改善非对称投影的方法与系统

1.一种改善非对称投影的方法，该方法用于一投影系统，该投影系统包括一光源、一积分柱及一光阀，其中该光源产生一照明光束经该积分柱斜向入射至该光阀，通过将该积分柱的截面形状调整为一任意四边形，以抵销该投影系统非对称的变形量。
2.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱可改变截面形状，使该投影镜头光圈开状态光束在一轴向延伸，形成一进入投影镜头光圈的最大椭圆光束，且不与光阀平状态光束相重叠。
3.如权利要求1所述的方法，该系统在积分柱与光阀间进一步包括一聚光透镜、一光阑、一中继透镜。
4.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱为一空心柱。
5.如权利要求1所述的方法，其中该积分柱为一实心柱。
6.一种投影系统，用于改善非对称投影，该系统包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，该积分柱的截面形状为一任意四边形，以抵销该投影系统非对称的变形量。
7.如权利要求6所述的系统，该光束经一光折面斜向入射至光阀。
8.如权利要求6所述的系统，该系统在积分柱与光阀间进一步包括一聚光透镜、一光阑、一中继透镜。
9.如权利要求6所述的系统，其中该光阀为一反射式单晶硅面板(LCOS)。
10.如权利要求6所述的系统，其中该光阀为一反射式数字微镜元件(DMD)。
11.如权利要求6所述的系统，其中该光阀为一穿透式液晶显示器(LCD)。
12.如权利要求6所述的系统，其中该积分柱为一空心柱。
13.如权利要求6所述的系统，其中该积分柱为一实心柱。
14.如权利要求6所述的系统，其中该积分柱可改变截面形状，使该投影镜头光圈开状态光束在一轴向延伸，形成一进入镜头光圈的最大椭圆光束，且不与光阀平状态光束相重叠。
15.一种投影系统，用于改善非对称投影，该系统包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，此积分柱为一四边形柱，其横截面上的二对角线不等长，以抵销该投影系统中除该积分柱以外的部分所产生的非对称变形量。

改善非对称投影的方法与系统\n技术领域\n本发明涉及一种投影系统，特别是涉及一种改善非对称投影的方法与系统。\n背景技术\n近年来，信息视觉化的重要性已广被认同，而作为显示用的投影装置，其重要性及需求也急剧增加。因此，对于投影装置呈现在萤幕上的画面，能否具有高画质及逼真的临场感，以提高萤幕的质量，而为消费市场所乐于接受，已成为本领域研发的重要课题。\n请参阅图1，为一现有投影装置的光学投影系统20示意图，投影系统20为一单面板光阀投影系统(single panel DMD projection system)，其中光源21包括一抛物反射面211，并可产生一光束22，该光束22经抛物反射面211反射后，通过一会聚透镜(converging lens)23，将光束22聚集至一色轮(colorwheel)24，色轮24由一系列红色、绿色、蓝色滤光镜组成，当色轮24环绕转轴旋转时，其一系列红色、绿色、蓝色滤光镜可依序拦截光束22，因此当光束22通过色轮24后，即转换成一有色光束221；有色光束22依序通过一积分柱(integration rod)25，均匀亮度后，再经一聚光透镜(condenserlens)26及一光阑(stop)27后，进入一中继透镜(relay lens)28，然后聚集至一棱镜照明系统(prism illumination system)30。棱镜照明系统30可将发自于投影光源21的光束，经一反射面(mirror)31反射至一数字微镜片元件(digitalmicro-mirror device，DMD)的光阀10，该光阀10为具有一组可枢转约±12度的画素镜片组成阵列，当可枢转画素镜片将一入射光束反射至一显示萤幕时，称为一开—状态(ON state)；或将一入射光束反射至一偏离显示萤幕的位置时，称为一关—状态(OFF state)；而当一画素镜片与该光阀10的基板平行时，称为一平—状态(flat state)，再通过光阀10的开、关状态选择性将具有信息内容的光束，反射通过棱镜照明系统30，并导向进入一投影镜头(projection lens)32后，投影于一显示萤幕33。\n当投影系统20自光源21产生的白光光束22起，所通过的会聚透镜23、色轮24、积分柱25、一聚光透镜26、一光阑27及中继透镜28等一般都具有对称特性，若以上各元件及其组合均处于理想状态，如图2及图3所示，则中继透镜28会投射出与积分柱25截面形状相似的矩形光束41，其中第一对角线的长度与第二对角线L2的长度应相等，即无形变(distortion)；但当无形变矩形光束41经棱镜照明系统(prism illumination system)30中的反射面31反射至光阀10时，因斜向入射至光阀10，如图4所示，将使光阀10上形成虚线所示的照明光区(light spot)42，产生不对称的形变，即第一对角线L1长度与第二对角线L2长度不相等(L1＞L2)。然而此种斜向入射光阀10所造成照明光区42产生变形，因无法覆盖整个光阀10表面，导致光阀41不能反射呈现完整影像，因此为了使照明光区42能覆盖整个光阀10表面，现有的投影系统采取的方法是，将照明光束放大，使照明光区42跟着扩大成大照明光区43，如图4所示，以覆盖整个光阀10。此种方法虽可解决前述影像不完整投射的问题，但是同时导致未照射至光阀10的光线，如斜线所示的照明光区431，因无法被光阀10反射进入镜头透镜组32，而不能投射至萤幕43，故将产生照明损失，使投影系统的整体照明效率降低。\n因此，上述现有斜向投影光学系统(例如DLP投影机等)所产生形变，至少有以下两项缺陷，第一项为降低照明光区强度的均匀度，第二项由于该照明光区于第一对角线L1的拖曳，造成外缘亮度损失，导致光效率的降低。\n发明内容\n本发明的目的在于提供一适当截面形状的积分柱，以补偿前述形变中不对称缺点的方法，可将斜向投影系统产生的不对称照明光区，改善为对称的照明光区，以提高光效率与均匀度。\n本发明的另一目的在于利用一适当截面形状的积分柱，将照明光束形成沿一轴方向延长的椭圆形光束，达到增加光学系统的总收集效率，并同时可避免开—状态光束与平—状态光束间重叠的缺点，以提高对比度。\n本发明的目的是这样实现的，即提供一种改善非对称投影的方法，该方法用于一投影系统，该投影系统包括一光源、一积分柱及一光阀，其中该光源产生一照明光束经该积分柱斜向入射至该光阀，通过将该积分柱的截面形状调整为一任意四边形，以抵销该投影系统非对称的变形量。\n本发明还提供一种改善非对称投影的系统，该系统包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，该积分柱的截面形状为一任意四边形，以抵销该投影系统非对称的变形量。\n本发明还提供一种改善非对称投影的系统，该系统包括：一光源，可产生一光束；一光阀，具有一面，该光束斜向入射至该面；以及一积分柱，位于光阀及光源之间，此积分柱为一四边形柱，其横截面上的二对角线不等长，以抵销该投影系统中除该积分柱以外的部分所产生的非对称变形量。\n根据上述特征，本发明通过改变投影系统中积分柱的截面形状，以补偿斜向投射产生的一不对称照明光区，改善成为一对称的照明光区，而能够增大照明光效率与均匀度，也能够利用积分柱的截面形状，将照明光束形成沿一轴方向延长的椭圆形光束，并通过加大照明系统光阑与投影系统的光圈，达到增加光学系统的总收集效率，同时可避免开—状态光束与平—状态光束间及平—状态光束与关—状态光束间彼此重叠的缺点，以提高对比度。\n附图说明\n图1为一示意图，其显示现有投影系统；图2为一示意图，其显示现有投影系统的积分柱截面；图3为一示意图，其显示现有投影系统无形变的矩形光束横截面；图4为一示意图，其显示现有投影系统形变矩形光束横截面与光阀的相关位置；图5为一示意图，其显示现有投影系统形变矩形光束的照明损失；图6为一示意图，其显示本发明的投影系统；图7为一示意图，其显示本发明投影系统的积分柱截面形状；图8A与图8B为一示意图，其显示现有投影系统与本发明投影系统在光阀上的照明光区；\n图9A与图9B为一示意图，其显示现有技术投影系统与本发明投影系统的萤幕亮度分布图；图10A与图10B为一示意图，其显示为积分柱的截面形状使用一长方形与平行四边形，在投影镜头光圈591上的光区对照图；图11为一示意图，其为一开—状态光束、一关—状态光束及一平—状态光束分别投射至投影镜头光圈的相对位置示意图；具体实施方式有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举一较佳实施例，并配合图式加以说明如后。\n请参阅图6，其显示本发明较佳实施例的投影系统50，该投影系统50是由光源51产生一光束512，该光束512经椭圆反射面511反射后，将光束512聚集至一色彩产生装置52(例如色轮、滤光片...等)，色彩产生装置52由一系列红色、绿色、蓝色滤光镜组成，依序拦截光束512，因此当光束512通过色彩产生装置52后，即转换成一有色光束513；有色光束513接着通过一积分柱53，均匀亮度后，再经一聚光透镜54及一光阑55后，进入一中继透镜56，然后聚集至一棱镜照明系统58。棱镜照明系统58以一光折面(例如反射面等)581反射至一光阀57，该光阀57由一组可枢转约±12度的画素镜片组成阵列，以开、关状态选择性将具有信息内容的光束，反射通过棱镜照明系统58，并导向进入一投影镜头59的光圈591，经投影镜头59后，投影于萤幕592。\n为解决现有技术形变的缺陷，如图7所示，本发明在投影系统50中，以一变形截面形状的积分柱53，补偿前述形变中不对称的方法，将现有技术斜向投影系统产生的一不对称照明光区42，改善为一对称的照明光区，本发明实施例的空心积分柱截面形状，依据斜向投影系统的光学变形量，即其一对角线L1、L2长度不相等的变形量，由一平行四边形截面形状的积分柱53的对角线L3、L4，与前述光学变形量对角线L1、L2长度的变形量相反方向，形成一变形量，预先造成照明光区的不对称，以便抵销照明光区经反射面581斜向入射光阀57所产生不对称的变形量，改善成为一对称的照明光区。\n同理，本发明也可端视投影光学系统的光学变形量，由任意四边形截面形状的积分柱，以类似抵销变形量的方法，让照明光区对称或产生某一特性变形，同时不限于本实施例所揭露的空心型积分柱，实心的积分柱也可使用于本发明，另积分柱投射出光束的发散大小也可由选择不同特性的积分柱达成。\n请参阅图8，其中图8A为现有技术投影系统照明光束在光阀10上的光区图，图8B为应用一平行四边形截面形状的本发明投影系统照明光束在光阀57上的光区图。如图8A所示，由于现有技术投影系统其斜向入射的特性，造成光阀的一照明光区于入射方向产生形变，该光阀光区的左下角与右上角都有拖曳现象，即图5中第一对角线(L1)＞第二对角线(L2)。反之，由于加入本发明的平行四边形截面形状积分柱53，以补偿前述形变不对称的缺点，故可将图8A所示现有技术斜向投影系统产生的一不对称光区，改善成如图8B所示一对称的光阀光区。与图8A所示的不对称照明光区相比，该图8B中比较对称的照明光区的左下角及右上角的拖曳现象已有明显改善。\n图8A中，由于现有技术投影系统产生的该不对称光阀光斑，所损失的外缘范围，比图8B中所损失的外缘范围要大，导致现有技术投影系统有效的总体亮度，比本发明投影系统有效的总体亮度要低；请参阅图9A与图9B所示，分别为现有的技术投影系统与本发明投影系统的光阀光区，通过投影装置后投射于萤幕的一萤幕亮度分布图(screen diagram)，比较图9B中本发明投影系统深色所代表的高亮度分布区域，在范围与均匀度两方面均比图9A现有技术投影系统深色所代表的高亮度分布区域要好，而由图9B本发明投影系统萤幕亮度分布图所示X方向(横轴)与Y方向(纵轴)的亮度分布，可进一步验证本发明投影系统萤幕亮度分布图，在高亮度分布区域的范围与均匀度两方面的确比现有技术投影系统要优。\n此外，图10A与图10B所示，为积分柱53的截面形状使用一矩形与使用平行四边形，在投影镜头光圈591上所示的光区对照图，由于积分柱53不对称对角线的不同放大作用，使得投影镜头光圈的光区在不同轴向，产生不同伸长长度而形成椭圆，如图10B可看出投影镜头光圈591的光束在某一轴方向明显增长，由原来正圆形变成椭圆形，并通过加大照明系统光阑55与投影系统光圈591，达到增加光学系统的总收集效率。\n请参阅图11所示，其为一开—状态光束、一关—状态光束及一平—状态光束分别投射至投影镜头光圈的相对位置示意图。图11中，现有技术投影系统的一开—状态光束61、一平—状态光束62及一关—状态光束63分别以实线表示，本发明投影系统的一开—状态光束64、一平—状态光束65及一关—状态光束66则分别以虚线表示。就理论而言，仅该开—状态光束61可进入投影镜头光圈591，因此该投影镜头光圈591与开—状态光束61愈大，其可允许光通过量愈大，则所得的投影亮度愈佳；但若该开—状态光束61加大，则平—状态光束62与关—状态光束63也将随之增大，成为开—状态光束67、平—状态光束68及关—状态光束69，将导致开—状态光束67与平—状态光束68重叠，则造成投影对比度下降，故如图11所示，该现有技术投影系统开—状态光束61与平—状态光束62间及平—状态光束62与关—状态光束63间之所以设定为彼此相邻却未于一X方向重叠，即在考虑允许最大光通过量且不牺牲投影对比度的制约条件下，所获取的最佳平衡点。\n本发明的投影系统通过应用平行四边形截面形状的积分柱53，可产生不对称的特点，在补偿前述形变中，矫正现有技术斜向投影系统产生的一不对称照明光区，使之成为一较对称的照明光区的同时，也可利用其产生不对称的特点作设定，使开—状态光束61、平—状态光束62及关—状态光束63，分别于仅在Y轴方向延伸，进一步将光束加大，使如图11所示，形成本发明的开—状态光束64、平—状态光束65及关—状态光束66，达成提高最大光通过量，且避免开—状态光束64与平—状态光束65间及平—状态光束65与关—状态光束66间彼此重叠的缺陷，可防止对比度降低。\n如以下表1所示，其为现有技术投影系统与本发明投影系统二斜向投影系统间一实验数据比较表，表1中就一光阀效率(DMD efficiency)、一非有效区损失(overfill)及一开—状态投影输出效率(projection output on-state)等方面，分别以百分比列出实验数据，并在右侧一列以百分比列出相比较于现有技术投影系统，本发明在上述各方面所获得的改善。其中，本发明在DMD效率的改善率为5.8％、在非有效区损失的改善率为37.0％、在开—状态投影输出效率的改善率为6.3％。\n表1\n上述本发明的较佳实施例以一反射式DMD光阀为例进行叙述，该反射式DMD光阀也可为一反射式单晶硅面板(LCOS)或一穿透式液晶显示器(LCD)取代。\n以上所述的，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，不应用于局限本发明的可实施范围，凡根据本发明的内容所作的任何变更，而未违背本发明的精神时，都应属本发明的范围。