光学扫描投影模块的制作方法

专利名称：光学扫描投影模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学扫描投影模块，特别涉及一种具备高使用安全性与补偿影像失真的光学扫描投影模块。
背景技术：
目前微投影系统所使用的技术可分为两大类，第一种是以激光为光源的激光扫描投影技术，第二种则以发光二极管(Light Emitting Diode, LED)为光源的数字光学处理(Digital Light Process, DLP)技术或娃基液晶投影(LiquidCrystal on Silicon, LCoS)技术。由于激光光的色域更广，色彩饱和度表现更佳，因此以激光光为光源的微投影系统所投射出来的画面较鲜艳。再者，激光光可投影在任何平面上，且投射的单位面积亮度高、指向性强，故不需复杂的对焦镜组。因此，其光机结构可更简单，使得利用激光扫描投影技术的微投影系统体积较小而较容易内建于电子装置中。由于激光为高功率的光源，因此使用激光扫描投影技术所架构的微投影系统(其后，称为激光扫描投影系统)时，需特别符合激光安全(Laser Safety)的规范。激光扫描投影系统一般正常操作时均可符合激光安全性规范。但当扫描元件(即微镜面)故障而无法将激光展开为投影画面时，会产生高亮度的单一光点，而危害到观看者的双眼。再者，扫描元件的振幅与入射光源的能量有关。因此，当激光扫描投影系统进行动态投影时，投影画面的内容因快速变化而导致激光的功率随之变化，使得扫描元件的温度在瞬间产生变化，进而影响扫描元件的振幅。如此，将造成相邻的扫描画面无法对准，产生影像失真，以致画面模糊。因此，一个具备高使用安全性和补偿影像失真的光学扫描投影模块为目前业者积极研究与发展的方向。

发明内容
依据本发明所揭露的光学扫描投影模块的一实施例，光学扫描投影模块包含一扫描光源组件、一主光束反射兀件、一扫描兀件和一感光兀件。扫描光源组件包含多个次光源和至少一分光元件。每一次光源发射的一次光束汇集成一主光束。其中一次光束经过分光元件而形成一部分穿透光和一部分反射光。主光束反射元件反射主光束。扫描元件根据一扫描方式，反射来自主光束反射元件的主光束而形成一投影光，以及反射部分穿透光或部分反射光而形成一检测光。感光元件接收检测光，并输出一感测信号。光学扫描投影模块根据感测信号控制扫描光源组件。在此架构的一实施例中，光学扫描投影模块更包含一检测光反射元件，上述至少一次光源包含一第一次光源、一第二次光源和一第三次光源，扫描光源组件更包含一次光束反射元件，以及上述至少一分光元件包含一第一分光元件和一第二分光元件。次光束反射元件对应于第一次光源。第一分光元件对应于第二次光源。第二分光元件对应于第三次光源。第一次光源和第二次光源的其中一个次光束经过第一分光元件，形成上述的部分穿透光和上述的部分反射光。检测光反射元件将部分穿透光或部分反射光反射至扫描元件。第一次光源、第二次光源和第三次光源的次光束利用第一分光兀件、第二分光兀件和次光束反射元件汇集形成主光束。上述的第一分光元件根据第二次光源的次光束的反射率大于第一分光元件的穿透率。或者上述的第一分光元件根据第一次光源的次光束的反射率小于第一分光元件的穿透率。在此架构的一实施例中，上述的次光源包含一第一次光源、一第二次光源及一第三次光源，上述至少一分光元件包含一第一分光元件、一第二分光元件和一第三分光元件，扫描光源组件更包含一第一次光束反射元件和一第二次光束反射元件。第一分光元件对应于第一次光源。第二分光元件对应于第二次光源。第一次光束反射元件对应第一次光源。第二次光束反射元件对应于第三次光源。第一次光源的次光束经过第一次光束反射元件及第一分光元件而形成部分穿透光和部分反射光。第二次光源和第三次光源的次光束以及来自第一分光元件的部分穿透光，利用第二次光束反射元件、第二分光元件和第三分光元件而汇集成主光束。在此架构的一实施例中，上述次光源包含一第一次光源、一第二次光源及一第三次光源，至少一分光源件包含一第一分光元件、一第二分光元件和一第三分光元件。第一分光元件对应于第一次光源。第二分光元件对应于第二次光源。第三分光元件对应于第三次光源。第一次光源的次光束经过第一分光元件而形成部分穿透光和部分反射光。部分穿透光、第二次光源的次光束和第三次光源的次光束利用第二分光兀件和第三分光兀件而汇集形成主光束。依据本发明所揭露的光学扫描投影模块的一实施例，光学扫描投影模块包含一扫描光源组件、一检测光反射兀件、一扫描兀件和一感光兀件。扫描兀件根据一扫描方式，反射一主光束而形成一投影光，以及反射一部分穿透光和一部分反射光的其中一者而形成一检测光。扫描光源组件包含多个次光源和至少一分光元件。每一个次光源发射的一次光束汇集成主光束。这些次光束的其中的一者经过分光元件而形成部分穿透光和部分反射光。检测光反射元件将来自分光元件的部分穿透光和部分反射光的其中一者反射至扫描元件。感光元件接收此检测光，并输出一感测信号。光学扫描投影模块根据感测信号控制扫描光源组件。根据此架构的一实施例中，这些次光源包含一第一次光源、一第二次光源和一第三次光源，扫描光源组件更包含一对应于第一次光源的次光束反射元件，至少一分光元件包含一第一分光元件和一第二分光元件。第一分光元件对应于第二次光源。第一次光源和第二次光源的其中的一者的次光束经过第一分光元件，形成部分穿透光和部分反射光。第二分光兀件对应于第三次光源。第一次光源、第二次光源和第三次光源的次光束利用第一分光元件、第二分光元件和次光束反射元件汇集形成主光束。在此架构的一实施例中，第一分光元件根据第二次光源的次光束的反射率大于第一分光元件的穿透率，或者第一分光元件根据第一次光源的次光束的反射率小于第一分光元件的穿透率。本发明所形成的检测光将形成一检测画面。此检测画面的一实施例中，其包括一水平检测线，感光元件的位置对应此水平检测线。此检测画面的另一实施例中，检测画面包括一水平检测线和一垂直检测线。垂直检测线与水平检测线相交于一交叠处。感光元件对应此交叠处。本发明所形成的检测光形成一检测画面且被壳体阻挡。此检测画面包含一第一画面区域、一第二画面区域和一空白区域。第一画面区域供被扫描元件反射的部分穿透光或部分反射光所提供的一影像数据显示于其中。第二画面区域供至少一检测线显示于其中。空白区域介于第一画面区域与第二画面区域之间。本发明所形成的投影光形成一影像画面。此影像画面包含一第一画面区域、一第二画面区域和一空白区域。第一画面区域供主光束所提供的一影像数据显示于其中。第二画面区域供部分的投影光显示于其中，且被壳体阻挡。空白区域介于第一画面区域与第二画面区域之间。根据本发明的一实施例，扫描元件包含一镜面和一外环。外环围绕镜面。部分反射光和部分穿透光的其中一个投射于扫描兀件上而产生一光点。此光点部分覆盖镜面，且光点部分覆盖外环。依据本发明所揭露的光学扫描投影模块，可利用分光元件的配置，使次光源的次光束经过分光元件而产生部分反射光或部分穿透光。此部分反射光或部分穿透光将入射至扫描元件，在光学扫描投影模块内产生检测画面。当扫描元件故障无法运作时，通过配置在检测画面范围内的感光元件的检测结果，光学扫描投影模块可即时的停止致动扫描光源组件，以避免利用光学扫描投影模块所投射的影像因扫描元件故障而产生单一亮点，进而伤害观看者的双眼。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。


图1为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图2A为依据图1的扫描元件正常运作时的时序示意图。图2B为依据图1的扫描元件正常运作时及非正常运作时的时序示意图。图3为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图4为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图5为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图6为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图7为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。图8为依据本发明所揭露光学扫描投影模块的投影画面的示意图。图9为依据本发明所揭露光学扫描投影模块的检测画面的示意图。图10为依据本发明所揭露部分反射光或部分穿透光投射于扫描元件的示意图。其中，附图标记10 光点100、200、300、400、500、600 光学扫描投影模块
110、210、310、410、510、610 第一次光源111、121、131、211、221、231、311、321、331、411、421、431、511、521、531 次光束112、612次光束反射元件120、220、320、420、520、620 第二次光源122、213、312、413、513、622 第一分光元件1221、2131、3121、4131、5131 反射面1222、2132、3122、4132、5132 穿透面123部分光束124、624检测光反射元件126,216,316,416,516,626 检测画面130、230、330、430、530、630 第三次光源132、222、322、422、522、632 第二分光元件140,240,340,440,540,640 主光束141、242、342、442、542 主光束反射元件142、243、343、443、543 第一反射光144、244、344、444、544、644 投影画面150,250,350,450,550,650,750 扫描元件160、260、360、460、560、660、D 感光元件170控制模块180扫描驱动单元190、290、390、490、590、690、C 壳体191、291、391、491、591、691 出光口192、292、392、492、592、692 测试区域212、412、512第一次光束反射兀件214、313、414、514 部分穿透光215、315、415、515 部分反射光232、432、532第二次光束反射元件241、332、423、541 第三分光元件726、743 影像画面751 镜面752 外环LI水平检测线L2垂直检测线S1、S4第一画面区域S2、S5空白区域S3、S6第二画面区域
具体实施例方式本发明的光学扫描投影模块可应用于行动投影装置，例如但不限于手机或个人数字助理。根据本发明所揭露的光学扫描投影模块，以I图作为示例，说明本发明的硬体方面的组成及软体方面的运作关系。光学扫描投影模块100包括一扫描光源组件、一检测光反射兀件124、一主光束反射兀件141、一扫猫兀件150和一感光兀件160。扫描光源组件包括多个次光源(为便于说明，以下兹分别以第一次光源110、第二次光源120和第三次光源130为例，但并非用以限缩本发明)和至少一分光元件(为便于说明，以下兹以第一分光元件122为例，但并非用以限缩本发明)。每一次光源发射的一次光束汇集成一主光束140。主光束反射元件141反射主光束140。其中一次光束经过第一分光元件122而形成一部分穿透光和一部分反射光。检测光反射元件124反射部分穿透光或部分反射光。扫描元件根据一扫描方式，反射来自主光束反射元件141的主光束140而形成一投影光，以及反射部分穿透光或部分反射光而形成一检测光。感光元件160接收检测光，并输出一感测信号。光学扫描投影模块100根据感测信号控制扫描光源组件的运作。详细地说，光学扫描投影模块更设置一控制模块170和一扫描驱动单元180，以根据感光元件160所产生的感测信号，控制扫描光源组件的运作。感光元件160电性连接控制模块170。控制模块170分别电性连接各个次光源和扫描驱动单元180。扫描驱动单元180电性连接扫描元件150。而其控制方法如下所述。为方便说明上述的控制方法，仅以图1中感光元件160、控制模块170和扫描驱动单元180间运作情形作为说明的示例，但并非用以限缩本发明。请参照图2A与图2B，图2A与图2B分别为依据图1的控制模块于扫描元件正常运作与非正常运作时的时序示意图。控制模块170利用一参考信号控制扫描驱动单元180。扫描驱动单元180以参考信号驱动扫描元件150。控制模块170利用一同步信号控制扫描光源组件。控制模块170可依据感测信号、同步信号与参考信号间的时间差来更新同步信号输出的时间。更详细地说，在光学扫描投影模块100于出厂前，同步信号通常与参考信号间存在一固定时间差TL1，才能使部分光束123 (部分穿透光或部分反射光)入射扫描元件150的时间与扫描元件150的运作时间同步，进而使影像清晰。因此，同步信号的输出时间会预先设定并将预设数据储存于控制模块170中，或者是预先储存于记忆体中，再由控制模块170读取。光学扫描投影模块100可根据上述的预设数据，在正常运作的情况下，提供清晰的影像。固定时间差TLl为同步信号的上升边缘与参考信号的上升边缘间的时间差。此外，当光学扫描投影模块100运作正常时，控制模块170会以参考信号的上升边缘(rising edge)为参考点，使感测信号的上升边缘与参考点(即参考信号的上升边缘)间的时间差为TPl微秒，同步信号的上升边缘与参考点(即参考信号的上升边缘)间的时间差为TLl微秒。其中TPl减去TLl的值为定值。而当光学扫描投影模块100运作不正常时，扫描元件150的振幅偏离预定范围，造成扫描元件150的扫描路径无法对准。此时，失真信号与原本光学扫描投影模块100正常运作时控制模块170所接收的感测信号间的时间差为T微秒(即TP2减去TPl的值)。失真信号为当投影画面144模糊时，控制模块170所接收的感测信号。TP2为失真信号的上升边缘与参考信号的上升边缘间的时间差。为了使投影画面144清晰，控制模块170会将同步信号的上升边缘的时间延迟T微秒(即TL2减去TLl的值)，使得补偿信号与失真信号间的时间差与原本光学扫描投影模块100正常运作时同步信号与感测信号间的时间差相同，进而使投影画面144清晰。其中，上升边缘系指从低准位转变成高准位的位置。TL2为补偿信号的上升边缘与参考信号的上升边缘间的时间差。然而，上述感光元件160、控制模块170和扫描驱动单元180间的控制法则并非用以限定本发明。此外，在本发明所提供的其他实施例中，部分反射光或部分穿透光也无须通过检测光反射元件的反射，而可直接入射扫描元件。本发明的光学扫描投影模块的各实施态样如下。请参照图1所不，光学扫描投影模块100包括一扫描光源组件、一主光束反射兀件141、一检测光反射兀件124、一扫描兀件150、一感光兀件160、一控制模块170和一扫描驱动单元180。扫描光源组件包含一第一次光源110、第二次光源120、第三次光源130、一第一分光元件122、一第二分光元件132和一次光束反射元件112。第一次光源110对应于次光束反射兀件112,第二次光源120对应于第一分光兀件122,第三次光源130对应于第二分光元件132。第一次光源110发射的次光束111、第二次光源120发射的次光束121和第三次光源130发射的次光束131利用次光束反射兀件112、第一分光兀件122和第二分光兀件132汇集形成一主光束140。然而,次光束111、121和131可为蓝光、绿光和红光的任一排列组
入
口 ο第一分光兀件122包括一反射面1221和一穿透面1222。反射面1221可为一金属层或一镀膜反射层，且允许具有一特定波长的光束部分穿透和部分反射。穿透面1222可为一透明材料，允许光束穿透。在此架构下的一实施例中，分光元件122针对于次光束121的波长所提供的穿透率小于反射率，且穿透率可根据检测光的强度需求而调整设计。次光束111依序经由次光束反射元件112反射，并在穿透第一分光元件122后，由第二分光元件132反射，以汇至主光束140。当次光束121入射第一分光元件122时，百分之五的次光束121穿透第一分光元件122而形成一部分穿透光(部分光束123)，百分之九十五的次光束121被第一分光元件122反射而形成一部分反射光。部分反射光被第二分光元件132反射而汇入主光束140。次光束131穿透第二分光元件132，汇入主光束140。在此架构所提供的另一实施例中，第一分光元件122针对于次光束111的波长所提供的反射率小于穿透率，且反射率可根据检测光的强度需求而调整设计。当次光束111则由次光束反射元件112反射至第一分光元件122时。百分之五的次光束111经由第一分光元件122反射而形成一部分反射光(部分光束123)，百分之九十五的次光束111穿透第一分光元件122而形成一部分穿透光。部分穿透光由第二分光元件132反射而汇入主光束140。次光束121依序经由第一分光元件122和第二分光元件132的反射，汇至主光束140。次光束131则穿透第二分光元件132而直接汇入主光束140。接着，主光束140经由第一主光束反射元件141的反射而成为第一反射光142。第一反射光142入射至扫描元件150。来自第一分光元件122的部分光束123 (部分穿透光或部分反射光)则经由检测光反射元件124反射而形成第二反射光。第二反射光入射至扫描兀件150。扫描兀件150将入射的第二反射光和第一反射光142以扫描方式反射,分别形成一检测光和一投影光。检测光将以点线(dot-to-line)的方式，形成一检测画面126，而投影光也将以点线的方式，形成一投影画面144。感光元件160可配置于检测画面126被投射的区域内，以接收来自扫描元件150的检测光并输出感测信号至控制模块170。控制模块170依据感测信号，控制每一个次光源和扫描驱动单元180的运作。而光学扫描投影模块100的控制方法请参考图2A和图2B的控制方法，于此不再赘述。请参照图3，为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。光学扫描投影模块200包括一扫描光源组件、一主光束反射兀件242、一扫描兀件250和一感光元件260。在本实施例中，扫描光源组件包含一第一次光源210、一第二次光源220、一第三次光源230、一第一分光兀件213、一第二分光兀件222、一第三分光兀件241、一第一次光束反射元件212和一第二次光束反射元件232。第一次光源210对应第一次光束反射元件212和第一分光元件213，第二次光源220对应第二分光元件222，第三次光源230对应第二次光束反射元件232。第一次光源210发射的次光束211、第二次光源220发射的次光束221和第三次光源230发射的次光束231经由第一次光束反射兀件212、第二次光束反射兀件232、第一分光元件213、第二分光元件222和第三分光元件241汇入主光束240。次光束211、221和231可为蓝光、绿光和红光的任一排列组合。第一分光兀件213包括一反射面2131和一穿透面2132。反射面2131允许具有一特定波长的光束部分穿透和部分反射，穿透面2132允许光束穿透。在此实施例中，第一分光元件213针对于次光束211的波长，所提供的反射率小于穿透率，且部分穿透光的比例可根据检测光的强度需求而调整设计。次光束231被第二次光束反射元件232反射，并连续穿透第二分光元件222和第三分光元件241，以汇入一主光束240。当次光束211被第一次光束反射元件212反射至第一分光元件213时，百分之五的次光束211被第一分光元件213反射而形成一部分反射光215，百分之九十五的次光束211穿透第一分光元件213而形成一部分穿透光214。部分穿透光214经由第三分光元件241反射，以汇入主光束240。次光束221依序被第二分光元件222反射，并穿透第三分光元件241，以汇至主光束240。接着，主光束240经由主光束反射元件242反射而成为一第一反射光243。第一反射光243入射至扫描元件250。来自第一分光元件213的部分反射光215则直接入射至扫描兀件250。扫描兀件250将入射的部分反射光215和第一反射光243以扫描方式反射,分别形成一检测光和一投影光。检测光将形成一检测画面216，而投影光也将形成一投影画面244。感光元件260可配置于检测画面216被投射的区域内，以接收来自扫描元件250的检测光并输出感测信号。光学扫描投影模块200依据感测信号，来控制扫描光源组件和扫描元件250的运作。而光学扫描投影模块200的控制方法请参考图2A和图2B的控制方法，于此不再赘述。此外，在此实施例中，第一次光源210发射次光束211的方向与主光束240入射至主光束反射元件242的方向平行且同向。
请参照图4，其为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。光学扫描投影模块300包含一扫猫光源组件、一主光束反射兀件342、一扫描兀件350和一感光兀件360。扫描光源组件包括一第一次光源310、一第二次光源320、一第三次光源330、一第一分光兀件312、一第二分光兀件322和一第三分光兀件332。第一次光源310对应第一分光元件312，第二次光源320对应第二分光元件322，第三次光源330对应第三分光元件332。第一次光源310发射的次光束311、第二次光源320发射的次光束321和第三次光源330发射的次光束331利用第一分光兀件312、第二分光兀件322和第三分光兀件332汇入主光束340中。次光束311、321和331可为蓝光、绿光和红光的任一排列组合。第一分光兀件312包括一反射面3121和一穿透面3122。反射面3121允许具有一特定波长的光束部分穿透和部分反射。穿透面3122允许光束穿透。因此，在此实施例中，第一分光元件312针对于次光束311的波长所提供的反射率小于穿透率，且部分穿透光的比例可根据检测光的强度需求而调整设计。当次光束311入射至第一分光兀件312时，百分之五的次光束311被第一分光兀件312反射而形成一部分反射光315，百分之九十五的次光束311穿透第一分光元件312反射而形成一部分穿透光313。部分穿透光313穿透第二分光元件322，再经由第三分光元件332反射，汇入主光束340。次光束321依序经由第二分光元件322和第三分光元件332反射，以汇至主光束340。次光束331穿透第三分光元件332，以汇入主光束340。接着，主光束340经由主光束反射元件342反射而成为第一反射光343，并入射至扫描元件350。来自第一分光元件312的部分反射光315则直接入射至扫描元件350。扫描兀件350将部分反射光315和主光束反射光342以扫描方式反射,分别形成检测画面316于感光元件360上，和在屏幕上形成投影画面344。其中，第一次光源310发射次光束311的方向与主光束340入射主光束反射兀件342的方向垂直。感光元件360可配置于检测画面316被投射的区域内，以接收来自扫描元件350的检测光并输出感测信号。光学扫描投影模块300依据感测信号，来控制扫描光源组件和扫描元件350的运作。而光学扫描投影模块300的控制方法请参考图2A和图2B的控制方法，于此不再赘述。请参照图5，其为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。相较于图3，光学扫描投影模块400的扫描光源组件包括一第一次光源410、一第二次光源420、一第三次光源430、一第一分光兀件413、一第二分光兀件422、一第三分光兀件423、一第一次光束反射元件412和一第二反射元件432。第一次光源410对应第一次光束反射元件412，第二次光源420对应第二分光元件422，第三次光源430对应第二次光束反射元件432。第一次光源410发射的次光束411、第二次光源420发射的次光束421和第三次光源430发射的次光束431经由第一分光元件413、第二分光元件422、第三分光元件423、第一次光束反射元件412和第二次光束反射元件432汇入主光束440中。次光束411、421和431可为蓝光、绿光和红光的任一排列组合。第一分光元件413包括一反射面4131和一穿透面4132。反射面4131允许具有一特定波长的光束部分穿透和部分反射。穿透面4132允许光束穿透。因此，第一分光元件413针对于次光束411的波长所提供的反射率小于穿透率，且反射率可根据检测光的强度需求而调整设计。当次光束411经由第一次光束反射元件412反射，入射至第一分光元件413时，百分之五的次光束411被第一分光元件413反射而形成一部分反射光415，百分之九十五的次光束411穿透第一分光元件413而形成一部分穿透光414。部分穿透光414依序经由第二分光元件422和第三分光元件423的反射，以汇入主光束440。次光束421穿透第二分光元件422，并由第三分光元件423反射，以汇入主光束440。次光束431依序经由第二次光束反射元件432的反射和穿透第三分光元件423，以汇至主光束440。接着，主光束440经由主光束反射元件442反射而成为第一反射光443，并入射至扫描元件450。来自第一分光元件413的部分反射光415则直接入射至扫描元件450。扫描兀件450将部分反射光415和第一反射光443以扫描方式反射,分别形成检测画面416和投影画面444。其中，第一次光源410发射次光束411的方向与主光束440入射至主光束反射元件442的方向垂直，且次光束411由第一次光束反射元件412投射到第一分光元件413时，将穿越投影光和检测光的路径。感光元件460可配置于检测画面416被投射的区域内，以接收来自扫描元件450的检测光并输出感测信号。光学扫描投影模块400依据感测信号，来控制扫描光源组件和扫描元件450的运作。而光学扫描投影模块400的控制方法请参考图2A和图2B的控制方法，于此不再赘述。请参照图6，其为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。相较于图5,光学扫描投影模块500的扫描光源组件中，第一次光源510对应第一次光束反射元件512，第二次光源520对应第二分光元件522，第三次光源530对应第二次光束反射元件532。第一次光源510发射的次光束511、第二次光源520发射的次光束521和第三次光源530发射的次光束531利用第一次光束反射元件512、第二次光束反射元件532、第一分光兀件513、第二分光兀件522和第三分光兀件541而汇入主光束540中。第一次光源510出射次光源511的方向与主光束540入射至主光束反射元件542的方向平行但相反方向。次光束511、521和531可为蓝光、绿光和红光的任一排列组合。第一分光元件513包括一反射面5131和一穿透面5132，反射面5131允许具有一特定波长的光束部分穿透和部分反射，穿透面5132允许光束穿透。因此，第一分光元件513针对于次光束511的波长所提供的反射率小于穿透率，且反射率可根据检测光的强度需求而调整设计。当次光束511经由第一次光束反射元件512反射，入射至第一分光元件513时，百分之五的次光束511被第一分光元件513反射而形成一部分反射光515，百分之九十五的次光束511穿透第一分光元件513而形成一部分穿透光514。部分穿透光514经由第三分光元件541的反射，汇入主光束540。次光束521依序由第二分光元件522反射，并穿透第三分光元件541，以汇入主光束540。次光束531依序经由第二次光束反射元件532的反射和穿透第二分光元件522和第三分光元件541，以汇至主光束540。接着，主光束540经由主光束反射元件542反射而形成第一反射光543，并入射至扫描元件550。来自第一分光元件513的部分反射光515则直接入射至扫描元件550。扫描兀件550将部分反射光515和第一反射光543以扫描方式反射,分别形成检测画面516和投影画面544。感光元件560可配置于检测画面516被投射的区域内，以接收来自扫描元件550的检测光并输出感测信号。光学扫描投影模块500依据感测信号，来控制扫描光源组件和扫描元件550的运作。而光学扫描投影模块500的控制方法请参考图2A和图2B的控制方法，于此不再赘述。请参考图7所示，其为依据本发明的一实施例所揭露的光学扫描投影模块的架构示意图。相较于图1，光学扫描投影模块600的主光束640无须额外的反射元件，即可直接由第二分光元件632投射至扫描元件650，以形成投影画面644。在此实施例中，第一次光源610、第二次光源620、第三次光源630、次光束反射兀件612、第一分光兀件622、检测光反射兀件624、第二分光兀件632、扫描兀件650和感光兀件660的运作、检测画面626的形成以及光学扫描投影模块600的控制方法请参考图1的实施例。在上述各实施例中，在所有具有穿透面和反射面的分光元件中，其反射率或穿透率可根据使用的条件来设计，因此不受限于百分之九十五或百分之五的比例，而可根据检测光的强度需求来设计。当模块欲使用部分反射光作为检测光时，此类的分光元件的穿透率设计为大于反射率即可。当模块欲使用部分穿透光作为检测光时，此类的分光元件的反射率则需设计为大于穿透率。在本发明各实施例中，光学扫描投影模块另可包括壳体(如壳体190、290、390、490、590和690中任一所示)，壳体包括出光口(如出光口 191、291、391、491、591和691中任一所示)与测试区域(如测试区域192、292、392、492、592和692中任一所示)。测试区域的位置位于壳体内，与出光口的位置间相距一适当距离，且对应感光元件设置的位置。测试区域与出光口间的距离根据实际应用的需求而设计。因此检测光将受壳体阻挡而无法由出光口投射出去。而投影光则经过出光口，投影至光学扫描投影模块外的一屏幕，而获得投影画面。在一实施例中，如图8所示，当来自扫描元件的投影光以1280乘以740的解析度形成影像画面743时，影像画面743根据扫描元件的运作而形成一第一画面区域S1、一空白区域S2和一第二画面区域S3。具有主光束的光谱的影像将显示于影像画面743的第一画面区域SI中。此第一画面区域SI可为1280乘以720的解析度，并由出光口投射在屏幕上，形成投影画面。在扫描元件执行扫描投影的期间，当全部的次光源被强制减弱至最低亮度或直接关闭时，影像将不会显示于空白区域S2中，以避免产生绕射。此空白区域S2可为1280乘以10的解析度。投射在第二画面区域S3的投影光则被出光口周围的壳体C所遮盖而不会由出光口投射出去。此第二画面区域S3可为1280乘以10的解析度。由于扫描元件可在水平方向和垂直方向旋转，因此检测画面可包括一水平检测线，水平检测线的光强度可随或不随时间改变。或者，检测画面可更进一步包括一垂直检测线，垂直检测线的光强度可随或不随时间改变。如图9所示，当来自扫描元件的投影光以1280乘以740的解析度形成影像画面时，来自扫描元件的检测光也将于检测区域中形成具有1280乘以740的解析度的影像画面726 (检测画面)。影像画面726根据扫描元件的运作而形成第一画面区域S4、空白区域S5和第二画面区域S6。
第一画面区域S4呈现具有单一颜色且与图8的第一画面区域SI相同的影像。此第一画面区域S4可为1280乘以720的解析度。在扫描元件执行扫描投影的期间，当全部的次光源被强制减弱至最低亮度或直接关闭时，影像将不会显示于空白区域S5中。此空白区域S5可为1280乘以10的解析度。第二画面区域S6则呈现至少一检测线，例如水平检测线LI和垂直检测线L2。此第二画面区域S6可为1280乘以10的解析度。感光元件D可设置于水平检测线LI和垂直检测线L2的路径的交叠处，以根据打在其上的水平检测线LI和垂直检测线L2来作检测。由于检测区域设置于壳体内，因此影像画面726将不会被投射在屏幕上。在一实施例中，作为检测光的部分光束(部分反射光或部分穿透光)投射于扫描元件750上的位置可根据需求来设计，如图10所示。部分光束投射在扫描元件750上的光点10的位置系位于偏离镜面751的中心的位置，也即镜面751与外环752之间的位置。光点10的位置同时覆盖部分的镜面751和部分的外环752。投射在外环752上的部分光束因扫描元件750垂直方向的扫描而在上述第二画面区域S6中形成垂直检测线L2。投射在镜面751的部分光束则能因扫描元件750水平方向的扫描而在第二画面区域S6中形成水平检测线LI。其中，镜面751为当扫描元件750运作正常时，主光束(140至640)投射的范围。扫描兀件可为一扫描振镜或一马达旋转多面镜，感光兀件可为但不限于光检测器(Photodetector, PD)。扫描元件的振幅变化与用以驱动此扫描元件的一驱动电源的值有关，但于扫描元件正常运作时，扫描元件的振幅会控制于一预定范围内。在本发明中，预定范围可为但不限于正负九十度。上述各实施例中，第一次光源、第二次光源和第三次光源可为但不限于半导体激光，也即第一次光源、第二次光源和第三次光源也可为固态激光。此外，第一光源、第二光源和第三光源所发射的次光束的波长或颜色可不同，且可根据不同的需求而作调配。上述扫描光源组件的各实施例中，第一次光源、第二次光源和第三次光源的其中两个次光源可封装在一个封装元件中，且扫描光源组件可包含一作为分光元件的棱镜。举例来说，可将两个分别发射蓝光和绿光的裸晶封装在一个封装元件中。此封装元件所发射的蓝光和绿光经过上述分光元件后，百分之五的蓝光将被反射，绿光和百分之九十五的蓝光将穿透此分光兀件。同时，分光兀件也反射红光。被反射的百分之五的蓝光将作为检测光。绿光、百分之九十五的蓝光与被反射的红光将汇集成一包含红光、绿光和蓝光的主光束。然而，上述作为检测光的部分蓝光的比例不为本案的限制。依据本发明所揭露的光学扫描投影模块，可利用分光元件的配置，使次光源的次光束经过分光元件，产生部分反射光或部分穿透光。此部分反射光或部分穿透光将入射至扫描元件，在光学扫描投影模块内产生检测画面。通过配置在检测画面范围内的感光元件的感测结果，光学扫描投影模块可即时的控制扫描光源组件的运作，以避免利用所投射的影像因扫描元件故障而产生单一亮点，进而伤害观看者的双眼。利用检测线的光强度不随时间改变与感光元件位置的配置，可确保感光元件可正确地输出相对的感测信号。通过控制部分反射光或部分穿透光投射在扫描元件的位置，使得检测画面具有水平检测线及垂直检测线。通过此水平检测线和垂直检测线，可分别检测水平和垂直方向扫描投影的情形。通过同步信号、参考信号与感测信号间的时间差来更新同步信号的输出时间，以补偿扫描元件因振幅的改变而产生模糊的投影画面。藉此，本发明的光学扫描投影模块可达到同步失真的检测及校正的目的，以及提升使用的安全性。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种光学扫描投影模块，其特征在于，包括: 一扫描光源组件，包含多个次光源和至少一分光元件，每一该次光源发射的一次光束汇集成一主光束，该些次光束的其中的一经过该分光元件而形成一部分穿透光和一部分反射光； 一主光束反射兀件，用以反射该主光束； 一扫描兀件，用以根据一扫描方式，反射来自该主光束反射兀件的该主光束而形成一投影光，以及反射该部分穿透光或该部分反射光而形成一检测光；以及 一感光元件，用以接收该检测光，并输出一感测信号，其中该光学扫描投影模块根据该感测信号控制该扫描光源组件。
2.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，更包含一检测光反射元件，其中该些次光源包含一第一次光源、一第二次光源和一第三次光源；该扫描光源组件更包含: 一次光束反射元件，对应于该第一次光源； 该至少一分光兀件包含: 一第一分光元件，对应于该第二次光源，该第一次光源和该第二次光源的其中之一的该次光束经过该第一分光元件，形成该部分穿透光和该部分反射光，该检测光反射元件将该部分穿透光或该部分反射光反射至该扫描元件；以及 一第二分光兀件，对应于该第三次光源，该第一次光源、该第二次光源和该第三次光源的该次光束利用该第一分光元件、 该第二分光元件和该次光束反射元件汇集形成该主光束。
3.根据权利要求2所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束经由该次光束反射元件反射至该第一分光元件；该第二次光源的该次光束和来自该次光束反射元件的该第一次光源的该次光束的其中一者经由该第一分光元件投射至该第二分光元件，再经由该第二分光元件反射而汇入该主光束；以及该第三次光源的该次光束穿透该第二分光元件而汇入该主光束。
4.根据权利要求3所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该第一分光兀件根据该第二次光源的该次光束的反射率大于该第一分光兀件的穿透率。
5.根据权利要求3所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该第一分光兀件根据该第一次光源的该次光束的反射率小于该第一分光兀件的穿透率。
6.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该些次光源包含一第一次光源、一第二次光源及一第三次光源；该至少一分光元件包含: 一第一分光元件，对应于该第一次光源； 一第二分光兀件，对应于该第二次光源；以及 一第三分光兀件； 该扫描光源组件更包含: 一第一次光束反射元件，对应该第一次光源，该第一次光源的该次光束经过该第一次光束反射元件及该第一分光元件而形成该部分穿透光和该部分反射光；以及一第二次光束反射元件，对应于该第三次光源； 其中，该第二次光源和该第三次光源的该次光束以及来自该第一分光元件的该部分穿透光利用该第二次光束反射元件、该第二分光元件和该第三分光元件而汇集成该主光束。
7.根据权利要求6所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束依序由该第一次光束反射元件反射、穿透该第一分光元件和由该第三分光元件反射而汇入该主光束，该第二次光源的该次光束依序由该第二分光元件反射和穿透该第三分光元件而汇入该主光束，以及该第三次光源的该次光束依序由该第二次光束反射元件反射、穿透该第二分光元件和穿透该第三分光元件而汇入该主光束。
8.根据权利要求7所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束由该第一次光源射出的方向与该主光束入射至该主光束反射兀件的方向相同。
9.根据权利要求7所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束由该第一次光源射出的方向与该主光束入射至该主光束反射元件的方向相反。
10.根据权利要求6所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该部分穿透光依序由该第二分光元件反射和由该第三分光元件反射而汇入该主光束，该第二次光源的该次光束依序穿透该第二分光元件和由该第三分光元件反射而汇入该主光束，以及该第三次光源的该次光束依序由该第二次光束反射元件反射和穿透该第三分光元件而汇入该主光束。
11.根据权利要求10所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束穿越该投影光和该检测光，入射至该第一分光元件。
12.根据权利要求6所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该第一分光兀件根据该第一次光源的该次光束的反射率小于该第一分光兀件的穿透率。
13.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该些次光源包含一第一次光源、一第二次光源及一第三次光源，该至少一分光源件包含: 一第一分光元件，对应于该第一次光源，该第一次光源的该次光束经过该第一分光元件而形成该部分穿透光和该部分反射光； 一第二分光兀件，对应于该第二次光源；以及 一第三分光兀件，对应于该第三次光源，该部分穿透光、该第二次光源的该次光束和该第三次光源的该次光束利用该第二分光元件和该第三分光元件而汇集形成该主光束。
14.根据权利要求13所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一分光兀件根据该第一次光源的该次光束的反射率小于该第一分光兀件的穿透率。
15.根据权利要求13所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该部分穿透光依序穿透该第二分光元件和由该第三分光元件反射而汇入该主光束，该第二次光源的该次光束依序由该第二分光元件和该第三分光元件反射而汇入该主光束，以及该第三次光源的该次光束穿透该第三分光元件而汇入该主光束。
16.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该检测光形成一检测画面，该检测画面包括一水平检测线，该感光元件的位置对应该水平检测线。
17.根据权利要求16所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该检测画面更包括一垂直检测线，该垂直检测线与该水平检测线相交于一交叠处，该感光元件的位置对应该交叠处。
18.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，更包含一壳体，该检测光形成一检测画面，该检测画面被该壳体阻挡，且该检测画面包含:一第一画面区域，供被该扫描元件反射的该部分穿透光或该部分反射光所提供的一影像数据显示于其中； 一第二画面区域，供至少一检测线显示于其中；以及 一空白区域，介于该第一画面区域与该第二画面区域之间。
19.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，更包含一壳体，该投影光形成一影像画面，该投影光的该影像画面包含: 一第一画面区域，供该主光束所提供的一影像数据显示于其中； 一第二画面区域，供部分的该投影光显示于其中，该第二画面区域被该壳体阻挡；以及 一空白区域，介于该第一画面区域与该第二画面区域之间。
20.根据权利要求1所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该扫描兀件包含一镜面和一外环，该外环围绕该镜面，该部分反射光和该部分穿透光的其中一个投射于该扫描兀件上产生一光点，该光点部分覆盖该镜面，且该光点部分覆盖该外环。
21.一种光学扫描投影模块，其特征在于，包括: 一扫描兀件，用以根据一扫描方式，反射一主光束而形成一投影光，以及反射一部分穿透光和一部分反射光的其中一而形成一检测光； 一扫描光源组件，包含多个次光源和至少一分光元件，每一该次光源发射的一次光束汇集成该主光束，该些次光束的其中之一经过该分光元件而形成该部分穿透光和该部分反射光； 一检测光反射元件，用以将来自该分光元件的该部分穿透光和该部分反射光的其特征在于，一反射至该扫描元件；以及 一感光元件，用以接收该检测光，并输出一感测信号，其中该光学扫描投影模块根据该感测信号控制该扫描光源组件。
22.根据权利要求21所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该些次光源包含一第一次光源、一第二次光源和一第三次光源，该扫描光源组件更包含: 一次光束反射元件，对应于该第一次光源； 该至少一分光兀件包含: 一第一分光元件，对应于该第二次光源，该第一次光源和该第二次光源的其中之一的该次光束经过该第一分光元件，形成该部分穿透光和该部分反射光；以及 一第二分光兀件，对应于该第三次光源，该第一次光源、该第二次光源和该第三次光源的该次光束利用该第一分光元件、该第二分光元件和该次光束反射元件汇集形成该主光束。
23.根据权利要求22所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该第一次光源的该次光束经由该次光束反射元件反射至该第一分光元件；该第二次光源的该次光束和来自该次光束反射元件的该第一次光源的该次光束的其中一者经由该第一分光元件投射至该第二分光元件，再经由该第二分光元件反射而汇入该主光束；以及该第三次光源的该次光束穿透该第二分光元件而汇入该主光束。
24.根据权利要求22所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该第一分光兀件根据该第二次光源的该次光束的反射率大于该第一分光兀件的穿透率。
25.根据权利要求22所述的光学扫描投影模块,其特征在于，该第一分光兀件根据该第一次光源的该次光束的反射率小于该第一分光兀件的穿透率。
26.根据权利要求21所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该检测光形成一检测画面，该检测画面包括一水平检测线，该感光元件的位置对应该水平检测线。
27.根据权利要求26所述的光学扫描投影模块，其特征在于，该检测画面更包括一垂直检测线，该垂直检测线与该水平检测线相交于一交叠处，该感光元件的位置对应该交叠处。
28.根据权利要求21所述的光学扫描投影模块,其特征在于，更包含一壳体，该检测光形成一检测画面，该检测画面被该壳体阻挡，且该检测画面包含: 一第一画面区域，供被该扫描元件反射的该部分穿透光或该部分反射光所提供的一影像数据显示于其中； 一第二画面区域，供至少一检测线显示于其中；以及 一空白区域，介于该第一画面区域与该第二画面区域之间。
29.根据权利要求21所述的光学扫描投影模块，其特征在于，更包含一壳体，该投影光形成一影像画面，该投影光的该影像画面包含: 一第一画面区域，供该主光束所提供的一影像数据显示于其中； 一第二画面区域，供部分的该投影光显示于其中，该第二画面区域被该壳体阻挡；以及 一空白区域，介于该第一画面区域与该第二画面区域之间。
30.根据权利要求21所述的光学扫描投影模块,其特征在于,该扫描兀件包含一镜面和一外环,该外环围绕该镜面,该部分反射光和该部分穿透光的其中一个投射于该扫描兀件上产生一光点，该光点部分覆盖该镜面，且该光点部分覆盖该外环。
全文摘要
一种光学扫描投影模块，包括具有多个次光源和至少一分光元件的扫描光源组件、一主光束反射元件、一扫描元件和一感光元件。每一次光源发射的一次光束汇集成一主光束。其中一次光束经过分光元件而形成部分穿透光和部分反射光。主光束反射元件反射主光束。扫描元件根据扫描方式，反射来自主光束反射元件的主光束而形成一投影光，以及反射部分穿透光或部分反射光而形成一检测光。感光元件接收检测光，并输出一感测信号。藉此，光学扫描投影模块根据感测信号控制扫描光源组件。
文档编号G02B27/10GK103207504SQ201310002039
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月4日 优先权日2012年1月13日
发明者周明杰, 苏汉威, 李耀辉, 王郁仁 申请人:财团法人工业技术研究院