CN109884843A - 投影机 - Google Patents
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Abstract
一种投影机包括光源、均光元件、光阀及可透光的光学元件。光源可输出照明光束，且均光元件、光阀及光学元件设于照明光束的传输路径上。光学元件设于光阀及均光元件之间并位于照明光束的传输路径上，光学元件的表面上设有滤光膜，且所述滤光膜完全被照明光束所涵盖。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影机，尤其涉及一种具有优选图像均匀度的投影机。
背景技术
投影机投影出的图像，因受到材料吸收或镜片镀膜等各种因素的影响容易造成RGB三种颜色的强度分布不一致，导致图像色度均匀性不佳，例如中央区域的某一色光强度较强而四周所述色光相对较弱。如此即无法符合色均规格要求，例如整个图像白色色坐标差异值需小于0.005的要求。当利用多台投影机拼接出电视拼墙图像时，会于接缝处更凸显出图像颜色均匀度不佳的问题，降低拼接图像的整体品质及视效。
发明内容
本发明提供了一种投影机，包括光源、均光元件、光阀及可透光的光学元件。光源可输出照明光束，且均光元件、光阀及光学元件设于照明光束的传输路径上。光学元件设于光阀及均光元件之间并位于照明光束的传输路径上，光学元件的表面上设有滤光膜，且滤光膜完全被照明光束所涵盖。
本发明提供了一种投影机，包括设于照明光束的传输路径上的积分器、光阀、光学元件及滤光片。光学元件及滤光片设于光阀及积分器之间，且滤光片的有效滤光范围小于滤光片所在位置的照明光束范围。
本发明提供了一种投影机，通过在光学元件表面上或不同光学元件之间，设置可滤除或减弱特定区域强度相对较强的色光的滤光结构，可改善图像部分区域某颜色亮度过高，而与其他色光相较强度分布不均的问题，符合色均规格的要求。再者，当利用多台投影机拼接出电视拼墙图像时，因各个投影图像具有良好的颜色均匀度，故拼接后的整体图像颜色变化较为平顺而具有较佳的视效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的投影机实施例示意图。
图2为本发明的投影机另一实施例示意图。
图3为本发明的投影机另一实施例示意图。
图4为本发明的投影机另一实施例示意图。
图5为本发明的投影机另一实施例示意图。
图6A及图6B分别显示使用或未使用红光滤镜滤光的各色光强度区域分布图。
具体实施方式
请参阅图1，图1绘述了本发明一实施例的投影机的示意图。投影机1中，依照明光束的传输路径，依序包括有设于照明光束的传输路径上的光源10、均光元件12、转向镜14、光学元件16、滤光膜20、光学元件22以及光阀30。光源10提供照明光束I。光学元件22设于光阀30及均光元件12之间。
于本具体实施例中，光源10可为现有热电光源、萤光灯、发光二极管、激光发光二极管发光元件或其他可提供照明光的装置或元件。于本例中，光源10为经封装且具有萤光粉的白光发光二极管发光模组。
于本发明中，“均光元件”12是指透镜阵列(LENS ARRAY)、积分柱式(INTEGRATEROD)、可转动的棱镜等可用于均、匀光的各式元件或模组。于本例中，均光元件12为实心积分柱。
于本例中，转向镜18可为平面、凹面或是凸面反射镜；其反射表面可为非球面表面或为自由曲面。于本例中，转向镜为平面反射镜，可反射照明光。
本发明的“光学元件”用语，指元件具有部分或全部可反射或穿透的材料所构成，通常包括玻璃或塑胶所组成。举例来说，光学元件可以是透镜、全反射棱镜(TIR Prism)、反向全反射棱镜组(RTIR Prism)、各种积分器、各种滤光片等。于本具体实施例中，光学元件16为屈光度为正且至少可让部分光线通过的双凸透镜。
于本具体实施例中，滤光膜20的型态并不限定，且不限于膜状，亦可以是黏附式滤光膜片、镀膜、滤光件或经渗杂的光学表面、具有滤除特定波长能力的光学表面或元件等。于本例中，滤光膜20为可至少过滤部分红光范围波长的光学镀膜，惟滤光膜20能过滤的光线并不以红色为限，而可为例如是蓝光、绿光、UV、IR或是具有特定极性的光线亦可。
于本具体实施例中，光学元件22可以是场镜、由多枚棱镜所组成的全内反射棱镜(TIR PRISM)或是包括单一棱镜的反向式全内反射棱镜组(RTIR PRISM)。于本实施例中，光学元件22为一由两枚全棱镜所形成的全内反射棱镜组，光学元件22的各入光面及出光面均为平面。
光阀(Light valve)30一词已为投影产界广泛使用，在此产业中大多可用来指一种空间光调变器(Spatial Light Modulator,SLM)中的一些独立光学单元。所谓空间光调变器，含有许多独立单元(独立光学单元)，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性，从而对照明在多个独立单元的照明光束进行调制，并输出影像光束。独立单元可为微型反射镜或液晶单元等光学元件。光阀可以是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或是穿透式液晶面板等。
而投影机是利用光学投影方式将影像投影至屏幕上的装置，在投影机产业中，一般依内部所使用的光阀30的不同，将投影机分为阴极射线管(Cathode Ray Tube)式投影机、液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影机、数字光投影机(Digital LightProjector,DLP)以及液晶覆硅(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影机。因投影机运作时光线会通过LCD面板作为光阀，所以属于穿透式投影机，而使用LCOS、DLP等光阀的投影机，则是靠光线反射的原理显像，所以称为反射式投影机。而于本实施例中，投影机为数字光投影机，而光阀30为数字微镜元件(DMD)。
于本实施例中，照明光束I经光阀30转换为影像光束后会经由光学元件22输出，而滤光膜20在设置于影像光束的传输路径外时，其较不会影响影像光束的成像，为优选的设计。滤光膜20可设置在光学元件22(全反射棱镜)的入光表面处。如图1所示，光源10发出的照明光束I经由均光元件12均匀化后，穿过透镜L，经由滤光膜20进入全内反射棱镜22投影至光阀30。滤光膜20可提供滤除或减弱特定色光的效果，若有图像某区域色光强度过高而周边较弱的问题，设置于全内反射棱镜22表面上的滤光膜20可减弱所述色光于所述区域的强度，改善投影图像色光强度分布不均的问题。
举例而言，若投影机10投影出的图像中心红光较强而周边红光较弱，可使用例如红光滤镜(dichroic mirror-RED)滤除或减弱由中央部分通过全内反射棱镜22并进入光阀30的红光，提高图像整体的颜色均匀性。
图2绘述了本发明另一实施例的投影机的示意图。于本实施例中，投影机2的滤光膜20可设置在透镜16的迎光面LS且位于照明光束I的传输路径上。于图2中仅示意绘出单一透镜16，但本领域普通技术人员当能理解均光元件14与光阀30间可设有多个透镜，且设有滤光膜20的光学元件22可为这些透镜中最靠近光阀30或全内反射棱镜22的透镜16。设于透镜16的迎光面LS的滤光膜20同样可以反射、吸收或波长转换等手段来过滤或减弱特定区域强度相对较强的色光，使进入光阀不同区域的光线颜色均匀。需注意滤光膜20于透镜16上的形成位置并不限定，于另一实施例中，滤光膜20亦可形成于透镜16的出光面LS’，或同时形成于迎光面LS及出光面LS’上的不同区域。
于上述的实施例中，设置于光学元件22表面的滤光膜20可完全被照明光束I所涵盖。举例而言，如图1及图2所示，设置于光学元件22表面的滤光膜20完全落入均光元件14所发出的光束的最外边缘MR所界定的区域范围内。亦即若照明光束I于滤光膜20沿垂直光轴方向的延伸平面形成一投影区域，投影区域的边沿MR如图1、2所绘示。滤光膜20会完全落入所述投影区域内，且滤光膜20的整体面积会小于照明光束I在滤光膜20位置的投影区域的面积。
图3绘述了本发明另一实施例的投影机的示意图。于本实施例中，投影机3包括有光源10、积分器12’、透镜16、滤光片20’、全内反射棱镜22及光阀30。
本发明的“积分器”12’用语或称光积分器，可用于光线的均匀化。积分器可分为两种型式，即透镜阵列(LENS ARRAY)或积分柱式(INTEGRATE ROD)。积分柱式光积分器可以是中空或非中空构造的杆、柱状积分器。而透镜阵列式积分器可以是一复眼透镜。于本例中，积分器12’为一实心积分柱。
于本具体实施例中，光源10为一经封装且具有萤光粉的白光发光二极管发光模组，可提供一照明光束I。积分器12’、光阀30、透镜16及全内反射棱镜22均设于照明光束I的传输路径上。一滤光片(filter)20’设于积分器12’与光阀30之间并位于照明光束I的传输路径上。于本实施例中，滤光片20’可位于透镜16及全内反射棱镜22之间，且滤光片20’的有效滤光范围小于滤光片20’所在位置的照明光束范围。于此“有效滤光范围”是指滤光片中有滤色能力的全部区域，若滤光片的周缘有滤光能力，即使无光线通过，亦属于有效滤光范围的一部分。再者，照明光束I于滤光片20’沿垂直光轴方向的延伸平面可形成投影区域，所述投影区域即为滤光片20’所在位置的照明光束范围。滤光片20’同样可提供滤除或减弱特定区域强度相对较强的色光的效果，提高投影图像的颜色均匀性。滤光片20’于积分器12’与光阀30之间的设置位置并不限定，如图4所示，滤光片20’亦可设置于投影机4的积分器12’(或转向镜14)与透镜16之间。
于上述实施例中，滤光片20’的型态并不限定且不限于片状，亦可以是膜片、镀膜、滤光件等等，如衰减片、彩色滤光片、高通/低通滤光片、带通滤光片、分色镜等，即为其例。于本例中，滤光片20’为一可依比例过滤红光的衰减片。再者，滤光片20’可独立设置且可通过一支撑件28支撑以设于积分器12’与全内反射棱镜22之间的光路上。滤光片20’周边的支撑件28例如可为透光的平板玻璃或是单一支撑杆而不限定，同时支撑件28可与滤光片20’的至少部分为一体成形(ONE PIECE FORMED)。
于一实施例中，滤光膜20(或滤光片20’)于垂直光轴方向上的长度，会小于光路前方的光学元件(例如透镜16)或者光路后方的光学元件(例如全内反射棱镜22)的通光孔径(clear aperture)，或者同时小于其前、后光学元件的通光孔径。于此“通光孔径”用语是指透镜或棱镜表面形成以助产生光学性能的部分区域的直径。举例而言，透镜或棱镜于外周区域形成有凸缘(flange)或其他结构用以供定位组装等用途，所述定位组装结构是位于透镜或棱镜的光学有效直径外。另外，滤光膜20及滤光片20’的出光表面可设于光学元件16或是光学元件22的光路上游，或是，设于光线进入各光学元件16、22前的位置。
再者，滤光膜20(或滤光片20’)欲滤除的色光种类及滤光区域完全不限定，本领域技术人员可依照实际需求，配置滤光膜20(或滤光片20’)于光路中的选定位置并应用于所需要的环境减少特定色光以达到图像颜色均匀的效果。举例而言，如图5所示，滤光膜20(或滤光片20’)可同时设于光路上的不同光学元件且可分别滤除不同色光，例如投影机5的全内反射棱镜22可胶合一红色滤光片20’于其表面以减少红光，且透镜16表面的局部区域可镀有绿色滤光膜20以减少绿光。
图6A及图6B分别显示使用或未使用红光滤镜(dichroic mirror-RED)滤光的各色光强度区域分布图，其中横坐标为由图像中心(0)到最外缘(18)的不同测量位置点，横坐标数值10至18为图像最***的量测点，纵坐标为红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)、白光(W)的归一化强度百分比。图6A及图6B的数值取图像中心点的亮度为最大值为100％而进行归一化。由图6A可看出图像的角落区域的红光较弱，故相对绿光/蓝光的强度产生较大的落差，经滤光后因图像中央区域的红光的最大值减少，使得图像上三色光(RGB)的强度分布如图6B所示较为一致，达到图像颜色均匀的效果。
通过上述各个实施例的设计，通过在光学元件表面上或不同光学元件之间，设置可滤除或减弱特定区域强度相对较强的色光的滤光结构，可改善图像部分区域某颜色亮度过高，而与其他色光相较强度分布不均的问题，符合色均规格的要求。再者，当利用多台投影机拼接出一电视拼墙图像时，因各个投影图像具有良好的颜色均匀度，故拼接后的整体图像颜色变化较为平顺而具有较佳的视效。
本发明在运用时，各种细节可以自由变化。例如，前述的一例中有提及利用一尺度较小的滤光片，来过滤照明光线的中间部分红色的光线，以达到均匀图像中央、边沿色彩强度的目的。但除了红色滤光片外，亦可以改以过滤其他颜色光线的滤光片或滤光膜来达到相对的效果。另外，滤光片或滤光膜亦不以设置于光学表面的中央为限，需要时，其可按需要调整其设置的位置。
以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种投影机，其特征在于，包括：
光源，可输出照明光束；
均光元件，设于所述照明光束的传输路径上；
光阀，设于所述照明光束的传输路径上；以及
可透光的光学元件，设于所述光阀及所述均光元件之间，并位于照明光束的传输路径上，所述光学元件的表面上设有滤光膜，且所述滤光膜的有效滤光范围在所述照明光束于所述光学元件位置的照明范围内，且所述光学元件的所述有效滤光范围小于所述照明范围。
2.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于，所述可透光的光学元件为全内反射棱镜，且所述滤光膜被设置于所述全内反射棱镜的入光面。
3.根据权利要求2所述的投影机，其特征在于，所述可透光的光学元件为一透镜，且所述滤光膜被设置于所述透镜的表面。
4.一种投影机，其特征在于，包括:
光源，可输出照明光束；
积分器，设于所述照明光束的传输路径上；
光阀，设于所述照明光束的传输路径上；
可透光的光学元件，设于所述光阀及所述积分器之间，并位于所述照明光束的传输路径上；以及
滤光片，设于所述光阀及所述积分器之间，并位于所述照明光束的传输路径上，所述滤光片的有效滤光范围，小于在所述滤光片所在位置的照明光束范围。
5.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于，所述滤光片胶合于所述光学元件上。
6.根据权利要求1或4所述的投影机，其特征在于，所述滤光片的出光表面设于所述光学元件的光路上游。
7.根据权利要求1或4所述的投影机，其特征在于，所述所述光学元件为棱镜。
8.根据权利要求1或4所述的投影机，其特征在于，所述光阀及所述光源之间并位于所述照明光束的传输路径上设有多个透镜，且所述光学元件为所述多个透镜中最靠近所述光阀的透镜。
9.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于，所述滤光片为红色滤光片，可过滤红光。
10.根据权利要求4所述的投影机，其特征在于，沿所述照明光束的传输路径，依序包括所述光源、所述积分器、所述滤光片、所述光学元件以及所述光阀，所述积分器为积分柱；所述滤光片为红光滤光片，可过滤红光，所述光学元件为全反射棱镜组，包括二棱镜；所述光阀为数字微镜元件。
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