TWI670558B

TWI670558B - 投影機

Info

Publication number: TWI670558B
Application number: TW106142800A
Authority: TW
Inventors: 胡雅文; 林祐震; 雲麒錐
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-09-01
Also published as: TW201925899A; CN109884843A; CN109884843B

Abstract

一種投影機包括光源、均光元件、光閥及可透光的光學元件。光源可輸出照明光束，且均光元件、光閥及光學元件設於照明光束的行進路徑上。光學元件設於光閥及均光元件之間並位於照明光束的行進路徑上，光學元件的一表面上設有一濾光膜，且該濾光膜完全被照明光束所涵蓋。

Description

投影機

本發明關於一種投影機，本發明關於一種具有較佳畫面均勻度的投影機。

投影機投射出之畫面，因受到材質吸收或鏡片鍍膜等各種因素的影響容易造成RGB三種顏色的強度分布不一致，導致畫面色度均勻性不佳，例如中央區域的某一色光強度較強而四周該色光相對較弱。如此即無法符合色均規格要求，例如整個畫面白色色座標差異值需小於0.005的要求。當利用多台投影機拼接出一電視拼牆畫面時，會於接縫處更凸顯出畫面顏色均勻度不佳的問題，降低拼接畫面的整體品質及視效。

根據本發明的一個觀點，提供一種投影機，包括光源、均光元件、光閥及可透光的光學元件。光源可輸出照明光束，且均光元件、光閥及光學元件設於照明光束的行進路徑上。光學元件設於光閥及均光元件之間並位於照明光束的行進路徑上，光學元件的一表面上設有一濾光膜，且濾光膜完全被照明光束所涵蓋。

根據本發明的另一個觀點，提供一種投影機，包括設於照明光束的行進路徑上的一積分器、光閥、光學元件及濾光片。光學元件及濾光片設於光閥及積分器之間，且濾光片的有效濾光範圍小於濾光片所在位置的照明光束範圍。

根據本發明的上述觀點，藉由在光學元件表面上或不同光學元件之間，設置可濾除或減弱特定區域強度相對較強的色光的濾光結構，可改善畫面部分區域某顏色亮度過高，而與其他色光相較強度分布不均的問題，符合色均規格的要求。再者，當利用多台投影機拼接出一電視拼牆畫面時，因各個投影畫面具有良好的顏色均勻度，故拼接後的整體畫面顏色變化較為平順而具有較佳的視效。

為讓本發明更明顯易懂，以下用實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

1、2、3、4、5‧‧‧投影機

10‧‧‧光源

12‧‧‧均光元件

12’‧‧‧積分器

14‧‧‧轉向鏡

16‧‧‧光學元件

18‧‧‧支撐件

20‧‧‧濾光膜

20’‧‧‧濾光片

22‧‧‧光學元件

30‧‧‧光閥

I‧‧‧照明光束

L‧‧‧透鏡

LS’‧‧‧出光面

N‧‧‧凹槽

P‧‧‧周邊區塊

TS、LS‧‧‧迎光面

MR‧‧‧光線邊緣

圖1繪述了本發明一實施例的投影機概要示意圖。

圖2繪述了本發明另一實施例的投影機概要示意圖。

圖3繪述了本發明另一實施例的投影機概要示意圖。

圖4繪述了本發明另一實施例的投影機概要示意圖。

圖5繪述了本發明另一實施例的投影機概要示意圖。

圖6A及圖6B分別顯示使用或未使用紅光濾鏡濾光的各色光強度區域分佈圖

有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。另外，下列實施例中所使用的用語「第一」、「第二」是為了辨識相同或相似的元件而使用，且方向用語例如「前」、「後」等，僅是參考附加圖式的方向，並非用以限定所述元件。

請參閱圖1，圖1繪述了本發明一實施例的投影機的概要示意圖。投影機1中，依照明光束的行進路徑，依序包括有設於照明光束的行進路徑上的光源10、均光元件12、轉向鏡14、光學元件16、濾光膜20、光學元件22以及光閥30。光源10提供一照明光束I。光學元件22設於光閥30及均光元件12之間。

於本具體實施例中，光源10可為傳統熱電光源、螢光燈、發光二極體、雷射發光二極體發光元件或其他可提供照明光的裝置或元件。於本例中，光源10為一經封裝且具有螢光粉的白光發光二極體發光模組。

於本發明中，「均光元件」12是指透鏡陣列(LENS ARRAY)、積分柱式(INTEGRATE ROD)、可轉動的稜鏡等可用於均、勻光的各式元件或模組。於本例中，均光元件12為一實心積分柱。

於本例中，轉向鏡14可為一平面、凹面或是凸面反射鏡；其反射表面可為非球面表面或為自由曲面。於本例中，轉向鏡為一平面反射鏡，可反射照明光。

本發明之「光學元件」用語，係指元件具有部份或全部可反射或穿透的材質所構成，通常包括玻璃或塑膠所組成。舉例來說，光學元件可以是透鏡、全反射稜鏡(TIR Prism)、反向全反射稜鏡組(RTIR Prism)、各種積分器、各種濾光片等。於本具體實施例中，光學元件16為一屈光度為正且至少可讓部份光線通過的雙凸透鏡。

於本具體實施例中，濾光膜20的型態並不限定，且不限於膜狀，其亦可以是黏附式濾光膜片、鍍膜、濾光件或經滲雜的光學表面、具有濾除特定波長能力的光學表面或元件等。於本例中，濾光膜20為可至少過濾部份紅光範圍波長的光學鍍膜，惟濾光膜20能過濾的光線並不以紅色為限，而可為例如是藍光、綠光、UV、IR或是具有特定極性的光線亦可。

於本具體實施例中，光學元件22可以是場鏡、由多枚稜鏡所組成的全內反射稜鏡(TIR PRISM)或是包括單一稜鏡的反向式全內反射稜鏡組(RTIR PRISM)。於本實施例中，光學元件22為一由兩枚全稜鏡所形成的全內反射稜鏡組，光學元件22的各入光面及出光面均為平面。

光閥(Light valve)30一詞已為投影產界廣泛使用，在此產業中大多可用來指一種空間光調變器(Spatial Light Modulator,SLM)中的一些獨立光學單元。所謂空間光調變器，含有許多獨立單元(獨立光學單元)，這些獨立單元在空間上排列成一維或二維陣列。每個單元都可獨立地接受光學信號或電學信號的控制，利用各種物理效應(泡克爾斯效應、克爾效應、聲光效應、磁光效應、半導體的自電光效應或光折變效應等)改變自身的光學特性，從而對照明在該複數個獨立單元的照明光束進行調製，並輸出影像光束。獨立單元可為微型反射鏡或液晶單元等光學元件。亦即，光閥可以是數位微鏡元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或是穿透式液晶面板等。

而投影機是利用光學投影方式將影像投射至螢幕上的裝置，在投影機產業中，一般依內部所使用的光閥30的不同，將投影機分為陰極射線管(Cathode Ray Tube)式投影機、液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影機、數位光投影機(Digital Light Projector,DLP)以及液晶覆矽(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影機因投影機運作時光線會透過LCD面板作為光閥，所以屬於穿透式投影機，而使用LCOS、DLP等光閥的投影機，則是靠光線反射的原理顯像，所以稱為反射式投影機。而於本實施例中，投影機為數位光投影機，而光閥30為數位微鏡元件(DMD)。

於本實施例中，照明光束I經光閥30轉換為影像光束後會經由光學元件22輸出，而濾光膜20在設置於影像光束的行進路徑外時，其較不會影響影像光束的成像，為較佳之設計。濾光膜20可設置在光學元件22(全反射稜鏡)的一入光表面處。如圖1所示，光源10發出的照明光束I經由均光元件12均勻化後，穿過透鏡L，經由濾光膜20進入全內反射稜鏡22投射至光閥30。濾光膜20可提供濾除或減弱特定色光的效果，若有畫面某區域色光強度過高而周邊較弱的問題，設置於全內反射稜鏡22表面上的濾光膜20可減弱該色光於該區域的強度，改善投影畫面色光強度分布不均的問題。

舉例而言，若投影機1投射出的畫面中心紅光較強而周邊紅光較弱，可使用例如紅光濾鏡(dichroic mirror-RED)濾除或減弱由中央部分通過全內反射稜鏡22並進入光閥30的紅光，提高畫面整體的顏色均勻性。

圖2繪述了本發明另一實施例的投影機的概要示意圖。於本實施例中，投影機2的一濾光膜20可設置在透鏡L的一迎光面LS且位於照明光束I的行進路徑上。於圖2中僅示意繪出單一透鏡L，但熟習本領域之技藝者當能理解均光元件12與光閥30間可設有複數透鏡，且設有濾光膜20的光學元件22可為這些透鏡中最靠近光閥30或全內反射稜鏡22的透鏡L。設於透鏡L的迎光面LS的濾光膜20同樣可以反射、吸收或波長轉換等手段來過濾或減弱特定區域強度相對較強的色光，使進入光閥不同區域的光線顏色均勻。需注意濾光膜20於透鏡L上的形成位置並不限定，於另一實施例中，濾光膜20亦可形成於透鏡L的出光面LS’，或同時形成於迎光面LS及出光面LS’上的不同區域。

於上述的實施例中，設置於光學元件22表面的濾光膜20可完全被照明光束I所涵蓋。舉例而言，如圖1及圖2所示，設置於光學元件22表面的濾光膜20完全落入均光元件12所發出的光束的最外邊緣MR所界定的區域範圍內。亦即若照明光束I於濾光膜20沿垂直光軸方向的延伸平面形成一投射區域，投影區域的邊沿MR如圖1、2所繪示。濾光膜20會完全落入該投射區域內，且濾光膜20的整體面積會小於照明光束I在濾光膜20位置的投射區域的面積。

圖3繪述了本發明另一實施例的投影機的概要示意圖。於本實施例中，投影機3包括有光源10、積分器12’、透鏡L、濾光片20’、全內反射稜鏡22及光閥30、。

本發明之「積分器」12’用語或稱光積分器，可用於光線的均勻化。積分器可分為兩種型式，即透鏡陣列(LENS ARRAY)或積分柱式(INTEGRATE ROD)。積分柱式光積分器可以是中空或非中空構造的杆、柱狀積分器。而透鏡陣列式積分器可以是一複眼透鏡。於本例中，積分器12’為一實心積分柱。

於本具體實施例中，光源10為一經封裝且具有螢光粉的白光發光二極體發光模組，可提供一照明光束I。積分器12’、光閥30、透鏡L及全內反射稜鏡22均設於照明光束I的行進路徑上。一濾光片(filter)20’設於積分器12’與光閥30之間並位於照明光束I的行進路徑上。於本實施例中，濾光片20’可位於透鏡L及全內反射稜鏡22之間，且濾光片20’的有效濾光範圍小於濾光片20’所在位置的照明光束範圍。於此「有效濾光範圍」是指濾光片中有濾色能力的全部區域，若濾光片的周緣有濾光能力，即使無光線通過，亦屬於有效濾光範圍的一部份。再者，照明光束I於濾光片20’沿垂直光軸方向的延伸平面可形成一投射區域，該投射區域即為濾光片20’所在位置的照明光束範圍。濾光片20’同樣可提供濾除或減弱特定區域強度相對較強的色光的效果，提高投影畫面的顏色均勻性。濾光片20’於積分器12’與光閥30之間的設置位置並不限定，如圖4所示，濾光片20’亦可設置於投影機4的積分器12’(或轉向鏡14)與透鏡L之間。

於上述實施例中，濾光片20’的型態並不限定且不限於片狀，其亦可以是膜片、鍍膜、濾光件等等，如衰減片、彩色濾光片、高通/低通濾光片、帶通濾光片、分色鏡等，即為其例。於本例中，濾光片20’為一可依比例過濾紅光的衰減片。再者，濾光片20’可獨立設置且可藉由一支撐件18支撐以設於積分器12’與全內反射稜鏡22之間的光路上。濾光片20’週邊的支撐件18例如可為透光的平板玻璃或是單一支撐桿而不限定，同時支撐件18可與濾光片20’的至少部份為一體成形(ONE PIECE FORMED)。

於一實施例中，濾光膜20(或濾光片20’)於垂直光軸方向上的長度，會小於光路前方的光學元件(例如透鏡L)或者光路後方的光學元件(例如全內反射稜鏡22)的通光孔徑(clear aperture)，或者同時小於其前、後光學元件的通光孔徑。於此「通光孔徑」用語是指透鏡或稜鏡表面形成以助產生光學性能的部分區域的直徑。舉例而言，透鏡或稜鏡於外周區域形成有一凸緣(flange)或其他結構用以供定位組裝等用途，該定位組裝結構是位於透鏡或稜鏡的光學有效直徑外。另外，濾光膜20及濾光片20’的出光表面可設於光學元件16或是光學元件22的光路上游，或是，設於光線進入各光學元件16、22前的位置。

再者，濾光膜20(或濾光片20’)欲濾除的色光種類及濾光區域完全不限定，本領域技術入員可依照實際需求，配置濾光膜20(或濾光片20’)於光路中的選定位置並應用於所需要的環境減少特定色光以達到畫面顏色均勻的效果。舉例而言，如圖5所示，濾光膜20(或濾光片20’)可同時設於光路上的不同光學元件且可分別濾除不同色光，例如投影機5的全內反射稜鏡22可膠合一紅色濾光片20’以減少紅光，且透鏡L表面的局部區域可鍍有綠色濾光膜20以減少綠光。

圖6A及圖6B分別顯示使用或未使用紅光濾鏡(dichroic mirror-RED)濾光的各色光強度區域分佈圖，其中橫坐標為由畫面中心(0)到最外緣(18)的不同測量位置點，橫坐標數值10至18為畫面最外圍的量測點，縱座標為紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)、白光(W)的歸一化強度百分比。圖6A及圖6B之數值取畫面中心點之亮度為最大值為100%而進行歸一化。由圖6A可看出畫面的角落區域的紅光較弱，故相對綠光/藍光的強度產生較大的落差，經濾光後因畫面中央區域的紅光的最大值減少，使得畫面上三色光(RGB)的強度分布如圖6B所示較為一致，達到畫面顏色均勻的效果。

藉由上述各個實施例的設計，藉由在光學元件表面上或不同光學元件之間，設置可濾除或減弱特定區域強度相對較強的色光的濾光結構，可改善畫面部分區域某顏色亮度過高，而與其他色光相較強度分布不均的問題，符合色均規格的要求。再者，當利用多台投影機拼接出一電視拼牆畫面時，因各個投影畫面具有良好的顏色均勻度，故拼接後的整體畫面顏色變化較為平順而具有較佳的視效。

本發明在運用時，各種細節可以自由變化。例如，前述的一例中有提及利用一尺度較小的濾光片，來過濾照明光線的中間部份紅色的光線，以達到均勻畫面中央、邊沿色彩強度的目的。但除了紅色濾光片外，亦可以改以過濾其他顏色光線的濾光片或濾光膜來達到相對的效果。另外，濾光片或濾光膜亦不以設置於光學表面的中央為限，需要時，其可按需要調整其設置的位置。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

Claims

一種投影機，包括：一光源，可輸出一照明光束；一均光元件，設於該照明光束的行進路徑上；一光閥，設於該照明光束的行進路徑上；以及一可透光的光學元件，設於該光閥及該均光元件之間，並位於照明光束的行進路徑上，該光學元件的一表面上設有一濾光膜，且該濾光膜的有效濾光範圍在該照明光束於該光學元件位置的照明範圍內，且該光學元件的該有效濾光範圍小於該照明範圍。
如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該可透光的光學元件係為一全內反射稜鏡，且該濾光膜被設置於該全內反射稜鏡之入光面。
如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該可透光的光學元件係為一透鏡，且該濾光膜被設置於該透鏡之表面。
一種投影機，包括：一光源，可輸出一照明光束；一積分器，設於該照明光束的行進路徑上；一光閥，設於該照明光束的行進路徑上；一可透光的光學元件，設於該光閥及該積分器之間，並位於該照明光束的行進路徑上；以及一濾光片，設於該光閥及該積分器之間，並位於該照明光束的行進路徑上，該濾光片的有效濾光範圍，小於在該濾光片所在位置的照明光束範圍。
如申請專利範圍第4項所述之投影機，其中該濾光片接合於該光學元件上。
如申請專利範圍第4項所述之投影機，其中該濾光片的出光表面設於該光學元件的光路上游。
如申請專利範圍第1或4項所述之投影機，其中該光學元件為一稜鏡。
如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該光閥及該光源之間並位於該照明光束的行進路徑上設有複數個透鏡，且該光學元件為該些透鏡中最靠近該光閥的透鏡。
如申請專利範圍第4項所述之投影機，其中該濾光片為一紅色濾光片，可過濾紅色光。
如申請專利範圍第4項所述之投影機，其中，沿該照明光束的行進路徑，依序包括該光源、該積分器、該濾光片、該光學元件以及該光閥，該積分器為一積分柱；該濾光片為一紅光濾光片，可過濾紅光，該光學元件為全反射稜鏡組，包括二稜鏡；該光閥為一數位微鏡元件。