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1、10申请公布号CN104076584A43申请公布日20141001CN104076584A21申请号201310105371122申请日20130328G03B21/20200601G02B27/0920060171申请人台达电子工业股份有限公司地址中国台湾桃园县72发明人华健豪王博74专利代理机构隆天国际知识产权代理有限公司72003代理人赵根喜吕俊清54发明名称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57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。
2、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。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图8页10申请公布号CN104076584ACN104076584A1/2页21一种光源系统，适用于一数字电影投影装置，该光源系统包括一高压汞灯光源，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；一数字微显示模块；一光学滤波模块，设置于该光束。
3、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535NM625NM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535NM625NM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。
4、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。
5、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汞灯光源，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；一数字微显示模块；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535NM625NM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权利要求书CN104076584A2/2页3平衡的至少其中之一的光学调制。15一种数字。
6、电影投影装置，包括一光源系统，包括一高压汞灯光源，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；一数字微显示模块；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。权利要求书CN104076584A1/7页4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。
7、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DIGITALLIGHTPROCESSING，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DIGITALCINEMAINITIATIVE，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。
8、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ULTRAHIGHPRESSURE，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。
9、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。
10、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，且具有限波滤波说明书CN104076584A2/7页5器，该限波滤波器的较佳限波范围为535NM625NM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。
11、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。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。
12、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。
13、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00241A、1B数字电影投影装置002510、20高压汞灯光源0026100、101、102、103、200、202、203光束0027104、204影像光束002811、21中继镜组002913、22数字微显示模块003014、24光源系统003115、23镜头说明书CN104076584A3/7页6003216、26屏幕00331。
14、7、25光学滤波模块0034170光学元件0035171、171A、171B限波滤波器0036172光衰减器003718滤镜003819光均匀装置0039A可见光的色域范围0040C高压汞灯光源投影机的色域范围0041C高压汞灯光源投影机的白平衡0042D数字影院联盟所规范的色域范围0043M经限波滤波器光学调校后的白平衡0044D数字影院联盟所规范的白平衡0045R红光0046B蓝光0047G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，。
15、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1A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、数字微显示模块13以及镜头15等元件。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。
16、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。
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说明书CN104076584A4/7页7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NOTCHFILTER171以及一光衰减器NEUTRALDENSITYFILTER。
18、，NDFILTER172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。
19、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。
20、镜组11与数字微显示模块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。
21、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1B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LCD，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。
22、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LCD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，且其所说明书CN104076584A5/7页8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。
23、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。
24、其波长介于600700NM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,YX0680001,Y03200010058绿X,YX0265002,Y06920020059蓝X,YX0150001003,Y06900010040060而其白平衡的色坐标目标值为0061白X,YX0314,Y03510062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。
25、420NM538NM之间的穿透率为97、波长622NM680NM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561NM5NM及599NM5NM之间、穿透率3090的斜度20NM（即，限波滤波器171对应于图3B的光学特性中，穿透率3090所对应的两段波长范围皆小于或等于20NM）、穿透率最小值为1519之间且穿透率最小处位于波长580NM5NM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。
26、一00640065由此模拟结果可见，红绿蓝三色光皆已达到数字影院联盟DCI所规范的色域范围，但是白平衡坐标仍与目标值有段差距，为了达到白平衡目标值，其绿光及蓝光的强度仍需再进行调整。此调整可经由光学调制或是经由电子调制来达成。说明书CN104076584A6/7页90066请续参阅图4，如图所示，粗线条所示的范围为可见光的色域范围A；实线三角型为使用高压汞灯的光源系统的原始色域范围，其白平衡点为C，为了要使高压汞灯光源10的色域范围达到趋近于数字影院联盟DCI所规范的色域范围，即如图中所示的虚线范围，则使高压汞灯光源10所发射的光束透过限波滤波器171进行滤波调校，进而使其调校后的色域范围趋近。
27、于数字影院联盟所规范的色域范围，然而，于此调校后，将使得调校后的白平衡落于M点，则可见虽调校后的色域已符合数字影院联盟的规范，然而其白平衡M却与数字影院联盟的规范中的白平衡D具有极大差异，为了达到前述白平衡的目标值，则需再将绿光应调降约22、蓝光则应调降约62。0067另请同时参阅图5A、5B，其分别示出限波滤波器的光谱最低点分别位于规格上限及下限的仿真示意图。其中图5A为模拟限波滤波器171的光谱最低点位于规格上线为585NM的情形，则依据其光学条件所仿真出的结果如下表所示0068表二006900700071由此表可见，其绿光及蓝光强度仍需再进行调整，且其所应调整的幅度为绿光应降约31、蓝光。
28、则应降约64。0072相仿地，若将限波滤波器171的光谱最低点为规格下限，为575NM的情形，则依据其光学条件所仿真出的结果如图5B所示，且其仿真数据如下表所示0073表三00740075由此表可见，其绿光及蓝光同样需进行调整，且绿光应降约10、蓝光则应降约60。由前述该等模拟结果可见，透过不同波长设置的限波滤波器171，则其后续所需对应进行的绿光及蓝光调整幅度亦不相同。0076如前述，此调整可经由光学调制或是经由电子调制来达成。但是考虑当电子调制，特别是绿色信号的大幅度调制时，恐会影响影像信号的质量。因此对于绿光强度的调制希说明书CN104076584A7/7页10望尽可能减少。因此利用光衰。
29、减器172的光学调制式为较佳的方案。0077请参阅图6A、6B、7A、7B，其中图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。如前所述，为了调校经过限波滤波器171后的光束，仍具有绿光及蓝光过高的情况，故可以不同的光衰减器172再进行光学调制，其中，如图6A所示的光衰减器172，则为较简单的两阶段光衰减器，其可同时将绿光及蓝光滤除15，即为使蓝光及绿光降为原本的85，因此限波滤波器171及光衰减器172的综效光谱如图6B所示。此外，于另一些实施例中，光衰减器172更可为一三阶段的光衰减器，分别对于绿色波段及蓝色波段施以不同程度的强度调制，但不以此为限，如图7A所示，其即为另一。
30、三阶段的光衰减器172，且该三阶段的设计为滤除20的绿光及滤除50的蓝光，如此一来，限波滤波器171及光衰减器172的综效光谱则可如图7B所示，使其调校后的绿光降为80、而蓝光降为50。通过此不同设计的减光镜172及限波滤波器171的组合，以将高压汞灯光源10所发射的光束进行色域及白平衡的光学调校，以使其于本发明的光学滤波组17的光学调校后，可如图8所示，其可符合数字影院联盟的色彩标准，同时更可避免后续因电子调校而造成的影像质量损失。0078在设计原则上，为使用高压汞灯为光源10的数字电影投影装置1A达到数字影院的色彩要求，如图9所示，限波滤波器171的较佳限波范围为535NM625NM之间，。
31、其最小穿透率区域可在此范围之间任意处，且最小穿透率需小于40。图中限波滤波器171A及171B为两种满足以上条件下可能的不同型态的限波滤波器171的范例。0079综上所述，本发明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，并通过设置于光路径中且以位于远心光束位置较佳的限波滤波器及光衰减器所构成的光学滤波模块，以进一步调整输出色域，同时亦可进行白平衡的光学调制，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的光源系统可采用体积小、较便宜、寿命长的高压汞灯作为光源，进而可使整体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。0080。
32、纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本技艺的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求书所欲保护的范围。说明书CN104076584A101/8页11图1A说明书附图CN104076584A112/8页12图1B图2说明书附图CN104076584A123/8页13图3A图3B说明书附图CN104076584A134/8页14图4图5A说明书附图CN104076584A145/8页15图5B图6A说明书附图CN104076584A156/8页16图6B图7A说明书附图CN104076584A167/8页17图7B图8说明书附图CN104076584A178/8页18图9说明书附图CN104076584A18。