CN1797067A - 背投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种背投影系统，其包括一光源、一光导管以及一梯度变化滤光层。其中，光源是发射出一光线。分光后光线是由一入射侧入射光导管，由一出射侧出射光导管。梯度变化滤光层是设置于光导管的出射侧，梯度变化滤光层的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。由于本发明中的梯度变化滤光层，其中央区域的穿透率小于边缘区域的穿透率，因此，原本因为投影距离不等长而造成的影像亮度不均匀现象，在经过梯度变化滤光层射出后，即可获得改善，进而形成亮度均匀的照明光束，射至显像单元中，如此显像单元不需再浪费能量去进行亮度预补偿，故能提高显像单元的整体灰阶数目，使得最终影像的画质更佳，非常适于实用。

Description

背投影系统

技术领域

本发明涉及一种投影系统，特别是涉及一种背投影系统。

背景技术

影像投影系统在目前的光电产业中是为最热门的分项之一，其技术大略可以分为阴极射线管(CRT)、数位光源处理器(Digital LightProcessing，DLP)、反射式液晶、以及穿透式液晶等等。

以下，以数位光源处理器(DLP)为例，介绍其影像产生的原理。

数位光源处理器是采用数位控制，同时利用反射光原理进行动作，将光源集光并经由透镜聚焦之后，穿过红绿蓝三色滤光片的彩色滤光片，投射至数位微镜晶片(Digital Micro-mirror Device，DMD)上。利用数位微镜晶片上具有许多微小的可动镜片，以驱动电极来控制可动镜片倾斜角度与偏转时间，再藉由切换光的反射方向由镜头投射呈像。

请参阅图1所示，是现有习知的数位光源处理器的一示意图。在数位光源处理器10中，光源11发射的光束，先经过紫外/红光截止滤镜12(UV/IRCut Filter)以及分光的色轮13后，再穿过光导管14(light Tunnel)及中继透镜15(Relay Lens)，再入射于反射镜16。而反射镜16将反射光束斜向入射至数位微镜晶片17(Digital Micro-mirror Device，DMD)上，经过处理后的影像进入投影镜头18，以投影于萤幕19上成像。

其中，光导管14是用以导光(例如改变光的行进方向)与集光。另外光导管14亦可让光亮度分布均匀化，并且控制光投影出来的长宽比例。一般业者亦将该光导管14称之为光柱(Light Rod)、积分柱(IntegrationRod)、光管(Light Pipe)、或是柱镜(Rod Lens)等等。

由于反射光束斜射于数位微镜晶片17，造成自反射镜16投射于数位微镜晶片17的反射光束路径上各点为不等长，令光束无法集中于数位微镜晶片17上，导致光束照射于数位微镜晶片17同平面的面积增加，而在数位微镜晶片17表面形成亮度降低且亮度不均匀的现象。

另外，现有习知的数位光源处理器10中的投影数位微镜晶片17是具有一控制电路171，可以依据视频讯号表示的红色、蓝色、及绿色的灰阶输出，来控制各个数位微镜晶片17的倾斜角度以产生灰阶影像。

然而，为了要产生亮度均匀的影像，数位微镜晶片17的影像控制电路171，会浪费部份的能量对于亮度进行预补偿，因此造成数位微镜晶片17整体表现的灰阶数目降低，进而影响了最终影像画质的表现。

由此可见，上述现有的影像投影系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为解决影像投影系统存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的影像投影系统存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种可以解决上述影像的亮度不均匀以及数位微镜晶片对亮度作预补偿而使得灰阶降低等问题的新型结构的背投影系统，能够改进一般现有的影像投影系统，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的影像投影系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有梯度变化滤光层的背投影系统，所要解决的技术问题是可使影像的亮度均匀，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种背投影系统，其包括：一光源，其是发射出一光线；一光导管，该光线是由一入射侧入射该光导管，由一出射侧出射该光导管；以及一梯度变化滤光层，其设置于该光导管的该出射侧，该梯度变化滤光层的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的背投影系统，其中所述的光源是选自一灯泡、一有机发光二极体、一有机发光二极体阵列、一激光、以及一激光阵列。

前述的背投影系统，其中所述的梯度变化滤光层是镀设于该光导管的该出射侧。

前述的背投影系统，其中所述的梯度变化滤光膜的材质是选自于一金属、及一介电质。

前述的背投影系统，其更包括有一反射膜，其设置于该光导管的该入射侧，该反射膜具有一穿透部。

前述的背投影系统，其中所述的光导管是由复数镜片组设而成。

前述的背投影系统，其更包括一透明基板，该梯度变化滤光膜是设置于该透明基板，而该透明基板是粘设于该光导管的该出射侧。

前述的背投影系统，其更包括一显像单元，该光线自该光导管射出，并通过该梯度变化滤光层后，再投射至该显像单元，以形成一影像。

前述的背投影系统，其更包括一色轮，其是设置于该梯度变化滤光层与该显像单元之间，以将该光线分光。

前述的背投影系统，其中所述的显像单元是为一数位微镜片元件、或是为一单晶硅液晶面板。

前述的背投影系统，其更包括一偏光单元，其是位于该梯度变化滤光层与该显像单元之间，以使该光线进入该偏光单元后形成一偏极光束。

前述的背投影系统，其更包括一合光棱镜，该光线自该显像单元射出后，即进入该合光棱镜，以合光形成该影像。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到上述目的，依据本发明的背投影系统，包括一光源、一光导管以及一梯度变化滤光层。其中，光源是发射出一光线。分光后光线是由一入射侧入射光导管，由一出射侧出射光导管。梯度变化滤光层是设置于光导管的出射侧，梯度变化滤光层的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。

借由上述技术方案，本发明背投影系统至少具有下列优点：因依本发明的背投影系统，是具有梯度变化滤光层设置于光导管的出射侧，与现有技术相比，本发明背投影系统中的梯度变化滤光层，其中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。因此，原本因为投影距离不等长而造成的影像亮度不均匀现象，在经过梯度变化滤光层射出后，即可获得改善，进而形成亮度均匀的照明光束，射至显像单元中。如此一来，显像单元不需再浪费能量去进行亮度预补偿，故能提高显像单元的整体灰阶数目，使得最终影像的画质更佳。

综上所述，本发明特殊结构的背投影系统，是具有梯度变化滤光层的背投影系统，可使影像的亮度均匀，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的影像投影系统具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

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，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有习知的数位光源处理器的一示意图。

图2是本发明较佳实施例的背投影系统用于数位光源处理器的一示意图。

图3是本发明背投影系统中光导管及梯度变化滤光层的一示意图。

图4是本发明背投影系统中光导管及梯度变化滤光层的另一示意图。

图5是本发明背投影系统中光导管及梯度变化滤光层的又一示意图。

图6是本发明梯度变化滤光层的穿透率的一示意图。

图7是本发明较佳实施例的背投影系统用于单片式的反射式液晶显示器的一示意图。

10：数位光源处理器               11：光源

12：紫外/红光截止滤镜            13：色轮

14：光导管                       15：中继透镜

16：反射镜                       17：数位微镜晶片

171：控制电路                    18：投影镜头

19：萤幕                         20：背投影系统

21：光源                         211：紫外/红光截止滤镜

22：光导管                       22’光导管

221：入射侧                      222：出射侧

223：镜片                        223’：镜片

23：梯度变化滤光层               231：透明基板

24：反射膜                       241：穿透部

25：显像单元                     26：投影镜头

27：色轮                         30：背投影系统

31：光源                         32：光导管

33：梯度变化滤光层               34：显像单元

35：色轮                         36：投影镜头

37：偏光单元                     38：合光棱镜

M：影像                          M’：影像

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的背投影系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

以下将参阅相关图式，说明依本发明的背投影系统的数个实施例。

第一实施例

请参阅图2所示，是本发明较佳实施例的背投影系统用于数位光源处理器的一示意图。该背投影系统20，包括一光源21、一光导管22以及一梯度变化滤光层23。本实施例中，背投影系统20是应用于一数位光源处理器(DLP)中。

该光源21是发射出一光线。其中，光源21可以选自一灯泡、一有机发光二极体(Light emitting Diode，LED)、一有机发光二极体阵列(LEDarray)、一激光、以及一激光阵列(Laser array)。在本实施例中，一紫外/红光截止滤镜211，是邻设于光源21旁，用以过滤光线中的紫外线及红外线。

请参阅图2及图3所示，图3是本发明背投影系统中光导管及梯度变化滤光层的一示意图。光线是由一入射侧221入射光导管22，由一出射侧222出射光导管22。其中，光导管22可为一实心柱，例如是一实心玻璃柱，利用光线的内部全反射来进行聚光及集光的功能。另外，光导管22的外壁也可以具有一高反射层，以使射入光导管22的光线，能被导引至一光线出射侧222射出，进而产生导光与集光的功能。

请参阅图4所示，是本发明背投影系统中光导管及梯度变化滤光层的另一示意图。当然，光导管22’也可以是由复数镜片223组设而成的中空光导管22’。光导管22’的内壁，也就是复数镜片223面对光线通过空间的表面上，是具有一高反射层(画斜线部份)，让进入光导管22’的光束产生全反射，以使光导管22’产生导光与集光的功能。

另外，依据复数镜片223所组装的角度、镜片223的形状(如图5所示是以梯形镜片223’为例)、或是实心柱的外形，光导管22，22’垂直于光通过的方向的横截面，是可具有不同的形状，例如是矩形、梯形、平行四边形或是其他形状，本实施例中是以矩形为例。

请参阅图3所示，梯度变化滤光层23是设置于光导管22的光线出射侧222，若光导管22为实心，则梯度变化滤光层23可以直接镀设于光导管22上。

另外，请再参阅图4以及图5所示，若该光导管22’是由复数的镜片223、223’所组成，则梯度变化滤光层23是可以先设置于一透明基板231上，再将透明基板231粘置于光导管22’的光线出射侧222。

梯度变化滤光层23的材质可为一金属反射层(例如为铬、银)、或是一介电质，可利用材料的厚度或密度不同等方式，来使得梯度变化滤光层23的中央区域的穿透率(Transmission Rate)是小于边缘区域的穿透率。也就是说，梯度变化滤光层23的边缘具有较高的光线穿透率。

请参阅图6所示，是本发明梯度变化滤光层的穿透率的一示意图。x轴是为梯度变化滤光层22上任一点离中心点的距离，而y轴代表其穿透率(T％)。由图6可知，梯度变化滤光层23中央至边缘区域是具有不同的穿透率。中央区域的穿透率较低，而边缘区域的穿透率较高。穿透率较高则表示光通量较高，反之，穿透率较低则表示光通量较低，而穿透率数值大小则可视实际产品需求而制作。

请参阅图4所示，在本实施例中，该背投影系统20更可包括一反射膜24，其设置于光导管22’的入射侧221，其中，该反射膜24是具有一穿透部241，供光线进入光导管22’，而穿透部241可位于反射膜24的中央区域。由于反射膜24是具有一反射层，能把自光线入射侧221散射或反射出去的光线挡住，并反射回光导管22’中，故能增加光通量，进而可对影像有补光的效果。

请参阅图2所示，在本实施例中，背投影系统20更可包括一显像单元25(Imager Unit)，例如为一数位微镜片元件(Digital Micro-mirrorDevice，DMD)，光线自光导管22射出，并通过梯度变化滤光层23后，再投射至显像单元25，其中，数位微镜片元件上有许多微小的可动镜片，利用驱动电极来控制可动镜片倾斜角度与偏转时间，再藉由切换光的反射方向以投射至一投影镜头26即可形成一影像M。

请参阅图2所示，本实施例中，背投影系统20更可包括一色轮27，其可设置于光源21与光导管22之间，以将光源21所发出的光线分光。当然，色轮27也可以设置于梯度变化滤光层23与显像单元25之间，将通过光导管22后的光线分光。在本实施例中是将色轮27设置于光源21与光导管22之间。其中，色轮27是具有复数彩色滤光片，其可由红色、绿色、蓝色以及透明或其他颜色的扇形滤光片所组成。藉由高速旋转色轮27，即可将自光源21发出的光线分光。

由光源21所发出的光线，经过色轮27分光，以进入光导管22后，再经过梯度变化滤光层23射出时，由于经过了梯度变化滤光层23的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率，故能与光路径不等长所造成的亮度不均匀现象来互补亮度，进而使得光束经过梯度变化滤光层23，形成均匀的照明光束，而射至显像单元25中。如此一来，显像单元25也不用再浪费能量去进行亮度预补偿而使得灰阶数目降低，故能提高显像单元25的整体灰阶数目，使得最终影像的画质更好。

第二实施例

请参阅图7所示，是本发明较佳实施例的背投影系统用于单片式的反射式液晶显示器的一示意图。本实施例中，该背投影系统30是包括一光源31、一光导管32以及一梯度变化滤光层33。背投影系统30是应用于一单片式的反射式液晶显示器(Liquid Crystal on Silicon Display)。

本实施例中，该光源31、光导管32以及梯度变化滤光层33，是与第一实施例中的光源21、光导管22以及梯度变化滤光层23，具有相同的技术特征，故在此不再赘述。

请参阅图6所示，是本发明梯度变化滤光层的穿透率的一示意图。本实施例中，背投影系统30更可包括一显像单元34(Imager Unit)，例如为一单晶硅液晶(LCoS)面板，光源31所发出的光线经过光导管32射出，并通过梯度变化滤光层33后，再投射至显像单元34。其中，单晶硅液晶面板是在上下二层基板中间撒布间隔物(Spacer)加以隔绝后，再填充液晶于基板间而形成，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定光线通过面板的量。

请参阅图7所示，本实施例中，背投影系统30更可包括一色轮35以及一投影镜头36。其中，该色轮35以及投影镜头36是与第一实施例中的色轮27以及投影镜头26具有相同的特征及功效，故在此不再赘述。

另外，本实施例中，背投影系统30更可包括一偏光单元37以及一合光棱镜38。其中，该偏光单元37是位于梯度变化滤光层33与显像单元34之间，以使光线进入偏光单元37后形成一偏极光束，而偏极光束则入射至显像单元34。光线自显像单元34射出后，即进入合光棱镜38，以合光并穿过投影镜头36形成一影像M’。

由光源31所发出的光线，经过色轮35分光，以进入光导管32后，再经过梯度变化滤光层33射出时，由于经过了梯度变化滤光层33的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率，故能与光路径不等长所造成的亮度不均匀现象来互补亮度，进而使得光束经过梯度变化滤光层33，形成均匀的照明光束，而射至显像单元34中。如此一来，显像单元34也不用再浪费能量去进行亮度预补偿而使得灰阶数目降低，故能提高显像单元34的整体灰阶数目，使得最终影像的画质更好。

综上所述，本发明的背投影系统是具有梯度变化滤光层设置于光导管的出射侧。与现有技术相比，本发明背投影系统中的梯度变化滤光层，其中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。因此，原本因为投影距离不等长而造成的影像亮度不均匀的现象，在经过梯度变化滤光层射出后，即可获得改善，进而形成亮度均匀的照明光束，射至显像单元中。如此一来，显像单元不需再浪费能量去进行亮度预补偿，故能提高显像单元的整体灰阶数目，使得最终影像的画质更佳。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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技术内容作出些许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 (12)

1、一种背投影系统，其特征在于其包括：

一光源，其是发射出一光线；

一光导管，该光线是由一入射侧入射该光导管，由一出射侧出射该光导管；以及

一梯度变化滤光层，其设置于该光导管的该出射侧，该梯度变化滤光层的中央区域的穿透率是小于边缘区域的穿透率。

2、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其中所述的光源是选自一灯泡、一有机发光二极体、一有机发光二极体阵列、一激光、以及一激光阵列。

3、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其中所述的梯度变化滤光层是镀设于该光导管的该出射侧。

4、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其中所述的梯度变化滤光膜的材质是选自于一金属、及一介电质。

5、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其更包括有一反射膜，其设置于该光导管的该入射侧，该反射膜具有一穿透部。

6、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其中所述的光导管是由复数镜片组设而成。

7、根据权利要求6所述的背投影系统，其特征在于其更包括一透明基板，该梯度变化滤光膜是设置于该透明基板，而该透明基板是粘设于该光导管的该出射侧。

8、根据权利要求1所述的背投影系统，其特征在于其更包括一显像单元，该光线自该光导管射出，并通过该梯度变化滤光层后，再投射至该显像单元，以形成一影像。

9、根据权利要求8所述的背投影系统，其特征在于其更包括一色轮，其是设置于该梯度变化滤光层与该显像单元之间，以将该光线分光。

10、根据权利要求8所述的背投影系统，其特征在于其中所述的显像单元是为一数位微镜片元件、或是为一单晶硅液晶面板。

11、根据权利要求8所述的背投影系统，其特征在于其更包括一偏光单元，其是位于该梯度变化滤光层与该显像单元之间，以使该光线进入该偏光单元后形成一偏极光束。

12、根据权利要求8所述的背投影系统，其特征在于其更包括一合光棱镜，该光线自该显像单元射出后，即进入该合光棱镜，以合光形成该影像。

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