投影装置及其投影、摄像方法

投影装置及其投影、摄像方法
【专利摘要】本发明适用于投影【技术领域】，公开了一种投影装置及其投影、摄像方法。投影装置包括第一光调制部件、投影面板和第二光调制部件，投影装置还具有成像部件，投影面的反射光自第二光调制部件或第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，成像部件设置于投影面板上或者独立于所述投影面板设置。上述方法包括以下步骤：投影光的光源经过所述第一光调制部件到达所述投影面板，所述投影面板将投影光通过第二光调制部件投影至投影面，投影面的光自所述第二光调制部件或所述第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，读取成像部件对投影面的成像数据。本发明提供的投影装置及其投影、摄像方法，其投影效果好，功耗小，设备尺寸小且成本低。
【专利说明】投影装置及其投影、摄像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于投影【技术领域】，尤其涉及一种投影装置及其投影、摄像方法。
【背景技术】
[0002]目前的投影仪,例如LCoS(Liquid Crystal on Silicon,即液晶附娃,也叫娃基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置)投影仪，是利用液晶阵列控制光线的反射通过量来达到投影成像的一种设备。
[0003]现有技术中的LCoS投影仪，其不借助其它设备无法自动对焦，投影到非纯色的背景上时图像会受投影背景的影响，投影效果差。
[0004]现有技术中，也有通过在投影仪附近增加摄像机，通过计算摄像机实时拍摄到的投影图像的对比度，来对投影仪进行自动调焦的实现方式。但这样功耗较大，需要增加额外摄像机的功耗，且设备尺寸增大、成本高。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种投影装置及其投影、摄像方法，其投影效果好，功耗小，设备尺寸小且成本低。
[0006]第一方面，作为第一种实施方案，本发明提供了一种投影装置，包括用于将投影光源进行调制的第一光调制部件、用于将所述第一光调制部件形成的光调制成投影光的投影面板和用于将所述投影光投影至投影面的第二光调制部件，所述投影装置还具有用于对所述投影面进行成像的成像部件，所述投影面的反射光自所述第二光调制部件或所述第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，所述成像部件设置于所述投影面板上或者独立于所述投影面板设置。
[0007]结合第一种实施方案，作为第二种实施方案，所述成像部件一体设置于所述投影面板上；所述投影面板包括投影单元；所述成像部件包括感光单元；所述投影单元与所述感光单元矩阵排列设置。
[0008]结合第二种实施方案，作为第三种实施方案，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、部分反射部分透过层、偏光片层和电压控制CMOS和感光CMOS层；或者，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、偏光片层、部分反射部分透过层和电压控制CMOS和感光CMOS层。
[0009]结合第三种实施方案，作为第四种实施方案，所述部分液晶部分透明层包括矩阵排列的液晶格与透明格，所述液晶格内充有液晶材料，所述透明格留空或注有透明材料，其中所述液晶格与所述投影单元对应，所述透明格与所述感光单元对应。
[0010]结合第三种或第四种实施方案，作为第五种实施方案，所述部分反射部分透过层包括反射格和透过格，其中所述反射格与所述投影单元对应，所述透过格与所述感光单元对应。
[0011]结合第三种或第四种实施方案，作为第六种实施方案，所述第一光调制部件包括用于形成偏振光的偏光镜，所述偏光片层的偏振方向与所述偏光镜的偏振方向垂直。
[0012]结合第三种或第四种实施方案，作为第七种实施方案，所述电压控制CMOS和感光CMOS层包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中所述电压控制CMOS单元格与所述投影单元对应，所述感光CMOS单元格与所述感光单元对应。
[0013]结合第一种或第二种实施方案，作为第八种实施方案，所述投影面板为单片式LCoS投影面板，其包括红色投影单元、绿色投影单元和蓝色投影单元；所述成像部件一体设置于所述单片式LCoS投影面板上，其包括红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元；所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元、红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元矩阵排列设置。
[0014]结合第八种实施方案，作为第九种实施方案，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、部分反射部分透过层、偏光片层和电压控制CMOS和感光CMOS层；或者，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、偏光片层、部分反射部分透过层和电压控制CMOS和感光CMOS层；
[0015]所述部分液晶部分透明层包括矩阵排列的液晶格与透明格，所述液晶格内充有液晶材料，所述透明格留空或注有透明材料，其中所述液晶格与所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述透明格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应；
[0016]所述部分反射部分透过层包括反射格和透过格，其中所述反射格与红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述透过格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应；
[0017]所述第一光调制部件包括用于形成偏振光的偏光镜，所述偏光片层的偏振方向与所述偏光镜的偏振方向垂直；
[0018]所述电压控制CMOS和感光CMOS层包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中所述电压控制CMOS单元格与所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述感光CMOS单元格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应。
[0019]结合第九种实施方案，作为第十种实施方案，所述投影装置的光路如下:投影光源发出的投影光经所述第一光调制部件中的偏光镜处理得到偏振光，再经过分光镜或分色镜将光分到单片式LCoS投影面板，光经过单片式LCoS投影面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再经过第二光调制部件中的透镜组放大，然后投射到投影面上，形成图像。
[0020]结合第一种实施方案，作为第十一种实施方案，所述成像部件与所述投影面板分体设置，所述成像部件包括感光面板，所述投影面的光线从所述第二光调制部件到达所述感光面板。
[0021]结合第十一种实施方案，作为第十二种实施方案，所述投影面板为三片式投影面板，其包括红面板、绿面板和蓝面板，其光路如下:投影光源经第一光调制部件将光分到三片式投影面板的红面板、绿面板和蓝面板，光经过红面板、绿面板和蓝面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再经过第二光调制部件投射到投影面上形成投影图像；环境光从所述第二光调制部件投到感光面板形成成像；
[0022]或者，所述投影面板为单片式投影面板，其光路如下:投影光源经第一光调制部件中将光分到单片式投影面板，光经过单片式投影面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光经过第二光调制部件投射到投影面上形成投影图像；环境光经第二光调制部件或第二光调制部件和第一光调制部件将环境光投到感光面板形成成像。
[0023]结合第一至十二中任一种实施方案，作为第十三种实施方案，所述投影装置还包括可见光源或/和红外光源。
[0024]结合第十三种实施方案，作为第十四种实施方案，所述第一光调制部件包括于投影光源端设置的只通过可见光的低通滤镜；所述投影面板端设置有只通过红外光的红外滤光片。
[0025]结合第一至十四中任一种实施方案，作为第十五种实施方案，所述投影装置具有用于读取成像部件所得到的图像并根据图像的对比度调节所述第二光调制部件的焦距的自动对焦控制模块。
[0026]结合第一至十四中任一种实施方案，作为第十六种实施方案，所述投影装置具有用于读取成像部件中成像单元的颜色值并根据成像单元的颜色值修正投影效果的自适应投影模块。
[0027]结合第十六种实施方案，作为第十七种实施方案，所述修正过程如下:将需要投影的图像的颜色值减去成像单元的颜色值。
[0028]结合第一至十四中任一种实施方案，作为第十八种实施方案，所述投影装置具有根据成像部件持续拍摄的图像进行识别进行操作焦点识别的操作输入控制模块。
[0029]结合第一至十八中任一种实施方案，作为第十九种实施方案，所述投影装置包括用于控制所述投影面板及成像部件同步或分别进行投影和成像的时分工作控制模块。
[0030]第二方面，本发明还提供了一种投影装置，包括投影面板和成像部件，所述成像部件一体设置于所述投影面板上；所述投影面板包括投影单元；所述成像部件包括感光单元；所述投影单元与所述感光单元矩阵排列设置。
[0031]第三方面，本发明还提供了一种采用第一方面提供的投影装置的投影、摄像方法，包括以下步骤:投影光的光源经过所述第一光调制部件到达所述投影面板，所述投影面板将投影光通过第二光调制部件投影至投影面，投影面的光自所述第二光调制部件或所述第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，读取成像部件对投影面的成像数据。
[0032]本发明提供的一种投影装置及其投影、摄像方法，其通过设置成像部件对投影面的图像采集，可以根据所采集到的投影面图像进行焦距计算，以实现投影装置的自动对焦功能，另外，还可以根据所采集到的投影面图像通过投影单元和感光单元共面或共光路等效面的模式，使得投影可以通过所采集到的投影面图像来自动适应投影面自身的图像，即使投影到非纯色的背景上时，投影图像也不会受投影面背景的影响，投影效果佳；而且无需增加单独的摄像机，装置功耗小、尺寸小巧且成本低。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例一提供的投影装置中投影功能光路示意图；
[0034]图2是本发明实施例一提供的投影装置中成像功能光路示意图；
[0035]图3是本发明实施例一提供的投影装置中投影面板的投影单元和感光单元第一种排列平面示意图；[0036]图4是本发明实施例一提供的投影装置中投影面板的投影单元和感光单元第二种排列平面示意图；
[0037]图5是本发明实施例一提供的投影装置中投影面板的分解示意图；
[0038]图6是本发明实施例一提供的投影装置中部分液晶部分透明层的液晶格和透明格排列平面示意图；
[0039]图7是本发明实施例一提供的投影装置中部分反射部分透过层的反射格和透过格排列平面示意图；
[0040]图8是本发明实施例一提供的投影装置中电压控制CMOS和感光CMOS层的电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格排列平面示意图；
[0041]图9是本发明实施例一提供的投影装置的CMOS电路示意图；
[0042]图10是本发明实施例一提供的LCoS面板光路示意图；
[0043]图11 (a)是本发明实施例一提供的投影装置的投影成像的示意图；
[0044]图11 (b)是本发明实施例一提供的投影装置的摄像成像的示意图；
[0045]图12是本发明实施例二提供的投影装置中投影功能光路示意图；
[0046]图13是本发明实施例二提供的投影装置中投影面板的投影单元和感光单元第一种排列平面示意图；
[0047]图14是本发明实施例二提供的投影装置中投影面板的投影单元和感光单元第二种排列平面示意图；
[0048]图15是本发明实施例二提供的投影装置中投影面板的投影单元和感光单元第三种排列平面示意图；
[0049]图16是本发明实施例二提供的投影装置中投影面板中滤光片的滤光单元排列平面示意图；
[0050]图17是本发明实施例三提供的具有三片式投影面板的投影装置的投影功能光路示意图；
[0051]图18是本发明实施例三提供的具有单片式投影面板的投影装置的投影功能光路示意图；
[0052]图19是本发明实施例三提供的具有三片式投影面板的投影装置中感光面板及光路不意图；
[0053]图20是本发明实施例四提供的成像部件集成于投影面板的投影装置中投影面板光路不意图；
[0054]图21是本发明实施例四提供的成像部件集独立于投影面板的投影装置中投影面板光路不意图；
[0055]图22是本发明实施例七提供的投影装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0056]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0057]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0058]还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0059]实施例一:
[0060]如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种投影装置，包括用于将投影光源91进行调制的第一光调制部件(图中未标识)、用于将第一光调制部件形成的光调制成投影光的投影面板3和用于将投影光投影至投影面的第二光调制部件(图中未标识)。
[0061]投影装置还具有用于对投影面92进行成像的成像部件，投影面92的反射光自第二光调制部件或第二光调制部件和第一光调制部件到达成像部件(图中未标识)。成像部件设置于投影面板3上或者独立于投影面板3设置。
[0062]成像部件可以共用第二光调制部件的部分或全部零件，或者，成像部件可以共用第二光调制部件的部分或全部零件和第一光调制部件的部分或全部零件，成像部件利用与投影功能共用透镜组的方式，实现摄像功能。
[0063]通过设置成像部件对投影面92的图像采集，可以根据所采集到的投影面图像进行焦距计算，以实现投影装置的自动对焦功能，另外，还可以根据所采集到的投影面图像通过投影单元和感光单元共面或共光路等效面的模式，使得投影可以通过所采集到的投影面图像来自动适应投影面92自身的图像，即使投影到非纯色的背景上时，投影图像也不会受投影面92背景的影响，投影效果佳；而且无需增加单独的摄像机，装置功耗小、尺寸小巧且成本低。
[0064]具体地，第一光调制部件包括用于形成偏振光的偏光镜11。
[0065]具体地，第一光调制部件还包括用于将偏振光分离的分色镜或分光镜12。分光镜12或分色镜可设置有一个、两个或多个，具体可根据实际情况而定。投影光源91发出白光后，首先经过偏光镜11处理得到偏振光，再经过分光镜12或分色镜，把光均匀地分到投影面板3上。
[0066]具体地，第二光调制部件包括将各投影光混合的混光镜21和用于将混合后的投影光放大的透镜组22。当然，可以理解地，若采用单片式LCoS投影面板，其无需进行混光，也就不需要混光镜21。
[0067]具体地，投影面板3可以为反射型投影面板或透过型投影面板或半透过半反射型投影面板。具体地，投影面板3可为LCoS(Liquid Crystal on Silicon,液晶附娃,也叫娃基液晶，是一种基于反射型投影面板且尺寸非常小的矩阵液晶显示装置)型投影面板或DLP(Digital Light Processing,是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术)型投影面板或 LCD (Liquid Crystal Display)型投影面板。
[0068]具体地，投影装置具有用于读取成像部件所得到的图像并根据图像的对比度调节第二光调制部件的焦距的自动对焦控制模块(图中未示出)。通过摄像与投影共用光路的设置，对摄像进行自动对焦，来间接完成投影自动对焦的实现。
[0069]具体地，投影装置具有用于读取成像部件中成像单元的颜色值并根据成像单元的颜色值修正投影效果的自适应投影模块(图中未示出)。
[0070]具体地，投影装置具有根据成像部件持续拍摄的图像进行识别进行操作焦点识别的操作输入控制模块(图中未示出)。可以理解地，自动对焦控制模块、自适应投影模块和操作输入控制模块可以是集成于同一模块或不同模块上，也可以独立设置。
[0071]具体地，投影面板3包括投影单元，成像部件一体设置于投影面板3上，其包括感光单元，投影单元与感光单元矩阵排列设置。即通过在投影面板3上增加感光单元以实现对投影面92的成像，使投影面92与成像面基本完全重合，投影修正及输入识别效果佳。
[0072]从横向来看，本装置的投影面板3集成了成像部件，是投影单元和感光单元按一定规律排列的矩阵阵列，若投影单元用A表示，感光单元用B表示，则本实施例中的投影面板3可以是按如图3所示规律排列的矩阵阵列:每个排列组具有N行N列，N可为大于或等于3的整数，其中感光单元B居中，投影单元A围绕于感光单元B，由多个排列组矩阵排列得到集成了成像部件的投影面板3。图3中每个排列组具有三行三列，感光单元B居中，SP感光单元B居中位于第二行第二列，其余位置全部为投影单元A，即8个投影单元A围绕于一个感光单元B。本装置的LCoS面板也可以是按图4所示的规律排列:每个排列组具有N行N列，N可为大于或等于2的整数，一个感光单元B位于排列组其中一角，其余为投影单元A。图4中每个排列组有两行两列，其中感光单元B位于第二行第二列，其余3个为投影单元A。上面仅举2例，本实施例对投影单元和感光单元排列规律不一一举例，投影单元和感光单元的多少，仅取决与对投影分辨率的要求和对摄像分辨率要求情况。若对投影分辨率的要求较高，则可以多一些投影单元，若对摄像分辨率要求较高，则可以多一些摄像单元。可以理解地，也可以采用其它规则或不规则的方式排布投影单元A和感光单元B。本实施例后续描述仅以图3的排列来举例，通过在投影面板3上增加感光单元，实现摄像功能。
[0073]具体地，从纵向来看，如图5所示，投影面板3包括但不限于依次设置的单色滤光片层31、透明电极层32、部分液晶部分透明层33、部分反射部分透过层34、偏光片层35和电压控制CMOS和感光CMOS层36。或者，投影面板3包括依次设置的单色滤光片层31、透明电极层32、部分液晶部分透明层33、偏光片层35、部分反射部分透过层34和电压控制CMOS和感光CMOS层36。
[0074]具体地，部分液晶部分透明层33包括矩阵排列的液晶格与透明格，液晶格内充有液晶材料，透明格留空或注有透明材料，其中液晶格与投影单元对应，透明格与感光单元对应。
[0075]具体地，部分反射部分透过层34包括反射格和透过格，其中反射格与投影单元对应，透过格与感光单元对应。
[0076]具体地，偏光片层35的偏振方向与偏光镜11的偏振方向垂直。
[0077]具体地，电压控制CMOS和感光CMOS层36包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中电压控制CMOS单元格与投影单元对应，感光CMOS单元格与感光单元对应。
[0078]本实施例中，如图1所示，投影面板3为三片式LCoS (Liquid Crystal onSilicon，液晶附硅，也叫硅基液晶)投影面板，可以理解地，投影面板3也可以采用其它类型的投影面板。上述三片式LCoS投影面板包括红LCoS面板3r、绿LCoS面板3g和蓝LCoS面板3b，投影功能的光路如下:投影光源91发出的投影光经第一光调制部件中的偏光镜11处理得到偏振光，再经过分光镜12或分色镜将光分到红LCoS面板3r、绿LCoS面板3g和蓝LCoS面板3b，光经过红LCoS面板3r、绿LCoS面板3g和蓝LCoS面板3b时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再汇聚至第二光调制部件中的混光镜21混合并经过第二光调制部件中的透镜组22放大，然后投射到投影面92上，形成投影图像。
[0079]成像功能的光路如图2所示:光到达LCoS面板时，首先会经过滤光片层，若是红LCoS面板则让红光通过，若是绿LCoS面板则让绿光通过，若是蓝LCoS面板则让蓝光通过；透明电极有一个公共电压；液晶层是一个液晶阵列，由横竖排列整齐的液晶格组成；反射层是一层光亮的光反射面；电压控制CMOS是一个CMOS电压控制单兀阵列与液晶层的液晶阵列完全对齐，驱动模块通过控制CMOS电压控制单元与透明电极间的电压来控制液晶格的光通过量，从而形成图像。本段落以上内容为通常的三片式LCoS投影仪的构成，以上也不能完全涵盖所有的三片式LCoS投影仪的构成，例如有些三片式LCoS投影仪不使分光镜12，而改用分色镜。本发明所提供的投影装置，在上述三片式LCoS投影仪中，利用了从投影光源91主动发出的光。根据光路可逆的特性，光路如图2所示，从投影面92上发出的光(或反射的环境光901)也会经过第二光调制部件中的透镜组22，投射到LCoS面板上。因此通过在LCoS面板上增加感光单元，就能拍摄到投影面92的图像。
[0080]本装置在上述三片式LCoS投影仪的基础上增加了摄像功能。本装置的LCoS面板和驱动模块与上述三片式LCoS投影仪不一样，其它构成部分可以与上述现有三片式LCoS投影仪一致。下面详细描述本装置的LCoS面板和驱动模块实现。
[0081]从纵向看，本装置的LCoS面板主要分以下六层:单色滤光片层31、透明电极层32、部分液晶部分透明层33、部分反射部分透过层34、偏光片层35和电压控制CMOS和感光CMOS 层 36。
[0082]最上层是(红、绿、蓝)滤光片(单色滤光片层31),若是红LCoS面板3r就使用红滤光片，若是绿LCoS面板3g就使用绿滤光片，若是蓝LCoS面板3b就使用蓝滤光片。第2层是透明电极层32，用于与电压控制CMOS单元格产生电场，通过该电场控制液晶单元格的光通过量。第3层是部分液晶部分透明层33，如图6所示，由液晶格和透明格组成，并与图3所示的本装置的投影面板3的矩阵阵列对应。液晶格用Al表示，透明格用BI表示。跟投影单元A对应的是液晶格Al，跟感光单元B对应的是透明格B2。液晶格中Al变充满液晶，透明格BI可以留空，也可以注入透明液体或晶体，只需要保持任意光能通过即可。本实施例中所谓的对应，指排布次序与规律相同。如图7，第4层是部分反射部分透过层34，包括反射格和透过格，反射格用A2表示,透过格用B2表示，反射格A2与投影单元A对应,透过格B2与感光单元B对应。
[0083]第5层为偏光片层35,偏光片的偏振方向与图1中的偏光镜11的偏振方向垂直，通过透过格过来的光中，只有从投影面92反射过来的环境光中的与偏光片的偏振方向相同的分量可以通过，而投影光中的全部光都不能通过；投影到投影面92上的图像反射回来的光也是偏振光，也不能通过。偏光片也可以放在第4层，与部分反射部分透过层34对调，效果是一样的。
[0084]如图8，第6层为电压控制CMOS和感光CMOS层36，由电压控制CMOS单元格A3和感光CMOS单元格B3组成，电压控制CMOS单元格A3与投影单元A对应，感光CMOS单元格B3与感光单元B对应。
[0085]本装置的CMOS电路示意图如图9所示，其中仅画出了 8个电压控制CMOS单元格301，分布在四周；和I个感光CMOS单元格302，在图9的中间I格。
[0086]本实施例中的LCoS面板光路示意图如图10所示，以蓝LCoS面板3b为例，投影光源91的光经过偏光镜11后，都按某一特定方向偏振，经过分光镜12反射到蓝LCoS面板3b中蓝滤光片层后，只有蓝光能通过，再经过透明电极层32到达部分液晶部分透明层33。若该格是液晶格Al，则通过对对应的电压控制CMOS单元格A3的电压进行控制，来控制该液晶格Al的光通过量，然后光经过液晶的扭转到达对应的反射格A2 (注意:这里液晶会对光的偏振方向进行90度扭转，所以偏光片层35放到部分反射部分透过层34，的上面来也不会影响投影功能)，并被按原路反射出LCoS面板；若该格是透明格BI，光直接穿过透过格B2到达偏光片层35,因该偏光片层35的偏振方向与偏光镜11的方向相互垂直，所以所有投影光源91发出的光都不能通过偏光片层35，包括从投到投影面92上的图像上反射回来的光，只有环境光射到投影面92上反射回来的光中的与偏光片层35的偏振方向相同的分量能通过，通过偏光片层35后，就能被感光CMOS单元格B3接收，因此通过感光CMOS单元格B3成的像是没有投影图像时的投影面92的图像，也就是说本装置拍摄的图像是投影面92的原始图像，不会受投影图像的变化影响。
[0087]具体地，投影装置具有用于读取成像部件所得到的图像并根据图像的对比度调节第二光调制部件的焦距的自动对焦控制模块。通过摄像与投影共用光路的设置，通过对摄像进行自动对焦，来间接完成投影自动对焦的实现。通过扫描读取所有感光单元的感光信息，可以得到一张投影面92的图像(由于偏光片过滤的原因，该图像不包括本装置自身投到投影面92的图像)，并通过对该图像进行自动对焦计算，可以把透镜组22调整到投影面92上各点的反射光能汇聚到对应的感光单元上，从而完成摄像对焦，由于感光单元与投影单元处于同一平面或根据换算，根据光路可逆的特性，此时投影单元的光也能汇聚到投影面92上对应的点上，从而完成投影的对焦，使投影的图像清晰。投影成像的示意图如图11(a)所示，投影面板3中的物点94经第二光调制部件的折射并投到投影面92形成像点
95。摄像成像的示意图如图11(b)所示，投影面92上环境光901通过第二光调制部件的折射并投到集成有成像部件的投影面板3上，使投影面92上物点95在成像部件上形成像点
96。利用投影功能与摄像功能完全共用透镜组22，投影单元阵列与感光单元阵列共面，投影四棱锥空间与摄像四棱锥空间基本重合，通过摄像功能拍摄的图像自动对透镜组22进行对焦，从而实现摄像自动对焦。
[0088]具体地，投影装置具有用于读取成像部件中成像单元的颜色值并根据成像单元的颜色值修正投影效果的自适应投影模块。在实际使用过程中，投影面92本身经常不是纯色的，这时把需要投影的图像投到投影面92上后，由于需要投影的图像与投影面92自身的图像叠加，用户看到的图像就会与需要投影的图像有差异，影响使用效果。通过本装置的成像部件能实时拍摄到投影面92的图像，由于投影单元与摄像单元非常接近，因此可以使用拍摄的图像来修正投影图像的效果。如图3所示的本装置的LCoS面板的矩阵阵列示意图，可以使用中间的I个感光单元的颜色值来修正周围8个投影单元的颜色值，修正公式如下:
[0089]投影单元的颜色值=需要投影的图像的颜色值-感光单元的颜色值。即修正过程如下:将需要投影的图像的颜色值减去成像单元的颜色值。当然，也可以采用其它合适的算法对投影单元的颜色作修正。即使投影到非纯色的背景上时，投影图像也不会受投影面92背景的影响，投影图像可以对投影面92作适应性调整，使用户看到的图像如同在纯色投影面的效果一样，用户体验效果佳。本实施例中的投影装置也可理解为具有投影功能的摄像机或照相机。[0090]实施例二:
[0091]与实施例中的三片式LCoS投影面板不同，本实施例中投影面板3’为单片式LCoS投影面板，其包括红色投影单元、绿色投影单元和蓝色投影单元；成像部件可以一体设置于单片式LCoS投影面板3’上。成像部件其包括红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元；红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元、红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元矩阵排列设置。本实施例中，用于投影单元用A表示，用于感光的单元用B表示，红色用r表示，绿色用g表示，蓝色用b表示。故:红色投影单元用Ar表示、绿色投影单元用Ag表示、蓝色投影单元用Ab表示，红色感光单元用Br表示、绿色感光单元用Bg表示和蓝色感光单元用Bb表示。
[0092]具体地，投影面板3’包括依次设置的滤光片层31、透明电极层32、部分液晶部分透明层33、部分反射部分透过层34、偏光片层35和电压控制CMOS和感光CMOS层36 ;或者，投影面板3’包括依次设置的滤光片层、透明电极层32、部分液晶部分透明层33、偏光片层35、部分反射部分透过层34和电压控制CMOS和感光CMOS层36。
[0093]部分液晶部分透明层33包括矩阵排列的液晶格与透明格，液晶格内充有液晶材料，透明格留空或注有透明材料，其中液晶格与红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，透明格与红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应。
[0094]部分反射部分透过层34包括反射格和透过格，其中反射格与红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，透过格与红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应。偏光片层35的偏振方向与偏光镜11的偏振方向垂直。
[0095]电压控制CMOS和感光CMOS层36包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中电压控制CMOS单元格与红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，感光CMOS单元格与红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应。从横向来看本装置的LCoS面板是投影单元和感光单元按一定规律排列的矩阵阵列，则本实施例的投影面板3’可以是按如图13所示规律排列的矩阵阵列。另外，LCoS面板也可按图14或图15所示的规律排列。上面仅举3例，本专利对投影单元和感光单元排列规律不一一举例。投影单元和感光单元的多少，仅取决与对投影分辨率的要求和对摄像分辨率要求情况。若对投影分辨率的要求较高，则可以多一些投影单元，若对摄像分辨率要求较高，则可以多一些摄像单元。可以理解地，也可以采用其它规则或不规则的方式排布投影单元A和感光单元B。本专利后续描述仅以图13的排列来举例，不再一一说明。本实施例的滤光片层也需要与投影单元与摄像单元的阵列对应，滤光片层31阵列如图16，其中红色滤光单元用r表示，绿色滤光单元用g表示，蓝色滤光单元用b表示。
[0096]或者，作为替代方案，成像部件也可单独独立设置。
[0097]实施例三:
[0098]与实施例一、二中成像部件集成于投影面板不同，本实施例中的投影装置，其成像部件与投影面板3’’分开设置。成像部件与投影面板3’’分体设置，成像部件包括感光面板41，投影面92的光线从第二光调制部件到达感光面板41。成像部件还包括偏振片42，偏振片42与用于投影面板3’ ’的偏振镜(第一光调制部件中的偏振镜12)相垂直，偏振片42将第一光调制部件中折射或/和反射进来的环境光投至感光面板41。
[0099]对于三片式投影面板3’’结构的投影装置，其光路如图17所示。投影光源91发出的投影光经第一光调制部件中的偏光镜11处理得到偏振光，再经过分光镜12或分色镜将光分到三片式投影面板3’’的三片投影面板，光经过三片投影面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再汇聚至第二光调制部件中的混光镜21混合并经过第二光调制部件中的透镜组22放大，然后投射到投影面92上，形成投影图像。环境光901从第二光调制部件中的透镜组22折射进入至混光镜21并被投至偏振片42，偏振片42将环境光901投到感光面板41。
[0100]对于单片式投影面板3’’结构的投影装置，其光路如图18所示。投影光源91发出的投影光经第一光调制部件中的偏光镜11处理得到偏振光，再经过分光镜12或分色镜将光分到单片式投影面板3’ ’，光经过单片式投影面板3’ ’时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光经过第二光调制部件中的透镜组22放大，然后投射到投影面92上，形成投影图像。环境光901从第二光调制部件中的透镜组22折射进入至偏光镜11，偏光镜11将环境光投到感光面板41。偏光镜11与偏振片42可以共用。
[0101]本实施例中，投影LCoS面板与原有的三片式投影仪或单片式投影仪一致。其包括依次设置的滤光片层、透明电极层32、液晶层、反射层和电压控制CMOS层。感光面板41与普通摄像机的感光面板类似，只需要在普通摄像机的感光面板前增加与投影仪的偏振镜偏振方向相垂直的偏振片42，感光面板41及光路示意如图19所示:环境光901从第二光调制部件进入至偏光镜11，偏光镜11将环境光投到偏振片42，偏振片42将环境光901投到感光面板41。
[0102]实施例四:
[0103]在实施例一、二或三中所提供的投影装置的基础上，本实施例中的投影装置还包括可见光源或/和红外光源。可见光源可为Led等合适类型的光源。
[0104]具体地，第一光调制部件包括于投影光源91端设置的只通过可见光的低通滤镜51 ;投影面板端设置有只通过红外光的红外滤光片52。低通滤镜51可与偏光镜相邻设置。对于成像部件集成于投影面板的结构，红外滤光片52可以设置于投影面板3中，红外滤光片52可位于电压控制CMOS和感光CMOS层36上方，例如电压控制CMOS和感光CMOS层36与偏光片层35之间。对于成像部件集独立于投影面板的结构，红外滤光片52可设置于偏光片42与感光面板41之间。
[0105]摄像都依赖环境光，当环境光较弱时摄像效果不好，本实施例将在实施例一、二或三所提供的投影装置的基础上增加摄像光源。摄像光源可以为可光见光源，也可以是红外光源。当增加可见光光源时，只是可以改善弱光环境下的摄像效果；当使用红外光源时，本装置的自适应投影功能失效，自动对焦和操作输入功能仍然有效，当可光见光源和红外光源同时使用时，不仅可以改善弱光环境下的摄像效果，还能增强操作输入识别的效果。
[0106]对于成像部件集成于投影面板的结构，使用红外光源时，投影面板光路图如图20，投影光源91从偏光镜11进入低通滤镜51，低通滤镜51只通过可见光，从低通滤镜51出来的可见光经投影面板和第二光调制部件投向投影面。投影面处红外光源经投影面的反射光经过分光镜12进入集成有成像部件的投影面板，先到达滤光片层，再经过透明电极层32到达部分液晶部分透明层33。若该格是液晶格Al，则通过对对应的电压控制CMOS单元格A3的电压进行控制，来控制该液晶格Al的光通过量，然后光经过液晶的扭转到达对应的反射格A2，并被按原路反射出LCoS面板；若该格是透明格BI，红外光直接穿过透过格B2到达偏光片层35，通过偏光片层35后，经红外滤光片52，只让红外光通过，红外光就能被感光CMOS单元格B3接收。即在图10的基础上，在投影光源91端增加了低通滤镜51，只通过可见光；在LCoS面板端增加了红外滤光片52，只通过红外光，因此感光单元上只能感应到从投影面92上反射过来的红外光。
[0107]对于成像部件集独立于投影面板的结构，使用红外光源时，在图19的基础上，在投影光源91端增加了低通滤镜51，只通过可见光；在感光面板41端增加了红外滤光片52，只通过红外光，因此感光单元上只能感应到从投影面92上反射过来的红外光。感光面板41的光路图如图21:投影面处红外光源902经投影面的反射光经过分光镜12进入到达偏光片42，并经过红外滤光片52到达感光面板41。
[0108]当可光见光源和红外光源同时使用时，仍然需要在投影光源91端增加低通滤镜51,而在LCoS面板端把红外滤光片52修改为红外滤光和低通滤光层,红外滤光和低通滤光层是由红外滤光格和低通滤光格组成的矩阵阵列，在红外感光单元的上面使用红外滤光格，在可见光感光格上面使用低通滤光格。
[0109]当可光见光源和红外光源同时使用在LCoS面板和感光面板41分离上时，同理也只是把红外滤光片52修改为红外滤光和低通滤光层，红外滤光和低通滤光层是由红外滤光格和低通滤光格组成的矩阵阵列，在红外感光单元的上面使用红外滤光格，在可见光感光格上面使用低通滤光格。
[0110]实施例五:
[0111]在实施例一、二、三或四中所提供的投影装置的基础上，本实施例中的投影装置还包括用于控制投影面板及成像部件同步或分别进行投影和成像的时分工作控制模块。时分工作控制模块可按如下流程控制投影装置:打开投影光源、扫描投影面板并写入投影图像数据、关闭投影光源、扫描成像部件并初始化成像部件、扫描成像部件并读取拍摄图像数据，其流程图如图22所示:开始S101、打开投影光源S102、扫描投影面板并写入投影图像数据S103、关闭投影光源S104、扫描成像部件并初始化成像部件S105、扫描成像部件并读取拍摄图像数据S106，然后判断是否结束S107，若没有结束，则回到打开投影光源步骤重新执行。若结束，则结束S108。通过摄影功能和摄像功能时分的方式，把投影的光和摄像的光分离，从而使投影和摄像可以在一个装置中共同工作。
[0112]实施例六:
[0113]本实施例还提供了一种投影装置，包括投影面板和成像部件，所述成像部件一体设置于所述投影面板上；所述投影面板包括投影单元；所述成像部件包括感光单元；所述投影单元与所述感光单元矩阵排列设置。投影面板和成像部件的结构可与实施一、二或三中的投影面板和成像部件相同。
[0114]实施例七:
[0115]本实施例提供了一种采用实施例一、二、三或四中的投影装置的投影、摄像方法，包括以下步骤:投影光的光源经过第一光调制部件到达投影面板，投影面板将投影光通过第二光调制部件投影至投影面，投影面的光自第二光调制部件或第二光调制部件和第一光调制部件到达成像部件，读取成像部件对投影面的成像数据，并根据成像数据对投影进行优化调整，或者还可以通过读取成像部件连续对投影面的成像数据，实现输入控制。
[0116]具体地，方法的流程可如下:如图22所示，开始S101、打开投影光源S102、扫描投影面板并写入投影图像数据S103、关闭投影光源S104、扫描成像部件并初始化成像部件S105、扫描成像部件并读取拍摄图像数据S106，然后判断是否结束S107，若没有结束，则回到打开投影光源步骤重新执行。若结束，则结束S108。当然，可以理解地，可以采用其它合适的工作流程，具体可根据使用情况而定。
[0117]本发明所提供的投影装置，其至少具有以下有益效果:
[0118]1.通过投影和摄像共用透镜组的方式，使用投影可以通过摄像来完成自动对焦功倉泛。
[0119]2.通过投影单元和感光单元共面或共光路等效面的方式，使得投影可能通过摄像拍摄的图像来自动适应投影面自身的图像。
[0120]3.通过使投影空间与摄像空间完全重合的方式，使得摄像拍摄的图像的坐标空间可以与投影的坐标空间完全一致，通过识别摄像拍摄的图像中的操作输入，可以直接作用到投影图像中，不需要坐标转换。
[0121]4.通过偏光镜、滤光片和投影拍摄时分的工作模式，把投影的光和摄像的光分离，从而使投影和摄像可以在一个装置中共同工作，从而达到最大程度减小装置尺寸的目的，这对于手机等不断小型化的设备来说是非常有用的。
[0122]5.通过偏振方向相互垂直的偏光镜和偏光片配合,把投影的光和摄像的光分离，从而使投影和摄像可以在一个装置中共同工作且避免了投影光影响成像。
[0123]6.通过低通滤镜和红外滤光片配合，把投影的光和摄像的光分离，从而使投影和摄像可以在一个装置中共同工作且避免了投影光影响成像。
[0124]7.通过摄影功能和摄像功能时分的方式，把投影的光和摄像的光分离，从而使投影和摄像可以在一个装置中且避免了投影光影响成像。
[0125]8.通过分光镜把投影的光和摄像的光分到光程相同的不同面板，实现投影和摄像可以在一个装置中共同工作。
[0126]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种投影装置，其特征在于，包括用于将投影光源进行调制的第一光调制部件、用于将所述第一光调制部件形成的光调制成投影光的投影面板和用于将所述投影光投影至投影面的第二光调制部件，所述投影装置还具有用于对所述投影面进行成像的成像部件，所述投影面的反射光自所述第二光调制部件或所述第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，所述成像部件设置于所述投影面板上或者独立于所述投影面板设置。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述成像部件一体设置于所述投影面板上；所述投影面板包括投影单元；所述成像部件包括感光单元；所述投影单元与所述感光单元矩阵排列设置。
3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、部分反射部分透过层、偏光片层和电压控制CMOS和感光CMOS层；或者，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、偏光片层、部分反射部分透过层和电压控制CMOS和感光CMOS层。
4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述部分液晶部分透明层包括矩阵排列的液晶格与透明格，所述液晶格内充有液晶材料，所述透明格留空或注有透明材料，其中所述液晶格与所述投影单元对应，所述透明格与所述感光单元对应。
5.如权利要求3或4所述的投影装置，其特征在于，所述部分反射部分透过层包括反射格和透过格，其中所述反射格与所述投影单元对应，所述透过格与所述感光单元对应。
6.如权利要求3或4所述的投影装置，其特征在于，所述第一光调制部件包括用于形成偏振光的偏光镜，所述偏光片层的偏振方向与所述偏光镜的偏振方向垂直。
7.如权利要求3或4所述的投影装置，其特征在于，所述电压控制CMOS和感光CMOS层包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中所述电压控制CMOS单元格与所述投影单元对应，所述感光CMOS单元格与所述感光单元对应。·
8.如权利要求1或2所述的投影装置，其特征在于，所述投影面板为单片式LCoS投影面板，其包括红色投影单元、绿色投影单元和蓝色投影单元；所述成像部件一体设置于所述单片式LCoS投影面板上，其包括红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元；所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元、红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元矩阵排列设置。
9.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、部分反射部分透过层、偏光片层和电压控制CMOS和感光CMOS层；或者，所述投影面板包括依次设置的单色滤光片层、透明电极层、部分液晶部分透明层、偏光片层、部分反射部分透过层和电压控制CMOS和感光CMOS层； 所述部分液晶部分透明层包括矩阵排列的液晶格与透明格，所述液晶格内充有液晶材料，所述透明格留空或注有透明材料，其中所述液晶格与所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述透明格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应； 所述部分反射部分透过层包括反射格和透过格，其中所述反射格与红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述透过格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应； 所述第一光调制部件包括用于形成偏振光的偏光镜，所述偏光片层的偏振方向与所述偏光镜的偏振方向垂直； 所述电压控制CMOS和感光CMOS层包括电压控制CMOS单元格和感光CMOS单元格，其中所述电压控制CMOS单元格与所述红色投影单元、绿色投影单元、蓝色投影单元对应，所述感光CMOS单元格与所述红色感光单元、绿色感光单元和蓝色感光单元对应。
10.如权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置的光路如下:投影光源发出的投影光经所述第一光调制部件中的偏光镜处理得到偏振光，再经过分光镜或分色镜将光分到单片式LCoS投影面板，光经过单片式LCoS投影面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再经过第二光调制部件中的透镜组放大，然后投射到投影面上，形成图像。
11.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述成像部件与所述投影面板分体设置，所述成像部件包括感光面板，所述投影面的光线从所述第二光调制部件到达所述感光面板。
12.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述投影面板为三片式投影面板，其包括红面板、绿面板和蓝面板，其光路如下:投影光源经第一光调制部件将光分到三片式投影面板的红面板、绿面板和蓝面板，光经过红面板、绿面板和蓝面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光再经过第二光调制部件投射到投影面上形成投影图像；环境光从所述第二光调制部件投到感光面板形成成像； 或者，所述投影面板为单片式投影面板，其光路如下:投影光源经第一光调制部件中将光分到单片式投影面板，光经过单片式投影面板时进行图像编码并得到红、绿、蓝光，经过编码的红、绿、蓝光经过第二光调制部件投射到投影面上形成投影图像；环境光经第二光调制部件或第二光调制部件和第一光调制部件将环境光投到感光面板形成成像。
13.如权利要求1至12中任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括可见光源或/和红外光源。·
14.如权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述第一光调制部件包括于投影光源端设置的只通过可见光的低通滤镜；所述投影面板端设置有只通过红外光的红外滤光片。
15.如权利要求1至14中任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置具有用于读取成像部件所得到的图像并根据图像的对比度调节所述第二光调制部件的焦距的自动对焦控制模块。
16.如权利要求1至14中任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置具有用于读取成像部件中成像单元的颜色值并根据成像单元的颜色值修正投影效果的自适应投影模块。
17.如权利要求16所述的投影装置，其特征在于，所述修正过程如下:将需要投影的图像的颜色值减去成像单元的颜色值。
18.如权利要求1至14中任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置具有根据成像部件持续拍摄的图像进行识别进行操作焦点识别的操作输入控制模块。
19.如权利要求1至18中任一项所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置包括用于控制所述投影面板及成像部件同步或分别进行投影和成像的时分工作控制模块。
20.一种投影装置，其特征在于，包括投影面板和成像部件，所述成像部件一体设置于所述投影面板上；所述投影面板包括投影单元；所述成像部件包括感光单元；所述投影单元与所述感光单元矩阵排列设置。
21.一种采用如权利要求1至19中任一项所述的投影装置的投影、摄像方法，其特征在于，包括以下步骤:投影光的光源经过所述第一光调制部件到达所述投影面板，所述投影面板将投影光通过第二光调制部件投影至投影面，投影面的光自所述第二光调制部件或所述第二光调制部件和第一光调制部件到达所述成像部件，读取成像部件对投影面的成像数据。
【文档编号】G02B27/28GK103529628SQ201310522077
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】郭泽金, 何峰 申请人:华为终端有限公司