TW562987B - Rotating periodic color-changing module of the picture generation device - Google Patents

Description

562987 五、發明說明（1) 【發明領域】 本發明係為一種影像顯示裝置之旋轉循環光調變模 組，用以調變光束之顏色，特別是一種可提高光能利用率 之旋轉循環光調變模組。 【發明背景】 影像顯示裝置係用來將影像投射於一屏幕（screen) 上，提供觀賞或是教學之用，而影像顯示裝置主要是藉由 一個影像產生器（picture generation device)來產生 各種的影像，其需要提供快速週期性顏色變化的光束才能 轉化成影像，所以一般的影像顯示裝置多是利用濾光轉輪 (color wheel)的設計而迎合這樣的需求。 濾·光轉輪係由複數片渡光片所組成，通過濾光片的光 束會受到遽光片的淚除，僅供單一色彩通過，而且藉由濾 光轉輪不斷轉動，依序讓不同的濾光片轉動至光束的通過 路徑上，來提供快速週期性顏色變化的光束。因為是利用 濾光轉輪轉動來調變光束的顏色，故濾光片多設計為扇 形，貼合於一基座上來形成濾光轉輪，然後再將濾光轉輪 裝設於驅動馬達上。 然而濾光轉輪必然會遇到的一個先天性的缺點就是光 能利用率相當低，因為濾光轉輪大多由紅（R)、綠 (G)、藍（B)的遽光薄膜以及空白的部分所構成，紅 (R)、綠（G)、藍（B)三種顏色均等大小，約佔總面 積的8 5%，其餘部分為空白的部分，當光線通過沒有貼設 滤光薄膜的位置時，亳無疑問，全部的光線皆可通過，但

562987 五、發明說明（2) 通過紅色濾光薄膜時，除了紅光外，其餘光線都會被過濾 掉，所以約僅有接近三分之一的光能可通過，相同的道 理，綠色以及藍色之濾光薄膜也是相同的，所以加上空白 的1 5%區域，總共能通過濾光轉輪的光能量約僅有原先所 發出光能的接近四成左右，如果再計算後面的光損失，真 正供利用的光能僅僅只有約三成多左右而已。

這對於影像顯示裝置來說，可以說是效能一直無法提 升的最主要關鍵所在，儘管前案有提出一些解決的方式， 來提高光能利用率，但是不是成本太高，就是製造上相當 困難、不切實際，無法實際應用。 【發明之目的及概述】 本發明乃為解決上述問題而提供一種影像顯示裝置之 旋轉循環光調變模組，用以提高光能的利用率，同時，並 不會增加製造上的成本。 根據本發明所揭露的影像顯示裝置之旋轉循環光調變 模組，有鑑於濾光轉輪之濾光薄膜過濾之光線無法有效地 再利用，因此於光線進入端口設計一反射面，此反射面能 將被濾光片反射之光線再次射入濾光片，如此將可有效提 高光線利用率。

為了更進一步提高利用率，於進入之端口增設一光 柵，光線通過時，及根據其波長不同而分光為數道光線， 概略朝向相對應之濾光片的方向，更進一步提高原始入射 光線首次的通過比例。然後再藉由裝設於濾光片後方的導 光元件導引為均勻的光線出射，儘管這樣的方式可以提高

第6頁 562987 五、發明說明（3) 光線的利用率，但是卻無法直接應用在影像顯示裝置，因 為影像顯示裝置所需要的是快速週期性顏色變化的光束才 能轉化成影像。 所以於出射光處設計一光調變器，其概略由一個多邊 形稜鏡組成，此稜鏡裝設於一旋轉馬達上而可轉動，當光 線通過時，因稜鏡的材質與外界空氣之折射率不同的關 係，光線出射後會偏折一角度，且不同波長的光線偏折的 角度也會有所不同，再藉由稜鏡不斷地轉動，當轉動到一 定角度後，光線會大幅改變角度而改變出射光的位置，因 此，當稜鏡高速轉動下，配合入射前述之均勻光線，即可 提供快速週期性顏色變化的光束給予影像顯示裝置。因 此，此模組不僅可提高光能的利用率，加上其結構簡單， 製造成本低，而能實際應用大量生產。 為使對本發明的目的、構造特徵及其功能有進一步的 了解，兹配合圖示詳細說明如下： 【實施例詳細說明】 根據本發明所揭露的影像顯示裝置之旋轉循環光調變 模組3 0，請參閱「第1圖」，旋轉循環光調變模組3 0係應 用於影像顯示裝置，影像顯示裝置除了旋轉循環光調變模 組3 0外，還包含有光源系統40、影像產生器50 ( picture generation device)以及光學投影系統 60( optical p r 〇 j e c t i ο n s y s t e in)。旋轉循環光調變模組3 0可將光源 系統4 0所發出之入射光束8 0調變成不同的顏色，然後藉由 影像產生器5 0以及光學投影系統6 0而投射於屏幕

562987 五、發明說明（4) (screen) 70上。 有鑑於習知濾光轉輪之濾光薄膜過濾之光線無法 地再利用，因此於光線進入端口設計一反射面，此: 能將被濾光片反射之光線再次射入濾光片，如此將可有= 提高光線利用率。本發明之旋轉循環光調變模組3 〇之結構 示思圖，如「苐2圖」所示，包含有分光導引裳置μ以 光調變器32，分光導引裝置31包含有一分光元件μ以 ％ 數個導光元件（圖中所示為第一導光元件3丨3、第一、_、心 元件3 1 4以及第三導光元件3丨5)，分光元件3 3兩側端¥口^八 別為入射端口 3 1 1以及出射端口 3 1 2，入射端口 3 i工的而 刀 裝設有光柵3 1 1 1，光栅3111周圍係為面鏡3 11 2 (見^央 圖），而出射端口 3 1 2裝設有相對應於導光元件的#一3 A 片，圖中所示為分別對應第一導光元件3 1 3、第二=光一 件3 1 4以及第三導光元件3 1 5的第一濾光片3丨2丨 片3 1 2 2以及第三濾光片3 1 2 3。 弟一渡光 請參閱「第3圖」，當入射光束80由入射端口 於分光元件3 1後，會受到光柵3 1 1 1的影響，依3 1 1入射 為複數道光束，圖中所示，配合第一導来；从 波長刀光 ▼兀 7L 件 313、 一 導光元件3 1 4以及第三導光元件3 1 5故分光為第—弟一 第二光束8 2以及第三光束8 3，實務上，以分光、、光束8 1、 (R)、綠（G)以及藍（Β)三種波長之光^束為土紅 — 上光柵3 1 1 1並無法完全將將入射光分為紅（^、佳’事實 以及藍（Β)三道光束，但能使大部分相料 、彔（G) I刀々日對應 線能量儘可能集中在相對應之光束中。卫Μ丄 |错由光柵31 1 1的

第8頁 562987 五、發明說明（5) 屬性以及分光元件3 3的長度、第一濾光片3 1 2 1、第二濾光 片3 1 2 2以及第三濾光片3 } 2 3的分佈等，控制第一光束8 j、 第二光束8 2以及第三光束8 3的方向概略朝向第一濾光片 3 1 2 1、第二渡光片3 } 2 2以及第三濾光片3 i 2 3，並設計第一 滤光片3121、第二濾光片3122以及第三濾光片3123配合第 光束8 1、第二光束8 2以及第三光束8 3的波長，分別僅供 其通過’使得初始入射的光束能夠大部分通過第一濾光片 3 1 2 1、第二濾光片3工2 2以及第三濾光片3 i 2 3。實際上，不 可能所有的光束都會通過，其餘光束將被三個濾光片反射 回入射端口 311，且入射端口 311之光栅3111周圍裝設有反 射面3 1 1 2，所以遭濾光片反射之光束將被反射面3丨丨2反射 而再度射向三個濾光片，此時分相對應於濾光片的光線將 再度穿透各濾光片而進入之導光元件313、31 4及315，如 此來回反射，可將光能的利用率大幅提高至四成以上，甚 至疋接近五成。 通過第一濾光片3 1 2卜第二濾光片3 1 2 2以及第三濾光 片3 1 2 3後，第一光束8卜第二光束8 2以及第三光束8 3分別 進入第一導光元件313、第二導光元件31 4以及第三導光元 件3 1 5後’光束將在各導光元件的侧壁不斷反射而由另一 側均勻射出，如「第4A圖」所示。射出後進入光調變器 3 2 其概略由一多邊形棱鏡裝設於一旋轉轴3 2 1上所構 成’且旋轉軸321裝設於一旋轉馬達上（圖中未示），而 可雙到旋轉馬達的帶動而轉動，進而帶動光調變器3 2轉 動0

^ΟΖ^δ/ 五 、發明說明（6) 著 以 器 由光學的軒身—/ 稜鏡相對角声、定律可得知，當稜鏡旋轉時，光束也隨 ’第一光東^不^二而使得光束輸出方向產生偏折，所 32時，會有仏、第二光束82以及第三光束83通過光調變 入射方向與矜偏折。如「第4B圖」所示，起使時，假設 當稜鏡逆時二幸:：：邊f f ’理論上會垂直由對邊穿過。 光束83出射的‘二合光束81、第二光束82以及第三 鏡繼續轉動， 二向上稍微偏移（見第4C圖），當稜 著轉動到—〜库±也會繼續向上移（見第4D圖）。接 邊，然後偏折角度大巾5二士先束81會入射至相鄰不同的側 三光束83下方Γ #當二二大，而偏移至第二光束82以及第 也偏折至下方f目斤a ρ圖），繼續轉動第二光束82也同樣 同（見第4Η 3 =2) ’最後第三光束⑽也是相 圖），當旋轉Γ9。度；角度不斷增大（見第41 穿的狀態。所以，:扭供古回设至與第4Α圖相同的垂直貫 第二光束82以及第：二：：二：動的時候，第-光束8卜 整位置變化順序，^提”=位置就會不斷地依序調 予影像顯示葉署.a缺二、速週期性顏色變化的光束給 光束δ2以及ΐ 虽然，弟4B〜4J圖之第一光束δ卜第二 丄第光束83係為光路示意狀態，實際的光線分 形為Ξ 束能夠容易控制其出射範目，故棱鏡以偶數邊 【達成之功效】 本發明係為一種影像顯示裳置之旋轉循環光調變模

第10頁 562987 五、發明說明（7) 組’利用光拇先將入射光分光為不同波長的R、G、B二光 束，然後入射至分光元件内，配合一端口裝設有相對應的 濾光片以及光柵周圍的反射面，使受到濾光片反射之光束 能夠於内部全反射，而有再進入不同濾光片的機會，來提 高光能的利用率，通過濾光片後運用三個對應的導光元件 將光束導引並均勻化進入一多邊形稜鏡，就由其高速旋轉 下，光束因為不同波長的關係會受到不同角度的偏折，而 改變光線出射的位置順序，來提供影像顯示裝置使用成 像。不僅可大幅提高光能的利用率，且結構簡單、製造成 本低，而能大量的應用於產業。 以上所述者，僅為本發明其中的較佳實施例而已，並 非用來限定本發明的實施範圍；即凡依本發明申請專利範 圍所作的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

562987 圖式簡單說明 第1圖為本發明應用結合於影像顯示裝置之示意圖； 第2圖為本發明結構之示意圖； 第3A圖為本發明光導引裝置之側視圖； 第3B圖為本發明光導引裝置導引光路之示意圖；及 第4 A〜4 J圖為本發明光束調變之示意圖。 【圖式符號說明】

旋轉循環光調變模組 分光導引裝置 ^ 入射端口 光柵 3 112 3 12

3 12 2 3 12 3

3 2 3 2 1

4 0 5〇 6〇 面鏡 出射端口 第一濾、光片 第二渡光片 第三濾、光片 弟一導光元件 第二導光元件 第三導光元件 光調變器 旋轉轴 分光元件 光源系統 影像產生器 光學投影糸統

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Claims (1)

1. 562987 六、申請專利範圍 1. 一種高效率之分光導引裝置，係將一入射光分光為複數 道不同波長之光線向外傳出，該分光導引裝置係包含 有： 一分光元件，具有相對的兩端口 ，一側端口裝設有 一光栅，而該端口的光柵周圍有一反射面，使得光線僅 能由該光柵以及另一該端口進出； 複數個導光元件，緊鄰於該分光元件之另一該端 口，且僅兩端可供光線進出；及 複數個濾光片，分別裝設於該導光元件相鄰於分光 元件的一端； 其中該入射光由該光栅進入該分光元件後，受到該 光栅的作用，而依照不同的波長分光為對應該導光元件 之複數個光線入射入該分光元件，且每一該光線入射之 方向概略朝向所相對應之該導光元件，並通過該導光元 件前所裝設的該濾光片，而過濾其餘不同波長之光線， 並藉由該導光元件將該光線由另一端均勻向外傳出，且 受該濾光片反射之其餘波長光線會受到該光柵周圍端口 的反射面反射而再度進入其餘之該渡光片。 2. 如申請專利範圍第1項所述高效率之分光導引裝置，其 中該光拇係將該入射光線分光為紅（R)、綠（G)以及 藍（B)三種波長之光線。 3. 如申請專利範圍第1項所述高效率之分光導引裝置，其 中該光柵之周圍端口係裝設有一反射面，而可限制光線 的進出。

   第14頁 562987 六、申請專利範圍 4. 一種旋轉循環光調變器，用以調變一具有相鄰複數道不 同波長的入射光之位置，該旋轉循環光調變器係包含 有： 一旋轉轴； 一旋轉馬達，可帶動該旋轉轴旋轉；及 一多邊形稜鏡，裝設於該旋轉轴，而可受到該旋轉 馬達的帶動而旋轉，且可接收該入射光，使該入射光由 一侧邊進入該稜鏡折射後，由不相鄰之對邊出射； 其中藉由該稜鏡之轉動，使入射光產生不同角度之 折射，而循環調變該不同波長之入射光不同的出射位 置。 5 .如申請專利範圍第4項所述旋轉循環光調變器，其中該 多邊形稜鏡以偶數邊形為佳。 6. —種旋轉循環光調變模組，可用以調變一外界之入射光 束之顏色，係包含有： 一分光導引裝置，係將該入射光分光為複數道不同 波長之光線向外傳出，係包含有： 一分光元件，具有相對的兩端口 ，一側端口裝 設有一光柵，而該端口的光柵周圍有一反射面，而使得 光線僅能由該光柵以及另一該端口進出； 複數個導光元件，緊鄰於該分光元件之另一該 端口 ，且僅兩端可供光線進出；及 複數個渡光片’分別裝設於該導光元件相鄰於 分光元件的一端；

   第15頁 562987 六、申請專利範圍 _ 其中該入射光由該光栅進入該分先元件後，受到該 光栅的作用，而依照不同的戒長刀先為對應該導光元件 之複數個光線入射入該分光元件\且每一該光線入射之 方向概略朝向所相對應之該導光元件’並通過該導光元 件前所裝設的該濾光片，而過/慮其餘不同波長之光線， 並藉由該導光元件將該光線由另一端均勻向外傳出，且 受該濾光片反射之其餘波長光線會受到該光柵周圍端口 的反射面反射而再度進入其餘之該濾光片；及 一光調變器，裝設於該導光元件相對於該濾光片之 另一側，可接收該導光元件所出射之均勻光線，並調變 該光線之位置，係包含有·· 一旋轉轴； 一旋轉馬達，可帶動該旋轉軸旋轉；及 一多邊形稜鏡，裝設於該旋轉軸’而可受到該 旋轉馬達的帶動而旋轉，且可接收該光線，使該光 線由一側邊進入該稜鏡折射後，由不相鄰之對邊出 射， 其中藉由該稜鏡之轉動，使不同位置之光線產 生不同角度之折射，而循環調變該不同波長之光線 不同的出射仇置。 7 ·如申請專利範圍第6項所述旋轉循環光調變模組，其中 該光拇係將該入射光線分光為紅（R)、綠（G)以及藍 (B)二種波長之光線。 8 ·如申請專利範圍第6項所述旋轉循環光調變模組，其中

   第16頁 562987 六、申請專利範圍 該光柵之周圍端口係裝設有一反射面，而可限制光線的 進出。 9 .如申請專利範圍第6項所述旋轉循環光調變模組，其中 該多邊形稜鏡以偶數邊形為佳。 1 0. —種影像顯示裝置，係包含有一光源系統、一影像產 生器以及一旋轉循環光調變模組，該光源系統係可發 出一入射光通過該旋轉循環光調變模組，受該旋轉循環 光調變模組調變而改變顏色，再藉由該影像產生器轉化 成影像而可投射於一屏幕（screen)，其中該旋轉循環 光調變模組係包含有： 一分光導引裝置，係將該入射光分光為複數道不同 波長之光線向外傳出，係包含有： 一分光元件，具有相對的兩端口 ，一側端口裝 設有一光栅，而該端口的光栅周圍有一反射面，而 使得光線僅能由該光柵以及另一該端口進出； 複數個導光元件，緊鄰於該分光元件之另一該 端口，且僅兩端可供光線進出；及 複數個濾光片，分別裝設於該導光元件相鄰於 分光元件的一端； 其中該入射光由該光柵進入該分光元件後，受到該 光柵的作用，而依照不同的波長分光為對應該導光元件 之複數個光線入射入該分光元件，且每一該光線入射之 方向概略朝向所相對應之該導光元件，並通過該導光元 件前所裝設的該濾光片，而過濾其餘不同波長之光線，

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