TW201341846A - 多光源多濾片投射裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種反向式投射裝置包含反射鏡其法線與光源單元的入射光夾角45度；數位微鏡元件晶片，複數個微鏡面的正偏角為Ω度，數位微鏡元件晶片的法線與該微鏡面的正偏角反射光夾角為(45+Ω)度，使得入射光與正偏角反射光反向。

Description

多光源多濾片投射裝置

本發明係有關於一種投射模組，特別是有關於一種多白光源，多濾片無色輪數位鏡片投射裝置。

傳統之投射模組依據光機可以分為包含穿透式液晶式、數位鏡片式(DMD)、矽基反射式等；而數位鏡片式(DMD)採用德州儀器所開發的DLP系統，一般除以色輪分光。色輪分光包含白光光源，且包含複數偏光片用以將白光分光成紅、綠、藍三色。利用數位微鏡元件(digital micro-mirror device)及顏色轉輪以進行投影。數位微鏡元件包括數百萬的微鏡面部分而可以降低濾片之間或光源之間之性能或特性變化所產生的色差。驅動單元根據校正影像訊號以及顏色轉輪之旋轉狀態以控制數位微鏡元件之每一微鏡面部分，其中校正單元校正影像訊號每一顏色之亮度訊號，其校正係藉由計算通過顏色轉輪之每一濾片的光相對強度，以及利用當數位微鏡元件之每一微鏡面部分處於off狀態時之光感測器之輸出。色輪式需要轉動馬達，其耗電、產生熱以及震動為其缺點。LED RGB式則光流明度太低，無法投攝大尺寸高流明影像。

此外上述鏡片以一正負角度反射光線，須投射至螢幕時為正角度，反之為負角度。若光路徑控制不當，將使得不要之負角度光被數次反射進入螢幕造成干擾。此外基於上述正負角度關係，使得光機外觀或光路徑設計不易具有方形或矩形，而造成設計外觀的困擾。因此，先前技術具有諸多缺點。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種投影模組。

一種多光源多濾片投射裝置，包含：三向導光裝置；至少三白光單元配置於該三向導光裝置三邊，用以產生光；三濾片，對應該至少三白光單元配置，以利於產生紅、藍及綠光；及數位微鏡元件晶片，其上具有複數個微鏡面，每一該複數個微鏡面的正偏角為Ω度，用以依序反射該紅、藍及綠光。所述之多光源多濾片投射裝置，其中更包含反射鏡，其法線與該光源單元的入射光夾角45度；該數位微鏡元件晶片的法線與該反射鏡的反射光夾角(45-Ω)度，使得該入射光與該正偏角反射光反向。

本發明為一種無色輪投影機或投射模組，包含：光源單元用以產生白光束；色光控制模組，耦接該光源單元用以切換該光源單元以發射一種光顏色；數位微鏡元件晶片，具有複數個鏡面部分，每一該複數個鏡面部分被控制以反射該光源單元所饋入之光；以及，投射透鏡組，配置於該數位微鏡元件晶片之反射光路徑中以投射影像。其中上述之光源單元包含有機發光元件、發光二極體、場放射發光元件、奈米碳管場放射發光元件、電致發光元件、雷射二極體用以放射光。

一種投射裝置，包含光源單元，用以產生光；反射鏡，其法線與該光源單元的入射光夾角45度；數位微鏡元件晶片，具有複數個微鏡面，每一該複數個微鏡面的正偏角為Ω度(定義為與數位微鏡元件晶片法線的偏角)，該數位微鏡元件晶片的法線與該反射鏡的反射光夾角(45-Ω)度，使得該入射光與該正偏角反射光反向。其中上述之光源單元包含有機發光元件、發光二極體、場放射元件、電致發光元件、雷射二極體。上述之光源單元被控制使至少三色光之兩色光被開啟的時間不重疊、百分之五十的時間重疊、大於百分之五十的時間重疊或小於百分之五十的時間重疊，但不得完全重疊。所述之反向式投射裝置，其中上述之反向式投射裝置包含稜鏡、X板或分色鏡。反向式投射裝置可整合或嵌入在一可攜式裝置中，該可攜式裝置包含筆記型電腦、手機、個人數位助理、遊戲機、數位攝影機、數位相機、媒體播放器或全球衛星定位系統。

一種投射裝置包含：光源單元，用以產生光；反射鏡，其法線與該光源單元的入射光夾角45度；數位微鏡元件晶片，具有複數個微鏡面，每一該複數個微鏡面的正偏角為Ω度(定義為與數位微鏡元件晶片法線的偏角)，該數位微鏡元件晶片的法線與該反射鏡的反射光夾角Ω度；一偏極化分光器，配置於該數位微鏡元件晶片與該反射鏡之間，用以將該數位微鏡元件晶片的正偏角反射光45度轉向，使得該入射光與該正偏角反射光反向。上述之光源單元包含有機發光元件、發光二極體、場放射元件、電致發光元件、雷射二極體。其中上述之光源單元被控制使至少三色光之兩色光被開啟的時間不重疊、百分之五十的時間重疊、大於百分之五十的時間重疊或小於百分之五十的時間重疊，但不得完全重疊。上述之反向式投射裝置包含稜鏡、X板或分色鏡。其中該反向式投射裝置可整合或嵌入在一可攜式裝置中，該可攜式裝置包含筆記型電腦、手機、個人數位助理、遊戲機、數位攝影機、數位相機、媒體播放器或全球衛星定位系統。

一種控制投射模組光源的方法，包含：光源單元至少包含三色光源用以產生不同顏色的光，其中第一色光源具有第一流明度，第二色光源具有第二流明度，第三色光源具有第三流明度；利用控制模組，耦接該光源單元用以控制該光源單元的第一色光源的第一開啟時間，第二色光源的第二開啟時間，第三色光源的第三開啟時間，利用該第一流明度、第二流明度以及第三流明度配合該第一開啟時間、第二開啟時間、第三開啟時間以得到所需的色彩需求與總流明度。其中該三色光之任意兩色光開啟的時間不重疊、百分之五十的時間重疊、大於百分之五十的時間重疊或小於百分之五十的時間重疊。

每一複數鏡面用以反射光源單元所饋入之光；以及投射透鏡，配置於數位微鏡元件晶片之光路徑中以投射影像。其中切換方法可使得光子數目與節能源間做一取捨與平衡。

為使本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，本文舉較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下，然下述各實施例只做一說明非用以限定本發明。本發明之手持通訊裝置包含手機、個人數位助理、平板電腦、數位相機以及smart phone。手持無線通訊裝置一般包含行動電話、傳呼裝置、個人數位助理或類似之裝置。上述無線通訊裝置之系統架構一般包含無線通訊模組，可適用於雙向傳輸之協定，行動電話以及個人數位助理至少包含雙向通訊模組。以雙向通訊模組而言，所使用的通訊協定為GSM、CDMA、PHS或雙向呼叫器通訊協定等格式。上述之無線通訊裝置包含一微處理器或中央處理單元以及一使用者介面與微處理器耦合以利於指令之輸入，其輸入之方式可以為利用觸控或聲控語音輸入。

第一圖所示為本裝置之功能方塊圖，光源可以採用白光LED、雷射二極體、白光燈泡、有機發光元、場發射發光裝置可以作為光源。在一較佳實施例中，雷射與色光轉換模組配置於雷射之光路徑上。在一例子中，色光轉換模組可以藉由一有效率的雷射波長轉換技術來完成，其可以透過材料的非線性特性而使新的波長轉換之雷射產生。基於鐵電物質非線性材料中的微結構設計，準相位匹配(QPM)可以用於補償交互作用波之間的相位-速度匹配不符以有效地混波。準相位匹配(QPM)可以應用於雷射R、G、B顯示。為了得到有效的波長轉換，交互作用波之間的相位匹配係有必要的。透過非線性材料之雙折射相位匹配技術得以達到上述之目的，其係將晶軸定位至一特定角度以達到特定的交互作用波長之相位匹配情況。舉例而言，色光轉換模組包括具有複數個光柵之波導，其具有不同週期圖樣。色光轉換模組可以包括波導元件。光柵型態可以採用均勻式光柵、並聯式光柵、串聯式光柵、扇出光柵以及頻擾光柵。雷射得以依序提供輻射至色光轉換模組藉此改變了入射光而分別形成紅、綠以及藍光。本發明係有關於投射模組應用於可攜式裝置或單獨的投影機。可攜式裝置包含但不限定於手機、個人數位助理、smart phone、筆記型電腦、媒體播放器(MP3、MP4)、數位相機、全球衛星定位系統(GPS)等等。

第一圖係根據本發明的實施例圖示，其中顯示利用數位微鏡元件(DMD)晶片108；本案可以應用於不具色輪投影機，以第一圖為例，三白色光100W、100W、100W環繞分色鏡101三邊配置，三濾光片101R、101G、101B分別對應三白色光100W、100W、100W用以過濾出紅光、綠光及藍光，而不直接採用RGB，基於LED流明度過低，固本案採用白光經由綠片過濾所需顏色，再以三向導光元件101導光以提升總流明度。三向導光元件101可以為X方塊(X-CUBE)或X鏡；隨之包含透鏡組102、102A以利於聚焦以及導光。

本案之另一實施例目的之一在於使得入射光與經數位微鏡元件反射的正偏角度光為反向，以利於所設計的光機為整齊形狀，如矩形或方形，以利於具有較佳外觀。先定義反射鏡的入射光與數位微鏡元件的正偏角度光為反向(180度)，故配置一反射鏡104的法線與入射光方向夾角Δ=45度，假設數位微鏡鏡片正偏角度=負偏角度=Ω；數位微鏡晶片表面(與法線垂直的面)與正偏角度光的反向夾角為θ；因此θ=(45-Ω)；因為反射鏡104將入射光45度反射，且需要反射光要與正偏角度光方向垂直，所以數位微鏡晶片法線與反射鏡104反射線夾角為(45-Ω)度；故數位微鏡晶片的法線與正偏角度光的方向夾角為45+Ω。舉一例子而言，若數位微鏡晶片上的數位鏡片正偏角為12度，則數位微鏡晶片法線與反射線夾角為33度(參見第三圖)；與正偏角度光的反向夾角為33度；也就是數位微鏡晶片的法線與正偏角度光的方向夾角為45+12=57度。也就是當正偏角時，可以將光反射進入投射透鏡，如此可以設計出一入射光與與數位微鏡元件的正偏角度光為反向的光機，使得光機的光路徑為垂直與水平，參見第三圖。

如第一圖所示，本實施例之投影機光機包含透鏡陣列106位於反射鏡104與數位微透鏡晶片108問用以勻光參見第二圖。部分元件例如透鏡放大器、換流器、校準部件以及驅動部件，可能需要提供。數位微鏡元件晶片包括複數個微鏡面部分(未圖示)由驅動部件所控制。驅動部件產生影像光以投射至螢幕，每一個微鏡面部分之傾斜狀態係根據彩色光源之切換狀態。光源單元可以分別發射紅、綠或藍色之單色光。若無色輪式則須包含色光控制模組耦接光源單元以決定輻射那一種色彩的光發射。彩色光單元的切換造成光依著紅、藍以及綠色之順序發射，並且切換的光輸出至數位微鏡元件晶片。在一較佳實施例中，色光控制模組致使光源單元依序與重複地發射紅、藍以及綠色光。色彩的交替次序可以改變。彩色光源單元具有複數色彩區段(color segment)，若需要亮度亦可包括白光區段。在一較佳實施例中，光源單元包括紅色區段，接著綠色區段，再依次為藍色區段。為了增加影像亮度，每一個藍色區段可以接著白光區段。換言之，在一個影像框受到至少三種不同顏色紅、綠、藍光的照射；故其切換之頻率遠快於影像框之訊號頻率。

影像訊號頻率為S，至少三種不同顏色紅、綠、藍光的訊號R、G、B依序切換，其頻率快於影像訊號頻率；此實施例顯示R、G、B時脈依序出現不重疊，換言之，每一個影像框之時間內，每個顏色只開啟1/3的時間，在一長時間計算下來，每個顏色的光只開啟總時間的1/3的時間，故可以達節省電能效果。因此可以依據所需要呈現色光的時間長短配合其光原本身之流明度控制所要達到的總合成色彩。提升光子數目則可控制至少三種不同顏色紅、綠、藍光的切換頻率；在此例中可使各色光的照射時間各有百分之五十的重疊，可提升單位時間內光子之數目以提升流明度。在此情形下，三色光之照射時間只有兩色光產生重疊，亦即在第一種色光開啟一半時間時，則開啟第二種顏色的光，當地一種顏色的光關閉時，此時為第二種顏色光開啟一半的時間，此時開啟第三顏色的光；依此類推，在每一時間內，均有兩種以上的光被開啟，另一種顏色的光被關閉，可以提升照度。以上均可以採用色光控制模組加以控制開啟時間。在一影像訊號時間內，三色光照射的時間之時序示意圖，其中個兩色光被開啟照射之時間重疊超過(大於)開啟或照射時間的百分之五十，但未完全重疊。如此可以提升光子照度，但是各色光開啟的時間較長。其中可以參見，在第一種色光之部分時間，特別是在一半之前開始便有三種色光的重疊時間(三色光同時開啟狀態)。各兩色光被開啟照射之時間重疊未超過(小於)各色光開啟或照射時間的百分之五十，如此可以提升光子照度。故可以依照上述所揭示方法以色光控制模組控制各色光之時序(timing)及照射之時間，使各兩色光間產生部分重疊，如大於百分之五十的重疊，等於百分之五十的重疊或小於百分之五十的重疊；以在於光子數目(照度)與節省能源間可做一取捨或平衡。

簡言之，利用色光控制單元控制各個獨立白色光之放射順序與強弱度以利於混合成彩色，當個單色光自晶片反射時，可以使灰階影像形成單色彩影像，透過投射鏡頭110將各單色光之影像依序投射，再利用人眼視覺暫留現象，令人眼看到合成後之彩色影像。故本發明優點為無須採用複雜光學機構，可降低成本與簡化結構。故，本發明大大減化光學機構。灰階影像，而利用不需要彩色濾光片，因為彩色濾光片造成極大的遮光，造成流明度稍不足。若省卻此濾光片，可以對於微型化有所幫助，可以提升流明度以及減少耗電。光源單元在一較佳實施例中，可為有機電致發光元件、雷射二極體、發光二極體、激發放射元件等。有機電致發光元件。

數位微鏡元件晶片包括複數個鏡面部分，控制每一個鏡面部份使其處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態，並且反射從發光單元所饋入的光，以及處於第一傾斜狀態時由控制模組進行切換。利用驅動單元之控制，並且根據一相對應的影像的訊號以及顏色控制單元，使得數位微鏡元件晶片中的每一個微鏡面部分處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態。一校準單元係用於接收影像訊號以及由光電轉換元件所取得之電壓，並藉由接收電壓校正影像訊號，並且輸出校正影像訊號至驅動單元。

可配置勻光器於光源與光導引裝置間，或是配置光導引裝置間與顯示器間。勻光器可為一菲涅爾透鏡位於光源之側，光源位於大約其焦距處，可使點光源通過菲涅爾透鏡成平行光速。菲涅爾透鏡具有被截為一段一段曲率不變的不連續曲面，曲面被劃分得很細，故看上去像一圈一圈的紋路，也就是菲涅爾透鏡包含一系列同心圓紋路(即菲涅爾帶)達到聚光效果，反之將光源置於焦距，可形成平行光速通過。且菲涅爾透鏡同時降低厚度利於微型化。可被視作一系列的稜鏡按照環形排列，其中邊緣較為尖銳，而中心則是較為平滑的凸面。菲涅爾透鏡的設計容許大幅度地削減透鏡厚度及重量與體積。在光源前配置菲涅爾透鏡可以適用於上述各實施例。亦可以使用準直器(collimator)或光柵或內部全反射透鏡替換上述之菲涅爾透鏡或與菲涅爾透鏡共同使用以利於產生平行光。準直器包含一曲面鏡片，光源置於其焦點。準直器面對光源的鏡面之曲率較大，另一鏡面之曲率較小。準直器亦可校正其他光學元件是否位於光軸上，故其不但可使光源成平行光束亦可做為校正用途。

本發明可以整合至上述之可攜式裝置如筆記型電腦、手機、個人數位助理、遊戲機、數位攝影機、數位相機或媒體播放器中。投影機或手持裝置包括一無線傳輸模組耦接中央控制IC以無線傳輸資料，並且其也可以透過網路而傳遞手提式裝置與一外部裝置，例如無線網路基地台(AP)或電腦(區域或遠端)，之間的資料。無線傳輸模組1500可以與藍芽規格、無線高傳真規格(Wi-Fi)、WiMax規格、802.11x(802.11a,802.11b,802.11g,802.11n)規格相容。上述之光導引裝置可以為X方塊稜鏡(X-cube)或是分色鏡(dichroic mirror)。

另一實施例，參見第四圖則將數位微透鏡晶片的法線與反射光的入射光方向偏離一角度Ω，其餘配置類似第一圖的例子。其上再配置PBS，使其正角度光可經過PBS，而使得光產生45度反射至螢幕。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100W．．．白光源

101R．．．紅濾片

101G．．．綠濾片

101B．．．藍濾片

101．．．分色鏡

102、102A．．．透鏡組

104．．．反射鏡

106．．．透鏡陣列

108．．．數位微鏡元件晶片(DMD)

110．．．投射鏡頭

第一圖顯示本發明第一實施例示意圖。

第二圖顯示本發明透鏡陣列示意圖。

第三圖顯示本發明角度配置示意圖。

第四圖顯示本發明第二實施例示意圖。

100W．．．白光源

101R．．．紅濾片

101G．．．綠濾片

101B．．．藍濾片

101．．．分色鏡

102、102A．．．透鏡組

104．．．反射鏡

106．．．透鏡陣列

108．．．數位微鏡元件晶片(DMD)

110．．．投射鏡頭

Claims (9)

1. 一種多光源多濾片投射裝置，包含：三向導光裝置；至少三白光單元配置於該三向導光裝置三邊，用以產生光；三濾片，對應該至少三白光單元配置，以利於產生紅、藍及綠光；及數位微鏡元件晶片，其上具有複數個微鏡面，每一該複數個微鏡面的正偏角為Ω度，用以依序反射該紅、藍及綠光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多光源多濾片投射裝置，其中更包含反射鏡，其法線與該光源單元的入射光夾角45度；該數位微鏡元件晶片的法線與該反射鏡的反射光夾角(45-Ω)度，使得該入射光與該正偏角反射光反向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多光源多濾片投射裝置，其中更包含反射鏡，其法線與該光源單元的入射光夾角45度；數位微鏡元件晶片，具有複數個微鏡面，每一該複數個微鏡面的正偏角為Ω度，該數位微鏡元件晶片的法線與該反射鏡的反射光夾角Ω度；一偏極化分光器，配置於該數位微鏡元件晶片與該反射鏡之間，用以將該數位微鏡元件晶片的正偏角反射光45度轉向，使得該入射光與該正偏角反射光反向。
4. 如申請專利範圍第1或2或3項所述之多光源多濾片投射裝置，其中上述之光源單元包含有機發光元件、發光二極體、場放射元件、電致發光元件、雷射二極體。
5. 如申請專利範圍第1或2或3項所述之多光源多濾片投射裝置，其中上述之光源單元被控制使至少三色光之兩色光被開啟的時間不重疊、百分之五十的時間重疊、大於百分之五十的時間重疊或小於百分之五十的時間重疊，但不得完全重疊。
6. 如申請專利範圍第1或2或3項所述之多光源多濾片投射裝置，其中上述之三向導光裝置包含稜鏡、X鏡或X方塊。
7. 如申請專利範圍第1或2或3項所述之多光源多濾片投射裝置，其中該多光源多濾片投射裝置，投射裝置可整合或嵌入在一可攜式裝置中，該可攜式裝置包含筆記型電腦、手機、個人數位助理、遊戲機、數位攝影機、數位相機、媒體播放器、平板電腦或全球衛星定位系統。
8. 一種控制投射模組光源的方法，包含：光源單元至少包含光源單元，包含第一光源、第二光源及第三光源；参濾片對應該第一光源、第二光源及第三光源配置用以產生不同顏色的光，其中該第一光源具有第一流明度，該第二光源具有第二流明度，該第三光源具有第三流明度；利用控制模組，耦接該光源單元用以控制該光源單元的第一光源的第一開啟時間，第二光源的第二開啟時間，第三光源的第三開啟時間，利用該第一流明度、第二流明度以及第三流明度配合該第一開啟時間、第二開啟時間、第三開啟時間以得到所需的色彩需求或總流明度。
9. 如申請專利範圍第8項所述控制投射模組光源的方法包含：其中該光源之任意兩光源所開啟的時間不重疊、百分之五十的時間重疊、大於百分之五十的時間重疊或小於百分之五十的時間重疊。