CN103246146B - 立体投影光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种立体投影光源系统，包含一光源模块、一色轮模块、二反射器以及一波段滤色器。光源模块设置于色轮模块的一可转动的转盘的一第一侧，而二反射器及多波段滤色器则设置于转盘与第一侧相对的一第二侧，且多波段滤色器位于二反射器之间，与二反射器光耦合。通过此种配置，该立体投影光源系统可于不同时序，提供不同波段的光线至投影机的光阀，让投影机得以投射出一左眼视角影像及右眼视角影像给使用者观看，以构成一立体影像。

Description

立体投影光源系统

技术领域

本发明为一光源系统，特别为一立体投影光源系统。

背景技术

一般现有的立体投影光源系统，大多采用色轮或采用二液晶开关的方式，使一光源系统所产生的第一光线及第二光线分别被转换成左右眼视角影像，最后再将转换后的左右眼视角影像投射至观看者视域上。

详细而言，若以RGB色轮为例，采用色轮作为分光的光学元件时，色轮须具有至少六个滤色区，使左右眼各分配到三滤色区（红色滤色区、绿色滤色区及蓝色滤色区）。实际操作时，使用者仅需搭配一被动式眼镜即可观看到一立体影像。但此种配置的缺点在于，因色轮须至少涵盖六个滤色区，使得色轮的体积难以缩小；换言之，此种配置将难以实现立体投影光源系统的微型化的目标。

另一方面而言，若采用液晶开关作为分光的方式，虽液晶开关操作上不需机构动作，故可克服机构容易磨损的问题，但是却具有需精准地操作液晶开关的问题，而所需的操作精准度也较色轮高；此外，更需在设计上特别考虑注意同步的问题，否则会使使用者无法观看到一立体影像或是观看到的立体影像的质量不佳。简言之，使用液晶开关的立体投影光源系统较复杂，且成本不易降低。

因此，如何设计出可搭配被动式眼镜、具有较低成本、精简的光学配置、体积微型化或提升亮度的立体投影光源系统，乃为此业界亟需努力的目标。

发明内容

本发明的一目的为提供一种精简的光学配置的立体投影光源系统。而本发明的另一目的为提供一种体积微型化的立体投影光源系统。

为达上述目的，本发明所揭露的立体投影光源系统，包含一光源模块、一色轮模块、二反射器以及一多波段滤色器。光源模块设置于色轮模块的一可转动的转盘的一第一侧，而二反射器及多波段滤色器则设置于转盘与第一侧相对的一第二侧，且多波段滤色器位于二反射器之间，与二反射器光耦合。进一步而言，色轮模块的转盘具有一滤色区及沿着转盘径向对称滤色区设置的一反射区。滤色区随着转盘的转动而与二反射器光耦合。

实际操作时，光源模块分别用以产生一第一光线及一第二光线。第一光线与第二光线分别具有一光路，而色轮模块的滤色区及反射区分别设置于二光路上。当第一光线或第二光线通过滤色区时，第一光线或第二光线中具有一第一波段的一第三光线可通过滤色区；而第三光线通过滤色区后，与二反射器的其中一个光耦合，被反射器反射而进入多波段滤色器。最后，多波段滤色器仅使第三光线的具有第二波段的一第四光线通过其中，并反射第三光线的具有第三波段的一第五光线；若第一光线或第二光线射入转盘上的反射区时，则第一光线或第二光线被反射区反射。其中，第二波段及第三波段涵盖于第一波段之中。

为了让上述的目的、技术特征和优点能够更为本领域之人士所知悉并应用，下文以本发明的数个较佳实施形式以及附图进行详细的说明。

附图说明

图1为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式于第一时序的光路示意图；

图2为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式于第二时序的光路示意图；

图3为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式的色轮模块的转盘的主视图；

图4则为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式的多波段滤波器的波长与穿透率的关示意图；

图5为本发明的立体投影光源系统的第二实施形式于第一时序的光路示意图；

图6为本发明的立体投影光源系统的第二实施形式于第二时序的光路示意图；

图7为本发明的立体投影光源系统的第三实施形式于第一时序的光路示意图；

图8为本发明的立体投影光源系统的第三实施形式于第二时序的光路示意图；

图9为本发明的立体投影光源系统的第三实施例的分光元件组的部分元件的示意图；以及

图10为本发明的立体投影光源系统的色轮模块的转盘的又一实施形式的主视图。

其中，附图标记说明如下：

1、2、3：立体投影光源系统

12、22、32：光源模块

122、124、222、224、32：光源

12A：第一光线

12B：第二光线

14、24、34：色轮模块

141、241、341、441：转盘

142：滤色区

144：反射区

16、26：二反射器

162、164：反射器

17：第一透镜

18、28、38：多波段滤色器

19：均光元件

23：光再循环元件组

232、234：全反射棱镜

236：透镜

33：分光元件组

331：第一反射器

332：全内反射镜

333：第二反射器

334：透镜

具体实施方式

以下将通过实施方式来解释本发明内容，本发明关于一立体投影光源模块。需说明者，在下述实施形式以及附图中，关于实施方式的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以直接限制本发明，同时，以下实施形式及图式中，与本发明非直接相关的元件均已省略而未绘示；且图式中各元件间的尺寸关系以及元件数量仅为求容易了解，非用以限制实际比例、实际大小及实际数量。

请一并参考图1至图4，图1及图2分别为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式于第一时序与第二时序的光路示意图，图3为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式的色轮模块的主视图，而图4则为本发明的立体投影光源系统的第一实施形式的多波段滤波器的波长与穿透率的关系示意图。

于第一实施形式中，立体投影光源系统1可包含一光源模块12、一色轮模块14、二反射器16以及一多波段滤色器18。光源模块12可具有二光源122、124，且二光源122、124可分别产生一第一光线12A及一第二光线12B。该二光源122、124可分别为一高压汞灯等可产生全色光(白光)的光源，故第一光线12A及第二光线12B分别为一全色光。

色轮模块14具有一可转动的转盘141及一致动器（图未示出），该致动器连接转盘141，并可转动转盘141。为了清晰显示色轮模块14在立体投影光源系统1中与其它构件的相互搭配情况，仅绘示色轮模块14的转盘141。

光源模块12可设置于色轮模块14的转盘141的一第一侧(例如前侧)，而二反射器16及多波段滤色器18可设置于转盘141的与第一侧相对的一第二侧(例如后侧)。此外，色轮模块14的转盘141更具有一滤色区142（如图3所示）及沿着转盘141径向地对称设置的一反射区144（如图3所示）。本实施形式中，色轮模块14的滤色区142更可具有一红色滤光区、一绿色滤光区及一蓝色滤光区。

二反射器16（162、164）可分别为一反射镜，以至少反射红光、绿光及蓝光。此外，滤色区142随着转盘141的转动，可与该二反射器16的其中一个光耦合。

需说明的是，前述或后述所提及的“光耦合”泛指光学元件的间的光线相互传递的情形，也就是指，若两光学元件光耦合，表示其中一光学元件发出的光线可传递至另一光学元件上。

多波段滤色器18可与二反射器16光耦合。多波段滤色器18可为一透明板，其上设置有多层光学镀膜，以使多个特定波段的光线可通过其中，并使多个特定波段的光线反射。请参阅图4，本实施形式中，多波段滤色器18可使蓝色光线中的B2波段、绿色光线中的G2波段及红色光线中的R2波段反射，而使蓝色光线中的B 1波段、绿色光线中的G1波段及红色光线中的R1波段通过。

接着说明立体投影光源系统1的运作过程。为了易于理解及说明，立体投影光源系统1的运作过程被分成第一时序及第二时序来说明；此分法仅为说明上的便利，并非限制其操作的顺序。实际操作时，第一时序与第二时序为交替切换的状态。此外，为了方便理解，图1及图2中的不同波段的光线，皆采用不同的线段绘示。

请先参考图1及图3，于第一时序时，色轮模块14的反射区144转动至对应光源122的位置，换言之，反射区144此时设置于第一光线12A的光路上，而光源122产生的第一光线12A将被反射区144反射；当第一光线12A被反射区144反射后，则会被其它元件（图未示）遮蔽或吸收，无法通过转盘141。

色轮模块14的滤色区142则是转动至对应光源124的位置，换言之，此时滤色区142设置于第二光线12B的光路上，而光源124产生的第二光线12B将部分地通过滤色区142。详言之，第二光线12B中具有一第一波段的一第三光线（图中以虚线绘示）才能通过滤色区142，并非全部的第二光线12B皆通过滤色区142。

本实施形式中，滤色区142具有绿色滤色区、红色滤色区及蓝色滤色区，故第一波段对应为绿光、红光及蓝光的波段。随着转盘141的转动，绿色滤色区、红色滤色区及蓝色滤色区依序位于第二光线12B的光路，而可通过滤色区142的第三光线将依序为绿光、红光及蓝光；若滤色区142另具有一黄光滤色区时，第三光线还可为一黄光。

通过滤色区142的第三光线会传递至反射器162，然后被反射器162反射而抵达至多波段滤色器18。接着，多波段滤色器18使第三光线中具有一第二波段的一第四光线（图中以粗框线的箭头绘示）通过，第三光线中具有其余波段的光线则会被多波段滤色器18反射。第二波段为图4所示的B1、G1或R1波段，故第四光线仍为绿光、红光或蓝光，而第四光线的第二波段涵盖于第三光线的第一波段中。

第四光线接着传递至反射器164，被反射器164反射而进入一投影机的光阀（DMD、LCD或LCoS，图未示），使投影机投射出一视角影像（例如左眼视角影像）。

请接着参考图2及图3，于第二时序时，色轮模块14的反射区144转动至对应光源124的位置，换言之，反射区144此时设置于第二光线12B的光路上，而第二光线12B会被反射区144反射而无法通过转盘141。滤色区142则是转动至对应光源122的位置，亦即设置于第一光线12A的光路上。与第一时序的第二光线12B相似，只有第一光线12A中具有第一波段的第三光线（图中以虚线绘示）可通过滤色区142。

通过滤色区142的第三光线会被反射器164反射而传递至多波段滤色器18；接着，第三光线中具有第三波段的一第五光线（图中以粗框实线的箭头绘示）被多波段滤色器18反射，而第三光线中具有其余波段的光线则会穿过多波段滤色器18。第三波段为图4所示的B2、G2或R2波段，故第五光线仍为蓝光、绿光或红光，而第五光线的第三波段涵盖于第三光线的第一波段中。

尔后，第五光线传递至反射器164，然后被反射器164反射而进入投影机的光阀，使投影机投射出另一视角影像（例如右眼视角影像）。

简言之，通过以上配置，于不同时序中，投影机的光阀可分别接收到具有第二波段的第四光线及具有第三波段的第五光线，并将第四光线与第五光线分别形成左眼视角影像及右眼视角影像，投射给使用者观看。使用者可通过配戴具有特殊滤色器的眼镜，来使左眼只看到该左眼视角影像，而右眼指看到右眼视角影像，然后在脑中构成一立体影像。

立体投影光源系统1更可于反射器164的一侧，设置与反射器164光耦合的一均光元件19，以使第四光线与第五光线进入投影机的光阀前可先均匀化。均光元件19可为一阵列透镜（lens array）、一蝇眼透镜（fly lens）、一集光柱（integration rod）或一光导管（light tunnel）。

此外，立体投影光源系统1更可包含二第一透镜17，此二第一透镜17沿着色轮模块14的转盘141的轴向对称地设置，且此二第一透镜17设置于多波段滤色器18的相反的两侧。此二透镜17可将第四光线或第五光线准直。

请参考图5及图6，分别为本发明的立体投影光源系统的第二实施形式的第一时序与第二时序的光路示意图。与第一实施形式的立体投影光源系统1相似处在于，第二实施形式的立体投影光源系统2亦包含一光源模块22、一色轮模块24、二反射器26以及一多波段滤色器28，且光源模块22也具有二光源222、224，可分别产生一第一光线及一第二光线。

与立体投影光源系统1相异处有二：第一，立体投影光源系统2的光源222、224夹一角度，斜向设置于色轮模块24的转盘241的第一侧；第二，立体投影光源系统2更包含一光再循环元件组23，设置于二光源222、224与色轮模块24的转盘241之间。

光再循环元件组23可将被色轮模块24的反射区（同图3所示）被反射的第一或第二光线引导至色轮模块24的滤色区（同图3所示）。光再循环元件组23可包含二全内反射棱镜（TIR prism）232、234及二透镜236，其中，二全内反射棱镜232、234与二透镜236分别沿着转盘241的轴向对称地设置，且二透镜236设置于二全内反射棱镜232、234之间。

光再循环元件组23的功用将更详细说明如下。请参阅图5，立体投影光源系统2运作于第一时序时，色轮模块24的反射区转动至对应光源222的位置，使光源222所发出的第一光线被色轮模块24的反射区反射；然而，被反射区反射的第一光线可通过光再循环元件组23引导至色轮模块24的滤色区。

相似地，请参阅图6，立体投影光源系统2运作于第二时序时，色轮模块24的反射区转动至对应光源224的位置，使得光源224所发出的第二光线被色轮模块24的反射区反射；然而，被反射区反射的第一光线可通过光再循环元件组23引导至色轮模块24的滤色区。

由上述可知，通过光再循环元件组23，第一光线及第二光线皆可到达色轮模块24的滤色区，以部分地通过色轮模块24的滤色区。因此，立体投影光源系统2所输出至投影机的光阀的光线的亮度可大幅增加。

到达色轮模块24的滤色区后的第一光线及第二光线如何与滤色区作用，与第一实施形式的相似，故将省略说明之。

请参考图7至图9，图7及图8为本发明的立体投影光源系统的第三实施形式的第一时序与第二时序的光路示意图，图9则为本发明的立体投影光源系统的第三实施形式的光源模块的分光元件组的部分示意图。

本实施形式的立体投影光源系统3也包括色轮模块34、多波段滤色器38及反射器等与立体投影光源系统1或2相似的元件，而立体投影光源系统3与立体投影光源系统1、2相异处在于：立体投影光源系统3仅使用一光源32搭配一分光元件组33，来达成与立体投影光源系统1、2相似的功能。

详细而言，立体投影光源系统3的光源模块包含一光源32及一分光元件组33。光源32可产生一光线，分光元件组33与光源32光耦合，且分光元件组33设置于光源32与转盘341之间（皆设置于色轮模块34的转盘341的第一侧），用以将光源32所产生的光线分割成第一光线及第二光线。

分光元件组33可包含：一第一反射器331、一全内反射棱镜332、一第二反射器333及二透镜334；其中，全内反射棱镜332设置于第一反射器331及第二反射器332的间，二透镜334则沿着色轮模块34的转盘341的轴向对称地设置，且二透镜334设置于全内反射棱镜332及第二反射器333之间。

请参考图9，依据全内反射棱镜332的特性，入射角大于临界角的光线将被全内反射棱镜332的空气层反射，反之则穿透。利用此特性，光源32所产生的光线即可分割成第一光线及第二光线。

请参考图7，立体投影光源系统3运作于第一时序时，光源32与色轮模块34的反射区（同图3所示）相对，而光源32所产生的光线先进入分光元件组33的全内反射棱镜332。

光线中入射角大于全内反射棱镜332的临界值的第二光线会被反射，传递至第一反射器331，然后再次进入全内反射棱镜332中。此时第二光线的入射角小于临界角，故第二光线将会穿透全内反射棱镜332。通过二透镜334的调整后，第二光线被第二反射器333反射，抵达至色轮模块34的滤色区。

光源32所产生的光线中的第一光线因为入射角小于全内反射棱镜332的临界角，故第一光线可直接穿透全内反射棱镜332，然后被色轮模块34的反射区反射。被反射的第一光线会再次进入全反射棱镜332，被全反射棱镜332及第二反射器33引导至色轮模块332的滤色区(同图3所示)。

请参考图8，立体投影光源系统3运作于第二时序时，光源32与色轮模块34的滤色区相对，而光源32所产生的光线被分光元件组33分成第一光线及第二光线。第二光线会传递至色轮模块34的滤色区，而第一光线会传递至色轮模块34的反射区。第一光线被反射区141反射后，经由分光元件组33的导引，可传递至色轮模块34的滤色区。

由上述可知，无论是第一时序或是第二时序，光源32所产生的光线皆会抵达至色轮模块34的滤色区，而非如第一实施形式的立体投影光源系统1在任一时序内只有第一光线或第二光线才可抵达滤色区，因此立体投影光源系统3输出至投影机的光阀的光线的亮度也可大幅增加。

抵达色轮模块34的滤色区后的第一光线及第二光线如何与滤色区作用，与第一实施形式的相似，故将省略说明之。

请参考图10，为本发明的立体投影光源系统的色轮模块的转盘的又一实施形式的示意图。与第一实施形式的色轮模块14相异处在于：本实施形式的色轮模块的转盘441的反射区444亦具有三部分，与滤色区442的三部分间隔地设置；滤色区442及反射区444依然沿着转盘441的径向对称地设置。转盘441应用于立体投影光源系统1、2或3时，也可达成与转盘141一样的功能、作用。

综上所述，本发明的立体投影光源系统可于不同时序时，将不同波段的光线传递至投影机的光阀，使得投影机得以投射出一左眼视角影像及一右眼视角影像给使用者观看。此外，本发明的立体投影光源系统至少具有较低制造成本、精简的光学配置、体积微型化及提升输出光线的亮度的功效。

上述的实施形式仅用来例举本发明的实施形式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。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，本发明的权利保护范围应以权利要求书保护范围为准。

Claims (11)

1.一立体投影光源系统，包含：

一光源模块，用以分别产生一第一光线及一第二光线；

一色轮模块，具有一可转动的转盘，该光源模块设置于该转盘的一第一侧，该转盘具有一滤色区及一反射区，该滤色区及该反射区沿着该转盘的一径向对称地设置，且转盘转动时，该滤色区设置于该第一光线与该第二光线的任一光路上，同时该反射区设置于该第一光线与该第二光线的另一光路上，该滤色区用以让该第一光线或第二光线中具有一第一波段的一第三光线通过其中，而该反射区用以反射该第二光线或该第一光线；

其特征在于，还包含：

二反射器，设置于该转盘与该第一侧相对的一第二侧，该滤色区随着该转盘的转动而与该二反射器的其中一个光耦合；以及

一多波段滤色器，设置于该转盘的第二侧，位于该二反射器之间，且与该二反射器光耦合，该多波段滤色器用以让该第三光线中的具有一第二波段的一第四光线通过其中，并用以反射该第三光线中的具有一第三波段的一第五光线，而该第二波段及该第三波段涵盖于该第一波段中。

2.如权利要求1所述的立体投影光源系统，其特征在于，该第三光线为红光、绿光、黄光或蓝光。

3.如权利要求1所述的立体投影光源系统，其特征在于，该光源模块包含二光源，分别用以产生该第一光线及该第二光线。

4.如权利要求3所述的立体投影光源系统，其特征在于，该光源模块更包含一光再循环元件组，设置于该二光源与该转盘之间，用以将被该转盘的反射区反射的该第一光线或该第二光线引导至该转盘的滤色区。

5.如权利要求4所述的立体投影光源系统，其特征在于，该光再循环元件组包含二全内反射棱镜，该二全内反射棱镜沿着该转盘的一轴向对称地设置。

6.如权利要求5所述的立体投影光源系统，其特征在于，该光再循环元件组更包含二透镜，该二透镜沿着该转盘的轴向对称地设置，且该二透镜设置于该二全内反射棱镜之间。

7.如权利要求1所述的立体投影光源系统，其特征在于，该光源模块包含一光源以及一分光元件组，该光源用以产生一光线，该分光元件组与该光源光耦合，并设置于该光源与该转盘之间，用以将该光源所产生的光线分割成该第一光线及该第二光线。

8.如权利要求7所述的立体投影光源系统，其特征在于，该分光元件组包含一全内反射棱镜、一第一反射器及一第二反射器，该全内反射棱镜设置于该第一反射器及该第二反射器之间。

9.如权利要求8所述的立体投影光源系统，其特征在于，该分光元件组更包含二透镜，该二透镜沿着该转盘的轴向对称地设置，且该二透镜设置于该全内反射棱镜及该第二反射器之间。

10.如权利要求1至9的任一项所述的立体投影光源系统，其特征在于，更包含一均光元件，与该二反射器的其中一个光耦合，该均光元件为一阵列透镜、一蝇眼透镜、一集光柱或一光导管。

11.如权利要求1至9的任一项所述的立体投影光源系统，其特征在于，更包含二第一透镜，该二第一透镜沿着该转盘的轴向对称地设置，且该二第一透镜设置于该多波段滤色器的相反的两侧。