CN115202140A - 投影装置及其亮度控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置，包括照明系统、控制元件、驱动元件、光阀以及投影镜头。照明系统包括多个光源，多个光源提供多个光束以合成为照明光束。驱动元件耦接于多个光源。驱动元件以第一模式或第二模式分别驱动多个光源，使多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度，且依据第一信号由第一模式切换为第二模式。控制元件耦接于驱动元件，依据投影装置的光学状态或时间状态提供第一信号至驱动元件。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。本发明可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，提高照明系统使用亮度随时间的稳定性。

Description

投影装置及其亮度控制方法
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种投影装置及其亮度控制方法。
背景技术
投影装置为一种用以产生大尺寸画面的显示装置，随着科技技术的演进与创新，一直不断地在进步。投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：荧幕或墙面上)，以形成投影画面。
此外，照明系统也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，一路从超高效能灯泡(Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laser diode，LD)光源。在目前的合光系统中，为了提高亮度而使用补充蓝光激发绿光。然而，这样的做法会使整体绿色能量配比偏高，因而造成画面偏绿。此外，为了平衡照明系统光的色彩，会藉由提高红光及蓝光电流而造成温度提高，且红光对于热较为敏感，容易造成饱和而使整体转化效率下滑。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种投影装置及其亮度控制方法，可提高照明系统亮度以及色彩品质。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种投影装置，包括照明系统、控制元件、驱动元件、光阀以及投影镜头。照明系统包括多个光源，多个光源提供多个光束以合成为照明光束。驱动元件耦接于多个光源。驱动元件以第一模式或第二模式分别驱动多个光源，使多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度，且依据第一信号由第一模式切换为第二模式。控制元件耦接于驱动元件，依据投影装置的光学状态或时间状态提供第一信号至驱动元件。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影装置的亮度控制方法，其中投影装置包括照明系统、控制元件、驱动元件、光阀以及投影镜头。投影装置的亮度控制方法包括通过驱动元件，以第一模式或第二模式驱动多个光源，使多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度的步骤；通过控制元件，依据投影装置的光学状态或时间状态提供第一信号至驱动元件的步骤；以及依据第一信号由第一模式切换为第二模式的步骤。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明投影装置及投影装置的亮度控制方法中，驱动元件以第一模式或第二模式驱动多个光源，使多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度。并且，通过控制元件所依据的光学状态或时间状态提供信号至驱动元件，使驱动元件依据信号由第一模式切换为第二模式。因此，驱动元件可对多个光源采取不同的驱动效果。如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置可维持良好的光学品质，提高照明系统使用亮度随时间的稳定性，减少照明系统亮度衰减所造成的明显台差，以及提高照明系统色彩随时间的稳定性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2为本发明一实施例部分的照明系统的示意图。
图3为本发明一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。
图4为本发明另一实施例的照明系统的示意图。
图5为图4的照明系统中多个光源随时间的衰减曲线图。
图6为图4的照明系统中多个光源随时间的补偿曲线图。
图7为本发明另一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。
图8为本发明另一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本实施例提供一种投影装置100，包括照明系统110、控制元件120、驱动元件130、光阀140以及投影镜头150。其中，照明系统110用以提供照明光束LB。光阀140配置于照明光束LB的传递路径上，用以转换照明光束LB为影像光束LI。投影镜头150配置于影像光束LI的传递路径上，且用以将影像光束LI投射出投影装置100至投影目标(未显示)，例如荧幕或墙面。
照明系统110例如由多个发光元件、波长转换元件、匀光元件、滤光元件和/或多个分合光元件所组合而成，用以提供出不同波长的光以作为影像光束的来源。然而，本发明并不限定投影装置100中照明系统110的种类或形态，其详细结构及实施方式将于后续段落补充说明，或可以由本领域公知常识获致足够的教示、建议与实施说明。
控制元件120例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程之一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)或其他类似元件或上述元件的组合，本发明并不限于此。
驱动元件130例如是照明系统110中多个发光元件的电源供应器或其他可调整发光元件电性表现(例如电流、电压或功率)的电子元件。
光阀140例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀140也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本发明对光阀140的型态及其种类并不加以限制。光阀140将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由本领域公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀140的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置100，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。
投影镜头150例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头150还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀140的影像光束LI投射至投影目标。本发明对投影镜头150的型态及其种类并不加以限制。
图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。请参考图1及图2。举例而言，照明系统110包括多个光源112，且这些光源112提供多个光束L以合成为照明光束LB。在本实施例中，照明系统110可包括红光光源112R、第一激发光源112G1、第二激发光源112G2、蓝光光源112B、分光元件114A、114B、匀光元件116以及波长转换件118。红光光源112R用以提供红色光束L1。第一激发光源112G1用以提供蓝色的第一激发光束L21。第二激发光源112G2用以提供蓝色的第二激发光束L22。蓝光光源112B用以提供蓝色光束L3。其中，波长转换件118配置于第一激发光束L21以及第二激发光束L22的传递路径上，用以转换出绿色光束L2，进而提高绿光的发光强度。
分光元件114A用以反射红色光束L1并让蓝色光束L3传递通过。分光元件114B用以反射红色光束L1、第二激发光束L22以及蓝色光束L3，并让绿色光束L2传递通过。匀光元件116配置用以将来自分光元件114B的红色光束L1、绿色光束L2、蓝色光束L3合光为照明光束LB。匀光元件116用于调整照明光束LB的光斑形状，以使照明光束LB的光斑形状能配合光阀140的工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度，均匀照明光束LB的光强度。在本实施例中，匀光元件116例如是积分柱(rod)，但在其他实施例中，匀光元件116也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜，fly eye lensarray)，本发明并不限于此。
驱动元件130耦接于上述的多个光源112(即红光光源112R、第一激发光源112G1、第二激发光源112G2、蓝光光源112B)，且以第一模式分别驱动这些光源112，使这些光源112提供的多个光束L并具有常态的发光亮度。控制元件120耦接于驱动元件130，依据投影装置100的光学状态(例如多个光束L的发光亮度)或时间状态(例如多个光源112的运作时间)提供第一信号S1至驱动元件130，而驱动元件130则依据第一信号S1由第一模式切换为第二模式。换句话说，驱动元件130可以第一模式或第二模式分别驱动这些光源112，使这些光源112提供的多个光束L具有各自的发光强度，以达到维持良好的光学效果。
举例而言，在本实施例中，当驱动元件130执行第一模式时，驱动元件130提供初始功率至多个光源112。而当驱动元件130执行第二模式时，驱动元件130额外再提供补偿功率至多个光源L。然而，本发明并不限制第一模式及第二模式的详细电性参数配置。另一方面，当驱动元件130执行第二模式时，控制元件120可再次依据投影装置100的光学状态或时间状态而继续提供第一信号S1或提供第二信号S2至驱动元件130。驱动元件130将依据第二信号S2以由第二模式切换回第一模式，但本发明并不限于此。因此，驱动元件130可藉由控制元件120通过投影装置100的光学状态或时间状态提供第一信号S1至驱动元件130以将驱动模式由第一模式切换为第二模式，进而对多个光源112采取不同的驱动效果。如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置100可维持良好的光学品质，例如是保持光亮度或光源颜色。
详细而言，在本实施例中，控制元件120可具有切换预设值，且当光学状态的变化值(例如是光强度衰减的变化量)或时间状态的变化值(例如是运作时间的变化量)大于切换预设值时，控制元件120将提供第一信号S1至驱动元件130。在本实施例中，上述的补偿功率小于多个光源112的最大功率的5％。在其他实施例中，切换预设值可设定多个，以增加驱动模式不同的切换时机维持良好的光学效果。
若以光学状态作为实施例举例，在本实施例中，投影装置100还包括感测模块160，配置于多个光束L的传递路径上。感测模块160用于感测多个光束L以获得感测信号。而控制元件120接收感测信号以获得投影装置100的光学状态。具体而言，图2中所绘示感测模块160的位置仅为示意，实际上感测模块160设置于匀光元件116的邻近位置。感测模块160配置于分光元件114B与匀光元件116之间，用以感测所通过的红色光束L1、绿色光束L2与蓝色光束L3的光强度，进而传递感测信号至控制元件120。在本实施例中，感测模块160例如包括一个感测元件162，例如是电荷耦合元件(Charge coupled device，CCD)或互补式金氧半电晶体(Complementary metal oxide semiconductor transistors，CMOS)等感光元件。
但在其他实施例中，感测模块160可包括多个感测元件162，分别对应配置感测多个光束L。举例而言，感测模块160可具有三个感测元件162分别配至对应于红色光束L1、绿色光束L2以及蓝色光束L3的传递路径，用以分别地感测光学系统中红光、绿光以及蓝光的光强度与比例，进而使控制元件120可接收不同感测元件162的感测信号，从而使驱动元件130可依据当下光学效果而分别对不同的光源112进行电性调整，但本发明并不限于此。
图3为本发明一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。请参考图1至图3。图3所显示的步骤流程示意可至少应用于图1所显示的投影装置100以及图2所显示的照明系统110中，但本发明并不限于此。在本实施例中，投影装置100亮度控制方法可先执行步骤S200，驱动元件130以第一模式(例如是70％最大功率)启动照明系统110。接着，执行步骤S201，感测模块160感测照明系统110的光学状态以获得感测信号，控制元件120依据感测信号判定是否达到第一切换预设值(例如是光强度差异5％)。若感测结果未符合第一切换预设值，则执行步骤S202，驱动元件130维持第一模式驱动照明系统110。若感测结果符合第一切换预设值，则执行步骤S203，驱动元件130以第二模式(例如是追加3％至5％功率，且不超过光源的最大功率)驱动照明系统110。
在完成上述步骤之后，执行步骤S204，感测模块160感测照明系统110的光学状态以获得感测信号，控制元件120依据感测信号判定是否达到第二切换预设值(例如是光强度差异小于5％)。若感测结果未符合第二切换预设值，则执行步骤S205，驱动元件130维持第二模式驱动照明系统110并重复步骤S204直至符合第二切换预设值。若感测结果符合第二切换预设值，则执行步骤S206，驱动元件130切换第二模式为第一模式以继续驱动照明系统110。于一实施例中，照明系统110可通过一储存元件(未显示)将此时的电性参数储存，电性参数例如是驱动照明系统110的电流值，于此实施例中，驱动元件130可使用储存元件所储存的电性参数于第一模式中驱动照明系统110如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置100可维持良好的光学品质。
图4为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参考图1及图4。本实施例的照明系统110A类似于图2所显示的照明系统110。两者不同之处在于，在本实施例中，投影装置100省略配置了图1所显示的感测模块160。此外，投影装置100还包括计时装置(未显示)，耦接于控制元件120。计时装置将依据照明系统110A的运作时间而产生时间信号至控制元件120，以使得控制元件120接收时间信号从而获得投影装置100的时间状态。
图5为图4的照明系统中多个光源随时间的衰减曲线图。图6为图4的照明系统中多个光源随时间的补偿曲线图。请参考图1、图4至图6。举例而言，在调整之前，可预先对照明系统110A中的多个光源112进行时间对亮度的测试，以获得各光源112的衰减曲线(即随时间变化的光强度)，如图5所显示。接着，可依据图5所显示的衰减曲线计算出各光源112的功率补偿曲线(即随时间所需求的驱动功率/光强度)，如图6所显示。因此，驱动元件130可藉由控制元件120通过投影装置100的时间状态提供第一信号S1至驱动元件130以将驱动模式由第一模式切换为第二模式，进而对多个光源112采取不同的驱动效果。如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置100可维持良好的光学品质。此外，本实施例还可省略配置用以感测信号的硬体装置，进一步节省空间。
图7为本发明另一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。请参考图1、图4以及图7。图7所显示的步骤流程示意可至少应用于图1所显示的投影装置100以及图4所显示的照明系统110A中，但本发明并不限于此。在本实施例中，投影装置100亮度控制方法可先执行步骤S300，驱动元件130以第一模式启动照明系统100。接着，执行步骤S301，计时装置计算照明系统110A运作时间以获得时间信号，控制元件120依据时间信号判定是否达到切换预设值(例如是1000小时运作时间)。若运作时间未符合切换预设值，则执行步骤S302，驱动元件130维持第一模式驱动照明系统110A。若运作时间符合切换预设值，则执行步骤S303，驱动元件130以第二模式(例如是追加3％至5％功率，且不超过光源的最大功率)驱动照明系统110A。在提供补偿功率后，可执行步骤S304，驱动元件130切换第二模式为第一模式以继续驱动照明系统110A。于一实施例中，照明系统110A可通过一储存元件(未显示)将此时的电性参数储存，电性参数例如是驱动照明系统110A的电流值，于此实施例中，驱动元件130可使用储存元件所储存的电性参数于第一模式中驱动照明系统110A。如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置100可维持良好的光学品质。
图8为本发明另一实施例的投影装置亮度控制方法的流程示意图。请参考图1以及图8，图8所显示的步骤流程示意可至少应用于图1所显示的投影装置100中，但本发明并不限于此。在本实施例中，投影装置100亮度控制方法可先执行步骤S400，通过驱动元件130，以第一模式或第二模式驱动多个光源112(见如图2)，使多个光源112提供的多个光束L具有各自的发光亮度。接着，执行步骤S401，通过控制元件120，依据投影装置100的光学状态或时间状态提供第一信号S1至驱动元件130。最后，执行步骤S402，依据第一信号由第一模式切换为第二模式。
综上所述，在本发明投影装置及投影装置的亮度控制方法中，驱动元件以第一模式或第二模式驱动多个光源，使多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度。并且，通过控制元件所依据的光学状态或时间状态提供信号至驱动元件，使驱动元件依据信号由第一模式切换为第二模式。因此，驱动元件可对多个光源采取不同的驱动效果。如此一来，可藉由驱动模式的切换而改善光学效果会随时间衰减的问题，进而使投影装置可维持良好的光学品质，提高照明系统使用亮度随时间的稳定性，减少照明系统因亮度衰减所造成的差异，以及提高照明系统色彩随时间的稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记列表
100：投影装置
110、110A：照明系统
112：光源
112B：蓝光光源
112G1：第一激发光源
112G2：第二激发光源
112R：红光光源
114A、114B：分光元件
116：匀光元件
118：波长转换件
120：控制元件
130：驱动元件
140：光阀
150：投影镜头
160：感测模块
162：感测元件
L：光束
LB：照明光束
LI：影像光束
L1：红色光束
L21：第一激发光束
L22：第二激发光束
L2：绿色光束
L3：蓝色光束
S1：第一信号
S2：第二信号
S200～S206、S300～304、S400～S402：步骤。

Claims (16)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、控制元件、驱动元件、光阀以及投影镜头，其中：
所述照明系统包括多个光源，所述多个光源提供多个光束以合成为照明光束；
所述驱动元件耦接于所述多个光源，所述驱动元件以第一模式或第二模式分别驱动所述多个光源，使所述多个光源提供的所述多个光束具有各自的发光亮度，且依据第一信号由所述第一模式切换为所述第二模式；
所述控制元件耦接于所述驱动元件，依据所述投影装置的光学状态或时间状态提供所述第一信号至所述驱动元件；
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束；以及
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述控制元件具有切换预设值，且当所述光学状态的变化值或所述时间状态的变化值大于所述切换预设值时，所述控制元件提供所述第一信号。
3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括感测模块，配置于所述多个光束的传递路径上，所述感测模块感测所述多个光束以获得感测信号，所述控制元件接收所述感测信号以获得所述光学状态。
4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述感测模块包括多个感测元件，所述多个感测元件分别对应配置感测所述多个光束。
5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括计时装置，耦接于所述控制元件，所述计时装置产生时间信号，且所述控制元件接收所述时间信号以获得所述时间状态。
6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当所述驱动元件执行所述第一模式时，所述驱动元件提供初始功率至所述多个光源，当所述驱动元件执行所述第二模式时，所述驱动元件额外再提供补偿功率至所述多个光源。
7.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，所述补偿功率小于所述多个光源的最大功率的5％。
8.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，当所述驱动元件执行所述第二模式时，所述控制元件依据所述投影装置的所述光学状态或所述时间状态提供所述第一信号或第二信号至所述驱动元件，所述驱动元件依据所述第二信号以由所述第二模式切换为所述第一模式。
9.一种投影装置的亮度控制方法，所述投影装置包括照明系统、控制元件、驱动元件、光阀以及投影镜头，其特征在于，所述投影装置的亮度控制方法包括：
通过所述驱动元件，以第一模式或第二模式驱动所述照明系统的多个光源，使所述多个光源提供的多个光束具有各自的发光亮度；
通过所述控制元件，依据所述投影装置的光学状态或时间状态提供第一信号至所述驱动元件；以及
依据所述第一信号由所述第一模式切换为所述第二模式。
10.如权利要求9所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，通过所述控制元件，依据所述投影装置的所述光学状态或所述时间状态提供所述第一信号至所述驱动元件的步骤包括：
当所述光学状态的变化值或所述时间状态的变化值大于切换预设值时，提供所述第一信号。
11.如权利要求9所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，所述投影装置还包括感测模块，且所述投影装置的亮度控制方法还包括：
感测所述多个光束以获得感测信号；以及
接收所述感测信号以获得所述光学状态。
12.如权利要求9所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，所述投影装置还包括计时装置，且所述投影装置的亮度控制方法还包括：
产生时间信号；以及
接收所述时间信号以获得所述时间状态。
13.如权利要求9所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，通过所述驱动元件，以所述第一模式或所述第二模式驱动所述多个光源的步骤还包括：
执行所述第一模式时，提供初始功率至所述多个光源；以及
执行所述第二模式时，额外再提供补偿功率至所述多个光源。
14.如权利要求13所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，所述补偿功率小于所述多个光源的最大功率的5％。
15.如权利要求13所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，执行所述第二模式时，额外再提供补偿功率至所述多个光源的步骤还包括：
依据所述投影装置的所述光学状态或所述时间状态提供所述第一信号或第二信号至所述驱动元件；
依据所述第二信号以由所述第二模式切换为所述第一模式。
16.如权利要求9所述的投影装置的亮度控制方法，其特征在于，所述控制元件具有切换预设值，且当所述感测结果的变化量大于所述切换预设值时，所述驱动元件提高所述多个光源的亮度至所述感测结果的变化量小于或等于所述切换预设值。
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