CN101539714A

CN101539714A - 一种交互投影设备

Info

Publication number: CN101539714A
Application number: CN200910106826A
Authority: CN
Inventors: 马建设; 周倩; 张松; 郭洪峰; 程雪岷; 毛乐山; 林喜荣; 刘敏霞; 郭华林
Original assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: CN101539714B

Abstract

本发明提供一种投影及成像光路部分共用的微型交互投影设备，该交互投影设备包括：投影单元(400)、交互信息转换单元(500)、分别与所述投影单元(400)和交互信息转换单元(500)双向连接的数据处理模块(600)，以及与所述数据处理模块(600)双向连接的外部接口(800)，还包括：光路分离调整单元(300)，既能够将所述投影单元(400)所发出的投影图像汇聚投射到投影屏幕(100)，又能够采集交互信息输入单元(200)所发出的光信号并将其传送给交互信息转换单元(500)。本发明的优点在于，交互投影设备简单紧凑，携带方便完全满足手持式交互投影设备“随时投影、随时交互”的要求。

Description

一种交互投影设备

技术领域

本发明涉及一种交互投影设备，尤其涉及一种紧凑型的交互投影设备。

背景技术

随着科技与社会的进步，人类对环境保护的重视程度越来越高。目前所用的书写纸张，其生长不但要占用森林等资源，而且在生产过程中也会生成污染物，不利于生态社会与和谐社会的发展。同时由于人类对便利生活的要求，希望能够用最轻便的材料实现书写、记录等操作。

传统的纸张在数量增多时体积及重量都大幅度上升，也不符合人类便携性的要求。另外在观看多媒体文件时，人们也希望能够直接在多媒体画面进行修改或其它交互动作，而这又是现有投影显示设备所不能提供的。

一般来说，在现有技术中，投影模块与交互模块各自有独特的光学系统，这会占用大量的空间，对设备小型化不利；同时由于采用分立的光学结构，投影模块与交互模块的光路需要单独调节，这也给使用带来不便；另外独立的光学系统意味着更多的光学器件，这也会增加成本。

更重要的一点在于：若采用独立的光学系统，投影与成像器件之间没有十分明确的光学关系，则由于投影平面与传感器平面位置的不同，在每次使用之前都需要根据投影系统与投影平面之间的相对位置作校准。这样在使用时，微型交互式投影仪与投影平面就需要相对固定，而这对于移动式设备是很难做到的。

因此，现有的应用于投影系统的交互式系统，或者需要依附于固定的投影表面，或者在使用过程中需要与投影平面有着固定的相对位置关系。不能完全满足手持式交互投影设备“随时投影、随时交互”的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单紧凑，携带方便的交互式投影设备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种交互投影设备，包括：投影单元、交互信息转换单元、分别与所述投影单元和交互信息转换单元双向连接的数据处理模块，以及与所述数据处理模块双向连接的外部接口，其特征在于，还包括：光路分离调整单元，既能够将所述投影单元所发出的投影图像汇聚投射到投影屏幕，又能够采集交互信息输入单元所发出的光信号并将其传送给交互信息转换单元。

交互式信息包括，由外部的交互信息输入单元所发出的图像等光信息。该交互信息输入单元在外部的位置发生变化，即动作以输入指令，则其光信息能够反映出相应的位置变化，从而包含有相应的指令信息。将交互信息输入单元所发出的光信号并将其传送给交互信息转换单元，则意味着交互信息输入单元在交互信息转换单元上进行成像，即交互式信息成像。

投影图像与交互式信息成像的光路有很多相通之处：如它们的视场角相同，投影平面与需要成像的平面相同。一般而言，投影的光路是将0.44英寸或更小的光路调整芯片，如LCoS和DMD芯片，调制出的像投影成像到投影屏幕的区域上。而交互式信息成像的光路是将投影屏幕区域区域内活动的物体，成像到0.44英寸或更小面积的光电传感器，如CCD、CMOS以及PSD上。当然，光路调整芯片和光电传感器的尺寸也可以大于0.44英寸，它们的面积尺寸相当即可。

采用上述技术方案，通过共用光路分离调整单元，投影单元和交互信息转换单元可以设置在同一装置内部，实现了交互式投影设备紧凑化，更加便于携带和安装设置。

其中，光路分离调整单元可以采用粘合棱镜、反射镜等组成分离光路，也可以添加PBS等增加通光效率的器件。

进一步而言，所述交互信息转换单元包括：采用光电位置传感器或电耦合器件的光敏芯片，用于将光信号转换为相应的电信号。当然也可采用其他的光电传感器。

进一步而言，所述投影单元包括：光源、透射式投影芯片，以及用于将光源汇聚并投射到所述透射式投影芯片的光源光路整形模块。

相应的，所述光路分离调整单元包括：投射及成像透镜组、X形粘合透反镜和交互信息光路整形模块；由所述投射及成像透镜组汇聚采集的所述交互信息输入单元所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜反射，再经过交互信息光路整形模块传送到所述光敏芯片；由所述透射式投影芯片发出的投影图像透过所述X形粘合透反镜，再经过所述投射及成像透镜组汇聚投射到所述投影屏幕。

其中，所述光源光路整形模块可以采用至少包括一块透镜的透镜组。

采用上述技术措施的巧妙设计，将投影单元进行投影与交互信息转换单元进行成像的光学模块部分地整合在一起，即两个单元共用一部分光学光路，同时又不相互干扰。而投影单元进行投影与交互信息转换单元的独立光路仅负责光路方向或光程等的改变的工作，与投影、成像距离无关。

具体来说，由于采用上述技术措施，投影单元向投影屏幕进行投影的投影光路，也正好是交互信息转换单元获取外部的交互信息输入单元所发出光，即进行相应成像所需要的光路。当交互投影设备与投影屏幕之间位置发生变化时，其光路不需要根据投影单元和投影屏幕间的位置变化而做出调整。而在投影光路调焦时，成像光路的焦距等参数同时也发生变化。由于二者这一部分光路是相同的，这就使得成像光路不需要作出额外的调整。这样，数据处理模块也不需要为这个变化而额外的需要进行处理。

进一步而言，所述交互信息光路整形模块包括：反射镜。

进一步而言，所述投影单元包括：光源、用于汇聚所述光源所发出的光的光源光路整形模块，以及，反射式投影芯片。

相应的，所述光路分离调整单元包括：投射及成像透镜组、X形粘合透反镜和PBS镜组合和交互信息光路整形模块；由所述投射及成像透镜组汇聚采集的所述交互信息输入单元所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜和PBS镜组合反射，再经过交互信息光路整形模块传送到所述光敏芯片；由所述光源光路整形模块汇聚的光，经过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合反射后射向所述反射式投影芯片，再由所述反射式投影芯片发出投影图像透过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合，最后由所述投射及成像透镜组汇聚投射到所述投影屏幕。

为了便于进一步扩展实现其他功能，所述的交互投影设备，还包括：与所述数据处理模块双向连接的存储模块。

与现有技术相比本发明的优点在于，交互投影设备简单紧凑，携带方便完全满足手持式交互投影设备“随时投影、随时交互”的要求。

附图说明

图1是本发明交互投影设备一种实施例的框架结构示意图；

图2是本发明交互投影设备另一种实施例的框架结构示意图；

图3是本发明交互投影设备另一种实施例的框架结构示意图；

图4是本发明交互投影设备另一种实施例的框架结构示意图；

图5是本发明交互投影设备另一种实施例的框架结构示意图；

图6是本发明交互投影设备另一种实施例的框架结构示意图；

图7本发明交互投影设备一种实施例的使用示意图；

图8本发明交互投影设备另一种实施例的使用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的交互投影设备，包括：投影单元400、交互信息转换单元500、分别与所述投影单元400和交互信息转换单元500双向连接的数据处理模块600，以及与所述数据处理模块600双向连接的外部接口800。其中，还包括：光路分离调整单元300，既能够将所述投影单元400所发出的投影图像汇聚投射到投影屏幕100，又能够采集交互信息输入单元200所发出的光信号并将其传送给交互信息转换单元500。

如图2所示，与图1不同的是，交互投影设备还包括：与所述数据处理模块600双向连接的存储模块700。

如图7所示，交互信息输入单元200为一个交互用笔。

交互用笔在投影屏幕100的区域内运动，其能够被交互投影设备的光学成像系统成像于交互信息转换单元500上。所述交互信息转换单元500采用光位置敏感传感器，如CCD或PSD上，CCD或PSD传感器将此成像信息传递给后面的数据处理模块600。该模块600根据一定的算法，如单应矩阵投影变换算法，计算出交互用笔相对于投影屏幕100区域的位置。

为使交互式投影设备能够有效地采集到该交互用笔的成像及获得它的位置信息，交互用笔具有特定的光学特征，此特征可以是特定颜色、形状或者发出特定波长的光线，使得这个光学敏感信息能够被光学传感器采集到，并易于被后续的数据处理模块600处理并分辨。

配合交互用笔的敏感特征，对其成像的光学器件上可以镀有相应的滤光膜或安装有滤光片，此滤光片能够选择性地透过特定波长，从而使敏感特征易于被分辨出来。

为了更好地实现交互功能，交互用笔上具有其它功能按键，此按键信息可以通过有线传输或无线传输的方式发送出去并被数据处理模块接收。另外，为了实现交互输入时对输入力的采集，以模仿人书写时的笔锋效果，交互用笔上具有触力感应装置，可以感知人在书写时的接触力。感应出的接触力以无线或有线方式传输到数据处理终端，经一定算法处理后就可以将不同粗细的线条投影出来，模仿人的书写笔锋。此外，人的笔锋除受书写时压力影响外，也受书写速度影响，所以笔锋的模仿算法除考虑接触压力外，同时也会考虑到书写速度对其的影响，并将书写速度添加到笔锋模仿算法中。

如图8所示，与图7不同的是，交互信息输入单元200也可以是用户的手指。

如图3所示，所述光路分离调整单元300包括：投射及成像透镜组310和X形粘合透反镜321。由所述投射及成像透镜组310汇聚采集的所述交互信息输入单元200所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜321反射，传送到所述交互式信息转换单元500。由所述投影单元400发出的投影图像透过所述X形粘合透反镜321，再经过所述投射及成像透镜组310汇聚投射到所述投影屏幕100。

如图4所示，为图3所示的实施例的更具体的实施方式。所述投影单元400包括：光源410、透射式投影芯片420，以及用于将光源410汇聚并投射到所述透射式投影芯片420的光源光路整形模块430。所述光路分离调整单元300包括：投射及成像透镜组310、X形粘合透反镜321和交互信息光路整形模块322。由所述投射及成像透镜组310汇聚采集的所述交互信息输入单元200所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜321反射，再经过交互信息光路整形模块322传送到所述光敏芯片501。由所述透射式投影芯片420发出的投影图像透过所述X形粘合透反镜321，再经过所述投射及成像透镜组310汇聚投射到所述投影屏幕100。

其中，所述交互信息光路整形模块322包括用于调整光路的反射镜，当然为了提高成像质量，也可以包括由至少一块透镜组成的透镜组。

如图5所示，所述投影单元400包括：光源410、用于汇聚所述光源410所发出的光的光源光路整形模块430，以及，反射式投影芯片440。所述光路分离调整单元300包括：投射及成像透镜组310、X形粘合透反镜和PBS镜组合331和交互信息光路整形模块322。

由所述投射及成像透镜组310汇聚采集的所述交互信息输入单元200所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜和PBS镜组合331反射，再经过交互信息光路整形模块322传送到所述光敏芯片501。由所述光源光路整形模块430汇聚的光，经过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合331反射后射向所述反射式投影芯片440，再由所述反射式投影芯片440发出投影图像透过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合331，最后由所述投射及成像透镜组310汇聚投射到所述投影屏幕100。

如图6所示，与图5不同的是，在所述反射式投影芯片440和X形粘合透反镜和PBS镜组合331之间，还设置有包含至少一块透镜的投影芯片透镜组441。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1、一种交互投影设备，包括：投影单元(400)、交互信息转换单元(500)、分别与所述投影单元(400)和交互信息转换单元(500)双向连接的数据处理模块(600)，以及与所述数据处理模块(600)双向连接的外部接口(800)，其特征在于，还包括：

光路分离调整单元(300)，用于既能够将所述投影单元(400)所发出的投影图像汇聚投射到投影屏幕(100)，又能够采集交互信息输入单元(200)所发出的光信号并将其传送给交互信息转换单元(500)。

2、如权利要求1所述的交互投影设备，其特征在于，所述交互信息转换单元(500)包括：采用光电位置传感器或电耦合器件的光敏芯片(501)，用于将光信号转换为相应的电信号。

3、如权利要求2所述的交互投影设备，其特征在于，所述投影单元(400)包括：光源(410)、透射式投影芯片(420)，以及用于将光源(410)汇聚并投射到所述透射式投影芯片(420)的光源光路整形模块(430)。

4、如权利要求3所述的交互投影设备，其特征在于，所述光路分离调整单元(300)包括：投射及成像透镜组(310)、X形粘合透反镜(321)和交互信息光路整形模块(322)；由所述投射及成像透镜组(310)汇聚采集的所述交互信息输入单元(200)所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜(321)反射，再经过交互信息光路整形模块(322)传送到所述光敏芯片(501)；由所述透射式投影芯片(420)发出的投影图像透过所述X形粘合透反镜(321)，再经过所述投射及成像透镜组(310)汇聚投射到所述投影屏幕(100)。

5、如权利要求4所述的交互投影设备，其特征在于，所述交互信息光路整形模块(322)包括：反射镜。

6、如权利要求2所述的交互投影设备，其特征在于，所述投影单元(400)包括：光源(410)、用于汇聚所述光源(410)所发出的光的光源光路整形模块(430)，以及，反射式投影芯片(440)。

7、如权利要求6所述的交互投影设备，其特征在于，所述光路分离调整单元(300)包括：投射及成像透镜组(310)、X形粘合透反镜和PBS镜组合(331)和交互信息光路整形模块(322)；由所述投射及成像透镜组(310)汇聚采集的所述交互信息输入单元(200)所发出的光信号，由所述X形粘合透反镜和PBS镜组合(331)反射，再经过交互信息光路整形模块(322)传送到所述光敏芯片(501)；由所述光源光路整形模块(430)汇聚的光，经过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合(331)反射后射向所述反射式投影芯片(440)，再由所述反射式投影芯片(440)发出投影图像透过所述X形粘合透反镜和PBS镜组合(331)，最后由所述投射及成像透镜组(310)汇聚投射到所述投影屏幕(100)。

8、如权利要求1至7中任一权利要求所述的交互投影设备，其特征在于，还包括：与所述数据处理模块(600)双向连接的存储模块(700)。