CN108710256B - 分光模块及应用其的投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分光模块及应用其的投影装置，分光模块包括第一基色光和第二基色光的第一光源、发射第三基色光的第二光源、色轮和调制器。色轮与第一光源和第二光源对齐，以用于将第一光源和第二光源的光分割成多个成像光。色轮上形成有第一颜色区段、第二颜色区段以及透明区段。第一个颜色区段允许第一基色光和第三基色光通过，第二颜色区段允许第二基色光和第三基色光通过。调制器耦合到第一光源、第二光源以及色轮，用于调制第一颜色区段上的第一光源的入射时间，以调整成像光中的第一基色光的输出率。本发明可以灵活地调整投影装置的CLO或亮度性能，而无需修改色轮上的颜色区段配置。

Description

分光模块及应用其的投影装置
技术领域
本发明涉及一种分光模块及应用其的投影装置，更具体地说，涉及一种藉由调制一种色光的入射时间来调整彩色光输出的分光模块及应用其的投影装置，其中，该种色光是由色轮上的第二颜色区段上的两个基色光混合而成。
背景技术
DLP(Digital Light Processing)是应用镜像反射成像原理投影彩色影像的投影技术。传统的DLP投影机通常包括光源、色轮、DMD(数字微镜组件)和投影镜头模块。DLP投影机的光路描述如下：首先，由光源发出的光(例如白光)通过形成在色轮上的不同颜色区段(例如RGB颜色区段)以产生多个不同的成像光(例如RGB色光)。随后，成像光经过几次反射或折射之后到达数字微镜组件。最后，投影镜头模块接收由数字微镜组件调制的成像光，以投影对应的彩色影像。
然而，上述分光设计会导致投影出的彩色影像的亮度与CLO(Color LightOutput，彩色光输出)呈负相关。例如，若要增强投影的彩色影像的红色光输出，则需要修改色轮的色彩区段配置以扩大色轮上的红色区段，如此便大大降低了投影的彩色图像的亮度。相反地，若要增加投影的彩色图像的亮度，则需要修改色轮的颜色区段配置以扩展色轮上的透明区段，如此便减少了色轮上的RGB颜色区段。因此，随着亮度的增加，投影的彩色图像的颜色性能受到影响。总之，一旦确定了色轮的彩色区段配置，上述问题极大地限制了DLP投影机在亮度和CLO方面的调整灵活性。
此外，在现有技术中，DLP投影机通常需要利用高转速(如240HZ)的色轮来投影分辨率较高(如4K分辨率)的彩色影像。但是，上述高速色轮不仅增加了DLP投影机的制造成本，而且DLP投影机的操作也会引起恼人的振动和噪音。
发明内容
本发明的目的在于提出一种分光模块及应用其的投影装置，可以灵活地调整投影装置的CLO或亮度性能。
根据本发明的一实施例，提出一种分光模块，包括：至少一个第一光源，用于发射第一色光，该第一色光包括第一基色光和第二基色光；至少一个第二光源，用于发射第二色光，该第二色光包括第三基色光；色轮，与该第一光源和该第二光源对齐，以用于在一个循环周期内将该第一色光和该第二色光分割成多个成像光，该色轮上形成有第一颜色区段、第二颜色区段以及透明区段，该第一颜色区段允许该第二色光和该第一基色光通过，该第二颜色区段允许该第二色光及该第二基色光通过；以及调制器，耦合至该第一光源、该第二光源和该色轮，以选择性地调制该第一颜色区段上的该第一色光的第一入射时间以调整该多个成像光中的该第一基色光的第一输出率，调制该第二颜色区段上的该第一色光的第二入射时间以调整该多个成像光中该第二基色光的第二输出率，以及调制该透明区段上的该第一色光的第三入射时间以执行该多个成像光的亮度调整。
作为可选的技术方案，该第一基色光是红光，该第二基色光是绿光，该第三基色光是蓝光，该第一色光包括由该红光和该绿光混合而成的黄光，该第一颜色区段是品红色区段，该第二颜色区段是青色区段，该色轮分割该第一色光和该第二色光以输出RGBY格式的该多个成像光。
作为可选的技术方案，该调制器增加该第一颜色区段上的该第一色光的该第一入射时间，以增加该循环周期内该多个成像光中的该红光的该第一输出率。
作为可选的技术方案，该调制器调整该色轮与该第一光源和该第二光源之间的延迟时间，以调整亮度。
作为可选的技术方案，该第一颜色区段包括第一子区段和第二子区段，该第二颜色区段包括第三子区段和第四子区段，该透明区段包括第五子区段和第六子区段，该色轮上的该第一子区段、该第三子区段和该第五子区段分别与该第二子区段、该第四子区段和该第六子区段对称分布。
作为可选的技术方案，于该循环周期内，当该调制器调制该第一色光、该第二色光或该色轮以将该第二色光发射至该第一子区段和该第二子区段，及将该第一色光发射至该第一子区段、该第二子区段、该第三子区段、该第四子区段、该第五子区段和该第六子区段时，该多个成像光包括两组RGBY色光。
作为可选的技术方案，该调制器将该色轮的旋转延迟半个周期的时间，以在该循环周期内，调制发射至该第五子区段和该第六子区段的该第二色光，以及调制发射至该第一子区段、该第二子区段、该第三子区段、该第四子区段、该第五子区段和该第六子区段的该第一色光。
作为可选的技术方案，该调制器依据该多个成像光亮度增强的驱动波形来调制该第一光源或该第二光源。
作为可选的技术方案，该第二色光还包括该第一基色光和该第二基色光中的其中之一。
根据本发明的另一实施例，还提出一种投影装置，包括上述所述的分光模块；以及成像投影系统，用于接收多个成像光以形成并投影彩色影像，
与现有技术相比，本发明提出一种分光模块及应用其的投影装置，分光模块对色轮的第一颜色区段、第二颜色区段或透明区段的第一色光(由两基色光混合)的入射时间进行调制，以灵活地调整投影装置的CLO或亮度性能，而无需修改色轮上的颜色区段配置。如此，本发明可以大大提高投影装置的亮度和CLO调节的灵活性。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的投影装置的示意图；
图2是图1中的第一色光及第二色光穿过第一颜色区段、第二颜色区段及透明区段以产生成像光的次序图；
图3是图1的投影装置的亮度-CLO的关系示意图；
图4是根据本发明另一实施例的色轮的示意图；
图5是第一色光及第二色光穿过图4中的第一颜色区段、第二颜色区段及透明区段以产生成像光的次序图；
图6是图4中的色轮的亮度-CLO的关系示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参考图1，图1是根据本发明一实施例的投影装置10的示意图。投影装置10较佳为DLP投影机，但不以此为限。投影装置10包括分光模块12及成像投影系统14，成像投影系统14用以接收分光模块12所分割出的成像光以形成并投影相应的彩色影像。成像投影系统14包括通常应用于彩色影像投影的光学投影组件(例如数字微镜组件、投影仪镜头模块等)，由于其在现有技术中常见，故在此不再赘述。
如图1所示，分光模块12包括至少一个第一光源16、至少一个第二光源18、色轮20和调制器22，图1中仅示意出一个第一光源16和一个第二光源18，仅但不限于此。第一光源16和第二光源18是适用于常规光学投影机的任何光源，例如激光二极管、LED(发光二极管)、LED阵列或其他固态资源。于本实施例中，第一光源16发射第一色光L1，第一色光L1包括第一基色光和第二基色光，第二光源18发射第二色光L2，第二色光L2包括第三基色光，但本发明不限于此，于其他实施例中也可以采用这样的设计：第二色光L2由第一基色光和第二基色光两者中的任一种与第三基色光混合，例如品红色光由红色和蓝色混合。
色轮20与第一光源16和第二光源18对齐，以用于在一个循环周期(Duty Cycle)内将第一色光L1和第二色光L2分割成多个成像光。色轮20上形成有第一颜色区段S1、第二颜色区段S2以及透明区段S3，第一颜色区段S1是允许第二色光L2以及第一色光L1的第一基色光通过的颜色区段，第二颜色区段S2是允许第二色光L2以及第一色光L1的第二基色光通过的颜色区段。
调制器22耦合至第一光源16、第二光源18和色轮20，以选择性地调制第一颜色区段S1上的第一色光L1的第一入射时间以调整多个成像光中第一基色光的第一输出率，调制第二颜色区段S2上的第一色光L1的第二入射时间以调整多个成像光中第二基色光的第二输出率，以及调制透明区段S3上的第一色光L1的第三入射时间以执行多个成像光的亮度调整。
值得注意的是，优选地，调制器22依据多个成像光亮度增强的驱动波形来调制第一光源16或第二光源18，以降低投影装置10在彩色影像投影中的亮度损失。也就是说，调制器22使用强化脉冲的特定波形来增强特定成像光(例如红光)的亮度。在实际应用中，投影装置10的亮度(Brightness)与CLO性能的关系如图3所示，即，与现有技术相比，本发明在增强投影装置10的CLO性能时可以大大降低亮度损失。关于上述波形驱动方法的相关描述，由于其为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
接下来将对投影装置10的亮度和CLO调整作更详细地描述。请一并参考图1、图2及图3，图2是图1中的第一色光L1及第二色光L2穿过第一颜色区段S1、第二颜色区段S2及透明区段S3以产生成像光L3、L4、L5及L6的次序图，图3是图1的投影装置10的亮度-CLO的关系示意图。于本实施例中，第一基色光是红光，第二基色光是绿光，第三基色光是蓝光，第一色光L1包括由红光和绿光混合而成的黄光，第一颜色区段S1是品红色(由红色和蓝色混合)区段，并且第二颜色区段S2是青色(由绿色和蓝色混合)区段，但不限于此。相应地，如图2(a)所示，第一色光L1穿过第一颜色区段S1、第二颜色区段S2和透明区段S3以产生成像光L3(红色)、成像光L5(绿色)和成像光L6(黄色)，并且第二色光L2穿过第一颜色区段S1以产生成像光L4(蓝色)。也就是说，在一个循环周期内，色轮20分割第一色光L1和第二色光L2以输出RGBY格式的成像光L3、L4、L5、L6以用于后续的彩色影像投影。
若要调整投影装置10的CLO性能，投影装置10利用调制器22适当地调节色轮20与第一光源16、第二光源18之间的延迟时间以实现调整CLO的目的。例如，如图2(b)所示，调制器22增加第一颜色区段S1上的第一色光L1的第一入射时间，以增加第一色光L1与第一颜色区段S1之间的重叠，第一颜色区段S1用于允许第一色光L1的第一基色光(红色)穿过的颜色区段。如此，循环周期内的成像光L3(红色)的第一输出率相应地增加，据此增强投影装置10的CLO性能。此外，如图2(c)所示，调制器22可进一步增加第一颜色区段S1上的第一色光L1的第一入射时间，以使第一色光L1穿过第一颜色区段S1、第二颜色区段S2及透光区段S3，同时使得第二色光L2仅穿过第二颜色区段S2。因此，循环周期内的成像光L3(红色)的第一输出率可以最大化，以进一步增强投影装置10的CLO性能。关于循环周期内的第一色光的第二基色光(绿色)的第二输出率的调节，相关描述可以根据上述描述进行类推，在此不再赘述。
另一方面，若需调整投影装置10的亮度性能，则投影装置10也可利用调制器22来适当地调整色轮20与第一光源16、第二光源18之间的延迟时间以实现调整亮度的目的。例如，如图2(a)所示，调制器22可以增加透明区段S3上的第一色光L1的第一入射时间，以使第一色光L1与透明区段S3之间的重叠最大化。因此，循环周期内的成像光L6(黄色)的输出率可以最大化，以提高投影装置10的亮度性能。
与现有技术相比，本发明提供的分光模块对色轮的第一颜色区段、第二颜色区段或透明区段的第一色光(由两基色光混合)的入射时间进行调制，以灵活地调整投影装置的CLO或亮度性能，而无需修改色轮上的颜色区段配置。如此，本发明可以大大提高投影装置的亮度和CLO调节的灵活性。
应该提及的是，色轮的颜色区段配置并不限于上述实施例。请参考图4、及图6，图4是根据本发明另一实施例的色轮20’的示意图，图5是第一色光L1及第二色光L2穿过图4中的第一颜色区段S1’、第二颜色区段S2’及透明区段S3’以产生成像光L3、L4、L5及L6的次序图，图6是图4中的色轮20’的亮度-CLO的关系示意图。在本实施例和前述实施例中提到的组件都表示具有相似的结构和功能。如图4和图5所示，色轮20’具有第一颜色区段S1’、第二颜色区段S2’及透明区段S3’。第一颜色区段S1’包括第一子区段S11和第二子区段S12，第二颜色区段S2’包括第三子区段S21和第四子区段S22，透明区段S3’包括第五子区段S31和第六子区段S32。如图4所示，色轮20’上的第一子区段S11、第三子区段S21和第五子区段S31分别与第二子区段S12、第四子区段S22和第六子区段S32对称分布。
通过上述设计，在一个循环周期内，色轮20’可以将第一色光L1和第二色光L2分割成包括两组RGBY色光的多个成像光。例如，在本实施例中，第一色光L1包括由红光和绿光混合的黄光，第二色光L2包括蓝光，第一颜色区段S1为品红色区段，第二颜色区段S2是青色区段，但不限于此。相应地，如图5(a)所示，第一色光L1穿过第一子区段S11、第二子区段S12、第三子区段S21、第四子区段S22、第五子区段S31和第六子区段S32，以输出两个成像光L3(红色)、两个成像光L5(绿色)和两个成像光L6(黄色)。此外，第二色光L2穿过第一子区段S11和第二子区段S12以生成两个成像光L4(蓝色)。也就是说，在一个循环周期内，色轮20’分割第一色光L1和第二色光L2以输出两组RGBY色光，以适用4K影像投影而无需增加色轮20’的旋转速度或利用新的高速色轮代替色轮20’。实际应用中，色轮20’对应的亮度与CLO的关系如图3所示。亦即，与现有技术相比，本发明在增强CLO性能时可以大大降低亮度损失。
因此，本发明可以解决现有技术中高速色轮增加DLP投影机的制造成本亦即DLP投影机操作时带来的恼人的振动和噪音等技术问题，而且，,图4所示的上述对称布置的设计，可以减少色轮20’上的轮辐的数量，从而增强色轮20’对应的CLO性能。
类似地，调制器22(图4～图6中未示出)可以适当地调制色轮20’与第一色光L1、第二色光L2之间的延迟时间，以实现调整CLO的目的。例如，如图5(b)所示，调制器22可将色轮20’的旋转延迟半个周期的时间，以在一个循环周期内，调制发射至第五子区段S31和第六子区段S32的第二色光L2，以及调制发射至第一颜色区段S1’、第二颜色区段S2’和透明区段S3’的第一色光L1。因此，在该循环周期内的成像光L3(红色)的输出率可以最大化，以进一步提高CLO性能。
综上所述，本发明提供一种分光模块及应用其的投影装置，分光模块对色轮的第一颜色区段、第二颜色区段或透明区段的第一色光(由两基色光混合)的入射时间进行调制，以灵活地调整投影装置的CLO或亮度性能，而无需修改色轮上的颜色区段配置。如此，本发明可以大大提高投影装置的亮度和CLO调节的灵活性。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种分光模块，其特征在于，包括：
至少一个第一光源，用于发射第一色光，该第一色光包括第一基色光和第二基色光；
至少一个第二光源，用于发射第二色光，该第二色光包括第三基色光；
色轮，与该第一光源和该第二光源对齐，以用于在一个循环周期内将该第一色光和该第二色光分割成多个成像光，该色轮上形成有第一颜色区段、第二颜色区段以及透明区段，该第一颜色区段允许该第二色光和该第一基色光通过，该第二颜色区段允许该第二色光及该第二基色光通过；以及
调制器，耦合至该第一光源、该第二光源和该色轮，以选择性地调制该第一颜色区段上的该第一色光的第一入射时间以调整该多个成像光中的该第一基色光的第一输出率，调制该第二颜色区段上的该第一色光的第二入射时间以调整该多个成像光中该第二基色光的第二输出率，以及调制该透明区段上的该第一色光的第三入射时间以执行该多个成像光的亮度调整。
2.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，该第一基色光是红光，该第二基色光是绿光，该第三基色光是蓝光，该第一色光包括由该红光和该绿光混合而成的黄光，该第一颜色区段是品红色区段，该第二颜色区段是青色区段，该色轮分割该第一色光和该第二色光以输出RGBY格式的该多个成像光。
3.如权利要求2所述的分光模块，其特征在于，该调制器增加该第一颜色区段上的该第一色光的该第一入射时间，以增加该循环周期内该多个成像光中的该红光的该第一输出率。
4.如权利要求2所述的分光模块，其特征在于，该调制器调整该色轮与该第一光源和该第二光源之间的延迟时间，以调整亮度。
5.如权利要求2所述的分光模块，其特征在于，该第一颜色区段包括第一子区段和第二子区段，该第二颜色区段包括第三子区段和第四子区段，该透明区段包括第五子区段和第六子区段，该色轮上的该第一子区段、该第三子区段和该第五子区段分别与该第二子区段、该第四子区段和该第六子区段对称分布。
6.如权利要求5所述的分光模块，其特征在于，于该循环周期内，当该调制器调制该第一色光、该第二色光或该色轮以将该第二色光发射至该第一子区段和该第二子区段，及将该第一色光发射至该第一子区段、该第二子区段、该第三子区段、该第四子区段、该第五子区段和该第六子区段时，该多个成像光包括两组RGBY色光。
7.如权利要求6所述的分光模块，其特征在于，该调制器将该色轮的旋转延迟半个周期的时间，以在该循环周期内，调制发射至该第五子区段和该第六子区段的该第二色光，以及调制发射至该第一子区段、该第二子区段、该第三子区段、该第四子区段、该第五子区段和该第六子区段的该第一色光。
8.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，该调制器依据该多个成像光亮度增强的驱动波形来调制该第一光源或该第二光源。
9.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，于该循环周期内，该调制器调制该第一色光、该第二色光或该色轮以将该第二色光发射至该第一颜色区段，及将该第一色光发射至该第一颜色区段、该第二颜色区段以及该透明区段。
10.一种投影装置，其特征在于，包括上述权利要求1～9项任意一项所述的分光模块；以及
成像投影系统，用于接收多个成像光以形成并投影彩色影像。
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