專利名稱：微型投影模塊及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微型投影機領域，特別涉及同時具有圖像攝影功能的微型投影模塊。
背景技術：
微型投影機是利用光源所發(fā)出的特定強度的亮光，將成像裝置(比如光調制器) 形成的圖像進行放大投影的裝置，是具有煙盒大小的體積，需要高度便攜性能的一種設備。當前，例如擁有MP3 (MPEG Audio Layer 3)播放功能的手機、擁有拍攝和通訊功能 的個人數字助理(Personal Digital Assistant，簡稱“PDA”)，等等許多多媒體設備的發(fā)展 正在呈現著功能整合性的趨勢。因此，微型投影裝置也有著嵌入到手機或PDA等設備的需求。但現在的手機或PDA 都已經內置了通訊模塊和攝影模塊，其體積也被限定在100CC左右的范圍內。在如此小的 空間中再加入整合進一個功能模塊是非常困難的事情。為了達到整合目的，就需要投影模塊的體積變得更小，或是能夠用一個模塊來整 合兩種不同的功能。圖1顯示了當前只用激光的微型投影裝置的結構圖。使用激光光源的投影機是由R光源(10 , G光源(IOG)，B光源(IOB)，分色鏡 (50R，40G，50B)，漫射體(20)，光束整形器(30)，兩片物鏡(40)，光調制器(60)，投射透鏡 (70)，偏振分光鏡(80)等構成。三個光源(10R，10G, 10B)都是激光光源，由各自的分色鏡50R、40G、50B反射或者 透過，入射到漫射體之中。分色鏡50G起到反射G光源(從IOG照射出的綠光)并讓剩余光 線透過的作用，分色鏡50G也可以使用能夠將普通可視光線全部予以反射的一般鏡子。分 色鏡50R起到反射R光源(從IOR照射出的紅光)、通過剩余波長范圍的光線的作用，分色 鏡50B起到反射R光源(從IOB照射出的藍光)通過剩余波長范圍光線的作用。漫射體00)垂直振動于光軸，因此通過漫射體的時候，光的隨機性(Randomness) 會得到增加。這種漫射體(Diffuse!·)是為了消除激光特有的激光散斑(Speckle)而設置 的裝置，用以減少激光光線的連貫性(Coherence)特征來達到減少激光散斑的目的。若上 述光源全部是發(fā)光二級管(Light Emitting Diode，簡稱“LED”)，就不需要使用這種漫射 體。通過漫射體00)的光會通過光束整形器(Beam Shaper)來轉變光束形象。物鏡00)是將經過光束整形器整形的光線進行集束的透鏡，一般由兩片組成，用 調節(jié)兩片透鏡之間的距離達到更加準確的聚焦。光調制器(60)是指將入射的光線進行甄別性通過、阻斷或改變光徑來形成影像 圖片的元件。適用于微型投影機的光源要求使用體積小而輸出光量大，當前適合的光源有激光 光源和LED光源。兩種光源都符合上述的小體積高光量的要求，激光光源擁有更高的能量 轉換效率，LED則成本相對較低。
如此使用激光或LED光的微型投影機光學引擎的體積一般在IOCC以下。但即使 是這IOCC左右的體積，想嵌入到100CC左右體積的手機或PDA中極其困難，而且也不能因 此去掉已成為基本功能的攝像頭模塊，這會減少產品的商業(yè)價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型投影模塊及設備，以極少的體積代價，使微型投 影模塊同時支持圖像的拍攝和投影功能。為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種微型投影模塊，包括至少一個光源；光調制器，利用光源發(fā)出的光生成圖象；投射透鏡，用于對光調制器所生成的圖象進行放大投射；偏振分光鏡，用于將光調制器生成的圖像光傳遞到投射透鏡；圖像傳感器，用于將光圖像信號轉換為電信號；光調制器、投射透鏡、圖像傳感器分別位于偏振分光鏡的不同側面；從外部進入投射透鏡的外部圖像由偏振分光鏡反射到圖像傳感器。本發(fā)明的實施方式還提供了一種微型投影設備，包括圖像處理器、控制芯片、光 源驅動器、幀緩沖、儲存器、和如上文的微型投影模塊；控制芯片分別與圖像處理器、光源驅動器、幀緩沖、儲存器、以及微型投影模塊中 的光調制器和圖像傳感器連接；儲存器和圖像處理器之間有能夠雙向傳輸數據的通道，幀 緩沖有向光調制器傳輸數據的通道；圖像傳感器生成的圖像數據傳遞給控制芯片，該控制芯片將該圖像數據通過圖像 處理器轉換為指定格式后儲存到儲存器；圖像處理器將外部輸入的信號或儲存器中的圖像轉換為適合控制芯片使用的圖 像數據，傳遞給該控制芯片；該控制芯片將需要顯示的圖像數據儲存到幀緩沖中，再控制光 調制器從幀緩沖獲取圖像數據進行光調制，同時控制光源驅動器驅動微型投影模塊中的光 源進行發(fā)光。本發(fā)明實施方式與現有技術相比，主要區(qū)別及其效果在于在偏振分光鏡的一個側面增加一個圖像傳感器，外部反向進入投射透鏡的外部圖 像被偏振分光鏡反射到圖像傳感器，從而充分利用了微型投影模塊中原有的投射透鏡和偏 振分光鏡的光學功能，同時為投影和拍攝服務，以極少的體積代價，為微型投影模塊增加了 拍攝功能。


圖1是現有技術中微型投影裝置的結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施方式中微型投影機光學引擎投影部分結構的概要圖；圖3是本發(fā)明實施方式中投影鏡頭結構的概略圖；圖4是本發(fā)明實施方式中微型投影模塊的驅動裝置概略圖。
具體實施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，本 領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化 和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的實施 方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明實施方式中，提出了同時具備微型投影功能和攝像功能的模塊結構。圖2是本發(fā)明的一種實施方式中微型投影機光學引擎投影部分結構的概要圖。如圖2所示，照明光入射到偏振分光鏡(80)后，被偏振分離膜(85)線偏振的P偏 光反射到光調制器(60)中。(為了敘述簡便，將上述偏振分離膜定義為反射P偏光、透過S 偏光的膜，對于偏振分離膜為反射S偏光、透過P偏光的膜，也可以作類似的分析，得到相似 的結果)。入射到光調制器的光，在被光調制器整形成圖像光的同時相位發(fā)生變化，變成S 偏光，重新入射到偏振分離膜(85)，此時的S偏光則能夠通過偏振分離膜(85)，再通過投影 鏡頭(70)后投影到前方屏幕上。圖3是上述投影鏡頭結構的概略圖。投影鏡頭通常由3 6枚透鏡構成，是將光 調制器形成的圖像光放大投影的裝置。如圖3所示，光調制器(60)生成的圖像光在通過分 光鏡后通過多個球面和非球面透鏡被調整光路和折射，轉換為帶有倍率的光。一方面，上述的投影鏡頭是將光調制器(60)所生成的圖像光向外(圖中右側)投 射，轉換成帶有倍率的光；另一方面，將從投影鏡頭外部(圖中右側)入射的自然圖像光進 行縮小，傳遞到圖中左側的偏振分光鏡(80)中。如圖2所示，到達偏振分光鏡的圖像光中 S偏光會通過偏振分離膜到達光調制器(60)，而P偏光則會被反射到圖像傳感器(90)中。攝像機鏡頭和投影鏡頭在其結構和功能上剛好相反，但其原理非常相似。同時，由 于這兩者具有完全相反的功能，因此幾乎不可能同時使用。本發(fā)明利用了這種通用性，使用 偏振分光鏡將光調制器和圖像傳感器的光徑統(tǒng)一起來，以此讓光調制器和圖像傳感器能夠 共同使用一個投影鏡頭。在攝像模塊與投影模塊中體積最大的就是鏡頭部分，因此通過使 用本發(fā)明的結構即可在沒有額外體積增加的前提下同時具備了上述兩種功能。圖像傳感器(90)是與光調制器功能完全相反的裝置。光調制器是根據圖像數據 生成的電子信號來控制光調制器各像素的透光量來生成圖像的裝置；與之相反，圖像傳感 器(90)則是將入射到各像素的光量轉換為電子信號的裝置。圖像傳感器中最為典型的是互補型金屬氧化物半導體 (ComplementaryMetal-Oxide kmiconductor，簡稱 “CMOS”)傳感器。CMOS 傳感器是一種 利用存在于每個像素點的CMOS電路采集光量數據并轉換儲存為電子信號的裝置，它儲存 入射到各像素點的光量來產生的各像素電子信號，從而生成圖像數據。但是，僅僅根據這個 圖像傳感器生成的圖像數據不足以發(fā)展出實用化的功能。本領域的技術人員可以知道，圖2只是示出了本發(fā)明實施方式中的關鍵結構，其 它的部分，如R光源(10R)，G光源(10G)，B光源(10B)，分色鏡50R，40G，50B，漫射體(20)， 光束整形器(30)，兩片物鏡00)等部件也是有的，因為這些部分與現有技術相同，此外不 再贅述了，具體可以參見圖1及其相應的說明。
本發(fā)明實施方式中，R光源(IOR)，G光源(IOG)，B光源(IOB)可以全部是激光光 源，也可以全部是LED光源，還可以一部分是激光光源，另一部分是LED光源。光調制器(60) 可以是液晶顯示器(Liquid CrystalDisplay，簡稱“LCD”)、或者數字微鏡器件(DLP)、或者 硅基液晶(LiquidCrystal On Silicon，簡稱 “LC0S”)。光調制器(60)以場時序(field sequential)方式對多個光源進行調制。場時序 是指把時間表劃分為3等分，在各自的時間上把對應三原色的綠，紅，藍影像依次顯示的方 式。人眼對影像會有殘留現象，把影像以一定速度以上顯示時，就會認為是連續(xù)畫面。電影 或動畫就是利用該原理。色彩影像也是一樣，快速顯示R/G/B三原色時，因殘影效果，觀看 者會認為是三原色混合色的白色。同樣三原色的光量不同時可以調整出多種顏色，所以可 以調整三原色的相對光量來達到顯示我們所要色彩的目的。用上述實施方式中描述的微型投影模塊取代手機、PDA等設備中的拍攝模塊，可以 使該手機或PDA同時具有拍攝和投影功能，而體積卻基本沒有增加。圖4是根據本發(fā)明的微型投影模塊的驅動裝置概略圖，該圖中包括了驅動裝置及 微型投影模塊中部分相關單元。微型投影機模塊的驅動裝置包括圖像處理器(100)、控制芯片(110)、光源驅動 器(120)、幀緩沖(130)、儲存器(140)構成的，微型投影模塊中相關單元包括光調制器(60) 和圖像傳感器(90)圖像數據通過圖像處理器(100)輸入到控制芯片(110)中。圖像信號可以是從筆 記本、PDA等外設向圖像處理器(100)以NTSC/PAL或是模擬RGB等形態(tài)輸入的。圖像處理 器(100)則將這些輸入信號轉化為圖像數據傳遞給控制芯片(110)。另一方面，儲存在儲存器(140)中的JPG(又稱JPEG)格式或是運動圖像專家小組 (Moving Picture Experts Group，簡稱“MPEG”)等影像格式信號同樣需要通過圖像處理器 (100)來轉換為適合控制芯片(110)使用的圖像數據。從圖像處理器(100)輸出的第η個圖像數據，在第n-1個圖像數據在光調制器中 被驅動的時間內被儲存在幀緩沖(130)之內。同樣，原來在幀緩沖(130)中儲存的第η個圖像數據在顯示面板中驅動的時候，第 η+1的圖像數據會順次儲存到幀緩沖(130)之中。按照這種圖像數據的時序，驅動芯片會驅 動光源驅動器，讓光源配合著光調制器(60)進行發(fā)光。另外，控制芯片(110)還能將圖像傳感器(90)生成的圖像數據通過圖像處理器 (100)轉換為JPG或者MPEG等格式的電子圖像數據，再儲存到儲存器(140)中。儲存的圖 像數據根據需要重新通過圖像處理器(100)轉換為畫面圖像數據，由投影鏡頭向外投影。根據本發(fā)明的微型投影模塊，實現了同時滿足拍攝及投影的兩種功能，不需要增 加額外的模塊。上述控制芯片00)起到了顯示處理器的作用，因此可以用手機或PDA的處理器來 替代之，處理器可以是中央處理器(Central Processing Unit，簡稱“CPU”)、數字信號處理 器(Digital Signal Processor，簡稱“DSP”)等。不僅如此，根據使用的處理器所具備的 功能，可以再整合進操作系統(tǒng)和多媒體程序的驅動程序，以此融合多媒體功能以減少其他 控制電路的占用體積。雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，已經對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā) 明的精神和范圍。
權利要求
1.一種微型投影模塊，其特征在于，包括 至少一個光源；光調制器，利用所述光源發(fā)出的光生成圖象； 投射透鏡，用于對所述光調制器所生成的圖象進行放大投射； 偏振分光鏡，用于將所述光調制器生成的圖像光傳遞到所述投射透鏡； 圖像傳感器，用于將光圖像信號轉換為電信號；所述光調制器、投射透鏡、圖像傳感器分別位于所述偏振分光鏡的不同側面； 從外部進入所述投射透鏡的外部圖像由所述偏振分光鏡反射到所述圖像傳感器。
2.根據權利要求1所述的微型投影模塊，其特征在于，所述光源為激光光源。
3.根據權利要求1所述的微型投影模塊，其特征在于，所述光源為發(fā)光二級管光源。
4.根據權利要求1所述的微型投影模塊，其特征在于，所述光源為激光與發(fā)光二級管 的混合光源。
5.根據權利要求1所述的微型投影模塊，其特征在于，所述圖像傳感器為互補型金屬 氧化物半導體傳感器。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的微型投影模塊，其特征在于，所述光調制器是以 下之一液晶顯示元件、數字微鏡器件、硅基液晶。
7.根據權利要求6所述的微型投影模塊，其特征在于，所述光調制器以場時序方式對 多個光源進行調制。
8.—種微型投影設備，其特征在于，包括圖像處理器、控制芯片、光源驅動器、幀緩 沖、儲存器、和如權利要求1所述的微型投影模塊；所述控制芯片分別與所述圖像處理器、光源驅動器、幀緩沖、儲存器、以及所述微型投 影模塊中的光調制器和圖像傳感器連接；所述儲存器和圖像處理器之間有能夠雙向傳輸數 據的通道，所述幀緩沖有向所述光調制器傳輸數據的通道；所述圖像傳感器生成的圖像數據傳遞給所述控制芯片，該控制芯片將該圖像數據通過 所述圖像處理器轉換為指定格式后儲存到所述儲存器；所述圖像處理器將外部輸入的信號或儲存器中的圖像轉換為適合所述控制芯片使用 的圖像數據，傳遞給該控制芯片；該控制芯片將需要顯示的圖像數據儲存到所述幀緩沖中， 再控制所述光調制器從所述幀緩沖獲取圖像數據進行光調制，同時控制所述光源驅動器驅 動所述微型投影模塊中的光源進行發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明涉及微型投影機領域，公開了一種微型投影模塊及設備。本發(fā)明中，在偏振分光鏡的一個側面增加一個圖像傳感器，外部反向進入投射透鏡的外部圖像被偏振分光鏡反射到圖像傳感器，從而充分利用了微型投影模塊中原有的投射透鏡和偏振分光鏡的光學功能，以極少的體積代價，為微型投影模塊增加了拍攝功能。
文檔編號G03B17/54GK102129157SQ201010005210
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者樸尚榮, 權星澤, 權赫烈 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司