CN103376635A - 多光源多滤片投射装置和控制投射模块光源的方法 - Google Patents

Abstract

一种多光源多滤片投射装置和控制投射模块光源的方法。本发明公开了一种反向式投射装置，包括反射镜其法线与光源单元的入射光夹角45度；数字微镜组件芯片，至少两个微镜面的正偏角为Ω度，数字微镜组件芯片的法线与该微镜面的正偏角反射光夹角为(45+Ω)度，使得入射光与正偏角反射光反向。

Description

多光源多滤片投射装置和控制投射模块光源的方法

技术领域

本发明涉及一种投射模块，特别涉及一种多白光源，多滤片无色轮数字镜片投射装置。 

背景技术

传统的投射模块依据光机可以分为包括穿透式液晶式、数字镜片式(DMD)、硅基反射式等；而数字镜片式(DMD)采用德州仪器所开发的DLP系统，一般除以色轮分光。色轮分光包括白光光源，且包括至少两偏光片用以将白光分光成红、绿、蓝三色。利用数字微镜组件（digital micro-mirror device）及颜色转轮以进行投影。数字微镜组件包括数百万的微镜面部分而可以降低滤片之间或光源之间的性能或特性变化所产生的色差。驱动单元根据校正影像讯号以及颜色转轮的旋转状态以控制数字微镜组件的每一微镜面部分，其中校正单元校正影像讯号每一颜色的亮度讯号，其校正通过计算通过颜色转轮的每一滤片的光相对强度，以及利用当数字微镜组件的每一微镜面部分处于off状态时的光传感器的输出。色轮式需要转动马达，其耗电、产生热以及震动为其缺点。LED RGB式则光流明度太低，无法投摄大尺寸高流明影像。 

此外上述镜片以一正负角度反射光线，须投射至屏幕时为正角度，反之为负角度。若光路径控制不当，将使得不要的负角度光被数次反射进入屏幕造成干扰。此外基于上述正负角度关系，使得光机外观或光路径设计不易具有方形或矩形，而造成设计外观的困扰。因此，先前技术具有诸多缺点。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多光源多滤片投射装置和控制投射模块光源的方法。 

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种多光源多滤片投射装置，包括：三向导光装置；至少三白光单元配置于三向导光装置三边，用以产生光；三滤片，与白光单元一一对应配置，以利 于产生红、蓝及绿光；及数字微镜组件芯片，其上具有至少两个微镜面，每个微镜面的正偏角为Ω度，用以依序反射该红、蓝及绿光。所述的多光源多滤片投射装置，其中还包括反射镜，其法线与该光源单元的入射光夹角45度；该数字微镜组件芯片的法线与该反射镜的反射光夹角为45-Ω度，使得该入射光与该正偏角反射光反向。 

本发明为一种无色轮投影机或投射模块，包括：光源单元用以产生白光束；色光控制模块，耦接该光源单元用以切换该光源单元以发射一种光颜色；数字微镜组件芯片，具有至少两个镜面部分，每一该至少两个镜面部分被控制以反射该光源单元所馈入之光；以及，投射透镜组，配置于该数字微镜组件芯片的反射光路径中以投射影像。其中上述的光源单元包括有机发光组件、发光二极管、场放射发光组件、奈米碳管场放射发光组件、电致发光组件、雷射二极管用以放射光。 

一种投射装置，包括光源单元，用以产生光；反射镜，其法线与该光源单元的入射光夹角45度；数字微镜组件芯片，具有至少两个微镜面，每个微镜面的正偏角为Ω度(定义为与数字微镜组件芯片法线的偏角)，数字微镜组件芯片的法线与反射镜的反射光夹角(45-Ω)度，使得入射光与正偏角反射光反向。其中上述的光源单元包括有机发光组件、发光二极管、场放射组件、电致发光组件、雷射二极管。上述光源单元被控制使至少三色光的两色光被开启的时间不重迭、百分之五十的时间重迭、大于百分之五十的时间重迭或小于百分之五十的时间重迭，但不得完全重迭。所述的反向式投射装置，其中上述的反向式投射装置包括棱镜、X板或分色镜。反向式投射装置可整合或嵌入在一便携设备中，该便携设备包括笔记本电脑、手机、个人数字助理、游戏机、数字摄影机、数字相机、媒体播放器或全球卫星定位系统。 

一种投射装置包括：光源单元，用以产生光；反射镜，其法线与该光源单元的入射光夹角45度；数字微镜组件芯片，具有至少两个微镜面，每个微镜面的正偏角为Ω度(定义为与数字微镜组件芯片法线的偏角)，数字微镜组件芯片的法线与反射镜的反射光夹角Ω度；一偏极化分光器，配置于数字微镜组件芯片与反射镜之间，用以将数字微镜组件芯片的正偏角反射光45度转向，使得入 射光与正偏角反射光反向。上述光源单元包括有机发光组件、发光二极管、场放射组件、电致发光组件、雷射二极管。其中上述光源单元被控制使至少三色光的两色光被开启的时间不重迭、百分之五十的时间重迭、大于百分之五十的时间重迭或小于百分之五十的时间重迭，但不得完全重迭。上述反向式投射装置包括棱镜、X板或分色镜。其中反向式投射装置可整合或嵌入在一便携设备中，该便携设备包括笔记本电脑、手机、个人数字助理、游戏机、数字摄影机、数字相机、媒体播放器或全球卫星定位系统。 

一种控制投射模块光源的方法，包括：光源单元至少包括三色光源用以产生不同颜色的光，其中第一色光源具有第一流明度，第二色光源具有第二流明度，第三色光源具有第三流明度；利用控制模块，耦接光源单元用以控制该光源单元的第一色光源的第一开启时间，第二色光源的第二开启时间，第三色光源的第三开启时间，利用第一流明度、第二流明度以及第三流明度配合第一开启时间、第二开启时间、第三开启时间以得到所需的色彩需求与总流明度。其中该三色光的任意两色光开启的时间不重迭、百分之五十的时间重迭、大于百分之五十的时间重迭或小于百分之五十的时间重迭。 

每一镜面用以反射光源单元所馈入的光；以及投射透镜，配置于数字微镜组件芯片的光路径中以投射影像。其中切换方法可使得光子数目与节能源间做一取舍与平衡。 

附图说明

图1为本发明第一实施例示意图。 

图2为本发明透镜数组示意图。 

图3为本发明角度配置示意图。 

图4为本发明第二实施例示意图。 

【主要组件符号说明】 

白光源100W   红滤片101R       绿滤片101G 蓝滤片101B 

分色镜101    透镜组102、102A  反射镜104  透镜数组106 

数字微镜组件芯片（DMD）108 

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，本文举较佳实施例，并配合所附图式作详细说明如下，然下述各实施例只做一说明非用以限定本发明。本发明的手持通讯装置包括手机、个人数字助理、平板计算机、数字相机以及智能型手机9（smart phone）。手持无线通信装置一般包括移动电话、传呼装置、个人数字助理或类似的装置。上述无线通信装置的系统架构一般包括无线通信模块，可适用于双向传输的协议，移动电话以及个人数字助理至少包括双向通讯模块。以双向通讯模块而言，所使用的通讯协议为GSM、CDMA、PHS或双向呼叫器通讯协议等格式。上述无线通信装置包括一微处理器或中央处理单元以及一用户接口与微处理器耦合以利于指令的输入，其输入的方式可以为利用触控或声控语音输入。 

图1所示为本装置的功能方块图，光源可以采用白光LED、雷射二极管、白光灯泡、有机发光元、场发射发光装置可以作为光源。在一较佳实施例中，雷射与色光转换模块配置于雷射的光路径上。在一例子中，色光转换模块可以通过一有效率的雷射波长转换技术来完成，其可以透过材料的非线性特性而使新的波长转换的雷射产生。基于铁电物质非线性材料中的微结构设计，准相位匹配（QPM）可以用于补偿交互作用波之间的相位-速度匹配不符以有效地混波。准相位匹配（QPM）可以应用于雷射R、G、B显示。为了得到有效的波长转换，交互作用波之间的相位匹配系有必要的。透过非线性材料的双折射相位匹配技术得以达到上述的目的，其系将晶轴定位至一特定角度以达到特定的交互作用波长的相位匹配情况。举例而言，色光转换模块包括具有至少两个光栅的波导，其具有不同周期图样。色光转换模块可以包括波导组件。光栅型态可以采用均匀式光栅、并联式光栅、串联式光栅、扇出光栅以及频扰光栅。雷射得以依序提供辐射至色光转换模块藉此改变了入射光而分别形成红、绿以及蓝光。本发明系有关于投射模块应用于便携设备或单独的投影机。便携设备包括但不限定于手机、个人数字助理、smart phone、笔记本电脑、媒体播放器（MP3、MP4）、数字相机、全球卫星定位系统（GPS）等等。 

图1根据本发明的实施例图标，其中显示利用数字微镜组件（DMD）芯片108； 本案可以应用于不具色轮投影机，以1为例，三白色光100W、100W、100W环绕分色镜101三边配置，三滤光片101R、101G、101B分别对应三白色光100W、100W、100W用以过滤出红光、绿光及蓝光，而不直接采用RGB，基于LED流明度过低，固本案采用白光经由绿片过滤所需颜色，再以三向导光组件101导光以提升总流明度。三向导光组件101可以为X方块(X-CUBE)或X镜；随之包括透镜组102、102A以利于聚焦以及导光。 

本案的另一实施例目的之一在于使得入射光与经数字微镜组件反射的正偏角度光为反向，以利于所设计的光机为整齐形状，如矩形或方形，以利于具有较佳外观。先定义反射镜的入射光与数字微镜组件的正偏角度光为反向(180度)，故配置一反射镜104的法线与入射光方向夹角Δ=45度，假设数位微镜镜片正偏角度=负偏角度=Ω；数字微镜芯片表面(与法线垂直的面)与正偏角度光的反向夹角为θ；因此θ=(45-Ω)；因为反射镜104将入射光45度反射，且需要反射光要与正偏角度光方向垂直，所以数字微镜芯片法线与反射镜104反射线夹角为(45-Ω)度；故数字微镜芯片的法线与正偏角度光的方向夹角为45+Ω。举一例子而言，若数字微镜芯片上的数字镜片正偏角为12度，则数字微镜芯片法线与反射线夹角为33度(参见图3)；与正偏角度光的反向夹角为33度；也就是数字微镜芯片的法线与正偏角度光的方向夹角为45+12=57度。也就是当正偏角时，可以将光反射进入投射透镜，如此可以设计出一入射光与与数字微镜组件的正偏角度光为反向的光机，使得光机的光路径为垂直与水平，参见图3。 

如图1所示，本实施例的投影机光机包括透镜数组106位于反射镜104与数字微透镜芯片108间用以匀光参见图2。部分组件例如透镜放大器、换流器、校准部件以及驱动部件，可能需要提供。数字微镜组件芯片包括至少两个微镜面部分（未图标）由驱动部件所控制。驱动部件产生影像光以投射至屏幕，每一个微镜面部分的倾斜状态系根据彩色光源的切换状态。光源单元可以分别发射红、绿或蓝色的单色光。若无色轮式则须包括色光控制模块耦接光源单元以决定辐射那一种色彩的光发射。彩色光单元的切换造成光依着红、蓝以及绿色的顺序发射，并且切换的光输出至数字微镜组件芯片。在一较佳实施例中，色光控制模块致使光源单元依序与重复地发射红、蓝以及绿色光。色彩的交替次 序可以改变。彩色光源单元具有至少两色彩区段（color segment），若需要亮度亦可包括白光区段。在一较佳实施例中，光源单元包括红色区段，接着绿色区段，再依次为蓝色区段。为了增加影像亮度，每一个蓝色区段可以接着白光区段。换言之，在一个影像框受到至少三种不同颜色红、绿、蓝光的照射；故其切换的频率远快于影像框的讯号频率。 

影像讯号频率为S，至少三种不同颜色红、绿、蓝光的讯号R、G、B依序切换，其频率快于影像讯号频率；此实施例显示R、G、B频率依序出现不重迭，换言之，每一个影像框的时间内，每个颜色只开启1/3的时间，在一长时间计算下来，每个颜色的光只开启总时间的1/3的时间，故可以达节省电能效果。因此可以依据所需要呈现色光的时间长短配合其光原本身的流明度控制所要达到的总合成色彩。提升光子数目则可控制至少三种不同颜色红、绿、蓝光的切换频率；在此例中可使各色光的照射时间各有百分之五十的重迭，可提升单位时间内光子的数目以提升流明度。在此情形下，三色光的照射时间只有两色光产生重迭，亦即在第一种色光开启一半时间时，则开启第二种颜色的光，当地一种颜色的光关闭时，此时为第二种颜色光开启一半的时间，此时开启第三颜色的光；依此类推，在每一时间内，均有两种以上的光被开启，另一种颜色的光被关闭，可以提升照度。以上均可以采用色光控制模块加以控制开启时间。在一影像讯号时间内，三色光照射的时间的时序示意图，其中个两色光被开启照射的时间重迭超过(大于)开启或照射时间的百分之五十，但未完全重迭。如此可以提升光子照度，但是各色光开启的时间较长。其中可以参见，在第一种色光的部分时间，特别是在一半之前开始便有三种色光的重迭时间(三色光同时开启状态)。各两色光被开启照射的时间重迭未超过(小于)各色光开启或照射时间的百分之五十，如此可以提升光子照度。故可以依照上述所揭示方法以色光控制模块控制各色光的时序(timing)及照射的时间，使各两色光间产生部分重迭，如大于百分之五十的重迭，等于百分之五十的重迭或小于百分之五十的重迭；以在于光子数目(照度)与节省能源间可做一取舍或平衡。 

简言之，利用色光控制单元控制各个独立白色光的放射顺序与强弱度以利于混合成彩色，当个单色光自芯片反射时，可以使灰阶影像形成单色彩影像， 透过投射镜头110将各单色光的影像依序投射，再利用人眼视觉暂留现象，令人眼看到合成后的彩色影像。故本发明优点为无须采用复杂光学机构，可降低成本与简化结构。故，本发明大大减化光学机构。灰阶影像，而利用不需要彩色滤光片，因为彩色滤光片造成极大的遮光，造成流明度稍不足。若省却此滤光片，可以对于微型化有所帮助，可以提升流明度以及减少耗电。光源单元在一较佳实施例中，可为有机电致发光组件、雷射二极管、发光二极管、激发放射组件等。有机电致发光组件。 

数字微镜组件芯片包括至少两个镜面部分，控制每一个镜面部份使其处于第一倾斜状态或第二倾斜状态，并且反射从发光单元所馈入的光，以及处于第一倾斜状态时由控制模块进行切换。利用驱动单元的控制，并且根据一相对应的影像的讯号以及颜色控制单元，使得数字微镜组件芯片中的每一个微镜面部分处于第一倾斜状态或第二倾斜状态。一校准单元系用于接收影像讯号以及由光电转换组件所取得的电压，并通过接收电压校正影像讯号，并且输出校正影像讯号至驱动单元。 

可配置匀光器于光源与光导引装置间，或是配置光导引装置间与显示器间。匀光器可为一菲涅尔透镜位于光源之侧，光源位于大约其焦距处，可使点光源通过菲涅尔透镜成平行光速。菲涅尔透镜具有被截为一段一段曲率不变的不连续曲面，曲面被划分得很细，故看上去像一圈一圈的纹路，也就是菲涅尔透镜包括一系列同心圆纹路（即菲涅尔带)达到聚光效果，反之将光源置于焦距，可形成平行光速通过。且菲涅尔透镜同时降低厚度利于微型化。可被视作一系列的棱镜按照环形排列，其中边缘较为尖锐，而中心则是较为平滑的凸面。菲涅尔透镜的设计容许大幅度地削减透镜厚度及重量与体积。在光源前配置菲涅尔透镜可以适用于上述各实施例。亦可以使用准直器(collimator)或光栅或内部全反射透镜替换上述的菲涅尔透镜或与菲涅尔透镜共同使用以利于产生平行光。准直器包括一曲面镜片，光源置于其焦点。准直器面对光源的镜面的曲率较大，另一镜面的曲率较小。准直器亦可校正其他光学组件是否位于光轴上，故其不但可使光源成平行光束亦可做为校正用途。 

本发明可以整合至上述的便携设备如笔记本电脑、手机、个人数字助理、 游戏机、数字摄影机、数字相机或媒体播放器中。投影机或手持装置包括一无线传输模块耦接中央控制IC以无线传输数据，并且其也可以透过网络而传递手提式装置与一外部装置，例如无线网络基地台（AP）或计算机（区域或远程），之间的数据。无线传输模块1500可以与蓝芽规格、无线高传真规格（Wi-Fi）、WiMax规格、802.11x（802.11a,802.11b,802.11g,802.11n）规格兼容。上述光导引装置可以为X方块棱镜(X-cube)或是分色镜(dichroic mirror)。 

另一实施例，参见图4则将数字微透镜芯片的法线与反射光的入射光方向偏离一角度Ω，其余配置类似图1的例子。其上再配置偏极化分光器（PBS），使其正角度光可经过PBS，而使得光产生45度反射至屏幕。 

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种多光源多滤片投射装置，包括：

三向导光装置；

至少三白光单元配置于三向导光装置三边，用以产生光；

三滤片，与白光单元一一对应配置，以利于产生红、蓝及绿光；及

数字微镜组件芯片，其上具有至少两个微镜面，每个微镜面的正偏角为Ω度，用以依序反射该红、蓝及绿光。

2.根据权利要求1所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，还包括反射镜，其法线与白光单元的入射光夹角45度；该数字微镜组件芯片的法线与反射镜的反射光夹角为45-Ω度，使得入射光与正偏角反射光反向。

3.根据权利要求1所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，还包括反射镜，其法线与该光源单元的入射光夹角45度；数字微镜组件芯片，具有至少两个微镜面，每个微镜面的正偏角为Ω度，数字微镜组件芯片的法线与反射镜的反射光夹角Ω度；一偏极化分光器，配置于数字微镜组件芯片与反射镜之间，用以将数字微镜组件芯片的正偏角反射光45度转向，使得入射光与正偏角反射光反向。

4.根据权利要求1或2或3所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，上述白光单元包括机发光组件、发光二极管、场放射组件、电致发光组件、雷射二极管。

5.根据权利要求1或2或3所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，上述白光单元被控制使至少三色光的两色光被开启的时间不重迭、百分之五十的时间重迭、大于百分之五十的时间重迭或小于百分之五十的时间重迭，但不得完全重迭。

6.根据权利要求1或2或3所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，上述的三向导光装置包括棱镜、X镜或X方块。

7.根据权利要求1或2或3所述的多光源多滤片投射装置，其特征在于，所述多光源多滤片投射装置，投射装置可整合或嵌入在一便携设备中，该便携设备包括笔记本电脑、手机、个人数字助理、游戏机、数字摄影机、数字相机、媒体播放器、平板计算机或全球卫星定位系统。

8.一种控制投射模块光源的方法，特征在于，包括：

光源单元，包括第一光源、第二光源及第三光源；参滤片对应该第一光源、第二光源及第三光源配置用以产生不同颜色的光，其中该第一光源具有第一流明度，该第二光源具有第二流明度，该第三光源具有第三流明度；

利用控制模块，耦接光源单元用以控制光源单元的第一光源的第一开启时间，第二光源的第二开启时间，第三光源的第三开启时间，利用第一流明度、第二流明度以及第三流明度配合第一开启时间、第二开启时间、第三开启时间以得到所需的色彩需求或总流明度。

9.根据权利要求8所述控制投射模块光源的方法特征在于，还包括:

其中光源的任意两光源所开启的时间不重迭、百分之五十的时间重迭、大于百分之五十的时间重迭或小于百分之五十的时间重迭。

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