TWI677713B - 投影機、具有投影機之電子裝置以及控制方法 - Google Patents

投影機、具有投影機之電子裝置以及控制方法 Download PDF

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郭漢檥
Han-Yi Kuo
蔡立酋
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Abstract

本發明提供一種投影機，其可包含一發光裝置、一繞射光學元件以及一可切換式漫射器。該發光裝置係用來產生一雷射光。該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射或分散接收到的光，或者不漫射或分散該接收到的光，其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像。

Description

投影機、具有投影機之電子裝置以及控制方法
本發明係關於一投影機，尤指一種具有繞射光學元件的投影機。
為了取得三維影像，一電子裝置可使用一投影機將一特殊圖樣投影至一周圍區域，並且使用攝影機來擷取具有該特殊圖樣的影像，且擷取到的影像係藉由一處理器來分析，以取得該影像的深度資訊。另外，為了辨識擷取到的影像的內容，該電子裝置可另使用一光照明器來增加環境光以使得擷取到的影像更清晰。然而，設定該電子裝置中的該投影機以及該光照明器可能會增加設計負擔以及製造成本。
因此，本發明之一目的在於提供一種投影機，能被控制來充當(serve as)一圖樣投影機或是該光照明器，以解決上述問題。
依據本發明一實施例，一投影機包含一發光裝置、一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)。該發光裝置係用來產生一雷射光。該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光，其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像。
依據本發明另一實施例，一電子裝置包含一投影機以及一攝影機 (camera)模組。該投影機包含一發光裝置、一繞射光學元件以及一可切換式漫射器。該發光裝置係用來產生一雷射光。該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射或分散接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光，其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像至一周圍環境。該攝影機模組係用來擷取該周圍環境的區域以產生影像資料。
依據本發明另一實施例，本發明提供一種投影機的控制方法，其中該投影機包含一發光裝置、一繞射光學元件以及一可切換式漫射器，且該控制方法包含：接收一控制訊號以控制該可切換式漫射器操作在一第一模式或一第二模式；當該可切換式漫射器被控制操作在該第一模式時，該可切換式漫射器不會漫射或分散接收到的光；以及當該可切換式漫射器被控制操作在該第二模式時，該可切換式漫射器漫射或分散該接收到的光。
100、400、500、700‧‧‧投影機
110、410、510、710‧‧‧發光裝置
120、420、520、720‧‧‧繞射光學元件
130、430、530、730‧‧‧可切換式漫射器
540、740‧‧‧透鏡模組
Vc‧‧‧控制訊號
210‧‧‧物體
202、204‧‧‧輸出影像
610‧‧‧第一基板
620‧‧‧凸透鏡
630‧‧‧間隔物
650‧‧‧第二基板
800、900‧‧‧電子裝置
810、910‧‧‧投影機
830‧‧‧攝影機模組
840‧‧‧處理器
920‧‧‧液晶顯示面板
1000、1002、1004、1006、1008、1010‧‧‧步驟
第1圖為依據本發明一第一實施例之一投影機的示意圖。
第2圖為依據本發明一實施例之該投影機的一第一模式以及一第二模式的示意圖。
第3圖為依據本發明一實施例之一可切換式漫射器的示意圖。
第4圖為依據本發明一第二實施例之一投影機的示意圖。
第5圖為依據本發明一第三實施例之一投影機的示意圖。
第6圖繪示在本發明一實施例中之一繞射光學元件以及一透鏡模組。
第7圖為依據本發明一第四實施例之一投影機的示意圖。
第8圖為依據本發明一實施例之一電子裝置的示意圖。
第9圖為依據本發明另一實施例之一電子裝置的示意圖。
第10圖為依據本發明一實施例之一投影機的控制方法的流程圖。
第1圖為依據本發明一第一實施例之投影機100的示意圖。如第1圖所示，投影機100包含一發光裝置110、一繞射光學元件120以及一可切換式漫射器130。在本實施例中，發光裝置110可為一雷射二極體或一垂直共振腔表面發射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)，繞射光學元件120可被視為一圖樣產生器，且繞射光學元件120可被壓印(imprinted)在一基板的表面上，且可切換式漫射器130係藉由一控制訊號Vc來控制是否充當一漫射器。
在投影機100的操作中，基於可切換式漫射器130的操作，投影機100能選擇性地操作為一圖樣產生器或一均勻照明器。一併參考第1圖與第2圖，當投影機100需要充當該圖樣產生器(第一模式)時，發光裝置110開始產生一紅外雷射光，且該紅外雷射光穿透繞射光學元件120以產生具有繞射光學元件120之特殊圖樣的一影像，且可切換式漫射器130係藉由控制訊號Vc來控制操作為一透明板以允許該影像穿透，且投影機100所產生的輸出影像202係被投影在一周圍環境中的一物體210上。在投影機100之該第一模式中，因為可切換式漫射器130不會漫射或分散可切換式漫射器130所接收到的光，投影機100的輸出影像202可具有繞射光學元件120之該特殊圖樣(例如第2(a)圖所示的小點)。在其他情況下，當投影機100需要充當該均勻照明器(第二模式)時，發光裝置110開始產生該紅外雷射光，且該紅外雷射光穿透繞射光學元件120以產生具有該特殊圖樣的一影像，且可切換式漫射器130係藉由控制訊號Vc來控制操作為漫射器以漫射或分散可切換式漫射器130所接收到的光，以使得投影機100的輸出影像204為均勻的照明。在投影機100的該第二模式中，因為可切換式漫射器130漫射或分散可切換式漫射器130所接收到的光，投影機100的輸出影像204不會具有繞射 光學元件120之該特殊圖樣(例如第2(b)圖)。
當投影機100操作在該第一模式時，投影機100可充當該圖樣產生器以將具有該特殊圖樣的輸出影像202投影至物體210，且具有輸出影像202於其上的物體210能被一攝影機模組擷取以取得三維影像。當投影機100操作在該第二模式時，投影機100可充當該照明器以增加環境光(例如物體210的亮度)以使得被擷取的影像更清晰。因此，由於投影機100能被控制充當該圖樣產生器或該照明器，具有投影機100的電子裝置的設計可以更簡單且更有彈性，且其製造成本可低於相關技術中具有分別的圖樣產生器與照明器的電子裝置。
在本實施例中，可切換式漫射器130可藉由第3圖所示之液晶裝置來實施。本實施例中，可切換式漫射器130具有兩個基板以及一液晶層，且可切換式漫射器130的模式可藉由施加在這兩個基板間的電壓差來控制。例如，若可切換式漫射器130一般是透明的，則可切換式漫射器130在這兩個基板之間沒有電壓差時可操作為該透明板(第一模式)，且可切換式漫射器130在這兩個基板之間具有一適當的電壓差時可操作為該漫射器(第二模式)。又例如，若可切換式漫射器130一般是不透明的，則可切換式漫射器130在這兩個基板之間具有一適當的電壓差時可操作為該透明板(第一模式)，且可切換式漫射器130在這兩個基板之間沒有電壓差時可操作為該漫射器(第二模式)。
第3圖所示之可切換式漫射器130只是為了說明之目的，並非本發明的限制。只要可切換式漫射器130能選擇性地充當該漫射器，可切換式漫射器130可藉由其他元件(諸如一高分子複合材料(polymer composite)、電濕潤(electrowetting)或電泳(electrophoresis)元件)來實施。
第4圖為依據本發明一第二實施例之投影機400的示意圖。如第4圖所示，投影機400包含一發光裝置410、一繞射光學元件420以及一可切換式漫射器430。在本實施例中，發光裝置410可為一雷射二極體或一垂直共振腔表面發射 型雷射，繞射光學元件420可被視為一圖樣產生器，且可切換式漫射器430係藉由一控制信號Vc來控制是否充當一漫射器。
在投影機400的操作中，基於可切換式漫射器430的操作，投影機400能選擇性地操作為一圖樣產生器或一均勻照明器。投影機400與第1圖所示之投影機100類似，且投影機400與100之間的差異僅在於繞射光學元件420與可切換式漫射器430的位置。由於相關領域者在閱讀第1至3圖之實施例後應了解投影機400的操作，相關細節在此不贅述。
第5圖為依據本發明一第三實施例之投影機500的示意圖。如第5圖所示，投影機500包含一發光裝置510、一繞射光學元件520、一可切換式漫射器530以及一透鏡模組540。在本實施例中，發光裝置510可為一雷射二極體或一垂直共振腔表面發射型雷射，繞射光學元件520可被視為一圖樣產生器，且可切換式漫射器530係藉由一控制信號Vc來控制是否充當一漫射器。
在投影機500的操作中，基於可切換式漫射器530的操作，投影機500能選擇性地操作為一圖樣產生器或一均勻照明器。投影機500與第1圖所示之投影機100類似，且投影機500與100之間的差異僅在於投影機500另具有位於發光裝置510與繞射光學元件520之間的透鏡模組540。由於相關領域者在閱讀第1至3圖之實施例後應了解投影機500的操作，相關細節在此不贅述。
在第5圖所示之實施例中，繞射光學元件以及透鏡模組540可被製造在一起，例如，繞射光學元件520可被壓印在透鏡模組540的一基板的表面上。第6圖繪示在本發明一實施例中之繞射光學元件520以及透鏡模組540。如第6圖所示，透鏡模組540包含一第一基板610、壓印在第一基板610表面上之一凸透鏡620、一第二基板650、一間隔物630，其中繞射光學元件520可被壓印在第二基板650的表面上(例如上表面與下表面中之任一者)。
第7圖為依據本發明一第四實施例之投影機700的示意圖。如第7圖所 示，投影機700包含一發光裝置710、一繞射光學元件720、一可切換式漫射器730以及一透鏡模組740。在本實施例中，發光裝置710可為一雷射二極體或一垂直共振腔表面發射型雷射，繞射光學元件720可被視為一圖樣產生器，且可切換式漫射器730係藉由一控制信號Vc來控制是否充當一漫射器。
在投影機700的操作中，基於可切換式漫射器730的操作，投影機700能選擇性地操作為一圖樣產生器或一均勻照明器。投影機700與第5圖所示之投影機500類似，且投影機700與500之間的差異僅在於繞射光學元件720與可切換式漫射器730的位置。由於相關領域者在閱讀第1至3圖與第5圖之實施例後應了解投影機700的操作，相關細節在此不贅述。
在其他實施例中，該透鏡模組可與該可切換式漫射器一同製造，例如，第7圖所示之透鏡模組740可被製造在可切換式漫射器730之一基板的表面上，或者，第1圖所示之可切換式漫射器130可具有一透鏡模組製造於其上。
第8圖為依據本發明一實施例之電子裝置800的示意圖。如第8圖所示，電子裝置800係一智慧型手機，且電子裝置800包含一投影機810、一攝影機模組830以及一處理器840。在本實施例中，投影機810可為投影機100、400、500與700中之任一者，且係嵌(embedded)在電子裝置800的背側，且投影機810係用來投影一紅外輸出影像(其可具有該特殊圖樣或不具有該特殊圖樣)至一周圍環境的區域。接著，攝影機模組830擷取該周圍環境的區域以產生影像資料。最後，當該紅外輸出影像具有該特殊圖樣時(第一模式)，處理器840分析該影像資料以取得該影像資料的深度資訊以產生一三維影像，而當該紅外輸出影像充當該均勻照明時(第二模式)，處理器840則不會分析該影像資料以取得該影像資料的深度資訊。
在一實施例中，投影機810在該第一模式前可被控制操作在該第二模式。尤其是，投影機810可被控制來投影該均勻照明以使該物體變亮，且處理器 840可辨識攝影機模組830所擷取到的影像資料中的該物體；接著投影機810被控制來投影具有該特殊圖樣的輸出影像以供處理器840分析該影像資料，以取得該影像資料的深度資訊。在另一實施例中，投影機810可被控制為交替地操作在該第一模式以及第二模式。
在第8圖所示之實施例中，投影機810係嵌在電子裝置800的背側。然而，在第9圖所示之另一實施例中，該投影機係位於該電子裝置的正面，且該投影機可與一液晶顯示面板整合在一起。如第9圖所示，電子裝置900包含至少一投影機910以及一液晶顯示面板920，其中投影機910可為投影機100、400、500與700中之任一者，且投影機910的可切換式漫射器係藉由該液晶顯示面板的一部分來實施。
第10圖為依據本發明一實施例之一投影機的控制方法的流程圖。參考第1至10圖，其工作流程如下：
步驟1000：流程開始。
步驟1002：接收一控制訊號以控制該可切換式漫射器操作在一第一模式或一第二模式；若該可切換式漫射器操作在該第一模式，流程進入步驟1004；且若該可切換式漫射器操作在該第二模式，流程進入步驟1008。
步驟1004：控制該可切換式漫射器不要漫射或分散所接收到的光。
步驟1006：投影具有該特殊圖樣的該輸出影像以供該三維影像的產生之用。
步驟1008：控制該可切換式漫射器漫射或分散所接收到的光。
步驟1010：投影該輸出影像使其充當該均勻照明。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (18)

  1. 一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像；其中該可切換式漫射器係藉由一特定材料來實施，且該特定材料的光學特性係依據施加於該特定材料的兩基板間的電壓差來控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影機，其中該可切換式漫射器係藉由該控制訊號來控制，以具有一第一模式或一第二模式，且若該可切換式漫射器操作在該第一模式，該接收到的光直接地穿透該可切換式漫射器而不會被該可切換式漫射器漫射或分散；以及若該可切換式漫射器操作在該第二模式，該可切換式漫射器漫射或分散該接收到的光。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之投影機，其中該繞射光學元件具有一特定圖樣，且若該可切換式漫射器操作在該第一模式，該投影機之該輸出影像具有該特定圖樣；以及若該可切換式漫射器操作在該第二模式，該投影機之該輸出影像充當(serve as)均勻的照明(illumination)。
  4. 一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以產生一影像，且該影像穿透該可切換式漫射器以產生該投影機之該輸出影像。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之投影機，另包含位於該發光裝置與該繞射光學元件之間的一透鏡模組。
  6. 一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像；其中該雷射光穿透該可切換式漫射器以產生一影像，且該影像穿透該繞射光學元件以產生該投影機之該輸出影像。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之投影機，另包含位於該發光裝置與該可切換式漫射器之間的一透鏡模組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之投影機，另包含：一透鏡模組，其中該繞射光學元件係壓印(imprinted)在該透鏡膜組之一基板的表面上。
  9. 一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像；其中該可切換式漫射器係藉由一液晶、一高分子複合材料(polymer composite)、電濕潤(electrowetting)或電泳(electrophoresis)元件來實施。
  10. 一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像；其中該投影機係建置在具有一液晶顯示面板之一電子裝置中，且該液晶顯示面板的一部分充當該可切換式漫射器。
  11. 一種電子裝置，包含：一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像至一周圍環境；以及一攝影機(camera)模組，用來擷取該周圍環境的區域以產生影像資料；其中該可切換式漫射器係藉由一特定材料來實施，且該特定材料的光學特性係依據施加於該特定材料的兩基板間的電壓差來控制。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該可切換式漫射器係藉由該控制訊號來控制，以具有一第一模式或一第二模式，且若該可切換式漫射器操作在該第一模式，該接收到的光直接地穿透該可切換式漫射器而不會被該可切換式漫射器漫射或分散；以及若該可切換式漫射器操作在該第二模式，該可切換式漫射器漫射或分散該接收到的光。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該繞射光學元件具有一特定圖樣，且若該可切換式漫射器操作在該第一模式，該投影機之該輸出影像具有該特定圖樣；以及若該可切換式漫射器操作在該第二模式，該投影機之該輸出影像充當(serve as)均勻的照明(illumination)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，另包含：一處理器，耦接至該攝影機模組，其中若該可切換式漫射器操作在該第一模式，該處理器分析該影像資料以取得該影像資料的深度資訊。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中若該可切換式漫射器操作在該第二模式，該處理器不會被設置來取得該影像資料的該深度資訊。
  16. 一種電子裝置，包含：一投影機，包含：一發光裝置，用來產生一雷射光；一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)；以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，其中該可切換式漫射器係藉由一控制訊號來控制，以漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光、或者不漫射或分散該接收到的光；其中該雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像至一周圍環境；一攝影機(camera)模組，用來擷取該周圍環境的區域以產生影像資料；以及一液晶顯示面板，其中該液晶顯示面板的一部分充當該可切換式漫射器。
  17. 一種投影機的控制方法，其中該投影機包含一發光裝置、一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，且該控制方法包含：接收一控制訊號以控制該可切換式漫射器操作在一第一模式或一第二模式；當該可切換式漫射器被控制操作在該第一模式時，該可切換式漫射器不會漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光；以及當該可切換式漫射器被控制操作在該第二模式時，該可切換式漫射器漫射或分散該接收到的光；其中該可切換式漫射器係藉由一特定材料來實施，且該特定材料的光學特性係依據施加於該特定材料的兩基板間的電壓差來控制。
  18. 一種投影機的控制方法，其中該投影機包含一發光裝置、一繞射光學元件(diffraction optical element,DOE)以及一可切換式漫射器(switchable diffuser)，且該控制方法包含：接收一控制訊號以控制該可切換式漫射器操作在一第一模式或一第二模式；當該可切換式漫射器被控制操作在該第一模式時，該可切換式漫射器不會漫射(diffuse)或分散(scatter)接收到的光；以及當該可切換式漫射器被控制操作在該第二模式時，該可切換式漫射器漫射或分散該接收到的光；其中該繞射光學元件具有一特定圖樣，一雷射光穿透該繞射光學元件以及該可切換式漫射器以產生該投影機之一輸出影像，且該控制方法另包含：當該可切換式漫射器操作在該第一模式，產生該投影機之該輸出影像，其具有該特定圖樣；以及當該可切換式漫射器操作在該第二模式，該投影機之該輸出影像充當(serve as)均勻的照明(illumination)。
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