TW201348843A - 高流明影像投射裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種彩色影像投射裝置，包含色光控制單元；多單色光源，電性耦合該色光控制單元用以依序放射該多色光源之各獨立光源；一分光器，用以將該多單色光源所放射的光分光，其中該多單色光源配置於該分光器之側，使該多單色光源自同側所放射光；一無彩色濾光片矽基液晶，對應配置於該分光器，用以顯示影像，藉由該多單色光源依序形成紅、綠、藍三色影像；投射鏡頭，對應配至於該無彩色濾光片矽基液晶，用以依序將該三色影像投射，藉由視覺暫留形成彩色影像。

Description

高流明影像投射裝置及其方法

本發明係有關於一種投影裝置，特別是有關於一種高流明参濾片白光影像投射裝置。

隨著資訊以及電腦市場不斷的擴充下，電子產品在輕薄短小、多功能速度快之趨勢的推動下快速成長。目前大部分之投影裝置採用三液晶顯示螢幕，透過投射鏡頭放大。但此種構造需要以多數分光鏡及反射鏡分光，光學機構過於複雜，無法縮小化。另有採用DMD晶片者，但其成本過高且需一色輪，易造成機械震動。另有採用分色電路者，但其需將同一影像分成三種色調在加以合成，不僅投射手段過於複雜且需分色電路。另有利用LCOS(LCD on Silicon)上，光穿透液晶後，經過矽基板反射再穿過PBS，經由鏡頭投射。不論何者，普遍微型投影機的照度不足很少大於50流明，主要在於光耗損過多。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種高流明多光源影像投射裝置。

一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；紅、藍、綠濾光片對應該多白光源配置以產生紅藍綠光；一分光器，用以將該多白光源所放射的光分光；一反射式灰階顯示器，對應配置於該分 光器，用以顯示影像，藉由該多白光源依序形成紅、綠、藍三色影像；投射鏡頭，對應配至於該反射式灰階顯示器，用以依序將該三色影像投射，藉由視覺暫留形成彩色影像。其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件，其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。導光元件包含X板、X方塊或稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。

一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；一分光器，用以將該多白光源所放射的光分光；一反射式彩色顯示器，對應配置於該分光器，用以顯示影像，藉由該多白光源形成彩色投射影像；投射鏡頭，對應配至於該反射式彩色顯示器，用以將該三色影像投射。其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器，其中該導光元件包含X板、X方塊或稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。

一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；紅、藍、綠濾光片對應該多白光源配置以產生紅藍綠光；一穿透式灰階顯示器，對應配置於該導光元件，用以顯示影像，藉由該多白光源依序形 成紅、綠、藍三色影像；投射鏡頭，對應配至於該穿射式灰階顯示器，用以依序將該三色影像投射，藉由視覺暫留形成彩色影像。多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件，其中上述穿射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。其中導光元件包含X板、X方塊或稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。

一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；一穿射式彩色顯示器，對應配置於該導光元件，用以顯示影像，藉由該多白光源形成彩色投射影像；投射鏡頭，對應配至於該穿射式彩色顯示器，用以將該彩色影像投射。上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。其中導光元件包含X板(X-鏡)、X方塊(X-cube)或稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。

色光單元控制該多單色光源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。

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。

本發明亦可內建或外接於手持通訊裝置中，包含手機、個人數位助理以及智慧型手機。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。經由雙向通訊模組所接收由服務提供者所提供之訊息，經過解碼裝置解碼以轉換成可辨識之訊號。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。雙向通訊模組所接收之訊號經由微處理器並載出儲存於記憶體單元中之資料或程式進行處理，如比對通訊協定、解讀以及判斷。本裝置亦可適用於GPS、多媒體播放器、平板電腦等。

第一圖與第二圖所示為本發明之影像投射裝置，其包含色光控制單元1000。光源可參閱第二圖，以参獨立白光配置，前端對應配置紅、綠、藍濾光片1111R、1111G、1111B，以過濾放射光線產生個別的紅、綠、藍光，透過色光控制單元1000控制依序進入極化分光器PBS，將個別的紅、綠、藍光導向且經過極化分光器PBS將光導向無彩色濾光片的反射式顯示器，例如反射式矽基液晶顯示器LCOS(LCD on Silicon)或反射式有機發光顯示器(AMOLED)或反射式場放射式顯示器(FET)，光穿透液晶 後，經過矽基板反射再穿過PBS，經由鏡頭投射。此時反射式顯示器為灰階顯示，配合三色紅、綠、藍濾光片1111R、1111G產生之紅、綠、藍光依序穿透該反射式顯示器。本發明採用將三白光源配置於一三向光路導向裝置，例如稜鏡、x-cube或x鏡的三側，且與極化分光器PBS具相同距離，用以改善三光源相對於極化分光器PBS距離不同問題，且可以縮小體積與光路徑。一般目前白光LED為數千流明，而藍色只有一百多。且以三白光配置將可以提升光照度。

由紅、綠、藍濾光片1111R、1111G、1111B產生的紅、綠、藍光分別在不同時序對三向光路導向裝置照射，進而稜鏡再將其分別在不同時序導向極化分光器PBS。以一實施例而言，提供單一顯示裝置1200用以顯示灰階影像，例如灰階矽基液晶LCOS。多單色光源1100為至少参單色白光，經由紅、綠、藍濾光片1111R、1111G、1111B以利於各自放射藍、綠及紅光以利於依序放射藍、綠及紅光。於液晶面板之影像可為灰階，再透過依序放射参單色光，例如藍、綠及紅光。三色光線分別經由分光器PBS反射至LCOS，而分別被對應之紅、綠以及藍光穿過液晶而被矽基板反射，最後透過投射鏡頭1300放大依序投射藍、綠及紅影像，上述三色光之放射次序可以任意排列，其組合例示為藍綠紅、藍紅綠、綠紅藍、綠藍紅、藍紅綠或藍綠紅等次序；也可以為紅綠綠藍等組合，依需求而定。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。上述多光源1100透過色光控制單元1000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1100除包含参單色光外，亦可以包含白光配置以利加強亮度，所述之白光亦即由三光源同時開啟，使得紅藍綠混光成白色；可穿插於上述三色光之任意排列之中。矽基液晶1200之影像顯示係由影像訊號輸入單元1400饋入。基於本發明係依據放射至少三白色光，且透過一灰階矽基液晶1200依序反射RGB之影像，將光源配置到三邊，以易於縮小體積與簡化裝配對位等複雜度與簡化光機構。若選擇LED、雷射、有機發光(EL；electroluminescence)元件等發光元件，除可縮小本裝置外亦可提流明。

簡言之，利用色光控制單元1000控制個獨立單色光之放射順序與強弱度以利於利用視覺暫留混合成彩色，當個單色光自顯示器1200時，可以使灰階影像形成單色灰階影像，經PBS及透過投射鏡頭1300將各單色光之影像投射，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1200，藉由依序將各單色光在不同時序內放射穿透該單一灰階反射式顯示器1200，以利於不同時產生至少三色階之影像，依據被投射鏡頭不同時投射到螢幕上。故本發明優點為無須採用具有濾光片矽基液晶1200，可降低成本與簡化結構，再者，本發明無需利用反射鏡反射光，故可將光源在稜鏡三邊配置不同色光 源，或是配置於單邊，使得距離PBS之距離相等。故，本發明大大減化光學機構。而較佳實施例中對於微型化有所幫助，可以提升流明度以及減少耗電。

在另一實施例中，則採用彩色反射式液晶，其包含彩色濾光片1111，則可以省去紅、綠、藍濾光片1111R、1111G、1111B，參照第三圖，其於原理類似故不贅述。若採用有機發光顯示器、或場放射顯示器則可以更省略彩色濾光片1111，提昇光穿透率。

第四圖所示為本發明之穿透式影像投射裝置，包含多白色光源1100、1100、1100，配置對應的例如紅濾光片1111R、綠濾光片1111G、藍濾光片1111B，可分別過率白光放射紅、綠、藍三色光，色光控制單元1000電性耦接上述之参白色光源1100、1100、1100以利其分別依序放射至少白色光。以一實施例而言，灰階顯示裝置1200用以顯示灰階影像，其較佳為灰階液晶(LCD)顯示器，其基板為透明以利光穿透。以一實施例而言，可以為高溫多晶矽(HTPS)或低溫多晶矽(LTPS)液晶，其具有較佳電子移動率。上述以得使用穿透式有機發光顯示器以及場放式顯示器。白光源1100W藉由紅濾光片1111R、綠濾光片1111G、藍濾光片1111B，以利於各自放射藍、綠及紅光以利於合成彩色。如此得到的三色光將數倍於獨立藍光或紅光LED產生的光，主因此兩種光只有數百流明，遠低於白光數千流明。

於顯示器影像為灰階，再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穿透LCD，使得紅、綠及藍光影像透過投射鏡頭1300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。一光導引裝置1350，使上述各別之光源1100W、1100W、1100W配置於光導引裝置1350之三側，以利於將個別的光導向顯示器1200。上述之光導引裝置1350可以為X方塊稜鏡(X-cube)或X板或是分色鏡(dichroic mirror)。各別之光源1100W配置於光導引裝置1350之三側，其相對於顯示器1200之個別相對位置相當，故可以減少光路徑不同議題，且單純化光機構。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1100透過色光控制單元1000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1100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(由藍紅混光)。

此外，可以採用彩色穿透式顯示器，則可以省卻紅濾光片1111R、綠濾光片1111G、藍濾光片1111B，如第五圖所示。

上述之放射光源可以為發光二極體(LED)、雷射、有機發光元件、場放射發光元件，以参單獨光源配置成一線或是相鄰配置或是將發光二極體配置成矩陣。上述之放射光源亦可以採用有機發光。投射鏡頭1300，配置於PBS 側，一顯示幕可放置於適當位置用以投射成像。因此儲存在手持通訊裝置、媒體播放器或電腦記憶體中資料、檔案、電玩變可以透過投射顯示裝置放大投射至外部。基於本發明採用有機激發光放射、雷射光源等元件，其輕薄短小，故可以使得被整合於手機之中。無線傳輸模組1500，可以自外界接收影像，透過影像訊號輸入單元1400輸入所欲投影之訊號或影像。亦可以透過記憶卡或隨身碟1600輸入所欲投影之訊號或影像，如此可以省卻攜帶電腦之不便，亦可以透過輸入介面1700，例如USB、HDMI等連接手機，以投射手機內影像或資訊。

本裝置可整合於手持裝置10，如手機、平板電腦、數位相機、數位攝影機、GPS、多媒體播放裝置等。

故本發明優點為可採用或無須採用濾光片，可簡化光學結構。以微型化考量。

若有需求，可以配置勻光器3210於光源與PBS間，或是配至於PBS間與LCOS1200間。勻光器3210可為一菲涅爾透鏡位於光源3100之側，光源3100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)或光柵或積分柱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。上述之菲涅爾透鏡亦可以配置於顯示裝置與投射鏡頭間，投射鏡頭至於其焦點述。

色光控制單元1000係用於切換光之顏色彩之用，其可以由積體電路所形成。彩色光的切換造成光依著紅、藍以及綠色之順序發射(順序可對調)換言之，每一個影像訊號視訊框之時間內，每個顏色只開啟1/3的時間，輪流開啟，在一長時間累績計算下來，每個顏色的光只開啟影像撥放總時間的1/3的時間，故可以達節省電能效果。在相同的行列解析度的情形下，其像素點為具有彩色濾光片的三倍，因為每三個紅、綠、藍次像素合成一個彩色像素，而本發明採用灰階，每一點均為實際像素，而採用視覺暫留成像，故像素點為三倍。

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。

1000‧‧‧色光控制單元

1100‧‧‧光源

1111‧‧‧彩色濾光片

1111R‧‧‧紅濾光片

1111G‧‧‧綠濾光片

1111B‧‧‧藍濾光片

1200‧‧‧顯示器

1300‧‧‧投射鏡頭

1400‧‧‧影像訊號輸入單元

1500‧‧‧無線傳輸模組

1600‧‧‧記憶卡

1700‧‧‧輸入介面

3210‧‧‧勻光器

第一圖顯示本發明功能方塊示意圖。

第二圖顯示本發明功能方塊示意圖。

第三圖顯示本發明功能方塊示意圖。

第四圖顯示本發明功能方塊示意圖。

第五圖顯示本發明功能方塊示意圖。

1000‧‧‧色光控制單元

1100W‧‧‧白光源

1200‧‧‧反射式顯示器

1300‧‧‧投射鏡頭

1111R‧‧‧紅光濾光片

1111G‧‧‧綠光濾光片

1111B‧‧‧藍光濾光片

1350‧‧‧三向光路導向裝置

Claims (16)

1. 一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；紅、藍、綠濾光片對應該多白光源配置以產生紅藍綠光；一分光器，用以將該多白光源所放射的光分光；一反射式灰階顯示器，對應配置於該分光器，用以顯示影像，藉由該多白光源依序形成紅、綠、藍三色影像；投射鏡頭，對應配至於該反射式灰階顯示器，用以依序將該三色影像投射，藉由視覺暫留形成彩色影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高流明投射裝置，其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高流明投射裝置，其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項或第3項所述之高流明投射裝置，其中該導光元件包含X板、X方塊或稜鏡， 其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。
5. 一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；一分光器，用以將該多白光源所放射的光分光；一反射式彩色顯示器，對應配置於該分光器，用以顯示影像，藉由該多白光源形成彩色投射影像；投射鏡頭，對應配至於該反射式彩色顯示器，用以將該三色影像投射。
6. 如申請專利範圍第5項所述之高流明投射裝置，其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。
7. 如申請專利範圍第5項所述之高流明投射裝置，其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。
8. 如申請專利範圍第5項或第6項或第7項所述之高流明投射裝置，其中該導光元件包含X板、X方塊或稜鏡， 其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。
9. 一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；紅、藍、綠濾光片對應該多白光源配置以產生紅藍綠光；一穿透式灰階顯示器，對應配置於該導光元件，用以顯示影像，藉由該多白光源依序形成紅、綠、藍三色影像；投射鏡頭，對應配至於該穿射式灰階顯示器，用以依序將該三色影像投射，藉由視覺暫留形成彩色影像。
10. 如申請專利範圍第9項所述之高流明投射裝置，其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。
11. 如申請專利範圍第9項所述之高流明投射裝置，其中上述穿射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。
12. 如申請專利範圍第9項或第10項或第11項所述之高流 明投射裝置，其中該導光元件包含X板、X方塊或稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。
13. 一種高流明投射裝置，包含：色光控制單元；多白光源，電性耦合該色光控制單元用以射該多白光源；導光元件，對應該多白光源配置；一穿射式彩色顯示器，對應配置於該導光元件，用以顯示影像，藉由該多白光源形成彩色投射影像；投射鏡頭，對應配至於該穿射式彩色顯示器，用以將該彩色影像投射。
14. 如申請專利範圍第13項所述之高流明投射裝置，其中上述之多白光源包含雷射光源、發光二極體或有機發光元件。
15. 如申請專利範圍第13項所述之高流明投射裝置，其中上述反射式灰階顯示器包含矽基液晶顯示器、場放射顯示器或有機發光顯示器。
16. 如申請專利範圍第13項或第14項或第15項所述之高流明投射裝置，其中該導光元件包含X板、X方塊或 稜鏡，其中該多白光源至少為三個，且配置於該導光元件三側。