CN102385230A - 光源系统及包含该光源系统的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种用于投影装置的光源系统及包含该光源系统的投影装置。该投影装置包含一成像系统及该光源系统。该光源系统包含一第一光源装置、一第二光源装置以及一第一光导引装置。该第一光源装置产生一可见光，并且该第二光源装置直接产生实质上单纯的一红外光。该第一光导引装置适以导引该可见光及该红外光至该成像系统进行处理，以使该可见光形成一可见光画面并且使该红外光形成一红外光画面。

Description

光源系统及包含该光源系统的投影装置

技术领域

本发明关于一种用于一投影装置的光源系统，特别是一种用以产生一可见光画面以及一红外光画面的一投影装置的光源系统。

背景技术

由于人类的眼睛只能观察到波长范围约400nm至700nm间的可见光，而于夜晚或可见光微弱时，存在于自然环境的物体所辐射的光(如月光、星光)的波长范围主要约为700nm至1,000nm间，因此人眼无法在黑暗的情况下观察到周围的环境。特别在军事作战时，如何在夜晚能够清楚观察周遭环境则显得非常重要。因此，在军事及民航中，用来训练飞行员的训练仿真器中，其夜间仿真是最主要的项目之一。

一般的夜视镜(Night vision goggle，NVG)能够让波长介于650nm～880nm之间的光(主要为红外光)，转换成为波长介于400nm～700nm之间的可见光。在大部份的情况下，人类眼睛较佳能够接收夜视镜所转换的可见光的波长接近在550nm。

请参阅图1A及图1B，已知的夜视投影机1可产生一可见光影像以及一红外光影像。请参阅图1A，模拟可见光画面时，经由控制开启光源11，关闭光源12，使光源11所产生的光线11a透过可见光滤光片112，再经由反射镜131、133的反射后，到达光处理组件14，被处理为可见光画面，最后经由镜片15投射出去。请参阅图1B，模拟夜视画面时，经由控制关闭光源11、启动光源12，使光源12所产生的光线12a穿过红外光滤光片122成为红外光后，经由反射镜132、134的反射，到达光处理组件14，被处理为红外光画面，最后同样经由镜片15投射出去，以呈现红外光画面。此时，使用者经由夜视镜，观看该红外光画面，以模拟夜间状况。然而，光源11、12所发出的光线11a及光线12a均须分别透过可见光滤光片112及红外光滤光片122的过滤后，再经由反射镜131、132、133、134多次的反射后才能分别形成可见光画面及红外光画面，因此光线11a及光线12a会在上述过滤及多次的反射过程中不断减损，影响所产生的画面的亮度。此外，可见光滤光片112及红外光滤光片122将吸收大量被过滤下来的光能，而产生大量的热能，造成诸多问题。另一方面，此种夜视投影机1因内部组件众多通常都会有体积庞大的缺点。

另一已知夜视仿真系统2，请参阅图2。追踪组件24追踪夜视镜21的观看方向，影像产生器23依据夜视镜21的观看方向，控制显示器22产生对应的红光画面至夜视镜21。此种方式，虽然能让使用者体验使用夜视镜时所观看的画面，然而此种仿真器需要复杂且精密的零件，并且无法多人同时观看同一红外光画面，降低夜间演练的临场感。另一方面，已知夜视仿真系统2无法提供可见光画面，当欲于同一场所提供进行日间演练的可见光画面时，尚需要透过其它设备的辅助。

有鉴于此，提供一种可用于投影装置的光源系统，可同时提供一般可见光的画面以及用于模拟夜间状况的红外光画面，无须繁杂的零件设备，并且提高亮度、光利用效率并降低热能产生，乃为此一业界期望达成的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够同时提供可见光画面以及红外光画面的投影装置及其光源系统，其具高亮度、高光利用效率及低热能产生的特性。

为达到上述目的，本发明投影装置包含一成像系统以及一光源系统，该光源装置包含一第一光源装置、一第二光源装置以及一第一光导引装置。该第一光源装置产生一可见光，并且该第二光源装置直接产生实质上单纯的一红外光。该第一光导引装置适以导引该可见光及该红外光至该成像系统进行处理，以使该可见光形成一可见光画面并且使该红外光形成一红外光画面。

为让上述目的、技术特征和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合所附图式进行详细说明。

附图说明

图1A为已知夜视投影机模拟可见光画面的示意图；

图1B为已知夜视投影机模拟红外光画面的示意图；

图2为已知夜视仿真系统的示意图；

图3A为本发明第一实施例的示意图；

图3B为本发明第一实施例的不同波段的光线依时序输出的示意图；

图4A为本发明第二实施例输出可见光画面的示意图；

图4B为本发明第二实施例输出红外光画面的示意图；以及

图5为本发明第三实施例的示意图。

主要组件符号说明：

1：夜视投影机                    11：光源

11a：光线                        112：可见光滤光片

12：光源                         12a：光线

122：红外光滤光片

131、132、133、134：反射镜

14：光处理组件                   15：镜片

2：夜视仿真系统                  21：夜视镜

22：显示器                       23：影像产生器

24：追踪组件

3：光源系统                      31：第一光源装置

311：红光光源                    312：绿光光源

313：蓝光光源                    32：第二光源装置

33：第一光导引装置               34：色轮

35：切换装置                     36：第二光导引装置

4：成像系统                      41：光处理组件

42a、42b、42c、42d：光处理组件

5：投影装置

L：可见光                        IR：红外光

R：红光                        G：绿光

B：蓝光

具体实施方式

首先请参图3A，本发明的投影装置5包含一成像系统4以及一光源系统3。光源系统3包含一第一光源装置31、一第二光源装置32以及一第一光导引装置33。第一光源装置31适以产生一可见光L，而第二光源装置32为一红外光光源。第二光源装置32以不经由红外光滤光片或其它间接的方式，直接产生实质上单纯的一红外光IR。第一光导引装置33适以导引可见光L及红外光IR输出至成像系统4进行处理，使可见光L形成一可见光画面，并使红外光IR形成一红外光画面。

其中，第二光源装置32直接产生实质上单纯的红外光，其波长范围介于650nm至880nm之间，符合夜视镜的频谱响应(spectral response)，可透过夜视镜观看，以模拟夜间状况。再者，第一光导引装置33包含一二色(dichroic)层，容许可见光L穿透并反射红外光IR至成像系统4。

于本发明中，成像系统4用以使可见光L及红外光IR分别形成可见光画面及红外光画面的光处理组件41，可为液晶显示(Liquid Crystal Display)组件、数字微镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)，或硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)组件，并且本发明的投影装置5可以是数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影装置或是液晶(Liquid Crystal Display，LCD)投影装置等具有投影显示功能的设备。

为方便说明，以下将以本发明较佳实施例进行详细描述。需说明者，本发明的较佳实施例并非用以限制本发明须在如较佳实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于较佳实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。

本发明的第一实施例请参考图3A及图3B。如图3B所示，第一光源装置31及第二光源装置32依时序控制，分别发出一红光R、一绿光G、一蓝光B及红外光IR。请参考图3A，当第一发光装置31依时序发出的红光R、绿光G、蓝光B时，将穿透第一光导引装置33输出至成像系统4的光处理组件41进行处理。红光R、绿光G及蓝光B被光处理组件41分别处理为一红光画面、一绿光画面及一蓝光画面，并投射出去，以重迭形成一可见光画面。随后，第二光源装置32接续第一光源装置31发出红外光IR，并经由第一光导引装置33的二色层反射，并导引至成像系统4，经由光处理组件41处理为红外光画面，并投射出去。

较佳地，第一光源装置31可包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管及一蓝光发光二极管，其依时序控制分别发出红光R、绿光G及蓝光B；而第二光源装置32可为直接发射实质上单纯的红外光IR的红外光发光二极管。抑或，第一光源装置31包含一红光激光光源、一绿光激光光源及一蓝光激光光源，其依时序控制分别发出红光R、绿光G及蓝光B；而第二光源装置32可为直接发射实质上单纯的红外光IR的红外光激光光源。

另需说明的是，在其它的变化方面中，第一光源装置31可以是将上述激光光源与发光二极管进行混搭，例如红光激光、绿光发光二极管及蓝光发光二极管。此外，绿光G的来源也可以是由蓝光激光或由蓝光发光二极管激发绿色荧光粉(图未示)以产生绿光G。同样地，红外光IR的来源也可以是红外光发光二极管及红外光激光光源的混搭。

本领域具通常知识者还可轻易推及，可使本实施例上述第一光导引装置33具有相反特性的二色层，并将第一光源装置31及第二光源装置32的位置颠倒，如此第一光导引装置33同样可将第一光源装置31所产生的可见光L反射至成像系统4，并让第二光源装置32所产生的红外光IR穿透至成像系统4，以产生并投射可见光画面及红外光画面。

本发明第二实施例请参阅第4A及4B图。本发明第二实施例与第一实施例不同在于，第一光源装置31为一白光光源，并且光源系统3更包含一色轮34(ColorWheel)及一切换装置35。经由依时序控制色轮34，使第一发光装置31的可见光L穿透色轮34时分别依时序过滤为红光R、绿光G及蓝光B。

于本实施例中，第一光源装置31可为一白光发光二极管、一高压气体放电灯(High Intensity Discharge Lamp，HID Lamp)或一超高压汞灯(Ultra High PressureLamp，UHP Lamp)。第二光源装置32可以是可发射红外光的发光二极管(Lightemitting diode，LED)或激光光源。

请参考图4A，由于本较佳实施例的第一光源装置31为白光光源，因此必需在第一光导引装置33与成像系统4之间设置色轮34。其中，色轮34包含一红色区段、一绿色区段、一蓝色区段以及一透明区段，可依时序控制分别将第一光源装置31的可见光L过滤为一红光R、一绿光G及一蓝光B，并于该透明区段容许第二光源装置32的红外光IR穿透。切换装置35设置于该第一光源装置31与第一光导引装置33间，用以控制可见光L进入第一光导引装置33。第一光导引装置33适以导引可见光L及红外光IR，并输出至成像系统4的光处理组件41进行处理，以使可见光L形成可见光画面，并且使红外光IR形成红外光画面。以下将对其过程进行更详细的叙述。

请参考图4A，第一光源装置31持续发出可见光L，当切换装置35远离第一光源装置31时，切换装置35允许第一光源装置31的可见光L进入第一光导引装置33。此时，第二光源装置32关闭。可见光L通过第一光导引装置33后，色轮34依时序控制依序旋转至红色区段、绿色区段、蓝色区段，使可见光L分别被色轮34过滤为红光R、绿光G及蓝光B，最后输出至成像系统4中，由光处理组件41分别处理为红光画面、绿光画面及蓝光画面，并投射出去，以重迭形成可见光画面。

请参考图4B，当色轮34旋转至透明区段时，切换装置35将位于第一光源装置31之前方，以阻挡可见光L进入第一光导引装置33，藉此避免可见光L进入成像系统4及光处理组件41。此时，第二光源装置32开启，并且直接产生实质上单纯的红外光IR至第一光导引装置33。第一光导引装置33将红外光IR反射至色轮34。此时，色轮34依时序控制使红外光IR穿透色轮34的透明区段，并使红外光IR输出至成像系统4的光处理组件41，以进行处理并形成红外光画面。

在此需注意者，若第二实施例的第一光源装置31采用白光发光二极管，则本实施例的光源系统3可不包含切换装置35，仅需于色轮34依时序控制使红外光IR穿透色轮34的透明区段时，关闭第一光源装置31的白光发光二极管，使其不发射可见光L。再者，如同第一实施例，本领域具通常知识者可轻易推及第一、第二光源装置31、32的变化方面。如同第一实施例，本实施例亦可使第二实施例的第一光导引装置33具有相反特性的二色层，并将第一光源装置31及第二光源装置32的位置颠倒，如此第一光源装置31所产生的可见光L以及第二光源装置32所产生的红外光IR仍可输出至成像系统4，以产生并投射可见光画面及红外光画面。

本发明的第三实施例请参阅图5。与前述实施例不同在于，本发明的第三实施例的成像系统包含四光处理组件42a、42b、42c、42d及一第二光导引装置36。其中，第一光源装置所产生的可见光区分为红光R、绿光G及蓝光B。于本实施例中，第一光源装置可包含产生红光R的一红光光源311、产生绿光G的一绿光光源312及产生蓝光B的一蓝光光源313，藉此分别产生红光R、绿光G及蓝光B。第一光源装置所产生的红光R、绿光G及蓝光B以及第二光源装置32所产生的红外光IR，分别对应输出至四光处理组件42a、42b、42c、42d，以分别使红光R形成红光画面，使绿光G形成绿光画面，使蓝光B形成蓝光画面，并使红外光IR形成红外光画面。

请参阅图5，光源系统3的第二光导引装置36选择性地导引红光画面、绿光画面及蓝光画面，以合并并形成为可见光画面，并输出至第一光导引装置33。

第一光导引装置33适以将可见光画面及红外光画面导引至成像系统中，并投射出去。于本实施例中，经由第一光导引装置33的二色层的特性，可见光画面将穿透第一光导引装置33进入成像系统，而红外光画面将经由第一光导引装置33反射，进入成像系统。

较佳地，本实施例的红光光源311、绿光光源312及蓝光光源313分别为产生红光R的一红光发光二极管、产生绿光G的一绿光发光二极管及产生蓝光B的一蓝光发光二极管。或者，第一光源装置的红光光源311、绿光光源312及蓝光光源313分别为一红光激光光源、一绿光激光光源及一蓝光激光光源。更如上文所述，发光二极管与激光两种光源之间可以混搭；绿光光源312也可以是透过蓝光激光或由蓝光发光二极管激发绿色荧光粉而得。再者，第二光导引装置36较佳地选自十字棱镜组(X-cube)及十字镜片组(X-plate)所成的群组，以选择性地导引并合并上述红光画面、绿光画面及蓝光画面，以形成为可见光画面。

本领域具通常知识者亦可轻易推及，可使第三实施例的第一光导引装置33具有相反特性的二色层，并将第一光源装置(如图5所示的红光光源311、绿光光源312及蓝光光源313)连同对应的光处理组件42a、42b、42c及第二光导引装置36的位置，与第二光源装置32连同对应的光处理组件42d的位置，相互颠倒。如此，第一光导引装置33亦可将第一光源装置所产生的可见光L反射至成像系统，并让第二光源装置32所产生的红外光IR穿透至成像系统，以产生并投射可见光画面及红外光画面。

于第三实施例中，第一光源装置亦可不包含分别产生红光R、绿光G及蓝光B的红光光源311、绿光光源312及蓝光光源313，而仅包含一产生白光的光源，并利用相对应的滤光片，将第一光源装置所产生的白光，分别过滤为红光R、绿光G及蓝光B，并利用光学组件将其分别导引至对应的光处理组件42a、42b、42c。

综上所述，本发明提供一种用于投影装置的光源系统，可以产生一可见光画面以及一红外光画面的光源系统，其中红外光画面经由一光源直接产生实质上单纯的红外光，并将该红外光进行处理后所产生。有别于其它已知的夜视仿真系统，本发明的光源系统可于同一设备中同时产生红外光画面以及可见光画面，无须繁杂的零件设备，并且无须红外光滤光片过滤产生红外光，藉此可避免红外光画面的亮度大幅降低，以及红外光滤光片吸收大量被过滤下来的光能，而产生大量的热能等诸多问题。

上述的较佳实施例仅用来例举本发明的实施方面，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求书为准。

Claims (23)

1.一种用于一投影装置的光源系统，该投影装置包含一成像系统，该光源系统包含：

一第一光源装置，产生一可见光；

一第二光源装置，直接产生实质上单纯的一红外光；以及

一第一光导引装置，适以导引该可见光及该红外光；

其中该光源系统适以输出该可见光及该红外光至该成像系统进行处理，以使该可见光形成一可见光画面，并且使该红外光形成一红外光画面。

2.如权利要求1所述的光源系统，其中该第二光源装置包含一可发射红外光的发光二极管或一可发射红外光的激光光源。

3.如权利要求1所述的光源系统，其中该投影装置的该成像系统更包含一光处理组件，该第一光导引装置适以导引该可见光及该红外光，并输出至该光处理组件，以使该可见光形成该可见光画面，并且使该红外光形成该红外光画面。

4.如权利要求3所述的光源系统，其中该第一光源装置为一白光光源，并且该光源系统更包含一色轮，设置于该第一光导引装置与该成像系统间，该色轮包含一红色区段、一绿色区段、一蓝色区段以及一透明区段，适以依时序控制分别将该可见光过滤为一红光、一绿光及一蓝光，并于该透明区段容许该红外光穿透。

5.如权利要求4所述的光源系统，其中该光源系统更包含一切换装置，设置于该第一光源装置与该第一光导引装置间，用以控制该可见光进入该第一光导引装置。

6.如权利要求4所述的光源系统，其中该第一光源装置为一高压气体放电灯或一起高压汞灯。

7.如权利要求4所述的光源系统，其中该第一光源装置包含一白光发光二极管。

8.如权利要求3所述的光源系统，其中该第一光源装置包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管及一蓝光发光二极管，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

9.如权利要求3所述的光源系统，其中该第一光源装置包含一红光激光光源、一绿光激光光源及一蓝光激光光源，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

10.如权利要求3所述的光源系统，其中该光处理组件为液晶显示组件、数字微镜装置，或硅基液晶组件。

11.如权利要求1所述的光源系统，其中该成像系统包含四光处理组件，该第一光源装置所产生的该可见光区分为一红光、一绿光及一蓝光，该第一光源装置所产生的该红光、该绿光及该蓝光以及该第二光源装置所产生的该红外光，分别对应输出至该四光处理组件，以分别使该红光形成一红光画面，使该绿光形成一绿光画面，使该蓝光形成一蓝光画面，并使该红外光形成该红外光画面，并且该光源系统更包含一第二光导引装置，该第二光导引装置选择性地导引该红光画面、该绿光画面及该蓝光画面形成为该可见光画面，输出至该第一光导引装置，以导引该可见光画面及该红外光画面至该成像系统。

12.如权利要求11所述的光源系统，其中该第二光导引装置选自十字棱镜组及十字镜片组所成的群组。

13.如权利要求11所述的光源系统，其中该第一光源装置包含产生该红光的一红光发光二极管、产生该绿光的一绿光发光二极管及产生该蓝光的一蓝光发光二极管，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

14.如权利要求11所述的光源系统，其中该第一光源装置包含一红光激光光源、一绿光激光光源及一蓝光激光光源，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

15.如权利要求11所述的光源系统，其中该等光处理组件为液晶显示组件、数字微镜装置，或硅基液晶组件。

16.如权利要求1所述的光源系统，其中该第一光导引装置包含一二色层，容许该可见光穿透并反射该红外光至该成像系统。

17.一种投影装置，包含：

一如权利要求1所述的光源系统；以及

一成像系统，接收该可见光及该红外光，以使该可见光形成一可见光画面，并且使该红外光形成一红外光画面。

18.如权利要求17所述的投影装置，其中该第二光源装置包含一可发射红外光的发光二极管或一可发射红外光的激光光源。

19.如权利要求17所述的投影装置，其中该投影装置的该成像系统更包含一光处理组件，该第一光导引装置适以导引该可见光及该红外光，并输出至该光处理组件，以使该可见光形成该可见光画面，并且使该红外光形成该红外光画面。

20.如权利要求19所述的投影装置，其中该第一光源装置为一白光光源，并且该光源系统更包含一色轮，设置于该第一光导引装置与该成像系统间，该色轮包含一红色区段、一绿色区段、一蓝色区段以及一透明区段，适以依时序控制分别将该可见光过滤为一红光、一绿光及一蓝光，并于该透明区段容许该红外光穿透。

21.如权利要求19所述的投影装置，其中该第一光源装置包含一红光发光二极管、一绿光发光二极管及一蓝光发光二极管，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

22.如权利要求19所述的投影装置，其中该第一光源装置包含一红光激光光源、一绿光激光光源及一蓝光激光光源，依时序控制分别发出一红光、一绿光及一蓝光。

23.如权利要求17所述的投影装置，其中该成像系统包含四光处理组件，该第一光源所产生的该可见光区分为一红光、一绿光及一蓝光，该第一光源所产生的该红光、该绿光及该蓝光以及该第二光源装置所产生的该红外光，分别对应输出至该四光处理组件进行处理，以分别使该红光形成一红光画面，使该绿光形成一绿光画面，使该蓝光形成一蓝光画面，并使该红外光形成该红外光画面，并且该光源系统更包含一第二光导引装置，该第二光导引装置选择性地导引该红光画面、该绿光画面及该蓝光画面形成为该可见光画面，输出至该第一光导引装置，以导引该可见光画面及该红外光画面至该成像系统。

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