TW201344336A - 提高流明的投影裝置與其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種投影裝置包含色光控制模組耦接光源單元用以切換該光源單元以依序發射各色光；其中色光控制模組控制該光源單元，在一個影像訊號時間內，至少包含紅、藍、綠單獨開啟時間及至少包含一段該紅、藍、綠同時開啟時間。

Description

提高流明的投影裝置與其控制方法

本發明係有關於一種投射模組，特別是有關於一種高流明投射模組。

本案發明人曾取得美國專利號8127995及7874486 DMD無色輪投影專利。該技術採用RGB LED做為三色獨立光源而省去色輪。惟基於目前LED亮度普遍不足，且其亮度提昇每年不到百分之十的進展速度，過於緩慢不利於小型或內建投影機的發展。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種高亮度或高流明度三單色光源投影模組。因此無須光學分色光系統，可縮小體積，且採用非白熾燈泡的發光元件而，因此不會過熱。

一種提高流明的投影裝置，包含：光源單元，用以產生不同色光；色光控制模組，耦接該光源單元用以切換該光源單元以依序發射各色光；影像顯示裝置，用以反射或穿透該光源單元所饋入的光；及投射透鏡，對應配置於該影像顯示裝置以投射影像；其中該色光控制模組控制該光源單元，在一個影像訊號時間內，至少包含紅、藍、綠單獨開啟時間及至少包含一段該紅、藍、綠同時開啟時間。

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、雷射以放射紅、綠及藍光。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間第三色光開啟及第四時間三色光同時開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間三色光同時開啟，第四時間第三色光開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間三色光同時開啟，第三時間第二色光開啟，第四時間第三色光開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間三色光開啟，第二時間第一色光開啟，第三時間第二色光開啟；第四時間第三色光開啟。

一種提高色彩的投影裝置，包含：光源單元，用以產生不同色光；色光控制模組，耦接該光源單元用以切換該光源單元以依序發射各色光；影像顯示裝置，用以反射或穿透該光源單元所饋入的光；及投射透鏡，對應配置於該影像顯示裝置以投射影像；其中該色光控制模組控制該光源單元，在一個影像訊號時間內，至少包含紅、藍、綠單獨開啟時間及至少包含一段該紅、綠同時開啟時間。

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、雷射以放射紅、綠及藍光。其中上述色光模組控制該光源單元使得該紅光與該綠光有部分時間重疊開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間三色光同時開啟，第四時間紅、綠色光同時開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間紅、綠色色光同時開啟，第四時間第三色光開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間紅、綠色光同時開啟，第三時間第二色光開啟，第四時間第三色光開啟。

其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間紅、綠色光開啟，第二時間第一色光開啟，第三時間第二色光開啟；第四時間第三色光開啟。

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。本發明可內建或外接於手持通訊裝置包含但不限於手機、個人數位助理以及智能型手機(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。在一較佳實施例中，發光二極體、雷射、場放射元件等可以做為光源，如發射藍光、紅光及綠光做為三個單色光源。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、平板電腦、個人數位助理、智能型手機(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。

第一圖係根據本發明之實施例之圖示，其中顯示利用影像顯示裝置120，可以為穿透射液晶、反射式液晶(矽基液晶(LCoS；liquid crystal on silicon))、數位微鏡晶片(DMD)，其為投影機之主要構成要件。第一圖以數位微鏡晶片(DMD)做為示意，無色輪得以縮小體積整合於可攜式裝置中，且減少閃頻。如第一圖所示，本實施例投影裝置100包括光源單元110、影像顯示裝置120，例如數位微鏡晶片，及投射透鏡組130。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。在一實施例中，透鏡放大器可以置於光源單元110與影像顯示裝置120之間。在一實施例中，若影像顯示裝置120為數位微鏡晶片，那麼其包括複數個微鏡面部分(未圖示)由驅動部件所控制，用以產生影像以投射至螢幕，每一個微鏡面的傾斜狀態係根據彩色光源之切換狀態。光源單元110可以分別發射紅、綠或藍色單色光。色光控制模組140耦接光源單元110以決定輻射那一種色彩的光發射。從較準部件饋入之訊號以及微鏡面部分之傾斜狀態係配合彩色光源單元110的切換狀態。色光控制模組140係用於切換光之顏色彩之用，其可以由積體電路所形成。色彩切換時間遠快於習知技術之轉輪式切換。彩色光單元的切換造成光依著三色光例如紅、藍及綠色順序發射，並且切換的光輸出至數位微鏡晶片120。在一較佳實施例中，色光控制模組140致使光源單元110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110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110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。以上方式也可以適用於穿透射液晶、反射式液晶做為影像顯示裝置120。訊號傳輸模組150傳輸灰階訊號155到影像顯示裝置120。影像顯示裝置120經過光後產生紅色灰階、藍色灰階及綠色灰階經過投射鏡頭130投射到螢幕經人眼的視覺暫留作用而形成全彩。

第二圖所示，除三色光依序輻射外，也可以摻雜白色或黃色。第一圖所示之三色光源是分別配置在X-分色鏡三邊、X-方塊(X-CUBE)或菱鏡三邊，而由第四邊出光。此外，在其他實施例中亦可以採用第三圖的配置，第一色光源配置對準顯示裝置120，其他兩色光源透過反射鏡121A以及121B將光線反射到第一色光源的光路徑上。

參閱第四圖為本發明光原依序開啟的時間(脈)圖，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，其中有一段時間紅、綠、藍光同時被開啟以混光形成白光提昇量度。換言之，每一個影像框之時間內，每個顏色只開啟一部分，例如1/4的時間，在最後1/4周期時紅、綠、藍光同時被開啟。則在一長時間計算下來，每個顏色的光只開啟總時間的1/2的時間。上述之開啟時間亦可以依據不同需求而調整，其特徵在於具有一段紅、綠、藍光同時被開啟時間。

例如第七圖所示：第一時間，第一色光開啟；第二時間，第二色光開啟；第三時間，第三色光開啟；第四時間，三色光同時開啟。

例如第八圖所示：第一時間，第一色光開啟；第二時間，第二色光開啟；第三時間，三色光同時開啟；第四時間，第三色光開啟。

例如第九圖所示：第一時間，第一色光開啟；第二時間，三色光同時開啟；第三時間，第二色光開啟；第四時間，第三色光開啟。

例如第十圖所示：第一時間，第三色光開啟；第二時間，第一色光開啟；第三時間，第二色光開啟；第四時間第三色光開啟。

上述各色光開啟時間有部分重疊亦可。特徵在於在一個影像訊號時間內，必須至少包含上面所述的三種色光個別開啟時間，以及至少一段紅、綠、藍全部開啟時間。

為提升亮度則可控制至少四種不同顏色紅、綠、藍、白光的切換頻率；例子中可使各色光的照射時間各有部分重疊，可提升單位時間內白色光子數目以提升流明度。以上均可以採用色光控制模組140加以控制開啟時間。

參閱第五圖，其顯示在一影像訊號時間內，三色光照射的時間的時序示意圖，其中個綠色與紅色兩色光有一段時間可被同時開啟，以混光成黃色照射。如此可以提升色彩的鮮豔度、飽和度或兩者。特徵在於在一個影像訊號時間內，必須至少包含上面所述的三種色光個別開啟時間，以及至少一段紅、綠光同時開啟時間。此實施例亦可以配合紅、綠、藍全部開啟的實施例一起使用。

第六圖則是利用綠光與紅光的開啟時間部分重疊以達到部分混合成黃光的效果。其中黃、綠兩色光被開啟時間部分重疊，而藍光則備單獨開啟，而關閉紅、綠兩光源。

本發明光源單元110包含多單色光源110R、110G、110B，可分別放射紅、綠、藍三色光，色光控制單元140電性耦接上述之参單色光源110R、110G、110B以利其分別依序放射至少三色光。以一實施例而言，影像顯示裝置120，例如DMD，用以顯示影像。多單色光源110為至少参單色光，以利於各自放射藍、綠及紅光以利於合成彩色。透過依序放射参單色光，例如藍、綠及紅光，其三者的三色光線分別直接或間接到達影像顯示裝置120，若為DMD則由其上之微鏡片反射，使得紅、綠及藍光影像透過投射鏡頭130放大投射到螢幕，上述三色光之放射次序可以任意排列，其組合例如為藍綠紅、藍紅綠、綠紅藍、綠藍紅、藍紅綠或藍綠紅等次序；上述方式也可以適用於穿透式液晶與反射式液晶。一光導引裝置135，使上述各別之光源110R、110G、110B配置於光導引裝置135三側，以利於將個別的光導向顯示器120。上述之光導引裝置135可以為X稜鏡(X-cube)、X板或是分色鏡(dichroic mirror)。基於上述三色光源依序放射，使得人眼在視覺暫留內，看到一彩色影像。上述多單色光源110透過色光控制單元140控制其各自之強度與放射時間，端視色彩資訊而定。為強化其光強度，避免過暗，上述多單色光源110除包含参單色光外，亦可以包含白光配置以利加強亮度，所述之白光可穿插於上述三色光之任意排列之中；為增加色彩度，亦可穿插黃光。若選擇LED、雷射、有機發光(EL；electroluminescence)元件等發光元件，除可縮小本裝置外，相較於燈泡具較佳散熱效果。上述之顯示裝置120亦可採用矽基液晶顯示器。

簡言之，利用色光控制單元140控制各個獨立單色光之放射順序與強弱度以利於混合成彩色，當個單色光自顯示器120反射時，可以使顯示器120上之灰階影像形成單色彩影像，透過投射鏡頭130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。因此本發明採用不耗熱之多數單色光源，做為成像光源，利用單一灰階顯示器120，藉由依序將各單色光放射穿透該單一灰階顯示器120，以利於不同時產生至少三色階之影像，依投射鏡頭不同時投射到螢幕上，但基於視覺暫留現象，人眼以為同時到達而合成彩色光。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。採用灰階影像時，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。

數位微鏡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。已知的習知技術中，投影機包括數位訊號處理器配置於DLP電路板上。

色光控制模組140係配置以包括紅、綠以及藍色光源以產生複數色彩之光影像。可以配置勻光器於光源與光導引裝置135間，或是配至光導引裝置135間與顯示器120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。

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。

110．．．光源單元

120．．．影像顯示裝置

130．．．投射透鏡組

140．．．色光控制模組

150．．．影像傳輸模組

121A、B．．．反射鏡

110R、110G、110B．．．藍、綠、紅光源

第一圖係顯示本發明功能方塊示意圖。

第二圖係顯示本發明多色光依序示意圖。

第三圖係顯示本發明光路徑示意圖。

第四圖係顯示本發明影像訊號與光源開啟時間示意圖。

第五圖係顯示顯示本發明影像訊號與光源開啟時間示意圖。

第六圖係顯示本發明影像訊號與光源開啟時間示意圖。

第七圖係顯示本發明光源開啟時間流程圖。

第八圖係係顯示本發明光源開啟時間流程圖。

第九圖係顯示本發明光源開啟時間流程圖。

第十圖係顯示本發明光源開啟時間流程圖。

110．．．光源單元

120．．．影像顯示裝置

130．．．投射透鏡組

140．．．色光控制模組

150．．．影像傳輸模組

121A、B．．．反射鏡

110R、110G、110B．．．藍、綠、紅光源

Claims (15)

1. 一種提高流明的投影裝置，包含：光源單元，用以產生不同色光；色光控制模組，耦接該光源單元用以切換該光源單元以依序發射各色光；影像顯示裝置，用以反射或穿透該光源單元所饋入的光；及投射透鏡，對應配置於該影像顯示裝置以投射影像；其中該色光控制模組控制該光源單元，在一個影像訊號時間內，至少包含紅、藍、綠單獨開啟時間及至少包含一段該紅、藍、綠同時開啟時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之提高流明的投影裝置，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、雷射以放射紅、綠及藍光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之提高流明的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間第三色光開啟及第四時間三色光同時開啟。
4. 如申請專利範圍第1項所述之提高流明的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間三色光同時開啟，第四時間第三色光開啟。
5. 如申請專利範圍第1項所述之提高流明的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間三色光同時開啟，第三時間第二色光開啟，第四時間第三色光開啟。
6. 如申請專利範圍第1項所述之提高流明的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間三色光開啟，第二時間第一色光開啟，第三時間第二色光開啟；第四時間第三色光開啟。
7. 如申請專利範圍第1或2或3或4或5或6項所述之提高流明的投影裝置，其中更包含稜鏡、X板、X方塊或分色鏡；其中該光源單元配置於其三邊。
8. 一種提高色彩的投影裝置，包含：光源單元，用以產生不同色光；色光控制模組，耦接該光源單元用以切換該光源單元以依序發射各色光；影像顯示裝置，用以反射或穿透該光源單元所饋入的光；及投射透鏡，對應配置於該影像顯示裝置以投射影像；其中該色光控制模組控制該光源單元，在一個影像訊號時間內，至少包含紅、藍、綠單獨開啟時間及至少包含一段該紅、綠同時開啟時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之提高色彩的投影裝置，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、雷射以放射紅、綠及藍光。
10. 如申請專利範圍第8項所述之提高色彩的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得該紅光與該綠光有部分時間重疊開啟。
11. 如申請專利範圍第10項所述之提高色彩的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間三色光同時開啟，第四時間紅、綠色光同時開啟。
12. 如申請專利範圍第10項所述之提高色彩的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間第二色光開啟，第三時間紅、綠色色光同時開啟，第四時間第三色光開啟。
13. 如申請專利範圍第10項所述之提高色彩的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間第一色光開啟，第二時間紅、綠色光同時開啟，第三時間第二色光開啟，第四時間第三色光開啟。
14. 如申請專利範圍第10項所述之提高色彩的投影裝置，其中上述色光模組控制該光源單元使得第一時間紅、綠色光開啟，第二時間第一色光開啟，第三時間第二色光開啟；第四時間第三色光開啟。
15. 如申請專利範圍第8或9或10或11或12或13或14項所述之提高流明的投影裝置，其中更包含稜鏡、X板、X方塊或分色鏡。