CN102129157A - 微型投影模块及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型投影机领域，公开了一种微型投影模块及设备。本发明中，在偏振分光镜的一个侧面增加一个图像传感器，外部反向进入投射透镜的外部图像被偏振分光镜反射到图像传感器，从而充分利用了微型投影模块中原有的投射透镜和偏振分光镜的光学功能，以极少的体积代价，为微型投影模块增加了拍摄功能。

Description

微型投影模块及设备

技术领域

本发明涉及微型投影机领域，特别涉及同时具有图像摄影功能的微型投影模块。

背景技术

微型投影机是利用光源所发出的特定强度的亮光，将成像装置(比如光调制器)形成的图像进行放大投影的装置，是具有烟盒大小的体积，需要高度便携性能的一种设备。

当前，例如拥有MP3(MPEG Audio Layer 3)播放功能的手机、拥有拍摄和通讯功能的个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称“PDA”)，等等许多多媒体设备的发展正在呈现着功能整合性的趋势。

因此，微型投影装置也有着嵌入到手机或PDA等设备的需求。但现在的手机或PDA都已经内置了通讯模块和摄影模块，其体积也被限定在100CC左右的范围内。在如此小的空间中再加入整合进一个功能模块是非常困难的事情。

为了达到整合目的，就需要投影模块的体积变得更小，或是能够用一个模块来整合两种不同的功能。

图1显示了当前只用激光的微型投影装置的结构图。

使用激光光源的投影机是由：R光源(10R)，G光源(10G)，B光源(10B)，分色镜(50R，40G，50B)，漫射体(20)，光束整形器(30)，两片物镜(40)，光调制器(60)，投射透镜(70)，偏振分光镜(80)等构成。

三个光源(10R，10G，10B)都是激光光源，由各自的分色镜50R、40G、50B反射或者透过，入射到漫射体之中。分色镜50G起到反射G光源(从10G照射出的绿光)并让剩余光线透过的作用，分色镜50G也可以使用能够将普通可视光线全部予以反射的一般镜子。分色镜50R起到反射R光源(从10R照射出的红光)、通过剩余波长范围的光线的作用，分色镜50B起到反射R光源(从10B照射出的蓝光)通过剩余波长范围光线的作用。

漫射体(20)垂直振动于光轴，因此通过漫射体的时候，光的随机性(Randomness)会得到增加。这种漫射体(Diffuser)是为了消除激光特有的激光散斑(Speckle)而设置的装置，用以减少激光光线的连贯性(Coherence)特征来达到减少激光散斑的目的。若上述光源全部是发光二级管(Light Emitting Diode，简称“LED”)，就不需要使用这种漫射体。

通过漫射体(20)的光会通过光束整形器(Beam Shaper)来转变光束形象。

物镜(40)是将经过光束整形器整形的光线进行集束的透镜，一般由两片组成，用调节两片透镜之间的距离达到更加准确的聚焦。

光调制器(60)是指将入射的光线进行甄别性通过、阻断或改变光径来形成影像图片的元件。

适用于微型投影机的光源要求使用体积小而输出光量大，当前适合的光源有激光光源和LED光源。两种光源都符合上述的小体积高光量的要求，激光光源拥有更高的能量转换效率，LED则成本相对较低。

如此使用激光或LED光的微型投影机光学引擎的体积一般在10CC以下。但即使是这10CC左右的体积，想嵌入到100CC左右体积的手机或PDA中极其困难，而且也不能因此去掉已成为基本功能的摄像头模块，这会减少产品的商业价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型投影模块及设备，以极少的体积代价，使微型投影模块同时支持图像的拍摄和投影功能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种微型投影模块，包括：

至少一个光源；

光调制器，利用光源发出的光生成图象；

投射透镜，用于对光调制器所生成的图象进行放大投射；

偏振分光镜，用于将光调制器生成的图像光传递到投射透镜；

图像传感器，用于将光图像信号转换为电信号；

光调制器、投射透镜、图像传感器分别位于偏振分光镜的不同侧面；

从外部进入投射透镜的外部图像由偏振分光镜反射到图像传感器。

本发明的实施方式还提供了一种微型投影设备，包括：图像处理器、控制芯片、光源驱动器、帧缓冲、储存器、和如上文的微型投影模块；

控制芯片分别与图像处理器、光源驱动器、帧缓冲、储存器、以及微型投影模块中的光调制器和图像传感器连接；储存器和图像处理器之间有能够双向传输数据的通道，帧缓冲有向光调制器传输数据的通道；

图像传感器生成的图像数据传递给控制芯片，该控制芯片将该图像数据通过图像处理器转换为指定格式后储存到储存器；

图像处理器将外部输入的信号或储存器中的图像转换为适合控制芯片使用的图像数据，传递给该控制芯片；该控制芯片将需要显示的图像数据储存到帧缓冲中，再控制光调制器从帧缓冲获取图像数据进行光调制，同时控制光源驱动器驱动微型投影模块中的光源进行发光。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在偏振分光镜的一个侧面增加一个图像传感器，外部反向进入投射透镜的外部图像被偏振分光镜反射到图像传感器，从而充分利用了微型投影模块中原有的投射透镜和偏振分光镜的光学功能，同时为投影和拍摄服务，以极少的体积代价，为微型投影模块增加了拍摄功能。

附图说明

图1是现有技术中微型投影装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式中微型投影机光学引擎投影部分结构的概要图；

图3是本发明实施方式中投影镜头结构的概略图；

图4是本发明实施方式中微型投影模块的驱动装置概略图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施方式中，提出了同时具备微型投影功能和摄像功能的模块结构。

图2是本发明的一种实施方式中微型投影机光学引擎投影部分结构的概要图。

如图2所示，照明光入射到偏振分光镜(80)后，被偏振分离膜(85)线偏振的P偏光反射到光调制器(60)中。(为了叙述简便，将上述偏振分离膜定义为反射P偏光、透过S偏光的膜，对于偏振分离膜为反射S偏光、透过P偏光的膜，也可以作类似的分析，得到相似的结果)。

入射到光调制器的光，在被光调制器整形成图像光的同时相位发生变化，变成S偏光，重新入射到偏振分离膜(85)，此时的S偏光则能够通过偏振分离膜(85)，再通过投影镜头(70)后投影到前方屏幕上。

图3是上述投影镜头结构的概略图。投影镜头通常由3～6枚透镜构成，是将光调制器形成的图像光放大投影的装置。如图3所示，光调制器(60)生成的图像光在通过分光镜后通过多个球面和非球面透镜被调整光路和折射，转换为带有倍率的光。

一方面，上述的投影镜头是将光调制器(60)所生成的图像光向外(图中右侧)投射，转换成带有倍率的光；另一方面，将从投影镜头外部(图中右侧)入射的自然图像光进行缩小，传递到图中左侧的偏振分光镜(80)中。如图2所示，到达偏振分光镜的图像光中S偏光会通过偏振分离膜到达光调制器(60)，而P偏光则会被反射到图像传感器(90)中。

摄像机镜头和投影镜头在其结构和功能上刚好相反，但其原理非常相似。同时，由于这两者具有完全相反的功能，因此几乎不可能同时使用。本发明利用了这种通用性，使用偏振分光镜将光调制器和图像传感器的光径统一起来，以此让光调制器和图像传感器能够共同使用一个投影镜头。在摄像模块与投影模块中体积最大的就是镜头部分，因此通过使用本发明的结构即可在没有额外体积增加的前提下同时具备了上述两种功能。

图像传感器(90)是与光调制器功能完全相反的装置。光调制器是根据图像数据生成的电子信号来控制光调制器各像素的透光量来生成图像的装置；与之相反，图像传感器(90)则是将入射到各像素的光量转换为电子信号的装置。

图像传感器中最为典型的是互补型金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，简称“CMOS”)传感器。CMOS传感器是一种利用存在于每个像素点的CMOS电路采集光量数据并转换储存为电子信号的装置，它储存入射到各像素点的光量来产生的各像素电子信号，从而生成图像数据。但是，仅仅根据这个图像传感器生成的图像数据不足以发展出实用化的功能。

本领域的技术人员可以知道，图2只是示出了本发明实施方式中的关键结构，其它的部分，如R光源(10R)，G光源(10G)，B光源(10B)，分色镜50R，40G，50B，漫射体(20)，光束整形器(30)，两片物镜(40)等部件也是有的，因为这些部分与现有技术相同，此外不再赘述了，具体可以参见图1及其相应的说明。

本发明实施方式中，R光源(10R)，G光源(10G)，B光源(10B)可以全部是激光光源，也可以全部是LED光源，还可以一部分是激光光源，另一部分是LED光源。光调制器(60)可以是液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，简称“LCD”)、或者数字微镜器件(DLP)、或者硅基液晶(LiquidCrystal On Silicon，简称“LCOS”)。

光调制器(60)以场时序(field sequential)方式对多个光源进行调制。场时序是指把时间表划分为3等分，在各自的时间上把对应三原色的绿，红，蓝影像依次显示的方式。人眼对影像会有残留现象，把影像以一定速度以上显示时，就会认为是连续画面。电影或动画就是利用该原理。色彩影像也是一样，快速显示R/G/B三原色时，因残影效果，观看者会认为是三原色混合色的白色。同样三原色的光量不同时可以调整出多种颜色，所以可以调整三原色的相对光量来达到显示我们所要色彩的目的。

用上述实施方式中描述的微型投影模块取代手机、PDA等设备中的拍摄模块，可以使该手机或PDA同时具有拍摄和投影功能，而体积却基本没有增加。

图4是根据本发明的微型投影模块的驱动装置概略图，该图中包括了驱动装置及微型投影模块中部分相关单元。

微型投影机模块的驱动装置包括：图像处理器(100)、控制芯片(110)、光源驱动器(120)、帧缓冲(130)、储存器(140)构成的，微型投影模块中相关单元包括光调制器(60)和图像传感器(90)

图像数据通过图像处理器(100)输入到控制芯片(110)中。图像信号可以是从笔记本、PDA等外设向图像处理器(100)以NTSC/PAL或是模拟RGB等形态输入的。图像处理器(100)则将这些输入信号转化为图像数据传递给控制芯片(110)。

另一方面，储存在储存器(140)中的JPG(又称JPEG)格式或是运动图像专家小组(Moving Picture Experts Group，简称“MPEG”)等影像格式信号同样需要通过图像处理器(100)来转换为适合控制芯片(110)使用的图像数据。

从图像处理器(100)输出的第n个图像数据，在第n-1个图像数据在光调制器中被驱动的时间内被储存在帧缓冲(130)之内。

同样，原来在帧缓冲(130)中储存的第n个图像数据在显示面板中驱动的时候，第n+1的图像数据会顺次储存到帧缓冲(130)之中。按照这种图像数据的时序，驱动芯片会驱动光源驱动器，让光源配合着光调制器(60)进行发光。

另外，控制芯片(110)还能将图像传感器(90)生成的图像数据通过图像处理器(100)转换为JPG或者MPEG等格式的电子图像数据，再储存到储存器(140)中。储存的图像数据根据需要重新通过图像处理器(100)转换为画面图像数据，由投影镜头向外投影。

根据本发明的微型投影模块，实现了同时满足拍摄及投影的两种功能，不需要增加额外的模块。

上述控制芯片(20)起到了显示处理器的作用，因此可以用手机或PDA的处理器来替代之，处理器可以是中央处理器(Central Processing Unit，简称“CPU”)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)等。不仅如此，根据使用的处理器所具备的功能，可以再整合进操作系统和多媒体程序的驱动程序，以此融合多媒体功能以减少其他控制电路的占用体积。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种微型投影模块，其特征在于，包括：

至少一个光源；

光调制器，利用所述光源发出的光生成图象；

投射透镜，用于对所述光调制器所生成的图象进行放大投射；

偏振分光镜，用于将所述光调制器生成的图像光传递到所述投射透镜；

图像传感器，用于将光图像信号转换为电信号；

所述光调制器、投射透镜、图像传感器分别位于所述偏振分光镜的不同侧面；

从外部进入所述投射透镜的外部图像由所述偏振分光镜反射到所述图像传感器。

2.根据权利要求1所述的微型投影模块，其特征在于，所述光源为激光光源。

3.根据权利要求1所述的微型投影模块，其特征在于，所述光源为发光二级管光源。

4.根据权利要求1所述的微型投影模块，其特征在于，所述光源为激光与发光二级管的混合光源。

5.根据权利要求1所述的微型投影模块，其特征在于，所述图像传感器为互补型金属氧化物半导体传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的微型投影模块，其特征在于，所述光调制器是以下之一：

液晶显示元件、数字微镜器件、硅基液晶。

7.根据权利要求6所述的微型投影模块，其特征在于，所述光调制器以场时序方式对多个光源进行调制。

8.一种微型投影设备，其特征在于，包括：图像处理器、控制芯片、光源驱动器、帧缓冲、储存器、和如权利要求1所述的微型投影模块；

所述控制芯片分别与所述图像处理器、光源驱动器、帧缓冲、储存器、以及所述微型投影模块中的光调制器和图像传感器连接；所述储存器和图像处理器之间有能够双向传输数据的通道，所述帧缓冲有向所述光调制器传输数据的通道；

所述图像传感器生成的图像数据传递给所述控制芯片，该控制芯片将该图像数据通过所述图像处理器转换为指定格式后储存到所述储存器；

所述图像处理器将外部输入的信号或储存器中的图像转换为适合所述控制芯片使用的图像数据，传递给该控制芯片；该控制芯片将需要显示的图像数据储存到所述帧缓冲中，再控制所述光调制器从所述帧缓冲获取图像数据进行光调制，同时控制所述光源驱动器驱动所述微型投影模块中的光源进行发光。

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