CN100489644C - 便携电子装置内的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影装置，其包括一光源、一第一数字微镜器件以及一第二数字微镜器件。光源发射光束。第一数字微镜器件接收从光源发射的光束，并将光束反射至第二数字微镜器件。第一数字微镜器件可通过水平偏转方式调整光束在第二数字微镜器件水平轴上的位置。第二数字微镜器件接收从第一数字微镜器件反射的光束，并将该光束投射至投影平面上，第二数字微镜器件可通过垂直偏转的方式来调整光束在投影平面垂直轴上的位置。

Description

便携电子装置内的投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，尤其涉及一种能安装于小型电子消费商品内的投影装置。

背景技术

微机电技术发展已久，且逐渐应用于一般生活用品或电子产品之中。美国德州仪器公司开发的数字微镜器件DMD(Digital Micromirror Device)即为一种用于投影设备的反射组件。由数字微镜器件技术所设计的投影机，称为数字光处理器(DLP，Digital Light Processing)，以数字微镜器件作为成像仪器，利用反射光将图像投射到屏幕上。其关键组件-数字微镜器件是由德州仪器公司开发研制的一种半导体器件，每一个数字微镜器件芯片包含成千上万的微小的正方形反射镜，又称微镜。这些微镜按照行列紧密排列，每个微镜代表一个像素，并可由相应的内存在开或关的两种状态下控制切换转动，从而控制光的反射。数字光处理器根据数字微镜器件芯片的数量分成单片数字光处理器、两片数字光处理器和三片数字光处理器。在单片数字光处理器系统中，通过一个在光源路径上的以60转/秒高速旋转的色轮(由红、绿、蓝色块组成)产生全彩色投影图像。由光源发射的白色光通过旋转的色轮时，会相应地依次过滤白色光中的红、绿、蓝三色光，使其交替投射到数字微镜器件芯表面。当色光到达数字微镜器件表面后，数字微镜器件芯片上的所有微镜，根据自身对应的像素中该颜色的数量，决定其对这种色光处于开位置的次数，也就决定了反射后通过投影镜头投射到屏幕上的光的数量。所有的微镜极快地对三种色光重复这种动作，从而在人的视觉系统中形成了全彩色的图像。

目前的数字光处理器大都是单片数字微镜器件。它主要应用在便携式投影产品上，适用于商务用户和一些需要随身携带投影机的用户。两片数字光处理器中，使用了两片数字微镜器件，其中一片单独控制红色光，另一片控制蓝、绿色光的反射，与单片数字光处理器相同，使用了高速旋转的色轮来产生全彩色的投影图像，它主要应用于大型的显示墙，适用于一些大型的娱乐场合和需要大面积显示屏幕的用户；而在三片数字光处理器中，三片数字微镜器件芯片分别反射三原色中的一种颜色，已经不需要再使用色轮来滤光了。使用三片数字微镜器件芯片制造的投影机可应用于特殊场合，比如医用或军用方面。

由以上所述可以发现，目前数字微镜器件的应用，主要用于投影机等专门的投影设备，以提供清晰、锐利的画面显示效果。然而，考虑到数字微镜器件精致小巧的特性，若能将其用于制造可设置于便携电子装置，如手机或是个人数字助理(PDA)内的微小投影装置，则可以扩展数字微镜器件的另一个应用方向。

若要制造可设置于便携电子装置内的微小投影装置，则需要考虑能量消耗的问题，一般手机或是个人数字助理的电池能量当然不如直接插电的投影机那么充足。而公知技术(数字光处理器)所公开的投影方式是利用一个面光源照射在二维的微镜数组上，由此每颗微镜控制是否反射其所接收到的光线，以在屏幕上形成图象，然而，对于图象的暗部所代表的像素，照射在代表该像素的微镜中的光线就明显的被浪费了。如此浪费能量的设计实在不适用于在便携电子装置内设置的微小投影装置，因此需要一种能节省能量及体积的投影装置结构。

发明内容

本发明即为了要解决上述公知技术的缺点而作出，其提供了一种投影装置，用于将一影像投射至一投影平面上，包括：

光源，该光源发射至少一光束；

第一数字微镜器件，其包括有窗口；以及

第二数字微镜器件，其包括有多个第二微镜，

其中，第一数字微镜器件接收从光源发射的光束，并将该光束反射至第二数字微镜器件，该第一数字微镜器件可通过沿水平方向偏转的方式来调整光束在第二数字微镜器件水平轴上的位置，该第二数字微镜器件接收从第一数字微镜器件反射的光束，并透过该第一数字微镜器件上的该窗口，而将该光束投射至一投影平面上，第二数字微镜器件上的该多个第二微镜可通过沿垂直方向偏转的方式来调整该光束在投影平面垂直轴上的位置本发明的投影装置，可设置于便携电子装置内，如手机或个人数字助理上。使用者在需要投影影像时，不需要额外的投影设备，仅需要利用如手机或个人数字助理，就可将预先储存好或是实时传送的数据或画面投影在投影表面上。

附图说明

图1示出根据本发明的投影装置概念图；

图2a示出根据本发明的投影装置的微镜组件的结构示意图；

图2b示出根据本发明的投影装置的另一微镜组件结构示意图；

图3示出根据本发明的投影装置的彩色光束合成概念图；

图4示出根据本发明的投影装置的控制系统的方块图。

具体实施方式

本发明的实施例如图1所示，其包括一光源100、一第一数字微镜器件110以及一第二数字微镜器件120。光源100发射光束。第一数字微镜器件110接收从光源100发射的光束，并将光束反射至第二数字微镜器件120。第一数字微镜器件110上的第一微镜111可借助于水平方向偏转的方式调整光束在第二数字微镜器件120水平轴(x轴)上的位置。第二数字微镜器件120接收从第一数字微镜器件110反射的光束，并将该光束投射至投影平面130上，第二数字微镜器件120上的第二微镜121～125可借助于垂直方向偏转的方式来调整光束在投影平面130垂直轴(y轴)上的位置，借此，就可以通过第一微镜与第二微镜的偏转方式来实现投射在投影平面130的x-y方向上分布的影像。

上述光源100可以为激光光源，且光源100与多个第二微镜组件121～125一起设置在第二芯片126上。第一芯片116具有一窗口112，光束可穿过该窗口112而投射至投影平面130上。

上述第一数字微镜器件110包括一第一芯片116以及一第一微镜111，该第一微镜111设置于该第一芯片116之上。

上述第二数字微镜器件120包括一第二芯片126以及多个第二微镜(如图1所示的第二微镜121～125)，这些第二微镜设置于第二芯片126之上。

当光束从光源100发射到第一微镜111之后，第一微镜111可左右偏转，以决定将光束反射至哪一片第二微镜之上。如图1所示，当第一微镜111引导光束发射至第二微镜123上后，第二微镜123可使该光束穿透第一数字微镜器件上的窗口112，而导引至投影平面130的C区域。若第一微镜111导引光束发射至第二微镜121上，第二微镜121可导引该光束发射至投影平面130的A区域。若第一微镜111导引光束发射至第二微镜122上，第二微镜122可导引该光束发射至投影平面130的B区域。若第一微镜111导引光束发射至第二微镜124上，第二微镜124可导引该光束发射至投影平面130的D区域。若第一微镜111导引光束发射至第二微镜125上，第二微镜125可导引该光束发射至投影平面130的E区域。

而第二微镜121～125可以以垂直方向(y方向)偏转的方式来调整光束被导引发射到投影平面130垂直方向上的位置。由此可知，借助第一微镜111在水平方向(x方向)上的偏转，以及第二微镜121～125在垂直方向(y方向)上的偏转，就可以完整控制光束在投影平面130上的x-y分布位置。利用光源100控制光束(光点)的明暗(或颜色)。再利用人类视觉暂留的原理，由快速的光束光点扫瞄整个投影平面130，就可以构成一个完整的影像。其中，第一数字微镜器件、第二数字微镜器件与光源可利用IC封装工艺封装成一集成电路芯片(IC chip)。

上述第一数字微镜器件110以及第二数字微镜器件120上的第一微镜111和第二微镜121～125基本构造相同。在此以第一微镜111为例，说明本发明所使用的微镜构造。参照图2a，第一微镜111形成在第一芯片116之上，第一芯片116上还形成有电极231、232，以及枢接部220。第一微镜111具有枢接部210。枢接部210与枢接部220连接。借助电极231、232的供电变化可控制第一微镜111向电极231或电极232偏转，因而控制光束路径的导引方向。第一微镜111的偏转幅度可以为10°，即，可朝向电极231或电极232偏转各5°。

图2b示出可应用于本发明中的另一微镜器件结构，同样以第一微镜111为例，第一微镜111形成在第一芯片116之上，第一芯片116上还形成有电极331以及枢接部320。第一微镜111具有枢接部310。枢接部310与枢接部320连接。通过电极331的供电变化可控制第一微镜111与第一芯片116之间的夹角，因而控制光束路径的导引方向。第一微镜111的偏转幅度可以为10°，即第一微镜111与第一芯片116之间的夹角最大可达10°。

参照图3，为了构成彩色的投射光线，光源部分可包括一红光子光源(第一色子光源)430、一绿光子光源(第二色子光源)420、一蓝光子光源(第三色子光源)410、反射镜411、反射镜431以及一棱镜组440。该红光子光源430提供一红光束(第一色光束)432，该绿光子光源420提供一绿光束(第二色光束)422，该蓝光子光源410提供一蓝光束(第三色光束)412。蓝光束412经反射镜411反射到棱镜组440中。红光束432经反射镜431反射到棱镜组440中。绿光束422直接射入棱镜组440中。棱镜组440将红光束432、绿光束422以及蓝光束412合成为光束450。通过控制红光子光源430、绿光子光源420以及蓝光子光源410的明暗，就可调制光束450的颜色。因此可控制输出光束打在投影屏幕上每一光点(像素)的颜色，而借此形成一彩色影像。按照此方式，该光源位于第三数字微镜器件400上，其余的部分与先前所述相同，即再与如前所述的由第一、第二数字微镜器件所构成的投影装置相结合，就可以提供一彩色投影装置。

参照图4，本发明的投影装置还可以包括一控制器，控制器与光源、第一数字微镜器件以及第二数字微镜器件相连接，以根据所欲输出的图像，控制光源的开、闭以及第一数字微镜器件与第二数字微镜器件的偏转，当其光源为彩色光时，控制器还可以同时控制光源所输出的光束颜色。

应用本发明的投影装置可充分利用光源所提供的光束，完全不会有能量的浪费。例如，若要显示的某一像素为暗部(黑色)，则只需在扫瞄投影的过程中，在扫瞄到该像素时，将光源关闭，即形成一暗部的像素。与公知技术中将光线导引到别处而浪费能量的方式不同。本发明的投影装置能够完全充分利用能量，该光源的功率可低于0.5瓦，由于其体积微小，消耗能量低等特点，因此可设置于便携电子装置，如手机或是个人数字助理等中。使用者在需要投影影像时，不需要额外的投影设备，仅需要利用手机或是个人数字助理，就可将预先储存好或实时传送的数据或画面，投射在投影表面上。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，但是其并非用来限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围前提下可作出多种变更和修改，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种投影装置，用于将一影像投射至一投影平面上，包括：

光源，该光源发射至少一光束；

第一数字微镜器件，其包括有窗口；以及

第二数字微镜器件，其包括有多个第二微镜，

其中，第一数字微镜器件接收从光源发射的光束，并将该光束反射至第二数字微镜器件，该第一数字微镜器件的多个第一微镜可通过绕垂直轴偏转的方式来调整光束在第二数字微镜器件水平轴上的位置，该第二数字微镜器件接收从第一数字微镜器件反射的光束，并透过该第一数字微镜器件上的该窗口，而将该光束投射至一投影平面上，第二数字微镜器件上的该多个第二微镜可通过绕水平轴偏转的方式来调整该光束在投影平面垂直轴上的位置。

2.如权利要求1所述的投影装置，其中，第一数字微镜器件还包括第一芯片，所述第一微镜设置于第一芯片之上。

3.如权利要求2所述的投影装置，其中，第一微镜的角度偏转幅度为10°。

4.如权利要求1所述的投影装置，其中，第二数字微镜器件的所述多个第二微镜设置于第二芯片上。

5.如权利要求4所述的投影装置，其中，所述第二微镜沿着水平方向排列。

6.如权利要求4所述的投影装置，其中，所述第二微镜的角度偏转幅度为10°。

7.如权利要求1所述的投影装置，其中，该光源为一激光光源。

8.如权利要求7所述的投影装置，其中，所述光源的功率低于0.5瓦。

9.如权利要求1所述的投影装置，其中，该光源包括第一色光子光源、第二色光子光源、第三色光子光源以及棱镜组，第一色光子光源提供第一色光束，第二色光子光源提供第二色光束，而第三色光子光源提供第三色光束，棱镜组将第一色光束、第二色光束以及第三色光束合成为光源发射的光束。

10.如权利要求9所述的投影装置，其中，该投影装置还包括第三数字微镜器件，第一色光子光源、第二色光子光源及第三色光子光源同时设置于所述第三数字微镜器件上。

11.如权利要求10所述的投影装置，其中，棱镜组也同时设置于第三数字微镜器件上。

12.如权利要求9所述的投影装置，其中，还包括两组反射镜，它们将第一色光束与第二色光束导入棱镜组，与第三色光束在棱镜组合成为所述发射的光束。

13.如权利要求9所述的投影装置，其中，所述第一色、第二色与第三色分别为红色、绿色及蓝色。

14.如权利要求1所述的投影装置，其中，投影装置还包括一控制器，该控制器与光源、第一数字微镜器件及第二数字微镜器件相连接，以控制该光源的开闭以及第一数字微镜器件与第二数字微镜器件的偏转。

15.如权利要求1所述的投影装置，其中，光源设置于第二数字微镜器件上。

16.如权利要求1所述的投影装置，其中，第一数字微镜器件、第二数字微镜器件与光源利用IC封装工艺封装成一集成电路芯片。

17.如权利要求1所述的投影装置，其中，该投影装置设置于便携电子装置内，可投影电子装置内的信息。

Images