CN108121142A - 一种微投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微投影设备，包括：投影模组用于发出投影光束；投影模组两侧的投影出口，每个投影出口在投影界面最终投影出的影像拼接构成总影像；第一非球面反射镜设置于投影模组的一个投影出口相对的位置，将从该一个投影出口投射出的第一投影光束向外扩散反射；第二非球面反射镜设置于投影模组的另一个投影出口相对的位置，将从该另一个投影出口投射出的第二投影光束向外扩散反射；向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束的交线中距投影模组最近的交线所在平面成为投影模组的投影界面，第一投影光束在投影界面投影出的影像和第二投影光束在投影界面投影出的影像拼接成总影像。本发明相比于传统投影设备能够在更短距离内投影出更大画面。

Description

一种微投影设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种微投影设备。

背景技术

随着人类社会的进步，便携式产品逐渐得到人们的青睐。传统的投影仪多体积较大，质量较大，携带不方便。因此，人们研究出微投影仪装置，其可以整合于终端设备中，例如，手机，笔记本电脑等，从而改变了人们的生活方式。由于人们通常在室内操作投影仪，而室内的空间有限，而投影仪如果要投射出大画面或是超大画面，往往需要足够的距离，而普通的生活工作居室是无法达到的。因此，短焦距投影设备越来越受到人们的青睐。

然而，现有的短焦距投影设备投射出的投影画面容易出现畸变，特别是投射的距离越近，画面畸变显现越明显，而且，由于短焦距投影设备采用发散性光源，容易出现投影画面的亮度不均匀和色彩表现力不足等现象，特别是光源距离屏幕最近端和最远端的差距更加明显。

现有的短焦距投影设备通常包括鱼眼镜头、曲面镜头/反射镜技术等，然而，采用鱼眼镜头的画面畸变和亮度不够的现象较为严重，而采用曲面镜头/反射镜技术存在着设计方法与计算公式复杂，且对制备工艺具有较高的要求，制备工艺难度较高的问题。并且，采用曲面镜头/反射镜技术，通常投影模组设置的位置都不得不明显偏离曲面镜头的反射区域，避免投影镜头的阻碍，特别是将投影模组与曲面镜头/反射镜置于便携式终端设备如手机时，投影模组和曲面镜头之间的距离条件限制了整个短焦距投影设备的体积进一步缩小，严重阻碍了便携式终端设备向超薄超轻的超便携式方向发展。并且，现有的短焦距投影设备的另一个弊端是，通常需要通过调整投影设备与投影屏幕之间的距离来调整投影影像的大小，造成使用不方便，缺乏智能化投影设备。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种微投影设备，利用两个非球面反射镜和投影模组来实现短距离大画面。

为了达到上述目的，本发明提供了一种微投影设备，其包括：

投影模组，用于发出总影像的投影光束；投影模组的两侧设置有投影出口，每个投影出口投影出的影像之和构成总影像；

第一非球面反射镜，设置于投影模组的一个投影出口相对的位置，将从该一个投影出口投射出的第一投影光束向外扩散反射；

第二非球面反射镜，设置于投影模组的另一个投影出口相对的位置，将从该另一个投影出口投射出的第二投影光束向外扩散反射；其中，向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束相交；

向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束的交线中距投影模组最近的交线所在平面成为投影模组的投影界面，第一投影光束在投影界面投影出的影像和第二投影光束在投影界面投影出的影像之和拼接成总影像。

优选地，投影模组的两个投影出口之间镜像对称设置且具有第一对称平面，所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜之间镜像对称设置且具有第二对称平面，第一对称平面和第二对称平面重合。

优选地，所述投影界面垂直于所述第一对称平面和所述第二对称平面。

优选地，所述向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束的交线中距投影模组最近的交线位于第一对称平面和第二对称平面中。

优选地，所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜相连接，连接的界线位于第一对称平面内。

优选地，所述投影模组具有多个投影单元和一个影像分割单元，影像分割单元接收外界传来的影像数据并进行分割，且将分割的影像数据分别发送至每个投影单元；每个投影出口连接至少一个投影单元，每个投影单元投射出的分割的影像数据到所述投影界面上，从而拼接形成总影像。

优选地，所述第一非球面反射镜沿其自身的镜面的垂直中心轴方向可移动，所述第二非球面反射镜沿其自身的镜面的垂直中心轴方向可移动，且第二非球面反射镜以第一对称平面相对于可移动第一非球面反射镜做镜像对称移动。

优选地，第一非球面反射镜沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束和第二非球面反射镜沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束与投影模组最近的交线决定投影界面所在位置；可移动第一非球面反射镜和可移动第二非球面反射镜沿各自的垂直中心轴移动且相对于第一对称平面做镜像对称移动，使得在移动过程中，第一非球面反射镜反射的投影光束和第二非球面透镜反射的投影光束的交线中距投影模组最近的交线始终在同一位置。

优选地，第一非球面反射镜以第一非球面反射镜镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，第二非球面反射镜以第二非球面反射镜镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，且第一非球面反射镜和第二非球面反射镜沿相对于第一对称平面呈镜像对称偏转。

优选地，所述第一投影光束在第一非球面反射镜的投射区域包含第一非球面反射镜的镜面曲率最低的点所在位置，所述第二投影光束在第二非球面反射镜的投射区域包含第二非球面反射镜的镜面曲率最低的点所在位置。

本发明的微投影设备，利用第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的对称设置，投影模组的投影出口的对称设置，使得第一非球面反射镜和第二非球面反射镜所反射的投影光束具有相交的交线中距投影模组最近的交线所在平面构成投影界面，从而成功实现了在投影界面上经两个非球面反射镜反射的影像拼接成总影像，这相比于现有的短距投影设备来说，能够在投影设备距离投影屏幕更短的距离条件下实现更大的画面，也即是超短距投影设备。进一步的，本发明还通过设置两个可移动非球面反射镜的配置，始终保持两个非球面反射镜反射影像拼接成总影像的效果，在投影设备与投影屏幕距离不变的条件下，能够灵活调整投影画面的大小，而不用像现有投影设备还需移动投影设备或投影屏幕来实现投影画面尺寸的调整，提高了微投影设备使用的方便性。进一步的，还通过设置两个可偏转非球面反射镜的配置，通过两个非球面反射镜以第一对称平面的镜像偏转，在投影设备与投影屏幕距离改变的条件下，能够始终保持两个非球面反射镜反射影像拼接成总影像的效果。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的投影模组、第一非球面反射镜、第二非球面反射镜的结构关系示意图

图2为本发明的第一实施例的可移动第一非球面反射镜和第二非球面反射镜沿各自镜面的垂直中心轴移动的结构关系示意图

图3为本发明的一个较佳实施例的投影模组、第一非球面反射镜、第二非球面反射镜的结构示意图

图4为本发明的一个较佳实施例的完整光束的截面轮廓与投影光束的截面轮廓的关系示意图

图5为本发明的一个较佳实施例的非球面反射镜的镜面的垂直中心轴、曲率最低的点的示意图

图6为本发明的第二实施例的第一非球面反射镜和第二非球面反射镜沿各自镜面的曲率中心作为固定点进行偏转的结构关系示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

以下结合附图1～6和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

第一实施例

请参阅图1，本实施例的一种微投影设备包括：投影模组01，第一非球面反射镜031，第二非球面反射镜032和投影界面05。当然，本实施例的微投影设备还可以在第一非球面反射镜031和第二非球面反射镜032的反射光路上设置镜头，用于出射第一非球面反射镜031和第二非球面反射镜032所反射的投影光束。

本实施例的投影模组01用于发出总影像的投影光束；投影模组01的两侧设置有投影出口011、012，投影出口011发出的投影光束为021，投影出口012发出的投影光束为022，投影出口011最终投影出的影像A、投影出口012B最终投影出的影像B拼接构成总影像04；具体的，图1中第一非球面反射镜031反射的光束区域(对应的粗实线的区域)在投影界面05的投影影像为A，第二非球面反射镜032反射的光束区域(对应的粗实线的区域)在投影界面05的投影影像为B，投影影像A与B界面相互拼合，从而拼接成总影像04。

本实施例的第一非球面反射镜031设置于投影模组01的一个投影出口011相对的位置，将从该一个投影出口011投射出的第一投影光束021向外扩散反射；

第二非球面反射镜032设置于投影模组01的另一个投影出口012相对的位置，将从该另一个投影出口012投射出的第二投影光束022向外扩散反射；其中，向外扩散反射的第一投影光束021和第二投影光束022沿C轴镜像对称。

这里，向外扩散反射的第一投影光束021和第二投影光束022距离投影模组01最近的相交光束的交线(黑圆点所在位置，沿黑圆点纵向垂直)所在平面成为投影模组1的投影界面05，第一投影光束021经第一非球面反射镜031反射后在投影界面05投影出的影像A和第二投影光束022经第二非球面反射镜032反射在投影界面05投影出的影像B之和构成所需的总影像。

需要说明的是，这里所称“投影光束”为微影像范围内的光束，而不是从投影出口投影出的完整光束，从投影出口投射出的完整光束大于或等于投影光束，也就是说，如图4所示，通常投射出的光束截面轮廓L1会大于投影光束的截面轮廓L2，而本发明中只需要调整在投影界面上的第一投影光束的截面轮廓和第二投影光束的截面轮廓正好相拼接得到总影像，也即是在投影界面上的第一投影光束的截面轮廓的底部和第二投影光束的截面轮廓的顶部相重合，但在投影界面上的第一投影光束的截面轮廓和第二投影光束的截面轮廓不相重叠，从而获得目标影像。进一步的，可以通过对投射出的光束进行横向和纵向调节，使得投射出的光束的截面轮廓与该光束中的投影光束的截面轮廓相接近，从而避免不必要的能源浪费。

具体的，请参阅图1，这里，将两个投影出口011、012上下对应设置，投影模组1的两个投影出口011、012之间呈镜像对称设置且具有第一对称平面，第一非球面反射镜031和第二非球面反射镜032之间呈镜像对称设置且具有第二对称平面，这里，第一对称平面和第二对称平面重合，为对称平面C。为了获取较好的投影效果，确保投影画面尺寸精确且不产生扭曲畸变，投影界面05垂直于第一对称平面和第二对称平面，这里垂直于对称平面C。当然，根据实际需要设置投影界面05与第一对称平面不垂直也不影响投影画面，只是此时的投影画面与垂直的投影界面05得到的投影画面的画面比例大小不同。

本实施例的投影模组01还具有多个投影单元和一个影像分割单元，并且，设置每个投影出口011、012连接至少一个投影单元，每个投影单元投射出的影像拼接成总影像。影像分割单元接收外界传来的影像数据并进行分割，且将分割的影像数据分别发送至每个投影单元。每个投影出口连接至少一个投影单元，每个投影单元投射出的分割的影像数据到投影界面05上，从而拼接形成总影像04。

接下来，具体描述本实施例的微投影设备在投影过程中各个部分之间的配合关系。每个投影单元包括：视频影像信号处理器、激光驱动器、激光模块、扫描驱动器、MEMS扫描器。视频影像信号处理器对输入影像数据进行处理、激光驱动器驱动激光模块发出激光束；扫描驱动器驱动MEMS扫描器对激光束进行扫描并投射出多组光束到投影界面；每组投影光束所投射出的影像包括一行内的复数个像素及复数个像素行。

在投影过程中，为了提高操作方便性，这里改变传统微投影设备的设计思维，在不移动微投影设备，且在投影界面05与微投影设备的距离恒定的情况下，如图2所示，图2中仅示出了第一非球面反射镜的移动情况，第二非球面反射镜的移动路径与第一非球面反射镜的移动路径沿对称平面C呈镜像对称，可以通过第一非球面反射镜的移动情况来推出第二非球面反射镜的移动情况，并且需要说明的是，图2中为了便于表达每个移动位置所投射到投影界面的影像的大小，将各个投影影像的水平厚度设置为不同，然则实际上所有投影影像均在投影界面上，属于同一个平面，而不存在水平厚度不同的问题。这里，采用第一非球面反射镜031沿其自身的镜面的垂直中心轴方向(图2中所示的F直线)可移动，第二非球面反射镜032沿其自身的镜面的垂直中心轴方向可移动，且以第一对称平面相对于可移动第一非球面反射镜做镜像对称移动。本实施例中，垂直中心轴也是非球面反射镜镜面的曲率最低点的法线，如图5所示，以非球面反射镜镜面的曲率最低点为坐标原点，建立三维坐标系XYZ，X轴方向为垂直中心轴C所在方向。这里，第一非球面反射镜031沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束和第二非球面反射镜032沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束与投影模组1最近的交线(图6中三维坐标系中的Y方向)决定投影界面05所在位置，如图1和2所示，可移动第一非球面反射镜031和可移动第二非球面反射镜032沿各自的垂直中心轴(F轴)移动且相对于第一对称平面(对称平面C)做镜像对称移动，移动过程中，第一非球面反射镜031反射的投影光束和第二非球面透镜032反射的投影光束的交线中距投影模组1最近的交线始终在同一位置，图1中黑圆点所在位置，实质上仍然位于第一对称平面(对称平面C)上，所得到的第一影像P1，第二影像P2，第三影像P3随着第一非球面反射镜031远离投影模组的移动而变大，但这些影像的底部始终在同一位置，从而确保在第一非球面投影移动过程中，投影界面上的各个投影影像始终良好地拼接成总影像。请再次参阅图1，第一投影光束021在第一非球面反射镜031的投射区域包含第一非球面反射镜031的垂直中心轴所在位置(图1中虚线F)，第二投影光束022在第二非球面反射镜的投射区域包含第二非球面反射镜032的垂直中心轴所在位置(图1中虚线M)；第一投影光束区域021和第二投影光束区域022沿第一对称平面(对称平面C)呈镜像对称。

此外，在本发明的其它实施例中，请参阅图3，第一非球面反射镜031'和第二非球面反射镜032'相接触连接，连接的界线033与第一对称平面(对称平面C)重合。此时，由于第一投影光束021和第二投影光束022的投射方向和位置决定了，即使第一非球面反射镜031'和第二非球面反射镜032'相接触，也不会造成二者之间的反射光串扰。第一投影光束021和第二投影光束022分别投射到第一非球面反射镜031'和第二非球面反射镜032'上且经反射再投射到投影界面05上，由于投影影像A和投影影像B相接触且不重叠，所以，经第一非球面反射镜031'反射的光投影光束不会入射到第二非球面反射镜032'上，第二非球面反射镜032'反射的投影光数不会入射到第一非球面反射镜031'上，因此，第一非球面反射镜031'和第二非球面反射镜032'相接触连接，不会造成彼此之间的串扰。

第二实施例

请参阅图6，图6中示出了第一非球面反射镜031沿其自身的曲率中心进行偏转的示意图，然则同时第二非球面反射镜032沿自身的曲率中心进行偏转，二者的偏转轨迹沿第一对称平面(对称平面C)呈镜像对称，根据图6的第一非球面反射镜031的偏转方式及其与投影影像的关系，可以得知第二非球面反射镜的偏转方式及其与投影影像的关系。这里第二实施例的微投影设备中，与上述第一实施例的区别在于：请结合图1和图6，第一非球面反射镜031以第一非球面反射镜镜面的曲率中心(图6中黑圆点)作为固定点进行偏转，第二非球面反射镜032以第二非球面反射镜镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，且第一非球面反射镜031和第二非球面反射镜032相对于第一对称平面(对称平面C)作镜像对称偏转。第一非球面反射镜031进行偏转所反射的光束和第二非球面反射镜032进行偏转所反射的光束的交线中距投影模组1最近的交线决定投影界面05所在位置；第一非球面反射镜031和第二非球面反射镜032沿各自的镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，使得在偏转过程中第一非球面反射镜031反射的投影光束和第二非球面透镜032反射的投影光束的交线中距投影模组1最近的交线始终位于第一对称平面(对称平面C)内。第一投影光束021在第一非球面反射镜031的投射区域包含第一非球面反射镜031的镜面曲率最低的点所在位置，第二投影光束022在第二非球面反射镜032的投射区域包含第二非球面反射镜032的镜面曲率最低的点所在位置；第一投影光束021和第二投影光束022沿第一对称对称平面(对称平面C)呈镜像对称。

请再次参阅图6并结合图1，本实施例二中，可以满足对微投影设备和投影界面之间的距离进行调整时，对投影画面的及时调整，使得本实施例二的经第一非球面反射镜和第二非球面反射镜反射得到的投影影像能够恰好拼接成所需的总影像，此时，将第一非球面反射镜和第二非球面反射镜相对于对称面C进行镜像对称偏转工作，当第一非球面反射镜逆时针旋转一定角度到另一个位置时，反射的投影光束在投影界面05上的投影影像的底部始终位于对称平面C中，第二非球面反射镜相对于第一非球面反射镜做镜像对称的旋转动作，第二非球面反射镜顺时针旋转一定角度到另一位置的过程中，第一非球面反射镜逆时针旋转的角度与第二非球面反射镜顺时针旋转的角度相同，第二非球面反射镜反射的投影光束在投影界面05上的投影影像的顶部始终位于对称平面C中，从而完成第一非球面反射镜投射的投影影像与第二非球面反射镜投射的投影影像的成功拼接。

需要说明的是，对于第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的移动或偏转可以采用一微驱动器来精确控制和执行，驱动器可以驱动第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的上述移动动作或者第一非球面反射镜和第二非球面反射镜的上述偏转动作。驱动器可以采用磁场驱动或机械驱动方式。

还需要说明的是，附图中为了便于表达，在投影界面05上的投影影像较小，实际中的投影影像的尺寸要远远大于非球面反射镜的尺寸。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种微投影设备，其特征在于，包括：

投影模组，用于发出总影像的投影光束；投影模组的两侧设置有投影出口，每个投影出口投影出的影像之和构成总影像；

第一非球面反射镜，设置于投影模组的一个投影出口相对的位置，将从该一个投影出口投射出的第一投影光束向外扩散反射；

第二非球面反射镜，设置于投影模组的另一个投影出口相对的位置，将从该另一个投影出口投射出的第二投影光束向外扩散反射；其中，向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束相交；

向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束的交线中距投影模组最近的交线所在平面成为投影模组的投影界面，第一投影光束在投影界面投影出的影像和第二投影光束在投影界面投影出的影像之和拼接成总影像。

2.根据权利要求1所述的微投影设备，其特征在于，投影模组的两个投影出口之间镜像对称设置且具有第一对称平面，所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜之间镜像对称设置且具有第二对称平面，第一对称平面和第二对称平面重合。

3.根据权利要求2所述的微投影设备，其特征在于，所述投影界面垂直于所述第一对称平面和所述第二对称平面。

4.根据权利要求2所述的微投影设备，其特征在于，所述向外扩散反射的第一投影光束和第二投影光束的交线中距投影模组最近的交线位于第一对称平面和第二对称平面中。

5.根据权利要求2所述的微投影设备，其特征在于，所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜相连接，连接的界线位于第一对称平面内。

6.根据权利要求1所述的微投影设备，其特征在于，所述投影模组具有多个投影单元和一个影像分割单元，影像分割单元接收外界传来的影像数据并进行分割，且将分割的影像数据分别发送至每个投影单元；每个投影出口连接至少一个投影单元，每个投影单元投射出的分割的影像数据到所述投影界面上，从而拼接形成总影像。

7.根据权利要求2所述的微投影设备，其特征在于，所述第一非球面反射镜沿其自身的镜面的垂直中心轴方向可移动，所述第二非球面反射镜沿其自身的镜面的垂直中心轴方向可移动，且第二非球面反射镜以第一对称平面相对于可移动第一非球面反射镜做镜像对称移动。

8.根据权利要求7所述的微投影设备，其特征在于，第一非球面反射镜沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束和第二非球面反射镜沿自身镜面的垂直中心轴方向移动所反射的光束与投影模组最近的交线决定投影界面所在位置；可移动第一非球面反射镜和可移动第二非球面反射镜沿各自的垂直中心轴移动且相对于第一对称平面做镜像对称移动，使得在移动过程中，第一非球面反射镜反射的投影光束和第二非球面透镜反射的投影光束的交线中距投影模组最近的交线始终在同一位置。

9.根据权利要求2述的微投影设备，其特征在于，第一非球面反射镜以第一非球面反射镜镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，第二非球面反射镜以第二非球面反射镜镜面的曲率中心作为固定点进行偏转，且第一非球面反射镜和第二非球面反射镜沿相对于第一对称平面呈镜像对称偏转。

10.根据权利要求9述的微投影设备，其特征在于，所述第一投影光束在第一非球面反射镜的投射区域包含第一非球面反射镜的镜面曲率最低的点所在位置，所述第二投影光束在第二非球面反射镜的投射区域包含第二非球面反射镜的镜面曲率最低的点所在位置。