适用于数字电影投影装置的光源系统及数字电影投影装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于数字电影投影装置的光源系统及数字电影投影装置，该光源系统包括：发出光束的高压汞灯光源、中继镜组、光学滤波模块、数字微显示模块、镜头以及屏幕；中继镜组用以接收光束并调整其行进路径；光学滤波模块设置于光束的行进路径中；镜头接受调校后的光束，并投射出影像光束；其中，通过光学滤波模块以将光束进行光谱频带及白平衡的至少其中之一光学调校，进而使调校后的影像光束符合数字影院联盟的色彩规范。
【专利说明】适用于数字电影投影装置的光源系统及数字电影投影装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光源系统，尤指一种采用高压汞灯作为光源，且适用于数字电影投影装置的光源系统。
【背景技术】
[0002]于现今的数字电影领域中，数字电影放映机绝大多数都是使用数字光处理技术(Digital Light Processing,DLP)的数字投影。且在目前的数字电影投影系统中，为了达到大型屏幕放映所需的亮度及数字影院联盟(Digital Cinema Initiative,DCI)所规范的颜色标准，一般会采用氙气灯作为光源，由于氙气灯的光谱较为接近日光，因此较容易达到数字影院联盟所规范的颜色标准，以及，氙气灯的总光输出范围非常广，其输出功率范围可由1200W至7000W，故足以提供超大型屏幕电影放映所需。然而，氙气灯仍是具有许多难以克服的缺点，例如:体积庞大、能耗效率差及价格昂贵等，且该等缺点会导致数字电影放映机的整体体积难以缩小，且具有成本较高等问题。
[0003]至于一般小型的光学投影机，由于不需符合数字影院联盟所规范的颜色标准，且其无需输出如影院的大型屏幕的广域影像，故大多数的小型光学投影机都是采用高压汞灯(Ultra High Pressure,UHP)作为光源，且高压汞灯具备成本较低、体积较小及寿命较长等优点，故实有助于降低整体光学投影机的成本。然而，由于高压汞灯的缺点即在于其光谱分布不如氙气灯来的接近自然日光，故如欲将高压汞灯运用于数字电影投影系统，则其将面临无法符合数字影院联盟所规范的色彩要求的问题。
[0004]因此，如何发展一种可解决前述问题，采用高压汞灯作为光源，以达到减小整体装置体积、降低成本的目标，同时更能符合数字影院联盟所规范的颜色标准的适用于数字电影投影装置的光源系统，实为目前迫切需要解决的课题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的为提供一种适用于数字电影投影装置的光源系统，其采用高压汞灯作为光源，并具有光学滤波模块，以进一步调整输出色域，同时亦可进行白平衡的光学调校，使其输出色彩可符合数字影院联盟所规范的颜色标准，同时更使数字电影投影装置具备更轻薄短小、价格较便宜以及使用寿命较长等优点。
[0006]为达上述目的，本发明的一较佳实施形式为提供一种光源系统，适用于数字电影投影装置，该光源系统包括:高压汞灯光源，发出光束；中继镜组，接收光束，并调整光束的行进路径；数字微显示模块；光学滤波模块，设置于光束的行进路径中；以及镜头，接受调校后的光束，并投射出影像光束；其中，通过光学滤波模块以将光源所发射的光束进行光谱频带及白平衡的至少其中之一的光学调制。
[0007]为达上述目的，本发明另一较佳实施形式为提供一种光源系统，适用于数字电影投影装置，该光源系统包括:高压汞灯光源，发出光束；中继镜组，接收光束，并调整光束的行进路径；数字微显示模块；光学滤波模块，设置于光束的行进路径中，且具有限波滤波器，该限波滤波器的较佳限波范围为535nm?625nm之间；以及镜头，接受调校后的光束，并投射出影像光束；其中，通过光学滤波模块以将光源所发射的光束进行光谱频带及白平衡的至少其中之一的光学调制。
[0008]为达上述目的，本发明另一较佳实施形式为提供一种数字电影投影装置，包括:光源系统，包括:高压汞灯光源，发出光束；中继镜组，接收光束，并调整光束的行进路径；数字微显示模块；光学滤波模块，设置于光束的行进路径中；以及镜头，接受调校后的光束，并投射出影像光束；以及屏幕，用以供影像光束投射于其上；其中，通过光源系统的光学滤波模块以将光源所发射的光束进行光谱频带及白平衡的至少其中之一的光学调制。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1A为本发明第一较佳实施例的适用于数字电影投影装置的光源系统的架构示意图。
[0010]图1B为本发明第二较佳实施例的适用于数字电影投影装置的光源系统的架构示意图。
[0011]图2为图1A所示的光源系统的光学滤波模块的两实施形式的结构示意图。
[0012]图3A为本发明第一较佳实施例的高压汞灯光源的光谱图。
[0013]图3B为本发明第一较佳实施例的与高压汞灯光源搭配的限波滤波器的光谱图。
[0014]图4为本发明第一较佳实施例的高压汞灯光源、高压汞灯光源结合限波滤波器以及数字影院联盟所规范的色彩标准的色域图。
[0015]图5A为本发明第一较佳实施例的限波滤波器的光谱最低点位于规格上限的仿真示意图。
[0016]图5B为本发明第一较佳实施例的限波滤波器的光谱最低点位于规格下限的仿真示意图。
[0017]图6A为本发明第三较佳实施例的光衰减器与限波滤波器组合的光谱图。
[0018]图6B为经图6A的综效光谱图。
[0019]图7A为本发明第四较佳实施例的光衰减器与限波滤波器组合的光谱图。
[0020]图7B为经图7A的综效光谱图。
[0021]图8为本发明第一较佳实施例的光源系统的光谱图。
[0022]图9为本发明第一较佳实施例的光源系统的限波滤波器的两不同穿透率的实施形式。
[0023]其中，附图标记说明如下:
[0024]IAUB:数字电影投影装置
[0025]10、20:高压汞灯光源
[0026]100、101、102、103、200、202、203:光束
[0027]104,204:影像光束
[0028]11、21:中继镜组
[0029]13、22:数字微显示模块
[0030]14、24:光源系统
[0031]15、23:镜头
[0032]16、26:屏幕
[0033]17、25:光学滤波模块
[0034]170:光学元件
[0035]171、171a、171b:限波滤波器
[0036]172:光衰减器
[0037]18:滤镜
[0038]19:光均匀装置
[0039]A:可见光的色域范围
[0040]C:高压汞灯光源投影机的色域范围
[0041]C’:高压汞灯光源投影机的白平衡
[0042]D:数字影院联盟所规范的色域范围
[0043]M，:经限波滤波器光学调校后的白平衡
[0044]D’:数字影院联盟所规范的白平衡
[0045]R:红光
[0046]B:蓝光
[0047]G:绿光
【具体实施方式】
[0048]体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，然其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明的用，而非用以限制本发明。
[0049]请参阅图1A为本发明第一较佳实施例的适用于数字电影投影装置的光源系统的架构示意图。如图所示，本发明的光源系统14适用于数字电影投影装置IA中，且其透过光源系统14以将一影像光束104投射于屏幕16上。该光源系统14包含光源10、中继镜组11、光学滤波模块17、数字微显不模块13以及镜头15等兀件。于一些实施例中，数字微显示模块13包含数字微显示元件(未图标)以及相关分合光棱镜及透镜(未图标)等光学元件，且其中的数字微显示元件的实施形式可以为液晶显示装置(LCD)、硅基液晶显示装置(LCoS)或是数字微镜装置(DMD)等，由于该等实施形式属现今常用且较为普及的设计，故在此不多赘述。而于本实施例中，该数字微显示模块13为数字微镜装置(DMD)。
[0050]请续参阅图1A，如图所示，本发明的光源系统14中的光源10为一高压汞灯(UHP)光源10，用以发出一光束100，经由中继镜组11调整光束的行进路径形成光束102出光，而后再通过数字微镜装置(DMD)的数字微显示模块13进行调变而形成光束103，接着，再由镜头15接受光束103，并投射出影像光束104，以使该影像光束104投射于屏幕16上，以投射出一影像画面，于本实施例中，主要通过光学滤波模块17以将高压汞灯光源10所发射的光束101进行光谱频带及/或白平衡的光学调校，进而使调校后的影像光束104符合数字影院联盟的色彩规范，且该光学滤波模块17设置的位置，可设置于光源系统14的主光路上，意即自光源10发射光束100起、至镜头15投射影像光束104到屏幕16上之间的光路中，皆为光学滤波模块17可设置的位置；以本实施例为例，光学滤波模块17设置于中继镜组11与数字微显示模块13之间，但其所设置的位置并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化，且举凡前述的光路位置均在本发明的保护范围之内。
[0051]请参阅图2，其为图1A所示的光源系统的光学滤波模块的两实施形式的结构示意图。如图所示，本发明的光学滤波模块17由一限波滤波器(Notch Filter) 171以及一光衰减器(Neutral Density Filter, ND Filter) 172所构成,但不以此为限,其中限波滤波器171主要用以拦截部分波长的光束，进而以调整光束102的光谱频带，至于光衰减器172则用以调整该光束102的白平衡，使其可达到符合数字影院联盟的色彩规范。于一些实施例中，光学滤波模块17的限波滤波器171及光衰减器172可同时设置于同一光学元件170的两相对侧面上，即其采用镀膜的方式将两滤膜同时镀设于光学元件170的两相对侧上，使该单一的光学元件170即可构成光学滤波模块17。然而，于另一些实施例中，限波滤波器171及光衰减器172亦可为两分离设置的光学元件，且其所设置的位置并不限定于两者需同步相对设置，其亦可分离设置于前述图1A的光源系统14的光束101、102、103或104的行进路线中，且亦无限制何者需设置于前、何者在后，凡在影像光束104投射至屏幕16以前已由该限波滤波器171及光衰减器172进行光学调校者均在本发明所保护的范围内。
[0052]请续参阅图1A，以本实施例为例，本发明的光源系统14更可包括滤镜18及光均匀装置19等光学元件，但不以此为限，其中滤镜18设置于邻近高压汞灯光源10处，用以滤除红外线及紫外线，至于光均匀装置19则设置于高压汞灯光源10及中继镜组11之间，用以将高压汞灯光源10所发射的光束100调制成均匀分布的远心(Telecentric)光束101。如前所述，于本实施例中，光学滤波模块17设置于中继镜组11与数字微显不模块13之间，然而，其所设置的位置并不以此为限，其较佳的设置位置即为设置于光源系统14的远心光束位置，进而可达到较佳的调校效果。于一些实施例中，该远心光束位置介于中继镜组11及数字微显示模块13之间，即如本实施例所示；于另一些实施例中，光学滤波模块17所设置的该远心光束位置亦可介于光均匀装置19与中继镜组11之间，或介于数字微显示模块13与镜头15之间。由此可见，光学滤波模块17所可设置的位置实具有多样的变化，然而其仅需维持设置于远心光束101、102、103或104的行进路线中，即可达到其光学调校的成效。须说明的是，前述光学滤波模块17于实务上亦可设置于非远心光束位置，虽其滤波效果可能较设置于远心光束位置较差，然其同样可进行光学调校的功效，故仍在本发明的保护范围之内。
[0053]请参阅图1B，其为本发明第二较佳实施例的数字电影投影装置的光源系统的架构示意图。
[0054]如图所示，本发明的数字电影投影装置IB包含光源系统24及供光源系统24投射影像画面的屏幕26，于本实施例中，光源系统24同样包含光源20、中继镜组21、光学滤波模块25、数字微显示模块22以及镜头23等光学元件，其中光源系统24的结构及设置方式大致与前述实施例相仿，惟于本实施例中，由于数字微显示模块22为液晶显示装置(IXD)，故其中继镜组21的内部光学元件组成略有部分调整。然与前述实施例相同，本实施例同样采用高压汞灯(UHP)作为光源20，以发出一光束200，其后由该中继镜组21接收该光束200，并透过中继镜组21内部的光学元件以调整光束200的行进路径，使其成为该光束202，并使光束202进入液晶显示装置(IXD)的数字微显示模块22中。至于光学滤波模块25则同样设置于光源系统24的光束行进路径中，以进行光学调校，以本实施例为例，光学滤波模块25设置于中继镜组21与数字微显示模块22之间，但其所设置的位置亦不以此为限，且其所设置的位置同样可为光源系统24的远心光束202、203、204的行进路径上，进而可达到较佳的调校效果。镜头23接受调校后的光束203，并投射出影像光束204，以使该影像光束204投射于屏幕26上，于本实施例中，主要通过光学滤波模块25以将高压汞灯光源20所发射的光束200进行光谱频带及白平衡的至少其中之一的光学调校，进而使调校后的影像光束204符合数字影院联盟的色彩规范。
[0055]请同时参阅图1A、3A、3B及图4，其中图3A为本发明较佳实施例的高压汞灯光源的光谱图，图3B为本发明第一较佳实施例的与高压汞灯光源搭配的限波滤波器的光谱图，图4则为本发明第一较佳实施例的高压汞灯光源、高压汞灯光源结合限波滤波器以及数字影院联盟所规范的色彩标准的色域图。首先，如图3A所示，则可见由于本实施例采用高压汞灯光源10，故由其光束的光谱图来看，则其波长介于600-700nm左右的红色光强度明显减弱，而此红光相较于氙气灯明显不足的问题即为一般数字电影投影装置无法采用高压汞灯作为光源的主要因素。
[0056]举例来说，数字影院联盟(DCI)所规范的色域范围如下所示:
[0057]红(X，y):χ=0.680±0.01，y=0.320±0.01
[0058]绿(χ,y): χ=0.265 ±0.02, y=0.692 ±0.02
[0059]蓝(χ,y): χ=0.150+0.01-0.03, y=0.690+0.01-0.04
[0060]而其白平衡的色坐标目标值为:
[0061]白(χ, y):χ=0.314，y=0.351
[0062]故为了搭配本发明所采用的高压汞灯光源10，则其所采用的限波滤波器171的光谱图如图3B所示，以本实施例为例，其所采用的限波滤波器171的光学条件如下:波长420nm~538nm之间的穿透率为97%、波长622nm~680nm之间的穿透率为97%、限波器的两个50%穿透率的位置介于波长561nm±5nm及599nm±5nm之间、穿透率30%~90%的斜度兰20nm(即，限波滤波器171对应于图3B的光学特性中，穿透率30%~90%所对应的两段波长范围皆小于或等于20nm)、穿透率最小值为15%~19%之间且穿透率最小处位于波长580nm±5nm之间。首先考虑限波滤波器171的光谱最低点位于规格中心值580nm时，当本实施例的高压汞灯光源10所发射的光束101经过此限波滤波器171进行滤波后，则可将其色域调校如图4的虚线范围D所示，且依据其光学条件所仿真出的结果将如下表所示:
[0063]表一
[0064]
【权利要求】
1.一种光源系统，适用于一数字电影投影装置，该光源系统包括: 一高压萊灯光源，发出一光束； 一中继镜组，接收该光束，并调整该光束的行进路径； 一数字微显不模块； 一光学滤波模块，设置于该光束的行进路径中；以及 一镜头，接受调制后的一光束，并投射出一影像光束； 其中，通过该光学滤波模块将该高压汞灯光源所发射的该光束进行一光谱频带及一白平衡的至少其中之一的光学调制。
2.如权利要求1所述的光源系统，其中该光学滤波模块包括一限波滤波器，以调整该光束的光谱频带。
3.如权利要求2所述的光源系统，其中该限波滤波器的限波范围为535nm~625nm之间。
4.如权利要求3所述的光源系统，其中该限波滤波器的最小穿透率区域介于限波范围535nm~625nm之间的任意处，且该最小穿透率小于40%。
5.如权利要求2所 述的光源系统，其中该光学滤波模块还包括一光衰减器，以调整该光束的白平衡。
6.如权利要求5所述的光源系统，其中该限波滤波器及该光衰减器设置于一光学元件的两相对侧面上。
7.如权利要求5所述的光源系统，其中该限波滤波器及该光衰减器设置于二不同的光学元件的上。
8.如权利要求1所述的光源系统，其中该光学滤波模块所设置的位置为一远心位置。
9.如权利要求8所述的光源系统，其中该远心位置介于该中继镜组及该数字微显示模块之间。
10.如权利要求8所述的光源系统，其中该远心位置介于该数字微显示模块与该镜头之间。
11.如权利要求8所述的光源系统，其中该数字微显示模块为数字微镜装置。
12.如权利要求11所述的光源系统，其中该数字电影投影系统还包括一光均匀装置，其设置于该光源及该中继镜组之间，且该光学滤波模块所设置的该远心位置介于该光均匀装置与该中继镜组之间。
13.如权利要求1所述的光源系统，其中该数字微显示模块为一液晶显示装置及一硅基液晶显示装置的至少其中之一。
14.一种光源系统，适用于一数字电影投影装置，该光源系统包括: 一高压萊灯光源，发出一光束； 一中继镜组，接收该光束，并调整该光束的行进路径； 一数字微显不模块； 一光学滤波模块，设置于该光束的行进路径中，且具有一限波滤波器，该限波滤波器的限波范围为535nm~625nm之间；以及 一镜头，接受调制后的一光束，并投射出一影像光束； 其中，通过该光学滤波模块将该高压汞灯光源所发射的该光束进行一光谱频带及一白平衡的至少其中之一的光学调制。
15.一种数字电影投影装置，包括: 一光源系统，包括: 一高压萊灯光源，发出一光束； 一中继镜组，接收该光束，并调整该光束的行进路径； 一数字微显不模块； 一光学滤波模块，设置于该光束的行进路径中；以及 一镜头，接受调制后的一光束，并投射出一影像光束；以及 一屏幕，用以供该影像光束投射于其上； 其中，通过该光源系统的光学滤波模块将该高压汞灯光源所发射的该光束进行一光谱频带及一白平衡的至 少其中之一的光学调制。
【文档编号】G02B27/09GK104076584SQ201310105371
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】华健豪, 王博 申请人:台达电子工业股份有限公司