TW494270B - Projection system to improve the ghost image of picture - Google Patents

Description

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種投影系統 尤其是厕於改善晝面鬼 彡、發明說明（1) 發明之領域 本發明係關於 彩之投影糸統。 冲目關技藝之說明 隨著光電技術快速發展，投影顯示裝置的主要應 了會議外，尚可應用至家庭娛樂，其發展重點卢执承 尺$點在於如何獾 得高亮度及清晰的影像’不官作為會議或者家庭娱樂使 用，投影晝面的暇疵（例如鬼影），會對使用者造成困掙， 例如分散與會者對於會議主題的注意力，或者^法達^賞 心悅目欣賞節目的困擾，因此如何消除投影晝面鬼影，^ 提昇投影晝面之對比度’以提高投影畫面品質為業界之努 力目標。 〃 請參閱圖1，顯示一種習知投影系統之示意圖，習知 投影系統10包含一照明系統110和一成像系統120。其中照 明系統1 1 0係由一光源1 1 1提供一白光光束，該光束經由^ 源反射益（reflector)112’聚集反射至一色彩產生号\ \ 2 [例如色輪（color wheel )等]，該色彩產生器1 1 3包含一 系列紅色、綠色及藍色等濾鏡，當光束通過色彩產生器 11 3時，即轉換成一有色光束；該有色光束通過一光均勻化 元件114 [例如積分柱（integrati〇I1 R〇d)或陣列透鏡 (lens array)等]、再進入照明透鏡組H5、調整集中入射 至反射鏡11 6 ’然後經反射鏡11 6反射至場鏡117，最後該 有色光束進入一光閥121 [例如：數位微透鏡元件（DMD)..

494270 五、發明說明（2) 等]，而構成投影系統之照明系統1丨〇。照明系統π 0之光 束經由光閥1 21之反射再次進入場鏡117，並穿過場鏡117 後’再通過一成像透鏡組122，最後成像於一螢幕12 4上， 此為投影系統之成像系統1 2 0。 習知投影系統1 0中，該光閥1 2 1係具有一組可樞轉約 ± 12度之晝素鏡片組成陣列，當可樞轉晝素鏡片將一入射 光束反射進入成像透鏡組122，直接成像至一顯示螢幕124 時’稱為一開-狀態（ON state);而將一入射光束反射 偏離成像透鏡組122,不投影至顯示螢幕，124之位置時，稱 為一關-狀態（〇FF state)。因此當光閥ι21為關—狀態 (Off- State)時，光源11丨所產生之光束通過色彩產^器 113、均勻化元件114、照明透鏡組115、一反射鏡η6及場 鏡11 7後，光束會照射至光閥1 2 1，經反射再進入場鏡 117,並在第一表面1171產生二次反射，如圖2(α)至所 不，該二次反射會使光束再投射回光閥121，進入成像透 鏡組1 2 2，而將該不必要之—a & 卞/个晋之—夂反射光束投影在螢幕1 24 二擾之影像，此即所謂之鬼影（gh〇st image)， 二面二Π上之置聚焦點· F點’而& F點聚焦☆光閥121 成像面刖後附近，再在光閥121 會議主題的注意力，或者4 =二例如分散與會者對於 “、、去達到員心悅目欣賞節目的困

$ 5頁 494270 五、發明說明（3) 擾。 請參閱圖3 (A )至（C )顯示一種習知技術消除鬼影之方 法，係在第一表面上117 2形成一曲率半徑R<50 mm之凸面 鏡，當光束照射至光閥1 2 1，經反射再進入場鏡11 7時，因 第一表面117 2為曲率半徑r< 5 〇mm之凸面，故經由第一表面 之反射光束會提前聚焦於F 1點，並再往光閥1 2 1方向延伸 成為一光束擴散區1211，再經由成像透鏡組12 2在螢幕124 上成像，由於此光束並未聚焦於螢幕前後附近，故並不會 ^成一次反射鬼影’然而因此光束1 2 4 2會覆蓋至螢幕 124’因而會降低投影晝面之對比度。如圖4(a)至（◦所 不’則顯示另一種習知技術消除二次反射鬼影之方法，係 在第一表面上1173形成一曲率半徑R<〇龍之凹面鏡.，當 光束照射至光閥1 2 1，經反射再進入場鏡u 7時，因第一表 面1173為曲率半徑r〈〇 mm2凹面鏡，故光束會發散而其 虚像聚焦至F2點，光束會往光閥121方向延伸成為此二^欠 反射光束擴散區1213,經光閥121反射後再經由成像透鏡 組1 22在螢幕1 24上成像，由於此光束並未聚焦於螢幕前後 :=#故並不會造成二次反射之鬼影，然而因此光束1243 g覆二至螢幕124上，亦會降低投影畫面之對比度，上述 :種^知 >肖除鬼影之方*，並未完全將鬼影之^題完全解 決，僅是使鬼影在螢幕上無法聚焦，而查覺不出亮塊，铁 次反射光束依舊會在㈣在投影螢幕±，因而降低 投矽晝面的對比度。 、 為解決上述問題，本案發明人提出一種場鏡，可將第

494270 五、發明說明（4) 一表面1171之二求反射光束完全反射至光閥121外之方 向，以達到消除鬼影與提高投影畫面之對比度之效果。 發明概要 本發明之目的在於提供一種改善晝面鬼影之投影系 統，藉場鏡第一表面上適當之曲率，將第一表面1171上义 二次反射光束完全反射至光閥1 21以外之方向，以達到消 除鬼影’俾提升投影晝面品質。 / 本發明之另一目的在於提供一種改善晝面鬼影之投影系 統’可將第_表面1171上之二次反射光束完全反射，以 高投影晝面之對比度。 為達上述目的，本發明改善晝面鬼影之投影系統，勺 含··包括一^光源與一場鏡，此光源發出至少一光束，此場G 鏡具有了第一表面及與此第一表面相對之一第二表面；^ 一成像系統，包括該場鏡與一光閥，該光閥鄰近該第二表 面，其中該第一表面包含至少一介面反射區，在其中第二 表面上，形成一適當之曲率半徑R值之範圍為^ 5 0 0mm之球面鏡或非球面鏡，使得自該光閥反射至該介面 反射區之該光束，被該介面反射區反射至該光閥外，以達 到消除鬼影與提高投影晝面之對比度之效果，俾提升投影 晝面品質。消除鬼影與提高投影晝面之對比度之效果，俾 提升投影畫面品質。 路 光 。意 之 圖示 影 意影 鬼 示鬼 生 影除 。產 鬼消 統統 除術 系系 消技 影影 術知 投投 技習 知知 知一 習習 習另 示示 示示 顯顯 顯顯 圖圖 圖圖 意意意意 明示示 示示 說一一。一一 單為為徑為為 簡 1 2 3 4 之圖圖 圖圖 式 圖 投影鬼 一 鬼 之 之之例 例例施 施施實 實 實 佳 佳佳較 较 較 一 一 一 另 明明明 發 發 發. 本本本 依依依 示 示 示 顯 顯 顯。 ， 9 0 9 一又^ 圖 圖圖圖意 意。意意意示 示統示示示除 一系一除一消 為影為消為影 5 6 7 圖圖圖 494270 五、發明說明（5) 詳細說明 有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其 功效，茲舉二較佳實施例，並配合圖式加以說明如後。 請參閱圖5，為本發明之投影系統2 0，包含一照明系 統2 1 0與一成像系統2 2 0。其中照明系統2 1 0係由一光源2 11 提供一白光光束，該光束經由光源反射器212，聚集反射 至一色彩產生器2 1 3 (例如色輪或濾光片…等），該色彩產 生器2 1 3包含"一系列紅色、綠色及藍色等濾鏡，當光束通 過色彩產生器2 1 3時，即轉換成一有色光束；該有色光束通 過一光均勻化元件2 1 4 (例如積分柱或陣列透鏡…等），

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使光束壳度均勻’再進入一照明透鏡組2 1 5，調整並集中 光束至反射鏡2 1 6，經反射鏡2 1 6反射至場鏡2 1 7，然後該 有色光束進入一光閥221 [例如：數位微透鏡元件或薄 膜微鏡陣列（Thin-Film Micromirror Array TMA) 等]，構成投影系統之照明系統2 1 0。照明系統2丨〇之光束 經由光閥221反射再次進入場鏡217,再通過一成像透鏡組 2 22，最後成像於一螢幕224上，此為投影系統之成像系統

當光閥2 2 1為開-狀態時，光源2 11所產生之光束依序 f過色彩產生器213、均勻化元件214、照明透鏡組215、 每鏡217、光閥221，直接進入成像透鏡組222，在螢幕224

上投影成像。當光閥221為關-狀態時，光源211所產·生之 〇束通過色彩產生器213、均句化元件214、照明透鏡組 2 1 5、一反射鏡2丨6，然後入射至一場鏡2丨7以及光閥2 2丄， ^光闊221再進入第一表面2171時’在第一表面2171形成 面反射區2172,介面反射區2172主要是在場鏡217之偏 旦、>軸之兩側，為使產生鬼影光束之二次反射不合產生鬼 =，本發明於該介面反射區2172，形成適當表面^狀限 与’以確保光束之二次反射不會反射回光閥22丨造成鬼 經研究於 ，此曲線 成 : 為符合該介面反射區2 1 7 2之表面形狀限制 g第 表面2 1 7 1係由一曲線繞一轴線旋轉所形 之方程式表示式為：

494270 五、發明說明（7) X 二（1/R)Y 2 /[1 + (卜（1+K ) *(1/R)2 * Y2)]1/2 + Α 木 Υ4+Β 木 Y6+C 氺 Y8+D 氺 Υ10 其中R:為曲率半徑，50mmSRS 5 0 0mm K、A、B、C、D :為隨著投影系統設計而變更之係數 以R = 8 0 m m為例，其各係數值如下 K = 0 ； Α二-2.3 8 9 2 X 1 0 ~6 B= -7. 2 98 0 X ΙΟ-8 Ο -2. 5 2 8 7 X 1 0 -10 D= 2. 948 8 X 1 0 -13

如圖6所示，該第一表面2171之介面反射區2172為一 非球面鏡，因此當光束入射第一表面2171之介面反射區 2 1 7 2時，因介面反射區2 1 7 2之曲率半徑R值，可使入射之 光束完全反射至光閥221外，此光束之二次反射就不會再 次進入光閥2 2 1，亦不會進入成像透鏡組2 2 2及螢幕2 2 4， 即可消除原先投影畫面之鬼影；同理，本發明亦可在曲率 半徑R值範圍介於5 0 mm與5 0 0 mm之間時，以適當決定係數 K、A、B、C、D，形成可使入射之光束完全反射至光閥221 外之介面反射區2172，而符合本發明對場鏡217第一表面 21 71消除鬼影之限制。 /、 乂 本發明之另一較佳實施例’在第一表面3 m上形成一 ”面反射區3172’該第一表面3171為一球面鏡，其曲率半

第10頁 494270 五、發明說明（8) 徑R值範圍介於5 〇 mm與5 0 0 mm之間。 如圖7所示，以R = 5〇〇mm為例，因第一表面 、 徑赚，可將入射至介面反射區3 1 7 2時光束之二士 1曲率^半 全反射至光閥3 2 1外，此光束之二次反射就不會反射二 閥321，亦不會進入成像透鏡組22 2及螢幕224，進入光 在投影晝面上產生鬼影。 此不會 以上所述者，僅為用以方便說明本發明之 例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡=佳實施 做的任何變更，皆屬本發明申請專利之範圍。=發明所 明改善晝面鬼影之投影系統，藉由場鏡之第—表，本發 成—適當之曲率半徑R值曲面，將經光閥反射H上，形 二表面之光束完全反射至光閥以外之方向，可達到消除鬼 如之效果，提鬲投影畫面之品質，本發明深具「產業利用 性、新穎性及進步性」等發明專利要件，爰依法提出發明 專利之申請。祈請貴審查委員惠允審查並早賜與專利為 麵0 '

494270 圖式簡單說明 圖1為一示意圖，顯示習知投影系統。 圖2為一示意圖，顯示習知投影系統產生鬼影之光路 徑。 圖3為一示意圖，顯示習知技術消除鬼影示意圖。 圖4為一示意圖，顯示另一習知技術消除鬼影示意圖。 圖5為一示意圖，顯示依本發明一較佳實施例之一投影 系統。 圖6為一示意圖，顯示依本發明一較佳實施例之鬼影消 除示意圖。 圖7為一示意圖，顯示依本發明另一較佳實施例之鬼影 消除示意圖。 符號說明 20 投 影 系 統 210 昭 明 系 統 211 光 源 212 光 源 反 射 器 213 色 彩 產 生 器 214 光 均 勻 化 元件 215 照 明 透 鏡 組 217 場 鏡 2171， 3271 第 一 表 面 2172, 3172 介 面 反 射 區 220 成 像 系 統

第12頁 494270 圖式簡單說明 221,321 光閥 2 2 2 成像透鏡組 2 24 螢幕

IHBI

Claims (1)

1. 494270 六、申請專利範圍 1. 一種改善晝面鬼影之投影系統，包含： 一照明系統，包括一光源與一場鏡，此光源發出至少 一光束，此場鏡具有一第一表面及與此第一表面相 對之一第二表面；及 一成像系統，包括該場鏡與一光閥，該光閥鄰近該第 二表面， 其中該第一表面包含至少一介面反射區，此介面反射 區具有一預定曲率，使得自該光閥反射至該介面反 射區之該光束，被該介面反射區反射至該光閥外。 2. 依申請專利範圍第1項之改善晝面鬼影之投影系統，其 中該第一表面之曲率半徑R值範圍為：5 0mm$ RS 5 0 0mmc 3 .依申請專利範圍第2項之改善晝面鬼影之投影系統，其 中該場鏡為一非球面鏡。 依申請專利範圍第3項 晝面鬼影之投影系統，其 中該第一表面係由一曲線繞一軸線旋轉所形成，此曲線 之方程式表示式為： X-(1/R)Y 2 /[1+(1-(1+K ) + Α*Υ4 + Β 氺 Υ6 + C 氺 Υ8 其中：R為曲率半徑， R:80 mm K = 0 ; * (1/R) + D 氺 Υ10 * Υ2)] 1/2

   第14頁 494270 六、申請專利範圍 A = - 2. 3 8 9 2 X 1 0 -6 B = -7. 2 9 8 0 X ΙΟ'8 0-2.5 2 8 7 X 1 0 -10 D= 2. 9488 X 1 0 _13 5. 依申請專利範圍第2項之改善晝面鬼影之投影系統，其 中該場鏡為一球面鏡。 6. 依申請專利範圍第1項之改善晝面鬼影之投影系統，該 照明系統更包含一色彩產生系統、一光均勻化系統及一 照明透鏡組。 7. 依申請專利範圍第1項之改善晝面鬼影之投影系統，該 成像系統更包含一成像透鏡組。 8. 依申請專利範圍第1項之改善晝面鬼影之投影系統，其 中該光閥為一數位微鏡元件（DMD)。 9. 依申請專利範圍第1項之改善晝面鬼影之投影系統，其 中該光閥為一薄膜微鏡陣列（TMA)。