CN1549046A - 根据环境大小调整画面大小及亮度的投影机 - Google Patents

Abstract

一种投影机，其包括一壳体、一成像模组、一检测模组以及一处理器。该成像模组用来向该投影机的前方的显示幕投射影像；该检测模组用来检测该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离；该处理器用来依据该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

Description

根据环境大小调整画面 大小及亮度的投影机

技术领域

本发明涉及一种投影机，特别涉及一种能根据环境大小调整画面大小及亮度的投影机。

背景技术

在一般的会议简报等场合中，为了让与会者能清楚了解讨论内容，主持人可以通过操作投影机将报告相关的内容或图表投射在显示幕上，使得与会者能通过观看投射在显示幕上的资料清楚掌握报告的内容。不过投影机的使用范围随着影音设备和储存媒体的进步，例如高功率的音响，高储存容量的DVD等等，使得一般家庭也能在家中通过投影机搭配着音响，通过投影机投射出来的超大画面享受如同电影院中身历其境的视听感受。这使得投影机的使用范围逐渐普及到一般家庭中。

然而，目前光学引擎与照明灯光的技术越来越发达，投影机可达到的亮度也越来越高，但同时消耗的功率也越来越大。可是投影机的使用环境与目的往往有许多差异，例如，投影机的亮度在简报时就需比在家庭中使用要强，而较宽广的使用环境也需要较强的亮度才能让参与者看的更清楚。可是目前投影机亮度多半要靠人力视当场状况来调整，这样对不熟悉投影机的操作的使用者非常的不方便。目前虽然有些可自行调整亮度的投影机，如台湾专利公告号第399742号揭露的投影机是使用一感光二极管感测周围的亮度，再依据感测的亮度大小自动调整光线亮度，然而依据感光二极管所感测的亮度调整光线亮度无法使投影机正确地调整投影亮度，因为投影机投影的亮度应该要随着室内空间的长度变化来改变。举例来说，在较长的室内空间中，投影机投影的亮度应要较高，以使影像得以投射至显示幕上。而在较短的室内空间中，投影机以较低的功率进行投影便可将影像投影至显示幕上。因此，公知的投影机仅能在一预定长度的室内空间中正常的使用，而无法随着室内空间的转换正确地调整投影功率。除此之外，公知的投影机亦无法依据室内空间的大小计算出投影机应摆设的位置并提示使用者如何调整投影机所摆设的位置，因此使用者只得凭个人主观的感觉摆设投影机。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种投影机，以解决上述公知因环境改变而需自行调整摆放位置及亮度的投影机的问题。

本发明提供一种投影机，其包括一壳体、一成像模组、一检测模组以及一处理器。该成像模组用来向该投影机的前方的显示幕投射影像；该检测模组用来检测该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离；该处理器用来依据该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

本发明的优点在于，通过检测该投影机至室内空间左右两侧的距离以及该投影机至室内空间的前侧及后侧的实际距离，可得出该投影机至该显示幕的理想距离，并得以调整该投影机的投影亮度。

附图说明

图1是本发明投影机投影至一显示幕的示意图。

图2是本发明投影机的功能方块图。

图3显示投影机的信号发射器及信号接收器于一室内空间收发检测信号的示意图。

图4是本发明投影机投射画面的立体示意图。

图5是本发明判断投影机的最佳亮度以及理想投影距离的流程图。

图6与图7为本发明计算投影机的理想距离的示意图。

图8是本发明另一实施例的投影机的功能方块图。

图9是本发明另一实施例的投影机的检测模组计算距离的示意图。

具体实施方式

请参阅图1与图2，图1是本发明投影机10投影至一显示幕11的示意图，图2是投影机10的功能方块图。投影机10包括一壳体、一成像模组14、一检测模组15、一处理器20以及一显示装置22。检测模组15包括一信号发射器16、一信号接收器18、一判断模组25，以及一时钟24。时钟24连接于判断模组25，判断模组25依据时钟24的时间检测信号发射器16发射检测信号的时间及信号接收器18接收检测信号的时间，以判断投影机10至投影机10各方向的距离。成像模组14包括一光源电源26和一光源28，而成像模组14用来向投影机10的前方的显示幕11投射影像，信号发射器16及信号接收器18可于壳体内转动，以向投影机10外的不同方向发射及接收检测信号。当信号发射器16向投影机10的前方、后方以及左右侧方发射检测信号后，信号接收器18便会接收投影机10的前方、后方以及左右侧方反射回来的检测信号。

请参阅图3，图3所示投影机10的信号发射器16及信号接收器18于一室内空间13收发检测信号的示意图。当使用者使用投影机10时，信号发射器16会向前方发射一检测信号40A，由检测信号40A反射回来的检测信号40a会被信号接收器18接收，在这同时，判断模组25会依据时钟24的时间检测信号发射器16发射检测信号40A的时间及信号接收器18接收检测信号40a的时间，并依据信号发射器16向投影机10的前方发射检测信号40A的时间及信号接收器18接收到投影机10的前方反射回来的检测信号40a的时间来判断投影机10至显示幕11的实际距离。

同理，信号发射器16因为可旋转的原因，会陆续向左、后、右方向发射检测信号40B、40C、40D，而信号接收器18也分别依序接收反射回来的检测信号40b、40c、40d，并将这些信号传输至判断模组25。而判断模组25会依据时钟24所记录的时间检测信号发射器16发射检测信号40B、40C、40D的时间及信号接收器18接收检测信号40b、40c、40d的时间，并根据信号发射器16向投影机10的左、后、右方发射检测信号40B、40C、40D的时间及信号接收器18接收到投影机10的左、后、右方反射回来的检测信号40b、40c、40d的时间来判断投影机10至室内空间13的左、后、右侧的实际距离。

请参阅图4，图4是本发明投影机10投射画面的立体示意图。由于一般投影机的投影画面的宽高比视机种不同而不同，有的宽高比为4∶3，有的为16∶9，为便于说明，本实施例以宽高比4∶3的投影机来作说明。根据GarryMusgrave于2000年一月提出的“Basic Guidelines for Room Layout ForPresentation”一文指出，其建议投影机10所投射的最佳投影画面的高度h为H/8，其中H是指判断模组25所判断出投影机10至室内空间13的前侧以及后侧的距离总和，而W则为判断模组25所判断出投影机10至室内空间13的左侧以及右侧的距离总和。因投影画面的宽高比为4∶3，故最佳投影画面的宽度应为m＝H/6。

请参阅图5、图6与图7，图5是本发明判断投影机10的最佳宽度以及理想投影距离的流程图，图6以及图7是本发明计算投影机10至显示幕11的理想距离的示意图，在图6及图7中，w表示室内空间13的宽度，H表示室内空间13的长度，w’表示投影机10的光源的宽度，x’表示光源28的焦距的距离，h₁表示投影机10至室内空间13的左侧的距离，h₂表示投影机10至室内空间13的右侧的距离，α表示角度，x表示投影机10至显示幕11的最佳距离。在本实施例中，判断模组25会根据信号发射器16向投影机10的左、右方发射检测信号40B、40D的时间及信号接收器18接收到投影机10的左、右方反射回来的检测信号40b、40d的时间来判断投影机10至室内空间13的左、右侧的实际距离h₁、h₂(图5步骤100)，并决定投影机10至投影机10的前、后方的距离的总和H(图5步骤102)。之后处理器20会比较h₁及h₂以及决定较短的距离(图5步骤104)，并以该较短的长度与m/2(也就是H/12)做比较(图5步骤106)。在此假设h₁＜h₂，所以处理器20会以h1与m/2做比较。当h₁大于或等于m/2时，表示投影机10理想投影宽度m足以在室内空间13投射出来(图6所示)，此时投影机10的最佳投影画面宽度m＝H/6(图5步骤108)。当h₁小于m/2时，表示投影机10理想投影宽度m会超出室内空间13所提供的投射画面宽度(图7所示)，此时投影机10的最大投影画面宽度只能是2h₁(图5步骤110)。

当决定投影画面宽度后，处理器20会依据选取的最佳投影画面宽度m来计算投影机10至显示幕11的理想距离x，

$\sin \mathrm{\α}=\frac{1}{2f},$ 其中f是投影机10的放大倍率(方程式一)之后将选取的m＝H/6带入以下的方程式二、三

$\tan \mathrm{\α}=\frac{1}{\sqrt{{4f}^2-1}}=\frac{\frac{w^{\′}}{2}}{x^{\′}}=\frac{m}{2x}$ (方程式二)

$x=\frac{m}{2\tan \mathrm{\α}}=\frac{m\sqrt{{4f}^2-1}}{2}=\frac{H\sqrt{4f^2-1}}{12}$ (方程式三)所以在图6的状况下，理想投影距离 $x=\frac{H\sqrt{{4f}^2-1}}{12}$ (图5步骤112)。

不过也有可能出现图7的情况，也就是h₁＜m/2时，表示投影机10依据理想投影宽度m投射出来的画面会超出范围，此时应将投影机10朝投影机10前方的投影画面移动，以缩短实际投影宽度，或是将投影机10朝室内空间10的中间移动，以使投影机10的实际投影画面符合最佳投影画面m的范围。若不想移动投影机10，此时投影机10会以h₁及h₂两者中较短的长度的两倍来计算最佳投影距离x，换言之，方程式二、三的m以2h₁代换之，所以图7的理想投影距离

$x=\frac{{2h}_1\sqrt{{4f}^2-1}}{2}$ (图5步骤114)。

由于先前判断模组25通过检测信号40A与40a已得到投影机10至显示幕11的实际距离，因此处理器20会将投影机10至显示幕11的理想距离与实际距离进行比较，并将比较结果传输给显示装置22，使得显示装置22根据两者的差异输出一显示信号。使用者便可通过该显示信号的提示将投影机10摆设在最合适的位置。

另外根据在National Technology Roadmap for Flat Panel Displays发表的“Projection Displays”，该文中建议的屏幕宽度与屏幕亮度呈现如下表的关系。

最大观众人数	屏幕高度(feet)	屏幕亮度(lum)
			25	6	600
50	8	1200
			100	12	2400
200	17	4750
			500	26	12000

由于 $L=\stackrel{\‾}{B}*A=\stackrel{\‾}{B}*\mathrm{mh}=\stackrel{\‾}{B}*\frac{H}{6}\frac{H}{8}=\stackrel{\‾}{B}*\frac{H^2}{48}$ (方程式四)

其中B表示投影画面的照度，A表示投影画面面积。

因此，对25人的会议室而言，其所需的投影画面约为1.3716公尺(4.5feet)高，1.8288公尺(6feet)宽，若要维持所需的亮度L，则 $600\mathrm{lum}=\stackrel{\‾}{B_{25}}*1.8288*1.371,$ 其照度 $\stackrel{\‾}{B_{25}}=240\mathrm{lum};$

对50人的会议室而言，其约为1.8288公尺(6feet)高，2.4384公尺(8feet)宽，则 $1200\mathrm{lum}=\stackrel{\‾}{B_{50}}*2.4384*1.8288,$ 其照度 $\stackrel{\‾}{B_{50}}=269\mathrm{lum};$

对100人会议室而言，其约为2.7432公尺(9feet)高，3.6576公尺(12feet)宽，则 $2400\mathrm{lum}=\stackrel{\‾}{B_{100}}*3.6576*2.7432,$ 其照度 $\stackrel{\‾}{B_{100}}=240\mathrm{lum};$

对200人会议室而言，其约为3.8862公尺(12.75feet)高，5.1816公尺(17feet)宽，则 $4750\mathrm{lum}=\stackrel{\‾}{B_{200}}*5.1816*3.8862,$ 其照度 $\stackrel{\‾}{B_{200}}=236\mathrm{lum};$

对500人会议室而言，其约为5.9436公尺(19.5feet)宽，7.9248公尺(26feet)高，则 $12000\mathrm{lum}=\stackrel{\‾}{B_{500}}*7.9248*5.9436,$ 其照度 $\stackrel{\‾}{B_{500}}=255\mathrm{lum}.$

因此，可以推估对一般25-500人大小的会议室来说， $\stackrel{\‾}{B_{\mathrm{ave}}}=(\stackrel{\‾}{B_{25}}+\stackrel{\‾}{B_{50}}+\stackrel{\‾}{B_{100}}+\stackrel{\‾}{B_{200}}+\stackrel{\‾}{B_{500}})/5=249,$ 约维持在249lum即可。之后，将

代回方程式四，得到 $L=\stackrel{\‾}{B_{\mathrm{ave}}}*\frac{H^2}{48}=249*\frac{H^2}{48}={5.2H}^2,$ 当投影机10侦测出长度H后，便可透过处理器20计算出光源28所需的适当功率，并依据结果控制光源电源26，使得电源26输出适当功率予光源28。

请一并参考图5与图6，由于在图6中，假设投影画面m＝H/6，处理器20会依据h₁、h₂比较的结果来决定投射的亮度，因为h₁≤h₂，且2h₁≥m＝H/6，则L＝5.2H²(图5步骤116)。

请参考图7，如果h₁≤h₂且2h₁＜m＝H/6，而且又不能移动投影机10的情形下，处理器20会修正所处空间的最大投影画面只能是m’＝2h₁，由于宽高比4∶3，故m’＝3/42h₁，将m’代回方程式四，则

$L=\stackrel{\‾}{B}*A=\stackrel{\‾}{B}*m^{\′}h=\stackrel{\‾}{B}*{2h}_1\frac{3*2h_1}{4}=\stackrel{\‾}{B}*\frac{3*{\left({2h}_1\right)}^2}{4}=249*\frac{3*{\left({2h}_1\right)}^2}{4}={{747h}_1}^2$ (方程式四)

所以当h₁≤h₂，且2h₁＜m＝H/6时，L＝747h₁ ²(图五步骤118)

请注意，本实施例的投影机10的投影画面的宽高比虽然设为4∶3，但是不同投影机10的宽高比所需的投影亮度仍可依据上述的演算方法而得到相对应的平均照度 而根据该平均照度设计出的投影机10便可以适当的控制电源26的功率，使得光源28能最经济的释放出合适的亮度。

请参阅图8，图8是本发明另一实施例的投影机30的功能方块图。投影机30包括一成像模组14、一检测模组35、一处理器20以及一显示装置22。检测模组35包括一信号发射器36、一取像模组38、一类比数字转换器33、一比较模组37以及一判断模组44。由于检测模组35可旋转，所以信号发射器36会分别向投影机30的前、后、左、右方发射一光线，该光线是为一激光，而取像模组38会用来摄取该光线投射至投影机的前、后、左、右方的类比影像，然后，得到的类比影像经由类比数字转换器33转换成数字影像，接下来，比较模组37会比较该数字影像的各个像素的灰阶值，最后，判断模组44会依据具有最高灰阶值的像素的位置判断投影机30至投影机30的前、后、左、右方的距离。成像模组14包括一光源电源26和一光源28，而成像模组14用来向投影机10的前方的显示幕11投射影像。

请参阅图9，图9是检测模组35判断距离的示意图。在图9中，D表示信号发射器至一待测物46的距离，d表示信号发射器36与取像模组38的镜片的距离，f表示取像模组38的焦距，x表示亮度中心，G表示信号发射器36至信号发射器36的光线与取像模组38的光轴交点的距离，α、β、γ表示夹角。为便于说明，图9中所标示的长度有所误差，实际上，图9中的D与G将远大于f、x、d，而且取像模组38与信号发射器36皆是安装于投影机30之内。信号发射器36发出一激光并投射于待测物46，取像模组38将该激光投射于待测物46的影像拍摄后，会送至类比数字转换器33、比较模组37做处理。因为激光在投影机的使用环境下具有最高的亮度，所以激光投射在待测物46的位置对应于取像模组38影像的位置(亦即亮度中心)可被清楚的标示，亦即x，所以在图8中，判断模组44在参数G、d、x、f均为已知的情形下，可以通过以下计算获得待测距离D：因为 $\tan \mathrm{\α}=\frac{x}{f},$ $\tan \mathrm{\γ}=\frac{G}{d},$ $\tan \mathrm{\β}=\frac{D}{d}=\tan (\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})$ 所以 $D=d\tan \mathrm{\β}=d\tan (\mathrm{\γ}-\mathrm{\α})=d\frac{\tan \mathrm{\γ}-\tan \mathrm{\α}}{1-\tan \mathrm{\γ}\tan \mathrm{\α}}=\frac{d(\mathrm{Gf}-\mathrm{dx})}{\mathrm{df}-\mathrm{Fx}}$

也因此检测模组35通过以上的方式可以得到投影机30至投影机30的前、后、左、右的距离。

由于投影机10与投影机30的差异仅在于检测模组25、35的构造与运作方式不同，而且当检测模组25、35得到的投影机至投影机至前、后、左、右方的距离后，处理器20对于投影亮度最佳化与理想距离的运算与控制方法亦皆相同，在此不再赘述。

相较于公知技术，本发明利用检测模组得出投影机至室内空间的前、后、左、右侧的实际距离后，在通过处理器的运算得到投影机至显示幕的最佳距离并可将投影亮度最佳化，因此使得投影机的操作更加的便利。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种投影机，其包括：

一壳体；

一成像模组，设于该壳体内，用来向该投影机的前方的显示幕投射影像；

一检测模组，用来检测该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离；以及

一处理器，连接于该检测模组，用来依据该投影机至该投影机的前方的距离和该投影机至该投影机的后方的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

2.如权利要求1所述的投影机，其中，该检测模组包括：

一信号发射器，用来向该投影机的前方及该投影机的后方发射检测信号；

一信号接收器，用来接收该投影机的前方及该投影机的后方反射回来的检测信号；以及

一判断模组，用来依据该信号发射器所发出的该检测信号判断该投影机至该投影机的前方的距离以及该投影机至该投影机的后方的距离。

3.如权利要求1所述的投影机，其中，该检测模组包括：

一信号发射器，用来向该投影机的前方及该投影机的后方发射一光线；

一取像模组，用来摄取该光线投射至该投影机的前方及该投影机的后方的类比影像；

一类比数字转换器，用来将该取像模组所摄取的类比影像转换成一数字影像；

一比较模组，用来比较该数字影像的各个像素的灰阶值；以及

一判断模组，用来依据具有最高灰阶值的像素的位置判断该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离。

4.如权利要求3所述的投影机，其中该信号发射器所发射的光线是为激光。

5.如权利要求2所述的投影机，其中该处理器是依据该检测模组检测的该投影机至该投影机的前方的距离与该投影机至该投影机的后方的距离的总和调整该成像模组投射影像的亮度。

6.如权利要求2所述的投影机，其中该信号发射器另会向该投影机的左右两侧发射检测信号，且该信号接收器会接收该投影机的左右两侧反射回来的检测信号，而该判断模组会依据该信号发射器向该投影机的左右两侧发射检测信号判断该投影机至该投影机的左右两侧的距离。

7.如权利要求3所述的投影机，其中，该检测模组的信号发射器另会分别向该投影机的左右两侧发射一光线；该取像模组会分别摄取该光线投射至该投影机的左右两侧的类比影像；该类比数字转换器会将该取像模组所摄取的类比影像分别转换成一数字影像；该比较模组会比较该数字影像的各个像素的灰阶值；而该判断模组会依据具有最高灰阶值的像素的位置判断该投影机至该投影机的左右两侧的距离。

8.如权利要求6所述的投影机，其中，该处理器会依据该检测模组所检测该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离判断该投影机至该显示幕的理想距离；该投影机另包括一显示装置，连接于该处理器，用来依据该投影机至该显示幕的实际距离及该投影机至该显示幕的理想距离的差异输出一显示信号。

9.如权利要求8所述的投影机，其中，该处理器依据该检测模组所检测该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离与该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的一定预定比率进行比较以判断该投影机至该显示幕的理想距离。

10.如权利要求9所述的投影机，其中，若该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离大于或等于该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的预定比率，则该处理器会依据该投影机的前后两侧的距离的总和调整该成像模组投射影像的亮度；若该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离小于该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的预定比率，则该处理器会依据该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

11.如权利要求1所述的投影机，其中该检测模组可于该壳体内转动，以检测该投影机与该投影机外的不同方向的距离。

12.一种投影机，其包括：

一壳体；

一成像模组，设于该壳体内，用来向该投影机的前方的显示幕投射影像；

一检测模组，用来检测该投影机至该投影机的侧方的距离以及该投影机至该投影机的前、后方的距离；

一处理器，连接于该检测模组，用来依据该投影机至该投影机的侧方的距离以及该投影机至该投影机的前、后方的距离判断该投影机至该显示幕的理想距离；以及

一显示装置，连接于该处理器，用来依据该投影机至该显示幕的理想距离输出一显示信号。

13.如权利要求12所述的投影机，其中，该检测模组包括：

一信号发射器，用来向该投影机的侧方以及该投影机的前、后方发射检测信号；

一信号接收器，用来接收该投影机的侧方以及该投影机的前、后方反射回来的检测信号；以及

一判断模组，用来依据该信号发射器发射检测信号，来判断该投影机至该投影机的侧方的距离以及该投影机至该投影机的前、后方的距离。

14.如权利要求12所述的投影机，其中该检测模组包括：

一信号发射器，用来向该投影机的侧方以及该投影机的前、后方发射一光线；

一取像模组，用来摄取该光线投射至该投影机的侧方以及该光线投射至该投影机的前、后方的类比影像；

一类比数字转换器，用来将该取像模组所摄取的类比影像转换成一数字影像；

一比较模组，用来比较该数字影像的各个像素的灰阶值；以及一判断模组，用来依据具有最高灰阶值的像素的位置判断该投影机至该投影机的侧方的距离以及该投影机至该投影机的前、后方的距离。

15.如权利要求14所述的投影机，其中，该信号发射器所发射的光线为激光。

16.如权利要求12所述的投影机，其中该处理器依据该检测模组所检测该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离判断该投影机至该显示幕的理想距离。

17.如权利要求16所述的投影机，其中，该处理器依据该检测模组所检测该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离与该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的一预定比率进行比较以判断该投影机至该显示幕的理想距离。

18.如权利要求16所述的投影机，其中，该处理器依据该检测模组检测的该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

19.如权利要求18所述的投影机，其中，该处理器依据该检测模组检测的该投影机至前方的距离及该投影机至后方的距离的总和调整该成像模组投射影像的亮度。

20.如权利要求19所述的投影机，其中，若该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离大于或等于该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的预定比率，则该处理器会依据该投影机的前后两侧的距离的总和调整该成像模组投射影像的亮度；若该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离小于该投影机至该投影机的前方的距离及该投影机至该投影机的后方的距离的总和的预定比率，则该处理器会依据该投影机至该投影机的左右两侧之中较短的距离调整该成像模组投射影像的亮度。

21.如权利要求12所述的投影机，其中，该检测模组可于该壳体内转动，以检测该投影机至该投影机外的不同方向的距离。

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