CN104808420B - 扫描式投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扫描式投影系统，用以在一投影面上呈现一画面，该扫描式投影系统包括：一扫描镜模块，接收一驱动信号而产生摆动，用以带动一混光激光束于该投影面上扫描，并在该投影面上产生多个投影点；一控制单元，包括一权重对照单元，用以根据一位置与权重对照关系将一影像信号转换为一补偿影像信号；其中，该权重对照单元根据这些投影点的位置参照该位置与权重对照关系而得出对应这些投影点的多个权重，并根据这些投影点的位置将该影像信号乘上对应的这些权重而输出该补偿影像信号。

Description

扫描式投影系统

技术领域

本发明是有关于一种投影系统，且特别是有关于一种扫描式投影系统可产生亮度均匀(uniform brightness)的画面。

背景技术

随着投影技术的进步，现在投影机的设计有逐渐轻薄短小的趋势。因此，在市面上已经可以见到微型投影机(pico projector)的应用。微型投影机可通过不同的投影技术系统来产生投影影像。其中，通过扫描镜的摆动带动投影光束于投影面上来回扫描以产生影像的投影技术系统就属于一种扫描式投影系统。

请参照图1A，其所绘示为现有扫描式投影系统的示意图。扫描式投影系统100中的激光模块(laser module)151包括多个颜色的激光光源122～124。激光光源122～124各自发出的光束经由光学对准元件(opticalalignment elements)155后组合成为混光激光束(combined laser beam)154。接着，混光激光束154照射于扫描镜模块152而投射于投影面140上。其中，激光光源122～124分别发射出红色光束、绿色光束、蓝色光束；扫描镜模块152包括微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)扫描镜，简称为MEMS扫描镜。

另外，控制电路153输出影像信号V至激光模块151以及输出驱动信号D至扫描镜模块152。

如图1A所示，驱动信号D控制扫描镜模块152摆动，使得混光激光束154的投影点于投影面140上持续地进行由左至右，再由右至左，并且逐渐由上往下的扫描过程。而投影面140的左上角可视为扫描过程的起点，右下角可视为扫描过程的终点。而影像信号V控制激光模块151于对应的扫描位置产生具有对应的影像设定的混光激光束154，且于一个扫描过程结束之后，可在投影面140呈现一个画面(frame)。之后，再次回到扫描过程的起点(例如左上角)进行下一个扫描过程，以呈现下一个画面。

举例来说，当投影面140的画面率(frame rate)为60时，代表一秒钟会有60个扫描过程，而投影面140会连续出现60个画面。

请参照图1B，其所绘示为现有扫描式投影系统的摆动状态示意图。驱动信号D包括快轴驱动信号以及慢轴驱动信号。其中，快轴驱动信号用以控制扫描镜模块152的快轴摆动(例如水平扫描方向(X方向)摆动)，使扫描镜模块152产生共振频率摆动，并形成类似弦波的周期摆动。相对地，慢轴驱动信号用以控制扫描镜模块152的慢轴摆动(例如垂直扫描方向(Y方向)摆动)，使扫描镜模块152形成类似锯齿波的周期摆动。

如图1B所示，时间点t0为第一画面(frame1)的扫描过程的起点。快轴摆动的二个波谷代表扫描镜模块152于水平扫描方向摆动一个往返，慢轴摆动的二个波谷代表扫描镜模块152于垂直扫描方向摆动一个往返。因此，在时间点t0至时间点t2之间，投影面140上呈现第一画面(frame1)。而时间点t1为扫描过程的终点，时间点t1至时间点t2为由第一画面(frame1)扫描过程的终点回到第二画面(frame2)扫描过程的起点所耗费的时间。

同理，在时间点t2至时间点t3之间，投影面140上呈现第二画面(frame2)；在时间点t3至时间点t4之间，投影面140上呈现第三画面(frame3)。

另外，由图1B可知，现有的快轴驱动信号一般用以驱动扫描镜模块152产生共振频率摆动以作为快轴摆动(水平扫描方向摆动)，使扫描镜模块152产生类似弦波的快轴摆动状态。然而，此类似弦波的快轴摆动状态会使混光激光束154在投影面140上产生非等速扫动，并导致每个投影点的间距不一致，而使得画面的亮度不均匀。

具体而言，如图2所示，在投影面140水平扫描方向的左右二侧区域242、244的投影点间距较密集，所以画面亮度较高。另外，在投影面140水平扫描方向的中间区域投影点间距较稀疏，所以画面亮度较低。换句话说，整个画面的亮度会呈现画面左右二侧区域的亮度较高，画面中间区域较低的情况。

另外，由图1B可知，现有的慢轴驱动信号为锯齿波函数(sawtooth wave)用以控制扫描镜模块152产生类似锯齿波的周期摆动。然而，由于扫描镜模块152的物理特性，当利用锯齿波函数来驱动扫描镜模块152慢轴摆动(垂直扫描方向摆动)时，也会使扫描镜模块152产生抖动，并造成画面的亮度不均匀。

具体而言，由于扫描镜模块152的特性，慢轴驱动信号无法理想地控制扫描镜模块152在垂直扫描方向等速摆动，而是会产生些微的抖动。由于扫描镜模块152垂直扫描方向摆动无法理想地维持在等速，因此在摆动速度变慢时，会造成上下二条扫描线(scan line)间距太短，而成为亮线。如图3所示，若扫描镜模块152于对应特定区域342的垂直扫描方向摆动速度变慢，则在投影面140的特定区域342内的扫描线会过于密集而产生亮线。

当扫描式投影系统在投影面上所呈现的画面中，左右二区域亮度较高且画面中间出现亮线，将使得使用者的眼睛不舒服，观感不佳。

另外，除了上述因摆动状态特性或驱动信号特性而造成扫描镜模块152带动混光激光束154在投影面140上扫描的投影点位置的疏密分布不均匀外，在混光激光束154透射至投影面140的光学路径中，亦会因光学路径上的其他光学元件的影响，而使混光激光束154的投射方向产生偏移，亦即使投影面上的投影点的位置产生偏移，使投影面上的投影点位置的疏密分布不均匀，造成投影面上所呈现的画面亮度不均匀的现象。

发明内容

本发明的目的在于提出一种扫描式投影系统用以产生亮度均匀的画面。

本发明有关于一种扫描式投影系统，用以在一投影面上呈现一画面，该扫描式投影系统包括：一扫描镜模块，接收一驱动信号而产生摆动，用以带动一混光激光束于该投影面上扫描，并在该投影面上产生多个投影点；一控制单元，包括一权重对照单元，用以根据一位置与权重对照关系将一影像信号转换为一补偿影像信号；一激光模块，用以接收该补偿影像信号并产生该混光激光束；其中，该权重对照单元根据所述多个投影点的位置参照该位置与权重对照关系而得出对应所述多个投影点的多个权重，并根据所述多个投影点的位置将该影像信号乘上对应的所述多个权重而输出该补偿影像信号。

附图说明

图1A所绘示为现有扫描式投影系统的示意图。

图1B所绘示为现有扫描式投影系统的摆动状态示意图。

图2与图3所绘示为现有扫描式投影系统在投影面上呈现的画面示意图。

图4所绘示为本发明扫描式投影系统的示意图。

图5所绘示为水平位置与水平权重对照关系以及画面示意图。

图6A所绘示为扫描镜模块垂直扫描方向(Y)摆动的摆动反馈信号示意图。

图6B所绘示为垂直位置与垂直权重对照关系以及画面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

请参照图4，其所绘示为本发明扫描式投影系统的示意图。扫描式投影系统400中的激光模块451包括多个颜色的激光光源422～424。激光光源422～424各自发出的光束经由光学对准元件455后组合成为混光激光束454。接着，混光激光束454照射于扫描镜模块452而投射于投影面440上。其中，激光光源422～424分别用以发射出红色光束、绿色光束、蓝色光束；扫描镜模块452包括MEMS扫描镜。

另外，控制单元460输出驱动信号D至扫描镜模块452以驱动扫描镜模块452摆动，并可接收侦测扫描镜模块452摆动状态所产生的摆动反馈信号S。同理，驱动信号D中包括快轴驱动信号以及慢轴驱动信号。另外，控制电路460中包括一权重对照单元(weight mapping unit)462，用以产生位置与权重对照关系。控制单元460根据位置与权重对照关系找出对应投影点位置的权重，用以将影像信号V转换为补偿影像信号Vc，并输出补偿影像信号Vc至激光模块451，以控制激光模块151于对应的投影点位置产生具有对应的影像设定的混光激光束154。

根据本发明的实施例，权重对照单元462可根据侦测投影面440上的各投影点位置，例如使用红外线照相技术侦测投影面440上的各投影点位置，来仿真扫描镜模块452带动混光激光束454在投影面440上的扫描轨迹，并据以估计出每个投影点的位置及其之间的间距。另外，权重对照单元462根据每个投影点之间的疏密关系，来获得位置与权重的对照关系。在另一实施例中，权重对照单元462亦可根据摆动反馈信号S来仿真扫描镜模块452摆动的轨迹，并据以估计出每个投影点的位置及其之间的间距，进而获得位置与权重对照关系。

以下分别针对投影点的水平位置及垂直位置的疏密关系及其位置与权重对照关系进行说明。然而，本发明并不以此为限。在另一实施例中，亦可同时考虑水平位置及垂直位置的疏密关系来产生位置与权重对照关系，使每个投影点的位置可根据位置与权重对照关系得出对应的权重，以同时补偿水平位置及垂直位置的疏密关系。

请参照图5，其所绘示为水平位置与水平权重对照关系以及画面示意图。基本上，每个投影点之间越疏，则权重越高；每个投影点之间越密，则权重越低。

因此，以图5为例，水平权重W1大于水平权重W2，水平权重W2大于水平权重W3，水平权重W3大于水平权重W4。同理，水平权重W1大于水平权重W2’，水平权重W2’大于水平权重W3’，水平权重W3’大于水平权重W4’。根据本发明的实施例，每个权重可根据每个投影点之间的疏密关系而给予对应的权重。在另一实施例中，由于水平扫描方向(X)摆动速度具有对称关系，因此亦可设定水平权重W2等于水平权重W2’，水平权重W3等于水平权重W3’，水平权重W4等于水平权重W4’。

另外，权重对照单元462根据位置与权重对照关系找出对应投影点位置的权重，并将影像信号V乘上对应的权重后，转换为补偿影像信号Vc。在本发明实施例中，权重例如是对应于影像信号V的亮度权重。如图5所示，在投影面440水平扫描方向的左右二侧区域的投影点间距较密集，其对应的权重较低，因此将影像信号V乘上对应投影点位置的权重后，其转换后的补偿影像信号Vc具有较暗的亮度设定。相对地，在投影面440水平扫描方向的中间区域的投影点间距较稀疏，其对应的权重较高，因此将影像信号V乘上对应投影点位置的权重后，其转换后的补偿影像信号Vc具有较亮的亮度设定。如上所述，通过根据投影点位置而提供对应的权重以调整影像信号V的亮度设定，可使整个投影面上的画面亮度会更均匀。

请参照图6A，其所绘示为扫描镜模块垂直扫描方向(Y)摆动的摆动反馈信号示意图。扫描镜模块452在垂直扫描方向(Y)摆动时，右侧会由上往下再由下往上摆动。同时，左侧会由下往上再由上往下摆动。扫描式投影系统400可通过侦测扫描镜模块452的实际摆动而产生的摆动反馈信号S来得知扫描镜模块452的摆动情形。

如图6A所示，摆动反馈信号S包括：Y方向右侧摆动反馈信号Syr以及Y方向左侧摆动反馈信号Syl。由Y方向右侧摆动反馈信号Syr或者Y方向左侧摆动反馈信号Syl其中之一，即可得知扫描镜模块452垂直扫描方向(Y)的摆动情形。由于，在扫描镜模块452右侧位置由U0至M0摆动的过程，扫描镜模块452的摆动反馈信号S出现抖动现象。相对地，在扫描镜模块452左侧位置由D0至M0摆动的过程，扫描镜模块452的摆动反馈信号S出现抖动现象。上述摆动反馈信号S出现的抖动现象表示扫描镜模块452在进行单一画面的垂直扫描方向等速扫描过程中，发生不等速的状况。

上述不等速的状况会造成投影面440上的扫描线之间的间距不均匀，并于间距较小的部分产生亮线。所以控制单元460可根据摆动反馈信号S来估计出垂直扫描方向的每条扫描线(scan line)之间的间距。而权重对照单元462根据每条扫描线之间的疏密关系，来获得垂直位置与权重对照关系。在本发明实施例中，每条扫描线(scan line)之间的间距对应于每个投影点在垂直扫描方向的间距。

请参照图6B，其所绘示为垂直位置与垂直权重对照关系以及画面示意图。基本上，每条扫描线或每个投影点之间越疏，则权重越高；每条扫描线或每个投影点之间越密，则权重越低。根据本发明的实施例，每个权重可根据每条扫描线或每个投影点之间的疏密关系而给予对应的权重。以图6B为例，假设根据Y方向右侧摆动反馈信号Syr得知，在U1与U2位置之间的扫描线相较于其他位置的扫描线具有较密集的扫描线，则权重对照单元462设定垂直权重w1小于垂直权重w2，垂直权重w1小于垂直权重w2’。

另外，权重对照单元462根据位置与权重对照关系找出对应投影点位置的权重，并将影像信号V乘上对应的权重后，转换为补偿影像信号Vc。在本发明实施例中，权重例如是对应于影像信号V的亮度权重。如图6B所示，在投影面440垂直扫描方向的U1与U2位置之间区域的扫描线间距较密集(或投影点于垂直扫描方向的间距较密集)，其对应的权重w1较低，因此将影像信号V乘上对应扫描线位置(或投影点垂直位置)的权重后，其转换后的补偿影像信号Vc具有较暗的亮度设定。相对地，在投影面440垂直扫描方向的其他区域的扫描线间距较稀疏(或投影点于垂直扫描方向的间距较稀疏)，其对应的权重w2、w2’较高，因此将影像信号V乘上对应扫描线位置(或投影点垂直位置)的权重后，其转换后的补偿影像信号Vc具有较亮的亮度设定。如上所述，通过根据投影点位置而提供对应的权重以调整影像信号V的亮度设定，可使整个投影面上的画面亮度会更均匀。

上述实施例分别提出针对扫描式投影系统400的快轴扫描方向及慢轴扫描方向的画面均匀度调整。本领域技术人员可根据实际应用选择快轴扫描方向及慢轴扫描方向中至少其中之一来进行画面均匀度调整。在本发明实施例中，权重对照单元462根据扫描轨迹及/或摆动反馈信号S获得对应投影点位置的位置与权重对照关系，并根据位置与权重对照关系找出对应投影点位置的权重，并将影像信号V乘上对应的权重后，转换为补偿影像信号Vc以进行画面均匀度的调整。

以同时考虑快轴扫描方向及慢轴扫描方向的画面均匀度调整为例，权重对照单元462可根据通过仿真扫描镜模块452带动混光激光束454在投影面440上的扫描轨迹所获得的位置与权重对照关系来找出对应投影点位置的权重。由于扫描镜模块452带动混光激光束454在投影面440上的扫描轨迹为随时间变化的连续轨迹，因此，在此实施例中，每个投影点位置可由扫描轨迹与时间的关系来获得，而位置与权重对照关系是根据每个投影点位置与周遭投影点位置之间的疏密关系而设定。在此实施例中，每个投影点位置具有对应的权重，其对应的权重用以同时补偿二维方向的疏密关系，使整个投影面440上的画面呈现更均匀。

另外，上述权重对照单元462所提供的位置与权重对照关系，可以在扫描式投影系统出厂前即经过校正而获得并记录于权重对照单元462中。或者，可以在扫描式投影系统运作的过程，通过侦测扫描镜模块452实际的运作情形，使权重对照单元462可动态的改变位置与权重对照关系。

举例来说，假设扫描镜模块452依序于投影面440上投射出第一投影点、第二投影点、第三投影点及第四投影点，若第一投影点与第二投影点的间距大于第三投影点与第四投影点的间距时，权重对照单元462将第一投影点与该第二投影点对应的影像信号V乘上第一权重，将第三投影点与第四投影点对应的影像信号V乘上第二权重，且第二权重小于第一权重。因此，使第一投影点与第二投影点的亮度设定大于第三投影点与第四投影点的亮度设定，以补偿因投影点的位置疏密关系所造成的亮度不均匀的问题。

在另一实施例中，以扫描线的疏密关系为例，假设扫描镜模块452依序于投影面440上投射出第一扫描线、第二扫描线、第三扫描线及第四扫描线，若第一扫描线与第二扫描线的间距大于第三扫描线与第四扫描线的间距时，权重对照单元462将第一扫描线与第二扫描线中各投影点对应的影像信号V乘上第一权重，将第三扫描线与第四扫描线中各投影点的影像信号V乘上第二权重，且第二权重小于第一权重。因此，使第一扫描线与第二扫描线的亮度设定大于第三扫描线与第四扫描线的亮度设定，以补偿因扫描线的位置疏密关系所造成的亮度不均匀的问题。

由以上的说明可知，本发明的优点在于提出一种扫描式投影系统，让用户可看到亮度均匀的画面。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扫描式投影系统，用以在一投影面上呈现一画面，其特征在于，该扫描式投影系统包括：

一扫描镜模块，接收一驱动信号而产生摆动，用以带动一混光激光束于该投影面上扫描，并在该投影面上产生多个投影点；

一控制单元，包括一权重对照单元，用以根据一位置与权重对照关系将一影像信号转换为一补偿影像信号；以及

一激光模块，用以接收该补偿影像信号并产生该混光激光束；

其中，该权重对照单元根据所述多个投影点的位置参照该位置与权重对照关系而得出对应所述多个投影点的多个权重，并根据所述多个投影点的位置将该影像信号乘上对应的所述多个权重而输出该补偿影像信号。

2.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中当所述多个投影点依序包含一第一投影点、一第二投影点、一第三投影点及一第四投影点，且该第一投影点与该第二投影点的间距大于该第三投影点与该第四投影点的间距时，该第一投影点与该第二投影点的该影像信号乘上一第一权重，该第三投影点与该第四投影点的该影像信号乘上一第二权重，且该第二权重小于该第一权重。

3.如权利要求2所述的扫描式投影系统，其中所述多个权重是对应于该影像信号的亮度权重，其中该第一投影点与该第二投影点的亮度设定大于该第三投影点与该第四投影点的亮度设定。

4.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中该扫描镜模块更输出一摆动反馈信号至该控制单元，且该控制单元根据该摆动反馈信号决定该位置与权重对照关系。

5.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中该控制单元根据该扫描镜模块带动该混光激光束于该投影面上的一扫描轨迹决定该位置与权重对照关系。

6.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中该控制单元根据所述多个投影点的位置疏密关系决定该位置与权重对照关系。

7.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中该位置与权重对照关系包含一水平位置与权重对照关系及一垂直位置与权重对照关系中至少其中之一。

8.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中当所述多个投影点依序组成一第一扫描线、一第二扫描线、一第三扫描线及一第四扫描线，且该第一扫描线与该第二扫描线的间距大于该第三扫描线与该第四扫描线的间距时，该第一扫描线与该第二扫描线中的各所述多个投影点的该影像信号乘上一第一权重，该第三扫描线与该第四扫描线中的各所述多个投影点的该影像信号乘上一第二权重，且该第二权重小于该第一权重。

9.如权利要求8所述的扫描式投影系统，其中所述多个权重是对应于该影像信号的亮度权重，其中该第一扫描线与该第二扫描线的亮度设定大于该第三扫描线与该第四扫描线的亮度设定。

10.如权利要求1所述的扫描式投影系统，其中该激光模块包括：

多个颜色的激光光源，根据该补偿影像信号发射各种颜色的多道光束；以及

一光学对准元件，将所述多道光束组合成为该混光激光束。