TWI584049B - 合光控制系統 - Google Patents

Description

合光控制系統

本發明係關於光學技術領域，特別是涉及一種投影顯示領域。

目前，空間光調製器在投影顯示領域獲得廣泛應用，其中，數位微鏡元件（DMD，Digital Micromirror Device）因其響應速度快，且可以用時序切換的基色光來實現彩色投影顯示的特點，使得各大廠商對單片式DMD投影系統進行了大量的研究。

進一步地，單片式DMD投影系統研究的一個重要課題就是投影儀的光源，美國專利US7547114B2提供了一種半導體激光器激發色輪上不同螢光粉色段以形成不同基色光的方法，該方法具有光效高，光學擴展量小的優勢，因此發展迅速，成爲投影儀光源的理想選擇。在現有的激光激發螢光粉光源中，由於産生紅光的紅光螢光粉或者橙光螢光粉激發效率較低，同時爲了更好的顯示效果還需配合相應的濾光片以濾除紅光中的短波長光使得紅光更純，如此往往導致最終得到的紅光效率很低。換句話說，對於系統而言，紅光亮度在總體亮度中所占比例較低，即Red content較低，進而造成色坐標與色域標準比如REC. 709(ITU-R Recommendation BT.709)或者DCI(數位電影聯盟，Digital Cinema Initiatives,DCI)存在差距。因此，紅光亮度在總體亮度中所占比例較低是一個急需解决的問題。

針對上述問題，本申請提供一種合光控制系統並將其應用於投影機，本申請提供一種合光控制系統，包括： 一光源模組，用於射出待補償基色光和基色補償光，所述基色補償光用於與所述待補償基色光合成第一基色光； 一控制器，用於接收至少第一路信號和第二路信號，所述第一路信號爲包括第一基色光信號的圖像信號，所述第二路信號爲包括所述第一基色光信號的圖像信號；以及 一空間光調製器，與所述控制器電連接，用於根據所述控制器接收的第一路信號中的所述第一基色光信號對所述待補償基色光進行調製，並根據所述控制器接收的第二路信號中的所述第一基色光信號對所述基色補償光進行調製。

本申請的有益效果主要在於：依上述實施的合光控制系統並將其應用之投影機，其控制器接收兩路信號，光調製器根據這兩路信號中的第一基色光信號分別對待補償基色光和基色補償光進行調製，實現了合成亮度和顔色合適的第一基色光。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。   實施例一

請參照圖1，本實施例公開了一種合光控制系統（以下簡稱控制系統），其包括光源模組、空間光調製器和控制器411。下面分別說明。

光源模組用於射出待補償基色光和基色補償光，基色補償光用於與待補償基色光合成第一基色光。在某些實施例當中，光源模組可以包括發光組件和波長轉換器405。並且，發光組件可以包括用於發射激發光的激發光源401和用於發射補償光的補償光源402。

其中，激發光源401可以採用藍光發光二極管、紫外發光二極管或其陣列，也可以採用藍光激光二極管、紫外激光二極管或其陣列，於本實施例中激發光源401採用445nm藍光激光二極管。此外，補償光源402可以是發光二極管也可以是激光二極管，在本實施例之中，爲了解决波長轉換器405射出的時序光中紅光比例過低的問題，補償光源402可以採用638nm紅光激光二極管。

並且，波長轉換器405包括基色光分段和至少一補償光分段。基色光分段在被激發光照射時發出待補償基色光，補償光分段在被補償光照射時發出補償基色光，補償基色光用於與待補償基色光合成第一基色光。波長轉換器405位於激發光和補償光的光路上，並相對於照射到波長轉換器405上的光做周期性運動，使基色光分段和補償光分段按照設定的時序依次被移動並被光所照射。

在一個具體的實施例之中，請參照圖2，波長轉換器可以爲一四段式色輪，色輪可以爲透射式也可以爲反射式。此色輪可以包括螢光粉輪和對應的濾光片輪。螢光粉輪包括綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B、橙色螢光粉段405O和散色體段405S，其中綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B、橙色螢光粉段405O構成基色光分段，綠色螢光粉段405G被藍激光照射時産生綠螢光，藍色散色體段405B被藍激光照射時産生藍光，橙色螢光粉段405O被藍激光照射時産生橙螢光，綠螢光、藍光、橙螢光分別爲上述的第二基色光、第三基色光、待補償基色光；散色體段405S爲補償光分段，其被紅激光照射時産生紅光，爲補償基色光。

控制器411分別與激發光源401、補償光源402電連接，在上述的基色光分段被光照射時，控制激發光源401開啟和補償光源402關閉，在上述補償光分段被光照射時，控制激發光源401關閉和補償光源402開啟，從而波長轉換器405産生時序的紅光、橙光、綠光和藍光，爲了便於敘述，下面以紅光R、橙光O、綠光G和藍光B之英文符號分別指代其所對應之光線。

控制器411除了與激發光源401、補償光源402電連接，以控制激發光源401和補償光源402的開啟與關閉，控制器411還與空間光調製器電連接，用來控制空間光調製器對於波長轉換器405射出的由第二基色光、第三基色光、待補償基色光、補償基色光組成的時序光的成像調製。

具體地，控制器411接收兩路信號，第一路信號爲由第一基色光信號、第二基色光信號和第三基色光信號組成的圖像信號，第二路信號爲包括上述第一基色光信號的圖像信號；控制器411控制空間光調製器根據第二基色光信號對波長轉換器405射出的第二基色光進行調製以成像出相應的第二基色光圖像，根據第三基色光信號對波長轉換器405射出的第三基色光進行調製以成像出相應的第三基色光圖像，根據第一基色光信號對波長轉換器405射出的待補償基色光進行調製以成像出相應的待補償基色光圖像，以及根據第一基色光信號對波長轉換器405射出的補償基色光進行調製以成像出相應的補償基色光圖像。

在一個具體的實施例中，第二基色光、第三基色光、第一基色光、待補償基色光、補償基色光可以分別爲綠光、藍光、紅光、橙光、紅光。因此，控制器411接收兩路獨立的信號，第一路爲RGB圖像信號，第二路爲與第一路中相同的R信號，控制器411相應地輸出時序的RRGB給空間光調製器，以控制空間光調製器分別對波長轉換器405射出的時序的ROGB進行調製以成像，其中空間光調製器對波長轉換器405射出的ROGB中的RO的調製均是根據控制器411輸入及輸出的R信號。空間光調製器可以爲數位微鏡元件（DMD，Digital Micromirror Device）。

下面再以一個實際的例子來進一步說明。

請返回參考圖1，控制系統包括激發光源401、補償光源402、波長轉換器405、空間光調製器和控制器411，爲了更好地配合工作，控制系統還可以包括二向色鏡403、第一收集透鏡404、第二收集透鏡406、方棒407、中繼系統408、TIR稜鏡409、投影鏡頭412。

激發光源401爲445nm藍光激光二極管，補償光源402爲638nm紅光激光二極管，激發光源401發出的藍激光與補償光源402發出的紅激光在二向色鏡403處合光，透射藍光，反射紅光；合光後的光束經第一收集透鏡404聚焦到波長轉換器405上，波長轉換器405可以爲一四段式色輪，如上所述，請參照圖2，其包括綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B、橙色螢光粉段405O和散色體段405S，綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B、橙色螢光粉段405O被光照射時，控制器411控制激發光源401開啟和補償光源402關閉，從而橙色螢光粉段405O、綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B被藍激光照射分別産生橙螢光，綠螢光、藍光，在散色體段405S被光照射時，控制器411控制激發光源401關閉和補償光源402開啟，從而散色體段405S被紅激光照射産生紅光。

波長轉換器405射出的時序光ROGB經第二收集透鏡406後進入方棒407，經過方棒407的勻光後經中繼系統408，經中繼系統408的對光束進行整形後到達TIR稜鏡409處，反射後到達DMD410，在控制器411的控制下，DMD410對入射的時序光ROGB進行調製，射出後透射TIR稜鏡409，最終經投影鏡頭412成像出R圖像、O圖像、G圖像和B圖像。

控制器411控制DMD410的具體過程，請參照圖3，控制器411具有兩個輸入端，可以輸入兩個獨立的圖像信號。具體地，控制器411的第一路與DVI 1相接，輸入R.G.B圖像信號，第二路與DVI 2相接，輸入與DVI 1中相同的R圖像信號，控制器411接收這兩路輸入後，輸出時序RRGB信號給DMD410，DMD410接收的RRGB信號與波長轉換器405射出的時序光ROGB相對應，R信號、R信號、G信號、B信號分別用於對波長轉換器405射出的光R、O、G、B進行調製以成像出R圖像、O圖像、G圖像、B圖像。可以看到，波長轉換器405射出的光R、O均由R信號控制。控制器411對激發光源401和補償光源402開閉的控制，以及對於DMD410對波長轉換器405射出的時序光ROGB的調製的控制，見圖4。

本實施例通過雙路輸入信號的輸入和配合，使得DMD410接收控制器411輸出的RRGB控制信號，進而DMD410根據RRGB控制信號對波長轉換器405射出的ROGB光進行調製，對應輸出R圖像、O圖像、G圖像、B圖像，R圖像和O圖像的配合使得紅光的光效提升，最終形成的彩色圖像效果更好。

與傳統的投影機相比，本申請控制器411輸入的信號由前端的DVI 1和DVI 2産生，因此主要工作集中在前端的圖像信號處理上，而DMD410部分無需進行更改，因此本申請的合光控制系統及投影機具有很大的靈活性和兼容性。本實施的補償光源402發出的爲紅激光，其與波長轉換器405射出的橙螢光合光，提高了紅光的光效；當然，也補償光源402也可以選用綠激光，這時其與波長轉換器405射出的綠螢光合光，以提高綠光的光效。       實施例二

請參考圖5，本實施例提出了一種合光控制系統，其與實施例一不同之處在於，實施例一的波長轉換器405爲四段式，而本實施例的波長轉換器405爲六段式，包括綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B、橙色螢光粉段405O、以及三段散色體段405S，其中，綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B和橙色螢光粉段405O構成基色光分段，三段散色體段405S構成補償光分段。

並且，在一個較優的實施例中，綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B和橙色螢光粉段405O這三段的兩兩之間都設置有一段散色體段405S，因此，這三段散色體段405S可以理解爲一個三段式波長轉換器405，此三段式波長轉換器405的包括綠色螢光粉段405G、藍色散色體段405B橙色螢光粉段405O，其輻條段（spoke 段）爲散色體段405S，控制時序上，在輻條段被光照射時，控制器411控制激發光源401關閉和補償光源402開啟，這樣就無需進行色彩亮度的調節（BC，Brilliant Color）就能提高色彩亮度，並且大大地有利於灰階的平滑。

具體工作時，請參照圖6。控制器411仍具有兩個輸入端，第一路輸入R.G.B圖像信號，第二路輸入三個與第一路相同的R信號，控制器411接收這兩路輸入後，輸出時序RRRGRB信號給DMD410，DMD410接收的RRRGRB信號與波長轉換器405射出的時序光RORGRB相對應，R信號、R信號、R信號、G信號、R信號、B信號分別用於對波長轉換器405射出的光R、O、R、G、R、B進行調製以成像出R圖像、O圖像、R圖像、G圖像、R圖像、B圖像，這裏的三個R圖像都與O圖像都利用人眼的積分效應進行視覺上的疊加，即DMD410射出時序的RORGRB中，三段R都用於和O進行時序合光；控制激發光源401、補償光源402、波長轉換器405和DMD410射出的時序光見圖7。

以上實施例通過增加補償光源402，使補償光源402發出的激光與波長轉換器405基色光分段射出的螢光進行合光，使得螢光的效率、亮度以及色坐標均得到改善，同時上述激光的散斑也在可以接受的範圍內。爲了實施上述激光與螢光的時序合光，本申請的控制器411接收兩路圖像信號，第一路圖像信號爲三基色圖像信號，第二路圖像信號爲與補償光對應的圖像信號，控制器411根據這兩路圖像信號控制DMD410，無需對圖像信號再進行轉換即可使DMD410對波長轉換器405射出的時序光進行調製，實施了時序合光的控制。   實施例三

在另一些實施例中，待補償基色光和基色補償光可以不是時序射出而實現合光，而是同時射出而實現合光，以下具體說明。

本實施例中，如圖8所示，控制系統包括光源模組、空間光調製器和控制器511，下面具體說明。

光源模組可以包括發光組件和波長轉換器505。在一具體實施例中，發光組件可以包括用於發射激發光的激發光源501和用於發射補償光的補償光源502，激發光源501可以採用藍光發光二極管，補償光源502可以採用紅光激光二極管。波長轉換器505位於激發光和補償光的光路上，並相對於照射到波長轉換器505上的光做周期性運動，且在激發光源501和補償光源502的照射下同時射出待補償基色光和基色補償光。

並且，在一較優的實施例中，波長轉換器505包括基色光分段，基色光分段包括第一基色光分段，第一基色光分段在激發光和補償光的同時照射下同時射出待補償基色光和基色補償光。在一具體實施例中，如圖9所示，波長轉換器505爲二段式色輪，此色輪可以包括螢光粉輪和對應的濾光片輪。螢光粉輪包括黃色螢光粉段505Y、散色體段505S，在一較優的實施例中，散色體段505S的面積爲黃色螢光粉段505Y的兩倍。

控制器511用於接收至少第一路信號和第二路信號，其中，第一路信號爲包括第一基色光信號的圖像信號，第二路信號爲包括所述第一基色光信號的圖像信號。在一具體實施例中，控制器511分別與上述激發光源501和補償光源502電連接，且在波長轉換器505的第一基色光分段位於發光組件發出的光的傳輸路徑中時，控制激發光源501和補償光源502均開啟。

空間光調製器與控制器511電連接，用於根據控制器511接收的第一路信號中的第一基色光信號對所述待補償基色光進行調製，並根據所述控制器接收的所述第二路信號中的第一基色光信號對基色補償光進行調製。在一具體實施例中，空間光調製器可以包括第一空間光調製器510a和第二空間光調製器510b，第一空間光調製器510a和第二空間光調製器510b可以爲DMD。

下面具體說明本實施例的工作原理。

在波長轉換器505的黃色螢光粉段505Y位於激發光和補償光的光路上時，激發光源501打開，補償光源502關閉，黃色螢光粉段505Y受激射出黃螢光，黃螢光經分光導光器509分光，分成紅螢光與綠螢光，其中綠螢光射出到第一空間光調製器510a中，紅螢光射出到第二空間光調製器510b中。

此外，在波長轉換器 505的散色體段505S位於激發光和補償光的光路上時，激發光源501和補償光源502同時打開，兩者射出的光在二向色鏡503處合光，並經由第一收集透鏡504透射藍光和反射紅光；藍光和紅光照射在散色體段505S上，散色體段505S射出藍光和紅光，再經過第二收集透鏡506、方棒507、中繼系統508以及分光導光器509，藍光入射到第一空間光調製器510a中，紅光射出到第二空間光調製器510b中。

因此第一空間光調製器510a接收時序的綠螢光、藍光，第二空間光調製器510b接收時序的紅螢光、紅光，在控制器511的控制下，第一空間光調製器510a和二空間光調製器510b分別對入射的時序光進行調製，以分別在投影鏡頭512中成像出相應光的圖像。

控制器511控制第一空間光調製器510a和二空間光調製器510b的具體過程，請參照圖10，控制器511輸出B信號、G信號給第一空間光調製器510a，輸出R信號給二空間光調製器510b。控制器511對激發光源501和補償光源502開閉的控制，以及第一空間光調製器510a和二空間光調製器510b對波長轉換器405射出的時序光的調製的控制，見圖11。

需要特別說明的是，本實施例中補償光源502是設置於波長轉換器505之前，激發光源501和補償光源502分別射出的激發光和補償光是在波長轉換器505之前進行合光，在另外的一些實施例中，補償光源502可以設置在波長轉換器505之後，激發光源501照射到散色體段505S後射出的光可以和補償光源502射出的光在波長轉換器505之後進行合光。

以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只侷限於這些說明。對於本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。

＜本發明＞
401‧‧‧激發光源
402‧‧‧補償光源
403‧‧‧二向色鏡
404‧‧‧第一收集透鏡
405‧‧‧波長轉換器
406‧‧‧第二收集透鏡
407‧‧‧方棒
408‧‧‧中繼系統
409‧‧‧TIR稜鏡
410‧‧‧DMD
411‧‧‧控制器
412‧‧‧投影鏡頭
405B‧‧‧藍色散色體段
405G‧‧‧綠色螢光粉段
405S‧‧‧散色體段
405O‧‧‧橙色螢光粉段
R‧‧‧紅光
G‧‧‧綠光
B‧‧‧藍光
O‧‧‧橙光
501‧‧‧激發光源
502‧‧‧補償光源
503‧‧‧二向色鏡
504‧‧‧第一收集透鏡
505‧‧‧波長轉換器
506‧‧‧第二收集透鏡
507‧‧‧方棒
508‧‧‧中繼系統
509‧‧‧分光導光器
510a‧‧‧第一空間光調製器
510b‧‧‧第二空間光調製器
511‧‧‧控制器
512‧‧‧投影鏡頭
505S‧‧‧散色體段
505Y‧‧‧黃色螢光粉段

圖1爲本申請實施例一中控制系統的一種結構示意圖； 圖2爲本申請實施一中波長轉換器的一種結構示意圖； 圖3爲本申請實施一中控制器的一種工作原理圖； 圖4爲本申請實施例一中控制系統的一種時序配合圖； 圖5爲本申請實施二中波長轉換器的一種結構示意圖； 圖6爲本申請實施二中控制器的一種工作原理圖； 圖7爲本申請實施二中控制系統的一種時序配合圖； 圖8爲本申請實施例三中控制系統的一種結構示意圖； 圖9爲本申請實施例三中波長轉換器的一種結構示意圖； 圖10爲本申請實施三中控制器的一種工作原理圖；以及 圖11爲本申請實施三中控制系統的一種時序配合圖。

401‧‧‧激發光源

402‧‧‧補償光源

403‧‧‧二向色鏡

404‧‧‧第一收集透鏡

405‧‧‧波長轉換器

406‧‧‧第二收集透鏡

407‧‧‧方棒

408‧‧‧中繼系統

409‧‧‧TIR稜鏡

410‧‧‧DMD

411‧‧‧控制器

412‧‧‧投影鏡頭

Claims (10)

1. 一種合光控制系統，係包括： 一光源模組，用於射出待補償之基色光與基色補償光，其中，該基色補償光用於與該待補償基色光合成第一基色光； 一控制器，用以接收至少一第一路信號與至少一第二路信號，其中，該第一路信號爲包括第一基色光信號的圖像信號，且該第二路信號爲包括該第一基色光信號的圖像信號；以及 一空間光調製器，係電連接於該控制器並用於根據該控制器接收之該第一路信號中的第一基色光信號進而對該待補償基色光進行調製，並且，該空間光調製器係根據該控制器接收的該第二路信號中的第一基色光信號對該基色補償光進行調製。
2. 如申請專利範圍第1項所述之合光控制系統，其中，該光源模組係包括： 一發光組件，係包括用於發射激發光的激發光源以及用於發射補償光的補償光源；及 一波長轉換器，係設置於該激發光與該補償光的光路上，並相對於照射到該波長轉換器上的光做周期性運動，並且，在該激發光源和所述補償光源的照射下依序地或者同時地射出待補償基色光和基色補償光。
3. 如申請專利範圍第2項所述之合光控制系統，其中，該波長轉換器包括基色光分段與至少一補償光分段，且該基色光分段在該激發光的照射下射出待補償基色光，並且，該補償光分段在該補償光的照射下射出基色補償光，且在該波長轉換器相對於照射到波長轉換器上的光做周期性運動過程中，該基色光分段和補償光分段依序且依次地被移動並被光照射，使該波長轉換器依序地射出該待補償基色光與基色補償光。
4. 如申請專利範圍第3項所述之合光控制系統，其中，該控制器分別與該激發光源和該補償光源電連接，且在該波長轉換器的基色光分段位於該發光組件所發出光之傳輸路徑中時，控制該激發光源開啟且該補償光源關閉，並且，在該波長轉換器的補償光分段位於該發光組件所發出光之傳輸路徑中時，控制該激發光源關閉且該補償光源開啟。
5. 如申請專利範圍第4項所述之合光控制系統，其中，該補償光源爲紅光激光器，相對地，補償光爲紅激光，並且，該補償光分段爲散色體段，用於對入射的紅激光進行消相干。
6. 如申請專利範圍第4項所述之合光控制系統，其中，該激發光源爲藍光激光器，相對地，激發光爲藍光，並且，該基色光分段包括綠色螢光粉段、藍色散色體段以及橙色螢光粉段，且被激發光照射時係分別發出綠光、藍光以及橙光。
7. 如申請專利範圍第4項所述之合光控制系統，其中，該基色光分段包括綠色螢光粉段、藍色散色體段以及橙色螢光粉段，且該補償光分段包括一段散色體段；或者，該基色光分段包括綠色螢光粉段、藍色散色體段以及橙色螢光粉段，且該補償光分段包括三段散色體段，其中，綠色螢光粉段、藍色散色體段和橙色螢光粉段這三段的兩兩之間都設置有一段該散色體段，且該控制器接收的第二路信號包括三個該第一基色光信號的圖像信號，該空間光調製器係根據該控制器接收的該第二路信號中的三個第一基色光信號分別對三段散色體段射出的補償光進行調製。
8. 如申請專利範圍第2項所述之合光控制系統，其中，該波長轉換器包括基色光分段，且該基色光分段包括第一基色光分段，並且，該第一基色光分段在該激發光和該補償光的同時照射下同時射出該待補償基色光與基色補償光。
9. 如申請專利範圍第8項中所述之合光控制系統，其中，該控制器分別與該激發光源和該補償光源電連接，且在該波長轉換器的第一基色光分段位於該發光組件所發出光之傳輸路徑中時，控制該激發光源和該補償光源均開啟。
10. 如申請專利範圍第1項至第9項任意一項所述之合光控制系統，其中，該合光控制系統係可應用於一投影機之中。