CN103576428B - 具有安全保护机制的激光投影系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光投影系统，包括：一激光光源，发出一激光；以及一人体侦测模块，用以侦测该激光投射于一对象的一反射光。该人体侦测模块根据该反射光的复数反射率间的关系来判断该对象是否为人类。如果是的话，该人体侦测模块控制该激光光源以调降一激光输出强度。

Description

具有安全保护机制的激光投影系统
技术领域
本发明是有关于一种激光投影系统，且特别是有关于一种具有安全保护机制的激光投影系统。
背景技术
在使用激光光源的消费性电子产品中，因为激光有安全性的问题，几毫瓦的低功率照射，都足以危害到人眼的视力。因此，目前已针对激光进行安全等级规范，比如，分为下列几级：
第1级(ClassI/1)：激光在装置内是安全的。通常是因为光束被封闭在内，例如使用在CD播放器内的激光。
第2级(ClassII/2)：在正常使用状况下是安全的，眼睛的眨眼反射可以避免受到伤害。这类设备通常功率低于1mW，例如激光指示器。
第3a/R级(ClassIIIa/3R)：功率通常会达到5mW，并且在眨眼反射的时间内会有对眼睛造成伤害的小风险。注视这种光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。
第3b/B级(ClassIIIb/3B)：在暴露下会对眼睛造成立即的损伤。
第4级(ClassIV/4)：激光会烧灼皮肤，在某些情况下，即使散射的激光也会对眼睛和皮肤造成伤害。
激光投影系统具有体积小，对比值高，宽广色域及无需对焦(Focusfree)等优点，故而，现已逐渐为人们所接受并使用。但如果要将激光使用在投影装置内，得符合上述安全规范。
以目前来说，为避免激光光源对于人眼造成伤害，可以在激光投影系统上加装影像传感器。影像传感器会侦测画面，并将侦测结果回传给激光投影系统，以判断是否有人处于投影范围及其位置。通常，这类的激光投影系统需要较为复杂的算法与高电路成本。
另一种激光安全防护则是利用于激光投影系统上安装光强度传感器，来侦测投影范围内的光强度反射信号。如果在侦测范围中感应到有物体移动，则降低激光光源的能量或是关掉激光光源。
目前所用的光强度传感器包括主动式红外线光强度传感器与被动式远红外线光强度传感器。被动式远红外线光强度传感器乃是侦测是否有出现因温度变化而产生电荷。故而，如果在激光投影装置开机前，人已处在于投影范围中，则被动式远红外线光强度传感器无法感应这种情况。
主动式红外线光传感器发射红外线光束来侦测物体移动，其乃是判断反射光强度是否随时间变化，来判断是否有移动物体经过。故而，主动式红外线光传感器无法侦测到静态物体的存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有安全保护机制的激光投影系统，以改进公知技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的激光投影系统，包括：
一激光光源，发出一激光；以及
一人体侦测模块，用以侦测该激光投射于一对象的一反射光，该人体侦测模块根据该反射光的复数反射率间的关系来判断该对象是否为人类，如果是的话，该人体侦测模块控制该激光光源以调降一激光输出强度。
所述的激光投影系统，其中，该激光光源发出一可见激光与一不可见激光；以及
该人体侦测模块根据一可见激光反射率与一不可见激光反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
所述的激光投影系统，其中，该可见激光包括红光、蓝光与绿光，该不可见激光包括近红外线；以及
该人体侦测模块根据一蓝光反射率与一红外线反射率间的关系，以及一绿光反射率与一红外线反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
所述的激光投影系统，其中，该激光光源发出红光、蓝光与绿光；以及该人体侦测模块根据一蓝光反射率与一红光反射率间的关系，以及
一绿光反射率与一红光反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
所述的激光投影系统，其中，该激光投影系统的一投影范围小于该人体侦测模块的的一侦测范围。
所述的激光投影系统，其中，于该人体侦测模块判断该对象为人类并控制该激光光源调降该激光输出强度之后，如果该人体侦测模块之后再侦测时，并未侦测到一人类对象的话，则该人体侦测模块控制该激光光源来调高该激光输出强度。
所述的激光投影系统，包括：一距离侦测模块，其用以侦测一投影面的各区域与该激光投影系统间的个别距离，来分区动态地调整该激光输出强度。
所述的激光投影系统，其中，该距离侦测模块整理该投影面的一距离信息，以建立一距离地图，并依据该距离地图来分区调整该激光输出强度。
所述的激光投影系统，其中，该激光投影系统的一投影范围小于该距离侦测模块的的一侦测范围。
本发明提供的激光投影系统，在不影响观看者的观赏的下，可动态侦测人体，以动态调整激光输出强度，避免激光伤害人体。
本发明提供的激光投影系统，在不影响观看者的观赏的下，可动态侦测投影距离，以分区动态调整激光输出强度，避免因投影距离不同导致画面强度不同。
附图说明
图1显示根据本发明实施例的安全保护机制的激光投影系统100的示意图。
图2显示根据本发明实施例的分区调整激光强度的示意图。
图3显示根据本发明实施例的激光投影系统100的操作流程图。
图4显示不同人种(黄种人、白种人与黑种人)的皮肤反射率。
附图中主要组件符号说明：
100激光投影系统；110距离侦测模块；120人体侦测模块；130人类；R1投影范围；R2侦测范围；210投影面；210A-210B子投影面；310-350步骤。
具体实施方式
本发明实施例提出一种具有安全保护机制的激光投影系统，其具有距离侦测模块，来根据投影面(如布幕等)与激光投影系统间的距离动态地调整激光输出强度。
本发明实施例提出一种具有安全保护机制的激光投影系统，其具有人体侦测模块。当侦测到投影光路内的区域有人类存在时，降低该区域的激光强度，而其他无人区域则不调整激光强度。
本发明实施例提出一种具有安全保护机制的激光投影系统，其根据反射光的复数反射率间的关系来判断投影光路内的区域是否有人类存在。
根据本发明的一示范性实施例，提出一种激光投影系统包括：一激光光源，发出一激光；以及一人体侦测模块，用以侦测该激光投射于一对象的一反射光。该人体侦测模块根据该反射光的复数反射率间的关系来判断该对象是否为人类。如果是的话，该人体侦测模块控制该激光光源以调降一激光输出强度。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，以下特举实施例，并配合附图作详细说明如下：
于本发明实施例中，激光投影系统根据投影面与激光投影系统间的距离来动态地调整激光输出强度，以使得投射至不同距离的不同区域的激光强度有所调整。
于本发明实施例中，具有安全保护机制的激光投影系统侦测到投影光路内的区域有人类存在时，降低有人区域的激光强度，而其他无人区域则不调整激光强度。
于本发明实施例中，具有安全保护机制的激光投影系统根据可见光反射强度与近红外线光反射强度间的关系来判断投影光路内的区域是否有人类存在，并降低对有人区域的激光强度。
请参考图1，其显示根据本发明实施例的安全保护机制的激光投影系统100的示意图。如图1所示，激光投影系统100包括：距离侦测模块110与人体侦测模块120。距离侦测模块110用以侦测投影面与激光投影系统100之间的距离。人体侦测模块120则侦测在投影光路内是否有人类出现。
为让侦测更加完善，于本发明实施例中，激光投影系统100的投影范围R1可小于距离侦测模块110与人体侦测模块120的侦测范围R2。这是因为，有时人类130可能位于投影范围R1的边缘处(如图1所示)。
于本发明实施例中，距离侦测模块110侦测出投影面各区域相对于激光投影系统100的距离。整理这些距离信息，可建立出距离地图。此距离地图比如包括，各区域相对于激光投影系统100的距离。依据此距离地图来分区及/或动态地调整激光输出强度。
此外，于本发明实施例中，距离侦测模块110的操作原理可如下所述，但不受限于此。将一输入信号fO及一输入信号fI混合后，经过驱动单元，而输入至激光光源，输入信号fO及输入信号fI的频率有些细微的差异(0.1～100K，视情况与应用而定)。激光光源所发出的激光投射于待测物体而反射至距离侦测模块110。此反射激光由距离侦测模块110内的光侦测器侦测反射光强度。反射光强度信号经信号放大及处理后，被低通滤波器所滤波。输入信号fO及输入信号fI的反射的混合信号也被另一低通滤波器所滤波。对此两滤波后的信号比较其相位差异。根据相位差异，得知待测物体与距离侦测模块110间的距离。
如果激光投影系统100所投射出的激光太强的话，则可能会伤害人类，但如果激光不够强的话，则画面亮度可能会不足。故而，人体侦测模块120可实时侦测是否有人类站在激光投影系统100的投影范围R1内。如果侦测到投影光路内的区域有人类存在时，则降低有人区域的激光强度，而其他无人区域则不调整激光强度。
激光投影系统100还包括：镜片模块。此镜片模块可进行二维方向的摆动。此镜片模块可包括单一镜片或是镜片组。由光源(其可为同轴激光，含有红蓝绿三光束以及红外线)所射出的激光束经由此镜片模块反射后，可使得反射光的扫描顺序为栅状扫描(rasterscan，即先左到右，再上到下的扫描法)或是李沙育扫描(Lissajousscan)。由镜片模块所反射后的激光照射于投影面上，人眼的视觉暂留原理使得人眼能看到影像。
此外，于本发明实施例中，距离侦测模块110的激光光源可利用激光投影系统100现有的激光光源，或是另外加入一独立激光光源(其可为可见光或不可见光)。在不影响观看者的观看下，此独立激光光源进行范围距离侦测，并利用激光光源通过镜片模块后的时间差异来进行区域距离辨别。
由于镜片模块的摆动角度决定激光点照射在投影面上的位置，故而，侦测此镜片模块在二维方向摆动的角度，便可得知激光在投影平面上的X-Y坐标位置。当激光扫描到人体时，人体会反射此激光。光侦测器(比如是光二极管，photodiode)接收反射激光，比对反射激光的频谱反射率，便可得知目标物的相对位置。光侦测器放置于激光光源的出射口同侧。至于侦测此镜片模块的摆动角度的变化量则可利用电容式或光学式的侦测系统。
因为使用扫描型的反射镜片模块，因此通过红外线(IR)光源及光侦测器可以得到空间中的每一点位置的时间-反射光强度分布，进而得知物体位置，即便是静止物体仍可侦测到。而不像传统红外线侦测系统只能侦测移动中的物体而无法侦测静止物体。
此外，除原有的红绿蓝光源，本发明实施例还可再外加一管红外线光源以及光侦测器来侦测物体位置，但不会增加过多的光源成本以及空间。
此外，以目前技术来说，虽然用影像侦测器可侦测到静止的物体位置，但其成本过高。在本发明实施例中，利要反射镜片模块以及光侦测器即可侦测静止/动态物体的位置。所以，在本发明实施例中，激光投影系统100能侦测在投影范围内的移动或静止物体，并据以调整激光功率。
请参考图2，其显示根据本发明实施例的分区调整激光强度的示意图。假设投影面210非为平整，投影面210可分为两个子投影面210A与210B。于图2中，子投影面210A较子投影面210B靠近激光投影系统100。于激光投影系统100开机时，距离侦测模块110会发出光线(比如为可见光或不可见光等可)，以测试投影面210与激光投影系统100之间的距离。
如图2所示，如果激光投影系统100侦测出子投影面210A较子投影面210B靠近激光投影系统100的话，则激光投影系统100分区地调整激光的强度。比如，投射至子投影面210A的激光的强度低于投射至子投影面210B的激光的强度。如此一来，使用者在观看时，感觉画面亮度较为均匀，故而可以避免因距离不同的关系而让使用者感觉所看到的画面亮度有所不同。
请参考图3，其显示根据本发明实施例的激光投影系统100的操作流程图。如图3所示，于步骤310中，启动激光投影系统100。于步骤320中，分区侦测投影距离并建立距离地图。步骤320的细节可如上述般，故于此不重述。于步骤330中，侦测投影光路中是否有人类或肤色对象存在，并判断其所在区域。于本发明实施例中如何侦测投影光路中是否有人类或肤色对象存在将于以下说明。
如果于步骤330中侦测到投影光路中有人类或肤色对象存在的话，于步骤340中，调低激光强度。调低激光强度的方式比如有，将激光输出周期拉大(也就是每单位时间所发出的光束次数降低)，或是，调低激光的投影密度(也就是，每单位面积所发出的光束点数降低)。甚至，于步骤340中，将激光强度调低至低于最大容许曝光强度(MaximumPermissibleExposure，MPE)。调低激光强度后，流程回至步骤320。
如果于步骤330中并未侦测到投影光路中有人类或肤色对象存在的话，于步骤350中，依所建立的距离地图，分区调整激光强度。甚至，于本发明实施例中，可以在步骤350执行后，重回至步骤320来重新分区侦测投影距离，这是因为，投影距离有可能会有所改变。
在调低激光强度后，在步骤330中，如果侦测到投影光路中并未有人类或肤色对象存在(也就是说，这可能代表人类已离开投影光路)，则本发明实施例更可将激光调整至最大容许曝光强度或之上。
现说明本发明实施例如何侦测人类及/或肤色对象。请参考图4，其显示不同人种(黄种人、白种人与黑种人)的皮肤的反射率。在本发明实施例中，对于人体侦测乃是用频谱比对法。比对多个不同特定波长对不同人种的皮肤的反射率差异，可以判断出此反射是否由人类皮肤所造成。底下分别依两种情况说明：
(A)人类侦测模块额外采用不可见光光源：
如所知，红光波长、蓝光波长与绿光波长分别为638nm、445nm与515nm。近红外线光的波长则为930nm。故而，如果人类侦测模块额外采用不可见光光源的话，在侦测是否有人类时，人类侦测模块会发出：近红外线光、红光、蓝光与绿光。由图4可知，近红外线光反射率、蓝光反射率与绿光反射率之间差异较大。故而，在侦测时，比较近红外线光反射率与蓝光反射率，以及比较近红外线光反射率与绿光反射率，可据以判断此反射是否由人类皮肤所造成。更详细地说，根据以下判断式来判断：
Lum(930nm)-2*Lum(445nm)＞0(1)
Lum(930nm)-Lum(515nm)＞0(2)
如果上式(1)与(2)都成立的话，则本发明实施例判断此反射乃由人类皮肤所造成，也就是说，本发明实施例据以判断有人类存在于投影范围内。
(B)人类侦测模块不采用不可见光光源：
如果人类侦测模块并不额外采用不可见光光源的话，在侦测是否有人类时，人类侦测模块会发出：红光、蓝光与绿光。由图4可知，红光反射率、蓝光反射率与绿光反射率之间差异较大。故而，在侦测时，比较红光反射率与蓝光反射率，以及比较红光反射率与绿光反射率，可据以判断此反射是否由人类皮肤所造成。更详细地说，根据以下判断式来判断：
Lum(638nm)-Lum(445nm)＞0(3)
Lum(638nm)-Lum(515nm)＞0(4)
如果上式(3)与(4)都成立的话，则本发明实施例判断此反射乃由人类皮肤所造成，也就是说，本发明实施例据以判断有人类存在于投影范围内。
亦即，于本发明实施例中，根据可视光反射率与不可视光反射率间的关系，可判断是否有人类存在于投影范围内。
此外，由于近红外线光反射率与红光反射率之间差异较不明显，故而，在上述说明中虽不根据近红外线光反射率与红光反射率之间差异，但本领域技术人员当知，在本发明其他可能实施例中，亦可以根据近红外线光反射率与红光反射率之间差异来判断是否有人类存在于投影范围内，此皆在本发明精神范围内。
由上述可知，在本发明实施例中，在不影响观看者的观赏的下，可动态侦测人体，以动态调整激光输出强度，避免激光伤害人体。
由上述可知，在本发明实施例中，在不影响观看者的观赏的下，可动态侦测投影距离，以分区动态调整激光输出强度，避免因投影距离不同导致画面强度不同。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以申请的权利要求范围所界定的内容为准。

Claims (8)

1.一种激光投影系统，包括：
一激光光源，发出一激光；以及
一人体侦测模块，用以侦测该激光投射于一对象的一反射光，该人体侦测模块根据该反射光的复数反射率间的关系来判断该对象是否为人类，如果是的话，该人体侦测模块控制该激光光源以调降一激光输出强度；
其中，该激光光源发出一可见激光与一不可见激光；以及该人体侦测模块根据一可见激光反射率与一不可见激光反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
2.根据权利要求1所述的激光投影系统，其中，该可见激光包括红光、蓝光与绿光，该不可见激光包括近红外线；以及
该人体侦测模块根据一蓝光反射率与一红外线反射率间的关系，以及一绿光反射率与一红外线反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
3.根据权利要求1所述的激光投影系统，其中，该激光光源发出红光、蓝光与绿光；以及
该人体侦测模块根据一蓝光反射率与一红光反射率间的关系，以及一绿光反射率与一红光反射率间的关系来判断该对象是否为人类。
4.根据权利要求1所述的激光投影系统，其中，该激光投影系统的一投影范围小于该人体侦测模块的的一侦测范围。
5.根据权利要求1所述的激光投影系统，其中，于该人体侦测模块判断该对象为人类并控制该激光光源调降该激光输出强度之后，如果该人体侦测模块之后再侦测时，并未侦测到一人类对象的话，则该人体侦测模块控制该激光光源来调高该激光输出强度。
6.根据权利要求1所述的激光投影系统，包括：一距离侦测模块，其用以侦测一投影面的各区域与该激光投影系统间的个别距离，来分区动态地调整该激光输出强度。
7.根据权利要求6所述的激光投影系统，其中，该距离侦测模块整理该投影面的一距离信息，以建立一距离地图，并依据该距离地图来分区调整该激光光输出强度。
8.根据权利要求6所述的激光投影系统，其中，该激光投影系统的一投影范围小于该距离侦测模块的的一侦测范围。
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