TWI730451B

TWI730451B - 投影系統

Info

Publication number: TWI730451B
Application number: TW108137165A
Authority: TW
Inventors: 廖元禎; 黃振誠
Original assignee: 明基電通股份有限公司
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-06-11
Also published as: TW202117434A

Abstract

一種投影系統，包括至少一光源、至少一分色濾鏡元件以及一調光光欄元件。此光源用以發出一第一色光以及一第二色光，第一色光具有一第一波長範圍的光譜，第二色光具有一第二波長範圍的光譜。分色濾鏡元件用以使第一色光及第二色光穿透或反射。調光光欄元件設置於第一色光與第二色光分光後的路徑上，調光光欄元件具有一濾光片，其中第一色光通過濾光片，第二色光的至少一部分光能被濾光片阻擋，以使第一波長範圍的光譜的穿透率大於第二波長範圍的光譜的穿透率。

Description

投影系統

本發明是有關於一種投影系統，且特別是有關於一種具有調光光欄元件的投影系統。

因應現今市場對電子產品的輕、薄、短、小的趨勢，傳統的投影機亦開始朝微型化及高色彩表現發展。微型投影機便於隨身攜帶，不僅可製成攜帶式微型投影機，更應用於各式現有的電子產品上，例如內建於手機、多媒體播放器、筆記型電腦等，藉以擴充電子產品之功能多樣性。

在投影系統中，用以對發光元件的光線進行調整的光學元件例如光閥、透鏡等，光閥可為數位微鏡元件（Digital Micro-mirror Device, DMD）、液晶開關元件。為了獲得光學上的高亮度表現，目前微型投影機多採用紅光、綠光、藍光三原色之發光二極體作為光源，直接將三色光線投射至數位微鏡元件(DMD)以進行成像。

在對比檢測上，人眼對綠光的敏感度最高，使得綠色圖案看起來更加明亮，對比效果更明顯。然而，在檢測對比度時，雜散光的亮度過高會影響輸出影像的整體對比，使得投影系統輸出的影像品質無法提升，同時由於影像的色域變小，因而無法滿足DCI-P3色域標準規範的寬色域需求。

本發明係有關於一種投影系統，可在不影響影像色彩表現的情況下，降低影像的暗場亮度，以提高影像的對比。

根據本發明之一方面，提出一種投影系統，包括至少一光源、至少一分色濾鏡元件以及一調光光欄元件。此光源用以發出一第一色光以及一第二色光，第一色光具有一第一波長範圍的光譜，第二色光具有一第二波長範圍的光譜。分色濾鏡元件用以使第一色光及第二色光穿透或反射。調光光欄元件設置於第一色光與第二色光合光前或合光後的路徑上，調光光欄元件具有一濾光片，其中第一色光通過濾光片，第二色光的至少一部分光能被濾光片阻擋，以使第一波長範圍的光譜的穿透率大於第二波長範圍的光譜的穿透率。

根據本發明之一方面，提出一種投影系統，包括一第一光源、一第二光源、一合光稜鏡元件以及一調光光欄元件。第一光源用以發出一第一色光，第一色光具有一第一波長範圍的光譜。第二光源用以發出一第二色光，第二色光具有一第二波長範圍的光譜。合光稜鏡元件位於第一光源及第二光源的光路上，用以合成第一色光及第二色光。調光光欄元件設置於第二光源與合光稜鏡元件之間，調光光欄元件具有一濾光片，其中第二色光的至少一部分光能被濾光片阻擋，以使第二波長範圍的光譜的穿透率小於一設定值。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考所附圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

依照本發明之一實施例，提出一種投影系統，用以投射一影像光於一螢幕上。一般而言，對比度指投影機投影全白畫面時的亮度與投影全黑畫面時的亮度的比值，或投影黑/白相間畫面時白色與黑色區塊的亮度的比值。為了提高對比度，可於合光後或分光後的光路上設置調光光欄元件140（參見第2A及2B圖），使進入投影系統100的光量減少，使投影畫面暗場更暗，從而提高畫面的對比度及層次感。

請參照第1A及1B圖，其分別繪示各色光波長的穿透率示意圖，其中光源用以發出一第一色光以及一第二色光，第一色光具有一第一波長範圍的光譜Wr、Wb，第二色光具有一第二波長範圍的光譜Wg。在一實施例中，第一色光的光譜Wr、Wb可通過濾光材料f1，而第二色光的至少一部分光能被濾光材料f1阻擋，以使第一波長範圍的光譜Wr、Wb的穿透率大於第二波長範圍的光譜Wg的穿透率。

在一實施例中，第一波長範圍的光譜Wr、Wb例如是代表藍光及紅光光譜的波長範圍，第二波長範圍Wg例如是代表綠光或黃光光譜的波長範圍（495~570nm或570~590nm之間）。對應第一波長範圍的藍光及紅光光譜能通過調光光欄元件140的濾光片143，而對應第二波長範圍的黃光光譜或綠光光譜的能量可被濾光片143阻擋而消減。由於藍光及紅光光譜不會被濾光片143阻擋，因此不會降低藍光及紅光光譜的出光能量。當然，本發明之投影系統100不限定對綠光或黃光光譜的能量進行消減，亦可對其他波長範圍的光譜進行消減。

請參照第2A圖，在一實施例中，投影系統100包括多個光源110、一合光稜鏡元件101以及一調光光欄元件140。光源110例如是發光二極體、雷射二極體、金屬滷素燈泡、UHE燈泡或UHP燈泡等適用於照明或光學投影之元件，統稱為發光元件，用以發出不同波長範圍的色光。合光稜鏡元件101具有半反射/半穿透鍍膜片，用以反射或穿透不同波長範圍的色光。例如，對應第一波長範圍的藍光Lb及紅光Lr可經由合光稜鏡元件101反射而到達調光光欄元件140，而對應第二波長範圍的綠光Lg或黃光可穿透合光稜鏡元件101而到達調光光欄元件140。另外，調光光欄元件140位於藍光、紅光及綠光（即第一色光與第二色光）合光後的路徑上，用以調整綠光或黃光的出光光能（以Lg’表示）。在另一實施例中，調光光欄元件140亦可設置在發出綠光的光源110與合光稜鏡元件101之間，用以調整綠光的出光光能，以使綠光光譜Wg（對應第二波長範圍的光譜）的穿透率小於一設定值。

請參照第2B圖，在一實施例中，投影系統100包括一光源110、至少一分色濾鏡元件102以及一調光光欄元件140。光源110用以發出白光，分色濾鏡元件102用以將白光分為多個色光Lr、Lb、Lg。分色濾鏡元件102具有多色鍍膜片，用以反射或穿透不同波長範圍的色光。例如，對應第一波長範圍的藍光Lb及紅光Lr可分別穿透二個分色濾鏡元件102，而對應第二波長範圍的綠光Lg或黃光依序經由二個分色濾鏡元件102反射而到達調光光欄元件140。調光光欄元件140位於藍光、紅光及綠光（即第一色光與第二色光）分光後的路徑上，用以調整綠光或黃光的出光光能（以Lg’表示對Lg的調整）。

另外，上述光源110發出的色光可經由光學元件進行調整，例如色輪、光管、透鏡組、全內反射稜鏡（TIR PRISM）、具有屈光度的透鏡（例如場鏡）、光閥等，請參照第3A及3B圖，在此不再贅述。

光閥可為數位微鏡元件（DMD）、液晶開關元件或是其他可將發光元件發出的光線轉成影像光並且以電能驅動的元件或裝置，常見應用於數位式投影系統中。

調光光欄元件可設置於透鏡之後，用以限制經過此透鏡的光束的直徑大小。一般而言，光欄對入射光的邊緣能量具有消減作用，避免入射光的邊緣能量過高而影響對比。請參照第3A及3B圖，本發明之投影系統100可藉由在適當的光路中設置調光光欄元件141，以對影像光進行純化，進而提高影像光的色彩表現。

投影系統100例如包括一光源110、一濾光裝置112、一光管114、至少一聚光透鏡116、一反射鏡118、一數位微鏡元件120、一投影透鏡130以及一調光光欄元件141。調光光欄元件141設置於光源110與投影透鏡130之間。調光光欄元件141的位置例如位於第3A圖中的A點位置或第3B圖中的B點位置。在一實施例中，光管114設置於光源110與投影透鏡130之間，光管114用以將色光L限制於通往投影透鏡130的光路上。聚光透鏡116設置於光管114與數位微鏡元件120之間。反射鏡118設置於聚光透鏡116與數位微鏡元件120之間，用以反射色光L至數位微鏡元件120。

數位微鏡元件120位於所有色光L合光後的路徑上，包括多個微型反射鏡（圖未繪示），其角度可調整。微型反射鏡用以反射色光L至投影透鏡130而成為影像光，或者調整反射鏡面的角度使色光L反射至暗態光路上，因而不輸出影像光。調光光欄元件141位於光管114後方的光欄位置上，也就是在光管114與投影透鏡130之間的光欄位置上。例如，在第3A圖中，調光光欄元件141位於光管114與反射鏡118之間的光欄位置或二個聚光透鏡116之間的光欄位置。或者，在第3B圖中，調光光欄元件141位於數位微鏡元件120與投影透鏡130之間的光欄位置。

請參照第4A圖，調光光欄元件140具有一濾光片143，濾光片143外圍具有一遮光區144。遮光區為不透光區。調光光欄元件140例如為一整片濾光元件所組成，並以遮蔽方式形成遮光區144。例如，以不透光材料塗佈、蒸鍍或黏貼的方式形成遮光區144。不透光材料例如是黑色消光漆。

在一實施例中，濾光片143例如由對綠光或黃光具有不同穿透率的濾光材料所組成。請參照第1B圖，第一濾光材料f1對綠光或黃光具有一第一穿透率，第二濾光材料f2對綠光或黃光的光譜具有一第二穿透率、第三濾光材料f3對綠光或黃光具有一第三穿透率。第一穿透率小於第二穿透率，第二穿透率小於第三穿透率。本實施例可將不同穿透率的濾光材料f1、f2、f3分別設置於濾光片140上，以使綠光或黃光的光譜Wg的穿透率由濾光片140的中心向外遞減或遞增。例如穿透率由100％減少至70％，再由70％減少至50％、20％或0％。

請參照第4B圖，調光光欄元件140的中心例如具有一開口142。開口142形狀例如為圓形或其他形狀，用以使所有色光完全穿透，以提高光欄中心區域的出光能量。在一實施例中，調光光欄元件140例如為一不透光金屬元件，並於金屬元件上沖壓出一孔洞，再將濾光片143以鑲嵌方式鑲嵌於孔洞中。濾光片143的中央形成一開口142，以使色光完全穿透。濾光片143例如以鏤空方式或透光材質形成開口142。

請參照第4C圖，濾光片143例如位於調光光欄元件140的中心，濾光片143邊緣具有一開口142。開口142例如以透光材質形成，開口142形狀例如為圓形、橢圓形或其他形狀，用以使濾光片143周圍的色光完全穿透，以提高光欄邊緣區域的出光能量。開口142也可例如以鏤空方式形成，並以例如徑向輻射連接濾光片143和不透光區144。

調光光欄元件140的功能如同光欄及濾光片的組合，第一色光（對應第一波長範圍的藍光及紅光光譜Wr、Wb）可通過調光光欄元件140的濾光片143或開口142，而第二色光（對應第二波長範圍的黃光光譜或綠光光譜Wg）的至少一部分光能被濾光片143阻擋或至少一部分光能通過開口142，以使第一波長範圍的光譜的穿透率大於第二波長範圍的光譜的穿透率。因此，本發明上述實施例所揭露之投影系統100可在不影響影像色彩表現的情況下，降低影像的暗場亮度，以提高影像的對比。

同時，在檢測對比度時，由於雜散光的亮度降低，輸出影像的整體對比相對提高，使得投影系統輸出的影像品質相對提升，同時，影像色域經由調光光欄元件純化之後還可滿足DCI-P3色域標準規範的寬色域需求。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100：投影系統 101：合光稜鏡元件 102：分色濾鏡元件 110：光源 112：濾光裝置 114：光管 116：聚光透鏡 118：反射鏡 120：數位微鏡元件 130：投影透鏡 140、141：調光光欄元件 142：開口 143：濾光片 144：遮光區 L：所有色光 Lr：紅光 Lb：藍光 Lg、Lg’：綠光 Wr、Wb：第一波長範圍的光譜 Wg：第二波長範圍的光譜 A、B：光欄位置 f1：第一濾光材料 f2：第二濾光材料 f3：第三濾光材料

第1A及1B圖分別繪示各色光波長的穿透率示意圖。第2A圖依照本發明一實施例之具有合光稜鏡元件的投影系統的示意圖。第2B圖依照本發明一實施例之具有分色濾鏡元件的投影系統的示意圖。第3A及3B圖分別繪示依照本發明二實施例之投影系統的示意圖。第4A圖繪示依照本發明一實施例之投影系統的調光光欄元件的示意圖。第4B及4C圖分別繪示依照本發明另一實施例之投影系統的調光光欄元件的示意圖。

100：投影系統 101：合光稜鏡元件 110：光源 140：調光光欄元件 Lr：紅光 Lb：藍光 Lg、Lg’：綠光

Claims

一種投影系統，包括：至少一光源，用以發出一第一色光以及一第二色光，該第一色光具有一第一波長範圍的光譜，該第二色光具有一第二波長範圍的光譜；至少一分色濾鏡元件，用以使該第一色光及該第二色光穿透或反射；以及一調光光欄元件，設置於該第一色光與該第二色光分光後的路徑上，該調光光欄元件具有一濾光片，其中該第一色光通過該濾光片，該第二色光的至少一部分光能被該濾光片阻擋，以使該第一波長範圍的光譜的穿透率大於該第二波長範圍的光譜的穿透率。
如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該調光光欄元件的中心具有一開口，該濾光片位於該開口的外邊緣。
如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該濾光片位於該調光光欄元件的中心，該調光光欄元件具有一開口，該開口位於該濾光片的外邊緣。
如申請專利範圍第2或3項所述之投影系統，其中該濾光片以鏤空方式或透光材質形成該開口。
如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該調光光欄元件為一整片濾光元件所組成，並以遮蔽方式形成該濾光片外圍區域的一遮光區。
如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該第二波長範圍的光譜的穿透率由該濾光片的中心向外遞減。
如申請專利範圍第6項所述之投影系統，其中該濾光片係由對該第二色光具有不同穿透率的濾光材料所組成。
如申請專利範圍第1項所述之投影系統，更包括一數位微鏡元件，設置在該第一色光與該第二色光合光後的路徑上。
如申請專利範圍第8項所述之投影系統，更包括至少一聚光透鏡以及一反射鏡，該反射鏡設置於該聚光透鏡與該數位微鏡元件之間，用以反射該第一色光及該第二色光至該數位微鏡元件的複數個微型反射鏡面。
一種投影系統，包括：一第一光源，用以發出一第一色光，該第一色光具有一第一波長範圍的光譜；一第二光源，用以發出一第二色光，該第二色光具有一第二波長範圍的光譜；一合光稜鏡元件，位於該第一光源及該第二光源的光路上，用以合成該第一色光及該第二色光；以及一調光光欄元件，設置於該第一色光及該第二色光合光後的光路上或該第二光源與該合光稜鏡元件之間，該調光光欄元件具有一濾光片，其中該第二色光的至少一部分光能被該濾光片阻擋，以使該第二波長範圍的光譜的穿透率小於一設定值。
如申請專利範圍第10項所述之投影系統，其中該調光光欄元件的中心具有一開口，該濾光片位於該開口的外邊緣。
如申請專利範圍第10項所述之投影系統，其中該濾光片位於該調光光欄元件的中心，該調光光欄元件具有一開口，該開口位於該濾光片的外邊緣。
如申請專利範圍第11或12項所述之投影系統，其中該濾光片以鏤空方式或透明材質形成該開口。
如申請專利範圍第10項所述之投影系統，其中該調光光欄元件為一整片濾光元件所組成，並以遮蔽方式形成該濾光片外圍區域的一遮光區。
如申請專利範圍第10項所述之投影系統，其中該第二波長範圍的光譜的穿透率由該濾光片的中心向外遞減。
如申請專利範圍第15項所述之投影系統，其中該濾光片係由對該第二色光具有不同穿透率的濾光材料所組成。
如申請專利範圍第10項所述之投影系統，更包括一數位微鏡元件，設置在該第一色光與該第二色光合光後的路徑上。
如申請專利範圍第17項所述之投影系統，更包括至少一聚光透鏡以及一反射鏡，該反射鏡設置於該聚光透鏡與該數位微鏡元件之間，用以反射該第一色光及該第二色光至該數位微鏡元件的複數個微型反射鏡面。