CN1588226A - 投影装置与其中的可调式光圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置与其中的可调式光圈，包括一光源、一光源镜组、一微镜片装置、一成像镜组及一可调式光圈。光源镜组用以将光源所提供的光线导至微镜片装置。而光源所提供的光线经由微镜片装置调控后产生一光讯号。光讯号可藉由该成像镜组以投射并成像在投影装置外部的一显示屏幕上。其中，可调式光圈设置于投影装置内部的光径上，且可调式光圈至少包括一活动叶片，用以改变可调式光圈的光圈开口大小。藉由控制该活动叶片，该投影装置成像的亮度及对比度可加以调整。

Description

投影装置与其中的可调式光圈

技术领域

本发明关于一种应用DLP(Digital LIght Processing，数字光源处理)技术的投影装置，特别是关于一种可调整亮度及对比度的投影装置，以及其中的可调式光圈。

背景技术

投影技术近年来有着长足的进步，现今所谓的投影装置，不再只是传统会议上用来将透明胶片影像放大并投射至显示屏幕上的演示文稿机器，也不只是将底片或正片的内容利用强光投射至显示屏幕，以便于浏览底片或正片的机器而已。利用了数字光源处理技术，现今的投影装置不但已经使得演示文稿的方式产生了革命性的突破，并且已经以「家庭剧院」的新姿态，立足在显示器的市场上，带给传统电视、新一代的液晶或电浆电视不小的威胁。

数字光源处理技术(Digital light Processing，以下简称DLP)是一种能够依据数字的电子讯号，而产生一系列数字光讯号的技术，这些数字光讯号投射到显示屏幕上不但可显示出连续的影像，并可播放动画。

DLP技术的投影装置的核心为数字微镜片装置(Digital MicromirrorDevice，以下简称为微镜片装置)。请参照图1，图1为微镜片装置示意图。微镜片装置10由数十万片面积14X14微米，比头发断面还小的微镜片12集积而成，每一片微镜片12由铝金属制成。

图1A所示为图1中单一片微镜片上视图。微镜片12为方型，并以对角线(图示ab轴)为轴心而转动。将微镜片12由图1A所示8→8方向横切，则可得到如图1B所示的侧视图。

如图1B所示，微镜片12在“On”状态时会以图1A的ab轴逆时针旋转至与微镜片装置10夹角12度的位置，此时入射光L0会被微镜片12反射，反射光L1则可进入一成像镜组28而于后续成像。

微镜片12在“Off”状态时，则会顺时针旋转至与微镜片装置10夹角-12度的位置，此时入射光L0经由微镜片12反射，而使得反射光L2偏离成像镜组28。

由于每一片微镜片12在运作时就只有上述的On与Off二种状态，与数字讯号每一位仅有0与1相对应，因此非常适合作为数字讯号的应用。

请参照图2，图2为公知应用DLP技术的投影装置。投影装置20主要包括一光源22、一光源镜组24、上述的微镜片装置10、以及成像镜组28。

光源22用以提供光线，通常为一灯泡配合一集光罩。光源22的光线可经由光源镜组24以保持光线的强度并具有集中性，而后藉由一TIR(Totalinternal reflection，内部全反射)棱镜26而将光线导入微镜片装置10。

TIR棱镜26可使得光线以图1B所示的夹角入射微镜片装置10，并可将微镜片装置10的On状态反射光导入成像镜组28中。成像镜组28可将光线投射出投影装置20，并成像于投影装置20外部的一显示屏幕上(图中未示)。

如图2所示的公知投影装置20之中，光源镜组24中的光径与成像镜组28中的光径是成反向而平行，因此需要藉由反射镜25以使光线反射约90度的角度而进入TIR棱镜26，此为节省投影装置20整体体积的设计方式，当然，亦有不使用反射镜25，而将光源镜组24与成像镜组28垂直设置的公知技术。

而上述的光源镜组24与成像镜组28由复数片光学镜片组成，通常在光源镜组24中会包括一积分柱(light integrator)241，可使得光线在其中产生全反射而均匀化。

若光源22所提供的光线为白色光，则需要色轮23以使光线依时序轮流过滤成红色光、绿色光及蓝色光，如此一来，投影装置20所投射的影像才会具有色彩。

除了上述应用DLP技术的投影装置20所示的基本架构之外，另外亦有使用三片微镜片装置芯片，每片微镜片装置分别负责红、绿、蓝三色光源的投影装置。

然而，因为DLP技术使得投影装置的使用具有更多的可能性，因此，投影装置在不同使用环境下，其色彩或亮度的表现需求亦会有所不同。例如，一般利用投影装置做演示文稿时，会希望投影装置的亮度越高越好，因为演示文稿或会议场合并不适合将室内灯源完全熄灭，因此投影装置亮度越亮，则演示文稿时所能呈现的影像越清晰。但是，以家庭剧院用途的投影装置为例，在播放电影或者动画时，则希望画面中的色彩鲜艳、对比强烈且黑白分明，因此，投影装置亮度太高反而导致黑色或其它深色色彩明亮化，会造成深色过亮的缺点，而在影像的对比上出现反效果。面对上述不同使用环境时投影装置所面临的两难情况，公知应用DLP技术的投影装置之中并没有适合的应对机制。

除了上述DLP技术的投影装置的公知缺点之外，在投影装置20中，光源22(图2)所提供的光线，经由光源镜组24而导入微镜片装置10时，其光线的截面大体上是圆形，然而微镜片装置10为方形或矩形，且投影装置20所投射的成像亦以方形或矩形为主。因此，光线截面形状与成像形状的差异经常造成成像边缘的光晕现象。

综合上述DLP技术的投影装置的公知缺点，公知技术中所缺乏是一种解决投影装置成像边缘的光晕现象的缺点的技术；此外，公知投影装置中缺乏一种可以让使用者依不同用途，而调整投影装置亮度及对比度的机制。并且，公知技术中所缺乏的是一种适用于各种不同用途的投影装置。

对于从事投影技术相关领域的研发人员而言，莫不致力于解决公知技术所仍然具有的缺点，以期能够更进一步提高应用DLP技术的投影装置产品的品质。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种可调整亮度及对比度的投影装置与其中的可调式光圈。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种适用于各种不同场合与用途的投影装置与其中的可调式光圈。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种改善成像边缘光晕缺点的投影装置与其中的可调式光圈。

本发明揭露了一种投影装置，包括一光源、一光源镜组、一微镜片装置、一成像镜组以及一可调式光圈。光源镜组用以将光源所提供的光线导至微镜片装置。而光源所提供的光线经由微镜片装置调控后产生一光讯号。光讯号可藉由该成像镜组以投射并成像在投影装置外部的一显示屏幕上。其中，可调式光圈设置于投影装置内部的光径上，且可调式光圈至少包括一活动叶片，用以改变可调式光圈的光圈开口大小。藉由控制该活动叶片，该投影装置成像的亮度及对比度可加以调整。

在本发明所揭露的一较佳具体实施例中，将可调式光圈设置于成像镜组中。而另一较佳具体实施例是将可调式光圈设置于光源镜组中。另一较佳具体实施例是在成像镜组与光源镜组中同时设置有可调式光圈。本发明亦揭露了可调式光圈一具体的结构实施例，其中可调式光圈包括四片活动叶片。而在另一可调式光圈具体的结构实施例中，可调式光圈包括二片活动叶片。

本发明的可调式光圈可有多种不同的实施方式，包括其中光圈开口的形状或者是可调式光圈本身的结构，特别是其中活动叶片的结构。本发明的主要精神是藉由对光圈开口大小的控制，以使应用DLP技术的投影装置在硬件上具有改变其成像的亮度及对比度的机制与能力。因此，本发明所提供的投影装置，其成像亮度或对比度可依使用者不同的需求而加以调整，本发明有效地改善了公知技术的缺点，而提供了一种适用于各种不同用途的投影装置。同时，本发明亦藉由光圈开口的形状而改善了公知技术中投影装置成像边缘的光晕缺点。

附图说明

图1为微镜片装置示意图；

图1A为图1中单一片微镜片上视图；

图1B为图1A微镜片侧视图；

图2为公知应用DLP技术的投影装置；

图3为本发明投影装置示意图；

图3A显示本发明投影装置另一实施例；

图3B显示本发明投影装置另一实施例；

图4显示本发明可调式光圈一实施例分解图；

图4A显示图4可调式光圈第一光圈开口上视图；

图4B显示图4可调式光圈第二光圈开口上视图；以及

图5为本发明可调式光圈另一实施例分解图。

附图标号说明：

横切线8                         微镜片装置10、40

微镜片12                        投影装置20、30

光源22、32                      色轮23、33

光源镜组24、34                  集光柱241、341

反射镜25、35                    TIR棱镜26、36

成像镜组28、38                  胶筒39

可调式光圈42、52                光圈开口421、421A、421B

下基片422                       组合孔4221、4231

固定孔4222                      活动叶片423、523

滑槽4232、5242                  上基片424、524

组合滑槽4241                    短柱4242、5232

螺丝425                              显示屏幕44

入射光L0                             反射光L1、L2

具体实施方式

请参照图3，图3为本发明投影装置示意图。投影装置30主要包括一光源32、一光源镜组34、一成像镜组38、一微镜片装置40以及至少一可调式光圈(iris diaphragm)42。

光源32用以提供光线，实施上为一灯泡配合一集光罩。光源32的光线可藉由光源镜组34以保持其光线的强度并具有集中性。

光源镜组34用以将光线导入微镜片装置40，其包括复数片光学镜片(例如图3标号343与344)；且包括一积分柱(light integrator)341，可使得光线在其中产生全反射而均匀化；其后藉由光源镜组34后端的一TIR棱镜36而使光线以适当的入射角被导入微镜片装置40，其入射角介于10度～14度。

微镜片装置40用以调控(modulate)光源32所提供的光线以产生一光讯号，该光讯号为微镜片装置40中复数个On状态的微镜片所产生的反射光。

该光讯号穿过TIR棱镜36之后可被导入成像镜组38。成像镜组38包括复数片光学镜片(图中未示)，可将光讯号聚焦且放大地投射出投影装置30，并成像于投影装置30外部的一显示屏幕44上。

可调式光圈42设置于投影装置30内部的光径(light path)上。如图3所示，本发明可调式光圈42在一实施例中设置于成像镜组38中，复数片光学镜片之间。可调式光圈42中央部分为一光圈开口(aperture)421，可使光线通过，且可调式光圈42至少包括一活动叶片423，用以改变光圈开口421的大小。投影装置30成像的亮度及对比度可藉由控制活动叶片423而加以调整。

图3A则显示本发明投影装置另一实施例，在图3A实施例中，可调式光圈42设置于光源镜组34中，光学镜片343与344之间。另有图3B的实施例，则是在成像镜组38与光源镜组34中皆设置可调式光圈42，此实施方式可使得成像亮度与对比度的可调性更高。除了上述图3、图3A及图3B中可调式光圈42的不同设置方式之外，可调式光圈42设置在投影装置30内部的光径上的任何位置其实皆可达到控制投影装置30的亮度及对比度的效果，仅以上述三实施例为代表。

请继续参照图3，本发明投影装置30中更包括一色轮33，用以使光源32的白色光线依时序轮流过滤成红色光、绿色光及蓝色光，以使得投影装置投射的成像具有色彩。此外，投影装置30中，光源镜组34中的光径与成像镜组38中的光径是成反向而平行，因此设置了反射镜35以使光线反射约90度而进入TIR棱镜36，此为节省投影装置30整体体积的实施方式。在本发明另一实施方式中，是不使用反射镜35，而将光源镜组34、色轮33、及光源32移至与成像镜组38约略垂直的位置(未图示)。

请参照图4，图4显示本发明可调式光圈一实施例分解图。在此实施例中，可调式光圈42包括一下基片422、四片活动叶片423、一上基片424及二螺丝425。其中，螺丝425可经由上基片424的组合滑槽4241、活动叶片423的组合孔4231、及下基片的组合孔4221而将可调式光圈42组合为一。下基片422的二侧边上另有二固定孔4222，以使可调式光圈42可固定在投影装置30内部的一胶筒39上。

可调式光圈42完成组合后，图4所示上基片424下表面复数个短柱4242会卡合在与活动叶片423相对应的滑槽4232中。藉由上基片424的拉柄4243则可转动上基片424，而连带地带动活动叶片423以其组合孔4231(或螺丝425)为轴心而转动。如此一来，藉由控制这些活动叶片423的位置，则可改变可调式光圈42的光圈开口大小。

图4A及图4B分别显示图4可调式光圈不同光圈开口上视图，如图4A所示，当上基片424转动至一预定的弧度时，则活动叶片423转动至上基片424与下基片422所夹层的环形范围内，而此时可调式光圈42的光圈开口421A等于下基片422的中央开口，此光圈开口421A为可调式光圈42最大的光圈开口。

如图4B所示，当上基片424自图4A转动至图4B的弧度时，则活动叶片423是从上基片424与下基片422所夹层的环形范围向中央转动，此时可调式光圈42的光圈开口由图4A的421A缩减成为421B。

由图4A以及图4B中可见，光圈开口421A与421B的形状为眼形(eyeshape)、在另一实施例中则可将光圈开口的形状设计为椭圆形。关于光圈开口形状的设计，主要是着眼于光源32(图3)所提供的光线，经由光源镜组34而导入微镜片装置40时，其光线的截面大体上是圆形，然而微镜片装置40为方形或矩形，且投影装置30所投射的成像亦以方形或矩形为主。光线截面形状与成像形状的差异容易造成成像边缘的光晕。因此，在实际实施本发明时发现：以具有眼形或椭圆形光圈开口的可调式光圈42来改变入射至微镜片装置40的光线的截面形状，或是改变经由微镜片装置40所反射出的光讯号的截面形状，有助于改善上述的成像边缘的光晕缺点。

请参照图5，图5为本发明可调式光圈另一实施例分解图。相较于图4的实施例，可发现图5中可调式光圈52中的活动叶片523与图4的活动叶片423有不同的外形，且使用的数量也不相同(图4为四片，图5为二片)。此外，图4的中上基片424下表面的复数个短柱4242及活动叶片423的滑槽4232，在图5实施例中是相反地设置—使复数个短柱5232设置在活动叶片523上表面，而使滑槽5242设置于上基片524。

综合以上所述，本发明的可调式光圈可有多种不同的实施方式，包括其中光圈开口的形状或者是可调式光圈本身的结构，特别是其中活动叶片的结构；然而本发明的主要精神是藉由对光圈开口大小的控制，以使应用DLP技术的投影装置在硬件上具有改变其成像的亮度及对比度的能力。因此，本发明所提供的投影装置，其成像亮度或对比度可依使用者不同的需求而加以调整，本发明有效地改善了公知技术的缺点，而提供了一种适用于各种不同用途的投影装置。同时，本发明亦改善了公知技术中投影装置成像边缘的光晕缺点。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体，仅止于上述实施例。对熟悉此项技术者，当可轻易了解并利用其它元件或方式来产生相同的功效。因此，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在权利要求的专利范围内。

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征是，包括：

一光源；

一微镜片装置，用以调控该光源所提供的光线，以产生一光讯号；

一光源镜组，用以将该光源所提供的光线导至该微镜片装置；

一成像镜组，用以将该微镜片装置所产生的该光讯号投射出该投影装置，并成像于该投影装置外部的一显示屏幕上；以及

至少一可调式光圈，设置于该投影装置内部的光径上，该可调式光圈中央部分为一光圈开口，可使光线通过，且该可调式光圈至少包括一活动叶片，用以改变该光圈开口的大小，该投影装置成像的亮度及对比度可藉由控制该活动叶片而加以调整。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征是，该可调式光圈设置于该成像镜组中。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征是，该可调式光圈设置于该光源镜组中。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征是，该可调式光圈的该光圈开口为椭圆形。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征是，该可调式光圈的该光圈开口为眼形。

6.如权利要求1所述的投影装置，其特征是，该可调式光圈更包括一下基片、一上基片及一螺丝，该上、下基片中央部分为开口，以使光线通过，该上基片进一步包含一组合滑槽，当组装时，该螺丝将该上、下基片与该活动叶片组合为一，并穿过该组合滑槽，其中该上基片与该活动叶片将进一步互相卡合，藉由该组合滑槽，该上基片可相对于该下基片转动，并同时带动该活动叶片以该螺丝为轴心而转动，藉此可控制该活动叶片的位置，改变该可调式光圈的光圈开口大小。

7.如权利要求6所述的投影装置，其特征是，该活动叶片具有一短柱，而该上基片具有一滑槽，该短柱卡合于该滑槽中。

8.如权利要求6所述的投影装置，其特征是，该活动叶片具有一滑槽，而该上基片具有一短柱，该短柱卡合于该滑槽中。

9.一种可调式光圈，应用于一投影装置中，该投影装置包括一光源、一光源镜组、一微镜片装置及一成像镜组，该光源镜组用以将该光源所提供的光线导至该微镜片装置，而该光源所提供的光线经由该微镜片装置调控后产生一光讯号，该光讯号可藉由该成像镜组投射并成像在该投影装置外部的一显示屏幕上，其中，该可调式光圈设置于该投影装置内部的光径上，且该可调式光圈至少包括一活动叶片，用以改变该可调式光圈的光圈开口大小，藉由控制该活动叶片，该投影装置成像的亮度及对比度可加以调整。

10.如权利要求9所述的可调式光圈，其特征是，该可调式光圈更包括一下基片、一上基片及一螺丝，该上、下基片中央部分为开口，以使光线通过，该上基片进一步包含一组合滑槽，当组装时，该螺丝将该上、下基片与该活动叶片组合为一，并穿过该组合滑槽，其中该上基片与该活动叶片将进一步互相卡合，藉由该组合滑槽，该上基片可相对于该下基片转动，并同时带动该活动叶片以该螺丝为轴心而转动，藉此可控制该活动叶片的位置，改变该可调式光圈的光圈开口大小。

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