专利名称：投影系统及使用该投影系统的便携式电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影系统以及使用该投影系统的便携式电子设备。
背景技术：
投影系统，例如LCD投影机、DLP投影机主要用于文稿资料演示，大尺寸电影画面显示等 ，以方便办公和个人娱乐。
现有的投影系统，通常采用像素化矩阵的方法显示画面，即将图像画面分割成若干微小 的像素单元，例如VGA (Video Graphics Array 640*480)规格以及SVGA (Super Video Graphics Array 800*600)规格等。通过控制液晶分子或者DMD等微型器件，在每一像素单 元上改变其亮度，色度等，从而形成视觉可以感知的画面。
如图1所示， 一种典型的投影系统400包括光源410，分光系统420，光调制系统430，集 光系统440，投射系统450以及图像信号源460。光源410，例如高压卤素灯，用于发出白光 412。白光412经过分光系统420被分解成三色光412R、 412G、 412B。三色光412R、 412G、 412B通过透射或者反射方式通过光调制系统430时，由图像信号源460输出图像电信号作用到 光调制系统430中的每一个像素调制元件上，例如液晶分子或者DMD器件，改变光的偏振状态 或者使光线反射与否，从而输出经调制后的三色图像光信号414R、 414G、 414B。然后，由集 光系统440将每一个像素对应的三色图像光信号414R、 414G、 414B组合在一起，经投射系统 450，例如投影镜头投射到显示屏幕340上。
由于上述投影系统必须采用分光系统，集光系统以及投射系统，其组件数量多，结构复 杂，不容易将其整合到各种便携式便携式电子设备中，例如手机，笔记本电脑等。此外，上 述投影系统使用的光源耗电量较大， 一般需要配备散热系统，以散发光源在发光过程中产生 的热量，也使便携式电子设备的结构变得复杂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简化的投影系统。
此外，还有必要提供一种使用上述投影系统的便携式电子设备。
一种投影系统用于向显示屏幕投射图像画面，包括光源单元，光束调整单元，集光单元 ，动态扫描单元以及控制电路。所述控制电路电性连接所述光源单元和动态扫描单元。所述 光源单元用于发出至少两束单色光，所述光束调整单元用于准直所述单色光束或者调整所束
单色光束的发散角，所述集光单元用于将所述单色光束转换成单一光束。所述控制电路控制 所述动态扫描单元以一定的频率转动，并将所述单一光束反射到所述显示屏幕上。
一种便携式电子设备包括输入系统，显示系统和投影系统。所述输入系统用于输入命令 ，所述显示系统用于显示文字或者图像。所述投影系统包括光源单元，光束调整单元，集光 单元，动态扫描单元以及控制电路。所述控制电路电性连接所述光源单元和动态扫描单元。 所述光源单元用于发出至少两束单色光，所述光束调整单元用于准直所述单色光束或者调整 所束单色光束的发散角。所述集光单元用于将所述单色光束转换成单一光束。所述控制电路 控制所述动态扫描单元以一定的频率转动，并将所述单一光束反射到所述显示屏幕上。
上述投影系统和使用该投影系统的便携式电子设备通过使用动态扫描单元进行图像扫描 式投影，相对DLP投影系统而言，可以省去投影镜头；并通过光源单元发出单色光束，相对 LCD投影系统而言，可以省去分光系统，从而达成投影系统以及便携式电子设备结构之简化
图l为现有投影系统的模块示意图。
图2为一种便携式电子设备投射图像画面的立体示意图。
图3为图2所示便携式电子设备中之投影系统之具体示意图。
图4为图3所示投影系统中动态扫描单元之转动示意图。
图5为图3所示投影系统扫描图像的一种示意图。
图6为图3所示投影系统扫描图像的另一种示意图。
图7为图3所示投影系统中动态扫描单元之另一种实施方式示意图。
图8为图2所示便携式电子设备中投影系统的另一种实施方式示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的较佳实施方式进行说明
请参阅图2， 一种便携式电子设备100，例如手机、个人数字助理、游戏机、笔记本电脑 等，可以直接向显示屏幕340投射图像画面，其中，显示屏幕340标志为0-XY坐标平面。该便 携式电子设备100包括输入系统102，显示系统104，音响系统103， 105以及投影系统108。输 入系统102可以为键盘，用于输入信息和命令。显示系统104可以为LCD显示屏幕，用于显示 文字信息或者功能选择菜单等。音响系统103， 105，可以分别为麦克风和扬声器，用于输入 和输出语音信号。投影系统108安装于电子设备100的一端，用于投射图像画面。该便携式电 子设备100的一侧边还包括输入/输出接口101a， 101b，例如USB接口，耳机接口等。上述输
入系统102，显示系统104，音响系统103， 105，投影系统108以及输入输出接口101a， 101b 通过便携式电子设备100的内部电路(图未示出)电性连接在一起。
请参阅图3，投影系统108包括光源单元110，光束调整单元120，集光单元130，光束扫 描单元140以及控制电路150。光源单元110包括至少一个发光元件，用于发出至少一种单色 光束，例如分别发出红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光的半导体激光二极管110R、 IIOG、 IIOB或者光学泵浦激光器(optical pumping laser)。半导体激光二极管lIOR、 IIOG、 IIOB在电流调制模式(current modulation mode)下工作，以根据外部电路作用的 图像驱动信号，改变工作电流，从而改变输出光线的强度。
光束调整单元120用于准直从光源单元110发出的单色光束或者改变单色光束的发散角。 光束调整单元120包括准直透镜122a， 122b， 122c和圆柱透镜124a， 124b， 124c。准直透镜 122a， 122b， 122c分别相对激光二极管110R、 IIOG、 IIOB设置，用于将激光二极管lIOR、 IIOG、 IIOB发出的发散光束(理论上激光束的发散角度为零，实际仍有一发散角)准直成近 视平行出射的光线。因一般从激光二极管发出的光线在Y轴方向的发散角(divergence angle)大于X轴方向的发散角，所以从准直透镜出射光束在X轴方向平行，而在Y轴方向仍有 一定的发散角。圆柱透镜124a， 124b， 124c分别相对准直透镜122a， 122b， 122c设置，用于 改变经准直后的光束在一个轴向的发散角。例如，通过调整准直后的光束在Y轴方向之发散 角，使其光点形状(beam spot shape)之纵宽比(Aspect ratio)接近方形或者直方形分 布，例如4: 3之长宽比，以符合一般显示器的屏幕或者视窗，增加视觉接收黄金比率，同时 可以提高集光效率。当然，也可以分别在X轴方向和Y轴方向分别设置各自圆柱透镜，以在两 个方向上改变光束的发散角，进一步优化光点的形状。
集光单元130包括带通滤光片(Band-pass filter) 132a， 132b， 132c，用于将分别从 圆柱透镜124a， 124b， 124c入射过来的光束转换成单一光束。带通滤光片132a可以反射蓝光 ，而使红光和绿光穿过；带通滤光片132b可以反射绿光，而使红光穿过；带通滤光片132c反 射红光。因此，最终从带通滤光片132a出射的光线可以为红、绿、蓝三色光混合而成的白光 ，或者其中两种色光混合而成的其他颜色的光，例如黄光，当然也可以为单色光。投影系统 108还包括一光圈134，光圈134位于集光单元130和动态扫描单元140之间，以限制混合光束 的光点形状大小，并适当消除杂散光，以提高图像清晰度、锐利度和对比度。光圈134可以 为固定形状，也可以为动态式光圈。对于动态式光圈，在近距离时投影时，通过縮小光圈可 以让光点变小，以提升可解晰度(resolvable Resolution)以及对比度。在远距离投影时 ，通过放大光圈，可以提高画面的亮度。动态扫描单元140用于将从光圈134入射过来的光线扫描到预定的显示屏幕340上(如图 2所示)。动态扫描单元140为一个二维的采用微机电系统(MEMS， Micro Electro Mechanical System)技术做成的扫描镜片。请一并参阅图4，入射光线142经扫描镜片140形 成反射光线144，入射到显示屏幕340。当扫描镜片140绕垂直纸面的轴顺时针转动8角度到 位置140a时，反射光线144转动2 8角度到达位置144a;当扫描镜片140逆时针转动8角度到 达位置140b时，反射光线反方向转动2 e角度到达位置144b。因此，光线144所能到达的位置 范围144a、 144b即构成投影系统108在一个维度方向上所能投射画面的范围。同理，扫描镜 片140绕平行纸面的轴转动时，可在另外一个维度方向上进行图像扫描。
如图5所示，动态扫描单元140可以通过交错(interlaced)方式扫描图像画面，即将一 帧画面344分割成两场画面344a和344b，场画面344a由奇数行的画面组成，场画面344b由偶 数行的画面组成。通过动态扫描单元140反射的光束在屏幕上形成扫描轨迹342，该扫描轨迹 342以从左往右(O-X轴)，从上到下(O-Y轴)的顺序进行，设置动态扫描单元140沿0-X轴 方向和0-Y轴方向具有不同的转动频率。扫描轨迹342分别扫描奇数行场画面344a和偶数行场 画面344b，从而显示完整的画面344，。如图6所示，动态扫描单元140也可以通过逐行( Progressive)方式扫描画面，此时扫描轨迹342顺序扫描按照从上到下，从左往右的顺序逐 行进行扫描，从而显示完整的画面344。
如图7所示，动态扫描单元140也可以为两个一维的扫描镜片144和146。扫描镜片144和 146在未加电工作时，二者的反射面平行设置。扫描镜片144仅可以绕垂直纸面的轴转动，以 执行O-Y轴方向的图像扫描，而扫描镜片146仅可以绕沿纸面内的轴转动，以执行O-X轴方向 的图像扫描。因一般显示画面纵向宽度大于横向宽度，所以0-Y轴方向扫描镜片146可转动的 角度大于0-X轴方向扫描镜片144可转动的角度。又画面扫描按照从左往右，从上到下的顺序 进行，所以扫描镜片144的转动频率小于扫描镜片146的转动频率，具体的转动频率数值可以 按照实际的需要加以设置。
控制电路150用于控制激光二极管110R、 IIOG、 IIOB发光，调整光圈134的通光孔径大小 ，以及控制动态扫描单元140中的镜片转动的频率。控制电路150包括控制器152以及分别与 控制器电性相连的图像信号驱动电路154，镜片驱动电路156，光圈驱动电路158。当投影系 统108对从外部装置，例如电脑传递而来的视频内容进行投影时，控制电路150将视频内容转 换成扫描之图像格式，控制图像信号驱动电路发出特定的电信号，例如改变激光二极管 IIOR、 IIOG、 IIOB的工作电流，从而改变其发光强度。在动态扫描单元140以交错方式或者 逐行方式进行图像扫描时，控制电路150可以控制镜片驱动电路156发出驱动电信号使一个二
维扫描镜片140或者两个一维的扫描镜片144和146在两个方向上具有不同的转动频率，例如 O-X轴方向转动频率大于O-Y轴的转动频率。
请参阅图8，另一种实施方式的投影系统108包括光源单元110，光束调整单元120，集光 单元130，光束扫描单元140以及控制电路150。其中，光源单元IIO，集光单元130，光束扫 描单元140以及控制电路l50具有与第一实施方式基本相同的元件配置和位置结构。而光束调 整单元120仅包括一组准直透镜122a和圆柱透镜124a。光束调整单元120被设置成位于集光单 元130和光束扫描单元140之间。投影系统108还包括一个光圈134，该光圈134位于光束调整 单元120和光束扫描单元140之间。投影系统108工作时，首先，光源单元110中的激光二极管 IIOR、 IIOG、 110B发出的光束经过集光单元130中的带通滤光片132a， 132b， 132c混合成单 一光束；然后，由准直透镜122a将混合后之单一光束准直成近似平行光束，圆柱透镜124a改 变经准直后的光束的发散角，使投影于显示屏幕340上的光点符合一般显示器的屏幕或者视 窗；接着，光束扫描单元140在控制电路150作用下以一定的频率转动，从而将光束调整单元 140出射的光线扫描投影到显示屏幕340上。当然，通过投影系统108进一步可以通过控制电 路150送出控制信号给光圈134，例如动态式光圈，使从集光单元130出射的光线具有较佳的 光学孔径，以及消除部分杂散光。
可以理解，光源单元110也可以仅包括一种激光二极管，例如发出红光的激光二极管 IIOR，或者发出绿光的激光二极管110G，或者发出蓝光的激光二极管110B。在此情形下，投 影系统108可以没有集光单元130。因而，从激光二极管发出的单色光束可以经由光束调整单 元120进行准直或者调整光束在不同轴向上的发散角后，直接由动态扫描单元140将光束以扫 描方式到投射到显示屏幕340上。因此，将投影系统108集成于便携式电子设备100中，更可 以达成结构之简化，并具有较低的成本。
上述投影系统通过使用激光二极管作为光源，发出单色光，在进行全彩画面显示，无须 传统使用之分光系统，投影系统还使用动态扫描镜进行图像扫描式投影，可以省去传统使用 之投影镜头，达成系统结构之简化，方便整合到便携式电子设备中。而且，激光二极管具有 较低的功率，可以省去传统投影系统中之散热结构，满足便携式电子设备低耗电之需求。
权利要求
权利要求1一种投影系统，用于向显示屏幕投射图像画面，其特征在于所述投影系统包括光源单元，光束调整单元，动态扫描单元以及控制电路，所述控制电路电性连接所述光源单元和动态扫描单元，所述光源单元发出一种波长的单色光束，所述光束调整单元准直所述单色光束或者调整所述单色光束的发散角，所述控制电路控制所述动态扫描单元以一定的频率转动，并将所述单色光束反射到所述显示屏幕上。
2.如权利要求l所述的投影系统，其特征在于所述光束调整单元 位于所述光源单元和动态扫描单元之间，所述光束调整单元包括一个准直透镜和一个圆柱透 镜，所述准直透镜用于将所述单色光束缚准直成近似平行光束，所述圆柱透镜用于改变所述 单色光束至少在一个轴向上的发散角。
3.如权利要求l所述的投影系统，其特征在于所述动态扫描单元 是采用微机电系统技术做成的一个二维扫描镜片或者二个一维扫描镜片，所述二维扫描镜片 在二维方向上具有不同的转动频率。
4.如权利要求l所述的投影系统，其特征在于所述投影系统还包 括一个光圈，所述光圈是固定式或者动态式光圈，所述光圈位于所述光束调整单元和所述动 态扫描单元之间，用于改变所述单色光束的通光孔径。
5.一种投影系统，用于向显示屏幕投射图像画面，其特征在于所 述投影系统包括光源单元，光束调整单元，集光单元，动态扫描单元以及控制电路，所述控 制电路电性连接所述光源单元和动态扫描单元，所述光源单元用于发出至少两束单色光，所 述光束调整单元用于准直所述单色光束或者调整所述单色光束的发散角，所述集光单元用于 将所述单色光束转换成单一光束，所述控制电路控制所述动态扫描单元以一定的频率转动， 并将所述单一光束反射到所述显示屏幕上。
6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于所述光源单元包括 至少两个激光二极管，所述至少两个激光二极管电性连接所述控制电路，用于分别发出所述 至少两束单色光。
7.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于所述光束调整单元位于所述光源单元和集光单元之间或者位于所述集光单元发出的单一光束的光路上，所述光 束调整单元包括至少一组准直透镜和圆柱透镜，所述准直透镜用于将所述单色光束缚准直成 近似平行光束，所述圆柱透镜用于改变所述单色光束至少在一个轴向上的发散角。
8.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于所述动态扫描单元是采用微机电系统技术做成的一个二维扫描镜片或者二个一维扫描镜片，所述二维扫描镜片 在二维方向上具有不同的转动频率。
9.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于所述投影系统还包括一个光圈，所述光圈是固定式或者动态式光圈，所述光圈位于所述集光单元和所述动态扫 描单元之间，用于改变所述单一光束的通光孔径。
10.如权利要求9所述的投影系统，其特征在于所述控制电路包括 控制器，以及分别与所述控制器电性连接的图像信号驱动电路，镜片驱动电路和光圈驱动电 路，所述图像信号驱动电路驱动所述光源根据图像信号发光，所述控制器通过光圈驱动电路 调整光圈的通光孔径大小，并通过所述镜片驱动电路调整所述动态扫描单元中的镜片转动的 频率。
11.一种便携式电子设备，包括输入系统和显示系统，所述输入系 统用于输入命令，所述显示系统用于显示文字或者图像，其特征在于所述便携式电子设备 还包括一投影系统，所述投影系统用于向显示屏幕投射图像画面，其包括光源单元，光束调 整单元，动态扫描单元以及控制电路，所述控制电路电性连接所述光源单元和动态扫描单元 ，所述光源单元发出一种波长的单色光束，所述光束调整单元准直所述单色光束或者调整所 述单色光束的发散角，所述控制电路控制所述动态扫描单元以一定的频率转动，并将所述单 色光束反射到所述显示屏幕上。
12. 一种便携式电子设备，包括输入系统和显示系统，所述输入系 统用于输入命令，所述显示系统用于显示文字或者图像，其特征在于所述便携式电子设备 还包括一投影系统，所述投影系统用于向显示屏幕投射图像画面，所述投影系统包括光源单 元，光束调整单元，集光单元，动态扫描单元以及控制电路，所述控制电路电性连接所述光 源单元和动态扫描单元，所述光源单元用于发出至少两束单色光，所述光束调整单元用于准 直所述单色光束或者调整所述单色光束的发散角，所述集光单元用于将所述单色光束转换成 单一光束，所述控制电路控制所述动态扫描单元以一定的频率转动，并将所述单一光束反射 到所述显示屏幕上。
13.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于所述光源单元包括至少两个激光二极管，所述至少两个激光二极管电性连接所述控制电路，用于分别 发出所述至少两束单色光。
全文摘要
一种投影系统包括发出至少两束单色光束的光源单元，将单色光束转换成单一光束的集光单元，以及以一定的频率转动的动态扫描单元，动态扫描单元以将单一光束反射到所述显示屏幕上，可以达成结构的简化。此外，本发明还提供一种使用上述投影系统的便携式电子装置。
文档编号G02B26/10GK101377610SQ20071020152
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月30日 优先权日2007年8月30日
发明者林明昌 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司