CN109884842B - 投影机 - Google Patents
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Abstract
一种投影机包括光源、均光元件、光阀、第一光学元件及可透光的第二光学元件。光源可输出照明光束,且均光元件、光阀、第一光学元件及第二光学元件设于照明光束的传输路径上。第一光学元件及第二光学元件设于光阀及均光元件之间。第二光学元件设置在第一光学元件的表面上且具有屈光度,第二光学元件设有曲面,且第二光学元件的曲面的面积小于照明光束在第二光学元件位置的面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影机,尤其涉及一种具有优选图像均匀度的投影机。
背景技术
投影机投影出的图像常存在亮度均匀性不佳,例如中央区域较亮而四周较暗的问题。如图1所示,当利用多台投影机拼接出电视拼墙图像100,若亮度均匀性不佳会凸显接缝处不连续的问题,降低拼接图像的整体品质及视效。
发明内容
本发明提供了一种投影机,包括光源、均光元件、光阀、第一光学元件及可透光的第二光学元件。光源可输出照明光束,且均光元件、光阀、第一光学元件及第二光学元件设于照明光束的传输路径上。第一光学元件及第二光学元件设于光阀及均光元件之间。第二光学元件设置在第一光学元件的表面上且具有屈光度,第二光学元件设有曲面,且第二光学元件的曲面的面积小于照明光束在第二光学元件位置的面积。
本发明提供了一种投影机,包括光源、积分器、光阀、第一光学元件及可透光的第二光学元件。光源可输出照明光束,且积分器、光阀、第一光学元件及第二光学元件设于照明光束的传输路径上。第一光学元件及第二光学元件设于光阀及积分器之间。第二光学元件具有屈光度且设有曲面,且第二光学元件的曲面部分完全被照明光束所涵盖。
本发明通过在光学元件表面上或不同光学元件之间设置具屈光度的曲面结构以提供光发散效果,可减少图像亮度较高区域的光量而提高整体亮度均匀性,例如可改善投影图像中心亮度过高而边缘过暗的亮度不均问题。再者,当利用多台投影机拼接出电视拼墙图像时,因各个投影图像的亮均一致,故拼接后的整体图像不会形成亮度明显变化的拼接线,提高图像品质及视效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举优选实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为一投影拼接图像的示意图。
图2为本发明一实施例的投影机示意图。
图3为本发明另一实施例的投影机示意图。
图4为本发明另一实施例的第二光学元件示意图。
图5为本发明另一实施例的第二光学元件示意图。
图6为本发明一实施例的投影机的图像亮均值取点方式的示意图。
具体实施方式
请参阅图2,图2绘述了本发明一实施例的投影机的示意图。投影机1中,依照明光束的传输路径,依序包括有设于照明光束I的传输路径上的光源10、均光元件12、光学元件16、光学元件20、光学元件22以及光阀30。光学元件16设于光阀30及均光元件12之间。
于本具体实施例中,光源10可为现有热电光源、萤光灯、发光二极管或激光发光二极管发光元件等可提供照明光束I的元件。于本例中,光源10为经封装且具有萤光粉的白光发光二极管模组。
于本发明中,“均光元件”12是指透镜阵列(LENS ARRAY)、积分柱式(INTEGRATEROD)、可转动的棱镜以及其他可用于让光线均匀的光学元件或光学模组。于本例中,均光元件12为实心积分柱。
本发明的“光学元件”用语,为元件具有部分或全部可反射或穿透的材料所构成,通常包括玻璃或塑胶所组成。举例来说,光学元件可以是透镜、全反射棱镜(TIR Prism)、反向全反射棱镜组(RTIR Prism)、各种积分器、各种滤光片等。于本具体实施例中,光学元件16为屈光度为正的双凸透镜。
于本具体实施例中,光学元件20为具有负屈光度且可透光的透镜。光学元件20设有具屈光度的凹的曲面20a,曲面20a设于光学元件20的迎光面或入光面。而相反于曲面20a的背光面或出光面则为无屈光度的实质平面。
于本具体实施例中,光学元件22可以是场镜、由多枚棱镜所组成的全内反射棱镜(TIR PRISM)T或是包括单一棱镜的反向式全内反射棱镜组(RTIR PRISM)。于本实施例中,光学元件22为由两枚全棱镜所形成的全内反射棱镜组,光学元件22的各入光面及出光面均为平面。
光阀(Light valve)30一词已为投影产界广泛使用,在此产业中大多可用来指一种空间光调变器(Spatial Light Modulator,SLM)中的一些独立光学单元。所谓空间光调变器,含有许多独立单元(独立光学单元),这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制,利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性,从而对照明在所述多个独立单元的照明光束进行调制,并输出影像光束。独立单元可为微型反射镜或液晶单元等光学元件。光阀可以是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或是穿透式液晶面板等。
而投影机是利用光学投影方式将影像投影至屏幕上的装置,在投影机产业中,一般依内部所使用的光阀30的不同,将投影机分为阴极射线管(Cathode Ray Tube)式投影机、液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影机、数字光投影机(Digital LightProjector,DLP)以及液晶覆硅(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影机,因投影机运作时光线会通过LCD面板作为光阀,所以属于穿透式投影机,而使用LCOS、DLP等光阀的投影机,则是靠光线反射的原理显像,所以称为反射式投影机。而于本实施例中,投影机为数字光投影机,而光阀30为数字微镜元件(DMD)。
于本实施例中,照明光束I经光阀30转换为影像光束后会经由光学元件22输出,而光学元件20在设置于影像光束的传输路径外时,其较不会影响影像光束的光型,为优选的设计。光学元件20的出光面可设置及贴附于在光学元件22(全反射棱镜T)的一入光表面处。光学元件22(全反射棱镜T)可包括一或二个棱镜,光学元件20的出光面可设于光学元件22的光路上游。如图2所示,光源10发出的照明光束I经由均光元件12均匀化后,穿过透镜L,经由光学元件20进入全内反射棱镜22投影至光阀30。因光学元件20可设有具屈光度的曲面20a,且曲面20a可提供光发散效果,当曲面20a配置在光学元件22的对应图像亮度较高区域的位置时,可减少所述图像区域的光量而提高整体亮度均匀性。举例而言,若有投影图像中心亮度较高的问题,光学元件20可如图2所示设于全内反射棱镜22的迎光面TS的中央,提供发散中央区域光线的效果,藉以将入射至光阀30中心的光线发散至光阀30的边缘区域,改善投影图像中心亮度过高而边缘过暗的亮度不均问题。
需注意于本发明各个实施例中,光学元件20的设置方式并不限定,例如可以光硬化胶利用胶合方式设于透镜16或全内反射棱镜22的入光面或出光面。另外,亦可在透镜16的迎光面(图5左侧)或出光面(图5右侧)直接形成凹槽N以形成具光发散效果的光学元件20。凹槽N所构成的曲面可为非球面或是自由表面(Free-form surface),如图5所示者,即为其例。
再者,请参阅图4,其绘述本发明光学元件20于另一实施例的示意图。如图4所示,于本实施例中,光学元件16为透镜,光学元件20可设于透镜L的迎光面(图4左侧)或出光面(图4右侧)以发散入射至其中的光线,且光学元件20的曲面20a于垂直光轴方向上的长度可小于透镜16的通光孔径。或是,光学元件20的曲面部分在一垂直于光轴的平面上的垂直投影,亦可以较光学元件L的通光孔径的部分于前述平面的垂直投影小,并完全被光学元件16的曲面部分的投影像所完全涵盖于其中。另外,再请参阅图2,于本具体实施例中,光学元件20的曲面部分完全被照明光束I的范围所完全涵盖,亦即,光学元件20未有未被照明光束I照射的部分。
于另一实施例中,光学元件20例如可整合在棱镜表面而形成具有凸起结构的全内反射棱镜T。
本发明各个实施例所提及的光学元件20仅需具有可发散光线的曲面即可,其外形并不限定。所述曲面可为凹面、凸面、自由表面或其他可干扰或改变光路的曲面型态而不限定。举例而言,当光束通过如图1所示的凹的曲面20a可直接被发散;而当光束通过凸面时,所述凸面可先将光束汇聚至焦点之后再发散,发散后的光线再进入全内反射棱镜及光阀,同样可获得将入射至光阀中心的光线发散至光阀边缘区域的效果,亦即光学元件20可以是双凸透镜。因此,本领域技术人员可依照实际需求,将可发散光线的曲面型态配置于光路中的选定位置并应用于所需要的环境而不限定。另外,虽然图2中仅示意绘出单一透镜L,但本领域普通技术人员当能理解光学元件16与光阀30间可设有多个透镜。
图3绘述了本发明另一实施例的投影机的示意图。投影机2,依照明光束的传输路径,依序包括有设于照明光束I的传输路径上的光源10、积分器12’、光学元件14、光学元件16、可透光的光学元件20、光学元件22及光阀30。积分器12’、光阀30、光学元件16及光学元件20均设于照明光束I的传输路径上,且光学元件16及光学元件20均设于积分器12’与光阀30之间。
于本具体实施例中,光源10为经封装且具有萤光粉的白光发光二极管发光模组。
本发明的“积分器”12’用语或称光积分器,可用于光线的均匀化。积分器可包括两种型式,即透镜阵列(LENS ARRAY)或积分柱式(INTEGRATE ROD)。积分柱式光积分器可以是中空或非中空构造的杆、柱状积分器。而透镜阵列式积分器可以是复眼透镜。于本例中,积分器12’为实心积分柱。
于本具体实施例中,光学元件16为屈光度为正的双凸透镜。光学元件20为屈光度为负的双凹透镜。于本实施例中,光学元件20可为独立设置的透镜且可通过支撑件18支撑以设于透镜L与全内反射棱镜T之间的光路上。光学元件20周边的支撑件18例如可为透光的平板玻璃或是单一或多条透光的支撑杆,且光学元件20与支撑件18可以是一体成形(ONEPIECE FORMED)并为中间是曲面且旁边是平面的元件。光学元件T为由两枚全棱镜所形成的全内反射棱镜组,光学元件T的各入光面及出光面均为平面。光阀为数字微镜元件(DMD)。积分器12’为积分柱,其包括有出光面12a。
于本具体实施例中,光学元件16是透镜,位于积分器12’与光阀30之间。虽然图3中仅示意绘出单一透镜16,但本领域普通技术人员当能理解积分器12’与光阀30间可设有多个透镜。光学元件20可设置在积分器12’与光阀30之间,于本实施例中,光学元件20可设置在透镜16与全内反射棱镜22之间,且光学元件20设有至少具屈光度的曲面20a。光学元件20同样可用于将中间部分的光线散射到周边以加强四周的光强度,从而增强投影图像的均匀性。再者,于本实施例中,可另提供转向镜18以弯折照明光束I的传输路径俾缩小投影机2所占体积,转向镜18例如可设于积分器12’与透镜L之间。
于一实施例中,光学元件20的曲面20a可完全被照明光束I所涵盖,举例而言,如图1及图2所示,曲面20a完全落入均光元件12(或积分器12’)所发出的光束的最外边缘所界定的区域范围内,亦即若照明光束I于光学元件20沿垂直光轴方向的延伸平面形成投影区域,投影区域的边沿MR如图3所绘示,曲面20a会完全落入所述投影区域内,且曲面20a的面积会小于照明光束I在光学元件20位置的投影区域的面积。
于一实施例中,光学元件20具屈光度的曲面20a于垂直光轴方向上的长度,会小于光路前方的光学元件(例如透镜16)或者光路后方的光学元件(例如全内反射棱镜22)的通光孔径(clear aperture),或者同时小于其前、后方相邻的光学元件的通光孔径。于此“通光孔径”用语是指透镜或棱镜表面形成以助产生光学性能的部分区域的直径。举例而言,透镜或棱镜于外周区域形成有凸缘(flange)或其他结构用以供定位组装等用途,所述定位组装结构是位于透镜或棱镜的光学有效直径外。另外,光学元件20为分别邻设光学元件16及光学元件22的一侧,且其各者之间无其他元件或光学元件并设有空隙。图4绘述了光学元件20的其他变化。如图4所示,于本实施例中,光学元件16可为透镜,光学元件20可设于透镜16的迎光面(图4左侧)或出光面(图4右侧)以发散入射至其中的光线,且光学元件20的曲面20a于垂直光轴方向上的长度可小于透镜16的通光孔径。需注意于本发明各个实施例中,光学元件20设置在光学元件16表面的方式并不限定,例如可以光硬化胶利用胶合方式设于透镜16或全内反射棱镜22。于另一实施例中,如图5所示,亦可在透镜16的迎光面(图5左侧)或出光面(图5右侧)直接形成凹槽N以形成具光发散效果的光学元件20。凹槽N所构成的曲面可为非球面或是自由表面(Free-form surface)。于另一实施例中,光学元件20例如可整合在棱镜表面而形成具有凸起结构的全内反射棱镜22。
本发明各个实施例所提及的光学元件仅需具有可发散光线的曲面即可,其外形并不限定。再者,曲面可为凹面、凸面、自由表面或其他可干扰或改变光路的曲面型态而不限定。举例而言,当光束通过如图1所示的凹的曲面20a可直接被发散;而当光束通过凸面时,所述凸面可先将光束汇聚至焦点之后再发散,发散后的光线再进入全内反射棱镜及光阀,同样可获得将入射至光阀中心的光线发散至光阀边缘区域的效果。因此,本领域技术人员可依照实际需求,将可发散光线的曲面型态配置于光路中的选定位置并应用于所需要的环境而不限定。
下表显示全内反射棱镜22贴合有或未贴合光学元件20的亮均值实测数据。
表中的亮均值ECU-8定义为图像周边亮度除以中心亮度的百分比值,其中周边亮度为图6所示的8个周边区块P中具有最小亮度的区块亮度值,且中心亮度定义为图6所示的最中央区块C的亮度值。由表中可清楚看出贴合有第二光学元件的亮均值ECU-8均大于95%(95.9%、95.3%)而明显改善图像亮度均匀性。
通过上述各个实施例的设计,通过在光学元件表面上或不同光学元件之间设置具屈光度的曲面结构以提供光发散效果,可减少图像亮度较高区域的光量而提高整体亮度均匀性,例如可改善投影图像中心亮度过高而边缘过暗的亮度不均问题。再者,当利用多台投影机拼接出电视拼墙图像时,因各个投影图像的亮均一致,故拼接后的整体图像不会形成亮度明显变化的拼接线,提高图像品质及视效。
本发明在运用时,各种细节可以自由变化。例如,前述的一例中有提及利用较小的光学元件将照明光线的中间部分光线往外散射,以达到均匀图像中央、边沿亮度的目的。而前述较小的光学元件除置于棱镜的入光面外,亦可置于不同的位置;而且除了负屈光度的透镜外,其屈光度亦可以是正的,以通过光程来让光线重新聚焦后发散亦可达到相似的功能,如此,即为其例。
以上所述,仅是本发明的优选实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以优选实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种投影机,其特征在于,包括:
光源,可输出照明光束;
均光元件,设于所述照明光束的传输路径上;
光阀,设于所述照明光束的传输路径上;
第一光学元件,设于所述光阀及所述均光元件之间,并位于所述照明光束的传输路径上;以及
第二光学元件,为可透光,且设于所述光阀及所述均光元件之间,并位于所述照明光束的传输路径上,所述第二光学元件设置在所述第一光学元件的表面上,所述第二光学元件具有屈光度,所述第二光学元件设有曲面,可减少图像亮度较高区域的光量,且所述第二光学元件的所述曲面的面积,小于所述照明光束在所述第二光学元件位置的面积。
2.如权利要求1所述的投影机,其特征在于,所述均光元件为积分器。
3.一种投影机,其特征在于,包括:
光源,可输出照明光束;
积分器,设于所述照明光束的传输路径上;
光阀,设于所述照明光束的传输路径上;
第一光学元件,设于所述光阀及所述积分器之间并位于所述照明光束的传输路径上;以及
第二光学元件,为可透光,且设于所述光阀及所述积分器之间并位于所述照明光束的传输路径上,所述第二光学元件具有屈光度,所述第二光学元件设有曲面,可减少图像亮度较高区域的光量,且所述第二光学元件的所述曲面在所述照明光束于所述第二光学元件位置的照明范围内,且所述第二光学元件的所述曲面小于所述照明范围。
4.如权利要求1或3所述的投影机,其特征在于,所述第二光学元件为设置于所述第一光学元件的表面。
5.如权利要求4所述的投影机,其特征在于,所述第一光学元件为棱镜或透镜。
6.如权利要求1或3所述的投影机,其特征在于,所述第二光学元件的出光面设于所述第一光学元件的光路上游。
7.如权利要求1或3所述的投影机,其特征在于,所述第二光学元件与所述第一光学元件之间无其他光学元件,并且设有空隙。
8.如权利要求7所述的投影机,其特征在于,所述第一光学元件为透镜。
9.如权利要求1或3所述的投影机,其特征在于,所述第二光学元件的屈光度为正。
10.如权利要求3所述的投影机,其特征在于,所述投影机沿所述照明光束的传输路径,依序包括所述积分器、所述第二光学元件、所述第一光学元件及所述光阀;所述积分器为积分柱,所述第一光学元件为全内反射棱镜组,所述第二光学元件为具有负屈光度的透镜;所述第二光学元件的出光面,贴附于所述全内反射棱镜组的入光表面,且所述全内反射棱镜组包括二棱镜。
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- 2018-02-13 CN CN201810148519.2A patent/CN109884842B/zh active Active
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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