200904201 電源裝置20 雷射驅動器（LD Driver ) 30 微機電系統驅動器（MEMS Driver ) 40 數位信號處理引擎（DSP Engine) 50 雷射光源模組（LD Module ) 60a 變焦鏡頭組63 出射光束64 • 微機電擺動式光掃描構件7 〇 微機電擺動式反射鏡71 、 投影放大鏡頭組80 ( 投影畫面90b、90c 前期反射鏡組100 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式：（無） 九、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種雷射投影裝置，尤指一種利用一兼 〇 具變焦功能之雷射光源模組，並結合一數位信號處理引擎 以控制傳送信號之時序以配合一微機電擺動式光掃描構 件’及一投影放大鏡頭組而構成之單色或彩色投影裝置， 藉以有效縮小投影裝置之體積，並縮短投影距離且使投影 畫面最大化及均勻化者。 【先前技術】 按，目前雷射投影裝置（Laser Projector，Laser Projection display device )之應用技術中，已包括有 US 4, 979, 030、US 5, 920, 361、US 5, 966, 009、US 6,140,979 ' US 6,426,781 B1 ' US 6,594 090 B2 > 200904201 US 6, 945 652 Β2及日本11-305710等多件專利，其中， US 4,979,030主要係揭示利用R、G、B (紅色、綠色、 藍色）三原色雷射、高速旋轉多面鏡（Polygon )及 gavonometer結構，並利用雷射光的光強度來做調變，且 設有一組連接鏡頭的技術；US 5, 920, 361主要係揭示利用 雷射陣列（Laser Array )來做雷射投影光源的技術； Ο
US 5, 966, 009主要係揭示利用電磁式的MEMS反射鏡的技 術；6, 140,979主要係揭示雷射利用利用亮時間來調整亮 度’並利用look up table來做影像畸變（distortion) 補正的技術；US 6,426,781 B1主要係揭示利用AOM來做 雷射信號的調變，並利用波長分別為488nm、514nm、 647nm之三個波長的雷射來投影及利用F-theta iens ( F Θ lens)與relay lens (連接鏡片）的技術；US 6, 594 090 B2主要係揭示利用Lcos、DLP來做雷射調變而結構像 傳統投影機的技術；US 6, 945 652 B2主要係揭示當投射 光束正在被掃描時，該光束以光脈衝輻射而在二相鄰像素 之間藉分開光束以對應於各別的像素的技術（the light beams are radiated as pulses of light corresponding to respective pixels by splitting the light beams between adjacent pixels when the light beams are being scanned )。 而一雷射投影裝置包含上述各件專利等習知技術，其 主要作動原理係利用一雷射光源（light s〇urce)產生光 束（1 i ght beams )，再利用光掃描構件/裝置 scanning element/device )將該雷射光束掃描至投射面 (scanning the emitted light beams toward the projection plane)上以顯示影像（displayi ^上述各件專利知技術係分別針對雷射光 源產生之光束性質或光射掃描構件/裝置之結構作出不同 200904201 設計，藉以增進雷射投影機之使用效率如增進投影畫面之 品質等；然，習知雷射投影裝置在使用上常產生下列問題 或缺點： <1>、目前使用之電子設備均有朝向輕、薄、短小 之設計趨勢，而目前使用之雷射投影裝置除了常配合桌上 電腦或華記型（手提式）電腦使用外，亦有配合％手機 (cellular Phone)或 PDA ( personal digital assistant )或其他相關電子設備（如蘋果電腦在2〇〇7年 6月新推出之iphone手機）使用之需要，也就是使用者將 O 3G手機或PDA之小型面板（顯示幕）上顯示之圖文或影像 資料，藉雷射投影裝置而投影在一投射面上放大顯示，使 才又影晝面增大以利於觀看或多人一起觀看，但習知雷射投 影裝置在型體上相較於3G手機或PDA都較大，無法或難以 與3G手機或PDA簡便配合使用，造成使用上之不便。 < 2 >、當雷射投影裝置在配合3G手機或pm使用 時’基本上要求投影距離能儘量縮短而投影晝面卻能儘量 放大為最佳’然習知雷射投影裝置尚無法達成上述要求’ 相對造成使用上之不便。 i) < 3 >、當雷射投影裝置在配合3G手機或PDA使用 時’基本上也要求耗電功率能能相對減小為最佳，藉以減 小耗電量相對增加電池使用時間，以符合環保要求；然目 前習知之雷射投影裝置尚無法達成上述要求，相對影響使 用之方便性。 本發明之雷射投影裝置即是針對上述需求而加以設計 者。 【發明内容】 本發明主要目的乃在於提供一種小型雷射投影裝置 (COMPACT LASER PROJECTION DISPLAY DEVICE )，其係 利用一電源裝置、一雷射驅動器（LD Driver )、一微機 200904201 電系統驅動器（MEMS Driver )、一數位俨 (DSP Engine)、一具有變焦功能之單色/三u T )、一微機電擺動式光掃描構: (MEMS oscillatory light scanning element )月 投，大鏡頭組構成’其中，藉該數 擎 機巧動式光掃描構件慨反射鏡非線： = = : 焦功能以控制投影晝面之解析度，又藉 效率ut 之亮度’藉以增進投影裝置之使用 本發明再一要目的乃在;^供一種小型雷射 ϊ面=:，投影裝置體積大、投影距離縮短日』影 ，面相對不夠大、投影距離大時職影晝面亮度相對不 足、投影畫面亮度足時則耗電功率相對增大、及無法 配合3G手機或PDA使用的問題，而特別設計一兼具變 色/三色雷射光源模組及一投影放大』組變W 控帝投衫畫面之解析度，並使投影距離有效縮短，而達成 =雷射投影裝置所要权投財面最大化及耗電功率相 對減小之使用效果。 本發明又一要目的乃在於提供一種小型雷射投影裝 其係針對_電擺動式光掃描構件巾微機電擺動式反 ，鏡（MEMS oscillatory mirror )非線性之擺動頻率 (速率），而特別利用一數位信號處理引擎（
Engine)以控制傳送信號之時序，使雷射光源模組之發射 光束能配合MEMS反射鏡非線性之擺動頻率（速率），藉以 使投影晝面均勻化，並可簡化及縮小雷射投影裝置之設計 及製作。 200904201 甘杜本Ϊ月f目的乃在於提供一種小型雷射投影裝置， ，進-步配，雷，裝置之小型化而設置一 器 投與/ϊϊ 容易任意旋轉或擺設該小型雷射
投〜裝置時’可藉该重力感測器（G_S 方向之改變，進而調整投影書 y μ應重力 本發明小型雷射投影裝方向性’藉以增進使用 【實施方式】
C 為使本發明更加明確詳實，茲列舉 合下列圖示’將本發明之結構及其技術並配 參照圖 1 、2、3 >5 m 4、q e . ^ 發明單色/彩色投影裝置1/2之結構透‘意圖分= ，月早色/ A色（二色）之小型雷射投影裝置（^ laser projectlon display device ) 1/2 ，主 一外殼體10、一電源裝置2〇、一雷射驅動器（lD 、 Driver) 30、一微機電系統驅動器（MEMS此卜叶） 一數位乜號處理引擎（DSP Engine) 50、一單色/三色雷 射光源模組（LD Module ) 60/60a、一微機電擺動式光掃 描構件（MEMS oscillatory light scanning eiement ) 70、及一投影放大鏡頭組8〇，其中，該彩色小型雷射投影 裝置2上在雷射光源模組60a與微機電擺動式光掃描構g 70之間設置一前期反射鏡組1〇〇如圖4、5、6所示。 々該外殼體10之形狀不限制，如設計為一矩形體供人手 可簡便拿持或擺設在桌面上，其前端面上設有一供雷光束 掃描投射之窗口 11，其另一側面12上可設置一電池容槽13 供可利用電池（battery )作為電源，另可設置一記憶體 容槽14如SD連接器（SD connector) 14或USB連接埠15， 藉以增進雷射投影裝置1使用之方便性。 該電源裝置20係提供單色/彩色雷射投影裝置1/2運 200904201 作所須之電源’可利用電池容槽13中之電池（battery ) 作為電源，或另外接電源使用如利用USB連接埠15而外接 電腦電源，藉以增進雷射投影裝置1使用之方便性。 該雷射驅動器（LD Driver ) 30係用以控制並驅動該 雷射光源模組60/60a發出雷射光束，且配合同步訊號以與 該微機電擺動式光掃描構件70同步動作。 §亥微機電系統驅動器（MEMS Driver ) 40係用以控制 並驅動該微機電擺動式光掃描構件（MEMS 〇sciUat〇ry Γ ϋ light scanning element) 70中之微機電擺動式反射鏡 (MEMS oscillatory mirror ) 71產生作動，並使該微機 ，，動式光掃描構件7 〇可配合同步訊號以與雷射驅動器 (LD Drlver ) 30同步動作。 號處理引擎（DSP Engine) 5Q係用以控制傳 Ϊί擺動式反射= = 式光掃描構件70中微 率）；請參照圖？:ί線=巧i之擺動頻率（速 而線性區約為週巧百 而因△ X (位移量）y v * ’u/o= ( 7Τ/20 ); △ X ;當ΔΧ相』'(速率）/F (頻率）；因此，F:V/ 此’速率v減小t頻;：、!ί頻，速率成正比）’因 時，速率V增加則頻率也減小；由此可知，在線性區 V減小，加i減小；而在非線性區時，速率 可藉控制傳送‘號二因此，如圖8所示之投影晝面， 時，單位時間中拗士 ^序，使在速率V增加之線性區A2 減小之非線性“加光束之時序的密度’而在速率V 序的密度（如在時皮u時，_單位時間中減少掃描光束之時 域A1、A2、A3的n — A間隔性掃描），使修正後之晝面區 均勻化之效果。迠呈現均勻分佈，藉以達成投影晝面 200904201 該單色（R紅色）/三色（R紅光/G綠光/B藍光）雷 射光源模組60/60a如圖1-3及圖4-6所示，係用以發射單 色/三色之雷射光束而投射至該微機電擺動式光掃描構件 (MEMS oscillatory light scanning element ) 70以進
行掃描；又該單色/三色雷射光源模組60/60a包含雷射光 源61及變焦鏡頭組63，該雷射光源61係用以發射雷射光， 而該變焦鏡頭組63係用以針對雷射光源61所發射之雷射光 進行變焦，藉以調變雷射光束之光點直徑大小，使該雷射 光源模組60/60a兼具有變焦功能。玆針對該變焦鏡頭組63 及其變焦功能，列舉二實施例分別說明該如下： <實施例一> 表一 圖9A 圚9B Surface# Radius Thickness lndex，Vd Surface# Radius Thickness Index,Vd 0 infinity infinity 0 infinity infinity 1 -3.353 4.5 1.62, 60.3 1 -3.353 4.5 1.62, 60.3 2 2.000 0.5 2 2.000 0.5 3 4.734 2.5 1.62, 60.3 3 4.734 2.5 1.62, 60.3 4 -2.815 6.197 4 -2.815 0.5 5 2.835 2.5 1.62, 60.3 5 2.835 2.5 1.62, 60.3 6 -75.644 1 6 -75.644 1 7 Infinity 0.3 1.52, 64.2 7 infinity 「0.3 1.52, 64.2 8 Infinity 0.600 8 infinity 0.600 9 Infinity 0.000 9 infinity 「0.273 參照圖9A、9B及表一所示，各雷射光源模組60/6如之 單色雷射光源61發出雷射光62，可藉其前方之變焦鏡頭組 63中各鏡片或鏡片群組之間的相對移動以改變其間距’藉 以控制出射光束64之直徑（光點）大小而達成變焦效果； 該變焦鏡頭組63係一光學變焦之準直鏡頭模組如圖^ : 9B 及表一所示，其中，鏡片L1與L2為一群組，而利用該群組 LI、L2相對於鏡片L3的間距變動且同時搭配鏡片L3相對於 200904201 雷射光源61的間距變動，如從圖9A位置變動成圖9B位置， 藉以使出射光束64之光點直徑在0.8ram — 0.4mm的兩倍變 焦之間做出無段式調變。 <實施例二> 表二 圖10A 圖10B Surface# Radius Thickness Index, Vd Surface# Radius Thickness IndextVd 0 infinity infinity 0 infinity infinity 1 -1.983 4.5 1.78,25.8 1 -1.983 4,5 1.78, 25.8 2 2.145 D.54 2 2.145 0.54 3 6.665 2.801 1.78,25.8 3 6.665 2.801 1.78, 25.8 4 -3.089 13.642 4 -3.089 0.5 5 ΓΙ.854 2 1.78, 25.8 5 2.854 2 1.78, 25.8 6 17.909 1 6 17.909 1 7 infinity 0.3 1.52, 64.2 7 infinity 0.3 1.52, 64.2 8 infinity 0.5 8 infinity 0.5 9 I infinity 0.000 9 infinity 0.535 參照圖10A、10B及表二所示，各雷射光源模組 60/60a之單色雷射光源61發出雷射光62，可藉其前方之變 焦鏡頭組63中各鏡片或鏡片群組之間的相對移動以改變其 間距，藉以控制出射光束64之直徑（光點）大小而達成變 焦效果；該變焦鏡頭組63係一光學變焦之準直鏡頭模組如 圖l〇A、10B及表二所示，其中，鏡片L1與L2為一群組， 而利用該群組LI、L2相對於鏡片L3的間距變動且同時搭配 鏡片L3相對於雷射光源61的間距變動，如從圖ga位置變動 成圖9B位置，藉以使出射光束64之光點直徑在〇. 7mm-> 0.35mm的兩倍變焦之間做出無段式調變。 清參照圖2、5及圖11A、11B所示，當投影距離 為.1.25m (公尺），該微機電擺動式光掃描構件(微 機電擺動式反射鏡）的擺動角度：Θ x=2〇。（度），$ γ=14.8° (度）’投影出之投影晝面9〇的對角線長為： 55cm，解析度為：640*480，每光點的尺寸為(D〇. 6875mm 如圖11A所示；而當投影距離為·· im (公尺），該微機電 200904201 擺動式光掃描構件70的擺動角度：0 x=20。（度），0 γ=14. 8° (度），則投影出之投影畫面9〇a的對角線長 為：44cm，解析度為：640*480，每光點的尺寸為φ 〇.55则1如圖1以所示；也就是當投影距離較遠而投影畫面 (90)較大時，其光點直徑大小可調變為較大（φ 0.6875mm) ’而當投影距離較近而投影晝面（9〇a )較小 時，其光點直徑大小可調變為較小（φ〇· 55mm)，使投影 晝面（90、90a )雖然不同大小，但可保持相同之解析度 (解析度同為：640*480 )，藉以增進投影晝面（90、 f； 90a )之解析度。又該變焦鏡頭組63之調變可設計為手動 (人為操作）變焦控制或自動變焦控制。 該微機電擺動式光掃描構件（MEMS oscillatory light scanning element) 70係用以將單色光（R紅光） /三色（R紅光/G綠光/B藍光）雷射光源模組60/60a所發 出之雷射光束64掃描投射至投影面上（scanning the emitted light beams toward the projection Plane )，或如本發明先經過一投影放大鏡頭組8〇再投射 至投影面上以顯示出一二維（χ_γ轴）投影晝面如圖2、 I 3或圖4、6所示；該微機電擺動式光掃描構件7〇可設計 成不同型態，如：利用一個二維擺動之微機電擺動式反射 鏡（2D MEMS oscillatory mirror) 71 構成，或利用兩個 各具一維擺動的微機電反射鏡（1D MEMS oscillatory mirror)構成，或利用一個一維微機電反射鏡（1D MEMs M^ror)並加上多面鏡旋轉馬達（p〇lyg〇n Mirr〇r)或檢 流叶（Galvanometer)構成，其中該二維擺動之微機電擺 動式反射鏡係利用微機電（MEms，micro electronic mechanical system )之技術製作而成，也就是内、外雨 ^面的擺動方向是不同的，一以χ轴擺動另一以γ軸擺 動’使雷射光束可掃描至投影面上並顯示出χ_γ軸之投影 200904201 晝面；又該微機電擺動式光掃描構件70係配合同步訊號以 與雷射驅動器（LD Driver ) 30作同步動作。 該投影放大鏡頭組80可設置在外殼體10之窗口 11上， 其係用以將經過微機電擺動式光掃描構件70掃描後之雷射 光束，進入投影放大鏡頭組80折射後以擴大其折射角，再 掃描投射至投射面上’藉以縮短投影距離並使投影畫面達 成最大化效果如圖3、6所示，其中在相同之投影距離之 下，可使投影晝面由較小之投影晝面90b擴大至較大之投 影晝面90c ;尤其，因投影距離縮短，可相對提升投影晝 ^ 面90c之亮度，有利於提昇觀看投影畫面之方便性，藉以 增進投影裝置1/2之使用效率及其應用範圍。 又，本發明之小型單色雷射投影裝置1，其單色光 (如R紅光）雷射光源模組60所發射之光束62經變焦鏡頭 組63變焦後之單色出射光束64 (如圖9A、9B及圖10A、 10B所示）可直接投射至微機電擺動式光掃描構件70上以 進行掃描如圖3所示；而本發明之小型彩色雷射投影裝置 2，其三色（R紅光/G綠光/B藍光）雷射光源模組6〇&所 發射之三道單色（R紅光/G綠光/B藍光）光束62分別經變 焦鏡頭組63變焦後之三道單色雷射光束64 (如圖9A、9B及 〇 圖10A、10B所示）可先經過一前期反射鏡組1〇〇，也就 是在雷射光源模組60a與微機電擺動式光掃描構件7〇之間 設置一前期反射鏡組1〇〇，使三色（R紅光/G綠光/B藍 光）各別之出射光束64先匯整成單一光束後再投射至微機 電擺動式光掃描構件上以進行掃描如圖6所示；該前期 反射鏡組1⑽係用以安排各單色光路，藉以有效縮小佈局 所佔之材積，有利於使彩色雷射投影裝置2小型化。 再參考圖12、13所示，其分別係本發明雷射投影裝置 1/2未設重力感測器（G-Sensor)及已設置重力感測器 (G-Sensor)之#又影畫面不意圖，由於本發明之小型單色 200904201 /彩色雷射投影裝置1/2體積小，因此在使用時，使用者 容易任意擺設致方向錯亂而造成投影晝面產生顛倒的情況 如圖12所示；故本發明之小型單色/彩色雷射投影裝罟 (G SeLrTno 如圖13所示’當使用者容易任意旋轉或擺設單色/彩色雷 射投影裝置1 /2時’重力感測器（G-Sensor) 110會感應 重力方向的改變，進而調整投影畫面之方向性。 。 藉上述結構’本發明之小型|色/彩色雷射投影裝置 1/2能有效縮小體積，並可縮短投影之距離且使投影畫面 最大化及均勻化’藉以解決習知投影裝置體積大、投影之 距離大、耗電功率大及無法簡便配合3G手機或PDA使用的 缺點及問題’而提昇投影裝置之使用效率及應用範圍者。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅 是說明性的，而非限制性的；本專業技術人員理解，在本 發明權利要求所限定的精神和範圍内可對其進行許多改 變，修改，甚至·等效變更，但都將落入本發明的保護範圍 内0 【圖式簡單説明】 0 圖1:係本發明一單色投影裝置實施例之結構示意圖。 圖2 :係圖1之光學路徑及未經投影放大鏡頭組之投影晝 面示意圖。 圖3 :係圖1之光學路徑及經投影放大鏡頭組之投影晝面 示意圖。 圖4 :係本發明一彩色投影裝置實施例之結構示意圖。 圖5 :係圖4之光學路徑及未經投影放大鏡頭組之投影晝 面示意圖。 圖6 :係圖4之光學路徑及經投影放大鏡頭組放大之投影 畫面示意圖。 圖7 :係本發明一微機電擺動式反射鏡非線性（等速）擺 13 200904201 動之軌跡（位移量）對應時間函數圖。 圖8 :係本發明數位信號處理引擎控制傳送信號時序後之 投影晝面區域Al、A2、A3的字型呈現均勻分佈之示意圖。 圖9A、9B :係本發明雷射光源模組中變焦鏡頭組第一實施 例之變焦示意圖。 圖10A、10B :係本發明雷射光源模組中變焦鏡頭組第二 實施例之變焦示意圖。 圖11A、11B :係本發明經變焦鏡頭組調變前、後之投影 晝面示意圖。 圖12 :係本發明未設重力感測器（G-Sensor)之使用狀態 及投影晝面示意圖。 圖13 :係本發明設置重力感測器（G-Sensor)之使用狀態 及投影晝面示意圖。 【主要元件符號說明】 雷射投影裝置1、2 外殼體10 窗口 11 侧面12 電池容槽13 記憶體容槽14 USB連接埠15 電源裝置20 雷射驅動器30 微機電系統驅動器）40 數位信號處理引擎50 雷射光源模組60、60a 雷射光源61 雷射光62 14 200904201 變焦鏡頭組63 出射光束64 微機電擺動式光掃描構件7 0 (二維）微機電擺動式反射鏡71 投影放大鏡頭組80 投影晝面90、90a、90b、90c 前期反射鏡組100 重力感測器（G-Sensor) 110
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