投影系統及使用該投影系統的可攜式電子設備的製作方法
2023-05-03 15:08:31
專利名稱：投影系統及使用該投影系統的可攜式電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及投影系統以及使用該投影系統的可攜式電子設備。
背景技術：
投影系統，例如LCD投影機、DLP投影機主要用於文稿資料演示，大尺寸電影畫面顯示等 ，以方便辦公和個人娛樂。
現有的投影系統，通常採用像素化矩陣的方法顯示畫面，即將圖像畫面分割成若干微小 的像素單元，例如VGA (Video Graphics Array 640*480)規格以及SVGA (Super Video Graphics Array 800*600)規格等。通過控制液晶分子或者DMD等微型器件，在每一像素單 元上改變其亮度，色度等，從而形成視覺可以感知的畫面。
如圖1所示， 一種典型的投影系統400包括光源410，分光系統420，光調製系統430，集 光系統440，投射系統450以及圖像信號源460。光源410，例如高壓滷素燈，用於發出白光 412。白光412經過分光系統420被分解成三色光412R、 412G、 412B。三色光412R、 412G、 412B通過透射或者反射方式通過光調製系統430時，由圖像信號源460輸出圖像電信號作用到 光調製系統430中的每一個像素調製元件上，例如液晶分子或者DMD器件，改變光的偏振狀態 或者使光線反射與否，從而輸出經調製後的三色圖像光信號414R、 414G、 414B。然後，由集 光系統440將每一個像素對應的三色圖像光信號414R、 414G、 414B組合在一起，經投射系統 450，例如投影鏡頭投射到顯示屏幕340上。
由於上述投影系統必須採用分光系統，集光系統以及投射系統，其組件數量多，結構復 雜，不容易將其整合到各種可攜式可攜式電子設備中，例如手機，筆記本電腦等。此外，上 述投影系統使用的光源耗電量較大， 一般需要配備散熱系統，以散發光源在發光過程中產生 的熱量，也使可攜式電子設備的結構變得複雜。
發明內容
有鑑於此，有必要提供一種結構簡化的投影系統。
此外，還有必要提供一種使用上述投影系統的可攜式電子設備。
一種投影系統用於向顯示屏幕投射圖像畫面，包括光源單元，光束調整單元，集光單元 ，動態掃描單元以及控制電路。所述控制電路電性連接所述光源單元和動態掃描單元。所述 光源單元用於發出至少兩束單色光，所述光束調整單元用於準直所述單色光束或者調整所束
單色光束的發散角，所述集光單元用於將所述單色光束轉換成單一光束。所述控制電路控制 所述動態掃描單元以一定的頻率轉動，並將所述單一光束反射到所述顯示屏幕上。
一種可攜式電子設備包括輸入系統，顯示系統和投影系統。所述輸入系統用於輸入命令 ，所述顯示系統用於顯示文字或者圖像。所述投影系統包括光源單元，光束調整單元，集光 單元，動態掃描單元以及控制電路。所述控制電路電性連接所述光源單元和動態掃描單元。 所述光源單元用於發出至少兩束單色光，所述光束調整單元用於準直所述單色光束或者調整 所束單色光束的發散角。所述集光單元用於將所述單色光束轉換成單一光束。所述控制電路 控制所述動態掃描單元以一定的頻率轉動，並將所述單一光束反射到所述顯示屏幕上。
上述投影系統和使用該投影系統的可攜式電子設備通過使用動態掃描單元進行圖像掃描 式投影，相對DLP投影系統而言，可以省去投影鏡頭；並通過光源單元發出單色光束，相對 LCD投影系統而言，可以省去分光系統，從而達成投影系統以及可攜式電子設備結構之簡化
圖l為現有投影系統的模塊示意圖。
圖2為一種可攜式電子設備投射圖像畫面的立體示意圖。
圖3為圖2所示可攜式電子設備中之投影系統之具體示意圖。
圖4為圖3所示投影系統中動態掃描單元之轉動示意圖。
圖5為圖3所示投影系統掃描圖像的一種示意圖。
圖6為圖3所示投影系統掃描圖像的另一種示意圖。
圖7為圖3所示投影系統中動態掃描單元之另一種實施方式示意圖。
圖8為圖2所示可攜式電子設備中投影系統的另一種實施方式示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的較佳實施方式進行說明
請參閱圖2， 一種可攜式電子設備100，例如手機、個人數字助理、遊戲機、筆記本電腦 等，可以直接向顯示屏幕340投射圖像畫面，其中，顯示屏幕340標誌為0-XY坐標平面。該便 攜式電子設備100包括輸入系統102，顯示系統104，音響系統103， 105以及投影系統108。輸 入系統102可以為鍵盤，用於輸入信息和命令。顯示系統104可以為LCD顯示屏幕，用於顯示 文字信息或者功能選擇菜單等。音響系統103， 105，可以分別為麥克風和揚聲器，用於輸入 和輸出語音信號。投影系統108安裝於電子設備100的一端，用於投射圖像畫面。該可攜式電 子設備100的一側邊還包括輸入/輸出接口101a， 101b，例如USB接口，耳機接口等。上述輸
入系統102，顯示系統104，音響系統103， 105，投影系統108以及輸入輸出接口101a， 101b 通過可攜式電子設備100的內部電路(圖未示出)電性連接在一起。
請參閱圖3，投影系統108包括光源單元110，光束調整單元120，集光單元130，光束掃 描單元140以及控制電路150。光源單元110包括至少一個發光元件，用於發出至少一種單色 光束，例如分別發出紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色光的半導體雷射二極體110R、 IIOG、 IIOB或者光學泵浦雷射器(optical pumping laser)。半導體雷射二極體lIOR、 IIOG、 IIOB在電流調製模式(current modulation mode)下工作，以根據外部電路作用的 圖像驅動信號，改變工作電流，從而改變輸出光線的強度。
光束調整單元120用於準直從光源單元110發出的單色光束或者改變單色光束的發散角。 光束調整單元120包括準直透鏡122a， 122b， 122c和圓柱透鏡124a， 124b， 124c。準直透鏡 122a， 122b， 122c分別相對雷射二極體110R、 IIOG、 IIOB設置，用於將雷射二極體lIOR、 IIOG、 IIOB發出的發散光束(理論上雷射束的發散角度為零，實際仍有一發散角)準直成近 視平行出射的光線。因一般從雷射二極體發出的光線在Y軸方向的發散角(divergence angle)大於X軸方向的發散角，所以從準直透鏡出射光束在X軸方向平行，而在Y軸方向仍有 一定的發散角。圓柱透鏡124a， 124b， 124c分別相對準直透鏡122a， 122b， 122c設置，用於 改變經準直後的光束在一個軸向的發散角。例如，通過調整準直後的光束在Y軸方向之發散 角，使其光點形狀(beam spot shape)之縱寬比(Aspect ratio)接近方形或者直方形分 布，例如4: 3之長寬比，以符合一般顯示器的屏幕或者視窗，增加視覺接收黃金比率，同時 可以提高集光效率。當然，也可以分別在X軸方向和Y軸方向分別設置各自圓柱透鏡，以在兩 個方向上改變光束的發散角，進一步優化光點的形狀。
集光單元130包括帶通濾光片(Band-pass filter) 132a， 132b， 132c，用於將分別從 圓柱透鏡124a， 124b， 124c入射過來的光束轉換成單一光束。帶通濾光片132a可以反射藍光 ，而使紅光和綠光穿過；帶通濾光片132b可以反射綠光，而使紅光穿過；帶通濾光片132c反 射紅光。因此，最終從帶通濾光片132a出射的光線可以為紅、綠、藍三色光混合而成的白光 ，或者其中兩種色光混合而成的其他顏色的光，例如黃光，當然也可以為單色光。投影系統 108還包括一光圈134，光圈134位於集光單元130和動態掃描單元140之間，以限制混合光束 的光點形狀大小，並適當消除雜散光，以提高圖像清晰度、銳利度和對比度。光圈134可以 為固定形狀，也可以為動態式光圈。對於動態式光圈，在近距離時投影時，通過縮小光圈可 以讓光點變小，以提升可解晰度(resolvable Resolution)以及對比度。在遠距離投影時 ，通過放大光圈，可以提高畫面的亮度。動態掃描單元140用於將從光圈134入射過來的光線掃描到預定的顯示屏幕340上(如圖 2所示)。動態掃描單元140為一個二維的採用微機電系統(MEMS， Micro Electro Mechanical System)技術做成的掃描鏡片。請一併參閱圖4，入射光線142經掃描鏡片140形 成反射光線144，入射到顯示屏幕340。當掃描鏡片140繞垂直紙面的軸順時針轉動8角度到 位置140a時，反射光線144轉動2 8角度到達位置144a;當掃描鏡片140逆時針轉動8角度到 達位置140b時，反射光線反方向轉動2 e角度到達位置144b。因此，光線144所能到達的位置 範圍144a、 144b即構成投影系統108在一個維度方向上所能投射畫面的範圍。同理，掃描鏡 片140繞平行紙面的軸轉動時，可在另外一個維度方向上進行圖像掃描。
如圖5所示，動態掃描單元140可以通過交錯(interlaced)方式掃描圖像畫面，即將一 幀畫面344分割成兩場畫面344a和344b，場畫面344a由奇數行的畫面組成，場畫面344b由偶 數行的畫面組成。通過動態掃描單元140反射的光束在屏幕上形成掃描軌跡342，該掃描軌跡 342以從左往右(O-X軸)，從上到下(O-Y軸)的順序進行，設置動態掃描單元140沿0-X軸 方向和0-Y軸方向具有不同的轉動頻率。掃描軌跡342分別掃描奇數行場畫面344a和偶數行場 畫面344b，從而顯示完整的畫面344，。如圖6所示，動態掃描單元140也可以通過逐行( Progressive)方式掃描畫面，此時掃描軌跡342順序掃描按照從上到下，從左往右的順序逐 行進行掃描，從而顯示完整的畫面344。
如圖7所示，動態掃描單元140也可以為兩個一維的掃描鏡片144和146。掃描鏡片144和 146在未加電工作時，二者的反射面平行設置。掃描鏡片144僅可以繞垂直紙面的軸轉動，以 執行O-Y軸方向的圖像掃描，而掃描鏡片146僅可以繞沿紙面內的軸轉動，以執行O-X軸方向 的圖像掃描。因一般顯示畫面縱向寬度大於橫向寬度，所以0-Y軸方向掃描鏡片146可轉動的 角度大於0-X軸方向掃描鏡片144可轉動的角度。又畫面掃描按照從左往右，從上到下的順序 進行，所以掃描鏡片144的轉動頻率小於掃描鏡片146的轉動頻率，具體的轉動頻率數值可以 按照實際的需要加以設置。
控制電路150用於控制雷射二極體110R、 IIOG、 IIOB發光，調整光圈134的通光孔徑大小 ，以及控制動態掃描單元140中的鏡片轉動的頻率。控制電路150包括控制器152以及分別與 控制器電性相連的圖像信號驅動電路154，鏡片驅動電路156，光圈驅動電路158。當投影系 統108對從外部裝置，例如電腦傳遞而來的視頻內容進行投影時，控制電路150將視頻內容轉 換成掃描之圖像格式，控制圖像信號驅動電路發出特定的電信號，例如改變雷射二極體 IIOR、 IIOG、 IIOB的工作電流，從而改變其發光強度。在動態掃描單元140以交錯方式或者 逐行方式進行圖像掃描時，控制電路150可以控制鏡片驅動電路156發出驅動電信號使一個二
維掃描鏡片140或者兩個一維的掃描鏡片144和146在兩個方向上具有不同的轉動頻率，例如 O-X軸方向轉動頻率大於O-Y軸的轉動頻率。
請參閱圖8，另一種實施方式的投影系統108包括光源單元110，光束調整單元120，集光 單元130，光束掃描單元140以及控制電路150。其中，光源單元IIO，集光單元130，光束掃 描單元140以及控制電路l50具有與第一實施方式基本相同的元件配置和位置結構。而光束調 整單元120僅包括一組準直透鏡122a和圓柱透鏡124a。光束調整單元120被設置成位於集光單 元130和光束掃描單元140之間。投影系統108還包括一個光圈134，該光圈134位於光束調整 單元120和光束掃描單元140之間。投影系統108工作時，首先，光源單元110中的雷射二極體 IIOR、 IIOG、 110B發出的光束經過集光單元130中的帶通濾光片132a， 132b， 132c混合成單 一光束；然後，由準直透鏡122a將混合後之單一光束準直成近似平行光束，圓柱透鏡124a改 變經準直後的光束的發散角，使投影於顯示屏幕340上的光點符合一般顯示器的屏幕或者視 窗；接著，光束掃描單元140在控制電路150作用下以一定的頻率轉動，從而將光束調整單元 140出射的光線掃描投影到顯示屏幕340上。當然，通過投影系統108進一步可以通過控制電 路150送出控制信號給光圈134，例如動態式光圈，使從集光單元130出射的光線具有較佳的 光學孔徑，以及消除部分雜散光。
可以理解，光源單元110也可以僅包括一種雷射二極體，例如發出紅光的雷射二極體 IIOR，或者發出綠光的雷射二極體110G，或者發出藍光的雷射二極體110B。在此情形下，投 影系統108可以沒有集光單元130。因而，從雷射二極體發出的單色光束可以經由光束調整單 元120進行準直或者調整光束在不同軸向上的發散角後，直接由動態掃描單元140將光束以掃 描方式到投射到顯示屏幕340上。因此，將投影系統108集成於可攜式電子設備100中，更可 以達成結構之簡化，並具有較低的成本。
上述投影系統通過使用雷射二極體作為光源，發出單色光，在進行全彩畫面顯示，無須 傳統使用之分光系統，投影系統還使用動態掃描鏡進行圖像掃描式投影，可以省去傳統使用 之投影鏡頭，達成系統結構之簡化，方便整合到可攜式電子設備中。而且，雷射二極體具有 較低的功率，可以省去傳統投影系統中之散熱結構，滿足可攜式電子設備低耗電之需求。
權利要求
權利要求1一種投影系統，用於向顯示屏幕投射圖像畫面，其特徵在於所述投影系統包括光源單元，光束調整單元，動態掃描單元以及控制電路，所述控制電路電性連接所述光源單元和動態掃描單元，所述光源單元發出一種波長的單色光束，所述光束調整單元準直所述單色光束或者調整所述單色光束的發散角，所述控制電路控制所述動態掃描單元以一定的頻率轉動，並將所述單色光束反射到所述顯示屏幕上。
2.如權利要求l所述的投影系統，其特徵在於所述光束調整單元 位於所述光源單元和動態掃描單元之間，所述光束調整單元包括一個準直透鏡和一個圓柱透 鏡，所述準直透鏡用於將所述單色光束縛準直成近似平行光束，所述圓柱透鏡用於改變所述 單色光束至少在一個軸向上的發散角。
3.如權利要求l所述的投影系統，其特徵在於所述動態掃描單元 是採用微機電系統技術做成的一個二維掃描鏡片或者二個一維掃描鏡片，所述二維掃描鏡片 在二維方向上具有不同的轉動頻率。
4.如權利要求l所述的投影系統，其特徵在於所述投影系統還包 括一個光圈，所述光圈是固定式或者動態式光圈，所述光圈位於所述光束調整單元和所述動 態掃描單元之間，用於改變所述單色光束的通光孔徑。
5.一種投影系統，用於向顯示屏幕投射圖像畫面，其特徵在於所 述投影系統包括光源單元，光束調整單元，集光單元，動態掃描單元以及控制電路，所述控 制電路電性連接所述光源單元和動態掃描單元，所述光源單元用於發出至少兩束單色光，所 述光束調整單元用於準直所述單色光束或者調整所述單色光束的發散角，所述集光單元用於 將所述單色光束轉換成單一光束，所述控制電路控制所述動態掃描單元以一定的頻率轉動， 並將所述單一光束反射到所述顯示屏幕上。
6.如權利要求5所述的投影系統，其特徵在於所述光源單元包括 至少兩個雷射二極體，所述至少兩個雷射二極體電性連接所述控制電路，用於分別發出所述 至少兩束單色光。
7.如權利要求5所述的投影系統，其特徵在於所述光束調整單元位於所述光源單元和集光單元之間或者位於所述集光單元發出的單一光束的光路上，所述光 束調整單元包括至少一組準直透鏡和圓柱透鏡，所述準直透鏡用於將所述單色光束縛準直成 近似平行光束，所述圓柱透鏡用於改變所述單色光束至少在一個軸向上的發散角。
8.如權利要求5所述的投影系統，其特徵在於所述動態掃描單元是採用微機電系統技術做成的一個二維掃描鏡片或者二個一維掃描鏡片，所述二維掃描鏡片 在二維方向上具有不同的轉動頻率。
9.如權利要求5所述的投影系統，其特徵在於所述投影系統還包括一個光圈，所述光圈是固定式或者動態式光圈，所述光圈位於所述集光單元和所述動態掃 描單元之間，用於改變所述單一光束的通光孔徑。
10.如權利要求9所述的投影系統，其特徵在於所述控制電路包括 控制器，以及分別與所述控制器電性連接的圖像信號驅動電路，鏡片驅動電路和光圈驅動電 路，所述圖像信號驅動電路驅動所述光源根據圖像信號發光，所述控制器通過光圈驅動電路 調整光圈的通光孔徑大小，並通過所述鏡片驅動電路調整所述動態掃描單元中的鏡片轉動的 頻率。
11.一種可攜式電子設備，包括輸入系統和顯示系統，所述輸入系 統用於輸入命令，所述顯示系統用於顯示文字或者圖像，其特徵在於所述可攜式電子設備 還包括一投影系統，所述投影系統用於向顯示屏幕投射圖像畫面，其包括光源單元，光束調 整單元，動態掃描單元以及控制電路，所述控制電路電性連接所述光源單元和動態掃描單元 ，所述光源單元發出一種波長的單色光束，所述光束調整單元準直所述單色光束或者調整所 述單色光束的發散角，所述控制電路控制所述動態掃描單元以一定的頻率轉動，並將所述單 色光束反射到所述顯示屏幕上。
12. 一種可攜式電子設備，包括輸入系統和顯示系統，所述輸入系 統用於輸入命令，所述顯示系統用於顯示文字或者圖像，其特徵在於所述可攜式電子設備 還包括一投影系統，所述投影系統用於向顯示屏幕投射圖像畫面，所述投影系統包括光源單 元，光束調整單元，集光單元，動態掃描單元以及控制電路，所述控制電路電性連接所述光 源單元和動態掃描單元，所述光源單元用於發出至少兩束單色光，所述光束調整單元用於準 直所述單色光束或者調整所述單色光束的發散角，所述集光單元用於將所述單色光束轉換成 單一光束，所述控制電路控制所述動態掃描單元以一定的頻率轉動，並將所述單一光束反射 到所述顯示屏幕上。
13.如權利要求12所述的可攜式電子設備，其特徵在於所述光源單元包括至少兩個雷射二極體，所述至少兩個雷射二極體電性連接所述控制電路，用於分別 發出所述至少兩束單色光。
全文摘要
一種投影系統包括發出至少兩束單色光束的光源單元，將單色光束轉換成單一光束的集光單元，以及以一定的頻率轉動的動態掃描單元，動態掃描單元以將單一光束反射到所述顯示屏幕上，可以達成結構的簡化。此外，本發明還提供一種使用上述投影系統的可攜式電子裝置。
文檔編號G02B26/10GK101377610SQ20071020152
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月30日 優先權日2007年8月30日
發明者林明昌 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司