光束产生装置、投影装置以及光束产生方法与流程

1.本发明涉及一种投影机的光束产生装置，且特别是涉及采用多个光源的光束产生装置。


背景技术：

2.以投影机的光源架构来说，通常使用蓝色激光二极管(laser diode,ld)作为激发光源。通过使蓝色激光照射到荧光轮(phosphor wheel)上来激发各色荧光粉，以分别产生不同色光，例如绿色光和黄色光。红色光则是使黄色光经过滤镜轮(filter wheel)进行过滤而得到。
3.然而，使用激光激发荧光粉产生荧光的转换效率较低，导致较高比例的激光能量被浪费，并且在过程中还产生了难以散除的大量热能。在投影尺寸越来越大的发展趋势下，对投影亮度的要求也越来越高。因此，在不断增加激光激发功率的情况下，荧光转换效率低的问题愈发突出。因此，有必要针对荧光转换率低的问题提出有效的解决方案。
[0004]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
[0005]
本发明提供一种光束产生装置，可以解决荧光转换率低下的问题。
[0006]
本发明的光束产生装置用以接收色控制信号并产生具有目标色的目标光束。光束产生装置包括多个驱动器、电流信号产生电路以及控制电路。多个驱动器用以依据多个电流信号以分别驱动多个发光元件，其中多个发光元件共同产生目标光束。电流信号产生电路耦接所述多个驱动器，用以依据对应目标色的色控制信号来产生多个电流信号。控制电路耦接多个驱动器，用以依据色控制信号来控制各驱动器的致能与否。
[0007]
本发明提出一种包括前述光束产生装置的投影装置。
[0008]
本发明的光束产生方法用于光束产生装置，用以接收色控制信号并产生具有目标色的目标光束，包括：由光束产生装置的电流信号产生电路依据对应目标色的色控制信号来产生多个电流信号；由光束产生装置的多个驱动器依据多个电流信号以分别驱动多个发光元件，其中多个发光元件共同产生目标光束；以及由光束产生装置的控制电路依据色控制信号来控制各驱动器的致能与否。
[0009]
基于上述，本发明的光束产生装置直接采用多个光源。因此，本发明的光束产生装置可以不用荧光轮或滤镜轮，从根本上解决了荧光转换效率低的问题。进一步地，本发明的光束产生装置还可依据色控制信号来决定发光元件的驱动电流大小以及各驱动器是否致能。藉此，光束产生装置可以通过使用单一光源或混合多个光源来产生目标光束，以使色域的落点更好地被调整。
[0010]
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0011]
图1绘示为本发明一实施例的光束产生装置的方块示意图。
[0012]
图2绘示为本发明又一实施例的光束产生装置的方块示意图。
[0013]
图3绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。
[0014]
图4绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。图5绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。图6绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。图7绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。图8绘示为本发明另一实施例的光束产生方法的步骤流程图。
[0015]
附图标记说明
[0016]
100：光束产生装置
[0017]
101：色控制信号
[0018]
110：电流信号产生电路
[0019]
111～113：选择电路
[0020]
111_1、112_1、113_1：输入端
[0021]
120：驱动电路
[0022]
121～123：驱动器
[0023]
130：控制电路
[0024]
131、132：or门
[0025]
133～136：and门
[0026]
137：保护电路
[0027]
140：电流放大电路
[0028]
141～143：放大器
[0029]
b_en：第三位
[0030]
b_en_1：控制信号
[0031]
b_i：第三电流信号
[0032]
b_ld：第三发光元件
[0033]
ddp_gpio(1/99)：通用输入输出信号
[0034]
ds：信号
[0035]
g_en：第二位
[0036]
g_en_1：控制信号
[0037]
g_i：第二电流信号
[0038]
g_ld：第二发光元件
[0039]
r_en：第一位
[0040]
r_en_1：控制信号
[0041]
r_i：第一电流信号
[0042]
r_i(1)～r_i(a)、g_i(1)～g_i(b)、b_i(1)～b_i(c)：电流信号
[0043]
r_ld：第一发光元件
[0044]
s810～s830：步骤。
具体实施方式
[0045]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0046]
图1绘示为本发明一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图1，光束产生装置100可被配置在投影机内。光束产生装置100的作用在于接收色控制信号101并产生具有目标色的目标光束。光束产生装置100包括电流信号产生电路110、驱动电路120以及控制电路130。
[0047]
电流信号产生电路110耦接驱动电路120，用以依据对应目标色的色控制信号101来产生多个电流信号。具体来说，电流信号产生电路110可以接收电流信号r_i(1)～r_i(a)，并依据色控制信号101来选择电流信号r_i(1)～r_i(a)当中的一个作为第一电流信号r_i。类似地，电流信号产生电路110可以接收电流信号g_i(1)～g_i(b)，并依据色控制信号101来选择电流信号g_i(1)～g_i(b)当中的一个作为第二电流信号g_i。电流信号产生电路110可以接收电流信号b_i(1)～b_i(c)，并依据色控制信号101来选择电流信号b_i(1)～b_i(c)当中的一个作为第三电流信号b_i。其中，a、b与c为大于1的正整数。
[0048]
驱动电路120耦接电流信号产生电路110，以接收第一电流信号r_i、第二电流信号g_i以及第三电流信号b_i。驱动电路120可以包括分别耦接多个发光元件的多个驱动器(图未示)。多个驱动器可以依据第一电流信号r_i、第二电流信号g_i以及第三电流信号b_i来分别驱动多个发光元件，具体来说，驱动器可依据电流信号的占空比值大小以驱动不同亮度大小或周期内发光时间长短，例如是当驱动器接收占空比值大的电流信号，驱动器以较大电流驱动发光元件或是在周期内以较长的发光时间驱动发光元件发光。多个发光元件被驱动以共同产生目标光束。在本实施例中，驱动电路120所包含的多个驱动器的数量为三个。并且，多个发光元件的数量也是三个，分别是第一发光元件r_ld、第二发光元件g_ld以及第三发光元件b_ld。第一发光元件r_ld被驱动以发出红色光。第二发光元件g_ld被驱动以发出目标光束以产生目标色，目标色例如是绿色光。第三发光元件b_ld被驱动以发出蓝色光。各发光元件的发光强度与对应的电流信号的电流值大小为正相关。各发光元件可以是激光二极管(laser diode，ld)，也可以是一般的发光二极管(light-emitting diode，led)。
[0049]
控制电路130耦接驱动电路120。控制电路130接收色控制信号101，并依据色控制信号101来控制驱动电路120中的多个驱动器致能与否。色控制信号101并被提供至电流信号产生电路110。在本实施例中，色控制信号101可以表示为三位，分别是第一位r_en、第二位g_en以及第三位b_en。电流信号产生电路110可以依据色控制信号101输出第一电流信号r_i、第二电流信号g_i以及第三电流信号b_i，另一方面驱动电路120中的各驱动器则可以依据色控制信号101被致能或禁能。
[0050]
如图1所示，本发明的光束产生装置100采用多个光源。光束产生装置100并可依据
色控制信号101来产生多个电流信号，以分别驱动多个发光元件来共同产生目标光束。需特别一提的是，光束产生装置100还可以依据色控制信号101来决定各驱动器为致能或禁能。也就是说，除了通过色控制信号101来控制发光元件的驱动电流大小之外，还可以通过色控制信号101来决定要致能哪个(些)驱动器。藉此，光束产生装置100可以通过使用单一光源或混合多个光源来产生目标光束。在一实施例中，可以同时驱动第一发光元件r_ld与第三发光元件b_ld来共同产生红色光。在一实施例中，可以同时驱动第一发光元件r_ld与第二发光元件g_ld来共同产生红色光。因此，相较于以单一光源来产生一颜色画面，本发明更可以通过两种甚至三种光源来进行混光，使色域的落点更好地被调整。
[0051]
在本实施例中，色控制信号101的各位为0电平或1电平。色控制信号101的三位可以是000、001、010、011、100、101、110、或111(对应8种状态)。“1”表示处于高逻辑电平，“0”表示处于低逻辑电平。举例而言，色控制信号101被配置为“100”被用来表示红色光时序、“010”被用来表示绿色光时序、“001”被用来表示蓝色光时序。电流信号产生电路110可以接收多组电流信号，并依据色控制信号101的位数值，从各组电流信号中选择输出相应的电流信号。各组电流信号中的每个电流信号可以是脉宽调制(pulse width modulation，pwm)信号。色控制信号101可以作为电流信号产生电路110选择输出哪个pwm信号(决定了发光元件的发光强度)的依据。此外，各组电流信号中的每个电流信号也可以是直流电流信号。
[0052]
图2绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图2，电流信号产生电路110可以包括三个选择电路111～113，以分别耦接驱动电路120中的三个驱动器121～123。选择电路111的内部具有多个输入端以及一个输出端。选择电路111的多个输入端分别接收电流信号r_i(1)～r_i(a)(输入端的数量与a值一致)。电流信号r_i(1)～r_i(a)所代表的占空比值彼此相异。选择电路111可以依据色控制信号101来选择输出电流信号r_i(1)～r_i(a)中的一个。选择电路111与113的架构及操作方式与选择电路111类似，故不再赘述。选择电路111～133可以是数据多工器(data selector)，或称多路复用器(multiplexer，mux)。
[0053]
在本实施例中，选择电路111～113内部的线路结构可以是相同的。具体来说，选择电路111～113皆是由三个控制信号以从多选一的电路架构，选择电路111～113可以分别由多个输入端所接收的电流信号选号r_i(1)～r_i(a)、g_i(1)～g_i(b)以及b_i(1)～b_i(c)择一个作为输出，其中每个选择电路111～113的每个输入端接收的电流信号r_i(1)～r_i(a)、g_i(1)～g_i(b)以及b_i(1)～b_i(c)可对应不同占空比值。
[0054]
举例来说，请参考图2，选择电路111～113接收第一位r_en、第二位g_en以及第三位b_en的配置相同，且色控制信号101在同一状态下，例如色控制信号101为“000”的情况下，选择电路111～113皆选择输出第一个输入端的电流信号。也就是说，选择电路111透过将输出端耦接至输入端111_1，以输出电流信号r_i(1)。选择电路112透过将输出端耦接至输入端112_1，以输出电流信号g_i(1)。选择电路111透过将输出端耦接至输入端113_1，以输出电流信号b_i(1)。电流信号r_i(1)、g_i(1)与b_i(1)所代表的占空比值可以彼此不同。在色控制信号101为“001”的情况下，选择电路111～113可以皆选择输出第二个输入端111_2、112_2、113_2的pwm信号。在色控制信号101为“010”的情况下，选择电路111～113可以皆选择输出第三个输入端(未标示)的pwm信号。色控制信号101为“010”、“011”、
…
、“111”的情况可被类推。
[0055]
在另一实施例中，选择电路111～113相同位置的输入端所接收的pwm信号的占空比可以是相同的，且选择电路111～113接收第一位r_en、第二位g_en以及第三位b_en的配置不同。例如，各选择电路111～113的第一个输入端所接收的pwm信号的占空比值皆为0％。然而，在同一个色控制信号101下，各选择电路111～113的输出端可以通过其线路设计接到不同位置的输入端，以输出占空比值彼此不同的电流信号。各选择电路111～113在色控制信号101的8种状态下所接收的多个电流信号r_i(1)～r_i(a)、g_i(1)～g_i(b)以及b_i(1)～b_i(c)所代表的占空比值是可以经过设计的，即，在色控制信号101是相同状态下，输出不同的输入端。
[0056]
在本实施例中，对应三原色光的色控制信号、第一电流信号r_i、第二电流信号g_i以及第三电流信号b_i可如下表(一)所示。表(一)所示数值仅为参考，设计者可依据实际需求设计，故不应成为本发明的限制。举例而言，色控制信号101为“010”可被设计为绿色光时序，第一电流信号r_i、第二电流信号g_i与第三电流信号b_i可以分别是对应占空比值为30％、90％与20％的电流信号。也就是说，第二发光元件g_ld的发光强度最大，第一发光元件r_ld与第三发光元件b_ld的发光强度相较之下小很多。通过第一发光元件r_ld与第三发光元件b_ld的发光辅助，可以更好地控制色域落点。
[0057][0058]
表(一)
[0059]
需说明的是，由于绘制空间的限制，图2仅绘示各选择电路111～113包括四个输入端，以示意各选择电路111～113的“多个”输入端。但这不代表各选择电路111～113只能有四个输入端。实际上，各选择电路111～113的输入端的数量可以是其他数值，例如为8。并且，各选择电路111～113的输入端的数量可以彼此相同，也可以不相同。
[0060]
驱动电路120包括三个驱动器121～123。驱动器121耦接选择电路111以接收第一电流信号r_i，藉此驱动第一发光元件r_ld。驱动器122耦接选择电路112以接收第二电流信号g_i，藉此驱动第二发光元件g_ld。驱动器123耦接选择电路113以接收第三电流信号b_i，藉此驱动第三发光元件b_ld。控制电路130例如是但不限于包括两个or门131与132。or门131接收色控制信号101的第一位r_en与第二位g_en以进行“或”运算，并产生控制信号r_en_1与g_en_1，藉此控制驱动器121与122致能与否。or门132接收色控制信号101的第二位g_en与第三位b_en以进行“或”运算，并产生控制信号b_en_1，藉此控制驱动器123致能与否。
[0061]
举例来说，色控制信号101以「100」表示红色光时序。此时，色控制信号101的第一位r_en处于高电压电平，第二位g_en与第三位b_en皆处于低电压电平。or门131接收第一位r_en的“1”与第二位g_en的“0”进行运算并输出“1”，故驱动器121与122被致能。or门132接
收第二位g_en的“0”与第三位b_en的“0”进行运算并输出“0”，故驱动器123被禁能。
[0062]
色控制信号101以“010”表示绿色光时序。此时，色控制信号101的第一位r_en与第三位b_en皆处于低电压电平，第二位g_en处于高电压电平。or门131接收第一位r_en的“0”与第二位g_en的“1”进行运算并输出“1”，故驱动器121与122被致能。or门132接收第二位g_en的“1”与第三位b_en的“0”进行运算并输出“1”，故驱动器123被致能。也就是说，在绿色光时序时，驱动器121～123皆被致能。
[0063]
色控制信号101以“001”表示蓝色光时序。此时，色控制信号101的第一位r_en与第二位g_en皆处于低电压电平，第三位b_en处于高电压电平。or门131接收第一位r_en的“0”与第二位g_en的“0”进行运算并输出“1”，故驱动器121与122被禁能。or门132接收第二位g_en的“0”与第三位b_en的“1”进行运算并输出“1”，故驱动器123被致能。也就是说，在蓝色光时序时，只有驱动器123被致能。需说明的是，为了追求蓝色光时序下的最大亮度，本实施例采用单一光源(只有驱动器123被致能)的方式来产生蓝色光。并且，在蓝色光时序下，提供至第一发光元件r_ld以及第二发光元件g_ld的驱动电流的大小是0(经由电流信号产生电路110的选择动作)，以确保经由单一光源(即第三发光元件b_ld)来产生蓝色光。在其他实施例中，也可以以混光方式来产生蓝色光。
[0064]
在另一实施例中，色控制信号101可为四时序，其中第四个时序对应补偿色光。也就是说，通过四个子画面去形成一个彩色影像(红画面、蓝画面、绿画面与补偿画面)。前三个子画面的色彩强度可以被降低，并且由第四个子画面补偿回来。举例来说，色控制信号101的四位可分别对应红色光、绿色光、蓝色光以及暖色光，记做rgbm。在其他实施例中，色控制信号101的四时序可以分别对应红色光、绿色光、蓝色光以及黄色光，记做rgby。又或者，色控制信号101的四时序可以分别对应红色光、绿色光、蓝色光以及白色光，记做rgbw。暖色光、黄色光或白色光可经由混合第一发光元件r_ld、第二发光元件g_ld以及第三发光元件b_ld的光束而得到。
[0065]
图3绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图3，图3与图2实施例的差异仅在于图3增加了电流放大电路140。电流放大电路140耦接在电流信号产生电路110与驱动电路120之间。电流放大电路140具有放大器141～143，分别接收选择电路111～113输出的电流信号。放大器141～143用以放大选择电路111～113输出的电流信号，并将放大后的电流信号分别输出至驱动器121～123。
[0066]
图4绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图4，图4与图3实施例的差异在于图4的控制电路130增加了and门133。and门133接收or门132的输出信号以及通用输入输出(general purpose input output)信号ddp_gpio(1/99)。通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)是具有弹性且可以借由软件控制(software-controlled)的数字信号。and门133的设置目的说明如下。
[0067]
在现有技术中，投影机可以通过控制光阀(light valve)以对光线进行调制。光阀为数字式微镜器件(digital micro-mirror device，dmd)，具有多个微反射镜(micro reflective mirror)。当光阀处于开启状态(on state)时，光阀通过调节dmd来将光束引导到一个方向。如此一来，光束被引导到投影镜中并且光束被投影机投射出来。当光阀操作在关闭状态(off state)下时，光阀调整dmd以将光束引导到与开启状态下的方向不同的其他方向，因此光束不会被引导到投影透镜中，并使投影机停止投射光束。
[0068]
然而，dmd在光阀关闭状态下需要进行摆动或摆动至关闭状态后，而可发生光线乱窜的问题。为了避免这个问题，可以在这个时间区间，通过and门133将光源关闭。在本实施例中，输入输出信号ddp_gpio(1/99)可以在周期的1％的时间区间内为低电压电平，以将驱动器123禁能(因为蓝色光时序是排在红色光时序以及绿色光时序之后)。然而这不应成为本发明的限制，在另一实施例中，也可以通过线路设计使驱动器121～123都被禁能，说明如图5。
[0069]
图5绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图5，图5与图3实施例的差异仅在于图5的控制电路130增加了and门133～135。and门133接收or门131的输出信号以及通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)，并产生输出信号至驱动器121。and门134接收or门131的输出信号以及通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)，并产生输出信号至驱动器122。and门135接收or门132的输出信号以及通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)，并产生输出信号至驱动器123。因此，在通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)处于低电压电平的情况下，驱动器121～123皆被禁能，以确保不会有任何光源产生。
[0070]
图6绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图6，图6与图3实施例的差异仅在于图6的控制电路130增加了and门133～135以及保护电路136。and门133接收or门131的输出信号以及保护电路136的输出信号，并产生输出信号至驱动器121。保护电路136用以接收信号ds，信号ds指示扩散轮(diffuserwheel)的转速。使用扩散轮可使显示画面更加均匀。当信号ds指示扩散轮的转速为0时，保护电路136的输出信号处于低电压电平，以将驱动器121～123禁能，以确保不会有任何光源产生。藉此，可以避免在光源持续产生但扩散轮在不转动的情况下所导致的扩散轮被烧掉的问题。本领域普通技术人员可理解，光束产生装置100可依用户衡量彩虹效应(rainbow effect)以及噪音问题的情况下，设计以接收任何其他保护指示信号用来禁能驱动器121～123，保护指示信号可相关于但不限保护色轮等其他光学元件。
[0071]
图7绘示为本发明另一实施例的光束产生装置的方块示意图。请见图7，图7与图3实施例的差异仅在于图7的控制电路130增加了and门133～136。and门133接收or门131的输出信号以及验证信号st1，并产生输出信号至驱动器121。and门134接收or门131的输出信号以及验证信号st2，并产生输出信号至驱动器122。and门135接收or门132的输出信号以及通用输入输出信号ddp_gpio(1/99)，并产生输出信号至and门136。and门136接收and门135的输出信号以及验证信号st3，并产生输出信号至驱动器123。由于投影机的生产阶段需要单独针对光源(r/g/b)个别地进行验证。通过这样的机制，可以在投影机的生产阶段对光源个别地进行验证。
[0072]
需说明的是，图3至图7的实施例可以依据使用者实际需求来改动。例如不需要使用输入输出信号ddp_gpio(1/99)的情况下，图7所示实施例可以拿掉and门135，以使or门132的输出信号作为and门136的一个输入信号。又或者，图7中的and门135与136可以被整合为一个and门。此and门具有三个输入端，以分别接收or门132的输出信号、输入输出信号ddp_gpio(1/99)以及验证信号st3。
[0073]
图8绘示为本发明另一实施例的光束产生方法的步骤流程图。光束产生方法用于光束产生装置，用以接收色控制信号并产生具有目标色的目标光束。请同时参见图1与图8，光束产生方法的步骤包括：由光束产生装置100的电流信号产生电路110依据对应产生目标
色的色控制信号101来产生多个电流信号(步骤s810)；由光束产生装置100的驱动电路120的多个驱动器依据多个电流信号以分别驱动多个发光元件，其中多个发光元件共同产生目标光束，以使多个发光元件共同产生目标光束(步骤s820)；以及，由光束产生装置100的控制电路130依据色控制信号101来控制各驱动器致能与否(步骤s830)。
[0074]
综上所述，有别于现有技术使用单一激发光源搭配荧光轮与滤镜轮(色轮)来产生三原色光源的方式，本发明的光束产生装置是直接采用三元色光源。因此，本发明的光束产生装置不需使用荧光轮或滤镜轮，从根本上解决了荧光转换效率低的问题。同时，还可以免除产生彩虹效应的问题，以及荧光轮与滤镜轮在运转时的噪音问题。
[0075]
进一步地，本发明的光束产生装置还可依据色控制信号来决定发光元件的驱动电流大小以及各驱动器是否致能。藉此，光束产生装置可以通过使用单一光源或混合多个光源来产生目标光束，以使色域的落点更好地被调整。
[0076]
以上所述仅为本发明之的较佳优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施之的范围，即所有依本发明专利的权利要求书及说明书内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求之方案不须达成本发明所揭露之的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件搜寻检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。