CN117579797A - 投影设备及***、以及投影方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开一种投影设备及***、以及投影方法。在本公开的一具体实施方式中，投影设备包括：控制器、镜头组件和至少一列第一超声换能器单元，镜头组件响应于控制器的控制命令向投影屏幕投射图像信号；在镜头组件投射图像信号时，第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。该实施方式通过在投影设备上设置至少一列第一超声换能器单元，并利用其朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域，实现了声画同源。

Description

投影设备及***、以及投影方法

技术领域

本公开涉及投影显示技术领域。更具体地，涉及一种投影设备及***、以及投影方法。

背景技术

投影仪是一种可以将图像或视频投射到幕布或屏幕上的装置，由于其成像原理的特殊性，音画不同源是投影一直以来都存在的问题。目前的改进方向为：增加投影幕，让投影幕具备发声功能，但投影幕的振动发声会降低显示稳定性；投影仪仅投影画面额外配置家庭影院***，但成本高便携性不足；提升投影仪喇叭的混响感和空间感，但这仍不能解决声像和画面位置不统一的问题，观影时看到前方屏幕的画面听到声源位于投影仪本身，画面分离感强。

因此，需要一种能够同时实现声画同步，不影响画质且完全保留投影仪原有优势的投影设备。

发明内容

本公开的目的在于提供一种显示装置及其发声方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本公开采用下述技术方案：

本公开第一方面提供一种投影设备，包括：控制器、镜头组件和至少一列第一超声换能器单元，

镜头组件响应于控制器的控制命令向投影屏幕投射图像信号；

在镜头组件投射图像信号时，第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

在一些可选的实施例中，在镜头组件投射图像信号时，镜头组件的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角。

在一些可选的实施例中，第一超声换能器单元设置在投影设备的外壳上，

设置有第一超声换能器单元的外壳部分为可活动组件，以使得在镜头组件投射图像信号时，镜头组件的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角，或者

设置有第一超声换能器单元的外壳部分为固定倾斜面，镜头组件的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角。

在一些可选的实施例中，第一超声换能器单元位于镜头组件下方。

在一些可选的实施例中，

第一超声换能器单元位于镜头组件两侧，并且两侧的第一超声换能器单元分别输出左声道声波信号和右声道声波信号。

在一些可选的实施例中，投影设备还包括：至少一列第二超声换能器单元，第二超声换能器单元设置在镜头组件上方，以朝向投影环境的顶部表面出射声波从而反射到投影环境内的投影区域。

在一些可选的实施例中，夹角为大于0°且小于等于30°。

在一些可选的实施例中，至少一列第一超声换能器单元中多个第一超声换能器单元的排列方式为竖直型排列或折线型排列，同一列第一超声换能器单元发射的声波信号相同。

本公开第二方面提供一种投影***，包括：

根据上文所述的投影设备；

投影幕布，用于对投影设备出射的光线进行投影并对投影设备出射的声波信号进行反射。

本公开第三方面提供一种投影方法，应用于上文所述的投影设备，包括：

控制设置在投影设备的至少一列第一超声换能器单元，在镜头组件投射图像信号时，朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

在一些可选的实施例中，投影方法进一步包括：

获取观影模式，观影模式为单人模式或多人模式；

当观影模式为单人模式时，控制声波信号使得投影区域接收到的声波信号的相位相同，

当观影模式为多人模式时，将投影区域设置为多个收听区域，控制声波信号的波形使得收听区域接收到的声波信号的相位相同。

在一些可选的实施例中，投影方法进一步包括：

同时出射画面信号和声波信号，

响应于用户的第一操作按照预定时延调整声波信号相对于画面信号的出射延迟时间。

本公开的有益效果如下：

本公开针对目前现有的问题，制定一种投影设备及***、以及投影方法，并通过在投影设备中提供至少一列第一超声换能器单元，并在镜头组件透射图像时，利用第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域，使得观看者感受到来自投影屏幕的图像出的声音，实现了声画同步，带来更加自然的沉浸式体验；此外，能够利用声音具有指向性的特性，将透射的声音局限在需要的区域，提高了声音的私密性，且结构简单，便携性好，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本公开的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出根据本公开的实施例的投影设备向投影屏幕发射声波的示意性侧视图；

图2示出根据本公开的实施例的投影设备的示意性立体图；

图3示出根据本公开的实施例的投影设备的示意性侧视图；

图4-5示出根据本公开的实施例的投影设备中多列第一超声换能器单元的示意性图；

图6示出根据本公开的另一实施例的投影设备的示意性正视图；

图7示出根据本公开的另一实施例的投影设备的示意性侧视图；

图8示出根据本公开的另一实施例的投影设备向投影屏幕发射声波的示意性侧视图；

图9示出根据本公开的另一实施例的投影设备的示意性正视图；

图10示出根据本公开的另一实施例的投影设备的示意性侧视图；

图11示出根据本公开的实施例的投影方法的示意性框图；

图12示出根据本公开实施例的投影方法中多人模式的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本公开，下面结合优选实施例和附图对本公开做进一步的说明。附图中相似的部件以相同或相似的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本公开的保护范围。

需要说明的是，本公开中描述的“具有”、“包含”、“包括”等均为开式的含义，即，当描述模块“具有”、“包含”或“包括”第一元件、第二元件和/或第三元件时，表示该模块除了第一元件、第二元件和/或第三元件外还包括其他的元件。

此外，本说明书中的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混同而设置，而不是为了在数量方面上进行限定的。

为了解决以上问题之一，本公开的实施例提供一种投影设备，包括：控制器、镜头组件和至少一列第一超声换能器单元，

镜头组件响应于控制器的控制命令向投影屏幕投射图像信号；

在镜头组件投射图像信号时，第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

在本实施例中，通过在投影设备中提供至少一列第一超声换能器单元，并在镜头组件透射图像时，利用第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域，使得观看者感受到来自投影屏幕的图像出的声音，实现了声画同步，且结构简单，便携性好。

在一具体的实施例中，参照图1所示，在一个示例性的投影环境中，例如，客厅中，安装有投影设备10，投影设备10包括控制器(未示出)、镜头组件101和至少一列第一超声换能器单元102。在投影设备10前方，安装有投影屏幕20，用于投影来自镜头组件101的图像信号以呈现投影画面，投影屏幕前方即为投影环境的投影区域。

需要说明的是，本公开的实施例中，投影屏幕20指的是能够通过接收镜头组件101透射的画面光而显示画面的区域，其既可以为图1所示的独立于墙面的幕布形式，其也可以是白色的墙壁表面。换句话说，本公开中的“投影屏幕”并非限定为“投影幕布”，而是所有能够呈现透射画面的显示介质或者显示设备，下文不再赘述。

具体到本示例的投影设备10，镜头组件101响应于控制器的控制命令向投影屏幕投射图像信号。

特别地，在镜头组件101投射图像信号时，第一超声换能器单元102朝向投影屏幕20出射声波信号从而反射到投影区域。

超声换能器单元102中的扬声器，例如可以为压电扬声器，包括上下电极和中间的压电层，上下电极分别上下电极分别覆盖在压电材料的上下方，给电极通电后，给压电材料施加电场，使压电材料在电场作用下产生形变发声。压电层材料可以为膜型压电陶瓷PZT，也可以是PVDF薄膜等。超声换能器单元102作为发声源具有高指向性。

本公开的实施例中，利用超声换能器102出射声波的高指向性特点，在镜头组件101投射图像信号时，第一超声换能器单元102朝向投影屏幕20出射声波信号从而反射到投影区域，形成了声音同样来自投影屏幕20的效果，只利用简单的结构即实现了真正的声画同源效果。

光线沿直线传播，具有指向性强的特点，为了保证投影画面的效果，在投射图像信号时，投影设备10的镜头组件101中的镜头具有朝向投影屏幕的倾向。特别地，本公开的实施例中，为了使第一超声换能器单元102出射的声波信号能够射向投影屏幕，参照图2和图3所示，在镜头组件101向投影屏幕投射图像信号时，镜头组件101的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元102所在平面之间的夹角为锐角。

具体到本示例，参照图2和图3所示，第一超声换能器单元102设置在投影设备10的外壳103上。这样的设置，相比于设置在壳体内部，能够避免干扰声波信号的指向性。图3中还示出了出音孔113，以对第一超声换能单元102提供保护的同时不影响声波信号的声波通路。

同时，参照图2和图3所示，设置有第一超声换能器单元102的外壳部分为固定倾斜面，并该固定斜面的倾斜方向设置为：镜头组件101的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元102所在平面之间的夹角θ为锐角。较为优选地，夹角θ的角度大于0°且小于等于30°。

通过将设置有第一超声换能器单元102的外壳部分设置为满足以上倾角关系，确保声波信号有效反射到观影区域。

具体地，继续参照图2所示，第一超声换能器单元101位于镜头组件101下方。

需要说明的是，本公开并不旨在将第一超声换能器单元102设置在固定斜面上。也就是说，设置有第一超声换能器单元102的外壳部分并不一定为固定的。

可选地，设置有第一超声换能器单元102的外壳部分为可活动组件，并且该部分是可调节的，使得在镜头组件101投射图像信号时，镜头组件101的中心轴线相垂直的面与第一超声换能器单元102所在平面之间的夹角为锐角。

当设置有第一超声换能器单元102的外壳部分为可活动组件时，还可以将该部分设置为可伸缩控制的可活动组件。通过该设置，当投影设备被放置在桌面等较低位置时，可以将该外壳部分延伸超过镜头组件101，从而使得当朝向斜上出射声波信号时，镜头组件101不会位于声波信号的传播路径上。为了便于图示，附图均以固定倾斜面为示例，本文不再赘述。

在本公开的实施例中，第一超声换能器单元102的排布方式和排布形状可以根据投影设备的整机空间进行灵活设置。

具体地，如图2和图4所示，至少一列第一超声换能器单元中多个第一超声换能器单元的排列方式为竖直型排列在固定基板112上。此时，一列第一超声换能器单元即为沿竖直方向的直线列，具体见图4中的直线。其整体形状可以排布为图2所示的矩形，也可以排布为图4所示的圆形。

另外可选地，参照图5所示，至少一列第一超声换能器单元中多个扬声器的排列方式为折线型排列在固定基板112上，此时，一列第一超声换能器单元即为折线列，具体见图5中的折线。其整体形状可以排布可以为图5所示的矩形。

为了便于控制各第一超声换能器单元102的输出信号，同一列第一超声换能器单元发射的声波信号相同。

考虑到希望在投影区域收听到更为立体的听觉感受，更具体地希望收听到来自上方的“天空音”，投影设备还可以包括第二超声换能器单元。

在另一可选的实施例中，参照图6、图7和图8所示，投影设备还包括：至少一列第二超声换能器单元104，第二超声换能器单元104设置在镜头组件101上方，以朝向投影环境的顶部表面出射声波从而反射到投影环境内的投影区域。

可选地，设置有第二超声换能器单元104的外壳部分为固定倾斜面，该固定倾斜面向上倾斜。参照图7的虚线所示，为了便于设计，该固定倾斜表面所在平面与设置有第一超声换能器单元的外壳部分所在平面成垂直，以确保声波信号有效反射到观影区域。当然，设置有第二超声换能器单元的外壳部分与设置有第一超声换能器单元的外壳部分之间的夹角关系并不限于此，只要能够达到有效反射的目的的倾斜角度即可。

第二超声换能器单元104的排布方式和排布形状可以根据投影设备的整机空间进行灵活设置。

至少一列第二超声换能器单元中多个第一超声换能器单元的排列方式为竖直型排列或折线型排列，其具体排列方向与图4和图5所示的方式类似，在此不再赘述。

在另一可选的实施例中，为了能够感受到立体声效果，参照图9和图10所示，第一超声换能器单元位于镜头组件两侧，并且两侧的第一超声换能器单元102-1和102-2分别输出左声道声波信号和右声道声波信号。

通过该设置，用户在观看投影画面的同时，能够体会到立体声效果，进一步提高了观影体验。

可选地，为了确保声波信号能够被反射到投影区域，设置有第一超声换能器单元的外壳部分为可活动组件，以使得在所述镜头组件投射图像信号时，所述镜头组件的中心轴线相垂直的面与所述第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角，或者设置有所述第一超声换能器单元的外壳部分为固定倾斜面，所述镜头组件的中心轴线相垂直的面与所述第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角。

设置在镜头组件101两侧的第一超声换能器单元的排布方式和排布形状可以根据投影设备的整机空间进行灵活设置。至少一列第一超声换能器单元中多个第一超声换能器单元的排列方式为竖直型排列或折线型排列，其具体排列方向与图4和图5所示的方式类似，在此不再赘述。为了便于控制各第一超声换能器单元102的输出信号，同一列第一超声换能器单元接收的声波信号相位相同。

基于同一发明构思，本公开的另一实施例还提供一种应用于上文所述的投影设备的投影方法，包括：

控制设置在投影设备的至少一列第一超声换能器单元，在镜头组件投射图像信号时，朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

在本实施例中，通过控制第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域，使得观看者感受到来自投影屏幕的图像出的声音，实现了声画同步，带来更加自然的沉浸式体验，且结构简单，便携性好，具有广泛的应用前景。

下面以图1和图2所示的投影设备为例，结合图11所示，描述其具体投影方法。

参照图11所示，控制器控制镜头组件101出射图像信号并控制第一超声换能器单元102出射声波信号。控制器可以为DSP、单片机、FPGA等处理器。

具体地，控制器自存储单元获取视频信号，发送至投影图像处理模块对其进行图像处理，例如降噪、滤波等处理，处理后的信号发送至镜头组件101，并经由镜头组件的各个光学器件向投影屏幕出射图像信号，以在投影屏幕成像。

另一方面，控制器自存储单元获取音频信号，发送至模数转换器(ADC)、调制电路、以及功放电路等进行信号调制与放大，在发送至滤波单元进行滤波处理，处理后的声波信号发送至第一超声换能器单元102，并控制第一超声换能器单元102朝向投影屏幕发射声波信号，从而反射到投影区域。其中，通过增加调制电路和功放电路，提高了声波信号的高指向性，以实现定向发声。

考虑到声音的传播速度小于光的传播速度，但二者的传播路径几乎一致，若图像信号和与该图像信号对应的出射的声波信号同时从镜头组件101和超声换能器单元102朝向投影屏幕出射，则到达投影区域的时间将存在时间差，出现声音与画面的错位感，影响用户观影体验。

可选地，投影方法还包括：同时出射画面信号和声波信号，响应于用户的第一操作按照预定时延调整声波信号相对于画面信号的出射延迟时间。

具体地，参照图11所示，基于用户在遥控器上的按键，同时出射画面信号和声波信号，基于用户在该遥控器上的第一操作，该第一操作可以为按动“延迟”键，以向红外线接收器发射调整指令，使得控制器按照预定时延调整声波信号相对于画面信号的出射延迟时间，直到用户感觉二者没有错位感为止。每一次按键可以表示控制一个单位的时间延迟，按键次数决定时延调整长度。

通过该设置，能够确保图像信号与声波信号的一致性，保证用户的观影体验。

进一步可选地，本公开的实施例通过利用超声换能器单元发声的高指向性特点，使得能够智能调节声音的覆盖范围，实现单人模式和多人模式之间的切换，提高观影的私密性，并且保证投影声音不打扰投影区域周围无关的人。

方法包括：获取观影模式，观影模式为单人模式或多人模式，获取方式可以包括用户操作遥控器进行选择；当观影模式为单人模式时，控制声波信号使得投影区域接收到的声波信号的相位相同，当观影模式为多人模式时，将投影区域设置为多个收听区域，控制声波信号的波形使得收听区域接收到的声波信号的相位相同。

下面详细描述单人模式和多人模式的调整方法。

投影设备多列换超声换能器单元的中心、投影区域中心和投影屏幕面中心在同一竖直平面。参照图1所示，从投影设备10到投影区域声波走过的最短路径为：

其中，L₁表示镜头组件101的光线出射面与投影屏幕20之间的水平距离，L₂表示投影区域与投影屏幕20之间的水平距离，H表示投影设备10与投影区域之间的高度差，该投影区域的高度例如可以为作为观看者的用户头部所处位置。

设相邻列间的超声换能器距离为a，则位于多列换超声换能器单元的中心轴线上的超声换能器单元为原点，任意一列的超声换能器单元，到投影区域的距离表示为：

单人模式下，每列超声换能器发射的声波到达投影区域的对应的时间为：

T_i＝A_i/c (3)

其中，c表示声波信号在空气中的传播速度，i表示距离多列超声换能器单元的中心轴线的列数。

则，第i列超声换能器单元发射的声波信号在x_i处t_i时刻的波形表示为：

其中，m_i表示声波信号的幅值，k表示波数，表示声波信号的角频率。

为了将声波聚集在投影区域，需要对相位及幅度进行改变即根据不同的A_i来调整相位φ_i即保证不同列换能器阵发射的声波到达投影区域发生干涉增强声波信号，发生干涉增强声波信号的充要条件为：声波信号在该区域的相位相同。

也就是说，通过控制各列超声换能器单元发射的声波信号，使得到达投影区域的声波信号的相位相同，则声波信号在该区域发生增强干涉，则最终在投影区域听到的声波信号是所有发射源发出的声波信号的和，即为∑f_i(A_i,t)。从而在该区域能够听到较好的声音效果。其他区域，因为超声换能器单元的指向性约为30°(-3dB)和越靠边缘的幅值越小，在本公开的实施例中，当单人模式下，形成有效收听效果的投影区域的尺寸与多列超声换能器单元的阵列本身宽度大致相等。

在多人模式下，为了能够令声波信号覆盖更大的区域。将目标投影区域划分为多个收听区域，每个收听区域等效为一个单人模式的投影点，相邻投影点之间的距离b不宜过大，b应小于等于40cm。参照图12所示，每个收听区域对应多列超声换能器单元，每个超声换能器单元出射的声波信号的波形仍如表达式(4)所示。由于超声换能器单元的高指向性，为了使得更广的区域均能收听到声波信号，控制声波信号的波形使得收听区域接收到的声波信号的相位相同，从而对应区域内的声波信号均在相应区域发生干涉加强效果。以图12中四个投影点为例，声波信号能够覆盖3.5*b的投影区域。

通过以上设置，利用超声换能器单元高指向性的特点和声波信号之间的干涉加强原理，实现了单人模式和多人模式调节控制，从而能够在单人模式下具有高私密性和不打扰他人的优点，而同时还能够满足多人观影体验，提高了投影的应用灵活性。

相应于投影设备，基于同一发明构思，本公开的实施例还提高一种投影***，包括：

根据上文所述的投影设备；

投影幕布，用于对投影设备出射的光线进行投影并对投影设备出射的声波信号进行反射。

以上实施例的结构和功能已经在描述投影设备的结构和功能时进行了详细的描述，在此不再赘述。通过提供具有以上投影设备的投影***，能够实现声画同步，并且能够实现具有高私密性和分享式多模式投影体验。

本公开针对目前现有的问题，制定一种投影设备及***、以及投影方法，并通过在投影设备中提供至少一列第一超声换能器单元，并在镜头组件透射图像时，利用第一超声换能器单元朝向投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域，使得观看者感受到来自投影屏幕的图像出的声音，实现了声画同步，带来更加自然的沉浸式体验；此外，能够利用声音具有指向性的特性，将透射的声音局限在需要的区域，提高了声音的私密性，且结构简单，便携性好，具有广泛的应用前景。

显然，本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非是对本公开的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种投影设备，其特征在于，包括：控制器、镜头组件和至少一列第一超声换能器单元，

所述镜头组件响应于所述控制器的控制命令向投影屏幕投射图像信号；

在所述镜头组件投射图像信号时，所述第一超声换能器单元朝向所述投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，在所述镜头组件投射图像信号时，所述镜头组件的中心轴线相垂直的面与所述第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角。

3.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述第一超声换能器单元设置在所述投影设备的外壳上，

设置有所述第一超声换能器单元的外壳部分为固定倾斜面，所述镜头组件的中心轴线相垂直的面与所述第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角，或者

设置有所述第一超声换能器单元的外壳部分为可活动组件，以使得在所述镜头组件投射图像信号时，所述镜头组件的中心轴线相垂直的面与所述第一超声换能器单元所在平面之间的夹角为锐角。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述第一超声换能器单元位于所述镜头组件下方。

5.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，

所述第一超声换能器单元位于所述镜头组件两侧，并且两侧的所述第一超声换能器单元分别输出左声道声波信号和右声道声波信号。

6.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，还包括：至少一列第二超声换能器单元，所述第二超声换能器单元设置在所述镜头组件上方，以朝向投影环境的顶部表面出射声波从而反射到所述投影环境内的所述投影区域。

7.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述夹角为大于0°且小于等于30°。

8.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述至少一列第一超声换能器单元中多个第一超声换能器单元的排列方式为竖直型排列或折线型排列，同一列第一超声换能器单元发射的声波信号相同。

9.一种投影***，其特征在于，包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的投影设备；

投影幕布，用于对所述投影设备出射的光线进行投影并对所述投影设备出射的声波信号进行反射。

10.一种投影方法，应用于权利要求1-7中任一项所述的投影设备，其特征在于，包括：

控制设置在所述投影设备的至少一列第一超声换能器单元，在所述镜头组件投射图像信号时，朝向所述投影屏幕出射声波信号从而反射到投影区域。

11.根据权利要求10所述的投影方法，其特征在于，进一步包括：

获取观影模式，所述观影模式为单人模式或多人模式；

当所述观影模式为单人模式时，控制所述声波信号使得所述投影区域接收到的声波信号的相位相同，

当所述观影模式为多人模式时，将所述投影区域设置为多个收听区域，控制所述声波信号的波形使得所述收听区域接收到的声波信号的相位相同。

12.根据权利要求1所述的投影方法，其特征在于，进一步包括：

同时出射画面信号和声波信号，

响应于用户的第一操作按照预定时延调整所述声波信号相对于所述画面信号的出射延迟时间。