，分色单元可以是分色镜。以下将举一实施例为代表来详细 说明。图7为本实用新型又一实施例的光学引擎的结构示意图。请参照图7, 本实施例的光学引擎400a与上述光学引擎400 (请参照图6)类似，两者的 差异处在于在光学引擎400a的分合光系统410a中，偏^l展分光单元422， 可呈板状，且偏4展分光单元422，的两侧可以不需配置棱4竟来固定。此外，分 合光系统410a还可包括棱镜体450,其连接于棱镜体440与分色棱镜430, 以提高分合光系统410a的对位精度。图8为本实用新型再一实施例的光学引擎的结构示意图。请参照图8， 本实施例的光学引擎400b与上述光学引擎400 (请参照图6)类似，两者的 差异处在于光学引擎400b的分合光系统410b不具有上述棱镜体440 (请 参照图6),取而代之的是，分合光系统410b包括反射单元462,其配置于 第三色光束B3，的光路径上，并位于偏振分光单元422与第三光阀70之间， 以将第三色光束B3，反射至第三光阀70。此外，分合光系统410b还可包括 棱镜464，其承靠于反射单元462的一侧，并位于第三色光束B3，的光路径 上。反射单元462例如为反射膜，而反射单元462与棱镜464可构成反射棱 镜460。然而，在其他实施例中，反射单元也可以呈板状，而可以不需通过 配置于其一侧的棱镜来固定，亦即反射单元也可以是反射4竟。图9为本实用新型另一实施例的光学引擎的结构示意图。请参照图9，本实施例的光学引擎500与上述光学引擎400 (请参照图6)有部分类似， 两者的差异处在于在本实施例的光学引擎500中，第一同调光源310适于 提供具有第一偏振方向D1"的第一色光束B1"。第二同调光源320适于提供 具有第二偏振方向D2，，的第二色光束B2"。第三同调光源330适于提供第三 色光束B3"。此外，本实施例是以分合光系统510来取代上述分合光系统410 (请参照图6)。分合光系统510包括第一分色单元522、第一偏振分光单元532、第二 偏振分光单元542以及第二分色单元552。来自第一同调光源310的第一色 光束B1"与第二同调光源320的第二色光束B2"在传递至第一分色单元522 后，会从第一分色单元522的第一表面522a出射，而来自第三同调光源330 的第三色光束B3，，在传递至第一分色单元522后，会从第一分色单元522的 第二表面522b出射。具体而言，在本实施例中，第一至第三色光束B1" B3，，都可从第一分色单元522的第二表面522b入射。第一分色单元522适于 让第一与第二色光束B1"、 B2，，穿透而从第一表面522a出射，且第一分色单 元522适于反射第三色光束B3，，而使第三色光束B3"从第二表面522b出射。 然而，在其他实施例中，第一分色单元也可以将第一与第二色光束B1"、 B2" 反射，而让第三色光束B3，，穿透。来自第一分色单元522的第一色光束Bl"会依次被第一偏振分光单元 532反射、被第一光阀50反射以及穿透第一偏振分光单元532。来自第一分 色单元522的第二色光束B2"会依次穿透第一偏振分光单元532、被第二光 阀60反射以及被第一偏振分光单元532反射而与第一色光束Bl，，合并。第 二分色单元552配置于来自第 一偏振分光单元532且经合并后的第一 色光束 Bl"与第二色光束B2，，的光路径上。在本实施例中，第一偏振方向Dl"可实质上垂直于第二偏振方向D2"。 具体而言，第一偏振方向Dl"例如为S偏振方向，而第二偏振方向D2"例如 为P偏振方向。具有S偏振方向的第一 色光束Bl"会被第 一偏振分光单元532 反射至第一光阀50。接着，第一色光束B1"会搭载第一光阀50所提供的影 像并被第一光阀50反射成具有P偏振方向的第一色光束B1"。之后，具有P 偏振方向的第一色光束Bl"会穿透第一偏振分光单元532而传递至第二分色 单元552。另一方面，具有P偏振方向的第二色光束B2"会穿透第一偏振分 光单元532而传递至第二光阀60。接着，第二色光束B2"会搭载第二光阀60所提供的影像并被第二光阀60反射成具有S偏振方向的第二色光束B2"。 之后，具有S偏振方向的第二色光束B2"会被第 一偏振分光单元532反射至 第二分色单元552。然而，在其他实施例中，第一偏振方向与第二偏振方向 也可以分别是P偏一展方向与S偏振方向。第二偏振分光单元542适于使来自第 一分色单元522的第三色光束B3" 传递至第三光阀70，并适于使由第三光阀70反射的第三色光束B3，，传递至 第二分色单元552。在本实施例中，第三光束B3的偏振方向可相同于第一 偏振方向Dl"。具体而言，第三光束B3的偏振方向例如为S偏振方向。来 自第一分色单元522且具有S偏振方向的第三色光束B3"可^皮第二偏振分光 单元522反射至第三光阀70。接着，第三色光束B3，，会4荅载第三光阀70的 影像，并被第三光阀70反射成具有P偏振方向的第三色光束B3"。之后， 具有P偏振方向的第三色光束B3，，会穿透第二偏振分光单元542而传递至第 二分色单元552。在其他实施例中，第三光束B3的偏振方向也可以是相同于第二偏振方 向或者是其他适当的偏振方向。举例而言，第三光束B3的偏振方向例如是 P偏振方向，而第三色光束可依次穿透第二偏振分光单元542、被第三光阀 70反射以及^皮第二偏振分光单元542反射至第二分色单元552。在本实施例中，第二分色单元552适于将第一、第二及第三色光束B1"、 B2"、 B3，，合并为影像光束r，。具体而言，在本实施例中，第二分色单元552 可让第一色光束B1"与第二色光束B2"穿透，并将第三色光束B3，，反射，以 使第一至第三色光束B1"-B3"合并为影像光束r。然而，在其他实施例中， 第二分色单元也可以是让第三色光束B3，，穿透，并将第一色光束B1，，与第二 色光束B2，，反射，如此同样可以达到使第一至第三色光束B1" B3"合并为影像光束r的效果。在本实施例中，分合光系统510可还包括两个棱镜524a与524b，分别 承靠于第一分色单元522的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜524a)位 于第二偏振分光单元542与第一分色单元522之间的光i^各径上，而另一棱镜 (即棱镜524b )位于第一偏振分光单元532与第一分色单元522之间的光路 径上。第一分色单元522例如为分色膜，而第一分色单元522、棱镜524a 与棱镜524b可构成分色棱镜520。此外，分合光系统510还可包括二两个棱镜534a与534b，分别承靠于第一偏振分光单元532的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜534a)位于 第 一分色单元522与第 一偏振分光单元532之间的光路径上，而另 一棱镜(即 棱镜534b )位于第二分色单元552与第 一偏振分光单元532之间的光路径上。 第一偏振分光单元532例如为偏振分光膜，而第一偏振分光单元532、棱镜 534a与棱镜534b可构成偏振分光棱镜530。再者，分合光系统510还可包括两个棱镜554a与554b，分别承靠于第 二分色单元552的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜554a)位于第一偏 振分光单元532与第二分色单元552之间的光路径上，而另一棱镜(即棱镜 554b)位于第二偏振分光单元542与第二分色单元552之间的光路径上。第 二分色单元552例如为分色膜，而第二分色单元552、棱镜554a与棱镜554b 可构成分色棱镜550。另外，分合光系统510还可包括两个棱镜544a与544b,分别承靠于第 二偏振分光单元542的相对两侧。这些棱镜其中之一 (即棱镜544a)位于第 一分色单元522与第二偏振分光单元542之间的光路径上，而另一棱镜(即 棱镜544b )位于第二分色单元552与第二偏振分光单元542之间的光路径上。 第二偏振分光单元542例如为偏振分光膜，而第二偏振分光单元542、棱镜 544a与棱镜544b可构成偏振分光棱镜540。本实施例的光学引擎500也具有上述光学引擎300 (请参照图5)的功 效，在此不再重述。此外，值得注意的是，在其他实施例中，第一分色单元、 第二分色单元、第一偏振分光单元以及第二偏振分光单元至少其中之一可呈 板状，且可以不需通过棱镜来固定其形状及位置。当第一、第二偏振分光单 元呈板状时，第一、第二偏振分光单元可以是栅状偏振分光板。当第一、第 二分色单元呈板状时，第一、第二分色单元可以是分色镜。综上所述，与现有技术比较，本实用新型的分合光系统的结构较为简化， 因此本实用新型的分合光系统的体积较小，且成本较低。此外，本实用新型 的分合光系统可应用于具有同调光源的光学引擎中。在本实用新型的光学引 擎中，由于同调光源所发出的光束为偏振光，所以本实用新型不需采用偏振 转换系统来将光束偏极化，故光束不会因经过偏振转换系统而造成光强度的 损失。如此一来，本实用新型的光学引擎便能够提供亮度较高的影像图像。另外，由于同调光源的准直性好，其所发出的光束的发散角很小，因此 本实用新型不需使用很多镜片来使光束收敛。如此便能够缩短光束在光学引擎中行进的光程，进而使本实用新型的光学引擎的体积缩小。再者，由于本 实用新型的光学引擎采用准直性好的同调光源，因此本实用新型对光束发散 角的设计具有较大的弹性。除此之外，由于本实用新型的分合光系统的结构比现有分合光系统简 单，且本实用新型的光学引擎不需采用偏振转换单元，也不需采用很多镜片 来使光束收敛至分合光系统，因此本实用新型的光学引擎的成本较低。虽然本实用新型已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本实用 新型，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和 范围内，当可作些许的更动与修改，因此本实用新型的保护范围以所附权利 要求所界定者为准。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实 用新型所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅 助专利文件搜寻之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。
权利要求1. 一种光学引擎，其特征在于包括第一光阀；第二光阀；第三光阀；第一同调光源，适于提供具有第一偏振方向的第一色光束；第二同调光源，适于提供具有第二偏振方向的第二色光束；第三同调光源，适于提供第三色光束；分合光系统，包括第一偏振分光单元，由该第一偏振分光单元的光源侧入射并具有该第一偏振方向的该第一色光束会依次被该第一偏振分光单元反射、被该第一光阀反射以及穿透该第一偏振分光单元，由该第一偏振分光单元的该光源侧入射并具有该第二偏振方向的该第二色光束会依次穿透该第一偏振分光单元、被该第二光阀反射以及被该第一偏振分光单元反射而与该第一色光束合并；分色单元，配置于来自该第一偏振分光单元且经合并后的该第一色光束与该第二色光束的光路径上；以及第二偏振分光单元，适于使该第三色光束传递至该第三光阀，且适于使由该第三光阀反射的该第三色光束传递至该分色单元，该分色单元适于将该第一、第二及第三色光束合并为影像光束。
2、 如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括两 个棱镜，分别承靠于该第一偏振分光单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位 于该第 一偏振分光单元与该第 一光阀之间的光路径上，而另 一棱镜位于该第 一偏振分光单元与该第二光阀之间的光路径上，且该第一偏振分光单元为偏 振分光膜。
3、 如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括二 棱镜，分别承靠于该分色单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于该第一偏 振分光单元与该分色单元之间的光^各径上，而另一棱镜位于该分色单元与该 第二偏振分光单元之间的光路径上，且该分色单元为分色膜。
4、 如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括两 个棱镜，分别承靠于该第二偏振分光单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于该分色单元与该第二偏振分光单元之间的光路径上，且该第二偏振分光单 元为偏振分光膜。
5、 如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该第一偏振分光单元、 该第二偏振分光单元以及该分色单元至少其中之一呈板状。
6、 如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该第一偏振方向实质上垂直于该第二偏振方向，该第三光束的偏振方向相同于该第 一偏振方向或该 第二偏振方向。
7、 一种光学引擎，其特征在于包括 第一光阀；第二光阀； 第三光阀；第一同调光源，适于提供具有第一偏振方向的第一色光束； 第二同调光源，适于提供具有该第 一偏振方向的第二色光束； 第三同调光源，适于提供具有第二偏振方向的第三色光束； 分合光系统，包括偏振分光单元，来自该第一同调光源的该第一色光束与该第二同调光源 的该第二色光束在传递至该偏振分光单元后，会从该偏振分光单元的第一表面出射，而来自该第三同调光源的该第三色光束在传递至该偏振分光单元 后，会从该偏振分光单元的第二表面出射，其中由该第二表面出射的该第三 色光束会被该第三光阀反射回该第二表面；以及分色单元，配置于来自该第一表面的该第一色光束与该第二色光束的光 路径上，其中来自该第一表面的该第一色光束会依次穿透该分色单元、被该 第一光阀反射、穿透该分色单元以及返回该第一表面，而来自该第一表面的 该第二色光束会依次被该分色单元反射、被该第二光阀反射、被该分色单元 反射以及返回该第 一表面，其中，由该第一、第二及第三光阀返回该偏振分光单元的该第一、第二 及第三色光束会被该偏振分光单元合并为影像光束。
8、 如权利要求7所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括反 射单元，配置于该第三色光束的光^各径上，并位于该偏振分光单元与该第三 光阀之间，以将该第三色光束反射至该第三光阀。
9、 如权利要求8所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括棱镜，承靠于该反射单元的一侧，并位于该第三色光束的光路径上，而该反射 单元为反射膜。
10、 如权利要求8所述的光学引擎，其特征在于该反射单元呈板状。
11、 如权利要求7所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括两 个棱镜，分别承靠于该偏振分光单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于该 偏振分光单元与该第三光阀之间的光路径上，而另一棱镜位于该偏振分光单 元与该分色单元之间的光路径上，且该偏振分光单元为偏振分光膜。
12、 如权利要求7所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括两个棱镜，分别承靠于该分色单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于该分色 单元与该第一光阀之间的光路径上，而另一棱镜位于该分色单元与该第二光 阀之间的光路径上，且该分色单元为分色膜。
13、 如权利要求7所述的光学引擎，其特征在于该偏振分光单元以及该 分色单元至少其中之一呈板状。
14、 一种光学引擎，其特征在于包括 第一光阀；第二光阀； 第三光阀；第一同调光源，适于提供具有第一偏振方向的第一色光束； 第二同调光源，适于提供具有第二偏振方向的第二色光束；第三同调光源，适于提供第三色光束； 分合光系统，包括第一分色单元，来自该第一同调光源的该第一色光束与该第二同调光源 的该第二色光束在传递至该第一分色单元后，会从该第一分色单元的第一表 面出射，而来自该第三同调光源的该第三色光束在传递至该第一分色单元 后，会从该第一分色单元的第二表面出射；第 一偏振分光单元，来自该第一分色单元的该第一 色光束会依次辟皮该第 一偏振分光单元反射、被该第一光阀反射以及穿透该第一偏振分光单元，而 来自该第 一分色单元的该第二色光束会依次穿透该第 一偏振分光单元、被该 第二光阀反射以及被该第 一偏振分光单元反射而与该第 一 色光束合并；第二分色单元，配置于来自该第一偏振分光单元且经合并后的该第一色 光束与该第二色光束的光路径上；以及第二偏振分光单元，适于使来自该第一分色单元的该第三色光束传递至 该第三光阀，并适于使由该第三光阀反射的该第三色光束传递至该第二分色 单元，其中该第二分色单元适于将该第一、第二及第三色光束合并为影像光束。
15、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括 两个棱镜，分别承靠于该第一分色单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于 该第二偏振分光单元与该第一分色单元之间的光路径上，而另 一棱镜位于该 第一偏振分光单元与该第 一分色单元之间的光路径上，且该第 一分色单元为 分色膜。
16、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括 两个棱镜，分别承靠于该第一偏振分光单元的相对两侧，该些棱镜其中之一 位于该第 一分色单元与该第一偏振分光单元之间的光路径上，而另 一棱镜位 于该第二分色单元与该第 一偏振分光单元之间的光路径上，且该第 一偏振分 光单元为偏振分光膜。
17、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括 两个棱镜，分别承靠于该第二分色单元的相对两侧，该些棱镜其中之一位于 该第 一偏振分光单元与该第二分色单元之间的光路径上，而另 一棱镜位于该 第二偏振分光单元与该第二分色单元之间的光路径上，且该第二分色单元为 分色膜。
18、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该分合光系统还包括 两个棱镜，分别承靠于该第二偏振分光单元的相对两侧，该些棱镜其中之一 位于该第一分色单元与该第二偏振分光单元之间的光路径上，而另 一棱镜位 于该第二分色单元与该第二偏振分光单元之间的光^4圣上，且该第二偏振分 光单元为偏振分光膜。
19、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该第一分色单元、该 第二分色单元、该第一偏振分光单元以及该第二偏振分光单元至少其中之一 呈板状。
20、 如权利要求14所述的光学引擎，其特征在于该第一偏振方向实质 上垂直于该第二偏振方向，该第三光束的偏振方向相同于该第一偏振方向或 该第二偏振方向。
专利摘要一种光学引擎，包括分合光系统，分合光系统包括第一偏振分光单元、分色单元及第二偏振分光单元。由第一偏振分光单元的光源侧入射的第一色光束会依次被第一偏振分光单元反射、被第一光阀反射及穿透第一偏振分光单元。由光源侧入射的第二色光束会依次穿透第一偏振分光单元、被第二光阀反射及被第一偏振分光单元反射而与第一色光束合并。分色单元配置于经合并的第一色光束与第二色光束的光路径上。第二偏振分光单元适于使第三色光束传递至第三光阀，且适于使由第三光阀反射的第三色光束传递至分色单元。分色单元适于将第一至第三色光束合并。
文档编号G02B27/10GK201096990SQ20072012931
公开日2008年8月6日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者庄福明, 廖政顺, 陈时伟, 陈昭舜, 陈美玲 申请人:扬明光学股份有限公司