WO2024103276A1 - 兼具投影及摄影功能的光学模组 - Google Patents
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Abstract
一种兼具投影及摄影功能的光学模组，包含有光学镜头、分光棱镜、自发光微显示单元及光电图像传感单元，光学镜头具有第一端和第二端，分光棱镜具有耦接第二端的第一端面、第二端面以及多个侧面，自发光微显示单元耦接第二端面，系用以发出投影光，光电图像传感单元耦接其中的一个侧面，系用以接收光以形成摄影影像，其中，光学镜头、分光棱镜以及光电图像传感单元形成摄影光传导路径，自发光微显示单元、分光棱镜以及光学镜头形成投影光传导路径；由此，本发明结合了摄影光学模组与投影光学模组，进而达到缩小光学模组体积并具有复合功能的功效。
Description
本发明系关于一种光学模组，尤指一种兼具投影及摄影功能的光学模组。
随着微型投影光学技术的发展，消费电子产品形态也出现了新的变革。将投影光学应用于可穿戴的电子产品、车载系统、教育类电子设备等领域将为电子设备在便利性、低功耗、成本投入上面带来新的优势。其中，投影光学技术发展中重要的硬体装置是投影光学模组，投影光学模组是一种具有投影功能的设备，通过其内部合理的光学路径设计，以达到投影的目的。
请参阅图1，图1为根据现有技术的投影光学模组P1的结构及投影光传导路径PPL1示意图。如图1所示，现有技术的投影光学模组P1包括投影镜头P11和投影棱镜P12，投影棱镜P12远离投影镜头P11的侧面设置有反射式图像感测器P14，且投影棱镜P12的顶部设置有LED补光光源P13。投影作动时，LED补光光源P13的光线透过在投影棱镜P12内部的反射作用到达反射式图像感测器P14上，从而对反射式图像感测器P14起到补光作用(由于反射式图像感测器P14的显示亮度低，所以需要补光)。接着，反射式图像感测器P14所发出的投影图像沿投影光传导路径PPL1经投影镜头P11投影的外界环境，进而达成了投影光学模组P1的正常投影功能。
根据前述内容可知，由于现有的投影模组不具有自发光微显示单元，其中自发光微显示单元是指以自发光的微米量级的LED为发光图元单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术，其显示亮度高。因此，常规的投影模组必须要通过LED补光加反射的方式进行投影成像，导致投影模组自身的内部必须具有一系列补光结构，进而增大其产品体积。如此一来，当需要考虑将投影模组增加摄影功能时，由于投影模组自身有一系列补光结构，若再增添摄影相关的器件，则无法达成摄影与投影光学模组的微型化设计。换句话说，依据现有的投影模组所设计出来的投影/摄影光学模组都非常笨重和体积较大，因此如何提供一种轻量化设计的投影/摄影光学模组是目前重要的研究主题和研究方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具投影及摄影功能的光学模组，其能解决现有技术的问题，有效集合投影功能和摄影功能于一体，结构更加轻量化， 适用更为广泛。
为实现上述目的，本发明公开了一种兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于包含：
一光学镜头，具有互相相对的一第一端和一第二端；
一分光棱镜，耦接该光学镜头的第二端，该分光棱镜具有耦接该光学镜头的一第一端面、与该第一端面相对的一第二端面以及与该第一端面和该第二端面耦接的多个侧面；
一自发光微显示单元，耦接该分光棱镜的该第二端面，该自发光微显示单元以发出一投影光至该分光棱镜；以及
一光电图像传感单元，耦接该分光棱镜的该些侧面的其中之一，该光电图像传感单元以接收光以形成一摄影影像；
其中，该光学镜头、该分光棱镜以及该光电图像传感单元形成一摄影光传导路径，该自发光微显示单元、该分光棱镜以及该光学镜头形成一投影光传导路径；来自外界环境的一入射光沿该摄影光传导路径自该光学镜头的该第一端入射，穿过该第二端后入射该分光棱镜的该第一端面，并于该分光棱镜中被反射至该光电图像传感单元所耦接的该侧面而被该光电图像传感单元接收以形成该摄影影像；该自发光微显示单元所发出的该投影光沿该投影光传导路线自该分光棱镜的该第二端面入射，穿过该第一端面后入射该光学镜头的该第二端，并从该光学镜头的该第一端出射后形成一投影影像。
其中，当该自发光微显示单元耦接该光电图像传感单元，该光电图像传感单元接收该入射光所形成的一影像传输至该自发光微显示单元，以供该自发光微显示单元转换成该投影光输出。
其中，该光学镜头为LENS光学镜头。
其中，该分光棱镜为具有偏振薄膜的分光棱镜或具有光谱薄膜的分光棱镜，具有偏振薄膜的分光棱镜是让光中的水平偏振光穿透并让光中的垂直偏振光反射；具有光谱薄膜的分光棱镜是让光中特定光谱范围的光穿透或反射，并让非特定光谱范围的光反射或穿透。
其中，该自发光微显示单元包含有具备高亮度发光阵列的显示面板。
其中，该光电图像传感单元包含有任何波段的光电转换元件。
其中，该光学镜头和该分光棱镜系透过镀膜设计对紫外光、可见光和红外光的多光谱进行分离应用或透过窄带镀膜达成特定光谱范围的特殊投影成像。
其中，更包含有一处理器，耦接该自发光微显示单元以及该光电图像传感单元，用以处理该自发光微显示单元所要输出的该投影光，以及该光电图像传感单元所接收的该入射光。
其中，更包含有一投影处理器，耦接该自发光微显示单元，用以处理该自发光微显示单元所要输出的该投影光，以及一摄影处理器，耦接该光电图像传感单元，用以处理该光电图像传感单元所接收的该入射光。
还公开了一种兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于包含：
一光学镜头，具有互相相对的一第一端和一第二端；
一分光棱镜，耦接该光学镜头的第二端，该分光棱镜具有耦接该光学镜头的一第一端面、与该第一端面相对的一第二端面以及与该第一端面和该第二端面耦接的多个侧面；
一自发光微显示单元，耦接该分光棱镜的该些侧面的其中之一，该自发光微显示单元用以发出一投影光至该分光棱镜；以及
一光电图像传感单元，耦接该分光棱镜的该第二端面，该光电图像传感单元系用以接收光以形成一摄影影像；
其中，该光学镜头、该分光棱镜以及该光电图像传感单元形成一摄影光传导路径，该自发光微显示单元、该分光棱镜以及该光学镜头形成一投影光传导路径；来自外界环境的一入射光沿该摄影光传导路径自该光学镜头的该第一端入射，穿过该第二端后入射该分光棱镜的该第一端面，并穿过该第二端面后入射至该光电图像传感单元，而被该光电图像传感单元接收以形成该摄影影像；该自发光微显示单元所发出的该投影光沿该投影光传导路线自该自发光微显示单元所耦接的该侧面入射，并于该分光棱镜中被反射至该分光棱镜的该第一端面，穿过该第一端面后入射该光学镜头的该第二端，并从该光学镜头的该第一端出射后形成一投影影像。
相较于现有技术，本发明的兼具投影及摄影功能的光学模组具有以下功效：1.本发明的光学模组在有限的空间中设计了两条光传导路径，分别透过投影光传导路径的设计达成投影功能，以及透过摄影光传导路径的设计达成摄影功能，进而集合投影功能和摄影功能于一体。2.本发明的光学模组系采用自发光微显示单元，由于自身的高亮度特性而同时取代了现有技术中的LED补光光源及反射式图像传感器，进而达到轻量化的设计。
图1为根据现有技术的投影光学模组的结构及投影光传导路径示意图。
图2为根据本发明的一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组的结构示意图。
图3为根据本发明的一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组的投影光传导路径和摄影光传导路径示意图。
图4为根据本发明的另一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组的投影光传导路径和摄影光传导路径示意图。
为让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以实施例并参照所附图式进行详述与讨论。值得注意的是，这些实施例仅为本发明代表性的实施例。但是其可以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明的公开内容更加透彻且全面。
在本发明公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非用于限制本发明所公开的各种实施例。如在此所使用单数形式系也包括多形式，除非上下文清楚地另外指示。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本发明公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的涵义的相同涵义。上述术语(诸如在一般使用的辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同技术领域中的语境涵义相同的涵义，并且将不被解释为具有理想化的涵义或过于正式的涵义，除非在本发明公开的各种实施例中被清楚地限定。
在说明本发明的实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组之前，为了更好的了解本发明的技术特征，接下来将先对现有技术中的投影光学模组进行介绍。请参阅图1，图1为根据现有技术的投影光学模组P1的结构及投影光传导路径PPL1示意图。如图1所示，现有的投影光学模组P1包含有投影镜头P11、投影棱镜P12、LED补光光源P13和反射式图像传感器P14。投影镜头P11耦接投影棱镜P12，投影棱镜P12于远离投影镜头P11的端面耦接有反射式图像传感器P14，且投影棱镜P12的顶部设置有LED补光光源P13。其中，投影镜头P11、投影棱镜P12、LED补光光源P13和反射式图像传感器P14形成投影光传导路径PPL1。由于反射式图像传感器P14的显示亮度低，所以需要补光以得到具有相当亮度的投影光。因此，投影光传导路径PPL1是由LED补光光源P13发出的光线透过在投影棱镜P12内部的反射作用到达反射式图线传感器P14上，进而对反射式图像传感器P14达到补光的作用。接着，反射式图像传感器P14所发出的投影光经由LED补光光源P13补光后依序穿过投影棱镜P12及投影镜头P11，将投影光投影至外界环境，以完成投影光学模组P1的正常投影功能。
根据上述可知，由于现有的投影模组需透过LED补光在反射式图像传感器上以进行投影成像，导致投影光学模组本身的内部需具有一系列补光结构，进而增加了投影光学模组的体积。若要在此投影光学模组中新增摄影功能，将因自身的一系列补光元件已占据了一定的设置体积，再新增摄影相关元件使得兼具有投影及 摄影的光学模组无法进行小型化设计。换句话说，在现有的投影模组中新增摄影功能，将导致成品非常笨重且体积较大。对此，如何提供一种轻量化设计且兼具有投影及摄影功能的光学模组，是以确有必须加以改善的课题。
本发明的一具体实施例为一种兼具投影及摄影功能的光学模组，包含有光学镜头、分光棱镜、自发光微显示单元和光电图像传感单元。于实际应用中，光学镜头为LENS光学镜头。分光棱镜为具有偏振薄膜的分光棱镜或具有光谱薄膜的分光棱镜，具有偏振薄膜的分光棱镜是让光中的水平偏振光穿透并让光中的垂直偏振光反射。亦可为具有光谱薄膜的分光棱镜是让光中特定光谱范围的光穿透或反射，并让非特定光谱范围的光反射或穿透。自发光微显示单元包含有具备高亮度发光阵列的显示面板。自发光微显示单元是以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上以形成高密度LED阵列的显示技术，其具有高显示亮度。光电图像传感单元包含有任何波段的光电转换元件。
请参阅图2，图2为根据本发明的一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组1的结构示意图。如图2所示，光学镜头11具有互相相对的第一端111和第二端112。分光棱镜12耦接光学镜头11的第二端112。分光棱镜12具有耦接光学镜头11的第一端面121、与第一端面121相对的第二端面122以及与第一端面121和第二端面122耦接的多个侧面123。自发光微显示单元13耦接分光棱镜12的第二端面122。自发光微显示单元13系用以发出投影光至分光棱镜12。光电图像传感单元14耦接分光棱镜12的多个侧面123的其中之一。光电图像传感单元14系用以接收光以形成摄影影像。
请参阅图3，图3为根据本发明的一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组的投影光传导路径和摄影光传导路径示意图。如图3所示，自发光微显示单元13、分光棱镜12以及光学镜头11形成投影光传导路径PL1。光学镜头11、分光棱镜12以及光电图像传感单元14形成摄影光传导路径PL2。来自外界环境的入射光沿摄影光传导路径PL2自光学镜头11的第一端111入射，穿过第二端112后入射分光棱镜12的第一端面121，并于分光棱镜12中被反射至光电图像传感单元14所耦接的侧面123而被光电图像传感单元14接收以形成摄影影像。自发光微显示单元13所发出的投影光沿投影光传导路线PL2自分光棱镜12的第二端面122入射，穿过第一端面121后入射光学镜头11的第二端112，并从光学镜头11的第一端111出射后形成投影影像。
请参阅图4，图4为根据本发明的另一具体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组1的投影光传导路径PL1和摄影光传导路径PL2示意图。如图4所示，本发明的另一具体实施例相对于前一实施例的不同处在于自发光微显示单元13及光电图像传感单元14的设置位置，以及分光棱镜12对光的穿透及反射的条件调整。此具 体实施例的兼具投影及摄影功能的光学模组1包含有光学镜头11、分光棱镜12、自发光微显示单元13和光电图像传感单元14。光学镜头11具有互相相对的第一端111和第二端112。分光棱镜12耦接光学镜头11的第二端112。分光棱镜12具有耦接光学镜头11的第一端面121、与第一端面121相对的第二端面122以及与第一端面121和第二端面122耦接的多个侧面123。自发光微显示单元13耦接分光棱镜12的多个侧面123的其中之一。自发光微显示单元13系用以发出投影光至分光棱镜12。光电图像传感单元14耦接分光棱镜12的第二端面122。光电图像传感单元14系用以接收光以形成摄影影像。其中，光学镜头11、分光棱镜12以及光电图像传感单元14形成摄影光传导路径PL2。自发光微显示单元13、分光棱镜12以及光学镜头11形成投影光传导路径PL1。来自外界环境的入射光沿摄影光传导路径PL2自光学镜头的第一端111入射，穿过第二端112后入射分光棱镜12的第一端面121，并穿过第二端面122后入射至光电图像传感单元14，而被光电图像传感单元14接收以形成摄影影像。自发光微显示单元13所发出的投影光沿投影光传导路线PL1自自发光微显示单元13所耦接的侧面123入射，并于分光棱镜12中被反射至分光棱镜12的第一端面121，穿过第一端面121后入射光学镜头11的第二端112，并从光学镜头11的第一端111出射后形成投影影像。
在此，需要说明的是，在不影响摄影光传导路径以及投影光传导路径的光线传导功能的情况下，使用者可以根据产品设计及应用需求调整各物件的相对位置以及分光棱镜对光穿透及反射的条件，并不以此为限。
于实际应用中，光学镜头和分光棱镜系透过镀膜设计对紫外光、可见光和红外光的多光谱进行分离应用或透过窄带镀膜达成特定光谱范围的特殊投影成像。由镀膜设计提高本发明的光学模组的应用范围。此光学模组的光波段上的应用范围并不局限于可见光范围，更可拓展至人眼看不到的光波段，以满足不同的应用情境。如：3D列印(利用紫外光的投影)、夜间工作(系用摄影环景中的红外光)、人脸健康检测，以及品质检测等等。
于实际应用中，本发明的兼具投影及摄影功能的光学模组更包含有至少一个处理器。当本发明的光学模组仅具有一个处理器时，处理器耦接自发光微显示单元以及光电图像传感单元。处理器系用以处理自发光微显示单元所要输出的投影光，以及光电图像传感单元所接收的入射光。当本发明的光学模组具有二个处理器时，本发明的光学模组更包含有投影处理器以及摄影处理器。投影处理器耦接自发光微显示单元，用以处理自发光微显示单元所要输出的投影光。摄影处理器耦接光电图像传感单元，用以处理光电图像传感单元所接收的入射光。在此，需要说明的是，在为了使摄影功能及投影功能能够顺利运作的情况下，使用者可以根据需求调整处理器的数目及耦接方式，并不以此为限。
于实际应用中，自发光微显示单元可以进一步耦接光电图像传感单元，光电图像传感单元接收入射光所形成的影像传输至自发光微显示单元，以供自发光微显示单元转换成投影光输出。
相较于现有的投影光学模组，本发明的光学模组通过增设光电图像传感单元以及设计了摄影光传导路径，以达到兼具投影和摄影功能的目的。此时，光学镜头可同时作为投影镜头和摄像镜头，即在智慧穿戴或其他电子产品中将合并有摄像模组与投影模组。再加上，本发明的光学模组系使用自发光微显示单元，因此不需要使用补光元件，进而省下了30～40％的空间。因此，本发明的光学模组达成了轻量化的兼具投影和摄影功能的光学模组结构设计目的。
由以上具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (10)
- 一种兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于包含：一光学镜头，具有互相相对的一第一端和一第二端；一分光棱镜，耦接该光学镜头的第二端，该分光棱镜具有耦接该光学镜头的一第一端面、与该第一端面相对的一第二端面以及与该第一端面和该第二端面耦接的多个侧面；一自发光微显示单元，耦接该分光棱镜的该第二端面，该自发光微显示单元以发出一投影光至该分光棱镜；以及一光电图像传感单元，耦接该分光棱镜的该些侧面的其中之一，该光电图像传感单元以接收光以形成一摄影影像；其中，该光学镜头、该分光棱镜以及该光电图像传感单元形成一摄影光传导路径，该自发光微显示单元、该分光棱镜以及该光学镜头形成一投影光传导路径；来自外界环境的一入射光沿该摄影光传导路径自该光学镜头的该第一端入射，穿过该第二端后入射该分光棱镜的该第一端面，并于该分光棱镜中被反射至该光电图像传感单元所耦接的该侧面而被该光电图像传感单元接收以形成该摄影影像；该自发光微显示单元所发出的该投影光沿该投影光传导路线自该分光棱镜的该第二端面入射，穿过该第一端面后入射该光学镜头的该第二端，并从该光学镜头的该第一端出射后形成一投影影像。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，当该自发光微显示单元耦接该光电图像传感单元，该光电图像传感单元接收该入射光所形成的一影像传输至该自发光微显示单元，以供该自发光微显示单元转换成该投影光输出。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，该光学镜头为LENS光学镜头。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，该分光棱镜为具有偏振薄膜的分光棱镜或具有光谱薄膜的分光棱镜，具有偏振薄膜的分光棱镜是让光中的水平偏振光穿透并让光中的垂直偏振光反射；具有光谱薄膜的分光棱镜是让光中特定光谱范围的光穿透或反射，并让非特定光谱范围的光反射或穿透。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，该自发光微显示单元包含有具备高亮度发光阵列的显示面板。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，该光电图像传感单元包含有任何波段的光电转换元件。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，该光学镜头和该分光棱镜系透过镀膜设计对紫外光、可见光和红外光的多光谱进行分离应用或透过窄带镀膜达成特定光谱范围的特殊投影成像。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，更包含有一处理器，耦接该自发光微显示单元以及该光电图像传感单元，用以处理该自发光微显示单元所要输出的该投影光，以及该光电图像传感单元所接收的该入射光。
- 如权利要求1所述的兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于，更包含有一投影处理器，耦接该自发光微显示单元，用以处理该自发光微显示单元所要输出的该投影光，以及一摄影处理器，耦接该光电图像传感单元，用以处理该光电图像传感单元所接收的该入射光。
- 一种兼具投影及摄影功能的光学模组，其特征在于包含：一光学镜头，具有互相相对的一第一端和一第二端；一分光棱镜，耦接该光学镜头的第二端，该分光棱镜具有耦接该光学镜头的一第一端面、与该第一端面相对的一第二端面以及与该第一端面和该第二端面耦接的多个侧面；一自发光微显示单元，耦接该分光棱镜的该些侧面的其中之一，该自发光微显示单元用以发出一投影光至该分光棱镜；以及一光电图像传感单元，耦接该分光棱镜的该第二端面，该光电图像传感单元系用以接收光以形成一摄影影像；其中，该光学镜头、该分光棱镜以及该光电图像传感单元形成一摄影光传导路径，该自发光微显示单元、该分光棱镜以及该光学镜头形成一投影光传导路径；来自外界环境的一入射光沿该摄影光传导路径自该光学镜头的该第一端入射，穿过该第二端后入射该分光棱镜的该第一端面，并穿过该第二端面后入射至该光电图像传感单元，而被该光电图像传感单元接收以形成该摄影影像；该自发光微显示单元所发出的该投影光沿该投影光传导路线自该自发光微显示单元所耦接的该侧面入射，并于该分光棱镜中被反射至该分光棱镜的该第一端面，穿过该第一端面后入射该光学镜头的该第二端，并从该光学镜头的该第一端出射后形成一投影影像。
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