CN109212878A - 投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影系统，包括光源、投影透镜以及调光光栏元件。光源用以发出第一光线，第一光线具有第一主波长范围与第二主波长范围。投影透镜设置于第一光线的路径上。调光光栏元件设置于光源与投影透镜之间，调光光栏元件具有开口以及位于开口外侧的遮光区，开口内设有滤光片，其中部分第一光线被遮光区阻挡，而通过开口的其余第一光线中对应第一主波长范围的波段通过开口，第二主波长范围的波段被滤光片阻挡而成为第二光线，使第二光线相对于第一光线具有窄波长范围。

Description

投影系统

技术领域

本发明是有关于一种投影系统，且特别是有关于一种具有宽色域影像输出的投影系统。

背景技术

因应现今市场对电子产品的轻、薄、短、小的趋势，传统的投影机亦开始朝微型化及高色彩表现发展。微型投影机便于随身携带，不仅可制成携带式微型投影机外，更应用于各式现有的电子产品上，例如内建于手机、多媒体播放器、笔记型电脑等，藉以扩充电子产品的功能多样性。

在投影系统中，用以对发光元件的光线进行调整的光学元件例如光阀、透镜等，光阀可为数位微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、液晶开关元件。为了光学上的高亮度表现，目前微型投影机多采用红光、绿光、蓝光三原色的发光二极管作为光源，直接将三色光线投射至数位微镜元件(DMD)进行成像。

然而，在色彩表现上，黄光能量过高会影响绿光输出的色座标位置，使得投影系统输出的影像的色域变小，且绿光输出的颜色偏黄而产生色差，因此无法满足DCI-P3色域标准规范的宽色域需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种投影系统，可对影像光进行纯化，以提高影像光的色彩表现。

根据本发明一方面，提出一种投影系统，包括光源、投影透镜以及调光光栏元件。光源用以发出第一光线，第一光线具有第一主波长范围与第二主波长范围。投影透镜设置于第一光线的路径上。调光光栏元件设置于光源与投影透镜之间，调光光栏元件具有一开口以及位于开口外侧的遮光区，开口内设有一滤光片，其中部分第一光线被遮光区阻挡，而通过开口之其余第一光线中，对应第一主波长范围的波段通过开口，第二主波长范围的波段被滤光片阻挡而成为第二光线，使第二光线相对于第一光线具有一窄波长范围。

优选的，该光源用以发出可见光，该投影系统还包括滤光装置，用以过滤该可见光，使该可见光中的该第一光线通过。

优选的，还包括光管，用以将该第一光线限制于通往该投影透镜的光路上，其中该调光光栏元件位于该光管与该投影透镜之间。

优选的，还包括数位微镜元件，设置于该第一光线或该第二光线通往该投影透镜的光路上，该数位微镜元件包括多个微型反射镜面，其中该调光光栏元件位于该光管与该数位微镜元件之间或该数位微镜元件与该投影透镜之间，该投影系统还包括至少一聚光透镜以及一反射镜，该聚光透镜设置于该光管与该数位微镜元件之间，该反射镜设置于该聚光透镜与该数位微镜元件之间，用以反射该第一光线或该第二光线至该多个微型反射镜面，其中第一光线或该第二光线入射至该些微型反射镜面的角度可调整。

优选的，该调光光栏元件的该开口形状为圆形。

优选的，该调光光栏元件的该圆形开口边缘具有内凹轮廓。

优选的，该遮光区环绕该开口周围，使中间部分成为圆形或椭圆形的透光区。

优选的，该调光光栏元件为整片滤光元件所组成，并于该滤光元件上，以遮蔽方式形成该遮光区，只留下该开口可透光。

优选的，该调光光栏元件的遮蔽方式为以不透光材料涂布、蒸镀或粘贴。

优选的，该滤光片以镶嵌方式镶嵌于该开口中。

与现有技术相对比，本发明投影系统可将部分入射光的边缘能量消减而形成暗场，进而提高色彩的对比，并且可对影像光进行纯化，以提高影像光的色彩表现。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B分别绘示各色光波长的穿透率示意图。

图2A及图2B分别绘示依照本发明一实施例的投影系统的示意图。

图3绘示依照本发明另一实施例的调光光栏元件的位置示意图。

图4绘示依照本发明一实施例的投影系统中的调光光栏元件的示意图。

图5绘示依照本发明另一实施例的投影系统中的调光光栏元件的示意图。

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。

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。

本实施例提出一种投影系统，用以投射影像光于萤幕上。如图2A所示(需要说明的是，本实施例中仅参考图2A中的部分元件，图2A的图示并不限制本申请范围)，投影系统100包括光源110、投影透镜130以及调光光栏元件140。光源110用于发出第一光线L1，第一光线L1包括第一主波长范围以及第二主波长范围。投影透镜130设置于第一光线的路径上，用于投射影像。调光光栏元件140设置于光源110与投影透镜130之间。

光源110例如是发光二极管、激光二极管、金属卤素灯泡、UHE灯泡或UHP灯泡等适用于照明或光学投影的元件，统称为发光元件。此外，发光元件发出的光线还可经由光学元件进行调整，光学元件可包括准直透镜、均光元件(例如透镜矩阵、积分柱)、投影透镜等。另外，发光元件发出的光线还可经由其他光学元件进行调整，例如滤光装置(例如色轮、彩色滤光片)、分光镜、全内反射棱镜(TIR PRISM)、具有屈光度的透镜(例如场镜)或者其他可对发光元件的光线进行调整的光学元件(例如光阀或光栏，光栏又可称为光圈)。

光阀可为数位微镜元件(DMD)、液晶开关元件或是其他可将发光元件发出的光线转成影像光并且以电能驱动的元件或装置，常见应用于数位式投影系统中。

光栏设置于透镜之后，用以限制经过此透镜的光束的直径大小。一般而言，光栏对入射光的边缘能量具有消减作用，避免入射光的边缘能量过高而影响对比。请参照图2A、图2B、图4及图5，本发明的投影系统100可藉由在适当的光路中设置调光光栏元件140，使特定主波长范围的波段通过调光光栏元件140的开口142，并阻挡(例如以滤光片143滤除)另一主波长范围的波段，以对影像光进行纯化，进而提高影像光的色彩表现。

如图4及图5所示，调光光栏元件140例如为一整片滤光元件141所组成，并于滤光元件上以遮蔽方式形成遮光区144，只留下开口142可透光。例如，以不透光材料涂布、蒸镀或粘贴的方式形成遮光区144。不透光材料例如是黑色消光漆。或者，在另一实施例中，调光光栏元件140例如为一不透光金属元件，并于金属元件上冲压出开口142，再将滤光片143以镶嵌方式镶嵌于开口142中。如图4及图5所示，调光光栏元件140具有一开口142以及位于开口142外侧的遮光区144，开口142内设有一滤光片143，遮光区144可阻挡部分入射光(虚线区域表示入射光的截面轮廓A)而使部分入射光通过开口142。滤光片143可为整片滤光元件141的一部分或仅为镶嵌于开口142中的一元件。在本实施例中，入射光的截面直径大于开口142的直径。

请参照图1A及图1B，其分别绘示各色光波长的穿透率示意图，其中发光元件发出的第一光线L1包括第一主波长范围W1以及第二主波长范围W2。在一实施例中，通过调光光栏元件140的滤光片143将发光元件发出的第一光线L1中对应第一主波长范围W1的波段通过开口142，并阻挡第一光线L1中对应第二主波长范围W2的波段而成为第二光线L2，以使第二光线L2相对于第一光线L1具有窄波长范围。

在一实施例中，第一主波长范围W1例如是代表绿光波长的550nm波长范围，第二主波长范围W2例如是代表黄光波长的570nm波长范围。对应第一主波长范围W1的绿光能量波段能通过调光光栏元件140的开口142，而对应第二主波长范围W2的黄光能量波段被滤光片143阻挡而消减，因此，投影系统100可精确输出纯化后的绿光能量波段，以逼近真实的色彩表现，进而达到DCI-P3色域标准规范的宽色域需求。当然，本发明的投影系统100不限定对绿光能量波段的入射光进行纯化，亦可对蓝光能量波段Wb或红光能量波段Wr的入射光进行纯化。

另请进一步参照图2A及图2B，其分别绘示依照本发明一实施例的投影系统100的示意图。投影系统100例如包括光源110、滤光装置112、光管114、至少一聚光透镜116、反射镜118、数位微镜元件120、投影透镜130以及调光光栏元件140。如图4所示，调光光栏元件140具有开口142以及位于开口142外侧的遮光区144。开口142形状例如为圆形，且开口142边缘例如具有一内凹轮廓141b(参见图4)或环状轮廓141c(参见图5)，用以阻挡部分第一光线L1。调光光栏元件140设置于光源110与投影透镜130之间。调光光栏元件140的位置例如位于图2A中的A点位置或图2B中的B点位置。

光源110用以发出可见光L(例如白光或单色光)。投影透镜130设置于第一光线L1的路径上，可见光L可经由滤光装置112(例如色轮或滤光片)过滤后成为第一光线L1(第一色光)，使可见光L中的第一光线L1(第一色光)通过而进入光管114中，并经由聚光透镜116、反射镜118及数位微镜元件120调整后而到达投影透镜130，以形成投影所需要的影像光。当然，光源110亦可直接发出第一光线L1(第一色光)而不需经过光管114或滤光处理。

如图1A及图1B所示，第一光线L1具有第一主波长范围W1与第二主波长范围W2。第一光线L1中对应第一主波长范围W1的波段可通过调光光栏元件140的开口142，并阻挡第一光线L1中对应第二主波长范围W2的波段而成为第二光线L2，使第二光线L2相对于第一光线L1具有窄波长范围。

在一实施例中，光管114设置于光源110与投影透镜130之间，光管114用以将第一光线L1限制于通往投影透镜130的光路上。聚光透镜116设置于光管114与数位微镜元件120之间。反射镜118设置于聚光透镜116与数位微镜元件120之间，用以反射第一光线L1或第二光线L2至数位微镜元件120。

数位微镜元件120设置于第一光线L1或第二光线L2通往投影透镜130的光路上，数位微镜元件120包括多个微型反射镜面(图未绘示)，其角度可调整。微型反射镜面用以反射第一光线L1或第二光线L2至投影透镜130而成为影像光，或者调整反射镜面的角度使第一光线L1或第二光线L2反射至暗态光路上，因而不输出影像光。

调光光栏元件140位于光管114后方的光栏位置上，也就是在光管114与投影透镜130之间的光栏位置上。例如，在图2A中，调光光栏元件140位于光管114与反射镜118之间的光栏位置或二个聚光透镜116之间的光栏位置。至少一聚光透镜116位于光管114与数位微镜元件120之间。或者，在图2B中，调光光栏元件140位于数位微镜元件120与投影透镜130之间的光栏位置。

请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的调光光栏元件140的位置示意图。在本实施例中，投影系统100更可包括成像透镜组132，其设置于投影透镜130与反射镜118之间。调光光栏元件140例如位于投影透镜130与成像透镜组132之间的光栏位置上，可对第一光线L1进行纯化且阻挡部分第一光线L1，以使通过调光光栏元件140的开口142的第二光线L2具有窄波长范围。

上述的投影透镜130可由至少一片的光学透镜所组成，用于调整自数位微镜元件120输出而投影于萤幕上的影像光。另外，本发明的投影系统100以一壳体或外罩包覆前述的光源110、滤光装置112、聚光透镜116、调光光栏元件140、反射镜118、数位微镜元件120、投影透镜130等元件，仅显露出投影透镜130的出光面于壳体，以使影像光投射于壳体之外。

请参照图4，调光光栏元件140的开口142不限定为圆形，亦可为其他几何图案，例如正方形开口、长方形开口、水滴形、椭圆形、菱形、扇形或其他形状等。此外，调光光栏元件140的开口142具有外凸轮廓141a以及一内凹轮廓141b，如同具有缺角的非圆形开口。在图4中，开口142以外的部分皆不透光。

请参照图5，在另一实施例中，遮光区144例如环绕开口142的周围，使中间部分成为圆形、椭圆形或其他形状的透光区。在图5中，开口142以外的部分皆不透光。开口142的轮廓不限定为圆形，也有可能是椭圆或其他形状。

调光光栏元件140的功能如同光栏及滤光片的组合，发光元件发出的第一光线L1中对应第一主波长范围W1的波段(例如绿光波长的550nm波长范围)可通过调光光栏元件140的开口142，并过滤例如黄光波长的570nm波长范围的波段。因此，本发明上述实施例所揭露的投影系统100可精确输出纯化后的绿光能量波段，以逼近真实的色彩表现，进而达到DCI-P3色域标准规范的宽色域需求。

此外，本发明上述实施例所揭露的投影系统100可将部分入射光的边缘能量消减而形成暗场，进而提高色彩的对比。

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)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：

光源，用以发出第一光线，该第一光线具有第一主波长范围与第二主波长范围；

投影透镜，设置于该第一光线的路径上；以及

调光光栏元件，设置于该光源与该投影透镜之间，该调光光栏元件具有开口以及位于该开口外侧的遮光区，该开口内设有滤光片，其中部分该第一光线被该遮光区阻挡，而通过该开口的其余该第一光线中，对应该第一主波长范围的波段通过该开口且对应该第二主波长范围的波段被该滤光片阻挡，从而成为第二光线，使该第二光线相对于该第一光线具有一窄波长范围。

2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，该光源用以发出可见光，该投影系统还包括滤光装置，用以过滤该可见光，使该可见光中的该第一光线通过。

3.如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，还包括光管，用以将该第一光线限制于通往该投影透镜的光路上，其中该调光光栏元件位于该光管与该投影透镜之间。

4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，还包括数位微镜元件，设置于该第一光线或该第二光线通往该投影透镜的光路上，该数位微镜元件包括多个微型反射镜面，其中该调光光栏元件位于该光管与该数位微镜元件之间或该数位微镜元件与该投影透镜之间，该投影系统还包括至少一聚光透镜以及一反射镜，该聚光透镜设置于该光管与该数位微镜元件之间，该反射镜设置于该聚光透镜与该数位微镜元件之间，用以反射该第一光线或该第二光线至该多个微型反射镜面，其中第一光线或该第二光线入射至该些微型反射镜面的角度可调整。

5.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，该调光光栏元件的该开口形状为圆形。

6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，该调光光栏元件的该圆形开口边缘具有内凹轮廓。

7.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，该遮光区环绕该开口周围，使中间部分成为圆形或椭圆形的透光区。

8.如权利要求6或7所述的投影系统，其特征在于，该调光光栏元件为整片滤光元件所组成，并于该滤光元件上，以遮蔽方式形成该遮光区，只留下该开口可透光。

9.如权利要求8所述的投影系统，其特征在于，该调光光栏元件的遮蔽方式为以不透光材料涂布、蒸镀或粘贴。

10.如权利要求6或7所述的投影系统，其特征在于，该滤光片以镶嵌方式镶嵌于该开口中。