CN103809351A - 具检测投影画面变形的光学投影系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具检测投影画面变形的光学投影系统及其检测方法。该检测投影画面变形的光学投影系统包含一激光源系统、一扫描单元、一检测单元及一信号控制处理单元。该激光源系统用于产生至少一可见光波长的可见激光以及一检测激光。该扫描单元用于将该可见激光及检测激光投射至一投影面上，并带动该可见激光及检测激光沿着多条扫描线扫描以形成一投影画面。该检测单元用于检测被该投射面反射的该检测激光，并输出一电压信号。该信号控制处理单元根据该电压信号判定该投影画面是否变形，并决定是否执行一校正动作。

Description

具检测投影画面变形的光学投影系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种具有检测投影画面变形的光学投影系统，尤其涉及一种利用检测反射的激光的电压信号来判断投影画面是否变形的光学投影系统及其检测方法。

背景技术

目前投影机可有不同应用方式，例如固定在会议室或房间的一个位置，或是可移动地摆放在桌面上。然而，不论是哪种应用方式，目前的投影机都需要用手动的方式来调整投影出的图像状态。

一般适合观赏的投影画面为一方形，因此投影机的设计一般亦会使其投射出的投影画面为方形。然而，当投影机与投影面有相对的倾斜时，通常会使投射出的投影画面产生变形。此时，使用者需要经过手动的方式调整投影机的投影画面形状，让投影画面回到方形或减少投影画面的变形量，此种校正一般称为梯形校正。

随着技术的发展，投影机的体积逐渐微小化，甚至可以内建于可携式装置上，例如内建于手机、相机、摄像机或笔记型计算机上。当此种微型投影机被应用在这些可携式装置的时候，微型投影机和投影面之间更容易产生相对的倾斜，使投射出的投影画面更容易发生变形的状况。此时，如果是还需要通过手动的方式来进行梯形校正，就显得非常麻烦且不实用。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学投影系统，其可通过检测自投影面反射的激光的电压信号来判断投射出的投影画面是否有变形，并根据判断结果来决定是否进行投影画面的校正动作，以达到自动校正投影画面的功能。

根据上述目的，本发明提出一种具检测投影画面变形的光学投影系统，该光学投影系统包含有：一激光源系统、一扫描单元、一检测单元及一信号控制处理单元。该激光源系统用以发出至少一可见光波长的激光及一检测激光。该扫描单元用以将激光源系统发出的可见光波长的激光及检测激光投射扫描于一投影面上。该检测单元用以检测被该投影面反射的该检测激光，并输出一电压信号。该信号控制处理单元用以根据接收到的电压信号判断投射于投影面上的投影画面是否变形，并决定是否进行一校正动作。

本发明另提出一检测投影画面变形的方法，应用于一光学投影系统，该方法包含：投射一检测激光至一投影面上，并带动该检测激光沿着多条扫描线扫描以形成一投影画面；检测被该投影面反射的该检测激光，并输出一电压信号；以及根据该电压信号判定该投影画面是否变形，并决定是否执行一校正动作。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为本发明的光学投影系统的一实施例示意图。

图2为本发明实施例的正常投影画面与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

图3为本发明实施例的第一种投影画面变形与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

图4为本发明实施例的第二种投影画面变形与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

图5为本发明实施例的检测投影画面变形的方法流程图。

附图标记说明

10        光学投影系统

11        激光源系统

12        扫描单元

13        投影面

14        检测单元

15        信号控制处理单元

110       激光源控制单元

111~113   第一激光二极管

114       第二激光二极管

121~124    光学调整元件

21~41      投影画面

51~54      步骤

具体实施方式

图1绘示为本发明光学投影系统的一实施例示意图。光学投影系统10包含一激光源系统11、一扫描单元12、一检测单元14以及一信号控制处理单元15。激光源系统11用以发出至少一可见光波长的激光及一检测激光。扫描单元12用以将激光源系统11发出的可见光波长的激光及检测激光投射扫描于一投影面13上。检测单元14用以接收由投影面13反射的检测激光，并发出一电压信号至信号控制处理单元15。信号控制处理单元15用以根据接收到的电压信号判断投射于投影面13上的投影画面是否变形，并决定是否进行一校正动作。

在本发明实施例中，激光源系统11包含多个第一激光二极管111、112、113，以及一第二激光二极管114。多个第一激光二极管111、112、113用以各别发出一可见光波长的激光，并经过扫描单元12投射扫描于一投影面13上形成一投影画面。第二激光二极管114用以发出一检测激光，并经过扫描单元12投射扫描于投影面13上，且投射于投影面13上的检测激光会被反射并被检测单元14接收。在一优选实施例中，第一激光二极管111、112、113包含一蓝色激光二极管111、一绿色激光二极管112以及一红色激光二极管113。第二激光二极管114为一红外光激光二极管114，用以发出一不可见光波长的检测激光。

在本发明实施例中，激光源系统11还包含一激光源控制单元110以及多个光学调整元件121、122、123、124。激光源控制单元110用以输出控制信号至第一及第二激光二极管111~114，使第一及第二激光二极管111~114分别发出可见光波长的激光及检测激光。光学调整元件121~124用以调整可见光波长的激光及检测激光的光路，使其投射至扫描单元12。

在本发明实施例中，扫描单元12可为一二维微机电扫描镜(two-dimensionMEMS scanning mirror)，用以将激光源系统11发出的激光投射至投影面13上，并带动激光在投影面13上来回扫描，以形成一投影画面。扫描单元12可带动激光在投影面13上沿着水平及垂直方向来回扫描，其中水平扫描频率高于垂直扫描频率，例如水平扫描频率为18k Hz，垂直扫描频率为60Hz。当然，根据不同的应用，也可设定垂直扫描频率高于水平扫描频率。

在本发明实施例中，扫描单元12会同时将可见光波长的激光及检测激光投射扫描于投影面13上，然而由于检测激光为一不可见光波长的激光，例如为红外光，其无法被人眼察觉，因此并不会影响投影画面的呈现。

在本发明实施例中，检测单元14为一光检测器，用以接收由投影面13反射的检测激光，并根据接收到的反射的检测激光的强度发出一电压信号至信号控制处理单元15。在检测激光为一红外光的实施例中，检测单元14为一红外光检测器。以下将进一步说明检测单元14发出的电压信号与投影画面变形的关系。

请参阅图2，图2所绘示为本发明实施例的正常投影画面与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

在本发明实施例中，其设定当投影画面为一正常投影画面时，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间视为没有相对的倾斜。如图2所示，投影画面21是一正常投影画面，一般例如为一方形的投影画面，且其长宽比可为一般常见的16:9或4:3。然而，随着图像数据的不同，其长宽比也可跟着不同，以便于达到最佳的观赏效果。

如前所述，扫描单元12会带动检测激光在投影面13上沿着水平及垂直方向来回扫描，其中，由于扫描单元12的摆动角度为固定，因此每条扫描线的扫描时间亦为固定。如图2所示，假设Ta是扫描线a的扫描时间，而扫描线b为扫描线a后续的扫描线，且Tb是扫描线b的扫描时间，则扫描时间Ta等于扫描时间Tb。如图2所示，在本发明的实施例中，扫描线b为扫描线a后续的下一条扫描线，在其他的实施例中，扫描线b可为扫描线a后续的任一条扫描线。再者，当检测激光沿着单一条扫描线在投影面13上扫描时，其被投影面13反射的检测激光会被检测单元14接收，并在该条扫描线的扫描时间中产生一电压信号，如图2所示。

在本发明实施例中，每条扫描线所对应的电压信号具有一起始电压电平Vs及一结束电压电平Ve，其中，起始电平Vs对应至扫描线的起始位置，而结束电平Ve对应至扫描线的终点位置。如图2所示，对应扫描线a的电压信号Va具有起始电平Vsa及结束电平Vea，其分别对应至扫描线a的起始位置及终点位置，而对应扫描线b的电压信号Vb具有起始电平Vsb及结束电平Veb，其分别对应至扫描线b的起始位置及终点位置。

在图2的例子中，由于当投影画面21为一正常投影画面时，其设定光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间可视为没有相对的倾斜。如此，当检测激光在投影面13扫描时，检测激光在投影面13上的不同位置被投影面13反射后到被检测单元14接收的路径距离也可视为相等，因此，检测单元14接收到的检测激光的强度亦大致上相等，且其对应输出的电压信号的电平亦大致上相等。

换句话说，当扫描单元12带动检测激光沿扫描线a在投影面13上扫描时，检测单元14在对应扫描线a的扫描时间Ta内所接收到的检测激光的强度大致上相等，其输出的电压信号Va的波形可视为一水平波形，因此对应扫描线a的电压信号Va的起始电平Vsa与结束电平Vea大致上相等，如图2所示。同理，当扫描单元12带动检测激光沿扫描线b在投影面13上扫描时，检测单元14在对应扫描线b的扫描时间Tb内所接收到的检测激光的强度大致上相等，其输出的电压信号Vb的波形可视为一水平波形，因此对应扫描线b的电压信号Vb的起始电平Vsb与结束电平Veb大致上相等，如图2所示。

再者，在正常投影画面中，除了单一扫描线的电压信号的起始电平至结束电平大致上相等外，每条扫描线的电压信号的平均电压电平亦大致上相等。换句话说，对应扫描线a的电压信号Va的起始电平Vsa与对应扫描线b的电压信号Vb的起始电平Vsb大致上相等。同理，对应扫描线a的电压信号Va的结束电平Vea与对应扫描线b的电压信号Vb的结束电平Veb亦大致上相等。

接着，将以设定当投影画面为一正常投影画面时，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间视为没有相对的倾斜为例，进一步说明其对应的投影画面变形的不同状态及检测单元发出的电压信号的关系。请参阅图3，图3所绘示为本发明实施例的第一种投影画面变形与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

在第一种投影画面变形中，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间有相对的倾斜，其倾斜的方式以扫描线的扫描顺序而言，投影面13对应顺序在前的扫描线的投影位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近。以扫描线的扫描顺序为沿垂直方向由上而下为例，投影面13的上方相对地往光学投影系统10倾斜靠近，如图3所示，使投影画面31变形成一上窄下宽的梯形画面。

由于投影面13对应顺序在前的扫描线的投影位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近，因此检测激光被投影面13反射后到被检测单元14接收的路径距离会根据扫描线的扫描顺序而产生变化。顺序在前的扫描线的检测激光反射后到被检测单元14接收的路径距离会相对地变短，而顺序在后的扫描线的检测激光反射后到被检测单元14接收的路径距离会相对地变长。因此，检测单元14接收到的检测激光的强度亦会根据扫描线的扫描顺序而产生变化。顺序在前的扫描线的检测激光的强度会相对地变强，而顺序在后的扫描线的检测激光的强度会相对地变弱。因此，检测单元14对应顺序在前的扫描线所输出的电压信号的电平会相对地变大，而检测单元14对应顺序在后的扫描线所输出的电压信号的电平会相对地变小。

再者，由于投影面13的扫描线的起始位置及终点位置相对于光学投影系统10的位置并没有变化，因此检测单元14在对应同一扫描线的扫描时间内所接收到的检测激光的强度大致上相等。以单一扫描线的扫描方向为沿水平方向由左而右为例，投影面13的左右两侧相对于光学投影系统10并没有倾斜，因此在同一扫描线的扫描时间内，检测单元14所接收到的检测激光的强度大致上相等，其输出的电压信号的电压电平大致上相等，且其电压信号的起始电平与结束电平大致上相等。

如图3所示，扫描线a具有一对应的电压信号Va，而扫描线b具有一对应的电压信号Vb，且扫描线a的扫描顺序在扫描线b之前。如前所述，由于在单一扫描线的扫描时间内，其对应的电压信号的电压电平大致上相等，且其电压信号的起始电平与结束电平大致上相等。因此，电压信号Va的起始电平Vsa与结束电平Vea大致上相等，且电压信号Vb的起始电平Vsb与结束电平Veb大致上相等。

再者，由于投影面13对应顺序在前的扫描线的投影位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近，使得检测单元14对应顺序在前的扫描线所输出的电压信号的电平相对地变大，而检测单元14对应顺序在后的扫描线所输出的电压信号的电平相对地变小。因此，对应扫描顺序在前的扫描线a的电压信号Va具有较大的起始电平Vsa，而对应扫描顺序在后的扫描线b的电压信号Vb具有较小的起始电平Vsb，如图3所示。

相对地，在第一种投影画面变形中，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间相对的倾斜方式，以扫描线的扫描顺序而言，也可为投影面13对应顺序在后的扫描线的投影位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近。以扫描线的扫描顺序为沿垂直方向由上而下为例，投影面13的下方相对地往光学投影系统10倾斜靠近。

在此种状况下，与前述状况相同，其在单一扫描线的扫描时间内，其对应的电压信号的电压电平大致上相等，且其电压信号的起始电平与结束电平大致上相等。然而，由于倾斜的方向相反，因此其与前述状况不同的地方在于，检测单元14对应顺序在前的扫描线所输出的电压信号的电平会相对地变小，而检测单元14对应顺序在后的扫描线所输出的电压信号的电平会相对地变大。因此，对应扫描顺序在前的扫描线的电压信号具有较小的起始电平，而对应扫描顺序在后的扫描线的电压信号具有较大的起始电平。

根据上述特性，信号控制处理单元15可根据对应扫描顺序在前的扫描线的电压信号的起始电平与对应扫描顺序在后的扫描线的电压信号的起始电平之间的差异，来判定投影画面是否发生第一种投影画面变形，并决定是否执行投影画面的校正动作。在一实施例中，信号控制处理单元15可设定一第一预设值，用以比较对应扫描顺序在前与对应扫描顺序在后的扫描线的电压信号的起始电平之间的差异值是否超过第一预设值。如果其差异值超过第一预设值，则判定投影画面发生第一种投影画面变形，并执行投影画面的校正动作。

再者，在前述的第一种投影画面变形中，由于在单一扫描线的扫描时间内，其对应的电压信号的电压电平大致上相等，因此，除了根据比较电压信号的起始电平之外，在其他实施例中，也可比较电压信号的结束电平、平均电平或在扫描线的扫描时间中任一点的电平。

接着，请参阅图4，图4所绘示为本发明实施例的第二种投影画面变形与检测单元发出的电压信号的关系示意图。

在第二种投影画面变形中，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间有相对的倾斜，其倾斜的方式以同一条扫描线的扫描方向而言，投影面13对应同一条扫描线的终点位置的投影位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近。以同一条扫描线的扫描方向为由左而右为例，投影面13的右方相对地往光学投影系统10倾斜靠近，如图4所示，使投影画面41变形成一右窄左宽的梯形画面。

由于投影面13对应同一条扫描线的终点位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近，因此检测激光被投影面13反射后到被检测单元14接收的路径距离会根据同一条扫描线的扫描位置而产生变化。同一条扫描线的终点位置的检测激光反射后到被检测单元14接收的路径距离会相对地变短，而同一条扫描线的起始位置的检测激光反射后到被检测单元14接收的路径距离会相对地变长。因此，检测单元14接收到的检测激光的强度亦会根据同一条扫描线的扫描位置而产生变化。同一条扫描线的终点位置的检测激光的强度会相对地变强，而同一条扫描线的起始位置的检测激光的强度会相对地变弱。因此，检测单元14对应同一条扫描线的终点位置所输出的电压信号的结束电平会相对地变大，而检测单元14对应同一条扫描线的起始位置所输出的电压信号的起始电平会相对地变小。因此，对应同一条扫描线的电压信号的起始电平小于结束电平。

如图4所示，扫描线a具有一对应的电压信号Va，而扫描线b具有一对应的电压信号Vb，且扫描线a的扫描顺序在扫描线b之前。如前所述，对应的同一条扫描线的电压信号的起始电平小于结束电平。因此，电压信号Va的起始电平Vsa小于结束电平Vea。同样地，电压信号Vb的起始电平Vsb小于结束电平Veb。

再者，由于顺序在前的扫描线的起始位置及顺序在后的扫描线的起始位置相对于光学投影系统10的位置并没有变化，因此检测单元14在对应不同扫描线的起始位置所接收到的检测激光的强度大致上相等；同理，检测单元14在对应不同扫描线的终点位置所接收到的检测激光的强度亦大致上相等。因此，扫描顺序在前的扫描线a的电压信号Va的起始电平Vsa与扫描顺序在后的扫描线b的电压信号Vb的起始电平Vsb大致上相等；扫描顺序在前的扫描线a的电压信号Va的结束电平Vea与对应扫描顺序在后的扫描线b的电压信号Vb的结束电平Veb大致上相等，如图4所示。

相对地，在第二种投影画面变形中，光学投影系统10投射出的激光与投影面13之间相对的倾斜方式，以同一条扫描线的扫描方向而言，也可为投影面13对应同一条扫描线的起始位置相对地往光学投影系统10倾斜靠近。以扫描线的扫描方向为由左而右为例，投影面13的左方相对地往光学投影系统10倾斜靠近。

在此种状况下，与前述状况相同，顺序在前的扫描线的电压信号的起始电平与顺序在后的扫描线的电压信号的起始电平大致上相等；顺序在前的扫描线的电压信号的结束电平与顺序在后的扫描线的电压信号的结束电平大致上相等。然而，由于倾斜的方向相反，因此其与前述状况不同的地方在于，检测单元14对应同一条扫描线的起始位置的电压信号的起始电平会相对地变大，而检测单元14对应同一条扫描线的终点位置的电压信号的结束电平会相对地变小。因此，对应同一条扫描线的起始位置的电压信号具有较大的起始电平，而对应同一条扫描线的终点位置的电压信号具有较小的结束电平。

根据上述特性，信号控制处理单元15可根据对应同一条扫描线的电压信号的起始电平与对应同一条扫描线的电压信号的结束电平之间的差异，来判定投影画面是否发生第二种投影画面变形，并决定是否执行投影画面的校正动作。在一实施例中，信号控制处理单元15可设定一第二预设值，用以比较对应同一条扫描线的电压信号的起始电平与结束电平之间的差异值是否超过第二预设值。如果其差异值超过第二预设值，则判定投影画面发生第二种投影画面变形，并执行投影画面的校正动作。

接着，请参阅图5，图5所绘示为本发明实施例的检测投影画面变形的方法流程图。当扫描单元12带动检测激光投射于投影面13上来回扫描时，检测单元14接收由投影面13反射的检测激光，并根据接收到的反射的检测激光的强度发出一电压信号至信号控制处理单元15(步骤51)。接着，信号控制处理单元15根据接收到的电压信号来判定投影画面是否发生变形(步骤52)。当判定结果为投影画面发生变形时，则输出一校正控制信号以执行投影画面校正的动作(步骤53)。当判定结果为投影画面并未发生变形时，则投影系统10继续维持正常操作(步骤54)。

在步骤52中，信号控制处理单元15可根据对应同一条扫描线的电压信号的起始电平与其结束电平之间的差异，来判定投影画面是否发生投影画面变形，及或根据对应扫描顺序在前的扫描线的电压信号的电平与对应扫描顺序在后的扫描线的电压信号的电平之间的差异，来判定投影画面是否发生投影画面变形。

再者，在一实施例中，在步骤52中，当信号控制处理单元15输出校正控制信号以执行投影画面校正的动作时，投影系统10可回到步骤51，接收由投影面13反射的检测激光并发出对应的电压信号。接着，进入步骤52，信号控制处理单元15根据接收到的电压信号来判定投影画面是否发生变形。如果判定结果仍为投影画面发生变形时，则进入步骤53，继续执行投影画面校正的动作，直到判定投影画面并未发生变形，并进行正常操作(步骤54)。如此，投影系统10可达到自动校正投影画面的功能。

在本发明实施例中，其可在当光学投影系统启动时，同时启动检测投影画面变形的动作。再者，检测投影画面变形的动作也可设定为定期或不定期的启动。此外，其也可以于执行完检测并校正的功能后随即关闭该功能，而当使用者发现投影画面发生变形时，再次启动检测并校正的功能。此外，当执行检测并校正的功能时，可以是在投影系统未投影出图像画面时执行，或是在投影系统投影出图像画面的同时执行检测并校正的功能。

综上所述，虽然本发明已经以优选实施例公开如上，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，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (18)

1.一种具检测投影画面变形的光学投影系统，包含有：

一激光源系统，用以产生至少一可见光波长的可见激光以及一检测激光；

一扫描单元，用以将该可见激光及该检测激光投射至一投影面上，并带动该可见激光及该检测激光沿着多条扫描线扫描以形成一投影画面；

一检测单元，用以检测被该投影面反射的该检测激光，并输出一电压信号；

一信号控制处理单元，用以根据该电压信号判定该投影画面是否变形，并决定是否执行一校正动作。

2.如权利要求1所述的光学投影系统，其中该检测单元对应这些扫描线中的一第一扫描线输出一第一电压信号。

3.如权利要求2所述的光学投影系统，其中该信号控制处理单元根据该第一电压信号的一起始电平及一结束电平来判定该投影画面是否变形。

4.如权利要求3所述的光学投影系统，其中当该起始电平与该结束电平的差异值超过一预设值时，判定该投影画面为变形。

5.如权利要求2所述的光学投影系统，其中该检测单元对应这些扫描线中的一第二扫描线输出一第二电压信号。

6.如权利要求5所述的光学投影系统，其中该信号控制处理单元根据该第一电压信号与该第二电压信号的电压电平来判定该投影画面是否变形。

7.如权利要求6所述的光学投影系统，其中当该第一电压信号与该第二电压信号的电压电平的差异值超过一预设值时，判定该投影画面为变形。

8.如权利要求6所述的光学投影系统，其中该电压电平为一起始电平、一结束电平或一平均电平。

9.如权利要求1所述的光学投影系统，其中该检测激光为一不可见光波长的检测激光。

10.一种检测投影画面变形的方法，应用于一光学投影系统，该方法包含：

投射一检测激光至一投影面上，并带动该检测激光沿着多条扫描线扫描以形成一投影画面；

检测被该投影面反射的该检测激光，并输出一电压信号；以及

根据该电压信号判定该投影画面是否变形，并决定是否执行一校正动作。

11.如权利要求10所述的检测投影画面变形的方法，其中该检测激光为一不可见光波长的检测激光。

12.如权利要求10所述的检测投影画面变形的方法，还包含：检测对应这些扫描线中的一第一扫描线所反射的该检测激光，并输出一第一电压信号。

13.如权利要求12所述的检测投影画面变形的方法，还包含：根据该第一电压信号的一起始电平及一结束电平来判定该投影画面是否变形。

14.如权利要求13所述的检测投影画面变形的方法，其中当该起始电平与该结束电平的差异值超过一预设值时，判定该投影画面为变形。

15.如权利要求12所述的检测投影画面变形的方法，还包含：检测对应这些扫描线中的一第二扫描线所反射的该检测激光，并输出一第二电压信号。

16.如权利要求15所述的检测投影画面变形的方法，还包含：根据该第一电压信号与该第二电压信号的电压电平来判定该投影画面是否变形。

17.如权利要求16所述的检测投影画面变形的方法，其中当该第一电压信号与该第二电压信号的电压电平的差异值超过一预设值时，判定该投影画面为变形。

18.如权利要求16所述的检测投影画面变形的方法，其中该电压电平为一起始电平、一结束电平或一平均电平。

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