CN106647119A - 投影单元及应用其的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影单元，包含第一光源单元、第一数字微型反射镜单元、第二光源单元、第二数字微型反射镜单元、第一棱镜、第一广角镜及第二广角镜。第一光源单元用以提供第一光束。第一数字微型反射镜单元用以接收第一光束，并将第一光束转换为第一影像讯号。第二光源单元用以提供第二光束。第二数字微型反射镜单元用以接收第二光束，并将第二光束转换为第二影像讯号。第一棱镜用以接收并反射第一影像讯号及第二影像讯号，其中第一影像讯号及第二影像讯号于反射后的行进方向相反。第一广角镜及第二广角镜分别用以投射第一影像讯号及第二影像讯号。

Description

投影单元及应用其的投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影单元及应用其的投影装置。

背景技术

近年来，光学投影机已经被应用于许多领域之中，其中光学投影机的使用范围也日渐扩大，例如从消费性产品到高科技设备。各种的光学投影机也广泛应用于学校、家庭和商业场合，以将信号源所提供的显示图案放大，并显示在投影屏幕上。然而，随着用户的需求，光学投影机的投影模式也出现变化，使得光学投影机除了显示影像之外，也可更进一步提供使用者360度全景虚拟现实的体验。然对此360度全景投影方式，一般方案是通过多台投影机组合链接实现，因此构造360度全景的光学投影机制造成本也随之提高，使得360度全景投影无法普及推广于消费性市场中。

发明内容

有鉴于此，本发明的一实施方式提供一种投影装置。投影装置包含投影单元及处理单元，其中投影单元可分别朝前方及后方提供影像。藉由投影单元与处理单元，投影装置可同时投射出第一影像讯号及第二影像讯号，并分别向前方及后方投射。也就是说，投影装置可将向前投射的第一影像讯号及向后投射的第二影像讯号的光路整合于一起，并通过单一个处理单元即可提供全景影像。

本发明的一实施方式提供一种投影单元，包含第一光源单元、第一数字微型反射镜单元、第二光源单元、第二数字微型反射镜单元、第一棱镜、第一广角镜及第二广角镜。第一光源单元用以提供第一光束。第一数字微型反射镜单元用以接收第一光束，并将第一光束转换为第一影像讯号。第二光源单元用以提供第二光束。第二数字微型反射镜单元用以接收第二光束，并将第二光束转换为第二影像讯号。第一棱镜用以接收并反射第一影像讯号及第二影像讯号，其中第一影像讯号及第二影像讯号反射后的行进方向相反。第一广角镜接收并投射自第一棱镜反射的第一影像讯号。第二广角镜接收并投射自第一棱镜反射的第二影像讯号。

本发明的一实施方式提供一种投影装置，包含壳体、投影单元及处理单元。壳体包含前侧壁及后侧壁，其中前侧壁及后侧壁互相平行，且分别具有第一开口及第二开口。投影单元设置于壳体内，并位于前侧壁及后侧壁之间。第一广角镜通过第一开口投射第一影像讯号。第二广角镜通过第二开口投射第二影像讯号。第一数字微型反射镜单元包含第一电路板。第二数字微型反射镜单元包含第二电路板。处理单元设置于壳体内且电性连接第一电路板及第二电路板，并用以分别通过第一电路板及第二电路板控制第一数字微型反射镜单元及第二数字微型反射镜单元。

附图说明

图1为依据本发明的部分实施方式绘示投影装置的立体图；

图2绘示图1的投影装置的上视示意图；

图3绘示图2的投影单元的配置图；

图4绘示图3的第一棱镜、第一广角镜及第二广角镜的配置图；

图5绘示图1的投影装置的投影范围的俯视示意图；

图6为投影装置在部分实施方式所具有的功能性套件的配置方块图。

图中：

100、200 投影装置 112 前投射组合

102 壳体 114 后投射组合

104 前侧壁 120 第一光源单元

105 后侧壁 122 第一发光二极管单元

106 功能键 124 第一聚光透镜

107 扩充接口 126 第一收光组件

108 处理单元 128 第二聚光透镜

110 投影单元 129 第三聚光透镜

130、216 第一数字微型反射 206 图形处理器镜单元 208 光源驱动单元

132 第一数字微型反射镜组件 210 第一图像处理器

134 第二棱镜 212 第一接口

136 第一电路板 214 前投影控制器

140 第二光源单元 218 第二图像处理器

142 第二发光二极管单元 220 第二接口

144 第四聚光透镜 222 后投影控制器

146 第二收光组件 226 电源单元

148 第五聚光透镜 228 总线接口

149 第六聚光透镜 230 输入设备

150、224 第二数字微型反射 232 无线通信单元镜单元 234 音频单元

152 第二数字微型反射镜组件 236 内存

154 第三棱镜 238 记忆卡接口

156 第二电路板 240 红外线接口

160 第一棱镜 A1、A2 区域

162 第一广角镜 D1 第一方向

164 第二广角镜 D2 第二方向

166、168 光轴 L1 第一光束

170 第一透镜单元 L1’ 第一影像讯号

171 第一透镜组合 L2 第二光束

172 第二透镜组合 L2’ 第二影像讯号

173 第二透镜单元 O1 第一开口

174 第三透镜组合 O2 第二开口

175 第四透镜组合 S 容置空间

180 屏幕

202 处理单元

204 中央处理器

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在本文中，使用第一、第二与第三等等词汇，是用于描述各种组件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些组件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一组件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一组件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二组件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本发明的本意。

请参照图1及图2，其中图1为依据本发明的部分实施方式绘示投影装置100的立体图，而图2绘示图1的投影装置100的上视示意图。投影装置100可向前方及后方提供影像，其中投影装置100的前方及后方分别如第一方向D1及第二方向D2所指，藉以提供观看者全景影像及虚拟现实的体验。投影装置100包含壳体102、功能键106、扩充接口107、处理单元108及投影单元110。此外，为了不使图1过于复杂，处理单元108及投影单元110未绘示于图1，而绘示于图2，合先叙明。

壳体102包含前侧壁104及后侧壁105，其中前侧壁104及后侧壁105互相平行，且壳体102可在前侧壁104及后侧壁105之间定义出容置空间S。此外，前侧壁104及后侧壁105分别具有第一开口O1及第二开口O2，且第一开口O1及第二开口O2连接容置空间S。

以下将先对处理单元108及投影单元110的配置做说明，请看到图2及图3，其中图3绘示图2的投影单元110的配置图。处理单元108及投影单元110设置于壳体102的容置空间S内，并位于前侧壁104及后侧壁105之间，其中处理单元108电性连接至投影单元110。例如，处理单元108可电性连接至投影单元110的部分组件。投影单元110包含前投射组合112、后投射组合114与第一棱镜160，其中前投射组合112及后投射组合114分别用以通过壳体102的第一开口O1及第二开口O2投射影像。前投射组合112包含第一光源单元120、第一数字微型反射镜单元130、第一广角镜162及第一透镜单元170，而后投射组合114包含第二光源单元140、第二数字微型反射镜单元150、第二广角镜164及第二透镜单元173。

第一光源单元120包含第一发光二极管单元122及第一导光单元123，其中第一导光单元123包含第一聚光透镜124、第一收光组件126、第二聚光透镜128及第三聚光透镜129。第一发光二极管单元122可提供第一光束L1，其中第一光束L1可具有三原色。自第一发光二极管单元122发射的第一光束L1会依序经过第一聚光透镜124、第一收光组件126、第二聚光透镜128及第三聚光透镜129，其中第一聚光透镜124、第一收光组件126、第二聚光透镜128、第三聚光透镜129的组合可收集第一光束L1并使第一光束L1进入第一数字微型反射镜单元130。

第一数字微型反射镜单元130包含第一数字微型反射镜组件(digital micro-mirror device；DMD)132、第二棱镜134及第一电路板136。第一电路板136电性连接处理单元108及第一数字微型反射镜组件132，其中处理单元108可通过第一电路板136控制第一数字微型反射镜单元130。第二棱镜134可以是全反射棱镜，并具有全反射界面。第二棱镜134用以接收来自第一光源单元120的第一光束L1，并通过全反射界面将第一光束L1反射至第一数字微型反射镜组件132。第一数字微型反射镜组件132可通过处理单元108的控制及驱动，而将来自第二棱镜134的第一光束L1转换为第一影像讯号L1’，其中第一影像讯号L1’可以是彩色的影像讯号。接着，第一影像讯号L1’自第一数字微型反射镜组件132朝第二棱镜134发射，并在穿过第二棱镜134后朝第一棱镜160行进。此外，自第一发光二极管单元122发射的第一光束L1的行进方向与穿过第二棱镜134的第一影像讯号L1’的行进方向实质上垂直。

第一棱镜160可以是直角反射棱镜，并具有全反射界面。第一棱镜160可用以接收第一影像讯号L1’，并将第一影像讯号L1’反射至第一广角镜162。此外，第一透镜单元170光学耦合于第一数字微型反射镜单元130与第一广角镜162之间，并包含第一透镜组合171及第二透镜组合172。第一透镜组合171光学耦合于第一数字微型反射镜单元130与第一棱镜160之间，其用以收集及准直自第一数字微型反射镜单元130行进往第一棱镜160的第一影像讯号L1’。第二透镜组合172光学耦合于第一棱镜160与第一广角镜162之间，其用以收集及准直自第一棱镜160行进往第一广角镜162的第一影像讯号L1’。

第一广角镜162可用以接收自第一棱镜160反射的第一影像讯号L1’，并将第一影像讯号L1’以广角投射。第一广角镜162的设置位置可毗邻壳体102的前侧壁104，如第2图所示，并通过第一开口O1将第一影像讯号L1’朝投影装置100的前方投射。

第二光源单元140包含第二发光二极管单元142及第二导光单元143，其中第二导光单元143包含第四聚光透镜144、第二收光组件146、第五聚光透镜148及第六聚光透镜149。第二发光二极管单元142可提供第二光束L2，其中第二光束L2可具有三原色。自第二发光二极管单元142发射的第二光束L2会依序经过第四聚光透镜144、第二收光组件146、第五聚光透镜148、第六聚光透镜149，其中第四聚光透镜144、第二收光组件146、第五聚光透镜148、第六聚光透镜149的组合可收集第二光束L2并使第二光束L2进入第二数字微型反射镜单元150。

第二数字微型反射镜单元150包含第二数字微型反射镜组件152、第三棱镜154及第二电路板156。第二电路板156电性连接处理单元108及第二数字微型反射镜组件152，其中处理单元108可通过第二电路板156控制第二数字微型反射镜单元150。第三棱镜154可以是全反射棱镜，并具有全反射界面。第三棱镜154用以接收来自第二光源单元140的第二光束L2，并通过全反射界面将第二光束L2反射至第二数字微型反射镜组件152。第二数字微型反射镜组件152可通过处理单元108的控制及驱动，而将来自第三棱镜154的第二光束L2转换为第二影像讯号L2’，其中第二影像讯号L2’可以是彩色的影像讯号。此外，为了不使图式过于复杂，绘示第一光束L1及第一影像讯号L1’的线条样式与绘示第二光束L2及第二影像讯号L2’的线条样式不同。接着，第二影像讯号L2’自第二数字微型反射镜组件152朝第三棱镜154发射，并在穿过第三棱镜154后朝第一棱镜160行进。此外，自第二发光二极管单元142发射的第二光束L2的行进方向与穿过第三棱镜154的第二影像讯号L2’的行进方向实质上垂直。

第一棱镜160可用以接收第二影像讯号L2’，并将第二影像讯号L2’反射至第二广角镜164。亦即，第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’是通过同一个棱镜而分别反射至第一广角镜162及第二广角镜164，其中第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’于自第一棱镜160反射后的行进方向相反。藉由此配置，投影单元110可具有紧密的组件配置，进而缩小投影装置100的体积。此外，第二透镜单元173光学耦合于第二数字微型反射镜单元150与第二广角镜164之间，并包含第三透镜组合174及第四透镜组合175。雷同于第一透镜单元170，第二透镜单元173的第三透镜组合174及第四透镜组合175可收集及准直第二影像讯号L2’。

第二广角镜164可用以接收自第一棱镜160反射的第二影像讯号L2’，并将第二影像讯号L2’以广角投射。第二广角镜164的设置位置可毗邻壳体102的后侧壁105，如图2所示，并通过第二开口O2将第二影像讯号L2’朝投影装置100的后方投射。

此外，请再同时看到图3及图4，其中图4绘示图3的第一棱镜160、第一广角镜162及第二广角镜164的配置图。第一广角镜162及第二广角镜164分别具有光轴166及168。第一广角镜162及第二广角镜164的光轴166及168通过第一棱镜160的全反射界面，且第一广角镜162的光轴166可与第二广角镜164的光轴168重合。进一步而言，第一广角镜162的设置位置与第二广角镜164的设置位置可对称于第一棱镜160，然而本发明的投影装置100不以此为限。

第一广角镜162及第二广角镜164可以是鱼眼广角镜头，其中鱼眼广角镜头的视角为θ，且170°≤θ≤230°。在此配置下，由于第一广角镜162的光轴166与第二广角镜164的光轴168重合，且第一广角镜162的设置位置与第二广角镜164的设置位置对称于第一棱镜160，故第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’的投射范围会对称于投影装置100的位置，如图5所示，其中图5绘示图1的投影装置100的投影范围的俯视示意图。

图5中，投影装置100可朝屏幕180投射影像，其中屏幕180具有区域A1及A2，且区域A1及A2分别位于投影装置100的前方及后方。投影装置100可通过第一广角镜162(请见图2及图3)而将第一影像讯号L1’以广角的方式投射至区域A1，并通过第二广角镜164(请见图2及图3)而将第二影像讯号L2’以广角的方式投射至区域A2。接着，第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’分别会在区域A1及A2形成影像。通过第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’在区域A1及A2上所形成的影像，屏幕180可呈现球形的全景影像，使得观看者可获得全景虚拟现实的体验。

请再回到图2及图3。功能键106及扩充接口107设置于壳体102上。设置于壳体102上的功能键106及扩充接口107电性连接至处理单元108。功能键106可用以通过处理单元108而使投影单元110提供全景影像。举例而言，当观看者选择欲播放的影像后，可按下功能键106，接着，处理单元108可通过第一电路板136及第二电路板156而分别驱动第一数字微型反射镜组件132及第二数字微型反射镜组件152，使得投影单元110会同时投射出第一影像讯号L1’及第二影像讯号L2’，并形成如图5的环形全景影像。也就是说，可朝前方及后方投射影像讯号的投影单元110是由单一处理单元108控制。扩充接口107可包含键盘、红外线接收器、音频模块、通用串行总线的其中至少一者。在部分实施方式中，扩充接口107可为键盘，以提供观看者操作接口。在其他实施方式中，扩充接口107可为通用串行总线，以提供观看者将图像文件案置入。或是，扩充接口107也可以是其他能增加投影装置100的操作性的组件。

举例而言，投影装置所具有的功能性套件可如图6所示，其中图6为投影装置200在部分实施方式所具有的功能性套件的配置方块图。图6中，投影装置200的各组件以方块表示，其包含有处理单元202、光源驱动单元208、第一图像处理器210、第一接口212、前投影控制器(digital light processing；DLP)214、第一数字微型反射镜单元216、第二图像处理器218、第二接口220、后投影控制器222、第二数字微型反射镜单元224、电源单元226、总线接口228、输入设备230、无线通信单元232、音频单元234、内存236、记忆卡接口238及红外线接口240。

处理单元202包含中央处理器(central processing unit；CPU)204及图形处理器(graphics processing unit；GPU)206。投影装置200可通过中央处理器204进行主要计算功能。图形处理器206电性连接中央处理器204，并可用以进行影像合成处理，从而形成全景影像，再通过计算而将影像分作前影像与后影像。光源驱动单元208、第一图像处理器210及第二图像处理器218电性连接至处理单元202。光源驱动单元208用以驱动投影装置内部所设置的光源单元，从而产生光束。

第一图像处理器210、第一接口212、第一电路板214、第一数字微型反射镜组件216为依序串接。第一图像处理器210用以将由图形处理器206传输来的影像进行参数运算，以定义出影像的每秒显示帧数(frame per second；FPS，或称画面更新率)。第一接口212用以做为第一图像处理器210与前投影控制器214相连接的接口。前投影控制器214可用以驱动第一数字微型反射单元216，以使投影装置200向前投射影像。第二图像处理器218、第二接口220、后投影控制器222、第二数字微型反射镜单元224为依序串接，其中第二图像处理器218及第二接口220的作用分别与第一图像处理器210及第一接口212的作用雷同，在此不再赘述。后投影控制器222可用以驱动第二数字微型反射单元224，以使投影装置200向后投射影像。

此外，电源单元226、总线接口228、输入设备230、无线通信单元232、音频单元234、内存236、记忆卡接口238及红外线接口240为功能性外挂套件，其可选择性地设置于投影装置之中。电源单元226可做为投影装置的电力来源。总线接口228可用以与外部装置连接。输入设备230可用以操作投影装置200。无线通信单元232可用以使投影装置200通过无线的方式与外部装置通讯连接。音频单元234可用以提供音效。内存236可用以存取关于影像的信息。记忆卡接口238可用以使投影装置200读取外部记忆卡的内容。红外线接口240可用以使投影装置200与外部装置通过红外线通讯连接。

综合以上，本发明的投影装置包含投影单元及处理单元，其中投影单元可分别朝前方及后方提供影像。藉由投影单元及处理单元，投影装置可同时投射出第一影像讯号及第二影像讯号，并分别向前方及后方投射。也就是说，投影装置可将向前投射的第一影像讯号及向后投射的第二影像讯号的光路整合于一起，并通过单一个处理单元即可提供全景影像。此外，将两个影像讯号整合于一起的设置方式，也可使投影单元的组件配置更紧密，进而缩小投影装置的体积。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种投影单元，其特征在于，包含：

一第一光源单元，用以提供一第一光束；

一第一数字微型反射镜单元，用以接收所述第一光束，并将所述第一光束转换为一第一影像讯号；

一第二光源单元，用以提供一第二光束；

一第二数字微型反射镜单元，用以接收所述第二光束，并将所述第二光束转换为一第二影像讯号；

一第一棱镜，用以接收并反射所述第一影像讯号及所述第二影像讯号，其中所述第一影像讯号及所述第二影像讯号在反射后的行进方向相反；

一第一广角镜，接收并投射自所述第一棱镜反射的所述第一影像讯号；以及

一第二广角镜，接收并投射自所述第一棱镜反射的所述第二影像讯号。

2.如权利要求1所述的投影单元，其特征在于，所述第一广角镜的光轴与所述第二广角镜的光轴重合。

3.如权利要求2所述的投影单元，其特征在于，所述第一广角镜的设置位置与所述第二广角镜的设置位置对称于所述第一棱镜。

4.如权利要求3所述的投影单元，其特征在于，更包含：

一第一透镜单元，光学耦合于所述第一广角镜数字微型反射镜单元与所述第一广角镜之间，用以导引并准直所述第一影像讯号；以及

一第二透镜单元，光学耦合于所述第二广角镜数字微型反射镜单元与所述第二广角镜之间，用以导引并准直所述第二影像讯号。

5.如权利要求1所述的投影单元，其特征在于，所述第一广角镜及所述第二广角镜镜头的视角为θ，其中180°≤θ。

6.如权利要求1所述的投影单元，其特征在于，所述第一光源单元包含：

一第一发光二极管单元，用以提供所述第一光束；以及

一第一导光单元，用以将所述第一光束导引至所述第一数字微型反射镜单元；

所述第二光源单元包含：

一第二发光二极管单元，用以提供所述第二光束；以及

一第二导光单元，用以将所述第二光束导引至所述第二数字微型反射镜单元。

7.如权利要求6所述的投影单元，其特征在于，所述第一数字微型反射镜单元包含：

一第一数字微型反射镜组件，用以将所述第一光束转换为所述第一影像讯号；以及

一第二棱镜，用以反射所述第一光束并使所述第一影像讯号穿过，其中自所述第一发光二极管单元发射的所述第一光束的行进方向与穿过所述第二棱镜的所述第一影像讯号的行进方向实质上垂直；

所述第二数字微型反射镜单元包含：

一第二数字微型反射镜组件，用以将所述第二光束转换为所述第二影像讯号；以及

一第三棱镜，用以反射所述第二光束并使所述第二影像讯号穿过，其中自所述第二发光二极管单元发射的所述第二光束的行进方向与穿过该第三棱镜的所述第二影像讯号的行进方向实质上垂直。

8.一种投影装置，其特征在于，包含：

一壳体，包含一前侧壁及一后侧壁，其中所述前侧壁及所述后侧壁互相平行，且分别具有一第一开口及一第二开口；

如权利要求1-7中任一项所述的投影单元，设置于所述壳体内，并位于所述前侧壁及所述后侧壁之间，其中所述第一广角镜通过所述第一开口投射所述第一影像讯号，而所述第二广角镜通过所述第二开口投射所述第二影像讯号，其中所述第一数字微型反射镜单元包含一第一电路板，所述第二数字微型反射镜单元包含一第二电路板；以及

一处理单元，设置于所述壳体内且电性连接所述第一电路板及所述第二电路板，并用以分别通过所述第一电路板及所述第二电路板控制所述第一数字微型反射镜单元及所述第二数字微型反射镜单元。

9.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于，更包含：

一功能键，设置于所述壳体，并电性连接至所述处理单元，其中所述功能键用以通过所述处理单元驱动所述投影单元，以使所述投影单元同时投射所述第一影像讯号及所述第二影像讯号。

10.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于，更包含：

一扩充接口，设置于所述壳体，并电性连接至所述处理单元，其中所述扩充接口包含键盘、红外线接收器、音频模块、通用串行总线的其中至少一者。