CN1217220C - 改善非对称投影的方法与*** - Google Patents
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Abstract
一种改善非对称投影的方法与***，由一光源产生照明光束、依序经过一会聚透镜、一色轮、一积分柱、一聚光透镜、一光阑、一中继透镜及一棱镜照明***，斜射至一光阀，由光阀选择性投射入镜头，并投影至萤幕上。本发明是通过改变投影***中积分柱的截面形状，以补偿斜向投射产生的不对称照明光区，改善成为对称的照明光区，而能够增大照明光效率与均匀度，也能够利用积分柱的截面形状，将照明光束形成沿一轴方向延长的椭圆形光束，并通过加大照明***光阑与投影***的光圈，达到增加光学***的总收集效率，同时可避免开-状态光束与平-状态光束间及平-状态光束与关-状态光束间彼此重叠的缺点，以提高对比度。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影***，特别是涉及一种改善非对称投影的方法与***。
背景技术
近年来，信息视觉化的重要性已广被认同，而作为显示用的投影装置，其重要性及需求也急剧增加。因此，对于投影装置呈现在萤幕上的画面，能否具有高画质及逼真的临场感，以提高萤幕的质量，而为消费市场所乐于接受，已成为本领域研发的重要课题。
请参阅图1，为一现有投影装置的光学投影***20示意图，投影***20为一单面板光阀投影***(single panel DMD projection system)，其中光源21包括一抛物反射面211，并可产生一光束22，该光束22经抛物反射面211反射后，通过一会聚透镜(converging lens)23，将光束22聚集至一色轮(colorwheel)24，色轮24由一系列红色、绿色、蓝色滤光镜组成，当色轮24环绕转轴旋转时，其一系列红色、绿色、蓝色滤光镜可依序拦截光束22，因此当光束22通过色轮24后，即转换成一有色光束221；有色光束22依序通过一积分柱(integration rod)25，均匀亮度后，再经一聚光透镜(condenserlens)26及一光阑(stop)27后，进入一中继透镜(relay lens)28，然后聚集至一棱镜照明***(prism illumination system)30。棱镜照明***30可将发自于投影光源21的光束，经一反射面(mirror)31反射至一数字微镜片元件(digitalmicro-mirror device，DMD)的光阀10，该光阀10为具有一组可枢转约±12度的画素镜片组成阵列，当可枢转画素镜片将一入射光束反射至一显示萤幕时，称为一开—状态(ON state)；或将一入射光束反射至一偏离显示萤幕的位置时，称为一关—状态(OFF state)；而当一画素镜片与该光阀10的基板平行时，称为一平—状态(flat state)，再通过光阀10的开、关状态选择性将具有信息内容的光束，反射通过棱镜照明***30，并导向进入一投影镜头(projection lens)32后，投影于一显示萤幕33。
当投影***20自光源21产生的白光光束22起，所通过的会聚透镜23、色轮24、积分柱25、一聚光透镜26、一光阑27及中继透镜28等一般都具有对称特性，若以上各元件及其组合均处于理想状态，如图2及图3所示，则中继透镜28会投射出与积分柱25截面形状相似的矩形光束41，其中第一对角线的长度与第二对角线L2的长度应相等，即无形变(distortion)；但当无形变矩形光束41经棱镜照明***(prism illumination system)30中的反射面31反射至光阀10时，因斜向入射至光阀10，如图4所示，将使光阀10上形成虚线所示的照明光区(light spot)42，产生不对称的形变，即第一对角线L1长度与第二对角线L2长度不相等(L1＞L2)。然而此种斜向入射光阀10所造成照明光区42产生变形，因无法覆盖整个光阀10表面，导致光阀41不能反射呈现完整影像，因此为了使照明光区42能覆盖整个光阀10表面，现有的投影***采取的方法是，将照明光束放大，使照明光区42跟着扩大成大照明光区43，如图4所示，以覆盖整个光阀10。此种方法虽可解决前述影像不完整投射的问题，但是同时导致未照射至光阀10的光线，如斜线所示的照明光区431，因无法被光阀10反射进入镜头透镜组32，而不能投射至萤幕43，故将产生照明损失，使投影***的整体照明效率降低。
因此，上述现有斜向投影光学***(例如DLP投影机等)所产生形变，至少有以下两项缺陷，第一项为降低照明光区强度的均匀度，第二项由于该照明光区于第一对角线L1的拖曳，造成外缘亮度损失，导致光效率的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一适当截面形状的积分柱，以补偿前述形变中不对称缺点的方法，可将斜向投影***产生的不对称照明光区，改善为对称的照明光区，以提高光效率与均匀度。
本发明的另一目的在于利用一适当截面形状的积分柱，将照明光束形成沿一轴方向延长的椭圆形光束，达到增加光学***的总收集效率，并同时可避免开—状态光束与平—状态光束间重叠的缺点，以提高对比度。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种改善非对称投影的方法，该方法用于一投影***，该投影***包括一光源、一积分柱及一光阀，其中该光源产生一照明光束经该积分柱斜向入射至该光阀，通过将该积分柱的截面形状调整为一任意四边形，以抵销该投影***非对称的变形量。
本发明还提供一种改善非对称投影的***，该***包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，该积分柱的截面形状为一任意四边形，以抵销该投影***非对称的变形量。
本发明还提供一种改善非对称投影的***，该***包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，此积分柱为一四边形柱，其横截面上的二对角线不等长，以抵销该投影***中除该积分柱以外的部分所产生的非对称变形量。
根据上述特征，本发明通过改变投影***中积分柱的截面形状，以补偿斜向投射产生的一不对称照明光区，改善成为一对称的照明光区，而能够增大照明光效率与均匀度，也能够利用积分柱的截面形状，将照明光束形成沿一轴方向延长的椭圆形光束，并通过加大照明***光阑与投影***的光圈，达到增加光学***的总收集效率，同时可避免开—状态光束与平—状态光束间及平—状态光束与关—状态光束间彼此重叠的缺点，以提高对比度。
附图说明
图1为一示意图，其显示现有投影***；
图2为一示意图，其显示现有投影***的积分柱截面；
图3为一示意图，其显示现有投影***无形变的矩形光束横截面；
图4为一示意图，其显示现有投影***形变矩形光束横截面与光阀的相关位置；
图5为一示意图，其显示现有投影***形变矩形光束的照明损失；
图6为一示意图，其显示本发明的投影***；
图7为一示意图，其显示本发明投影***的积分柱截面形状；
图8A与图8B为一示意图，其显示现有投影***与本发明投影***在光阀上的照明光区；
图9A与图9B为一示意图，其显示现有技术投影***与本发明投影***的萤幕亮度分布图；
图10A与图10B为一示意图，其显示为积分柱的截面形状使用一长方形与平行四边形，在投影镜头光圈591上的光区对照图；
图11为一示意图，其为一开—状态光束、一关—状态光束及一平—状态光束分别投射至投影镜头光圈的相对位置示意图；
具体实施方式
有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举一较佳实施例，并配合图式加以说明如后。
请参阅图6，其显示本发明较佳实施例的投影***50，该投影***50是由光源51产生一光束512，该光束512经椭圆反射面511反射后，将光束512聚集至一色彩产生装置52(例如色轮、滤光片...等)，色彩产生装置52由一系列红色、绿色、蓝色滤光镜组成，依序拦截光束512，因此当光束512通过色彩产生装置52后，即转换成一有色光束513；有色光束513接着通过一积分柱53，均匀亮度后，再经一聚光透镜54及一光阑55后，进入一中继透镜56，然后聚集至一棱镜照明***58。棱镜照明***58以一光折面(例如反射面等)581反射至一光阀57，该光阀57由一组可枢转约±12度的画素镜片组成阵列，以开、关状态选择性将具有信息内容的光束，反射通过棱镜照明***58，并导向进入一投影镜头59的光圈591，经投影镜头59后，投影于萤幕592。
为解决现有技术形变的缺陷，如图7所示，本发明在投影***50中，以一变形截面形状的积分柱53，补偿前述形变中不对称的方法，将现有技术斜向投影***产生的一不对称照明光区42，改善为一对称的照明光区，本发明实施例的空心积分柱截面形状，依据斜向投影***的光学变形量，即其一对角线L1、L2长度不相等的变形量，由一平行四边形截面形状的积分柱53的对角线L3、L4，与前述光学变形量对角线L1、L2长度的变形量相反方向，形成一变形量，预先造成照明光区的不对称，以便抵销照明光区经反射面581斜向入射光阀57所产生不对称的变形量，改善成为一对称的照明光区。
同理，本发明也可端视投影光学***的光学变形量，由任意四边形截面形状的积分柱，以类似抵销变形量的方法，让照明光区对称或产生某一特性变形，同时不限于本实施例所揭露的空心型积分柱，实心的积分柱也可使用于本发明，另积分柱投射出光束的发散大小也可由选择不同特性的积分柱达成。
请参阅图8，其中图8A为现有技术投影***照明光束在光阀10上的光区图，图8B为应用一平行四边形截面形状的本发明投影***照明光束在光阀57上的光区图。如图8A所示，由于现有技术投影***其斜向入射的特性，造成光阀的一照明光区于入射方向产生形变，该光阀光区的左下角与右上角都有拖曳现象，即图5中第一对角线(L1)＞第二对角线(L2)。反之，由于加入本发明的平行四边形截面形状积分柱53，以补偿前述形变不对称的缺点，故可将图8A所示现有技术斜向投影***产生的一不对称光区，改善成如图8B所示一对称的光阀光区。与图8A所示的不对称照明光区相比，该图8B中比较对称的照明光区的左下角及右上角的拖曳现象已有明显改善。
图8A中，由于现有技术投影***产生的该不对称光阀光斑，所损失的外缘范围，比图8B中所损失的外缘范围要大，导致现有技术投影***有效的总体亮度，比本发明投影***有效的总体亮度要低；请参阅图9A与图9B所示，分别为现有的技术投影***与本发明投影***的光阀光区，通过投影装置后投射于萤幕的一萤幕亮度分布图(screen diagram)，比较图9B中本发明投影***深色所代表的高亮度分布区域，在范围与均匀度两方面均比图9A现有技术投影***深色所代表的高亮度分布区域要好，而由图9B本发明投影***萤幕亮度分布图所示X方向(横轴)与Y方向(纵轴)的亮度分布，可进一步验证本发明投影***萤幕亮度分布图，在高亮度分布区域的范围与均匀度两方面的确比现有技术投影***要优。
此外，图10A与图10B所示，为积分柱53的截面形状使用一矩形与使用平行四边形，在投影镜头光圈591上所示的光区对照图，由于积分柱53不对称对角线的不同放大作用，使得投影镜头光圈的光区在不同轴向，产生不同伸长长度而形成椭圆，如图10B可看出投影镜头光圈591的光束在某一轴方向明显增长，由原来正圆形变成椭圆形，并通过加大照明***光阑55与投影***光圈591，达到增加光学***的总收集效率。
请参阅图11所示，其为一开—状态光束、一关—状态光束及一平—状态光束分别投射至投影镜头光圈的相对位置示意图。图11中，现有技术投影***的一开—状态光束61、一平—状态光束62及一关—状态光束63分别以实线表示，本发明投影***的一开—状态光束64、一平—状态光束65及一关—状态光束66则分别以虚线表示。就理论而言，仅该开—状态光束61可进入投影镜头光圈591，因此该投影镜头光圈591与开—状态光束61愈大，其可允许光通过量愈大，则所得的投影亮度愈佳；但若该开—状态光束61加大，则平—状态光束62与关—状态光束63也将随之增大，成为开—状态光束67、平—状态光束68及关—状态光束69，将导致开—状态光束67与平—状态光束68重叠，则造成投影对比度下降，故如图11所示，该现有技术投影***开—状态光束61与平—状态光束62间及平—状态光束62与关—状态光束63间之所以设定为彼此相邻却未于一X方向重叠，即在考虑允许最大光通过量且不牺牲投影对比度的制约条件下，所获取的最佳平衡点。
本发明的投影***通过应用平行四边形截面形状的积分柱53，可产生不对称的特点，在补偿前述形变中，矫正现有技术斜向投影***产生的一不对称照明光区，使之成为一较对称的照明光区的同时，也可利用其产生不对称的特点作设定，使开—状态光束61、平—状态光束62及关—状态光束63，分别于仅在Y轴方向延伸，进一步将光束加大，使如图11所示，形成本发明的开—状态光束64、平—状态光束65及关—状态光束66，达成提高最大光通过量，且避免开—状态光束64与平—状态光束65间及平—状态光束65与关—状态光束66间彼此重叠的缺陷，可防止对比度降低。
如以下表1所示，其为现有技术投影***与本发明投影***二斜向投影***间一实验数据比较表，表1中就一光阀效率(DMD efficiency)、一非有效区损失(overfill)及一开—状态投影输出效率(projection output on-state)等方面，分别以百分比列出实验数据，并在右侧一列以百分比列出相比较于现有技术投影***，本发明在上述各方面所获得的改善。其中，本发明在DMD效率的改善率为5.8％、在非有效区损失的改善率为37.0％、在开—状态投影输出效率的改善率为6.3％。
表1
| 斜向投影*** | |||
| 现有技术 | 本发明 | 改善率 | |
| DMD效率(％) | 55.07 | 58.27 | 5.8 |
| 非有效区损失(％) | 20.40 | 12.85 | 37.0 |
| 开—状态输出效率(％) | 45.57 | 48.43 | 6.3 |
上述本发明的较佳实施例以一反射式DMD光阀为例进行叙述，该反射式DMD光阀也可为一反射式单晶硅面板(LCOS)或一穿透式液晶显示器(LCD)取代。
以上所述的，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，不应用于局限本发明的可实施范围，凡根据本发明的内容所作的任何变更，而未违背本发明的精神时，都应属本发明的范围。
Claims (15)
1.一种改善非对称投影的方法，该方法用于一投影***，该投影***包括一光源、一积分柱及一光阀，其中该光源产生一照明光束经该积分柱斜向入射至该光阀，通过将该积分柱的截面形状调整为一任意四边形，以抵销该投影***非对称的变形量。
2.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱可改变截面形状，使该投影镜头光圈开状态光束在一轴向延伸，形成一进入投影镜头光圈的最大椭圆光束，且不与光阀平状态光束相重叠。
3.如权利要求1所述的方法，该***在积分柱与光阀间进一步包括一聚光透镜、一光阑、一中继透镜。
4.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱为一空心柱。
5.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱为一实心柱。
6.一种投影***，用于改善非对称投影，该***包括：
一光源，可产生一光束；
一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及
一积分柱，位于光阀及光源之间，该积分柱的截面形状为一任意四边形，以抵销该投影***非对称的变形量。
7.如权利要求6所述的***，该光束经一光折面斜向入射至光阀。
8.如权利要求6所述的***，该***在积分柱与光阀间进一步包括一聚光透镜、一光阑、一中继透镜。
9.如权利要求6所述的***，其中该光阀为一反射式单晶硅面板(LCOS)。
10.如权利要求6所述的***，其中该光阀为一反射式数字微镜元件(DMD)。
11.如权利要求6所述的***，其中该光阀为一穿透式液晶显示器(LCD)。
12.如权利要求6所述的***，其中该积分柱为一空心柱。
13.如权利要求6所述的***，其中该积分柱为一实心柱。
14.如权利要求6所述的***，其中该积分柱可改变截面形状，使该投影镜头光圈开状态光束在一轴向延伸，形成一进入镜头光圈的最大椭圆光束，且不与光阀平状态光束相重叠。
15.一种投影***，用于改善非对称投影，该***包括：
一光源，可产生一光束；
一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及
一积分柱，位于光阀及光源之间，此积分柱为一四边形柱，其横截面上的二对角线不等长，以抵销该投影***中除该积分柱以外的部分所产生的非对称变形量。
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Effective date of registration: 20050805 Address after: Hsinchu Science Industrial Park, Taiwan Patentee after: Yangming Optics Co., Ltd. Address before: Hsinchu Science Industrial Park, Taiwan Patentee before: Zhongqiang Photoelectric Co., Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050831 Termination date: 20100121 |