CN116300273A - 投影系统 - Google Patents

Abstract

投影系统包含光源、反射式相位调制器、显示器以及投影镜头。光源配置以发射第一光束。反射式相位调制器配置以调节第一光束的相位以生成一第二光束。显示器配置以接收第二光束。显示器位在投影镜头与反射式相位调制器之间。

Description

投影系统

技术领域

本公开是有关于一种投影系统。

背景技术

投影系统中常见的光源为全局光束，将光束照射至显示器以产生显示影像于屏幕上。然而，这样的方法无法避免显示影像中较暗的区域接收到斜向的光线(亦即绕射光或散射光)，导致显示影像的亮暗差异难以提升，因此难以改善影像对比度。

有鉴于此，如何提供一种可解决上述问题的封装结构，仍是目前业界亟需研究的目标之一。

发明内容

本公开的一技术态样为一种投影系统。

在本公开一实施例中，投影系统包含光源、反射式相位调制器、显示器以及投影镜头。光源配置以发射第一光束。反射式相位调制器配置以调节第一光束的相位以生成一第二光束。显示器配置以接收第二光束。显示器位在投影镜头与反射式相位调制器之间。

在本公开一实施例中，反射式相位调制器为硅基液晶空间光调制器。

在本公开一实施例中，第二光束包含多个局部暗带与多个局部亮带。

在本公开一实施例中，显示器为微型显示器。

在本公开一实施例中，显示器为硅基液晶显示器。

在本公开一实施例中，显示装置还包含计算单元。计算单元电性连接反射式相位调制器以及显示器，其中计算单元配置以控制反射式相位调制器的相位调节功能。

本公开的另一技术态样为一种投影系统。

在本公开一实施例中，投影系统包含光源模块、计算单元以及微型显示器。光源模块配置以提供入射光。光源模块包含光源以及硅基液晶空间光调制器。光源配置以发射第一光束。硅基液晶空间光调制器配置以调节第一光束的相位以生成入射光，其中入射光包含多个局部暗带与多个局部亮带。计算单元配置以控制入射光的局部暗带与局部亮带的光强度分布。计算单元电性连接硅基液晶空间光调制器以及微型显示器。微型显示器配置以接收入射光。

在本公开一实施例中，投影系统还包含投影镜头。微型显示器位在投影镜头与硅基液晶空间光调制器之间。

在本公开一实施例中，微型显示器为硅基液晶显示器。

在本公开一实施例中，计算单元配置以控制硅基液晶空间光调制器的相位调节功能。

在上述实施例中，由于显示器的入射光可通过反射式相位调制器调节，入射光的光强度经过重新分配并构成局部亮带与局部暗带。如此一来，较少量的衍射光线行进至显示影像的暗区。因此，影像对比度得以提升。由于硅基液晶空间光调制器为反射式元件，因此硅基液晶空间光调制器的调节速率较高。如此一来，入射光的光强度分布可适应复杂的影像或是显示器显示出的快速变换画面。由此可知，本公开的投影系统可提供随时变换的高对比度影像。此外，入射光的光强度分布是通过演算法控制。如此一来，来自光源的每个色光可借由演算法被重新导向影像上的特定像素。因此，无需使用额外的光源元件将不同颜色的光束分光，且光传输时的光损耗可被降低。

附图说明

图1为根据本公开一实施例的投影系统的示意图。

图2为图1的投影系统的硅基液晶空间光调制器的示意图。

图3为图1的显示器的显示影像的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：投影系统

110：光源

120：硅基液晶空间光调制器

121：背板

122：像素电极

123：液晶层

1232：液晶分子

124：电极层

125：前面板

130：显示器

132：显示影像

132B：相对亮区

132D：相对暗区

140：计算单元

150：偏光板

160：投影镜头

LB：局部亮带

LD：局部暗带

L1：第一光束

L2：第二光束

具体实施方式

以下将以图式公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。且为了清楚起见，图式中的层和区域的厚度可能被夸大，并且在图式的描述中相同的元件符号表示相同的元件。

图1为根据本公开一实施例的投影系统100的示意图。投影系统100包含光源110、硅基液晶空间光调制器(Liquid Crystal On Silicon-Spatial Light Modulator，LCOS-SLM)120以及显示器130。硅基液晶空间光调制器120为反射式相位调制器，配置以调节光相位。光源110发射朝向硅基液晶空间光调制器120的第一光束L1，且第一光束L1为全局光束(global light)。硅基液晶空间光调制器120调节第一光束L1的光相位以生成第二光束L2。第二光束L2的光强度分布形成根据显示器130的显示画面而决定的图案。

光源110可为弧光灯(Arc lamp)、光源模块或者发光二极管光源。在一些实施例中，光源110为激光光源模块，且光源110根据时序发出红光、绿光与蓝光。在一些其他实施例中，光源110为同时发出红光、绿光与蓝光的激光光源模块，因此第一光束L1可被视为是等效白光(effective white light)。

图2为图1的投影系统100的硅基液晶空间光调制器120的示意图。硅基液晶空间光调制器120包含背板121、多个像素电极122、液晶层123、电极层124以及前面板125。背板121为互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)基板。像素电极122设置于背板121上且构成阵列。三个像素电极122示例性地绘示于图2中。像素电极122包含导电材料，例如铝。液晶层123设置于背板121与前面板125之间，且液晶层123包含液晶分子1232。电极层124设置于液晶层123与前面板125之间。电极层124为透明导电层，例如铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。前面板125为玻璃基板。

电极层124与像素电极122之间的电压差可驱动液晶层123中的液晶分子1232。像素电极122可反射入射光(第一光束L1)。反射光(第二光束L2)穿过液晶层123以及前面板125。如此一来，当入射光(第一光束L1)经反射且穿透液晶层123之后，入射光(第一光束L1)的波前会产生变化。

由于硅基液晶空间光调制器120具有由像素电极122构成的阵列，对应于不同像素电极122的液晶分子1232可以不同方式旋转。如此一来，穿透液晶层123且被反射的光量可借由像素电极122与电极层124之间的电压差控制。在一些实施例中，每个像素电极122的宽度大约为4微米。

参阅图1。在本实施例中，全局光束(第一光束L1)经过硅基液晶空间光调制器120的调节后，其光强度经过重新分配并构成具有局部暗带LD的光束(第二光束L2)。第二光束L2包含对应于显示器130的显示影像132的多个局部亮带LB以及多个局部暗带LD。换句话说，第二光束L2为显示器130的入射光。

图3为图1的显示器130的显示影像132的示意图。显示影像132包含相对亮区132B以及相对暗区132D。如同前述，借由调节第一光束L1，可产生具有局部亮带LB以及局部暗带LD的第二光束L2。第二光束L2的局部亮带LB提供了对应于显示器130的显示影像132的相对亮区132B的光线。局部暗带LD提供了对应于显示器130的显示影像132的相对暗区132D的光线。换句话说，较少量的衍射光线行进至显示影像132的相对暗区132D。因此，相对暗区132D与相对亮区132B之间的差异可增加，使得影像对比度得以提升。

参阅图1。投影系统100还包含计算单元140。计算单元140电性连接硅基液晶空间光调制器120以及显示器130。计算单元140可根据控制显示器130即时(real-time)显示的影像来控制第二光束L2的图案。

由于硅基液晶空间光调制器120为反射式元件，且反射式元件的厚度(例如，cellgap)小于穿透式元件的厚度。因此，硅基液晶空间光调制器120的相位调节速率较高，使得第二光束L2的光强度分布足以适应复杂的影像或是显示器130的快速变换画面。由此可知，本公开的投影系统100可提供随时变换的高对比度影像。

第二光束L2的光强度分布是通过演算法控制。举例来说，当光源110包含根据时序发出的多色的光束时，每个颜色的光束皆可经过重新分配并构成具有局部亮带LB的光束的一部份以及具有局部暗带LD的光束的一部份。如此一来，每个颜色的色光可借由演算法被重新导向影像上的特定像素。因此，本公开的投影系统100无需使用额外的光源元件将不同颜色的光束分光，且光传输过程中的光损耗可被降低。

参阅图1。在本实施例中，显示器130为硅基液晶微发光显示器(LCOS micro-display)，但本公开不以此为限。在其他实施例中，显示器130可以采用数字光处理(Digital Light Processing，DLP)投影或液晶显示器(LCD)。投影系统100还包含偏光板150以及投影镜头160。在本实施例中，偏光板150为金属线栅偏光片(wire gridpolarizer)，但本公开不以此为限。在其他实施例中，偏光板150可为偏振分光棱镜(Polarizing Beam Splitter，PBS)。偏光板150设置于硅基液晶空间光调制器120、显示器130以及投影镜头160之间。显示器130显示影像132可借由投影镜头160投影至屏幕。

金属线栅偏光片包含分布于基板上的许多精细金属线，且金属线具有对应于入射光(在此实施例中为第二光束L2)波长的特定间距(pitch)。在本实施例中，经由硅基液晶空间光调制器120调节后的第二光束L2被分为具有不同偏振态的两部份，例如平行偏振(P-polarized)光束与垂直偏振(S-polarized)光束。平行偏振光束可穿透偏光板150，且偏光板150反射垂直偏振光束。平行偏振光束可被转换为垂直偏振光束并再次穿透偏光板150。因此，来自显示器130的垂直偏振光束可经由偏光板150反射后导向投影镜头160。

以另一方式来说，投影系统100可视为是由光源模块、计算单元140以及微型显示器130组合而成。光源模块配置以提供入射光(第二光束L2)至微型显示器。光源模块可包含配置以发出第一光束L1的光源110以及配置以调节第一光束L1的相位以产生入射光(第二光束L2)的硅基液晶空间光调制器120。

综上所述，由于显示器的入射光可通过液晶空间光调制器调节，入射光的光强度经过重新分配并构成局部亮带与局部暗带。如此一来，较少量的衍射光线行进至显示影像的暗区。因此，影像对比度得以提升。由于硅基液晶空间光调制器为反射式元件，因此硅基液晶空间光调制器的相位调节速率较高。如此一来，入射光的光强度分布足以适应复杂的影像或是显示器的快速变换画面。由此可知，本公开的投影系统可提供随时变换的高对比度影像。此外，入射光的光强度分布是通过演算法控制。如此一来，来自光源的每个色光可借由演算法被重新导向影像上的特定像素。因此，无需使用额外的光源元件将不同颜色的光束分光，且光传输时的光损耗可被降低。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种投影系统，包含：

一光源，配置以发射一第一光束；

一反射式相位调制器，配置以调节该第一光束的相位以生成一第二光束；

一显示器，配置以接收该第二光束；以及

一投影镜头，其中该显示器位在该投影镜头与该反射式相位调制器之间。

2.如权利要求1所述的投影系统，其中该反射式相位调制器为硅基液晶空间光调制器。

3.如权利要求1所述的投影系统，其中该第二光束包含多个局部暗带与多个局部亮带。

4.如权利要求1所述的投影系统，其中该显示器为微型显示器。

5.如权利要求4所述的投影系统，其中该显示器为硅基液晶显示器。

6.如权利要求1所述的投影系统，还包含：

一计算单元，电性连接该反射式相位调制器以及该显示器，其中该计算单元配置以控制该反射式相位调制器的相位调节功能。

7.一种投影系统，包含：

一光源模块，配置以提供一入射光，其中该光源模块包含：

一光源，配置以发射一第一光束；以及

一硅基液晶空间光调制器，配置以调节该第一光束的相位以生成该入射光，其中该入射光包含多个局部暗带与多个局部亮带；

一计算单元，其中该计算单元配置以控制该入射光的该些局部暗带与该些局部亮带的光强度分布；以及

一微型显示器，配置以接收该入射光，其中该计算单元电性连接该硅基液晶空间光调制器以及该微型显示器。

8.如权利要求7所述的投影系统，还包含：

一投影镜头，其中该微型显示器位在该投影镜头与该硅基液晶空间光调制器之间。

9.如权利要求7所述的投影系统，其中该微型显示器为硅基液晶显示器。

10.如权利要求7所述的投影系统，其中该计算单元配置以控制该硅基液晶空间光调制器的相位调节功能。

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