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TWI581639B - 可攜帶影像投影機用的具雙色雷射二極體的雷射模組 - Google Patents

可攜帶影像投影機用的具雙色雷射二極體的雷射模組 Download PDF

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TWI581639B
TWI581639B TW102116810A TW102116810A TWI581639B TW I581639 B TWI581639 B TW I581639B TW 102116810 A TW102116810 A TW 102116810A TW 102116810 A TW102116810 A TW 102116810A TW I581639 B TWI581639 B TW I581639B
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light
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laser light
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TW102116810A
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TW201412133A (zh
Inventor
法蘭克 費雪
蓋爾 皮拉德
Original Assignee
羅伯特博斯奇股份有限公司
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Description

可攜帶影像投影機用的具雙色雷射二極體的雷射模組
本發明關於一種具雙色雷射二極體的雷射模組，以供一可攜帶的影像投影機之用，此外還關於一種利用一可攜帶的影像投影機產生影像的方法，特別是在具有相互作用功能的小型化影像投影機的場合。
微面鏡系統在可攜帶用途的影像投影機扮演的角色日益吃重，例如在智慧型手機、攝影機、PDA或平板電腦，往往這類影像投影機係根據屏幕掃瞄方法，其中一雷射光線利用可調整的微面鏡掃瞄過一預定義的屏幕矩陣。
相互作用(互動)(Interaktiv)的用途除了需要產生影像的雷射光線，還需要另一雷射光線，它在影像投影機的環境中在一使用者的輸入裝置或身體部分上散射或反射，而其反射的比例可使影像投影機的環境中的運動能檢出。文獻US 2010/0201895 A1、US 2011/0181553 A1和US 7,525,538 B2各發表了具有相互作用功能的影像投影系統。
人們需要能廉價、有效及節省空間地實施的影像投影機用之雷射模組以及用具有這點優點的影像投影機產生影像的方法，且它們要能使影像投影機有相互作用功能。
依一標的，本發明提供一種影像投影系統用的雷射模組，具有一雙色雷射二極體，其設計成產生一道第一射線光束該射線光束具有一第一波長的雷射光線及一第二波長的雷射光線；一個第一準直光學裝置，其設計成將該第一射線光束作準直；至少一第一單色雷射二極體，其設計成產生一道第二射線光束，該第二射線光束具有一第三波長的雷射光線；一個第二準直光學裝置，其設計成將該第二射線光束作準直；一第一光學共導引裝置，其設計成將該第一及第二射線光束共導引成該雷射模組的一道輸出射線光束。
依另一標的，本發明提供一個雷射模組；及一個微面鏡系統，其具有可控制的微面鏡，該些微面鏡設計成將一道由該雷射模組產生的輸出射線光束投影到一投影面以產生影像。
依再一標的，本發明提供一種利用一投影系統產生影像的方法，具有以下步驟：利用一雙色雷射二極體產生一第一射線光束，其具有一第一波長的雷射光線和一第二波長的雷射光線；利用一第一準直光學裝置將該第一射線光束作準直，其中該第一準直光學裝置(5a)調整到該第一波長的雷射光束；利用一單色雷射二極體產生至少一第二射線光束其具有一第三波長的雷射光線； 利用一第二準直光學裝置將該第二射線光束作準直，其中該第二準直光學裝置調整到該第三波長的雷射光線；將該第一及第二射線光束共導引成一道輸出射線光束；利用一微面鏡系統將該輸出射線光束投影到一投影面，以產生影像。
本發明的構想係在一個具有數個單色光雷射二極體的雷射模組中將這些雷射二極體之一用一雙色雷射二極體取代。在此，雙色雷射二極體除了提供具主波長的雷射光線外還提供另一道具一副波長的雷射光線，二者用相同之準直光學裝置(Kollimatoroptok，英：collimator optic)集束成一道共同的光線。此光線再經光學元件與其餘雷射二極體的雷射光線集束，如此造成多重光譜的雷射光源，它除了產生影像的不同波長的雷射光線外，還提供一附加之雷射光線以實施相互作用功能。
此雷射模組的一重大優點在於：該雷射模組提供之不同波長的雷射光線的數目比所需之雷射二極體更多。如此，雷射模組的元件及構造空間的需求可降低，這點又可減少製造成本，且有助於包含有該雷射模組的影像投影系統小型化。
此外可省却光學元件，例如一附加之準直光學裝置，因為該附加的雷射光線可利用與具主波長的雷射光線相同的光學元件由該雙色雷射二極體加工而得，同樣地可省却附加的光學元件如二向色(dichroitisch，英：dichroitic)面鏡，這點使雷射模組的光產率及其效率最佳化。
另一優點在於：該雷射模組只須調整到產生影像的雷射光線，因為附加的雷射光線利用該一體的準直光學裝置在某種準確度範圍共調整，這點使雷射模組的調整及光學匹配容易得多。
此外還有一優點：該附加的雷射光線可與該產生影像的雷射光線在相同時間掃瞄過一投影面。因此先天上有關該附加的雷射光線的準確位置的資訊在影像投影系統中就係現有者。這些資訊可用於改善相互作用功能的準確性及精確度。該產生影像的雷射光線的波長可相對於該附加雷射光線的波長在檢出相互作用的姿勢(Gest)或運動時濾波掉，這點可使信號雜訊比及檢出準確性最佳化。
依本發明的雷射模組一實施例更具有：一第二單色雷射二極體，其設計成產生一第三射線光束，其雷射光線有第四波長；一第三準直光學裝置，其設計成將該第三射線光束作準直；及一第二光學共導引裝置，其設計成將該第一、第二、及第三射線光束共導引成該雷射模組的一道輸出射線光束。此雷射模組可用有利方式設計成RGB模組，它除了產生影像的雷射光線外還提供相互作用之用途的雷射光束。
依本發明的雷射模組另一實施例，該第一、第二、及第三準直光學裝置(各包含二個透鏡。
依本發明雷射模組另一實施例，該第一、第三及第四波長在可見光範圍，而該第二波長在紅外線範圍。紅外光特別適合實施互相作用功能性。
依本發明雷射模組再一實施例，該雙色雷射二極體封裝在一種TO封裝中。這類雙色雷射二極體係有利地小型化的構形，可良好地建立省空間的雷射模組中。
依本發明雷射模組另一實施例，該第一及第二光學共導引裝置包含二向色面鏡。
依本發明雷射模組又一實施例，該第一準直裝置調整成將第一波長的雷射光作準直。如此，可確保使用此雷射模組的影像投影系統有出色的影像投影品質，而與附加雷射光線的最佳準直即使有很小偏差，但由於物體位置和物體運動所需之解析度較小，因此也能接受了。
依本發明的方法一實施例，該方法更包括以下步驟：將該第二波長的雷射光線之在該投影面附近的物上反射的光線檢出；根據該檢出的反射光線將該些物體的物體位置或物體運動檢出。如此，可實施相互作用功能。
依本發明方法的另一實施例，該方法，更包括以下步驟：利用一單色雷射二極體產生一第二射線光束，其具有一第四波長的雷射光線；利用一第三準直光學裝置將該第三射線光束作準直，其中該第三準直光學裝置調整到該第四波長的雷射光線；及將該第一、第二及第三射線光束共導引成一道輸出射線光束。
本發明的實施例的其他特點及優點見於以下配合附圖的說明。
如有必要，上述設計及次要特徵可任意互相組合，其他本發明之可能的設計，進一步特點和實施方式也包含上述或以下配合實施例所述之本發明特點之未明向提到的組合。
附圖係進一步幫助了解本發明，它們說明本發明的實施例及 用於配合本發明之原理及構想的說明，其他實施例和許多上述優點見於附圖，附圖的元件互相的比例不一定要按比例顯示。方向用字如「左」「右」「上」「下」「前」「後」「旁」等字在以下說明只用於說明，但不限制一般性。
(1)‧‧‧雷射模組
(2)‧‧‧雷射二極體裝置
(2a)(2b)(2c)‧‧‧雷射二極體
(3)‧‧‧光學裝置
(3a)(3b)(3c)‧‧‧射線光束
(4a)(4b)‧‧‧導引裝置
(5a)(5b)(5c)‧‧‧準直光學裝置
(6a)(6b)(6c)‧‧‧透鏡
(7a)(7b)(7c)‧‧‧透鏡
(8a)(8b)(8c)‧‧‧雷射光
(9)‧‧‧微面鏡系統
(10)‧‧‧掃瞄光線
(11)‧‧‧投影面
(20)~(26)‧‧‧方法步驟
(100)‧‧‧影像投影系統
圖1係依本發明一實施例的一影像投影系統的一示意圖；圖2係依本發明另一實施例的一影像投影系統產生影像的方法的示意圖。
本發明範疇中的影像投影系統包括根據局部集束的光線的屏幕掃瞄式投影的所有小型化的投影系統，舉例而言：有數位微面鏡系統(DMD，digital micromirror devices)數位光處理系統(DLP，digital light processing)，平面光調變器(SLM，“spatial light modulators”)或類似系統，這類影像投影系統，舉例而言，可用於可攜帶式行動器具，例如：智慧型手機、行動電話、數位照像機、PDA、平板電腦、筆記型電腦、膝上型電腦、導航器具、家務(Unterhaltung)電子裝置、或類似裝置。
圖1顯示一影像投影系統(100)的示意圖，此影像投影系統(100)包含一雷射模組(1)，它將集束的雷射光(8c)發射到一個具微面鏡(9a)的微面鏡系統(9)，此微面鏡系統(9)可控制成使集束的雷射光(8c)呈掃瞄光線(10)掃瞄過一投影面(11)〔例如一螢幕、一銀幕(Leinwand)、一顯示器或一其他的影像顯示裝置〕呈矩陣方式利用一屏幕掃瞄方法掃瞄，利用這種高頻 數的控制，可利用掃瞄光線(10)產生一影像或影像系列，其可被投影面的觀看者看到。
雷射模組(1)包含一雷射二極體裝置(2)及一光學裝置(3)。此例中，雷射二極體裝置(2)包含三個雷射二極體(2a)(2b)(2c)，其中第一雷射二極體(2a)為一雙色雷射二極體，而另外二個雷射二極體(2b)(2c)為單色雷射二極體，舉例而言，第一雷射二極體(2a)可封裝在一TO封裝(transistor outline，電晶體輪廓)中。舉例而言，第一雷射二極體(2a)可產生紅色可見之雷射光及紅外線雷射光，例如波長650奈米或635奈米或780奈米。舉例而言，第二及第三雷射二極體(2b)(2c)可產生綠色及藍色可見光，例如532奈米或473奈米，用此方式，雷射二極體裝置(2)可提供可見RGB雷射光及另外的紅外雷射光以實施互相作用功能。
光學裝置(3)各包括準直光學裝置(5a)(5b)(5c)，它們各和一雷射二極體(2a)(2b)(2c)相關聯，且其射線光束(3a)(3b)(3c)更可作準直，準直光學裝置(5a)(5b)(5c)可各有二個透鏡(6a)(7a)或(6b)(7b)或(6c)(7c)，且各調整到可見雷射光，因此產生影像的雷射光--亦即可見之雷射光--最佳地準直化。藉著將第一射線光束(3a)準直化到可見光波長的雷光，該雙色雷射二極體(2a)的紅外線雷射光由於色光的像差(Aberration)並不最佳地準直化。如此，紅外雷射光的光點大小比起可見光雷射光來略大。舉例而言，可見雷射光的一典型光點大小約0.5~1.5毫米，而紅外線雷射光的典型光點約2.5~3.5毫米。另外，紅外線雷射光相對於可見雷射光沿光軸略錯開。但言點係可接受者，因為要檢出相互作用的物體位置和物體運動一般所需之解析度遠比用可見光產生影像所需者低得多。
舉例而言，準直化的射線光束(8a)可利用共導引裝置各合併成雷射模組(1)的一輸出射線光束(8b)或(8c)。舉例而言，共導引裝置(4a)(4b)可為二向色(dichroisch)面鏡。在此，二向色面鏡(4a)(4b)可特別為紅外線可通光者。
圖2顯示利用一影像投影系統，特別是如圖1所示之影像投影系統(100)產生影像的方法(20)的示意圖。此方法(20)的第一步驟(21)係利用一雙色雷射二極體(2a)產生一第一射線光束(3a)，其具有一第一波長的雷射光及一第二波長的雷射光。舉例而言，比雙色雷射二極體(2a)產生可見光範圍的紅光及紅外光，例如波長650奈米或635奈米或780奈米，在一第二步驟(22)中利用一第一準直光學裝置(5a)將第一射線光束(3a)準直化，其中第一準直光學裝置(5a)調整到第一波長的雷射光。在一第三步驟(23)，利用一單色雷射二極體(2b)產生至少一第二射線光束(3b)，其具有一第三波長的一雷射光，此單色雷射二極體(2b)，舉例而言，可產生綠色可見光或藍色可見光，在一第四步驟，利用一第二準直光學裝置(5b)將第二射線光束(3b)準直化，其中第二準直光學裝置(5b)調整到第三波長的雷射光。
最後在一步驟(25)中將第一及第二射線光束(3a)(3b)合併成一道輸出射線光束(8b)或(8c)，其在一步驟(26)中可利用一微面鏡系統(9)投影在一投影面(11)以產生影像。在此，微面鏡系統(9)舉例而言，可用一屏幕掃瞄方法控制，以用輸出射線光束(8b)或(8c)建構矩陣式影像。
也可視需要將另一單色雷射二極體(2c)的一第三射線光束(3c)與輸出射線光束(8b)合併成一輸出射線光束(8c)，例如綠色可見光或藍色可見光。這點可使一輸出射線光束(8c)能產生，其含有三色可見雷射光(RGB- 雷射光)及另外頻率的附加雷射光(例如紅外線雷射光)。
也可視需要在一步驟(27)中將在投影面附近的物體反射之第二波長雷射光檢出。因此在一選項步驟(28)中，可根據檢出之反射光求出物體的位置或運動。
(1)‧‧‧雷射模組
(2)‧‧‧雷射二極體裝置
(2a)(2b)(2c)‧‧‧雷射二極體
(3)‧‧‧光學裝置
(3a)(3b)(3c)‧‧‧射線光束
(4a)(4b)‧‧‧導引裝置
(5a)(5b)(5c)‧‧‧準直光學裝置
(6a)(6b)(6c)‧‧‧透鏡
(7a)(7b)(7c)‧‧‧透鏡
(8a)(8b)(8c)‧‧‧雷射光
(9)‧‧‧微面鏡系統
(9a)‧‧‧微面鏡
(10)‧‧‧掃瞄光線
(11)‧‧‧投影面
(100)‧‧‧影像投影系統

Claims (8)

  1. 一種影像投影系統用的雷射模組，具有一雙色雷射二極體(2a)，其設計成產生一道第一射線光束(3a)該射線光束(3a)具有一第一波長的雷射光線及一第二波長的雷射光線；一個第一準直光學裝置(5a)，其設計成將該第一射線光束(3a)作準直；至少一第一單色雷射二極體，其設計成產生一道第二射線光束(3b)，該第二射線光束(3b)具有一第三波長的雷射光線；一個第二準直光學裝置(5b)，其設計成將該第二射線光束(3b)作準直；一第一光學共導引裝置(4a)，其設計成將該第一及第二射線光束(3a)(3b)共導引成該雷射模組(1)的一道輸出射線光束(8b)(8c)，一第二單色雷射二極體(2c)，其設計成產生一第三射線光束，其雷射光線有第四波長；一第三準直光學裝置(5c)，其設計成將該第三射線光束(3c)作準直；及一第二光學共導引裝置(4b)，其設計成將該第一、第二、及第三射線光束(3a)(3b)(3c)共導引成該雷射模組(1)的一道輸出射線光束(8c)，且該第一、第三及第四波長在可見光範圍，而該第二波長在紅外線範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射模組，其中：該第一、第二、及第三準直光學裝置(5a)(5b)(5c)各包含二個透鏡(6a)(7a),(6b)(7b),(6c)(7c)。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之雷射模組，其中：該雙色雷射二極體(2a)封裝在一種TO封裝中。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之雷射模組，其中： 該第一及第二光學共導引裝置(4a)(4b)包含二向色面鏡。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之雷射模組，其中：該第一準直裝置(5a)調整成將第一波長的雷射光作準直。
  6. 一種影像投影系統，具有：一個依申請專利範圍第1~7項任一項的雷射模組；及一個微面鏡系統(9)，其具有可控制的微面鏡(9a)，該些微面鏡(9a)設計成將一道由該雷射模組(1)產生的輸出射線光束(8b)(8c)投影到一投影面(11)以產生影像(10)。
  7. 一種利用一投影系統(100)產生影像的方法，具有以下步驟：利用一雙色雷射二極體(2a)產生一第一射線光束(3a)，其具有一第一波長的雷射光線和一第二波長的雷射光線；利用一第一準直光學裝置(5a)將該第一射線光束(3a)作準直，其中該第一準直光學裝置(5a)調整到該第一波長的雷射光束；利用一單色雷射二極體(2)產生至少一第二射線光束(3b)其具有一第三波長的雷射光線；利用一第二準直光學裝置(5b)將該第二射線光束(3b)作準直，其中該第二準直光學裝置(5b)調整到該第三波長的雷射光線；將該第一及第二射線光束(3a)(3b)共導引成一道輸出射線光束(8b)(8c)；利用一微面鏡系統(9)將該輸出射線光束(8b)(8c)投影在一投影面(11)，以產生影像；利用一單色雷射二極體(20)產生一第三射線光束(3c)，其具有一第四波長的雷射光線； 利用一第三準直光學裝置(5c)將該第三射線光束(3c)作準直，其中該第三準直光學裝置(5c)調整到該第四波長的雷射光線；及將該第一、第二及第三射線光束(3a)(3b)(3c)共導引成一道輸出射線光束(8c)，其中該第一、第三及第四波長在可見光範圍，第二波長在紅外線範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中：更包括以下步驟：將該第二波長的雷射光線之在該投影面(11)附近的物上反射的光線檢出；根據該檢出的反射光線將該些物體的物體位置或物體運動檢出。
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