第㈤章投影机光学元件-光电科技工业协进会.PDF

第 五章 投 影機光學 元件 5-1 第㈤章 投影機光㈻元件 如前述章節所分析，2004 年全球約 80 億美元的精密光學元件市 場裡，各式投影機所需的光學元件之市場量 雖然不大，但單價昂貴， 使得投影機的鏡片與鏡頭佔有 7% 的比例。投影機的光學元件之所以 單價 昂貴乃是 因為功能 特殊，且 規格繁複 ，且投影 技術多樣 。即使 如此 ，投影機 的光學元 件努力降 低價格， 以開拓市 場。在應 用市場 方面 ，投影機 除了鞏固 辦公室簡 報的應用 之外，也 積極地朝 向家庭 電影 院的應用 市場發展 ，因此價 格也急遽 下降，以 期能觸發 市場成 長， 但同時也 使得高貴 的投影機 光學元件 有降價的 壓力。分 析投影 機的 光學元件 必先瞭解 投影機的 原理與機 構，進而 能掌握其 規格與 市場趨勢，以及洞悉產業動向。 基本上， 投影顯像 是利用光 學系統將 燈源發出 的光，聚 集到一 個或數個光調變元件(Light Modulator) 上，使光帶有影像的訊號，再 經由 鏡頭投影 成像到螢 幕上。光 源經過調 變元件的 方式大致 可分穿 透式 與反射式 兩類，不 論是分穿 透式或是 反射式投 影，都需 要用到 一些 特殊的光 學元件， 以最好的 效率收集 光源所發 出的光照 到顯像 元件 上，然後 在螢幕上 成像。本 章即將先 介紹各類 投影技術 ，再介 紹 各 式 技 術 所 需 的 光 學 元 件 ， 然 後 再 分 別 分 析 這 些 光 學 元 件 的 市 場，以及產業發展的情況。 5-1 投影機之技術分類 如前文所 述，投影 顯像的技 術大致可 分穿透式 與反射式 兩類， 前者是以高溫多晶矽 (High-Temp Poly Silicon ，HTPS) 微型液晶面板 或是非晶矽 ( α-Si) 液晶面板為光調變元件，後者則是以 DMD(Digital Micro-mirror Device) 、LCoS 、GLV(Grating Light Valve) 等為調變元 件。目前市場上的主流技術為三片式 HTPS LCD 穿透式投影，和 DMD 單片式反射式 DLP 投影，LCoS 是被期待成為另一個主流的技術，而 GLV 則還在開發的階段。 PIDA Photonics Industry Technology Development Association 第 五章 投 影機光學 元件 5-2 5-1-1 穿透式投影技術 穿透式投影技術以 HTPS 及 α-Si 液晶投影為代表，都是利用液 晶的 雙折射的 特性，改 變照射光 的偏振方 向來達到 光調變的 作用， 因此必須使用偏光元件將燈源轉換成偏振光，經 LCD 調變後再用偏 光板將偏振訊號轉換成影像。 而 α-Si 液晶投影是利用面板上的彩色濾光片 (Color Filter) 來產 生色 彩，光學 效率非常 差，幾乎 已經是不 存在的技 術了。因 此，為 了達 到高亮度 及高解析 度的要求 ，目前市 面上的液 晶投影機 ，都是 使用三片 HTPS 液晶板分別產生紅、綠、藍三原色影像，再利用合光 系統 合成彩色 影像。不 過三片式 的設計， 光學系統 複雜，比 較不容 易做到輕薄短小外。 HTPS LCD 穿透式投影系統 下圖為穿透式液晶投影機的光學系統架構，燈源的光被濾除 UV 跟 IR 部分後，成對的 Integrator Lens Array 以切割再重疊的方式將 光束強度均勻化，並將亮度分布轉換成跟 LCD Panel 一樣的方形成 像於面板上，分色鏡 DM1 及 DM2 則將燈源的白光分成紅、綠、藍 三個光路分別照到三個面板上，Relay Optics 則是用來補償第三個光 路較長的光程。紅、綠、藍三原色的光被 LCD Panel 調變後，經由 X-prism 合光再透