光补偿机制、光机装置、显示系统及其光补偿的方法

【具体实施方式】

以下将参照所附图式详细说明本发明的技术内容。

请参考图3a，显示一种依据本发明的第一较佳实施例的显示系统3a，可应用于如投影显示器(Projector)或投射显示器或高清晰度电视(HDTV)系统等领域，其主要结构包括：一光机装置(或称光引擎)30a及一平面式屏幕32a，其中该光机装置30a进一步包括：若干个点光源302a，304a及306a、透镜(Prism)310a、一偏振分光器(Polarizing beam splitter，PBS)312a、一液晶面板314a、一投射镜(Projection Lens)316a及一光补偿机制318a。有关该等组件的作动原理待后详述。

如图3a所示的第一实施例中，该若干个点光源302a，304a及306a为一组不同色系(如红光(R)、绿光(G)及蓝光(B))的发光二极管(LED)并封装在一起成为一光照模块(Illumination Module)308a，其中这些不同色系的发光二极管(LED)所处的位置不同，如红光发光二极管302a的位置偏向该光照模块308a的上方，绿光发光二极管304a的位置偏向该光照模块308a的中间，以及蓝光发光二极管306a的位置偏向该光照模块308a的下方。该若干个点光源302a，304a及306a是依据一种色序法(Color-sequential technology)即利用视觉暂留原理在不同时序下分别发射不同色系的照射光线3102a，3104a及3106a进而完成一全彩画面，所以无需使用传统的彩色滤光片。

该透镜310a为一种凹透镜，用于控制该不同色系的照射光线3102a，3104a及3106a的光路方向相互平行且直接照射该偏振分光器312a，以使每一照射光线3102a，3104a及3106a入射至该偏振分光器312a的光度较为平均，其中该等不同色系的照射光线3102a，3104a及3106a的光路皆为非分光光路，亦即无需使用分光片、滤光片或分光轮，因此较现有技术，可以大幅减少反射镜组的使用及光源路径的建立，而使光机装置30a的尺寸缩小，降低制造成本。

该偏振分光器312a，具有一第一偏振部(S)直接面对并对由该透镜310A控制光路方向的该数个不同色系的照射光线3102a，3104a及3106a进行偏振，以分别产生数个对应的偏振入射光3122a，3124a及3126a射入该液晶面板314a中，以及该偏振分光器312a还具有一第二偏振部(P)。

该液晶面板314a为一种硅基液晶面板(LCoS Panel)，主要具有数个液晶及数个呈矩阵排列的像素单元(如画素电极)用于依据应用电压控制该液晶转向以变化液晶的透光度。该数个液晶用于接收由第一偏振部(S)传来的该数个不同色系的偏振入射光3122a，3124a及3126a，并利用该液晶面板314a的反射并利用该液晶的透光度对应产生包含数个不同色系在内的影像反射光。接着，这些数个不同色系的影像反射光经由该偏振分光器312a的第二偏振部(P)射出数个不同色系的偏振反射光3142a，3144a及3146a。

该投射镜316a，接收该数个不同色系的偏振反射光3142a，3144a及3146a并朝该光机装置30a之外的屏幕32a投射数个不同色系影像投射光3162a，3164a及3166a，以在屏幕32a的表面上形成一全彩的影像画面322a。

正如前述，各点光源302a，304a及306a的发光位置及角度可能有所偏差或原本各点光源302a，304a及306a成品的发光特性就有所不同，利用本发明光补偿机制318a动态执行各点光源光度的回馈校正，即可避免该不同色系的点光源302a，304a及306a发生光度(或称发光强度)分布不均匀的问题。于本第一实施例中，该光补偿机制318a具有至少一传感器3182a，其设置位置邻近该液晶面板314a周围的外侧(避免挡住液晶)以感测至少其中之一不同色系偏振入射光3122a，3124a及3126a的有关光通量的数值；以及一控制器3186a依据该至少一传感器3182a传来的有关光通量的数值，选择性调整该若干个点光源302a，304a及306a至少其中之一的发光强度及/或对应调整至少一部分液晶的透光度(待后详述)。

该传感器3182a可为一种电耦合组件(Charge Coupled Device，CCD)或互补式金氧半导体影像感应器(CMOS Image Sensor，CIS)或影像撷取装置如相机，且其感测到的有关光通量的数值单位可以选用光通量、光度、照度及辉度的其中一种并以数字或模拟讯号的型式传送予该控制器3186a。另有关光通量、光度、照度及辉度的定义如下：(1)光通量(ψ)：光源在单位时间内发出的光量称之为该光源的光通量，光通量的单位是流明(Lumen)。(2)光度或发光强度(I)：由点光源朝特定方向的一单位立体角(W)发射出一流明的光通量时，则该点光源的光度为1烛光，其单位为烛光(cd或cp)。(3)照度(E)：每单位受光面积(S)所接收的光通量数，其单位为勒克斯(Lux)，如1平方公尺受光面所接收1流明的光束称为1勒克斯。(4)辉度或称亮度(L)：由光源或反光面上的任一点朝观测方向发射或反射的单位面积上的光度值，其单位为(cd/m2)。

于其它应用案例中，可以设置两个传感器如3182a，3184a或两个以上传感器分别位在该液晶面板314a周围的外侧的不同位置上，如沿该液晶面板314a的对角线排列或其四边排列或每一边排列一个以上的传感器，利用在同一液晶面板314a空间上增加较多感测区域，以可提高各点光源302a，304a及306a的光度校正的准确度。

该控制器3186a可为一种ASIC整合控制芯片并分别电性连接前述该数个点光源302a，304a及306a以及该液晶面板314a。该控制器3186a进一步具有一核心逻辑(可以硬件或软件实现)，最初可以判断该传感器3182a感测并回授的每一不同色系的偏振入射光3122a，3124a及3126a的有关光通量的数值是否大于或等于一预定标准值(如符合产品良率或应用标准的有关光通量的数值)，并获取两者之间的差异值，以确定调整该数个点光源302a，304a及306a至少其中之一的发光强度的多寡。例如在同一感测区域上的预定标准值为1，而该传感器3182a感测到绿光点光源304a的光度为1.4，但蓝光点光源306a的光度为0.8及红光点光源302a的光度为0.9皆小于在同一感测区域上的预定标准值为1，则该核心逻辑依据这蓝光点光源306a、红光点光源302a与预定标准值的光度差值，经过一查询表(Look-up table)的查询结果及/或一运算单元的运算结果，确定出一电压值或一电流值或一时序来分别调升该蓝光点光源306a及红光点光源302a的发光强度；以此类推，直到该核心逻辑判断出该传感器3182a感测到的该蓝光点光源306a及红光点光源302a的发光强度已经大于或等于该预定标准值为止。

针对在同一液晶面板314a上不同感测区域的应用，该控制器3186a的核心逻辑还可以判断数个位在液晶面板314a的不同位置上的传感器如3182a，3184a传来的数个有关光通量的数值之间的差异值，确定调整该数个点光源302a，304a及306a至少其中之一的发光强度及/或对应调整至少一部分液晶的透光度的多寡，直到该数个不同位置的传感器3182a，3184a传来的数个有关光通量的数值趋于一致，以均化同一液晶面板314a的不同感测区域的光度。例如，在同一时序中，该传感器3182a感测到同一液晶面板314a的上半部区域的光度为1.8，但另一传感器3184a却感测到同一液晶面板314a的下半部区域的光度为1，亦即此时的液晶面板314a的两个感测区域的光度分布不均匀，该两感测区域之间的光度存在一偏差值0.8。该核心逻辑可以根据这偏差值，经由该查询表的查询结果及/或运算单元的运算结果，以确定出一电压值或一电流值或一时序分别调整该液晶面板314a的至少一部分液晶的透光度，像是下调液晶面板314a的上半部区域的液晶的透光度，减少光线的穿透，使其变暗；以此类推，直到该核心逻辑判断出该传感器3182a感测到的上半部区域的光度已经逐渐向下调整为1(但仍符合预定标准值)并与液晶面板314a的下半部区域的光度趋于一致为止，最终将使该液晶面板314a获得较高的均光度。

该控制器3186a除了可以处理在同一时序(或同一色系)中不同感测区域的光度不均匀的问题，还可以同步处理在不同时序(或不同色系)下同一传感器3182a或3184a(或指同一感测区域)感测到数个不同色系点光源302a，304a及306a的光度(亦即有关光通量的数值)不均匀的问题。例如，在一第一时序中，该传感器3182a感测到液晶面板314a的上半部区域的红光光度为1.4，但另一传感器3184a感测到同一液晶面板314a的下半部区域的红光光度为1；但在一第二时序中，该两传感器3182a及3184a感测到液晶面板314a的上半部区域及下半部区域的绿光光度皆为1.9。此时除了液晶面板314a的两个感测区域的光度分布不均匀，该两上下半部区域之间的光度存在一第一偏移值0.4外，且对同一下半部感测区域而言，该绿光光度与红光光度之间也存在一第二偏移值0.9。该控制器3186a的核心逻辑可以根据前述第一及第二偏移值，经由该查询表的查询结果及/或运算单元的运算结果，确定出一电压值或一电流值或一时序，用于持续调整其中较高光度的点光源如绿光点光源的光度，直至1为止，并与其中较低光度的点光源如下半部区域的红光点光源的光度趋于一致；另外同步确定出另一电压值或电流值或时序，用于下调液晶面板314a的上半部区域的液晶的红光透光度，使其变暗，一直到该上半部区域的红光光度亦逐渐调整为1而与液晶面板314a的下半部区域的红光光度趋于一致为止。

利用依据本发明的第一实施例的光补偿机制的动态调整，可在同一及不同时序下随时维持数个不同色系点光源302a，304a及306a对显示系统3a中光度分布的均匀度，因此光机装置出厂前无需经过精密校正，可节省测试成本。

请参考图3b，显示一种依据本发明的第二较佳实施例的显示系统3b，其与前述第一较佳实施例的显示系统3a的主要不同点为：第二较佳实施例的传感器3182b，3184b与第一较佳实施例的传感器3182a，3184a的配置位置不同。这是因为第二较佳实施例的传感器3182b，3184b设于偏振分光器312b的第一偏振端(S)与透镜310b之间不同色系的照射光线3102b，3104b及3106b的光路方向上，且其位置邻近该偏振分光器312b的外侧，用于依据不同时序分别感测该不同色系的照射光线3102b，3104b及3106b的有关光通量的数值并将该有关光通量的数值传回该控制器3186b处理。至于其它组件因为皆与第一实施例相同，于此不再赘述。

请参考图3c，显示一种依据本发明的第三较佳实施例的显示系统3c，其与前述第一较佳实施例的显示系统3a的主要不同点为：第三较佳实施例的传感器3182c，3184c与第一较佳实施例的传感器3182a，3184a的配置位置不同，其中第三较佳实施例的传感器3182c，3184c设于偏振分光器312c的第二偏振端(P)与投射镜316c之间不同色系的偏振反射光3142c，3144c及3146c的光路方向上，且其位置邻近该投射镜316c的外侧，用于依据不同时序分别感测该不同色系的偏振反射光3142c，3144c及3146c的有关光通量的数值并将该有关光通量的数值传回该控制器3186b处理。至于其它组件因为皆与第一实施例相同，于此不再赘述。于其它应用案例中，第三较佳实施例的传感器3182c，3184c亦可改设于偏振分光器312c的第一偏振端(S)与液晶面板314c之间不同色系的反射光(未标示)的光路方向上，如邻近该偏振分光器312c的外侧，用于依据不同时序分别感测该不同色系的反射光的有关光通量的数值

请参考图3d，显示一种依据本发明的第四较佳实施例的显示系统3d，其与前述第一较佳实施例的显示系统3a的主要不同点为：该第四较佳实施例的传感器3182d，3184d设于该投射镜316d与屏幕32d之间包含不同色系的影像投射光3162d，3164d及3166d的光路方向上，如邻近该屏幕32d，用于依据不同时序分别感测该不同色系的投射光3162d，3164d及3166d的有关光通量的数值并将该有关光通量的数值传回该控制器3186d处理。至于其它组件因为皆与第一实施例相同，于此不再赘述。但于其它应用案例中，第四较佳实施例的光机装置30d的成品仅包括若干个点光源302d，304d及306d、透镜310d、一偏振分光器312d、一液晶面板314d、一投射镜316d及一控制器3186d，但不包含传感器3182d，3184d(亦非属该显示系统3d的基本组件)，因为该传感器3182d，3184d可以是制造工厂使用的现有量测组件，仅于该光机装置30d出厂之前，与其控制器3186d作电性连接以执行各点光源302d，304d及306d的均光度量测及校正。一旦校正完成，于该光机装置30d出厂时，即可移除该现有传感器3182d，3184d，但消费者已无需再费时对该光机装置30d作均光度校正。

请参考图3e，显示一种依据本发明的第五较佳实施例的显示系统3e，其与前述第一较佳实施例的显示系统3a的主要不同点为：该第五较佳实施例的传感器3182e为一种影像撷取装置如数字相机，用于依据不同时序分别撷取该屏幕32e上由不同色系组成的影像画面的有关光通量的数值并将该有关光通量的数值传回该控制器3186e处理。至于其它组件因为皆与第一实施例相同，于此不再赘述。但于其它应用案例中，第五较佳实施例的光机装置30e的成品仅包括若干个点光源302e，304e及306e、透镜310e、一偏振分光器312e、一液晶面板314e、一投射镜316e及一控制器3186e，但不包含传感器3182e，3184e(亦非属该显示系统3e的基本组件)，因为该传感器3182e，3184e可以是制造工厂使用的现有量测组件，仅于该光机装置30e出厂之前，与其控制器3186e作电性连接以执行各点光源302e，304e及306e的均光度量测及校正。一旦校正完成，于该光机装置30e出厂时，即可移除该现有传感器3182e，但消费者已无需再费时对该光机装置30e作均光度校正；甚者，该透镜310e主要目的为平行及均化各点光源302e，304e及306e的照射光线，在本发明光补偿机制下，该透镜310e则可为一选择性组件，以在不影响该光机装置30e的正常运作下，更减化该光机装置30e的构件。

此外，如图4所示，为一种本发明的较佳实施例的光补偿的方法的流程图，其中为方便了解，请配合参考图3a的显示系统3a的各组件，其中该显示系统3a至少包括数段光路分别建立于该若干个点光源302a，304a及306a、透镜310a、偏振分光器312a、含有数个液晶的液晶面板314a、投射镜316a及屏幕32a之间以传送数个不同色系的光线，包括如从该若干个点光源302a，304a及306a经由透镜310a到该偏振分光器312a之间建立的数个不同色系的照射光线的光路、从该偏振分光器312a到液晶面板314a之间建立的数个不同色系的偏振入射光的光路、从液晶面板314a到该偏振分光器312a到之间建立的数个不同色系的反射光的光路、从该偏振分光器312a到投射镜316a之间建立的数个不同色系的偏振反射光的光路，以及从该投射镜316a到屏幕32a之间建立的包含数个不同色系的投射光的光路。该光补偿的方法包括下列步骤：

步骤S400，可以预先设定以一种随机或随时或开机或低于预设标准值等模式开始校正该显示系统3a的均光度。

步骤S410，利用至少一个传感器如3182a，3184a在不同时序下感测到前述数段光路的至少其中一光路传送的不同色系光线的有关光通量的数值如光度。

步骤S420，利用控制器3182a的控制逻辑，判断前述传感器3182a，3184a传回的该每一有关光通量的数值与一预定标准值之间的差异值，亦即如同判断是否每一点光源302a，304a及306a的光度皆大于或等于该预定标准值；如果其中任一点光源302a，304a及306a的光度大于或等于该预定标准值，则进行下一步骤S425；反之，如果没有任一点光源302a，304a及306a的光度大于或等于该预定标准值，则进行另一步骤S430。

步骤S425，利用该控制器3182a的控制逻辑，根据前述传感器3182a，3184a传回的该有关光通量的数值及/或该差异值，经由一查询表的查询结果及/或一运算单元的运算结果，确定出一电压值或一电流值或一时序以调整该小于预定标准值的点光源302a，304a及306a的光度的多寡，如以特定电压调高该小于预定标准值的任一点光源302a，304a及306a的光度；之后再回到该步骤S410，由该传感器3182a，3184a再次感测该每一色系的有关光通量的数值；以此类推，使该等点光源302a，304a及306a的光度最后皆大于或等于该预定标准值。

步骤S430，利用该传感器3182a，3184a在不同时序下及/或同一时序下但于该显示系统3a的不同位置上感测前述数段光路的至少其中一光路传送的不同色系光线的有关光通量的数值如光度。

步骤S440，利用该控制器3182a的控制逻辑，判断前述传感器3182a，3184a在不同时序下对每一感测区域中感测该不同色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)之间是否相同；如果该不同色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)不相同，则获取该等光度之间的差异值，并则进行下一步骤S445；反之，如果该不同色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)皆相同，则进行另一步骤S460。

步骤S445，利用该控制器3182a的控制逻辑，根据前述传感器3182a，3184a感测的不同色系光线的数个有关光通量的数值及/或该差异值，经由该查询表的查询结果及/或该运算单元的运算结果，确定出一电压值或一电流值或一时序，以先下调该数个点光源302a，304a及306a之中较高的光度达到其中较低的光度(但仍符合该预定标准值)。

接着，步骤S450，利用该控制器3182a的控制逻辑，判断前述传感器3182a，3184a在同一时序下对不同感测区域感测到的同一色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)之间是否相同(或均匀)；如果该同一色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)不相同，则获取该等光度之间的差异值，并则进行下一步骤S455；反之，如果该同一色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)皆相同，代表该各点光源302a，304a及306a的光度皆已均匀，则进行另一步骤S460。

步骤S455，利用该控制器3182a的控制逻辑，根据前述传感器3182a，3184a感测的同一色系光线的数个有关光通量的数值(如光度)及/或该差异值，经由该查询表的查询结果及/或该运算单元的运算结果，确定一电压值或一电流值或一时序以控制液晶面板314a的像素单元，下调该不同感测区域中光度较高者所对应的液晶透光度，使该下调的光度达到该不同感测区域中较低的光度。

步骤S460，最后无论同一或不同色系光线的数个有关光通量的数值皆可趋于一致，即完成各点光源的均光度校正。

基于前述可知，利用本发明的光补偿机制，无需如现有技术要设置分光片、滤光片或分光轮来对单一色系光源的光线分散成各不同色系的光线，亦无需针对各不同色系的光线逐一设计及配置精确的对应光路及透镜组，即可提高各光源的均光度，因此可减小整体的光机空间并降低制造成本及校正成本，同时较现有技术缩短各光源的光路，故能减少光损耗。