TWI716186B

TWI716186B - 投影系統

Info

Publication number: TWI716186B
Application number: TW108141005A
Authority: TW
Inventors: 莊泳明; 陳時偉
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-01-11
Also published as: TW202119118A

Abstract

一種投影系統，包括激發光投影機、取像裝置以及透明板。透明板包括透明螢光粉層。激發光投影機可輸出包括影像資訊的激發光束，以激發透明螢光粉層，產生可見的第一影像。取像裝置包括鏡頭，透明板設置於鏡頭的光學路徑上。取像裝置可同時擷取位於第一標的之影像及第二標的之影像，且鏡頭的景深範圍可同時涵蓋第一標的之影像及第二標的之影像，而第一標的之影像為透明螢光粉層受激發所產生的第一影像，第二標的為透明板以外的特定物體。第一標的和第二標的在透明板的厚度方向的距離大於或等於1mm。

Description

投影系統

本發明是有關於一種投影系統，且特別是有關於一種以激發光束激發螢光粉層之投影系統。

隨著光學技術的發展，日常生活中隨處可見各種光學器材的應用。一種常見的光學器材為投影機，其中應用最為普及的，是直接將影像投影至布幕的投影機。除此之外，業界也不斷致力於研究投影機的各種應用可能性。

本發明係有關於一種投影系統，其利用激發光束激發螢光粉層達到投影影像之目的，且取像裝置可同時擷取所投影之影像及預定標的物之影像，並輸出訊號至處理器，使處理器得以隨時根據訊號的狀態決定是否改變投影影像的內容，藉以拓展投影機的應用。

根據本發明之一方面，提出一種投影系統。投影系統包括激發光投影機、取像裝置以及透明板。透明板包括透明螢光粉層。激發光投影機可輸出包括影像資訊的激發光束，以激發透明螢光粉層，產生可見的第一影像。取像裝置包括鏡頭，透明板設置於鏡頭的光學路徑上。取像裝置可同時擷取位於第一標的之影像及第二標的之影像，且鏡頭的景深範圍可同時涵蓋第一標的之影像及第二標的之影像，而第一標的之影像為透明螢光粉層受激發所產生的第一影像，第二標的為透明板以外的特定物體。第一標的和第二標的在透明板的厚度方向的距離大於或等於1mm。

根據本發明之一方面，提出一種投影系統。投影系統包括投影機、取像裝置以及處理器。投影機可輸出激發光束以激發螢光粉層，產生可見的第一影像。取像裝置包括鏡頭，且可擷取第一影像以及預定標的物之影像，並輸出相對應的第一訊號。處理器分別與投影機及取像裝置電性連接，且可根據第一訊號決定第一影像的內容。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100:投影系統

110:投影裝置

111:投影機

111L:投影鏡頭

112:取像裝置

112L:鏡頭

113:支架

113a:第一延伸部

113b:第二延伸部

114:處理器

120:透明板

121:透明基底

121a:透明基底的前表面

121b:透明基底的後表面

122:螢光粉層

122r1、122r2:第一影像

130:預定標的物

D:距離

H:使用者

IM:成像

L1、L1’:可見光

L2:激發光束

S1:第一訊號

S2:第二訊號

T:缺角

第1圖繪示本發明一實施例的投影系統之示意圖。

第2~3圖繪示第1圖之投影系統的側視圖。

第4~5圖繪示使用者操作第1圖之投影系統的示意圖。

第6A圖及第6B圖繪示由取像裝置擷取第一影像所產生的成像。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。這些圖式之繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。

請參照第1圖，其繪示本發明一實施例的投影系統100之示意圖。投影系統100包括投影裝置110、透明板120及預定標的物130。投影裝置110設置於透明板120上，並可將影像投影至透明板120。透明板120位於投影裝置110與預定標的物130之間，且預定標的物130為透明板120以外之特定物體。其中投影裝置110更可擷取預定標的物130之影像，同時也可擷取投影至透明板120的影像。

透明板120包括透明基底121及螢光粉層122。透明基底121的材質例如是玻璃或塑膠等透明材質，其具有前表面121a及後表面121b。螢光粉層122為對可見光實質透明的螢光粉層，其可設置於透明基底121的後表面121b；在其它實施例中，螢光粉層122也可設置於透明基底121的前表面121a，本發明不對此加以限制。

投影裝置110包括投影機111、取像裝置112、支架113及處理器114。投影機111包括投影鏡頭111L、光源及光閥。光源可輸出特定波長的照明光線，經光閥轉換為影像光線後經投影鏡頭111L輸出。光源可以包括，例如是發光二極體或雷射二極體光源，於本例中，光源包括多枚可輸出波長約為360奈米的照明光。光閥可以例如是LCD、DMD、LCOS等已知的光閥種類，於本例中，光閥為DMD。投影鏡頭111L可以是定焦鏡頭或變焦鏡頭。投影鏡頭111L在包括例如是20枚以下、15枚以下及6到15枚具屈光度的透鏡時，其有佳、較佳及最佳的成本效益，惟本發明不以此為限。於本例中，投影鏡頭111L為一包括10枚具有屈光度的透鏡的定焦鏡，其分為兩個由光圈隔開的透鏡群，而其中為避免短波長光線破壞膠合透鏡之間的材料，各透鏡之間是獨立的，亦即，於本例中，投影鏡頭L中並無膠合透鏡。惟於另一例中，投影鏡頭111L中亦可設置一枚或多枚膠合透鏡來減緩像差亦可。實施例中，投影機111為激發光投影機，其可從投影鏡頭111L輸出包括影像資訊的激發光束，例如波長為360奈米的UV光束或是450奈米的藍光。於本例中，投影鏡頭111L輸出的波長為360奈米的UV光。激發光束能夠激發螢光粉層122，使螢光粉層122產生可見光，藉此產生影像。在一實施例中，投影機111為超短焦投影機(其投影比(THROW RATIO)如是小於0.5)，能夠在有限的空間內在不同的位置投影出較大的畫面。

取像裝置112例如是照相機或是攝影機，用以擷取影像。於本例中，取像裝置112為攝影機。取像裝置112包括鏡頭112L、影像感測單元(例如是CCD或CMOS)等元件，其中透明板120設置於鏡頭112L的光學路徑上，來自外界穿過透明板120之光線可經由鏡頭112L入射至影像感測單元，而產生相對應的影像訊號(例如第一訊號S1)。

處理器114可以是各種可以用於影像處理及裝置控制的裝置，例如是單晶片、可執行程式的中央處理器或是包括有各式邏輯電路或是處理單元的電路板。於本例中，處理器114為中央處理器。於本例中，處理器114分別與投影機111及取像裝置112電性連接，處理器114可根據第一訊號S1產生第二訊號S2，並將第二訊號S2輸出至投影機111。

投影機111及取像裝置112透過支架113彼此連接。支架113可包括相互連接的第一延伸部113a及第二延伸部113b。第二延伸部113b的一端連接於投影機111，另一端連接於第一延伸部113a，且第一延伸部113a並非垂直或平行地連接於第二延伸部113b，而是與第二延伸部113b傾斜，且二者之間具有一傾斜角度。

第2~3圖繪示第1圖之投影系統100的側視圖。實施例中，第一延伸部113a上包括一半穿半反鏡，其中，「半穿半反」之用語並非用以限定穿透與反射之光線的比例，而是欲說明其可兼具反射光線以及使光線通過的功能，舉例來說，前述的半穿半反鏡為能讓例如是550奈米的可見光實質通過，但可實質反射波長是360奈米的光線的分光鏡(dichroic mirror)。前述的實質通過及實質反射，可分別理解為對應特定波長範圍的光線，有70%的通過率以及反射率。請參照第2圖及第3圖，第一延伸部113a能夠反射由投影機111輸出之激發光束L2，且能夠使來自於第一標的(例如受激發的螢光粉層122上被激發而形成的畫面)之光線(可見光L1)及來自於第二標的(例如預定標的物130)之光線(可見光L1’)通過。

請參照第1圖及第3圖，實施例中，投影機111係以投影鏡頭111L背對透明板120、但面向第一延伸部113a上半穿半反鏡的方向設置於透明板120上。或者說，投影機111往遠離透明板120的方向輸出影像。因此，投影機111可朝向第一延伸部113a輸出帶有影像資訊的激發光束L2，第一延伸部113a反射激發光束L2，經第一延伸部113a反射的激發光束L2進一步激發螢光粉層122，使螢光粉層122產生可見的第一影像。投影機111並不以直接設置於透明板120的表面為限，按投影機111的建議投影距離，投影機111可被設置於遠離透明板120一定距離處。然而，考量使用者身體或肢體或會遮蔽畫面而造成陰影，投影機111在設置於透明板120接近透明板120的較高處時，其效果較佳。請參照第1圖及第2圖，第一延伸部113a設置於取像裝置112之鏡頭112L的光學路徑上。由於可見光L1、L1’能夠通過第一延伸部113a，取像裝置112可同時擷取位於螢光粉層122之影像(即：受激發之螢光粉層122所產生的畫面的第一影像)及預定標的物130之影像，前述影像可分別稱為第一標的影像及第二標的影像。因此，取像裝置112的景深範圍同時涵蓋第一標的影像及第二標的影像。

此外，如第2圖所示，預定標的物130和螢光粉層122在透明板120的厚度方向上間隔一距離D；或者說，預定標的物130和螢光粉層122在投影鏡頭111L所輸出之激發光束L2的路徑上間隔一距離D。實施例中，此距離D大於或等於1mm。也就是說，預定標的物130和螢光粉層122係分別位於與透明板120的厚度方向相垂直的不同平面上，以避免取像裝置112在擷取第一影像及預定標的物130之影像時無法分辨訊號而造成訊號的混淆。

另外，若距離D改變，則取像裝置112的焦距也較佳地隨之調整。舉例來說，若距離D由原先的1cm改變為20cm，取像裝置112可透過調整鏡頭焦距或是光圈大小等方式改變焦距或是景深範圍，以使位於螢光粉層122上被激發而成的第一影像及預定標的物130能夠清楚地成像於取像裝置112的影像感測單元上。

請參照第1圖、第2圖及第3圖，當取像裝置112擷取第一影像及預定標的物130之影像時，取像裝置112輸出相對應的第一訊號S1。處理器114可根據第一訊號S1，決定第一影像的內容，並輸出相對應的第二訊號S2至投影機111，使投影機111根據第二訊號S2輸出包含相對應之影像資訊的激發光束L2。以下將以一實際應用來作示例說明。

第4~5圖繪示使用者H操作第1圖之投影系統100的示意圖。第6A圖及第6B圖繪示由取像裝置112擷取第一影像122r1所產生的成像IM。請參照第4圖及第6A圖，首先，當預定標的物130尚未擺放於透明板120後方時，投影機111並未輸出激發光束，此時螢光粉層122整層呈現透明狀。

當預定標的物130擺放在螢光粉層122後例如1cm以外的距離時，取像裝置112可擷取到預定標的物130之影像，並輸出相對應的第一訊號S1至處理器114。處理器114可跟據此輸入的第一訊號S1來對預定標的第130的形狀、顏色、文字或是其表面的數據特徵(例如條碼或是QR CODE等資訊)來決定第一影像122r1的內容。進一步地說，處理器114可根據第一訊號S1來決定投影機111應該要輸出何種影像資訊的激發光束，並輸出相對應的第二訊號S2至投影機111，使投影機111輸出相對應之影像資訊的激發光束，以激發螢光粉層122產生第一影像122r1。

舉例來說，當取像裝置112擷取預定標的物130之影像後，可藉由其表面的條碼知悉影像對應一可樂產品，此時，處理器114可令投影機111輸出包含預定標的物130之名稱及價格的影像資訊的激發光束，使螢光粉層122被激發而產生第一影像122r1。如第6A圖所示，第一影像122r1顯示「Coke $30」，此時取像裝置112可擷取第一影像122r1而產生成像IM。

要說明的是，在此情況下，取像裝置112仍可同時擷取第一影像122r1及預定標的物130之影像，且處理器114隨時偵測第一訊號S1的狀態，並根據第一訊號S1的狀態決定是否改變第一影像122r1的內容。

請參照第4圖，若使用者H對第一影像122r1之內容產生興趣，而以手指觸碰透明基底121的相應位置時，此時取像裝置112擷取第一影像122r1所產生的成像IM如第6B圖所示。從第6B圖中可見，第一影像122r1具有因使用者H觸碰遮蔽而產生的缺角T或是蔽蓋區域，取像裝置112便把對應於第6B圖所示之成像IM的第一訊號S1傳送至處理器114，處理器114即根據此第一訊號S1控制投影機111輸出另一影像資訊的激發光束。又或者，處理器114可根據直接辦識使用者手指的形狀及位置來對其進行辨識，又或者，配合例如是紅外線感應框等其他已知的裝置或圖像演算法來計算出使用者接觸位置。

舉例來說，請參照第5圖，當接收對應於第6B圖所示之成像IM的第一訊號S1時，處理器114可令投影機111輸出包含預定標的物130之產品詳細說明的影像資訊的激發光束，使螢光粉層122被激發而產生產品詳細說明的第一影像122r2供使用者H觀看。

透過上述實施例所提供之投影系統，係利用激發光束激發螢光粉層達到投影影像之目的，且取像裝置可同時擷取所投影之影像及預定標的物之影像，並輸出訊號至處理器，使處理器得以隨時根據訊號的狀態決定是否改變第一影像的內容。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。