TWI587065B - 投影裝置及其色光產生組件以及投影方法 - Google Patents

Description

投影裝置及其色光產生組件以及投影方法

本發明是有關於一種顯示裝置，尤其是有關於一種投影裝置及其色光產生組件以及投影方法。

習知的投影裝置，尤其是應用數位光源處理技術(Digital Light Processing，DLP)的投影裝置通常會使用色輪來提供投影所需的三原色光。習知採用螢光劑的色輪具有多數個色光產生片，在色光產生片上塗佈不同的螢光劑而形成不同的螢光層，而光束輪流照射到這些螢光層後可以產生不同的色光。

由於市場上對於高亮度的投影裝置的需求逐漸增加，因此投影裝置會產生高功率的光束來得到較高的投影亮度。當高功率的光束照射到色輪時，此高功率的光束會對色輪產生加熱的作用而使色輪的溫度升高。然而，溫度過高對於色輪上的螢光劑或黏著劑會有不良的影響，例如影響其光學特性或降低其壽命。

為了解決上述的問題，目前採用的做法是將色輪的直徑加大，這樣雖然可以增加散熱的面積，但是由於色輪的轉速也高達8000-9000RPM，其同時也衍生了動態平衡的問題，而且大直徑的色輪也會增加投影裝置的體積與並提高製造的成本。

另一種解決的辦法是強制以風扇散熱，但是風扇旋轉會有噪音及灰塵的問題。

由於照明光束照射在習知的色輪上時，照明光束在色輪上產生的照射區，其隨著色輪的轉動只能沿著色輪的圓周方向的一環形區域移動，因此照明光束的能量會集中分布在此環形區域中，而造成此環形區域的溫度大幅升高，而容易對色輪的螢光層產生不良的影響。因此，本發明提供一種色光產生組件，以降低照射於色輪的單位面積的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。

本發明另提供一種投影裝置，其包括上述的色光產生組件，以降低照射於色輪的單位面積的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。

本發明又提供一種投影方法，以降低照射於色輪的單位面積的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。

本發明一實施例所提供的色光產生組件包括色輪模組以及移動模組，色輪模組包括色輪以及第一驅動裝置，色輪配置於投影裝置之照明光束的傳遞路徑上，照明光束的光軸沿著預定方向照射在色輪，第一驅動裝置驅動色輪旋轉，以將照明光束依序轉換成顏色不同的多道子照明光束，而移動模組則連接於色輪模組。當色輪被第一驅動裝置驅動旋轉時，移動模組驅動色輪模組在預定的路徑上往復移動，只要照明光束照射於色輪的預定方向不平行於色輪移動的預定路徑，就可以使照明光束在色輪上產生的照射區相對於色輪做圓周方向以及徑向的移動。

在本發明的一實施例中，上述之移動模組包括移動件、傳動件以及第二驅動裝置，傳動件連接移動件與第二驅動裝置，色輪模組結合於移動件，第二驅動裝置經由傳動件驅動移動件沿預定路徑往復移動。

在本發明的一實施例中，傳動件包括螺桿，螺桿螺合於移動件，第二驅動裝置使螺桿旋轉而使移動件沿上述預定路徑往復移動。

在本發明的一實施例中，傳動件包括齒輪，移動件包括與齒輪齧合的齒條。第二驅動裝置驅動齒輪轉動，並帶動齒條沿預定路徑往復移動。

在本發明的一實施例中，移動模組更包括至少一導軌，導軌平行於預定路徑而導引移動件沿預定路徑往復移動。

在本發明的一實施例中，色輪包括顏色不同的多片濾光片。

在本發明的一實施例中，色輪包括多片反光片，各反光片包括反光層及配置於反光層上的螢光層，這些反光片的螢光層的顏色不同。

在本發明的一實施例中，預定路徑的長度小於色輪的半徑。

本發明另一實施例所提供的投影裝置包括光源、上述之色光產生組件、光閥以及投影鏡頭。光源適於提供照明光束，光閥配置於色光產生組件之色輪模組所產生的子照明光束的傳遞路徑上，以將子照明光束依序轉換成多道子影像光束，投影鏡頭配置於子影像光束的傳遞路徑上。

本發明所提供的投影方法包括下列步驟：提供色輪；使色輪旋轉並同時沿預定路徑移動；使照明光束沿預定方向照射於旋轉且移動中的色輪，而使照明光束轉換成顏色不同的多道子照明光束，預定方向不平行於預定路徑；將這些子照明光束轉換成多道子影像光束；以及投射這些子影像光束。

本發明的投影裝置及色光產生組件中，因採用移動模組使色輪模組沿預定的路徑移動，使照明光束在色輪上產生的照射區相對於色輪除了做圓周方向的移動之外，也可做徑向的往復移動，使照明光束的能量在色輪上可以平均地分布於較大的面積，因而降低照射於色輪的單位面積的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。另外，本發明的投影方法使色輪沿與照明光束的行進方向不平行的預定路徑移動，使照明光束在色輪上產生的照射區相對於色輪除了做圓周方向的移動之外，也可做徑向的往復移動，使照明光束的能量在色輪上可以平均地分布於較大的面積，因而降低色輪單位面積照射的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100‧‧‧光源

200、200a‧‧‧色光產生組件

210、210’‧‧‧色輪模組

212、212’‧‧‧色輪

212R、212G、212B、212W‧‧‧濾光片

213‧‧‧反光片

213a‧‧‧反光層

213b‧‧‧螢光層

214‧‧‧第一驅動裝置

215‧‧‧透光片

220、220a‧‧‧移動模組

222、222a‧‧‧移動件

224、224a‧‧‧傳動件

226、226a‧‧‧第二驅動裝置

228‧‧‧導軌

300‧‧‧光閥

400‧‧‧投影鏡頭

1000‧‧‧投影裝置

L‧‧‧照明光束

L1、L2、L3、L4、L8‧‧‧子照明光束

L1’、L2’、L3’、L4’‧‧‧子影像光束

M‧‧‧反射鏡

S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧步驟

R1、R2‧‧‧環形區域

D‧‧‧預定路徑

圖1為本發明的投影裝置的一實施例的示意圖。

圖2為本發明的色光產生組件的一實施例的示意圖。

圖3為圖2的移動模組的一實施例的立體示意圖。

圖4為本發明的色光產生組件的另一實施例的示意圖。

圖5為本發明的投影方法的一實施例的流程圖。

圖6為本發明的色光產生組件的另一實施例的示意圖。

請參閱圖1，其表示本發明的投影裝置的一實施例。本發明一實施例的投影裝置1000包括光源100、色光產生組件200、光閥300以及投影鏡頭 400。光源100產生照明光束L，照明光束L沿著傳遞路徑行進並入射色光產生組件200。入射色光產生組件200的照明光束L由色光產生組件200依序轉換成多道子照明光束L1、L2、L3及L4，這些子照明光束L1、L2、L3及L4具有不同的顏色，例如依序為紅光、綠光、藍光與白光。這些子照明光束L1、L2、L3及L4例如經由投影裝置1000的反射鏡M反射後以適當的角度入射光閥300。入射光閥300的子照明光束L1、L2、L3及L4由光閥300轉換成多道子影像光束L1’、L2’、L3’及L4’，這些子影像光束L1’、L2’、L3’及L4’經由投影鏡頭400投影至螢幕上，以於螢幕上疊加而形成彩色影像。在本實施例中，光閥300例如為光反射式的數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)或單晶矽液晶面板(liquid crystal on silicon panel,LCoS panel)，但不限於此，在另一實施例中，光閥300也可以是光穿透式的液晶面板(liquid crystal display panel，LCD panel)，但配合的光學元件及其位置需適當調整。此外，在一實施例中，圖1的反射鏡M也可省略或由其他元件取代(例如內部全反射稜鏡)，但需適當調整其他元件的位置。以下說明本發明的色光產生組件200的構造。

請參閱圖2及圖3，其表示本發明的用於投影裝置的色光產生組件的一實施例。本實施例的色光產生組件200包括色輪模組210以及移動模組220，移動模組220連接於色輪模組210並可驅動色輪模組210移動。

色輪模組210包括色輪212以及第一驅動裝置214，第一驅動裝置214結合於色輪212的中心，並驅動色輪212繞中心旋轉。在本實施例中，第一驅動裝置214為馬達，馬達的轉軸結合於色輪212的中心並驅動色輪212繞中心旋轉。色輪212例如包括四個濾光片212R、212G、212B以及212W，其中濾光片212R例如是紅色濾光片、濾光片212G例如是綠色濾光片、濾光片212B例如是藍色濾光片、濾光片212W例如是白色濾光片或透明片，以使照 明光束L的光軸沿預定方向(例如沿平行圖1之Z軸的方向)通過濾光片212R、212G、212B以及212W後分別產生上述的不同顏色的子照明光束L1、L2、L3及L4。

移動模組220包括移動件222、傳動件224以及第二驅動裝置226，其中色輪模組210結合於移動件222上，傳動件224連接移動件222以及第二驅動裝置226。在本實施例中，移動件222為移動平台，傳動件224為螺桿，第二驅動裝置226為馬達，傳動件224螺合於移動件222且第二驅動裝置226的轉軸結合於傳動件224。第二驅動裝置226使傳動件224旋轉，以帶動移動件222沿預定路徑D移動(即沿傳動件224移動)，進而使色輪模組210沿預定路徑D移動。藉由第二驅動裝置226改變傳動件224旋轉的方向，可以改變移動件222及其所連接的色輪模組210移動的方向，因此本實施例的移動模組220能使色輪模組210沿著預定路徑往復移動。此外，為了更穩固地移動色輪模組210，移動模組220可更包括導軌228，而移動件222可移動地結合於導軌228，如此可提升色輪模組210移動時的穩定度。在本實施例中，色輪模組210移動的上述預定路徑D例如是平行於圖1之Y軸，因而垂直於照明光束L的光軸入射於色輪212的上述預定方向(平行圖1之Z軸的方向)。

當照明光束L沿上述預定方向照射到色輪212時，由於色輪212被第一驅動裝置214驅動旋轉，因此照明光束L照射在色輪212上照射區會沿著色輪212的圓周方向移動而形成環形區域(例如環形區域R1)。另外，由於色輪212連同第一驅動裝置214會被移動模組220驅動而沿著預定路徑D移動，所以照明光束L照射在色輪212上的照射區域除了會沿色輪212的圓周方向移動之外，也會沿著平行於色輪212之徑向的預定路徑D移動，因而使照射區變成環形區域R2，甚至比環形區域R2更內圈的環形區域。如此，能使照明光束L均勻地照射於色輪212上較大的面積。上述預定路徑D的長度例如是 小於色輪212的半徑。雖然在本實施例中，上述預定路徑D垂直上述預定方向，但本發明不限於此，只要上述預定路徑D不平行於上述預定方向，即可以使照明光束L均勻地照射於色輪212上較大的面積。

若照明光束L每單位時間所提供的能量為W，而照明光束L每單位時間照射於色輪212上的面積為A，如此色輪212每單位時間在每單位面積上承受的能量為W/A。如果照明光束L每單位時間照射在色輪212的面積愈大，則色輪212的每單位面積承受的能量W/A則愈小。因此，對比於先前技術而言，應用本實施例的色光產生組件200，色輪212的每單位面積承受的能量能減少，如此可以解決色輪212溫度上升的問題，而避免色輪212劣化。

本發明的移動模組的構造並不限於圖2、圖3的實施例，以下將另舉其他實施例，但本發明並不以此為限。

請參閱圖4，其表示本發明的用於投影裝置的色光產生組件的另一實施例。本實施例的色光產生組件200a與圖2、圖3所示的實施例的元件有部分相同，而相同的元件給予相同的符號並省略其說明，本實施例的移動模組220a的構造與圖2、圖3所示的實施例的移動模組220的構造不同。本實施例的移動模組220a包括移動件222a、傳動件224a以及第二驅動裝置226a。在本實施例中，傳動件224a包括至少一齒輪(圖4是以一個齒輪為例)，移動件222a例如是與齒輪齧合的齒條，第二驅動裝置226a為馬達(圖4是以馬達的轉軸示意馬達)，移動件222a的一端固接於色輪模組210。第二驅動裝置226a驅動傳動件224a(即齒輪)旋轉，以帶動移動件222a(即齒條)沿預定路徑移動，進而使色輪模組210沿預定路徑D移動。藉由第二驅動裝置226a改變傳動件224a旋轉的方向，可以改變移動件222a及其所連接的色輪模組210移動的方向，因此本實施例的移動模組220a能使色輪模組210沿著預定路徑D往復移動。

圖5為本發明的投影方法的一實施例的流程圖。請參閱圖1、圖2與圖5，本實施例的投影方法包括下列步驟。首先，如步驟S1所示，提供色輪212。然後，如步驟S2所示，使色輪212旋轉並同時沿預定路徑D往復移動。例如，以第一驅動裝置214及第二驅動裝置226使色輪212旋轉且往復移動。

如步驟S3所示，使照明光束L沿預定方向照射於上述旋轉且移動中的色輪212，而使照明光束L轉換成顏色不同的多道子照明光束(例如子照明光束L1、L2、L3、L4)，且上述預定方向不平行於上述預定路徑D。

之後，如步驟S4所示，將子照明光束轉換成多道子影像光束，例如藉由光閥300使子照明光束L1、L2、L3與L4轉換成多道子影像光束L1’、L2’、L3’與L4’。

然後，如步驟S5所示，投射子影像光束。例如，以投影鏡頭400將子影像光束L1’、L2’、L3’與L4’投影於螢幕上，以於螢幕上疊加形成彩色影像。

本實施例的投影方法使色輪212沿與照明光束L的行進方向不平行的預定路徑D移動，使照明光束L在色輪212上產生的照射區相對於色輪212除了做圓周方向的移動之外，也可做徑向的往復移動，使照明光束L的能量在色輪212上可以平均地分布於較大的面積，因而降低色輪212單位面積照射的能量，進而避免色輪212因高溫而劣化。

上述實施例中，色輪模組210的色輪212是以穿透式色輪為例，但在另一實施例中，色輪也可以是反射式色輪。請參閱圖6，其為本發明的色光產生組件的另一實施例的示意圖。在圖6中，色輪模組210’包括色輪212’以及第一驅動裝置214。第一驅動裝置214結合於色輪212’的中心，並驅動色輪212’繞中心旋轉。色輪212’包括多片反光片213，每個反光片213包括反光 層213a以及形成於反光層213a上的螢光層213b。這些反光片213a的螢光層213b的顏色不同。

照明光束L照射至反光片213的螢光層213b後會激發螢光層213b發光，不同顏色的螢光層213b會發出不同顏色的光，而螢光層213b所發出的光會被反光層213a反射而形成子照明光束L8。子照明光束L8會經由其他的光學元件(如透鏡、反射元件、分色元件等)而傳遞至光閥，並由光閥將子照明光束L8轉換成子影像光束，之後再由投影鏡頭將子影像光束投影於螢幕上。在一實施例中，照明光束L例如是藍光，而色輪212’的多個螢光層213b例如包括紅色螢光層及綠色螢光層，其可吸收藍光而發出紅光及綠光。此外，色輪212’還可包括透光片215，其與上述之反光片213拼接成環狀。當藍光照射到透光片215時會穿透透光片215，之後再藉由多個反射元件將穿過透光片215的藍光反射，以與紅光及綠光的傳遞路徑重疊。

綜上所述，本發明的投影裝置及其色光產生組件以及投影方法，可以使色輪在有別於照明光束之行進方向的另一方向上移動，而使照明光束在色輪上產生的照射區相對於色輪做除了做圓周方向的移動之外，也可做徑向的往復移動，使光束的能量在色輪上可以平均地分布於較大的面積，因而降低色輪單位面積照射的能量，進而避免色輪因高溫而劣化。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光源

200‧‧‧色光產生組件

210‧‧‧色輪模組

212‧‧‧色輪

214‧‧‧第一驅動裝置

220‧‧‧移動模組

222‧‧‧移動件

224‧‧‧傳動件

226‧‧‧第二驅動裝置

300‧‧‧光閥

400‧‧‧投影鏡頭

1000‧‧‧投影裝置

L‧‧‧照明光束

L1、L2、L3、L4‧‧‧子照明光束

L1’、L2’、L3’、L4’‧‧‧子影像光束

M‧‧‧反射鏡

Claims (11)

1. 一種色光產生組件，適用於一投影裝置，該色光產生組件包括：一色輪模組，包括一色輪以及一第一驅動裝置，該色輪配置於該投影裝置之一照明光束的傳遞路徑上，該照明光束的光軸沿一預定方向照射在該色輪，該第一驅動裝置結合於該色輪並驅動該色輪旋轉，以將該照明光束依序轉換成顏色不同的多道子照明光束；以及一移動模組，連接於該色輪模組，該移動模組適於在該色輪被該第一驅動裝置驅動旋轉時，同時驅動該色輪模組沿一預定路徑往復移動，其中該預定方向不平行於該預定路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之色光產生組件，其中該移動模組包括一移動件、一傳動件以及一第二驅動裝置，該傳動件連接於該移動件與該第二驅動裝置，該色輪模組結合於該移動件，該第二驅動裝置經由該傳動件驅動該移動件沿該預定路徑往復移動。
3. 如申請專利範圍第2項所述之色光產生組件，其中該傳動件包括一螺桿，該螺桿螺合於該移動件，該第二驅動裝置使該螺桿旋轉而使該移動件沿該預定路徑往復移動。
4. 如申請專利範圍第2項所述之色光產生組件，其中該傳動件包括一齒輪，該移動件包括與該齒輪齧合的一齒條，該第二驅動裝置驅動該齒輪轉動，以帶動該齒條沿該預定路徑往復移動。
5. 如申請專利範圍第2項所述之色光產生組件，其中該移動模組更包括至少一導軌，該導軌平行於該預定路徑而導引該移動件沿該預定路徑往復移動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之色光產生組件，其中該預定路徑平行於該色輪的一徑向。
7. 如申請專利範圍第1項所述之色光產生組件，其中該色輪包括顏色不同的多片濾光片。
8. 如申請專利範圍第1項所述之色光產生組件，其中該色輪包括多片反光片，各反光片包括一反光層及配置於該反光層上的一螢光層，該些反光片的該些螢光層的顏色不同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之色光產生組件，其中該預定路徑的長度小於該色輪的半徑。
10. 一種投影裝置，包括：一光源，適於提供一照明光束；一申請專利範圍第1至9項任一項所述之色光產生組件；一光閥，配置於該色光產生組件之該色輪模組所產生的該些子照明光束的傳遞路徑上，以將該些子照明光束依序轉換成多道子影像光束；以及一投影鏡頭，配置於該些子影像光束的傳遞路徑上。
11. 一種投影方法，包括下列步驟：提供一色輪；使該色輪旋轉並同時沿一預定路徑往復移動；使一照明光束沿一預定方向照射於旋轉且移動中的該色輪，而使該照明光束轉換成顏色不同的多道子照明光束，該預定方向不平行於該預定路徑；將該些子照明光束轉換成多道子影像光束；以及投射該些子影像光束。